CN110366860A - 用于网络接入的方法、系统、控制器、实体及计算机程序 - Google Patents

Abstract

本发明涉及由小区控制器的计算机装置实现的、向连接至时分多址网络的通信实体分配时隙的方法。该网络被划界成由小区控制器控制的小区。所述方法重复地包括：在预定时段(SF)内，在第一频率信道(AC)中发送信标帧(BF)，以向所述通信实体当中的至少一个指定实体(S0、S3)通告将在第二频率信道(DC1、DC2)中向所述指定实体分配时隙(TS)，并且在所述第二频率信道(DC1、DC2)中向所述指定实体分配所述时隙。由于该实现，所述网络的、所述信标帧中未指定的任何通信实体可以在休眠模式中运行直到下一时段(SF)。

Description

用于网络接入的方法、系统、控制器、实体及计算机程序

技术领域

本发明涉及无线电通信系统。

背景技术

在无线电通信系统中，介质访问控制(MAC)层的主要任务之一是提供信道访问控制机制，以便在需要通信的不同站之间共享可用的无线电资源。在基于分组模式争用的信道访问中，多址机制能够检测并减少数据分组冲突。与此相反，在电路交换信道接入方法中，多址机制应当保留资源来建立逻辑信道。

通常，多址机制与用于控制分组重复的错误控制机制相关联，以便为每个建立的信道实现最低服务质量(QoS)。优化全局可用带宽也是多址机制的主要目标之一。

在分组无线电无线网络中使用的多种接入协议的示例有CSMA/CA(在IEEE802.11网络中使用)、时隙ALOHA、动态TDMA、移动时隙Aloha、CDMA等。

TDMA(时分多址)通过将信号分成不同的时隙而使几个用户能够共享同一频率信道。时隙被分配给特定装置以避免小区中的任何无线电冲突。TDMA的一个主要优点是移动装置的无线电部件只需要对该移动装置自己的时隙进行监听和广播。通常将时间划分为固定持续时间的时间帧，每个帧被划分成固定数量的时隙。在一些标准中称为“接入点”或“基站”的中央控制部负责时隙分配。

在动态时分多址中，基于每个数据流的流量需求，安排算法将每个帧中的可变数量的时隙动态地保留给可变比特率数据流。在这样的系统中，需要实现一些机制，使得多个站可以经由一些控制消息来周期性地报告这些站的资源需求。

发明内容

[技术问题]

然而，这些机制通常会在分组发送中引入一些带宽消耗和一些延迟。

在CSMA/CA(载波监听多路接入/冲突避免)中，不需要集中安排，因为每个站独立地决定该站是否可以在信道上发送数据。在发送之前使用载波监听来检测信道占用率。当监听到另一个站时，冲突避免确定在再次监听到空闲通信信道之前的等待时段。

这种方法的一个缺点是接收器站必须永久地对信道进行监听。为此，已经开发了一些用于省电的算法以降低功耗。这些算法中的大多数基于通过由中央控制器发射的特定广播信标帧用信号发出的固定持续时间的时间帧的引入。

仅允许中央控制器与站之间的通信(即，IEEE-802.11中的基础设施模式)。然后，仅在某一特定时间帧期间将站唤醒。中央控制器仅在目的地站被唤醒的时间帧期间安排下行链路流量。然而，这种机制要求站被唤醒并在一个完整的时间帧期间而不是TDMA中的仅仅一个时隙来监听信道。

针对传感器和低功率装置优化的现有无线电通信协议基于不同的接入控制机制。Zigbee物理层和MAC层基于IEEE 802.15.4标准。在信标模式(即，集中方法)中，可以使用可能包含三种类型时段的超帧结构：

-“争用接入时段”(CAP)，

-“无争用时段”(CFP)，以及

-非活动时段。

CAP的接入控制机制基于CSMA/CA。具有中央分配的TDMA接入控制更适用于CFP。然而，分配是静态的并且在信道建立时进行协商。

蓝牙低功耗接入控制方案基于动态TDMA但没有广播信标发射。为了建立连接，主装置首先开始扫描以查找当前正在接受连接请求的通告方。当检测到合适的通告从装置时，主装置向从装置发送连接请求CONNECT-REQ分组，并且如果从装置作出响应，则建立连接。CONNECT-REQ分组包括跳频增量，该跳频增量确定主装置和从装置两者在连接的使用期限期间将遵循的跳频序列。

在蓝牙术语中，连接只是在预定义时间从装置与主装置之间的一序列数据交换。每个交换都称为连接事件。在连接事件期间，主装置和从装置交替地发送和接收分组。当两个装置继续发送分组时，则认为连接事件开启。

连续交换的分组的最大数量被限制成四(4)个。在两个分组突发之间，必须遵守连接空闲间隔。由于这些限制，对于一些常见实现，单个连接的最大用户吞吐量等于85kbps。即使对于非对称流量，接收方和发送方也必须交换相同数量的分组。考虑到功耗，这种行为不是最佳的，因为每当接收到一个数据分组，低功率装置都必须发送空的分组。

当前的硬件无线电模块现在实现了非常有效的休眠模式，所述休眠模式允许将功耗降低到几微安。然而，将微处理器置于空闲模式仍需要更多功率(低功率装置需要几毫安)。在考虑无线电模块的情况下，对于最好的集成无线电系统来说，接收以及最重要的数据发送总是需要更多的功率(～5mA到20mA)。由于硬件和软件的限制，省电模式与活动模式之间的转换通常需要一些延迟。这在功耗方面导致一些开销。这种现象在设计多址协议时应当加以仔细考虑，而现有方法却并非如此。

因此，需要一种针对低功率装置进行了优化的基于动态TDMA的多址协议。

[问题的解决方案]

本发明旨在改进上述情况。

为此，根据一方面，本发明旨在提供一种通过小区控制器的计算机装置实现的向连接至时分多址网络的通信实体分配时隙的方法，在由所述小区控制器控制的小区中对所述网络进行划界，所述方法重复地包括以下步骤：

-在预定时段内，在第一频率信道中发送信标帧，以向所述通信实体当中的至少一个指定实体通告在第二频率信道中将向所述指定实体分配时隙，以及

-在所述第二频率信道中向所述指定实体分配所述时隙。

因此，本发明的实现使得所述通信实体的剩余部分能够至少在前述预定时段的剩余部分期间以节能模式运行，或者至少在信标时间窗口持续时间期间保持唤醒(如关于下面详述的实施方式公开的)，并且在预定时段的剩余部分期间依然处于“休眠”模式。

在本发明的可能应用中，所述小区控制器被设置在汽车中，所述网络是无线网络，并且所述通信实体是与设置在所述汽车中的传感器装置相连接的无线站。

例如，在这种应用中，当具有包括小区控制器的等效设备的两辆汽车相邻时，可能发生干扰，如下面评论的图2的示例所示。为了防止干扰，在由小区控制器管理的一个网络中信标帧在预定时段中开始的时间可以与另一小区控制器管理的另一网络中信标帧在预定时段中开始的时间不同。

在那种应用中，但也可能在任何其它应用中，前述预定时段：

-可以具有恒定的持续时间(因此对应于重复的周期性持续时间，每个持续时间具有可以发送信标帧的部分)，并且

-可以包括也具有恒定的持续时间的信标时间窗口(在下面评论的图5A中称为BW，并且在所示示例中出现在预定时段SF的开始处)。

因此，所述信标帧的发送可以在所述信标时间窗口内由所述小区控制器选定的时间开始。

该选定的开始时间可以由所述小区控制器例如随机地进行规定，以避免与另一相邻小区控制器同时发送信标帧(或者限制与另一相邻小区控制器同时发送信标帧的概率)。

为了让所述通信实体尽可能长时间处于休眠模式并且仅为了接收信标帧而唤醒它们，可以更精确地以伪随机方式选定所述信标帧发送开始的时间，所述通信实体知道计算伪随机抽取的种子。

因此，在可能的实施方式中，所述小区控制器具有与连接至所述网络的通信实体共享的标识符，开始发送信标帧的时间是根据使用至少基于所述小区控制器的所述标识符的种子的伪随机抽取选定的。通信实体中的至少一个通信实体使用同一种子以便计算用于在开始发送所述信标帧时开始监听所述第一频率信道的同一伪随机抽取(在下面评论的图5B中称为CALC的计算开始时间)。

该实施方式由此使得如果不存在将用于通信实体的时隙，则该通信实体至少在前述预定时段的剩余部分期间按节能模式运行。

在一般实施方式中，所述信标帧可以包括指示在再次打算将下一时隙用于该通信实体之前安排的多个预定时段的数据，由此使得该通信实体能够安排节能模式下的运行持续时间。

在另选或补充的实施方式中，所述信标帧可以包括指示以下内容的数据：

-将被分配时隙的指定实体的至少一个标识符，

-该时隙的持续时间，

-指示使用所述时隙是以从所述指定实体的发送开始还是以从所述小区控制器的发送开始的通信启动数据。

在这个实施方式中，可以设想令牌传递机制，令牌的第一个持有者是所述时隙中的第一个发送方。因此，在该实施方式中，所述通信启动数据还可以在所述小区控制器与所述指定实体当中规定令牌持有者，该令牌持有者以发送来开始所述时隙的使用，并且在每个执行的发送之后传递该令牌。下面，参照图7对详细说明该实施方式。

在一般实施方式中，所述小区控制器具有与连接至网络的通信实体共享的标识符，并且在所述信标帧中指定的实体具有小区控制器知道的标识符，所述第二频率可以由所述小区控制器根据频率多跳方案来选择，其中，使用至少基于所述小区控制器的标识符和所述指定实体的标识符的种子的伪随机抽取确定所述第二频率。所述指定实体也可以使用同一种子以便计算用于监听与这样确定的所述第二频率相对应的信道的同一伪随机抽取。

本发明还旨在提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于在由处理器运行时，执行如上所述的方法的指令。这样的指令可以在所述小区控制器与连接至所述网络的所述通信实体之间进行分布。

本发明还旨在提供一种包括小区控制器CC和通过网络连接至所述小区控制器的一个或几个通信实体S1、S2的系统(如图8所示)，其中：

-小区控制器CC包括计算机电路(在图8所示的示例性实施方式中，除了天线ANT，该计算机电路还包括处理器PROC以及至少存储根据本发明的计算机程序产品的指令的存储器MEM)，所述计算机电路被配置为实现如上所述的方法并且包括所述信标帧的发送，并且

-各个通信实体S1、S2包括计算机电路(除了天线ANT1、ANT2以外，还包括各自电路中的处理器PROC1、PROC2以及也用于存储根据本发明的计算机程序产品的指令的存储器MEM1和MEM2)，所述电路被配置为实现如上所述的方法并且包括所述信标帧解释以使用预期的时隙。

本发明还旨在提供一种要通过网络连接至通信实体的小区控制器，并且所述小区控制器包括计算机电路(如图8所示)，所述计算机电路被配置为：

-安排通信时隙以分配给所述通信实体，并且

-根据上述方法，发送信标帧以指示这些时隙分配。

本发明还旨在提供一种要通过网络连接至小区控制器的通信实体，所述小区控制器能够安排通信时隙以分配给所述网络的通信实体。更具体地说，根据本发明的通信实体包括计算机电路(如图8的示例所示)，所述计算机电路被配置为：

-接收来自所述小区控制器的信标帧，

-根据如上所述的方法，解释这些信标帧，以确定将来是否有任何时隙被分配给所述通信实体，

-并且如果没有的话，则按节能模式运行直到接收到下一信标帧为止。

本发明在附图中通过示例而非限制的方式进行了例示，在附图中相同的标号是指相似的部件。

附图说明

图1示出了信标帧通信以及在信标帧中通告的所提供的时隙的对应使用。

图2示出了本发明应用于联网的汽车的情况以及由相应的小区控制器CC(连接至站S1到站S4)和CC'(连接至站S'1到站S'4)管理的两个相邻网络之间的可能干扰。

图3是与图2的情况相对应的小区C1和C2的视图。

图4示出了用于在每个超帧时段SF中开始信标帧BF的发送的信标窗口BW。

图5A示出了通过小区控制器并且还通过通信实体伪随机确定每个信标窗口BW中的信标帧BF的发送的开始。

图5B示出了通过小区控制器并且还通过通信实体伪随机确定每个信标窗口BW中的信标帧BF的发送的开始。

图5C示出了通过小区控制器并且还通过通信实体伪随机确定每个信标窗口BW中的信标帧BF的发送的开始。

图6示出了根据本发明的实施方式的系统中的通信实体的休眠模式时段的可能性。

图7示出了在时隙中使用的令牌传递方案，该令牌传递方案用于在小区控制器与使用该时隙的指定通信实体之间的通信。

图8示意性地示出了根据本发明的实施方式的系统。

图9示出了在根据本发明的可能实施方式的方法中执行的步骤的概述，并因此对应于根据本发明该实施方式的计算机程序产品的一般算法的流程图。

具体实施方式

这里提出了一种基于中央资源分配方案(由小区控制器完成)并且支持与针对数据信道的跳频机制相结合的TDMA的无线电通信系统。

这样的系统实现了多址方法协议，该多址方法协议适于具有超低功率装置的系统。

为了最小化所述装置的前述“监听时段”，所提出的协议基于具有集中资源分配的TDMA方案。中央节点(以下称为“小区控制器”)负责管理无线电资源，并在连接至无线电小区的不同终端装置(以下称为“站”)之间共享该资源。

以下将时间分成称为“超帧”的固定持续时间。在每个超帧的开始处由小区控制器发送帧(以下称为“信标帧”或信标)，并且该帧包含关于在当前超帧期间在数据信道上分配的时隙的信息。

使用周期性信标允许空闲站至少在两个超帧之间的每个时段的剩余部分期间休眠。

然后，参照图1，在称为超帧SF的每个时段内，小区控制器在与特定频率fa(或频带)相对应的通告信道AC中发送信标帧BF。各个信标帧BF包括与时隙参数SP有关的数据。例如，在一个信标帧BF中，可以提供一个时隙SP1以分配给数据信道DC1(对应于另一频率f1)中的站S0，并且将提供另一时隙SP2以分配给数据信道DC2(对应于另一频率f2)中的另一个站S3。

因此，时隙是要在网络中共享的资源。

由于该实现，与一个超帧SF的持续时间b相比较，站被唤醒(并且应当监听小区控制器)的时段至多是一个信标帧的持续时间a(其中，a/b<<1)。

此外，如下面详述的实施方式的示例所呈现的，所述站不需要太频繁地与小区控制器交换数据。例如，所述站可以是至多每秒钟将测量数据发送至小区控制器的传感器，而超帧SF的整个持续时间b例如可以是100ms(0.1秒)。这种情况意味着必须在最多十个SF持续时间内的仅一个信标帧持续时间a(因此对应于比率0.1x a/b)期间唤醒这样的传感器站。因此，可以进一步改善节能。

因此，使用周期性信标允许空闲站在任意数量个信标(在上面给出的示例中的10个信标内的9个信标)期间休眠。在下面描述的连接过程期间，可以在站与小区控制器之间规定和同意该任意数量。

在所提出的协议中，数据时隙专用于允许无争用通信的特定站。专用于特定站的时隙根据该特定站的流量要求具有可变长度。将数据时隙专门用于该站，但因图7所示的简单令牌管理方案(下面将详细描述)而支持下行链路发送或上行链路发送。这样的方案简化了信号通知并且还在连接的站中减少了通信所需的能量。

在一个时隙内，可以由小区控制器或者由站发送几个数据帧。各个数据帧具有可变的长度，其中，MAC头部部分用于控制信息，并且净荷部分携带逻辑信道信息数据(即，上层数据)。

该系统能够支持几个数据信道，这些数据信道可以映射在与通告信道AC不同的频带上，以便减少对相邻小区的干扰。

优选地，通过各个小区共用的单个通告信道来发射信标帧，以便在系统启动时促进和加速与站的超帧的同步。然后，通过在通告信道上使用在一些超帧内周期性地安排的基于争用的时段来完成对小区的连接。在连接期间，多个站向小区控制器指示这些站的数据流量要求以及这些站的节电限制，使得小区控制器可以接着有效地安排一些数据时隙。通过使用带内控制消息，站可以请求附加资源。

下面，参照图2，在一个实施方式的示例中，小区控制器CC是尤其在汽车中生成本地网络的发送装置。通过该无线本地网络(例如，IEEE 802.11)连接至小区控制器的站S1、S2、S3、S4例如可以是无线芯片传感器，无线芯片传感器被配置成发送所述站的测量数据(马达的水温、胎压等)至中央小区控制器CC，以便监测车辆的一般操作。

然而，如图2所示，也具有无线本地网络的其它车辆可以处于小区控制器CC附近。由于可以在所有小区控制器中为通告信道AC选择相同的标准信道频率，因而可能出现外部干扰。

本发明还提出了一种提供保护通告信道免受外部干扰的机制的可选实施方式。实际上，所提出的多址协议依赖于所述站对信标数据的良好接收。

为了限制相邻小区之间可能的信标冲突，现在如图3所示，在根据由连接至同一个小区控制器的每个站获知的伪随机序列生成的随机时段之后发射信标。

为了便于同步，将所述信标限制在称为“信标窗口”的时间窗口内，如图4所示。在每个信标窗口BW中，信标帧BF真正开始的时间取决于对每个小区都独特的该伪随机序列。由于该伪随机序列从一个单元C1到另一个C2不同，因此在两个相邻小区中发送的信标帧在时间上完全不可能有交叠。

而且，如上面已参照图1呈现的，为了符合频率调节并且减少干扰，可以将跳频机制用于数据信道DC1、DC2等。这里，再次地，可以将伪随机序列可以用于跳频，如图4所示。

为了鲁棒性，针对信标窗口中的信标帧的开始和针对跳频这两者的伪随机生成可以使用可以从小区控制器标识符(或“小区ID”)的值和站标识符的值得出的种子。更具体地，例如，在信标中通告的序列号的最高有效位MSB可以使用小区ID作为信标帧起始信息的种子，并且接下来的多个位可以用于针对相应信道DC1、DC2中的相应跳频的种子预期站(seed intended station)标识符。最后，从序列号的最低有效位LSB获得用于计算伪随机生成数的迭代次数，使得在站进行重新同步时需要较少的迭代计算。

在另一实施方式中，数据信道频率也可以像其它时隙参数(时间偏移、持续时间)一样简单地指示到信标中。例如，可以由小区控制器根据频率多跳方案来选择数据信道频率，在该频率多跳方案中，伪随机抽取确定分配给给定站SN的数据信道频率。伪随机抽取通常可以使用再次基于小区控制器CC的标识符ID以及给定站SN的标识符(以及可能的其它参数，例如该站和该频率的信噪比)的种子。一旦这样确定了数据信道频率，就可以将该频率中的时隙分配给站SN。在使用该时隙接收数据的情况下，给定站SN可以再次使用同一种子以便计算相同伪随机抽取来监听与这样确定的频率相对应的信道。

图4最后概括了上面提出的协议的所揭露的不同特征。可以进一步清楚，就像本说明书的介绍中呈现的现有技术一样，仍然可以将通告信道AC用于争用时段发送CPe。

现在，如图4所示，相对于在信标帧各自的信标窗口内选定的信标帧开始时间进行更详细的说明。

如上参照图2说明的，优选保护通告信道AC免受外部干扰(其它车辆的外部小区)。由于所提出的多址协议依赖于信标接收，因此如果例如相邻小区使用具有相同频率、相同超帧时段以及相位的同一通告信道，那么对于位于这两个小区边界处的站来说，所有信标帧都可能受到破坏。从而，无法与这些站进行通信。

如之前所解释的，在超帧开始之后，优选地在通过空中发射信标之前应用随机时段。

如图5A所示，应当在信标窗口内发射信标，因此在信标之前插入的最大延迟值应低于信标窗口尺寸减去信标持续时间。为简化起见，信标窗口尺寸可以设定为平均信标持续时间的倍数(4倍或8倍)。

由于这个实现，休眠站可以正好在信标发射之前醒来非常短的时间，并且该休眠站因其在很长时间内无需监听信道而不会损失能量。即使不能防止因干扰而造成的零星潜在信标损失，该实施方式在防止长时间的连续信标帧丢失方面也非常有效。

而且，每个信标帧BF(在信标窗口BW中)可以专用于至少一个预定站SN。参照图5A：

-在第一个超帧SF中，信标帧BF可以专用于第一个站SN，

-在第二个超帧SF中，信标帧BF可以专用于第二个站SN+1，

-在第三个超帧SF中，信标帧BF可以专用于第三个站SN+2。

下面，参照图5B，第一个站SN在第一信标帧开始之前计算伪随机持续时间PS-RANDOM，然后在所计算出的持续时间CALC之后监听通告信道AC。详情如下，专用于站SN的第一信标帧还包括与针对该同一站SN的下一信标帧有关的数据。因此，站SN能够获知应当何时醒来以接收下一信标帧数据。

下面，参照图5C，站N可以跳转至数据信道DCN以使用在第一信标帧中指定的时隙。

图5A的下一超帧SF包括专用于第二个站SN+1的信标帧。第二个站SN+1应用相同的步骤(在信标帧开始之前计算信标窗口中的伪随机持续时间，在该计算出的持续时间后监听通告信道，获得关于专用于第二个站SN+1的下一信标帧的信息，跳转至信标帧中指示的数据信道DCN+1，以便使用其被分配的时隙)。当然，第三个站SN+2也执行相同的步骤以监听其专用信标帧。

下面针对站连接过程进行说明。

未连接的站使用争用时段将控制消息发送至小区控制器。在争用时段内使用的接入协议的详细描述实际上不是本发明的一部分。该连接过程包括：首先在有效信标帧上同步，然后使用基于争用的时段交换请求/响应控制帧。在小区控制器与站之间交换一些不同的参数以指定所需的流量配置文件，但这些参数也用于安全认证的目的。

每个站可以打开不同的单向逻辑数据信道。每个逻辑数据信道都有特定的流量配置文件。该流量配置文件包含一些用于表征该信道所需带宽的参数。例如，流量配置文件(恒定比特率(CBR)配置文件)可以仅包含平均比特率参数。

由于数据帧，因此在混合时隙上映射逻辑信道。单个时隙可以承载几个逻辑信道，因为可以在一个时隙内交换几个数据帧。在每个发送的数据帧的MAC头部内表示逻辑信道号。

站流量配置文件可以包含一些对于每个逻辑信道来说公共的参数，这些公共参数将由安排处理在分配资源时加以考虑。特别地，参照图6，站流量配置文件可以包含：

-活动时段持续时间APE(表达为超帧数)

-使用的数据速率/物理层参数

-休眠时段持续时间SPE(表达为超帧数)

-一个超帧期间的最大时隙持续时间MSD

打开的逻辑信道的数量可以根据站的要求而改变。例如，每秒发送8个比特的值的非常简单的传感器可以仅使用一个上行链路数据信道，加上隐含地打开的两个控制信道(上行链路控制信道/下行链路控制信道)。然后将逻辑数据信道的平均比特率设定成8bit/s。在此考虑到10ms超帧的情况，站的活动时段是1个超帧，而休眠时段将是99个超帧。

可以另选地规定更高级和复杂的配置文件，但是对于基本传感器，恒定比特率(CBR)配置文件看起来最适合。

下面对数据时隙使用进行详述。

为了减少通信所需的能量，优选地在一个时隙持续时间中对单个同一站的下行链路(DL)数据帧通信和上行链路(UL)数据帧通信进行分组。实际上，一旦执行了发送操作和接收操作，该站就可以立即进入深度休眠状态。与发送时间/接收时间以及休眠时间相比，这样的步骤可能花费相当长的时间：只有休眠时段较长时才有价值。为了减少功耗，系统支持可变帧长度，从而避免使用填充数据。

而且，由于每个站使用不同的流量配置文件，因此超帧组合可以从一个超帧到另一个超帧不同。因此，优选地有效地在信标帧内表示专用于不同活动站的每个时隙的长度和时间位置。

为了减少信令权重，仅指示以时间量表达的时隙持续时间。时间量值要么隐含地已知，要么表示到信标中。时间量表示最小的时间粒度并且应当仔细设置以便减少信令字段长度。例如，如果帧粒度也是一个字节，则可以将该时间量固定成发送一个字节所需的时间。由于缺乏粒度以表示信号帧间时段(转变时间、数据处理时间等)而可能导致一些带宽损失，但在这种简单系统的一个实施方式中，与总体性能相比，有利于节能被认为是可接受的。

通过下表中评论的资源分配描述符(RAD)描述信标内的各个分配的时隙。两个连续时隙由时隙间时段分开，该时隙间时段应当大于帧间时段和转变时间。时隙间时段、帧间时段以及转变持续时间在信标内被隐含地规定或表示。

RAD包括以下信息：

站ID：时隙专用于的站的标识符。

时隙持续时间：按时间量表达的时隙的持续时间。

启动方：指示第一帧是否由小区控制器发射。

启动方：指示第一帧是由小区控制器(DL帧)发射还是由站(UL帧)发射。

下一安排：指示在下一时隙安排之前有多少个超帧。这将帮助所述站固定其休眠时段。

然后在同一时隙内组合DL数据帧和UL数据帧，从而允许在站与小区控制器之间进行快速通信。实际上，这种机制缩短了往返时间，因为一对可以立即回应在一个时隙中发出的请求，从而提供由小区控制器分配的足够资源，并且接收方有足够的时间来处理该请求。对于诸如传感器的简单的装置站，由于协议栈常常被简化并且数据分组由站立即处理，因此可以完成这种假设。通常情况下，在上面的应用示例中，小区控制器可以根据轮询模式向一些传感器装置站询问测量数据，并且得到同一时隙内的测量数据，然后进一步向所述站发送确认。

在单个时隙中组合DL数据帧和UL数据帧还参与减少信令开销和资源分配复杂性，这是因为只有一种类型的时隙被分配给各个站并且可以用于任何目的。可以由小区控制器(下行链路数据帧)或者站(上行链路数据帧)来发射一个或多个数据帧直到分配的时隙结束。

还可以使用令牌来确定允许哪一对进行发送。在信标中指示(启动方指示符)启动方(即，令牌所有者)，如下面详述的图7所示。每个发送的数据帧的头部中的指示通知接收方发送方是否保持令牌以继续发送，或者将令牌发给接收方，使得该接收方稍后有机会发送帧。上行链路帧的头部中的第二指示通知小区控制器所述站在帧发射之后正在进入休眠状态，并因此通信将暂停直至RAD中指示的下一个安排的时隙。

在两个连续帧发射之间，发射器应遵守最小帧间时段，以使接收方有机会解码和处理帧。这个时段可以根据每个站进行调整，并在与每个站的连接过程期间进行通告。

图7详述了时隙内的帧发射过程。由于启动方字段(图7中的标记I)，在RAD内指定了第一个令牌所有者。然后，在每个发送的帧中，发送方可以决定其是否保持令牌(K标志)或者将令牌发出给接收方(G标志)。当时隙已满或者当站在帧发送之后指示该站将进入休眠时，通信被暂停。当发送设置有G标志的帧时，定时器启动。如果在时间期满之前没有接收到帧，则认为接收方未正确地接收到该帧。在该情况下，原始发送方保持令牌并能够再次发送新的帧。原始发送方可以接着重复丢失的帧，但也发送在不同的逻辑信道上承载的新帧。

现在参照图9，图9例示了上面呈现的方法的主要步骤的概要，当站S1连接至网络时，站S1在步骤ST1监听通告信道，并且该站S1对在步骤ST2接收到的第一信标帧BF进行预同步，从该第一信标帧BF，站S1在步骤ST21得到小区控制器的标识符ID和超帧持续时间SF的信息(在实施方式的当前示例中，在信标帧中指出)。在知道预定的超帧时段SF的情况下，所述站可以粗略地确定下一超帧SF的开始。该超帧SF的开始还规定了下一信标窗口BW的开始。因此，在步骤ST22中，站S1可以等待下一信标窗口BW(例如，在与超帧持续时间SF减去信标窗口持续时间相对应的时间化(temporization)TEMP期间)。在接收到下一信标帧BF时，在步骤ST23，站S1可以通过在第二次接收到的信标帧上准确地同步来获取由小区控制器CC保持的网络时钟CLK。

由于该时钟CLK，在步骤ST3中，所述站可以精确地同步并确定下一个超帧SF(前述预定时段)的开始。由于小区控制器标识符数据，所述站可以在步骤ST4中计算发送信标帧BF时的准确时间，然后在步骤ST6在该时间监听通告信道AC，以得到在步骤ST5从小区控制器发送的信标帧数据。

在步骤ST7中，基于信标帧数据，所述站可以确定时隙TS是否打算用于该站。如果是(箭头Y)，则在步骤ST10，所述站切换至数据信道DC1，以在步骤ST11使用其时隙TS开始与小区控制器进行通信。否则(箭头N)，在步骤ST9的时间化期间，所述站可以在步骤ST8在节能模式中休眠。如果站S1刚刚连接至小区控制器，则该时间化可以对应于单个超帧持续时间，直到将来的信标帧指示在下一时隙打算用于该站S1之前可以经过多少个超帧。因此，在这种情况下，时间化将对应于所有这些超帧持续时间。

最后，本发明可以实现以下各项中的一项或几项：

-最小化低功率装置操作的发送的次数；

-最小化控制消息的数量(上行链路中的时隙请求，确认)；

-最小化信道监听持续时间(在接收模式下)；

-允许可变比特率以适应具有不同的通信要求的多种装置；

-对外部干扰具有鲁棒性以最小化重复次数(特别地，支持与在相同频带中运行相似或不同的多址接入协议的外部小区的共存)；

-最小化分组发送延迟和往返时间。

所提出的发明可以部署在用于汽车、家庭、办公室、设施应用或工厂自动化环境的“物联网”通信系统中。本发明与由小的电池或能量收集系统供电的超低功率装置兼容。本发明可以有利于在一些不支持有线的特定环境中部署完全无线的传感器或装置，或者有利于减少设计、制造以及维护成本。

Claims (12)

1.一种由小区控制器的计算机装置执行的、向连接至时分多址网络的通信实体分配时隙的方法，所述网络被划定为由所述小区控制器控制的小区，所述方法重复地包括：

在预定时段(SF)内，在第一频率信道(AC)中发送信标帧(BF)，以向所述通信实体当中的至少一个指定实体通告将在第二频率信道(DC1、DC2)中向所述指定实体分配时隙，以及

在所述第二频率信道(DC1、DC2)中将所述时隙分配给所述指定实体。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述小区控制器(CC)设置在汽车中，所述网络是无线网络，并且所述通信实体是连接至在所述汽车中设置的传感器装置的无线站。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中，所述预定时段(SF)具有恒定持续时间并且包括具有恒定持续时间的信标时间窗口，并且其中，所述信标帧的发送是在所述信标时间窗口内由所述小区控制器选择的时间开始的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述小区控制器具有与连接至所述网络的所述通信实体共享的标识符，开始发送所述信标帧的时间是根据使用至少基于所述小区控制器的标识符的种子的伪随机抽取(PS-RANDOM)选择的，并且其中，所述通信实体中的至少一个通信实体使用同一种子以计算相同的伪随机抽取(CALC)以在开始发送所述信标帧时开始监听所述第一频率信道，由此使得所述通信实体能够在不存在将要分配给所述通信实体的时隙时至少在所述预定时段(SF)的剩余部分期间以节能模式运行。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述信标帧包括指示在下一个时隙被再次分配给所述通信实体之前安排的多个预定时段(SF)的数据，使得所述通信实体能够安排在所述节能模式中运行的持续时间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述信标帧包括指示以下的数据：

时隙将被分配给的指定实体的至少一个标识符，

所述时隙的持续时间，

通信启动数据，所述通信启动数据指示所述时隙的使用是以从所述指定实体发送开始还是以从所述小区控制器发送开始。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述通信启动数据还规定所述小区控制器与所述指定实体当中的令牌持有者，所述令牌持有者以发送来开始使用所述时隙并且在每个执行的发送之后传递所述令牌。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述小区控制器具有与连接至所述网络的所述通信实体共享的标识符，并且所述指定实体具有所述小区控制器已知的标识符，所述第二频率(DC1、DC2)是由所述小区控制器根据使用至少基于所述小区控制器的标识符和所述指定实体的标识符的种子的伪随机抽取选择的，并且其中，所述指定实体使用同一种子以计算相同的伪随机抽取以监听与这样确定的所述第二频率相对应的信道。

9.一种包括小区控制器和通过网络连接至所述小区控制器的一个或多个通信实体的系统，其中：

所述小区控制器(CC)包括计算机电路(PROC、MEM)，该计算机电路被配置为执行根据前述权利要求中任一项所述的、包括所述信标帧的发送的方法，并且

各个通信实体(S1、S2)包括计算机电路(PROC1、MEM1、PROC2、MEM2)，该计算机电路被配置为执行根据前述权利要求中任一项所述的、包括所述信标帧的解释以使用预期的时隙的方法。

10.一种通过网络连接至通信实体的小区控制器，所述小区控制器包括计算机电路，所述计算机电路被配置为：

安排通信时隙以分配给所述通信实体，以及

根据权利要求1至8中任一项所述的方法，发送信标帧以指示所述时隙分配。

11.一种通过网络连接至小区控制器的通信实体，所述小区控制器安排通信时隙以分配给所述网络的通信实体，

所述通信实体包括计算机电路，所述计算机电路被配置为：

接收来自所述小区控制器的信标帧，

根据权利要求1至8中任一项所述的方法，解释所述信标帧以确定任何将来的时隙是否将分配给所述通信实体，并且

如果没有任何将来的时隙将分配给所述通信实体，则所述通信实体在节能模式中运行，直到接收到下一信标帧。

12.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于在由处理器运行时，执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的指令。