CN110115072B - 在时隙信道跳变网络中的低能量端点设备和父设备之间的同步 - Google Patents

在时隙信道跳变网络中的低能量端点设备和父设备之间的同步 Download PDF

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Abstract

公开了系统和方法，其用于在主时隙信道跳变(TSCH)协议上运作的父设备与在低能量信道跳变协议上运作的低能量网络设备之间同步通信。父设备细分TSCH时隙并且在所述时隙的主部分期间与相邻TSCH设备通信，并且在时隙的次级部分期间收听来自所连接的低能量设备的通信。在接收到来自低能量设备的同步请求时，TSCH设备传送包括同步数据的同步响应。同步数据允许低能量设备通过与TSCH协议的信道跳变模式同步来与TSCH网络同步通信。

Description

在时隙信道跳变网络中的低能量端点设备和父设备之间的 同步
技术领域
本公开内容一般地涉及联网，并且更具体地涉及在时隙信道跳变IEEE 802.15.4网络中的低能量端点设备与AC供电的设备之间的同步机制。
背景技术
提供对时隙信道跳变(TSCH)网络中的低能量设备的加入时间进行改善的系统和方法。公用事业公司、家庭自动化提供商、工业自动化提供商、科技和环境应用提供商、以及其它资源提供商可以经由在通过IEEE 802.15.4所定义的TSCH网络上运作的设备来与端点通信。被供电的父设备(例如电表、路由器)经由TSCH网络而被连接，所述TSCH网络被称为主网络或主TSCH网络(PN-TSCH)。被供电的父设备在本文中还被称为父节点或TSCH节点。为了维持同步，被供电的TSCH节点与彼此通信，并且通过使用在TSCH节点之间传送的周期性信标来维持与彼此的同步。
低能量(LE)设备用于监控和/或管理资源(例如电、热、水、其它公用事业，以及其它类型的资源)的消耗。在一些方面中，LE设备可以是使能了物联网(IoT)的设备，其可以被使用在智能电网以及智能家庭技术中。低能量设备被用作TSCH网络中的端点，并且与经A/C供电的父节点传送消息。低能量设备(其还被称为LE节点、LE端点、LE端点节点)包括电池供电的设备、能量采集设备以及刺穿式搭接(vampire tapping)设备。LE端点利用次级TSCH网络中的第二、低能量跳变模式。LE端点所利用的次级TSCH网络使用信道跳变协议，其中信道频率以比父设备所使用的主TSCH网络慢得多的速率切换。次级TSCH网络在本文中被称为LETSCH网络。LE网络所利用的较慢的信道跳变协议被称为低能量信道跳变协议。为了节省功率消耗并且保存电池寿命，LE-TSCH网络允许LE设备进入睡眠模式(即关断较高供电的电子器件、诸如振荡器)。由于LE设备在给定TSCH隙帧中传送的可能的数目方面受限，所以LE设备不从经A/C供电的父节点传送或接收信标来用于规律的同步。存在对于如下机制的需要：所述机制允许在父TSCH节点与电池供电的LE设备之间的同步。
发明内容
公开了系统和方法，其用于在使用TSCH协议而在主时隙信道跳变(TSCH)网络上通信的父设备与被连接到父设备的、使用低能量信道跳变协议而运作的低能量端点设备之间同步通信。低能量信道跳变协议是一种TSCH协议，其具有与主TSCH网络所使用的TSCH协议相比的更慢的信道跳变速率。低能量端点设备被电池源供电，并且在睡眠/唤醒循环的唤醒状态期间运作，以便保存电池寿命。TSCH父设备被配置成在由TSCH信道跳变模式所确定的频率信道上的TSCH时隙的主部分期间与相邻TSCH设备通信，并且在低能量网络频率信道上的TSCH时隙的次级部分期间收听来自低能量端点设备的通信。
在退出睡眠状态并且进入唤醒状态时，低能量端点设备在低能量网络频率上向TSCH父设备传送同步请求。在TSCH时隙的次级部分期间接收到同步请求时，TSCH父设备传送应答信号，其继之以同步响应。在低能量网络频率信道上传送同步响应。所述同步响应包括同步数据，其允许低能量端点设备使通信与主TSCH网络所使用的TSCH协议的信道跳变模式同步。低能量端点设备还可以重对准定时以计及可在睡眠状态期间发生的时钟漂移。使低能量网络设备的通信与主TSCH网络的信道跳变模式同步使得低能量网络设备以主TSCH网络所使用的TSCH协议的更快速率来切换信道。作为响应，低能量端点设备向TSCH父设备传送同步应答响应，其指示低能量端点设备与主TSCH网络的TSCH协议信道跳变模式同步。
在附加实施例中，TSCH父设备通过如下来发起同步：在低能量网络频率信道上周期性地传送同步响应。在一个方面中，以预定义的间隔来将同步响应传送到所连接的低能量设备。在其它实施例中，同步响应被同时广播到多个低能量设备。
这些说明性的方面和特征被提及不是为了限制或限定本发明，而是提供示例来帮助理解在本申请中所公开的发明概念。在回顾整个申请之后，本发明的其它方面、优点和特征将变得明显。
附图说明
当参考附图来阅读以下具体实施方式的时候，本公开内容的这些和其它特征、方面和优点被更好地理解，在所述附图中：
图1是一网络图，其图示了用于实现在主时隙信道跳变(TSCH)网络上运作的父设备与在低能量TSCH协议上运作的所连接的低能量设备之间的经同步的通信的示例计算设备；
图2是一框图，其图示了根据本文中所公开的实施例的TSCH父设备的示例；
图3是一框图，其图示了根据本文中所公开的实施例的低能量端点设备的示例；
图4是一图解，其图示了以时隙信道跳变模式的时隙布置；
图5是一图解，其图示了在图4中所示的时隙之一的示例；
图6是一定时图，其图示了在TSCH父设备与低能量端点设备之间的、用于建立同步的通信的示例；
图7是一定时图，其图示了在TSCH父设备与低能量端点设备之间的、用于建立同步的通信的可替换示例；
图8是一定时图，其图示了在TSCH父设备与低能量端点设备之间的、用于通过利用广播同步响应来建立同步的通信的可替换示例；
图9是一定时图，其图示了在TSCH父设备与低能量端点设备之间的、用于在失败的同步尝试时重尝试同步的示例通信；
图10是一流程图，其描绘了用于在TSCH父设备与低能量端点设备之间建立同步的示例过程。
具体实施方式
提供了系统和方法，其用于在主时隙信道跳变(TSCH)网络上运作的经A/C供电的父设备与被电池供电并且运作在低能量信道跳变协议上的低能量端点设备(LE设备)之间建立同步。主TSCH网络包括例如在网状网络中的多个TSCH设备，其提供与资源提供商系统的通信。TSCH设备通过使用由IEEE 802.15.4所定义的TSCH协议来进行通信。通过使用TSCH协议来通信，TSCH网络内的节点根据经调度的频率信道跳变模式、通过使用一系列时隙来传送和接收信号。LE设备被通信地耦合到一个或多个TSCH父设备。为了保存电池寿命，LE设备在唤醒/睡眠循环的唤醒时段期间与TSCH父设备通信。此外，LE设备在低能量信道跳变协议上运作，所述低能量信道跳变协议是次级TSCH协议，其中LE设备以比主TSCH网络的频率信道跳变模式更慢的速率来切换频率信道。本文中所述的实施例提供一种同步机制，其用于使LE设备在从睡眠间隔中唤醒时与主TSCH父设备的信道跳变协议同步。
为了与LE设备同步通信，TSCH父设备被配置成与相邻TSCH节点通信，并且在主TSCH网络上的相同TSCH时隙期间收听来自LE设备的通信。在TSCH协议中，当在时隙内存在未被使用的时间时，可存在实例。通过细分时隙，父TSCH节点在相同时隙内的多个信道指派上运作。例如，TSCH父设备可以在TSCH时隙的主部分期间与相邻TSCH节点通信。在TSCH时隙的主部分期间，TSCH父设备在根据主TSCH协议的信道跳变模式的频率信道上与相邻TSCH设备通信。在TSCH时隙的次级部分期间，TSCH父设备在根据低能量网络信道跳变模式的低能量网络频率信道上收听来自LE设备的通信。
在示例实施例中，为了在LE设备与TSCH父设备的信道跳变模式之间建立同步，LE设备，其在从睡眠间隔中唤醒时，向TSCH父设备传送同步请求信号。在根据由LE设备所实现的低能量信道跳变协议(即次级TSCH协议)的低能量网络频率信道上传送同步请求。TSCH父设备，其在TSCH时隙的次级部分期间收听来自LE设备的通信，接收同步请求。作为响应，TSCH父设备在后续时隙期间向LE设备传送同步响应。例如，TSCH父设备可以在下一个可用的时隙期间传送同步响应，所述下一个可用的时隙是不被预留用于其它通信的下一个时隙(例如，通常在接收同步请求之后的两个或三个时隙内)。所述同步响应包括同步数据，其允许LE设备使其通信与主TSCH协议的信道跳变模式同步。例如，同步数据包括在主TSCH协议中所使用的信道跳变模式的指示(例如时隙，和TSCH帧定时，以及每时隙的频率信道指派)。同步数据还可以包括同步时段信息，其是睡眠/唤醒循环的持续时间信息，以及由LE设备用来重对准其时隙的绝对隙数(ASN)。同步数据还可以包括标志，其用于向LE设备指示：存在待传送到LE设备的待决分组。
在附加的实施例中，TSCH父设备被配置成向所连接的LE设备周期性地传送同步响应。在这些实施例中，TSCH父设备不等待从LE设备接收同步请求，而是代替地向LE设备周期性地传送同步响应。如果多个LE设备被连接到父设备，则父设备可以在分离的时隙期间向每个LE设备传送同步响应，或同时广播同步响应。在这样的实施例中，LE设备被配置成以特定的间隔从睡眠循环中唤醒，以便接收同步响应。由父设备在根据由LE设备所实现的低能量信道跳变协议的对应低能量网络频率信道上传送同步响应。如以上所解释的，所述同步响应包括同步数据，其允许LE设备使通信与主TSCH协议的更快的信道跳变模式同步。
这些说明性示例被给出以将读者引向此处所讨论的一般主题，并且不意图限制所公开的概念的范围。以下章节参考附图来描述各种附加方面和示例，在所述附图中同样的标号指示同样的元素。
现在参考附图，图1是一网络图，其图示了示例性主TSCH网络100，所述示例性主TSCH网络100包括通信地耦合到资源提供商110的TSCH设备102a-d。主TSCH网络100在LE设备104a-c与资源提供商110之间提供通信。主TSCH网络100经由网络115而在LE设备104a-c与资源提供商110之间提供通信。例如，网络115可以包括任何合适的网络或中间计算设备，包括内联网或因特网。
LE设备104a-c可以用于执行与以下各项有关的一个或多个应用：管理、监控或以其它方式使用关于与资源提供商110相关联的功率分布系统的一个或多个属性的信息。这样的LE设备104a-c的非限制性示例包括用于监控和分析功率消耗的智能计量设备，用于管理功率消耗的可编程的自动调温器，用于显示与功率消耗以及针对功率消耗的相关联的计费信息有关的信息的家中显示设备等等。LE设备104a-c还包括用于在家域网中提供智能家居能力的其它使能了物联网的设备。
可以通过标准A/C功率来为TSCH设备102a-c供电。TSCH设备102a-c还可以是干线供电的和/或具有电池后端或超级电容器后端，使得在功率故障中，主TSCH网络100将在后备可允许的持续时间期间保持可运作。TSCH设备102a-d通过在TSCH协议上运作而通信。作为对照，LE设备104a-c通过功率源而被供电，所述功率源在用于持续功率使用的能力方面受限，但是代替地提供足够的功率来用于通信突发，从而允许LE设备104a-c为了同步、RTI命令响应、未经请求的推送消息以及其它突发通信而通信。LE设备104a-c还可以使用低功率应用的可替换的源。例如，LE设备104a-c可以通过以下各项来被供电：刺穿式搭接功率、功率采集、以及其中用于持续时段的供电应用受限的其它方法。LE设备104a-c被配置成通过周期性地关停给组件(例如振荡器和收发器)的功率来保存电池寿命/能量使用，并且因而在睡眠状态和唤醒状态之间循环。LE设备104a-c通过在利用低能量TSCH协议的次级网络上运作而与彼此通信。次级网络在本文中还被称为低能量TSCH网络(LE-TSCH网络)。LE-TSCH网络所使用的信道跳变模式被称为低能量信道跳变模式，其中频率信道以比主TSCH网络所使用的TSCH协议的信道跳变模式中的更慢的速率来改变。LE设备104a-c通信地耦合到主TSCH网络100的TSCH父设备。例如，TSCH设备102d是针对LE设备104a和104b的父设备。TSCH设备102c是针对LE设备104c的父设备。
在本文中所公开的方面中，父TSCH设备102c-d在单个接口上实现并发的MAC，并且可以经由单个无线电收发器来与相邻TSCH设备(例如相邻于TSCH设备102d的TSCH设备102b-c，以及相邻于TSCH设备102c的TSCH设备102b、102d)和所连接的LE设备104a-c二者通信。在一些其它实施例中，可以在多于一个接口上实现并发MAC。
图2是一框图，其图示了TSCH设备102的示例，所述TSCH设备102具有用于与相邻TSCH设备和所连接的LE设备二者通信的单个收发器设备220。TSCH设备102包括处理器202。处理器202的非限制性示例包括微处理器、专用集成电路(ASIC)、状态机、现场可编程门阵列(FPGA)或其它合适的处理设备。处理器202可以包括任何数目的处理设备，包括一个。处理器202可以通信地耦合到非暂时性计算机可读介质，诸如存储器设备204。处理器202可以执行计算机可执行的程序指令和/或访问被存储在存储器设备204中的信息。
存储器设备204可以存储指令，所述指令当被处理器202执行的时候使得处理器202执行本文中所述的操作。存储器设备204可以是计算机可读介质，诸如(但不限于)能够为处理器提供计算机可读指令的电子、光学、磁性或其它存储设备。这样的光学、磁性或其它存储设备的非限制性示例包括(多个)只读(“ROM”)设备、(多个)随机存取存储器(“RAM”)设备、(多个)磁盘、(多个)磁带或其它磁性存储装置、(多个)存储器芯片、ASIC、(多个)经配置的处理器、(多个)光学存储设备、或计算机处理器可以从其中读取指令的任何其它介质。指令可以包括由编译器和/或解译器根据用任何合适的计算机编程语言所编写的代码生成的处理器特定的指令。合适的计算机编程语言的非限制性示例包括C、C++、C#、VisualBasic、Java、Python、Perl、JavaScript、ActionScript等等。
TSCH设备102还可以包括总线206。总线206可以通信地耦合TSCH设备102的一个或多个组件。尽管处理器202、存储器设备204和总线206在图2中相应地被描绘为与彼此通信的分离的组件，但是其它实现方式是可能的。例如，处理器202、存储器设备204和总线206可以是能够被布置在TSCH设备102中以存储和执行编程代码的相应印刷电路板或其它合适设备的相应组件。
TSCH设备102还包括收发器设备220，所述收发器设备220经由总线206而被通信地耦合到处理器202和存储器设备204。收发器设备220的非限制性示例包括用于无线地传送和接收信号的RF收发器和其它收发器。收发器设备220能够处置被实现在单个或多个接口上的并发MAC，以经由天线208而与相邻的TSCH设备102a、102d以及所连接的LE设备104c二者通信。例如，TSCH设备102使用相同的天线208来与主网络上的相邻TSCH设备以及次级网络上的LE设备104通信，所述相同的天线208用于收发器设备220所处置的多个MAC接口。在一些方面中，TSCH设备102在公共频带上与主网络上的相邻TSCH设备以及次级网络上的LE设备通信。
图3是一框图，其图示了用于与父TSCH设备102c通信的LE设备104c的示例。LE设备104c包括处理器302、存储器304、收发器设备320，其全部经由总线306而被互连。处理器302、存储器304、收发器设备320以及总线306执行与以上关于图2所描述的那些类似的操作。另外，在LE设备104c被电池供电时，存储器304、处理器302、总线306和收发器设备320通过电池330被供电。
如以上所提及的，TSCH网络100利用TSCH协议来在网络内和网络外传送无线信息。在TSCH网络中，网络内的设备根据TSCH信道跳变模式来被同步。为了与相邻TSCH设备102b、103d和所连接的LE设备104(其在低能量信道跳变协议上运作)二者通信，TSCH设备102可以通过细分在主TSCH网络100中使用的TSCH时隙而使在TSCH网络100与所连接的LE设备104c之间的通信时段交替。
主TSCH网络100中的每个时隙具有持续时间为“T”的时间持续，所述持续时间“T”可以用毫秒或其它适当的时间单位来被定义。TSCH网络还使用多个信道频率来用于在网络中设备之间的通信。跳变模式定义用于在每个时隙期间通信的信道。图4是一图解，其图示用于遵循TSCH协议的主TSCH网络100的时隙和信道跳变模式。图4图示了时隙411-415、421-425和431-436，其各自具有相同的时隙持续时间430。作为示例，时隙持续时间430可以是25毫秒。每个隙帧410和420包括七个时隙。图4还图示了信道跳变模式440(其被示出为信道跳变模式440a-c)。信道跳变模式为跳变模式中的每个时隙定义了信道频率或信道。例如，跳变模式440a可以是信道4、信道6、信道3、信道5、信道7，即它可以关联信道4与时隙1，信道6与时隙2，信道3与时隙3，信道5与时隙4，以及信道7与时隙5。在图4中，跳变模式440a具有为5的跳变模式长度。跳变模式重复。跳变模式440a被图示的第一迭代包含时隙1-5(411-415)，跳变模式440b的第二迭代包含时隙6-10(416-420)，并且跳变模式440c的第三迭代包含时隙11-15(421-425)。跳变模式中的时隙的数目无关于隙帧中时隙的数目。
虽然通过使用TSCH协议来通信的TSCH设备102a-d每时隙持续时间430(例如每25毫秒)地改变频道频率，但是LE设备104a-c运作在为低能量TSCH协议的低能量信道跳变协议上，其中信道频率以比主TSCH网络100的信道跳变模式更慢的速率而改变。例如，LE设备104a-c可以每1024时隙地改变信道频率(即，对于25毫秒的时隙，LE设备104a-c可以每25.6秒地切换到不同的信道)。
父设备102c、102d确定将被所连接的LE设备104a-c利用的低能量信道跳变模式的参数。父设备102c、102d将低能量信道跳变模式传送到任何连接的LE设备104a-c。例如，当LE设备104a-c首次加入并且连接到TSCH父设备102c、102d的时候，父设备102c、102d将在LE-TSCH网络中所使用的相应的低能量信道跳变模式传送到LE设备104c、104a-b。LE设备104a-c在存储器中存储父设备102c-d的信道跳变模式的指示。相应地，TSCH父设备102c、102d能够切换到适当的低能量信道，以在对应的低能量信道上与LE设备104a-c通信。如以上所提及的，TSCH设备102c、102d细分TSCH时隙来既与相邻的TSCH设备也与所连接的LE设备通信。在一些实施例中，LE设备104a-c所使用的低能量网络信道跳变模式可以受TSCH设备102c、102d控制。在其它实施例中，每个LE设备104a-c可以运作独立的低能量信道跳变模式，在所述情况中，父设备102c、102d在存储器中存储不同LE设备104a-c的低能量信道跳变模式(例如TSCH设备102d在存储器中存储由LE设备104a和LE设备104b所运作的不同信道跳变模式)。
图5图示了根据本文中的实施例的用于时隙500的TSCH时隙结构。在该示例中，所示的时间段是示例性的，并且在其它实现方式中可以使用其它值。例如，时隙500可以具有25毫秒的持续时间，但是时隙的其它时段也是可能的。在TSCH时隙结构中，TSCH网络中的TSCH设备102在时隙504的主部分期间在由TSCH跳变模式所确定的信道上收听。如图5中所示，在RF安定时段(settle period)502之后，设备可以在第一时间段(其被示出为RX等待时间504，(例如在4毫秒内))内在信道上收听接收信号。如果TSCH设备102在RX等待时间504期满之前接收到消息，于是设备可以继续进行以在时隙500的持续时间内接收消息的其余部分，并且处理所接收的消息。然而，如果设备在RX等待时间504期满之前没有接收到消息，于是设备可以确定它在目前时隙期间将不从主网络上的另一设备接收通信。
在第二RF安定时段506之后，TSCH设备102在TSCH时隙508的次级部分期间收听来自所连接的LE设备的通信。在该示例中，TSCH时隙508的次级部分是在17毫秒内。TSCH设备102收听来自所连接的LE设备104的同步请求。由于LE设备104可以在与用于TSCH时隙500的信道不同的频率信道上通信(根据TSCH信道跳变模式)，所以TSCH设备102在时隙508的次级部分期间切换信道频率，以在对应的低能量网络信道上收听通信。TSCH设备102基于低能量信道跳变模式来标识正确的信道频率，用于在低能量网络信道上收听通信。
一旦TSCH设备102接收到同步请求，TSCH设备102就在时隙的主部分上、在低能量网络信道上传送同步响应。所述同步请求包括同步数据，其使得LE设备104能够与主TSCH网络100的更快的信道跳变模式同步。
图6-8图示了定时图，并且对于不同的实施例，其中父TSCH设备102与LE设备104同步通信。例如，图6在如下实施例中展示了同步序列：在所述实施例中，LE设备104经由同步请求而发起同步。图6描绘了TSCH时隙602a-602g，每个时隙被细分成主部分(其被示出为“A”)以及次级部分(其被描绘为“B”)。图6还描绘了用于LE设备104的唤醒/睡眠循环。例如，图6将LE设备104描绘为处于唤醒状态602a-b中以及处于睡眠状态604a-b中。在唤醒状态602期间，LE设备104被完全地供电，并且可以与父TSCH设备102传送和接收通信。在睡眠状态604a-b期间，LE设备104具有用于电池保护的掉电组件(例如振荡器、收发器)。LE设备104可以在唤醒状态602a-b期间传送和接收通信。注意到，在图6中针对唤醒状态602a-b和睡眠状态604a-b所示的定时被示出仅仅用于示例目的，并且不意图是限制性的。唤醒状态602和睡眠状态604的定时持续时间可以包括任何合适长度的时间。
为了开始同步过程，在唤醒状态602a期间，LE设备104在低能量网络信道上向所连接的父TSCH设备102传送同步请求610。如以上所讨论的，TSCH设备102在TSCH时隙602a的次级部分期间收听来自LE设备104的通信。TSCH设备102在低能量网络信道上收听通信。
在接收到同步请求610时，父TSCH设备102通过向LE设备104传送应答信号612而进行响应。应答信号612可以在所定义的时间间隔内作为MAC层应答而被传送。应答信号612向LE设备104指示：父TSCH设备102接收到同步请求610。在一些实例中，父TSCH设备102可能没有接收到同步请求，因为TSCH设备102在时隙602a的次级部分期间在与相邻的TSCH设备通信或从事其它处理。在所定义的时间间隔之后接收应答信号612的失败时，LE设备104在后续时隙期间重传送同步请求610。
在时隙602b的主部分期间，TSCH设备102传送同步响应614。由于LE设备104根据低能量信道跳变模式而在低能量网络信道上运作，所以TSCH设备102在低能量网络信道(即其中TSCH设备102接收到同步请求610的相同信道)上传送同步响应614。同步响应614包括同步数据，其允许LE设备104与TSCH网络100的信道跳变模式同步。同步数据可以包括例如关于以下各项的信息：TSCH时隙的持续时间、TSCH协议的信道跳变模式、用于每个时隙的频率信道的标识等等。在一些实施例中，同步数据包括绝对隙号标识符，其用于标识用于与父TSCH设备102通信的后续时隙。
类似于应答信号612的使用，在传送同步响应614时，父TSCH设备102收听来自LE设备104的应答信号616。应答信号616向TSCH设备102指示父LE设备104是否接收到同步响应614。在所定义的时间间隔之后接收应答信号616的失败时，TSCH设备102在后续时隙期间重传送同步响应614。
在从睡眠状态退出并且进入唤醒状态时，LE设备104通过发起如上所述的同步请求而重建立与TSCH网络100的同步。图6此外描绘了同步信令，其类似于以上经由以下各项所描述的那个：来自LE设备104的同步请求618、来自TSCH设备102的应答信号620，来自TSCH设备102的同步响应622，以及来自LE设备104的应答信号624。
应答信号616、624可以向TSCH设备102指示：LE设备104被同步到TSCH协议的信道跳变模式。当LE设备104被同步的时候，LE设备104通过在TSCH协议的信道跳变模式(即父TSCH设备102所使用的信道跳变模式)上运作而进行通信。虽然LE设备104与TSCH协议的信道跳变模式同步，但是TSCH设备102和LE设备104在后续时隙的主部分上可以在根据主TSCH信道跳变模式的频率信道上进行通信。因而，使LE设备104的通信与主TSCH网络100所使用的TSCH协议的信道跳变模式同步使得LE设备104以与主TSCH网络100一致的主TSCH协议的更快的速率而切换信道。
例如，图6描绘了LE设备104在时隙602e的主部分期间向TSCH设备102传送消息数据626(例如，与LE设备104所服务的家域网的操作有关或与资源提供商110的操作有关的任何数据)。消息数据626由LE设备104在根据TSCH协议的信道跳变模式(即父TSCH设备102所利用的信道跳变模式)的适当频率信道上传送。在接收到消息数据626时，TSCH设备102传送应答信号628，其确认消息数据626的接收。
一旦LE设备104与TSCH设备102同步，TSCH设备102就还可以向LE设备104传送消息数据630(例如与LE设备104所服务的家域网的操作或资源提供商110的操作有关的任何数据，或给LE设备104的指令)。在LE设备104与TSCH协议的信道跳变模式同步时，消息数据630在TSCH时隙602g的主部分上、在根据主TSCH网络100所使用的TSCH信道跳变模式的频率信道上被传送。在接收到消息数据630时，LE设备104传送应答信号632，其确认消息数据630的接收。
在另外的实施例中，LE设备104可以被配置成以所定义的时间间隔来收听来自其所连接的父TSCH设备102的同步响应。在这些实施例中，TSCH设备102以所定义的时间间隔来周期性地传送同步响应，而不首先要求来自LE设备104的同步请求。这样的实施例有助于进一步保存LE设备104的电池寿命。
图7描绘了用于TSCH设备102d与两个所连接的LE设备104a、104b的通信同步的定时图。TSCH设备102d在TSCH时隙702a-g上通信。第一LE设备104a在被示出为唤醒状态720a-b以及睡眠状态722a-b的睡眠/唤醒循环上运作。类似地，第二LE设备104b在被示出为唤醒状态730a-b以及睡眠状态732a-b的睡眠/唤醒循环上运作。每个LE设备104a-b通过使用低能量信道跳变协议而运作。由LE设备104a所利用的低能量信道跳变协议可以是与LE设备104b所利用的低能量信道跳变模式相同或不同的。在图7中所示的实施例中，LE设备104a-b被配置成以所定义的间隔来收听来自所连接的TSCH父设备102d的同步响应。例如，所定义的间隔可以在LE设备104a-b的初始网络加入期间或在初始网络安装期间被设置。
为了开始使LE设备104a-b的通信与主TSCH网络100的TSCH协议的更快的信道跳变模式同步，TSCH设备102d向LE设备104a传送同步响应704。同步响应704包括如以上关于图6所讨论的类似信息。同步响应704在根据LE设备104a所利用的低能量信道跳变模式的低能量网络信道上被传送。TSCH设备102d然后收听来自LE设备104a的应答信号706，所述应答信号指示：LE设备104a接收到同步响应并且与TSCH网络100的信道跳变协议同步。
类似地，TSCH设备102d向LE设备104b传送同步响应708。同步响应708包括如上所述的类似信息并且在根据LE设备104b所利用的低能量信道跳变协议的低能量网络信道上被传送。TSCH设备102d然后收听来自LE设备104b的应答信号706，所述应答信号指示：LE设备104b接收到同步响应并且与主TSCH网络100的信道跳变协议同步。
一旦LE设备104a-b进入睡眠状态，LE设备104a-b与主TSCH网络100所使用的TSCH信道跳变模式的同步可丢失，并且TSCH设备104a-b可以返回到其相应的低能量网络跳变模式。在接下来的唤醒状态(即唤醒状态720b和唤醒状态730b)期间，LE设备104a-b再次收听来自父TSCH设备102d的同步响应。例如，在时隙702e期间，TSCH设备102d向LE设备104a传送同步响应712并且等待应答信号714。类似地，在时隙702g期间，TSCH设备102d向LE设备104b传送同步响应716并且等待应答信号718。
一旦LE设备104a-b被同步，父TSCH设备102d和LE设备104a-b就可以通过在如下频率信道上传送消息来进行通信：所述频率信道由主TSCH网络100所使用的TSCH信道跳变协议所定义，如以上关于图6所讨论的。
在一些实施例中，代替于在不同时隙期间向单独的LE设备传送同步响应，TSCH设备102可以在相同时隙期间大体上同时地向多个LE设备广播同步响应。图8描绘了一示例定时图，其用于TSCH设备102d通过相应地向LE设备104a、104b广播同步响应804而与所连接的LE设备104a-b建立同步。作为响应，LE设备104a-b向TSCH设备102d传送同步应答消息808、812，其指示：LE设备104a-b成功地接收到广播同步响应804并且LE设备104a-b已经同步到TSCH网络100所使用的TSCH协议的信道跳变模式。使得同步应答消息808、812不干扰彼此，它们以随机化的隙偏移被传送。由LE设备104a-b所计算的随机化的隙偏移指定其中LE设备104a-b应当传送同步应答消息808、812的时隙。例如，同步应答消息808由LE设备104b在时隙802b的主部分传送，并且同步应答消息812由LE设备104a在时隙802c的主部分传送。同步应答消息801、812在根据父TSCH设备102d所实现的TSCH协议的信道跳变模式的对应频率信道上被传送。
在另外的实施例中，父TSCH设备102尝试根据以上关于图7(在不要求同步请求情况下的被动同步)以及图8(广播同步，其中同步响应被同时传送到多个LE设备)所描述的方法、在预定义的同步间隔时段内与所连接的LE设备104同步。例如，父TSCH设备102可以在初始化期间被配置成在预定义的间隔时段(即预定义数目的时隙)内周期性地尝试与所连接的LE设备同步。LE设备104可以在初始化期间被配置成在唤醒状态期间、在预定义的间隔时段内收听来自LE设备104的同步响应。如果LE设备104在预定义的间隔时段期间没有接收到同步响应，则LE设备104可以被配置成向TSCH设备102传送同步请求，并且发起如以上关于图6所描述的同步。
在附加的实施例中，如果LE设备104未能响应于同步请求而从TSCH设备102接收到应答消息，则LE设备104可以重传送同步请求。图9描绘了一定时图，其中LE设备104在时隙902a的主部分期间向TSCH设备102传送同步请求910。如以上所讨论的，TSCH设备102被配置成在TSCH时隙的次级部分期间收听来自LE设备104的通信(即同步请求)。由于在时隙902a的主部分期间传送同步请求，TSCH设备102可不接收同步请求并且不提供应答信号。在预定义的间隔时段之后，LE设备104可以在后续时隙902b期间、通过添加定时偏移来重传送同步请求912。定时偏移可以使得同步请求912由TSCH设备102在TSCH时隙902b的次级时段期间(在其期间，TSCH设备102正收听来自LE设备104的通信)接收。在接收到同步请求912时，TSCH设备102传送应答信号，其继之以同步响应914，如以上关于图6所讨论的。同步响应914提供同步数据，以允许LE设备104使通信与TSCH网络102的信道跳变模式同步。
图10是一流程图，其图示了用于在低能量信道跳变协议上运作的LE设备104与在TSCH协议上运作的TSCH设备102之间同步通信的示例方法1000。为了说明性目的，参考在图1-3中所描绘的系统实现方式并且关于在图4-6中所示的TSCH时隙图示来描述方法1000。然而，其它实现方式是可能的。
如在框1010中所示，过程1000包括在TSCH协议的第一时隙的次级部分期间，从在低能量网络信道上通信的低能量端点设备接收同步请求。例如，TSCH设备102细分TSCH时隙来在TSCH时隙的主部分期间与TSCH网络上的其它设备通信(即利用根据TSCH协议的信道跳变模式的频率信道)并且在TSCH时隙的次级部分期间收听来自所连接的LE设备104的通信。可以通过在应用层数据分组中添加信息元素来提供同步请求(以及来自TSCH设备的对应同步响应)。
过程1000此外包括在第二时隙的主部分期间由父TSCH设备102向低能量端点设备104传送同步响应，如框1020中所示。同步响应在LE设备104所利用的低能量网络信道(即在其上接收同步请求的相同频率信道)上被传送。所述同步响应包括同步数据，其用于使低能量端点设备的通信与TSCH协议的信道跳变模式同步。通过与主TSCH协议的信道跳变模式同步，LE设备104当在唤醒状态中的时候改变其信道跳变模式，以根据主TSCH网络100所使用的TSCH协议的更快的信道跳变速率来切换信道。
一旦被同步，TSCH父设备就可以在TSCH时隙的主部分期间、在根据主TSCH网络100所使用的TSCH协议的频率信道上与LE设备传达消息数据。
虽然本主题已经关于其特定方面被详细描述，但是将领会的是，本领域技术人员在获得对前述内容的理解时可以容易地产生对这样的方面的变更、这样的方面的变型以及对于这样的方面的等同物。因此，应当理解的是，本公开内容已经为了示例而不是限制的目的被呈现，并且不排除将这样的修改、变型和/或添加包括到本主题，如对于本领域普通技术人员将会容易显而易见的。
此外，虽然关于被A/C供电的TSCH设备以及被电池供电的LE设备而描述了本文中所公开的实施例，但是应当理解的是，这些实施例为了示例而不是限制的目的被提供。本文中所公开的实施例不排除使用在TSCH网络中通过非A/C源被供电的TSCH设备和/或通过非电池功率源被供电的LE设备。

Claims (23)

1.一种通过在主时隙信道跳变（TSCH）网络上运作的父节点内的处理器所执行的方法，所述方法包括：
由父节点在主TSCH协议的多个时隙中第一时隙的主部分期间在主TSCH信道上收听来自主TSCH网络上的近邻节点的通信；
当在第一时隙的主部分期间没有接收到任何通信的时候，于是由父节点在第一时隙的次级部分期间在低能量网络信道上收听来自低能量端点节点的通信；
其中主TSCH信道和低能量网络信道是不同的频率信道；
由父节点在第一时隙的次级部分期间在低能量网络信道上接收来自低能量端点节点的同步请求；以及
在主TSCH协议的所述多个时隙中第二时隙的主部分期间由父节点向低能量端点节点传送同步响应，所述第二时隙在第一时隙之后，其中所述同步响应包括同步数据，其用于使低能量端点节点的通信与主TSCH协议的信道跳变模式同步。
2.根据权利要求1所述的方法，其中父节点由非电池源供电，其中低能量端点节点由电池源供电，并且其中父节点仅仅在低能量端点节点的唤醒/睡眠循环的唤醒时段期间从低能量端点节点接收通信。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述同步数据包括用于标识用来与父节点通信的第三时隙的绝对隙号标识符。
4.根据权利要求1所述的方法，此外包括：
在主TSCH协议的所述多个时隙中第三时隙的主部分期间在父节点与低能量端点节点之间传达消息数据，所述第三时隙在第二时隙之后。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述低能量端点节点 在低能量TSCH协议上运作，并且其中用于主TSCH协议的信道跳变以与低能量TSCH协议的信道跳变相比的更快的速率发生。
6.根据权利要求5所述的方法，其中使低能量端点节点 的通信与主TSCH协议的信道跳变模式同步使得低能量端点节点 以主TSCH协议的更快速率来切换信道。
7.根据权利要求1所述的方法，其中父节点在低能量端点节点所利用的低能量网络信道上向低能量端点节点传达同步响应。
8.根据权利要求1所述的方法，此外包括：
响应于同步请求而收听来自父节点的应答信号，所述应答信号指示父节点接收到由低能量端点所传送的同步请求；以及
在确定了没有从父节点接收到应答信号时，重传送同步请求。
9.一种用于在父节点和第一低能量端点节点/第二低能量端点节点之间建立同步通信的方法，包括：
在第一低能量网络信道上从父节点向所述第一低能量端点节点传送第一同步响应，所述第一同步响应在第一低能量端点节点的第一唤醒/睡眠循环的第一唤醒时段期间被传送，其中父节点在多个时隙期间在根据主时隙信道跳变（TSCH）协议的信道跳变模式的一个或多个信道上与一个或多个相邻节点通信；
在第二低能量网络信道上从父节点向所述第二低能量端点节点传送第二同步响应，所述第二同步响应在第二低能量端点节点的第二唤醒/睡眠循环的第二唤醒时段期间被传送，其中所述第一同步响应和第二同步响应包括用于与主TSCH协议的信道跳变模式同步的同步数据；
响应于第一同步响应而收听来自第一低能量端点节点的第一应答信号，所述第一应答信号指示第一低能量端点节点接收到第一同步响应并且与主TSCH协议的信道跳变模式同步；以及
响应于第二同步响应而收听来自第二低能量端点节点的第二应答信号，所述第二应答信号指示第二低能量端点节点接收到第二同步响应并且与主TSCH协议的信道跳变模式同步。
10.根据权利要求9所述的方法，此外包括：
在确定了没有从第一低能量端点节点接收到第一应答信号时，在后续时隙期间重传送第一同步响应。
11.根据权利要求9所述的方法，其中在主TSCH协议的第一时隙的主部分期间在第一低能量网络信道上传送第一同步响应，并且在主TSCH协议的第二时隙的主部分期间在第二低能量网络信道上传送第二同步响应。
12.根据权利要求9所述的方法，其中父节点由非电池源供电，其中第一低能量端点节点和第二低能量端点节点由电池源供电。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一低能量端点节点 和第二低能量端点节点 在低能量TSCH协议上运作，并且其中用于主TSCH协议的信道跳变以与低能量TSCH协议的信道跳变相比的更快的速率发生。
14.根据权利要求9所述的方法，此外包括：
在确定了没有从第一低能量端点节点接收到第一应答信号时，在主TSCH协议的时隙的次级部分期间、在第一低能量网络信道上收听来自第一低能量端点节点的同步请求。
15.一种用于在父节点和第一低能量端点节点/第二低能量端点节点之间建立同步通信的方法，包括：
在低能量网络信道上从所述父节点向所述第一低能量端点节点以及向所述第二低能量端点节点广播同步响应，所述同步响应在第一低能量端点节点的第一唤醒/睡眠循环的第一唤醒时段以及第二低能量端点节点的第二唤醒/睡眠循环的第二唤醒时段期间被传送，其中父节点在多个时隙期间在根据主时隙信道跳变（TSCH）协议的信道跳变模式的一个或多个信道上与一个或多个相邻节点通信；
响应于同步响应而收听来自第一低能量端点节点的第一应答信号，所述第一应答信号指示第一低能量端点节点接收到同步响应并且与主TSCH协议的信道跳变模式同步；以及
响应于同步响应而收听来自第二低能量端点节点的第二应答信号，所述第二应答信号指示第二低能量端点节点接收到同步响应并且与主TSCH协议的信道跳变模式同步。
16.根据权利要求15所述的方法，其中在主TSCH协议的所述多个时隙中的第一时隙的主部分期间广播同步响应。
17.根据权利要求16所述的方法，此外包括：
在主TSCH协议的所述多个时隙中的第二时隙期间接收第一应答信号，所述第二时隙根据由第一低能量端点节点所确定的第一随机化的延迟而发生；以及
在主TSCH协议的所述多个时隙中的第三时隙期间接收第二应答信号，所述第三时隙根据由第二低能量端点节点所确定的第二随机化的延迟而发生。
18.根据权利要求15所述的方法，此外包括：
在确定了没有从第一低能量端点节点接收到第一应答信号时，在主TSCH协议的时隙的次级部分期间、在低能量网络信道上收听来自第一低能量端点节点的同步请求。
19.一种用于建立同步通信的系统，包括：
主时隙信道跳变（TSCH）网络中通信地耦合到彼此的多个节点，所述多个节点中的至少一个包括父节点，所述父节点包括：
处理器，以及
非暂时性计算机可读介质，其中所述处理器被配置用于执行被具体化在非暂时性计算机可读介质中的指令以执行包括以下各项的操作：
由父节点在主TSCH协议的多个时隙中第一时隙的次级部分期间接收来自在低能量网络信道上通信的低能量端点节点的同步请求，其中父节点在所述多个时隙的主部分期间、在主TSCH协议的一个或多个主TSCH信道上与一个或多个相邻节点通信，其中低能量网络信道和与第一时隙相关联的主TSCH信道是不同频率信道，并且其中父节点在第一时隙的次级部分期间、在低能量网络信道上收听通信；以及
在TSCH协议的所述多个时隙中第二时隙的主部分期间由父节点向低能量端点节点传送同步响应，其中所述同步响应包括同步数据，其用于使低能量端点节点的通信与TSCH协议的信道跳变模式同步。
20.根据权利要求19所述的系统，其中父节点由非电池源供电，其中低能量端点节点由电池源供电，并且其中父节点仅仅在低能量端点节点的唤醒/睡眠循环的唤醒时段期间从低能量端点节点接收通信。
21.根据权利要求19所述的系统，其中所述低能量端点节点 在低能量TSCH协议上运作，并且其中用于主TSCH协议的信道跳变以与低能量TSCH协议的信道跳变相比的更快的速率发生。
22.根据权利要求21所述的系统，其中使低能量端点节点 的通信与主TSCH协议的信道跳变模式同步使得低能量端点节点 以主TSCH协议的更快速率来切换信道。
23.一种用于在父节点和低能量网络节点之间建立同步通信的方法，包括：
由所述低能量网络节点向所述父节点传送同步请求，用于使通信与由父节点所利用的主TSCH协议的信道跳变模式同步，所述同步请求在主TSCH协议的多个时隙中第一时隙的第二部分期间在低能量网络信道上被传送，其中低能量网络信道和与第一时隙相关联的主TSCH信道是不同频率信道；
收听应答信号，其指示父节点接收到同步请求；以及
在确定了没有从父节点接收到应答信号时，在所述多个时隙中第二时隙期间、利用如下定时偏移来重传送同步请求：所述定时偏移被配置成对准同步请求的重传送与第二时隙的次级部分。
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