CN112153730B - 在无线网状网络中同步时间的方法及相关无线网状网络 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及在无线网状网络中同步时间的方法及相关无线网状网络。无线网状网络包含多个节点，每一节点同时支持一无线网状网络技术和一窄频物联网技术。每一节点根据一基准窄频物联网细胞的一系统帧编号和一超系统帧编号来执行时间同步，其中多个节点中至少一节点在基准窄频物联网内。

Description

在无线网状网络中同步时间的方法及相关无线网状网络
技术领域
本发明涉及一种在无线网状网络中同步时间的方法及相关的无线网状网络，特别涉及一种在无线网状网络中根据窄频物联网细胞的系统帧编号和超系统帧编号来同步时间的方法及相关的无线网状网络。
背景技术
随着网络技术的发展，各式各样的无线网络也不断地演进以提供使用者更好的无线通信品质，而无线网状网络(wireless Mesh network,WMN)便是下一代无线通信中蓬勃发展的技术之一。针对缺乏有线网络或不值得布建有线网络的区域，无线网状网络可提供所需的无线宽频网络环境，且基于无线网状网络本身架构上的自我组织(self-organized)与自我配置(self-configured)等特性，无线网状网络不但容易布建，且易于维护。
在现有技术的无线网状网络中，每一网状节点多半会有内建时钟来提供自身运行所需的时钟信号。当无线网状网络中的多个网状节点同时开启各自连接的传感器时，可比较相同时间不同地点所测量到的数据。当无线网状网络中的多个网状节点同时开启自身的信号收发器时，则可降低系统接收和发射的工作周期(duty cycle)以减少耗能。然而，若是无线网状网络中的多个网状节点的时间彼此没有同步，上述运行将无法实现。
发明内容
本发明提供一种在一无线网状网络中同步时间的方法，该无线网状网络包含同时支持一无线网状网络技术和一窄频物联网技术的多个节点，该方法包含每一节点根据一基准窄频物联网细胞的一系统帧编号和一超系统帧编号来执行时间同步，其中该多个节点中至少一节点在该基准窄频物联网细胞内。
本发明还提供一种在一无线网状网络中同步时间的方法，该无线网状网络包含同时支持一无线网状网络技术和一窄频物联网技术的一第一至一第M节点。该方法包含该第一至该第M节点分别取得一第一至一第M窄频物联网细胞的一第一至一第M细胞识别码，其中该第一至该第M节点分别在该第一至该第M窄频物联网细胞内；该第一至该第M节点分别广播该第一至该第M细胞识别码；该第一节点取得该第一至该第M窄频物联网细胞中一基准窄频物联网细胞的一系统帧编号和一超系统帧编号；以及该第一节点根据该基准系统帧编号和该基准超系统帧编号来执行时间同步。
本发明还提供一种无线网状网络，其包含多个节点，每一节点同时支持一无线网状网络技术和一窄频物联网技术，并根据一基准窄频物联网技术细胞的一系统帧编号和一超系统帧编号来执行时间同步，其中该多个节点中至少一节点在该基准窄频物联网细胞内。
进一步地，所述多个节点中的一第一节点位于一第一窄频物联网细胞内；所述多个节点中的一第二节点位于一第二窄频物联网细胞内；当该第一窄频物联网细胞和该第二窄频物联网细胞并非皆为该基准窄频物联网技术细胞时，该第一节点和该第二节点选择该第一窄频物联网细胞或该第二窄频物联网细胞来作为该基准窄频物联网细胞。
进一步地，当该第一窄频物联网细胞和该第二窄频物联网细胞并非皆为该基准窄频物联网技术细胞时，该第一节点和该第二节点选择该第一窄频物联网细胞和该第二窄频物联网细胞中包含较多节点者来作为该基准窄频物联网细胞。
附图说明
图1为本发明实施例中一种无线网状网络的示意图。
图2为本发明实施例中在无线网状网络中同步节点时间的流程图。
符号说明
10 网状入口节点
20 网际网络
30 使用者装置
100 无线网状网络
N1～NM 节点
210～280 步骤
具体实施方式
图1为本发明实施例中一种无线网状网络100的示意图。无线网状网络100包含一网状入口节点(mesh portal)10和多个节点N1～NM，其中M为大于1的整数。图1显示了M＝10的实施例，然而无线网状网络100所包含的节点数量并不限定本发明的范围。
网状入口节点10是一个介于网际网络(Internet)20和节点N1～NM之间的闸道器，负责将数据从无线网状网络100内部绕送到网际网络20，或从网际网络20绕送到无线网状网络100内。节点N1～NM可通过无线存取链结(wireless access link)直接提供一个或多个使用者装置(mobile station,MS)30无线上网的服务。
在本发明的无线网状网络100中，节点N1～NM同时支持MESH技术和窄频物联网(Narrow Band-Internet of Things,NB-IoT)技术。每一节点N1～NM可作为数据发送节点、数据接收节点，或数据中继节点。在作为数据发送节点的一第一节点N1和作为数据接收节点的一第二节点N2的无线电涵盖范围包含彼此时，则有一无线网状链结(wireless meshlink)存在于这两个节点之间以传递数据。这些节点N1～NM与网状入口节点10组成了一网状分散系统(mesh distribution system)，亦即作为数据发送节点的第一节点N1可将数据传送到作为数据中继节点的第二节点N2，作为数据中继节点的第二节点N2将数据转传至作为数据接收节点的第三节点N3，依此类推直到数据传送到最后的目标节点。
针对NB-IoT技术，其可建构在一般电信商基地台的蜂巢式网络架构下，可采取带内(in-band)、保护带(guard band)或独立载波(stand-alone)等三种部署方式，与现有网络共存以提供低功耗广域传输的特性。在NB-IoT系统中，基地台(base station)会通过广播控制通道(broadcast control channel,BCCH)向其细胞(cell)内的所有使用者装置发送系统信息(system information)，而使用者装置通过检测窄频物理广播通道(narrowband physical broadcast channel,NPBCH)就能得到下行系统频宽、实体混合自动请求回复指示通道(physical hybrid ARQ indicator channel,PHICH)配置信息、系统帧编号(system frame number,SFN)、细胞特定的天线端口(cell-specific antennaport)等信息。其中，每一使用者装置和基地台之间同步的时间单位是系统帧编号和超系统帧编号(hyper system frame number,H-SFN)。一个SFN的长度为10毫秒(ms),而取值范围是0至1023，每隔10毫秒加1。当SFN的值到达1023后就会从0重新开始，也就是说SFN每个循环是10.24秒。一个H-SFN对应1024个SFN，而取值范围是0至1023，也就是说H-SFN的最大周期就是1024个SFN，对应2.9127小时。不同NB-IoT细胞的SFN和H-SFN不一定对齐，但同一NB-IoT细胞的SFN和H-SFN则是稳定的。所以只要知道不同NB-IoT细胞之间的SFN和H-SFN偏差，就能同步位于不同NB-IoT细胞内所有节点的时间。
图2为本发明实施例在无线网状网络100中同步节点时间的流程图，其包含下列步骤：
步骤210：无线网状网络100中一特定节点广播其所在位置的NB-IoT细胞识别码(cell identity,CID)；执行步骤220。
步骤220：无线网状网络100中每一节点接收并存储其它节点所广播的NB-IoT细胞识别码；执行步骤230。
步骤230：无线网状网络100中每一节点判断其存储的NB-IoT细胞识别码数量是否大于1；若是，执行步骤240；若否，执行步骤220。
步骤240：无线网状网络100中每一节点进行细胞搜索以取得自身NB-IoT细胞的SFN和H-SFN，以及取得相邻NB-IoT细胞的SFN和H-SFN；执行步骤250。
步骤250：无线网状网络100中每一节点计算每一相邻NB-IoT细胞和自身NB-IoT细胞之间的SFN和H-SFN偏差，将计算结果存储成一偏差表并加以广播；执行步骤260。
步骤260：无线网状网络100中每一节点在接收到另一节点传来的偏差表后，判断接收到的偏差表和其现有的偏差表是否有差异；若是，执行步骤270；若否，执行步骤280；
步骤270：无线网状网络100中每一节点依据接收到的偏差表来更新现有的偏差表，并广播更新后的偏差表；执行步骤280。
步骤280：无线网状网络100中每一节点从其记录的NB-IoT细胞识别码中择一作为基准，并依据其存储的偏差表来执行时间对齐；执行步骤220。
在步骤210中，无线网状网络100中一特定节点会广播其所在位置的NB-IoT细胞识别码。在一实施例中，特定节点可为无线网状网络100新增的节点，亦即在特定节点加入无线网状网络100时就会广播其所在位置的NB-IoT细胞识别码给无线网状网络100中的其它现有节点。
在步骤220，无线网状网络100中每一节点会接收并存储其它节点所广播的NB-IoT细胞识别码。在一实施例中，每一节点可用下列表一的格式来存储接收到的NB-IoT细胞识别码信息，其中CID1～CIDN代表NB-IoT细胞识别码(N为正整数)，可依据大小排序，例如CID1<CID2<…<CIDN。NUM1～NUMN分别代表位于不同NB-IoT细胞(CID1～CIDN)的节点数量，数字越大代表越多节点位于此NB-IoT细胞识别码所对应的NB-IoT细胞内。
表一
在步骤230中，无线网状网络100中每一节点会判断其存储的NB-IoT细胞识别码数量是否大于1。当判断N>1时，每一节点会接着在步骤240中进行细胞搜索以取得自身NB-IoT细胞的SFN和H-SFN，以及取得相邻NB-IoT细胞的SFN和H-SFN。
在步骤250中，无线网状网络100中每一节点会计算每一相邻NB-IoT细胞和自身NB-IoT细胞之间的SFN和H-SFN偏差，将计算结果存储成一偏差表并加以广播。在一实施例中，假设一节点位于CID1所对应的NB-IoT细胞内，此节点可用下列表二的格式来存储偏差表。
表二
在步骤260中，当无线网状网络100中每一节点在接收到另一节点传来的偏差表后，会判断接收到的偏差表和其现有的偏差表是否有差异。若接收到的偏差表和其现有的偏差表有所差异，每一节点会在步骤270中依据接收到的偏差表来更新其现有的偏差表，并广播更新后的偏差表。若接收到的偏差表和其现有的偏差表相同，每一节点会保留现有的偏差表，并不再广播。
在步骤280中，无线网状网络100中每一节点会从其记录的NB-IoT细胞识别码中择一作为基准，并依据其记录的偏差表来执行时间对齐。在一实施例中，每一节点可从其记录的NB-IoT细胞识别码中选择包含最多节点数的细胞作为基准，亦即选择NUM1～NUMN中数字最大者所对应的NB-IoT细胞识别码所对应的NB-IoT细胞来做为时间同步的基准。
综上所述，本发明的无线网状网络包含同时支持MESH技术和NB-IoT技术的多个节点，每一节点可作为数据发送节点、数据接收节点，或数据中继节点，而多个节点可依据一基准NB-IoT细胞的SFN和H-SFN来同步时间。因此，本发明无线网状网络的多个节点可同时开启各自连接的传感器，进而比较相同时间不同地点所测量到的数据。此外，本发明无线网状网络的多个节点可同时开启自身的信号收发器，进而降低系统接收和发射的工作周期以减少耗能。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种在一无线网状网络中同步时间的方法，该无线网状网络包含同时支持一无线网状网络技术和一窄频物联网技术的多个节点，该方法包含：
所述多个节点中的一第一节点取得一第一窄频物联网细胞的一第一细胞识别码，其中该第一节点在该第一窄频物联网细胞内；
该第一节点广播该第一细胞识别码；
所述多个节点中的一第二节点取得一第二窄频物联网细胞的一第二细胞识别码，其中该第二节点在该第二窄频物联网细胞内；
该第二节点依据该第一细胞识别码和该第二细胞识别码来判断该第一窄频物联网细胞和该第二窄频物联网细胞是否为一基准窄频物联网细胞；以及
当判定该第一窄频物联网细胞和该第二窄频物联网细胞皆为该基准窄频物联网细胞时，该第二节点根据该基准窄频物联网细胞的一系统帧编号和一超系统帧编号来执行时间同步，其中所述多个节点中至少一节点在该基准窄频物联网细胞内。
2.如权利要求1所述的方法，还包含：
当判定该第一窄频物联网细胞和该第二窄频物联网细胞并非皆为该基准窄频物联网细胞时，该第二节点选择该第一窄频物联网细胞或该第二窄频物联网细胞来作为该基准窄频物联网细胞。
3.如权利要求2所述的方法，还包含：
该第二节点执行一细胞搜索以取得该第一窄频物联网细胞的一第一系统帧编号和一第一超系统帧编号，以及取得该第二窄频物联网细胞的一第二系统帧编号和一第二超系统帧编号；
该第二节点计算该第一系统帧编号和该第二系统帧编号之间的一第一偏差，以及计算该第一超系统帧编号和该第二超系统帧编号之间的一第二偏差；以及
该第二节点广播该第一偏差和该第二偏差。
4.如权利要求3所述的方法，还包含：
当判定该第一窄频物联网细胞和该第二窄频物联网细胞并非皆为该基准窄频物联网细胞时，该第二节点选择该第二窄频物联网细胞来作为该基准窄频物联网细胞；以及
该第二节点根据该第一偏差和该第二偏差来执行时间同步。
5.一种在一无线网状网络中同步时间的方法，该无线网状网络包含同时支持一无线网状网络技术和一窄频物联网技术的一第一节点至一第M节点，该方法包含：
该第一节点至该第M节点分别取得一第一窄频物联网细胞至一第M窄频物联网细胞的一第一细胞识别码至一第M细胞识别码，其中该第一节点至该第M节点分别在该第一窄频物联网细胞至该第M窄频物联网细胞内；
该第一节点至该第M节点分别广播该第一细胞识别码至该第M细胞识别码；
该第一节点取得该第一窄频物联网细胞至该第M窄频物联网细胞中一基准窄频物联网细胞的一系统帧编号和一超系统帧编号；以及
该第一节点根据该系统帧编号和该超系统帧编号来执行时间同步。
6.如权利要求5所述的方法，还包含：
该第一节点依据该第一细胞识别码和分别从第二节点至该第M节点接收到的第二细胞识别码至第M细胞识别码来判断该第一节点至该第M节点是否在同一窄频物联网细胞内；以及
当判定该第一节点至该第M节点皆在该基准窄频物联网细胞内时，该第一节点根据该系统帧编号和该超系统帧编号来执行时间同步。
7.如权利要求5所述的方法，还包含：
该第一节点依据该第一细胞识别码和分别从第二节点至该第M节点接收到的第二细胞识别码至第M细胞识别码来判断该第一节点至该第M节点是否在同一窄频物联网细胞内；
当判定该第一节点至该第M节点并非皆在同一窄频物联网细胞内时，该第一节点依据该第一细胞识别码至该第M细胞识别码来求出包含最多节点数量的该基准窄频物联网细胞；以及
该第一节点根据该系统帧编号和该超系统帧编号来执行时间同步。
8.一种无线网状网络，其包含：
多个节点，每一节点同时支持一无线网状网络技术和一窄频物联网技术，并根据一基准窄频物联网技术细胞的一系统帧编号和一超系统帧编号来执行时间同步，其中：
所述多个节点中至少一节点在该基准窄频物联网细胞内；
所述多个节点中的一第一节点位于一第一窄频物联网细胞内；
所述多个节点中的一第二节点位于一第二窄频物联网细胞内；且
当该第一窄频物联网细胞和该第二窄频物联网细胞皆为该基准窄频物联网技术细胞时，该第一节点和该第二节点根据该系统帧编号和该超系统帧编号来执行时间同步。
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