CN113170406A - 无线网络中的传输配置的优化 - Google Patents

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CN113170406A CN201980074427.7A CN201980074427A CN113170406A CN 113170406 A CN113170406 A CN 113170406A CN 201980074427 A CN201980074427 A CN 201980074427A CN 113170406 A CN113170406 A CN 113170406A
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Abstract

无线通讯系统包括配置为与无线网络的多个无线节点进行无线通信的网络管理器。该网络管理器和至少一个无线节点包括收发器，该收发器被连接为经由天线发送和接收无线通信。网络管理器和/或无线节点包括认知引擎，该认知引擎被配置为接收关于无线网络的环境的信息作为输入，并且作为响应，生成配置数据作为输出。使用配置数据更新无线网络上的后续通信。

Description

无线网络中的传输配置的优化
技术领域
该文档总体上但不限于无线网络，特别是但不限于无线网络中的认知，包括使用时间同步信道跳变(TSCH)调度的无线网络。
背景技术
无线网络提供了节点之间的通信，而没有路由电缆的成本和复杂性。无线网络通常必须处理各种形式的干扰，从而导致无线通信的环境不完善。这种干扰可需要重新传输无线数据包，从而增加网络内部的延迟。
发明内容
在一个例子中，一种无线节点，被配置为使用动态建立的链路配置来提高功率效率、抗干扰性、数据包延迟或数据包吞吐量中的一个或多个。该无线节点包括：收发器，被配置为经由天线发送和接收无线通信，所述无线节点被配置为从网络管理器接收无线通信。该无线节点还包括：认知引擎，被配置为接收关于网络环境的信息作为输入，并作为响应，生成传输配置数据作为输出。所述无线节点被配置为使用所生成的配置数据来生成数据通信，以供节点收发器传输至所述网络管理器。
在另外例子中，无线通讯系统包括网络管理器，被配置为根据通信调度使用无线网络的多个无线节点进行无线通信。网络管理器包括：收发器，被配置为经由天线发送和接收无线通信；和认知引擎，被配置为接收关于所述无线网络的环境的信息作为输入，并作为响应，生成传输配置数据作为输出。所述网络管理器被配置为将包括所生成的传输配置数据的更新的通信调度发送到所述多个无线节点。
在另外例子中，一种无线通信的方法，包括：经由无线设备的收发器与无线网络的其他设备通信无线数据；从所述无线数据的通信中提取有关所述无线网络的环境的信息；将所述信息提供给所述无线设备的认知引擎，以通过所述认知引擎来生成配置数据；和使用生成的配置数据，根据更新的通信配置，传输后续的无线数据。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的组件。具有不同字母后缀的相似数字可以代表相似组件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式大体上示出了本文档中讨论的各种实施例。
图1A是示出根据星形拓扑的示例网络的网络图。
图1B是示出根据网状拓扑的示例网络的网络图。
图2是示出无线网络的示例网络管理器节点设备的框图。
图3是示出无线网络的示例节点设备的框图。
图4是示出用于无线网络的示例时间同步信道跳变时间表的图。
图5是示出用于为无线网络建立认知的数据流的流程图。
图6是示出在时间同步信道跳变(TSCH)方案网络中选择用于传输的数据速率的示例方法的流程图。
图7是示出在时间同步信道跳变(TSCH)方案网络中选择用于传输的数据速率的另一示例方法的流程图。
图8是示出用于使用多个数据速率进行通信的网络的TSCH时隙帧的图。
具体实施方式
本文公开了一种无线通讯系统，该无线通讯系统能够监视无线网络环境和传输度量以适应网络内发生的无线通信。无线网络可以在各种环境中实现，包括重金属环境以及具有竞争性射频(RF)传输的环境。在一说明性实例中，无线网络可使用时间同步信道跳变(TSCH)方案在设备之间的一个或一个以上频率上调度通信。
网络设备可以通过监视环境本身(例如，RF干扰)以及网络内的数据通信的特征来建立、更新和维护环境的一种或多种模型或其他表示。模型或其他算法的输出可以通过一个或多个设备的网络内选择当无线链路参数，例如，用于数据通信中使用。无线链路参数可以包括可选方面，诸如传输信道、传输数据速率、调制格式、传输功率、分组格式和信道编码方案中的一个或多个。例如，环境模型可以为节点生成选定的信道频率和选定的数据速率，这将有助于以最小的功耗进行数据传输。
在TSCH调度的网络中，数据通信可以在多个通道上以多种数据速率进行。在一些示例中，网络管理器节点可以为网络的每个无线节点选择传输信道频率和传输数据速率。在其他示例中，可以将一组信道频率和一组数据速率提供给每个无线节点，从而允许各个节点从用于每次传输的一组信道频率和数据速率中选择一个信道频率和数据速率。在这些示例中，每个节点和/或网络管理器可以包括认知引擎，以帮助选择每个传输的信道频率和数据速率。
图1A是示出使用星形拓扑配置的示例网络100a的网络图，图1B是示出使用网格拓扑配置的示例网络100b的网络图。还可以使用在图1A和1B中未示出的其他网络拓扑，例如多跳拓扑。在图1A所示的示例中，网络100a包括两个网络管理器102a和102b，每个网络管理器102a和102b被配置为与节点104a-104h通信。虽然被示为八个节点104a-104h以及两个网络管理器102a和102b，但是网络100a可以包括被连接以与任何数量的节点进行通信的任何数量的网络管理器。
在一个示例中，网络100a可以被实现在车辆上以监视诸如电池的车辆组件的健康。在该示例中，节点104a-104h可以被放置在整个车辆中并且被配置为感测被监视的部件的特性。所感测到的特征可以被提供给网络管理器102a和102b以用于数据收集和报告。在一些示例中，网络管理器102a和102b可以将数据提供给中央控制系统(诸如电子控制单元(ECU)或车辆电气系统中的其他元件)。中央控制系统可以使用该数据来监视车辆部件的健康并为其提供控制。在其他示例中，网络100a可以在其他应用中实现，例如在涉及飞机、航天器或铁路的运输应用中，或者在工业环境或任何其他环境中实现。
网络管理器102a和102b可以经由有线或无线连接彼此连接，并且被配置为与节点104a-104h冗余地通信。另外，网络管理器102a和102b可以经由冗余路径经由有线或无线连接连接至控制系统。在一个示例中，网络管理器102a和102b可以经由以太网连接连接到ECU。
在图1B所示的示例中，无线网络100b包括外部网络控制器110、网络管理器112a和112b以及以网状拓扑结构配置的节点114a-114h。虽然被示为八个节点114a-114h、两个网络管理器112a和112b以及一个外部网络控制器110，但是网络100b可以被配置为包括任意数量的节点、网络管理器和外部网络控制器。网络管理器112a和112b可以通过无线或有线连接连接到外部网络控制器110。外部网络控制器110还可以例如经由诸如以太网连接的有线连接而连接至互联网(未示出)。
无线通信可以发生在节点104a-104h和网络管理器102a和102b用于在无线网络100A之间两个方向上，并且在任何节点114a-114h之间任一方向可发生，并且节点114a-114h和之间网络管理员112a和112b为无线网络100B。在每个无线通信，一个设备充当发送器和其他装置充当接收器。所述数据是使用一个链路配置包括若干无线链路参数传输。在一个实例中，发射器可以通过从一组由所述网络建立的可能参数选择建立一组无线链路的参数。发送器使用已建立的链接参数打包并将数据通信发送到接收器。接收器通过从数据通信中提取信息来识别链路参数，并使用所识别的链路参数来从数据通信中提取有效载荷。通常，本文描述的装置和技术促进在涉及多个节点的同时通信正在发生的环境中的节点(例如图1A中的节点104a-104h或图1B中的节点114a-114h)之间的共存，例如在车辆或工业应用中的电噪声环境。
网络管理器设备可以包括在节点将在其上通信(例如，以信道化的方式)进行通信的频率范围(例如，频带)上敏捷的宽带收发器。例如，在以2.4GHz工业、科学和医学(ISM)频段进行通信的网络中，每个收发器可以在整个83.5MHz ISM频段(2.4GHz至2.4835GHz)的一部分或全部范围内保持敏捷。除了促进与无线节点的数据通信外，宽带收发器还可用于识别和解释网络上的干扰，估计链路性能以及协调节点的工作频率、比特率和功率水平。
图2是示出无线网络的示例网络管理器设备200的框图。网络管理器设备200可以被实现为图1A中所示的网络管理器102a或102b、图1B中所示的网络管理器112a或112b中的任何一个，或配置为向另一个无线节点传输通信并从另一个无线节点接收通信的任何其他无线节点。在图2所示的示例中，网络管理器设备200包括天线202a和202b、收发器204a和204b、控制和存储电路206、有线电源208和有线通信接口210。在其他示例中，网络管理器设备200除图2所示的组件之外或代替图2所示的组件，还包括其他电路元件。在示例中，两个收发器204a和204b可以是宽带收发器，其在节点将在其上进行通信的整个频率范围上是敏捷的。
控制和存储电路206可以包括一个或多个专用或通用处理器电路。这样的电路可以包括片上系统(SoC)实现，或者这样的电路可以是现场可编程的。作为说明性示例，控制和存储电路206可以包括两个控制器，一个是现场可编程门阵列(FPGA)，另一个是数字信号处理器(DSP)。例如，可以使用两个收发器204a和204b连接FPGA以控制多通道通信，并且DSP可以用于实时处理，例如下采样、上采样、编码或解码。在其他示例中，控制和存储电路206可以包括任意数量的控制器，包括FPGA、DSP、微处理器、专用集成电路(ASIC)或其他数字逻辑电路。
控制和存储电路206可以包括一个或多个易失性或非易失性存储器。例如，控制和存储电路206可以包括一个或多个非易失性存储器，包括只读存储器(ROM)、闪存、固态驱动器或任何其他非易失性存储器，以及一个或多个非易失性存储器，包括：例如，静态或动态随机存取存储器(RAM)。
在示例中，网络管理器设备200可以使用其收发器204a和204b来监视和收集关于网络的射频(RF)环境的数据，以及收集关于发送和接收的通信的信息。例如，所收集的数据可以用于使用一种或多种学习技术来形成或调整认知引擎212内的一种或多种环境模型和/或一种或多种算法。可以使用在控制和存储电路206的存储器中实现的一个或多个数据结构来将模型存储为分析表示。认知引擎212可以用于监视链路质量，包括相对接收信号强度(RSSI)和信噪比(SNR)，数据包错误率，每个节点的运行状况，时间戳，数据包传输距离，冲突检测以及环境中的RF干扰。例如，Wi-Fi、ZigBee、蓝牙和其他共存协议可能导致2.4GHz频带中的RF干扰。此外，在高度金属化的环境中实施的网络可能会在某些通道上遭受严重衰减，而其他通道则可能保持相对不受影响。
电源接口208可以被配置为通过有线连接进行连接以接收电力。例如，如果网络100a被实现在汽车上，则电源接口208可以被连接以从诸如直流(DC)总线之类的车辆电源总线接收电源，并且调节该电源以供控制和存储电路208使用。在一些示例中，网络管理器设备200还可以包括备用电源，例如电池、电容器或能量收集器电路。在一些示例中，网络管理器设备200可以不使用有线电源连接来供电，并且可以仅使用诸如电池或能量收集器之类的本地电源来供电。
通信接口210可以被配置用于与另一网络管理器设备200和后端系统中的一个或多个进行有线通信。例如，车辆可以包括ECM，该ECM被配置为监测车辆操作的许多方面。网络100a可以被配置为针对车辆操作的一个或多个被监视的方面向ECM提供感测的数据。在一些示例中，网络管理器设备200可以被集成到ECM或其他后端系统中。有线通信可以是以太网、控制器局域网(CAN)或任何其他有线协议。
图3是示出无线网络的示例节点设备300的框图。节点设备300可以是图1A的节点104a-104h，图1B的114a-114h中的任何一个或任何其他无线网络中的任何其他节点。在图3所示的示例中，节点设备300包括天线302、收发器304、控制和存储电路306、传感器308和电池310。在其他示例中，节点设备300可以另外包括除图3所示的组件外的其他电路元件，或代替图3中所示的组件。在一个示例中，天线302和收发器304可以被配置为使用RF能量来发送和接收通信。电池310可以是本地电池，或者可以是任何其他能量存储设备，例如电容器或能量收集器。在一些示例中，节点设备300可以不由本地能量存储装置供电，并且可以使用有线电源连接来供电。
为了帮助选择无线链路配置以最小化无线网络中的功耗，例如，控制和存储电路306可以包括认知引擎312。认知引擎312可以例如存储或以其他方式容纳网络环境的一个或多个模型的表示，以及用于选择链接参数的一个或多个策略。节点设备300可以使用认知引擎312的输出来选择链接配置，该链接配置以最小的功耗导致最大的成功数据传输机会。
认知引擎312的模型、算法和/或策略可以使用一种或多种无线通信度量来建立和更新，并且可以使用在控制和存储电路306的存储器中实现的一个或多个数据结构，将其存储为分析表示。一个或多个度量可以由节点设备300收集，并且除其他指标外还可以包括分组接收统计、确认接收统计、接收信号强度指示(RSSI)和确认数据包的信噪比(SNR)以及数据包错误(例如，错误的错误检查位)。
在传输之后，控制和存储电路306可以使用一个或多个度量来使用一种或多种学习技术来更新模型和策略。学习技术可以包括使用回归模型或其他模型(例如神经网络)或基于规则的方法(例如决策树)中的一个或多个。例如，指示对应于特定信道的链路劣化的信息可以触发链路参数的修改，诸如信道选择、调制技术、输出功率、接收器增益等。
除了通信量度之外或代替通信量度，可以使用网络观察来建立和更新认知引擎的模型和策略。网络观察可以源自节点设备300、邻近设备、或者源自诸如网络管理器节点或单独的控制系统之类的集中位置。网络观察的示例包括在每个设备上执行RF频谱的功率扫描，通过使用例如Wi-Fi扫描仪对数据包进行解调来检测使用相同或相似频谱的其他无线网络，以及使用获得的有关整个网络的数据进行长期网络健康分析。
网络管理器节点设备300和节点设备200可以用于收集关于无线网络100a或100b的知识，以供认知引擎212和312使用。可以记录在网络内发送数据通信的任何设备200或300的发送功率。发射设备200或300可以接收到已经成功接收到数据通信的确认，并且可以记录用于确认数据包或其他接收到的传输的接收信号强度指示符(RSSI)测量。另外，对于包括确认数据包的接收到的任何传输，接收设备200或300可以记录信噪比(SNR)。
当设备200或300接收消息时，设备200或300可以在接收到确认之前跟踪多个传输尝试。可以相对于特定的信道频率监视此数字，以确定该频率的数据包接收率(PRR)。可以针对特定的信道频率监视PRR以及RSSI、SNR和其他指标，以建立每个信道频率的链路质量指标。此外，收发器(尤其是宽带收发器)可用于嗅探环境，以检测来自网络外部设备的RF和其他干扰，并且相应的认知引擎可以配置为确定干扰的类型(例如，Wi-Fi、Zigbee、蓝牙等)。
在一些示例中，设备200和300可以使用时间戳记来收集关于一天中某个时间的数据传输的统计信息。时间戳记还可用于收集位置信息。例如，在具有多个冗余网络管理器的系统中，每个冗余网络管理器都从无线节点接收公共消息，例如，冗余网络管理器可以使用接收到的公共消息的时间戳来通过三角测量获得位置信息。设备200和300还可以采用各种其他形式的测距来获得距离或位置信息。例如，设备200或300可以采用基于相位的或其他形式的RF测距来确定距离信息。
所收集的数据可由认知引擎212和312使用，以自适应地控制链路配置以用于无线网络内的数据传输。例如，网络管理器设备200或节点设备300可以基于针对各个传输信道频率的所确定的链路质量来缩放其数据速率和传输功率。与降低发射器功率和比特率相比，以更高的比特率发送更短的持续时间可提供更低的功耗。更高的比特率还可以改善系统延迟和总吞吐量。因此，在说明性示例中，对于每个链路，设备200或300可以以最窄的带宽和最高的发射机功率开始，并且基于针对各个信道频率的所确定的链路质量来调整两个值。
也可以使用所收集的有关无线网络的数据来智能地选择传输信道频率。例如，网络管理器设备200可以使用其收发器来收集关于RF环境的信息，并使用所收集的信息来为网络内的每个节点设备300协调传输信道频率。在一些示例中，可以使用TSCH方案来调度网络，其中网络管理器设备200可以利用所收集的关于环境的数据来更新跳频调度表。
图4是示出了网络100a的示例时间同步信道跳变(TSCH)方案400的图，诸如可以使用关于本文中的其他示例所提到的模型和策略来控制或建立。例如可以如图2所示实现的网络管理器102可以包括两个收发器204a和204b，其允许在两个相应的信道上与两个节点104a-104h同时通信。网络100a可以例如调度节点104a-104h与网络管理器102之间的通信，以使得每个节点104a-104h知道何时以及以什么频率发送。虽然被示为允许两个节点设备300同时与网络管理器节点设备通信，但是其他示例可以允许任意数量(N)的节点设备300与网络管理器节点设备同时通信。虽然讨论为使用TSCH方案实现，但是网络100a和100b可以使用任何其他无线调度协议实现。
对于TSCH时间表400，定义了时隙。这可以是任何时间量，例如10ms，以允许节点104a-104h将通信发送到网络管理器102并从网络管理器102接收确认(ACK)。分配了每个节点104a-104h每个时隙帧中有一个或多个预定义的时隙。时隙可以是静态的或动态的，例如，以适应以几种传输数据速率中的任何一种的数据传输。每个时隙帧包括足够的时隙以允许从每个节点104a-104h到网络管理器102的通信。每个时隙包括来自第一节点104a-104h的数据通信402a-402h(包括数据传输和ACK)和来自第二节点402a-402h的同时数据通信404a-404h(包括数据传输和ACK)。
还为每个时隙帧为每个节点104a-104h分配信道频率。在图4所示的示例中，每个节点104a-104h接收一组三个可能的信道频率，在每个信道上进行通信以用于每个相应的时隙。这通过用于每个数据通信402a-402h和404a-404h的三个相应信道上的三个可能的数据通信来说明。例如，对于图4所示的第一时隙帧，可以为节点104a-104h提供在其上进行通信的三个可能的信道402a，对于第二时隙帧，可以为节点104a-104h提供三个可能的信道402e。在其他示例中，可以为每个时隙向每个节点104a-104h提供任意数量的预选频率。在一个示例中，每个时隙帧无限期地重复，因此每个分配的时隙代表该节点的重复通信机会。
如图4所示，节点104a-104h可以在要在其上进行传输的几个信道之间进行选择。除了信道频率之外，节点104a-104h还可以选择传输数据速率、调制方案、分组格式和信道编码方案等。节点104a-104h使用选择的链路参数来准备和执行用于网络管理器102的数据传输。当选择的链路参数，相应的节点104a-104h可以使用输出从相应的认知引擎312中的参数的选择中提供帮助。一旦发送了发送并且接收到确认，相应的节点104a-104h可以更新认知引擎312的模型和策略以用于以后的发送。在一个示例中，网络管理器102可以接收传输、使用该传输确定所选择的链路参数、以及使用所确定的参数从该传输中提取有效载荷。
图5是示出用于为无线网络建立认知的数据流500的流程图。数据流500是用于建立、更新和维护认知引擎312的模型和策略的数据流的一个说明性示例。数据流500包括环境模型502、策略代理504、环境数据生成器506、策略数据生成器508、传输参数选项510、环境模型学习算法510、策略代理学习算法512、决策块514、传输配置516、无线电交换518和度量520。
数据流500包括环境模型502和策略代理504，在说明性实施例中，两者都可以由认知引擎312来实现。可以结合参数选项510使用环境模型502和策略代理504的输出，以生成(由决策框514示出的)用于即将进行的传输的传输配置516。例如，可以为各个网络100a指定参数选项510，并且参数选项510可以是静态的或动态的。该传输在无线电交换518期间发生，并且度量520从该传输获得。在一个示例中，度量520可以包括来自作为无线电交换518的结果而接收到的确认数据包的RSSI和SNR。环境模型学习算法510可以使用度量520和来自补充环境数据生成器508的补充数据来更新环境模型502，并且度量520和来自补充策略数据生成器508的补充数据可以被策略代理学习算法512用来更新策略代理504。
在一个示例中，可以建立环境模型502以对每个可能的传输信道进行建模。对于每个可能的信道，环境模型502可以实例化移动平均滤波器以跟踪分组传输结果(TXRESMA)和移动平均方差滤波器以跟踪所接收的确认数据包(RSSIMAV)。TXRESMA滤波器每个都有一个状态变量μ1跟踪移动平均值并在实例化时初始化为1。RSSIMAV滤波器每个都有一个状态变量μ2跟踪移动平均值并在实例化时初始化为-100dBm，还有一个状态变量σ2跟踪移动方差，初始化为10dB。每个TXRESMA和RSSIMAV滤波器都会有一个参数τ，可以控制学习速率。
在一个示例中，策略代理504可以包括信道策略代理(CPA)和数据速率策略代理(DRPA)。CPA可以接收两个输入并产生一个输出。输入可以包括一组可能的信道频率和相应的TXRESMA滤波器。输出可以是选定的传输通道频率。例如，给定一组可能的传输信道频率和相应的TXRESMA滤波器，CPA可以选择电流最大μ1的信道。如果存在两个或多个具有最大μ1值的通道，则CPA可以以相等的概率随机选择各个通道频率之一。
DRPA可以接收两个输入并产生一个输出。输入可以包括一组可能的数据速率以及由CPA选择的信道的相应RSSIMAV滤波器，输出可以是选定的传输数据速率。例如，给定一组可能的传输数据速率和与CPA选择的信道相对应的RSSIMAV过滤器，DRPA可以使用以下两个步骤选择数据速率。第一步包括计算有效RSSI(RSSIE)＝μ2–B*sqrt(σ2)，其中B是确定方差容忍度的参数。第二步骤可以包括从将一组RSSI值(RSSImin)映射到数据速率的表中选择数据速率，以使RSSIE大于最大可能的RSSImin。例如，如果表为{-1000dBm：500kbps，-80dBm：1000kbps，-70dBm：2000kbps}，则示例值RSSIE等于-79将导致选择1000kbps。
一旦选择了链路配置，相应的节点104a-104h例如可以使用所选择的链路配置向网络管理器102发送数据通信。为了获得度量520，在分组交换期间，各个节点104a-104h可以通过例如记录成功的1和失败的0来记录交换结果，并且可以记录确认数据包RSSI。传输中使用的信道的TXRESMA可以使用记录的交换结果进行更新，传输中使用的信道的RSSIMAV可以使用记录的确认数据包RSSI更新(如果已检测到)。
在操作期间的任何时间，节点104a-104h可以从诸如网络管理器之类的外部源接收信息，该信息可以用来改变环境模型504。例如，网络管理器设备200可以包括全局环境模型以及网络管理器设备200所学习的策略，可以用来帮助选择每个节点设备300的环境模型学习算法的最佳学习参数。网络管理器设备200或其他系统所学习的信息可以指示例如环境正在各个节点设备200周围快速变化，并指示各个节点设备200减慢其TXRESMA和RSSIMAV的学习速率，以避免不稳定。
图6和图7是示出用于在TSCH实现的网络内使用多个数据速率的各个方法的流程图。如上所述，允许设备200或300基于网络条件来调整传输数据速率可能是有利的。图6是示出了处理网络中多个数据速率的使用的示例方法600的流程图。在步骤602，节点设备300接收从网络管理器设备200广播的信标。尽管被描述为来自网络管理器设备200，但是在其他示例中，例如那些涉及网状网络的示例，另一节点设备300可以发送信标。在步骤604，如果接收到信标的节点设备300希望加入网络，则它将向网络管理器设备200发送关联请求。在步骤606，发送信标的网络管理器设备200接收该关联请求，并且向节点设备300发送ACK。
在步骤608，假设网络管理器设备200已经决定接受来自节点设备300的关联请求，则网络管理器设备200针对网络管理器设备200与之通信的设备重新计算其传输调度表(例如，TSCH调度表)。网络管理器设备200将计算关于哪些节点设备200将在哪个信道频率上进行通信的时隙帧。网络管理器设备200还将计算在每个相关时隙期间每个节点设备将以其通信的数据速率。在步骤610，新的时隙帧信息被发送到节点设备300，确认节点设备300现在是网络的一部分。
在步骤612，节点设备300等待直到其各自的时隙向网络管理器设备200发送数据。在步骤614，各个时隙已经到达并且节点设备300准备发送。节点设备300在预定的信道频率上并且以预定的数据速率发送数据。例如，一个节点设备300可以被安排在时隙帧的第二时隙期间以2Mbps的速率在信道“3”上发送，而另一节点设备300可以被安排在时隙帧的第三个时隙中以“500”信道的速率在信道“10”上发送。
图7是示出了在TSCH实现的网络中使用多个数据速率的方法700的流程图。方法700的步骤702-706可以类似于方法600的步骤602-606。在步骤708，假设网络管理器设备200已经决定接受来自节点设备300的关联请求，则对于网络管理器设备200与之通信的设备，网络管理器设备200重新计算其TSCH调度。网络管理器设备200将计算关于哪些节点设备200将在哪个信道频率上进行通信的时隙帧。网络管理器设备200还将选择几个数据速率选项，每个节点设备可以选择在每个相关时隙期间进行通信。在步骤710，新的时隙帧信息被发送到节点设备300，确认节点设备300现在是网络的一部分。
在步骤712，节点设备300等待直到其各自的时隙将数据发送到网络管理器设备200。在这一时间期间，在一个示例中，节点设备300可以使用其收发器304来“嗅探”其上发送的信道。这样，节点设备300可以确定在传输之前在信道上是否存在任何干扰。在其他示例中，节点设备300可以使用其认知引擎312来确定相应信道频率的最有效数据速率。在步骤714，各个时隙已经到达，并且节点设备300以选择的数据速率发送数据。在步骤716，网络管理器设备200检测节点设备300正在发送的数据速率，以相应的数据速率接收数据，并以相应的数据速率提供确认。
在许多TSCH系统中，每个节点设备300的数据速率是固定的。因此，根据单个数据速率设置时隙。但是，当在TSCH实现的网络中允许多个数据速率时，必须考虑每个时隙帧内的时隙。在一个示例中，可以将时隙持续时间设置为最坏情况。例如，如果网络允许以三种数据速率传输，则可以将时隙设置为以最低数据速率处理传输所需的时间量。在另一个示例中，时隙长度可以是动态的。例如，网络可以基于节点设备300将在其上进行通信的信道来选择数据速率。因为网络知道每个时隙正在使用哪个信道，所以网络可以相应地调整时隙长度。
如图8所示，在另一个示例中，节点设备300可以跨基于其各自的传输的数据速率的多个时隙中发射。例如，可以使用mac信道偏移和mac跳频序列列表向量定义TSCH调度。各节点设备300可以被分配一个唯一的mac信道偏移，并且mac跳频序列列表可以包括对应于物理信道频率的条目的列表。然后，可以使用mac信道偏移和macASN索引到mac跳频序列列表中以确定传输的信道频率。例如，macASN可以是指示当前slotFrame的实时指示符。在一个实施例中，节点设备300可以使用等式获得当前的传输信道频率：信道＝mac跳频序列列表[(macASN+mac信道偏移)％mac跳频序列长度]，其中，mac跳频序列长度是mac跳频序列列表向量的长度。
在图8所示的示例中，节点设备300能够使用至少三种不同的数据速率进行传输：2Mbps、1Mbps和500Kbps。使用2Mbps的数据速率设置时隙长度，因为这是网络中使用的最大数据速率。在时隙1期间，节点设备300以2Mbps发送分组。当节点设备300以最大数据速率发送数据时，仅需要一个时隙。
在时隙2，另一个节点设备300开始以500Kbps的数据速率发送。因为此数据速率比2Mbps的最大数据速率慢四倍，所以将需要四个时隙来传输完整的数据包。为了实现这一点，用于节点设备300的mac信道偏移每个时隙递减1，以确保在分组传输期间节点设备300继续在同一信道上进行传输。经过四个时隙后，传输完成。新的节点设备300在时隙5开始以1Mbps的数据速率发送。由于它的速度是最大数据速率的两倍，因此计划了两个时隙进行传输。像先前的设备一样，当前设备的mac信道偏移在第二个时隙中递减1，以确保完全传输发生在同一通道上。像动态时隙一样，网络需要知道哪个节点设备300将在哪个信道上以什么数据速率进行传输，以便相应地设置时隙帧的长度，从而每个时隙帧包括足够的时隙以容纳所有节点设备300以变化的数据速率进行的传输。
上面的描述包括对附图的参考，这些附图形成了详细描述的一部分。附图通过说明的方式示出了可以实施本发明的特定实施例。这些实施例在本文中也被称为“示例”。除了所示出或描述的元件之外，这样的示例可以包括元件。然而，本发明人还设想了仅提供示出或描述的那些元件的示例。此外，本发明人还设想了使用示出或描述的那些元素(或其一个或多个方面)的任何组合或排列的示例、关于此处显示或描述的特定示例(或其一个或多个方面)、或其他示例(或其一个或多个方面)。
在本文件中，术语“一个”或“一种”用于专利文件中，包括一个或多个、独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他情况或用法。在本文档中，除非另有说明，否则术语“或”用于表示非排他性，例如“A或B”包括“A但不包括B”、“B但不包括A”和“A和B”。。在本文档中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“其中”的普通等效词。同样，在以下方面，术语“包括”和“包含”是开放式的，即，除了在一个方面中在该术语之后列出的那些元素之外，还包括那些元素的系统、设备、物品、组合物、制剂或方法仍被认为落入该方面的范围内。此外，在以下方面，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并且不旨在对其对象施加数字要求。
上面的描述旨在是说明性的，而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在回顾以上描述之后，例如可以由本领域的普通技术人员使用其他实施例。另外，在以上详细描述中，各种特征可以被分组在一起以简化本公开。因此，以下方面在此作为示例或实施方式并入详细说明中，每个方面作为独立的实施方式独立存在，并且可以想到，这些实施方式可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参考所附方面以及这些方面应具有的等效形式的全部范围来确定。

Claims (20)

1.一种无线节点，被配置为使用动态建立的链路配置来提高功率效率、抗干扰性、数据包延迟或数据包吞吐量中的一个或多个，该无线节点包括：
收发器，被配置为经由天线发送和接收无线通信，所述无线节点被配置为从网络管理器接收无线通信；和
认知引擎，被配置为接收关于网络环境的信息作为输入，并作为响应，生成传输配置数据作为输出；
其中所述无线节点被配置为使用所生成的配置数据来生成数据通信，以供节点收发器传输至所述网络管理器。
2.权利要求1所述的无线节点，其中所述生成的传输配置数据包括传输信道频率、传输数据速率、传输调制格式、所述节点收发器的传输功率电平、传输数据包格式或传输信道编码方案中的至少一项。
3.权利要求1或2所述的无线节点，其中根据时间同步信道跳变(TSCH)方案来调度所述网络管理器和所述无线节点之间的无线通信。
4.权利要求1、2或3所述的无线节点，其中所述认知引擎包括:
环境模型，被配置为实例化移动平均滤波器以跟踪所述无线节点与所述网络管理器之间的数据包传输结果，以及移动平均方差滤波器以跟踪从所述网络管理器接收到的确认数据包的接收信号强度指示符。
5.权利要求4所述的无线节点，其中所述认知引擎还包括：
信道策略代理，被配置为接收一组信道频率和移动平均滤波器作为输入并输出选择的传输信道频率；和
数据速率策略代理，被配置为接收一组数据速率和移动平均方差滤波器作为输入并输出选择的传输数据速率；
其中生成的传输配置数据包括传输信道频率和传输数据速率。
6.权利要求4或5所述的无线节点，其中所述无线节点被配置为响应于所述数据通信从所述网络管理器接收确认数据包，并且其中所述无线节点使用从接收的确认数据包获得的一个或多个特征来更新所述环境模型。
7.权利要求6所述的无线节点，其中从接收确认数据包获得一个或多个特征包括接收到的信号强度指示符或信噪比中的至少一个。
8.任意前述权利要求所述无线通讯系统，其中所述无线节点位于机动车上，并配置为感测电池模块的参数。
9.无线通讯系统，包括：
网络管理器，被配置为根据通信调度使用无线网络的多个无线节点进行无线通信，所述网络管理器包括：第一收发器，被配置为经由天线发送和接收无线通信；和认知引擎，被配置为接收关于所述无线网络的环境的信息作为输入，并作为响应，生成传输配置数据作为输出；
其中所述网络管理器被配置为将包括所生成的传输配置数据的更新的通信调度发送到所述多个无线节点。
10.权利要求9所述的无线通讯系统，其中所述生成的传输配置数据包括传输信道频率、传输数据速率、传输调制格式、所述收发器的传输功率电平、传输数据包格式或传输信道编码方案中的至少一项。
11.权利要求9或10所述的无线通讯系统，其中所述通信调度是时间同步信道跳变(TSCH)方案。
12.权利要求9、10或11所述的无线通讯系统，其中所述认知引擎包括:
环境模型，被配置为实例化移动平均滤波器以跟踪所述多个无线节点与所述网络管理器之间的数据包传输结果，以及移动平均方差滤波器以跟踪从相应无线节点接收到的数据包的接收信号强度指示符。
13.权利要求12所述的无线通讯系统，其中所述认知引擎还包括：
信道策略代理，被配置为接收一组信道频率和移动平均滤波器作为输入并输出选择的传输信道频率；和
数据速率策略代理，被配置为接收一组数据速率和移动平均方差滤波器作为输入并输出选择的传输数据速率；
其中生成的传输配置数据包括传输信道频率和传输数据速率。
14.权利要求12或13所述的无线通讯系统，其中所述网络管理器从相应无线节点接收数据通信，并使用从接收数据通信获得的一个或多个特征来更新环境模型。
15.权利要求14所述的无线通讯系统，其中从接收数据通信获得的一个或多个特征包括接收信号强度指示符或信噪比中的至少一个。
16.权利要求9至15中的任一项所述的无线通讯系统，其中所述多个网络节点位于机动车上并被配置为感测电池模块的参数。
17.一种无线通信的方法，该方法包括：
根据无线网络的通信调度，经由无线设备的收发器与无线网络的其他设备通信无线数据；
从所述无线数据的通信中提取有关所述无线网络的环境的信息；
将所述信息提供给所述无线设备的认知引擎，以通过所述认知引擎来生成配置数据；和
使用生成的配置数据，根据更新的通信配置，传输后续的无线数据。
18.权利要求17所述的方法，其中所述无线设备是被配置为根据所述通信调度与所述无线网络的多个无线节点进行无线通信的网络管理器，并且其中，所述更新后的通信配置包括更新后的通信调度和传输配置数据，用于所述网络管理器与所述多个无线节点之间的通信。
19.权利要求18所述的方法，其中所述通信调度是时间同步信道跳变(TSCH)方案。
20.权利要求17、18或19所述的方法，其中所述无线设备是被配置为与所述无线网络的网络管理器进行无线通信的无线节点，并且其中根据更新后的通信配置来发送和接收随后的无线通信包括无线节点使用生成的配置数据生成数据通信，以通过无线节点的节点收发器传输到所述网络管理器。
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