CN115413003A - 无线通信设备和无线通信系统 - Google Patents

Abstract

功耗的减少是在无线通信设备和无线通信系统中实现的。在调度数据21中定义由计数值t[x]的范围表示并且是在其期间允许与外部进行包的通信的周期的活动周期以及由计数值t[x]的范围表示并且是其期间禁止与外部进行包的通信的周期的不活动周期。无线通信接口14被配置为在活动周期期间与外部传递包。电源控制器16被配置为在不活动周期期间切断提供给所述无线通信接口14的功率。同步控制器20被配置为在包的接收操作期间基于存储在被接收包中的同步数据值来更新计数器12的计数值，在包的发射操作期间基于所更新的计数值t[y]来定义同步数据值，并且将其存储在待被发射的包中。

Description

无线通信设备和无线通信系统

相关申请的交叉引用

于2021年5月28日提交的包括说明书、附图和摘要的日本专利申请No.2021-089908的公开内容通过引用全部并入本文。

背景技术

本发明涉及无线通信设备和无线通信系统。

专利文献1公开了一种用于在对应于“蓝牙(注册商标)网格”标准的无线通信设备中用少量信道覆盖较宽通信范围的技术。具体地，无线通信设备包括与多个未指定的其他设备执行广播通信的通告通信控制单元、以及与指定的其他设备执行一对一通信的连接通信控制单元。连接通信控制单元被用于向连接集群中的其他设备发送消息并且从其接收消息，该连接集群中的其他设备可以由无线连接通信控制单元进行通信。另一方面，连接集群中允许的设备的通告通信控制单元被用于向连接集群外的其他设备发送消息并且从其接收消息。

下面列举了所公开的技术。

[专利文献1]日本未经审查的专利公布No.2020-195062

发明内容

例如，与专利文献1中描述的“蓝牙网格”(在说明书中缩写为BT网格)标准相对应的无线通信设备和无线通信系统是已知的。BT网格标准是由蓝牙SIG(特别兴趣小组)建立的网格网络标准。在BT网格标准中，基础操作是通过使用异步泛洪(换言之，广播)来传递包(packet)(换言之，消息)。构成BT网格的无线通信设备被称为节点。

此处，例如在BT网格中，一些节点可以被定义为不具有中继(relay)功能(即，包中继功能)的低功率节点。由于低功率节点可以通过它自己的节点来确定包接收周期，所以它可以在不同于该接收周期的周期期间处于睡眠状态。另一方面，由于除去低功率节点的每个节点接收异步生成的包，所以必须始终在包可以被接收的状态下等待。为此，在BT网格中，整个网络的功耗可能会增加。

其他目的和新特征将通过本说明书和附图的描述变得显而易见。

根据一个实施例的无线通信设备包括：振荡器，被配置为生成时钟信号；计数器，被配置为根据时钟信号顺序地更新计数值；存储器；无线通信接口；电源控制器；以及同步控制器。存储器被配置为保存定义活动周期和不活动周期的调度数据，活动周期由计数值的范围表示并且是允许与外部进行包的通信的周期，不活动周期由计数值的范围表示并且是禁止与外部进行包的通信的周期。无线通信接口被配置为在从调度数据和计数器的计数值获得的活动周期期间与外部传递包。电源控制器被配置为在从调度数据和计数器的计数值获得的不活动周期期间切断提供给无线通信接口的功率。同步控制器被配置为在从外部被接收包的接收操作期间，基于存储在被接收包中的同步数据值来更新计数器的计数值，在将包发射给外部的发射操作期间基于所更新的计数值来定义同步数据值，并且将所定义的同步数据值存储在待被发射的包中。

根据一个实施例，可以减少无线通信设备和无线通信系统中的功耗。

附图说明

图1是图示了根据第一实施例的无线通信系统的配置示例的示意图。

图2是用于解释根据第一实施例的无线通信系统所使用的通信系统的一个实施例的示意图。

图3是用于解释使图2所图示的通信系统所使用的时间同步的方法的一个实施例的视图。

图4是图示了根据本发明的第一实施例的无线通信设备的配置示例的示意图。

图5是用于解释图4所图示的无线通信设备在网络上所扮演的角色的一个实施例的视图。

图6是用于解释根据第一实施例的无线通信系统中的调度数据的一个详细实施例的时序图。

图7是用于解释与根据第一实施例的无线通信系统中的初始同步相关联的操作示例的时序图。

图8是用于解释与根据第一实施例的无线通信系统中的同步维护相关联的操作示例的时序图。

图9是图示了根据第一实施例的无线通信系统中的包格式的示例的示意图。

图10是图示了在根据第一实施例的无线通信系统中使用计数值的同步方法的操作示例的时序图。

图11A是图示了与根据第一实施例的无线通信系统中的同步数据值相关联的处理方法的一个示例的时序图。

图11B是用于解释与图11A的处理方法不同的处理方法的一个实施例的时序图。

图12是图示了根据第二实施例的无线通信系统中的实际通信有效周期的一个实施例的时序图。

图13是用于解释在根据第二实施例的无线通信系统中延长通信有效周期的方法的一个实施例的时序图。

图14是用于解释在根据第二实施例的无线通信系统中延长通信有效周期的方法的另一个实施例的时序图。

具体实施方式

在下面描述的实施例中，为了方便起见，本发明在需要时将以多个区段或实施例来描述。然而，除非另有规定，否则这些区段或实施例不是彼此无关的，并且一个区段或实施例涉及作为其修改示例、细节或补充解释的其他区段或实施例的全部或一部分。此外，在下面描述的实施例中，在引用元件的数量(包括部件的数量、值、量、范围等)的情况下，除非另有规定或除去原则上数量被明显限于具体数量的情况，否则元件的数量不被限于具体数量，并且大于或小于指定数量的数量也可以是适用的。

而且，在下面描述的实施例中，不言而喻，除非另有规定或者除去组件在原则上明显不可缺少的情况，否则组件(包括元件步骤等)不总是不可缺少的。类似地，在下面描述的实施例中，当提及组件的形状、其位置关系等时，除非另有规定或者除去可以想到它们在原则上被明显排除的情况，否则基本近似和类似的形状等被包括在其中。上述数值和范围也是一样的。

在下文中，本发明的实施例将参照附图描述。注意，在用于解释实施例的所有附图中，原则上，相同的附图标记被指派给相同的构件，并且将省略其重复解释。

(第一实施例)

<无线通信系统的概述>

图1是图示了根据第一实施例的无线通信系统的配置示例的示意图。图1图示了作为无线通信系统的一个实施例的BT网格的网络配置示例。在BT网格中，可以通过泛洪顺序地对被接收包进行中继来延长通信距离。图1图示了多个节点A到T。节点A到T中的每个节点是对应于BT网格标准的无线通信设备。

节点A到T包括正常节点A到H、N和T、中继节点Q、R和S、朋友节点O和P以及低功率节点I到M。正常节点A到H中的每个节点具有生成包括预定目的地的包并且发射所生成的包的功能，以及接收去往其自身节点的包的功能。中继节点Q、R和S中的每个节点具有通过泛洪将被接收包发射给多个其他节点的功能。

朋友节点O和P中的每个节点都具有暂时地保存去往低功率节点I到M的包的功能。低功率节点I到M中的每个节点间歇地询问朋友节点O和P它们是否保存去往它们自己的节点的包。如果它们保存包，则低功率节点I到M中的每个节点从朋友节点O和P被接收包。为此，低功率节点I到M在进行询问时变为活动状态，并且可以变为不活动状态，换言之，在其他周期期间变为睡眠状态。活动状态是具有正常功耗的操作状态，并且睡眠状态是具有功率节约的操作状态。

例如，作为图1中的具体操作示例，正常节点T生成去往低功率节点L的包，并且通过使用称为GATT承载(bearer)的通信手段将该包发射给中继节点S。GATT承载是一对一通信手段。中继节点S通过使用称为ADV承载的通信手段的泛洪来对来自正常节点T的包进行中继。ADV承载是一对多通信手段。朋友节点O接收并且保存去往低功率节点L并且由中继节点S进行中继的包。然后，朋友节点O响应于来自低功率节点L的询问，将保存的包发射给低功率节点L。

在这种无线通信系统中，不包括低功率节点I到M的正常节点A到H、N和T、中继节点Q、R和S以及朋友节点O和P通常接收异步生成的包。因此，有必要总是在包可以被接收的状态下等待。因此，整个网络的功耗可能会增加。因此，使用稍后描述的实施例的通信方法是有益的。

<通信系统的概述>

图2是用于解释根据第一实施例的无线通信系统中所使用的通信系统的一个实施例的示意图。在根据第一实施例的无线通信系统中，如图2所图示的，参与网络的所有无线通信设备(节点)ND1到ND3与预先定义的公共调度同步操作。在图2的调度的示例中，重复出现的循环Tc包括活动周期Ta和睡眠周期(不活动周期)Ts。

多个无线通信设备ND1到ND3一起执行包传递，即，在活动周期Ta内以任意时机发射或接收。此外，多个无线通信设备ND1到ND3在任何包没有在活动周期Ta内被一起发射的周期期间，等待包的接收。另一方面，多个无线通信设备ND1到ND3以预定的功率节约模式操作，而不在睡眠周期Ts期间一起执行包传递。注意，在本说明书中，多个无线通信设备(节点)ND1到ND3被统称为无线通信设备(节点)ND。

由于它们以这种方式与公共调度同步操作，所以多个无线通信设备ND1到ND3同步时间。具体地，例如多个无线通信设备ND1到ND3中的每个无线通信设备通过设置在自身设备中的计数器的计数值来管理时间。在这种情况下，多个无线通信设备ND1到ND3可以适当地同步计数值。此外，在计数值被使用的情况下，活动周期Ta由计数值的范围表示，并且是允许与外部进行包的通信的周期。另一方面，睡眠周期Ts由计数值的范围表示，并且是禁止与外部进行包的通信的周期。

图3是用于解释使在图2的通信系统中所使用的时间同步的方法的一个实施例的视图。无线通信设备ND中的每个无线通信设备ND将是时间信息的计数值存储在待被发射给其他无线通信设备ND的包中，以便与其他无线通信设备ND同步时间。另一方面，已经接收到包的其他无线通信设备ND基于存储在被接收包中的计数值来更新其自身设备的计数器的计数值。

在图3的示例中，当开始通信的无线通信设备ND1准备待被发射的包时，无线通信设备ND1将其自身设备的计数值存储在包(TX)中，并且发射该包(TX)。随后，对包进行中继的无线通信设备ND2从无线通信设备ND1接收包(RX)，并且用存储在被接收包中的计数值来更新其自身设备的计数值。这使得可以同步计数值，换言之，使无线通信设备ND1与无线通信设备ND2之间的时间同步。

具体地，例如无线通信设备ND1在时间t₀准备包，经过延迟时间Δtd，并且然后在时间t₁完成包的发射。延迟时间Δtd是包的该发射过程所需的延迟时间，并且是例如从包的准备开始时的时间到包的发射完成时的时间的时间。另一方面，无线通信设备ND2在时间t₁完成包的接收，并且在该时间同步计数值。因此，存储在来自无线通信设备ND1的包中的理想计数值是在时间t₁的计数值。

此处，如果无线通信设备ND1在时间t₀(包被准备时的时间)将计数值存储在包中，则相对于时间t₁(理想值)可能出现延迟时间Δtd的误差。因此，期望的是，无线通信设备ND1将该延迟时间Δtd预先定义为例如预测延迟时间，并且将预测延迟时间在时间t₀反映到其的计数值(即，更接近时间t₁的计数值)存储在包中。然而，在延迟时间Δtd足够短的情况下，不总是必须反映预测延迟时间。

无线通信设备ND2基于存储在来自无线通信设备ND1的包(RX)中的计数值来更新其自身设备的计数值，并且然后将该包发射给另一无线通信设备(例如ND3)。而且此时，可能出现与无线通信设备ND1的情况类似的延迟时间Δtd。因此，在延迟时间Δtd成为问题的情况下，期望无线通信设备ND2如在无线通信设备ND1的情况那样，将预测延迟时间反映在所更新的计数值中，并且将预测延迟时间被反映到其的计数值(即，更接近于时间t₂的计数值)存储在待被发射的包(TX)中。即，期望无线通信设备ND2重写存储在来自无线通信设备ND1的包中的计数值。

此后，通过类似的方式，每当包被中继到后续设备时，发射设备和接收设备之间的时间被同步。因此，可以基于图2所图示的活动周期Ta和睡眠周期Ts以高准确性执行通信控制。即，通过防止由于同步偏差引起的包丢失等，可以提高通信可靠性并且减少睡眠周期Ts的功耗。注意，此处，例如无线通信设备ND1发射对应于时间t₁的计数值。然而，备选地，无线通信设备ND2可以在时间t₀从无线通信设备ND1接收计数值，并且预测对应于时间t₁的计数值。

<无线通信设备的概述>

图4是图示了根据本发明的第一实施例的无线通信设备的配置示例的示意图。图4所图示的无线通信设备ND包括算术处理单元10、振荡器11、计数器12、存储器13、无线通信接口14、天线15和电源控制器16。算术处理单元10通常由执行保存在存储器13中的程序的处理器等来实现。然而，算术处理单元10可以由ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)实现。除了例如包的发射/接收控制、包的基础弯曲处理等之外，算术处理单元10还根据无线通信设备ND的角色执行预定处理。

振荡器11例如由PLL(锁相环)电路等构成，并且生成时钟信号CK。计数器12根据来自振荡器11的时钟信号CK顺序地更新计数值t[x]。计数器12可以利用来自算术处理单元10的计数值t[y]对保存在寄存器等中的计数值t[x]进行更新。存储器13例如由RAM(随机存取存储器)和非易失性存储器的组合构成。存储器13保存调度数据21，保存调度数据21中活动周期Ta和睡眠周期(不活动周期)Ts如图2所图示的那样定义。

无线通信接口14由RFIC(射频集成电路)等构成，并且经由天线15执行无线通信。无线通信接口14与外部传递包，即，在从调度数据21和计数器12的计数值t[x]获得的活动周期Ta中发射或接收包。具体地，例如算术处理单元10基于调度数据21和计数值t[x]确定活动周期Ta，并且在该周期内经由无线通信接口14传递包。

电源控制器16例如由电源管理IC等构成，并且管理整个无线通信设备ND的电源。作为其中之一，电源控制器16在从调度数据21和计数值t[x]获得的睡眠周期Ts中切断提供给无线通信接口14的功率。具体地，例如算术处理单元10可以基于调度数据21和计数值t[x]来确定睡眠周期Ts，并且将该周期指示给电源控制器16。这使得可以减少无线通信接口14的功耗，无线通信接口14是消耗特别大量功率的单元。

此处，算术处理单元10具有同步控制器20。在同步控制器20作为中继器操作以将从外部接收的包发射给外部的情况下，例如像图3中的无线通信设备ND2一样，同步控制器20执行以下处理。即，在从外部接收包的接收操作期间，同步控制器20确定存储在被接收包中的同步数据值，此处是将基于计数值更新的计数值t[y]，并且用计数值t[y]更新计数器12的计数值t[x]。然后，同步控制器20在将包发射给外部的发射操作期间，基于所更新的计数值t[y]确定同步数据值，并且将所确定的同步数据值存储在待被发射的包中。

此外，在同步控制器20作为目标操作以从外部接收去往其自身设备的包的情况下，同步控制器20仅执行上述接收操作期间的处理。另一方面，在同步控制器20作为发起器操作以将由其自身设备生成的包发射给外部的情况下，例如如图3的无线通信设备ND1中那样，同步控制器20执行以下处理。即，在发射操作期间，同步控制器20基于其自身设备的计数器12的计数值t[x]确定同步数据值，并且将所确定的同步数据值存储在待被发射的包中。

注意，当应用于图1所图示的BT网格的无线通信系统中的每个节点时，图4所图示的无线通信设备ND特别有用。然而，无线通信设备ND的应用目标(destination)不被限于BT网格，并且可以是另一无线通信系统，换言之，无线通信网络。在这种情况下，具体地，从时间同步的观点来看，应用目标可以是使用泛洪方法的网络。此外，尽管本说明书以应用于无线通信网络为前提，但是根据第一实施例的通信系统在一些情况下可以被应用于有线通信网络。

<通信系统的细节>

[节点在网络上的作用]

图5是用于解释图4所图示的无线通信设备在网络上所扮演的角色的一个实施例的视图。在图5中，多个无线通信设备(节点)ND1到ND3中的每个无线通信设备扮演发起器INI、中继器RLY或目标TGT中的任何一个角色。发起器INI扮演作为通信起点的角色。中继器RLY起到对包进行中继的作用。目标TGT扮演作为通信终点的角色。

每个节点ND在网络上的角色不是固定的，并且可以被适当地改变。在图5的示例中，节点ND1、ND2和ND3分别在活动周期Ta中扮演中继器RLY、发起器INI和目标TGT的角色。另一方面，当角色在预定活动周期Ta中改变时，节点ND1、ND2和ND3分别在后续活动周期Ta中扮演发起器INI、目标TGT和中继器RLY的角色。

[调度数据的设置方法]

作为在多个节点ND中设置图2和4所图示的公共调度数据21的方法，例如以下方法可以被提及。作为第一方法，存在一种方法，其中系统管理员预先将公共调度数据21存储在多个节点ND的存储器13中。作为第二方法，存在一种方法，其中当执行用于使目标节点ND参与BT网格的、被称为供应(provisioning)的程序时，供应者向目标节点ND通知调度数据21。

作为第三方法，存在基于预定程序动态地改变和共享整个BT网格中的公共调度数据21的方法。具体地，存在一种方法，其中想要改变调度数据21的节点ND使用BT网格将改变的公共调度数据21发射给另一节点ND。注意，第一方法至第三方法也可以被适当地组合使用。

[调度数据的细节]

图6是用于解释根据第一实施例的无线通信系统中的调度数据的一个详细实施例的时序图。如上所述，在调度数据21中，活动周期Ta和睡眠周期(不活动周期)Ts由计数值确定。在图6的示例中，计数器12根据时钟信号CK在0到n的范围内循环地将计数值t[x]递增+1。然后，在调度数据21中，活动周期Ta在0到m的计数值t[x]的范围内定义，并且睡眠周期Ts在“m+1”到n的计数值t[x]的范围内定义。在这种情况下，调度数据21可以取决于m的值和n的值适当地改变。

每个节点ND基于调度数据21和计数器12的计数值t[x]来确定活动周期Ta和睡眠周期Ts。然后，每个节点ND在活动周期Ta期间传递包。另一方面，每个节点ND在睡眠周期Ts期间不执行包传递，并且通过切断提供给无线通信接口14的功率而在功率节约模式下操作。

[初始同步的操作]

图7是用于解释与根据第一实施例的无线通信系统中的初始同步相关联的操作示例的时序图。在图7中，在系统重置之后，所有节点ND1和ND2在活动周期Ta1中操作。在活动周期Ta1中，发射节点ND1发射第一包PK1a，并且接收节点ND2接收第一包PK1a，从而建立节点ND1和节点ND2之间的同步(步骤S101)。

在建立同步之后，所有节点ND1和ND2可以在活动周期Ta2中以任意时机传递包PK2a(步骤S102)。此外，在建立同步之后的每个活动周期中，不总是需要执行包传递，并且可能存在未执行包传递的活动周期Ta3(步骤S103)。

[同步的维护]

图8是用于解释与根据第一实施例的无线通信系统中的同步维护相关联的操作示例的时序图。例如，由于来自图4中的振荡器11的时钟信号CK针对每个节点ND具有偏差，如果长时间未执行包发射/接收，则可能发生同步偏移，即，计数值t[x]的偏移。然后，如果该同步偏差变得过大，则节点ND之间的正常包传递可能变得困难。

因此，期望在例如图5中描述的发起器INI等中设置最大发射间隔等。例如，在不存在待被发射的包的情况下，充当发起器INI的节点ND1发射虚拟包(dummy packet)PKd等，以便不超过最大发送发射间隔(transmission transmit interval)(步骤S200)。通过以这种方式周期性地重新建立同步，节点ND1和ND2中的每个节点都可以维护同步。

[包的格式]

图9是图示了根据第一实施例的无线通信系统中的包格式的一个实施例的示意图。在BT网格标准中使用的常规包，换言之，消息包括报头字段(header field)25，该报头字段25包括源地址、目的地地址(DST)字段26、“传输(transport)PDU(协议数据单元)”字段27和MIC(消息完整性检查)字段28。

在BT网格标准中，在“上传输”层中加密的“上传输访问PDU”被划分，以便落入“下传输”层中的一个包中，并且所划分的PDU变成“传输PDU”。“传输PDU”在“网络”层中与目的地地址(DST)一起被加密。MIC字段28是用于检查PDU是否被正确加密的字段。

此处，在第一实施例中使用的包按照原样使用常规的包格式，并且用于存储同步数据值的字段27a(此处为计数值)被提供在“传输PDU”字段27的字段27中。在该示例中，字段27a的大小是4个八位字节(32位)。与此一起，具有最多128个八位字节的常规“传输PDU”字段27被用作具有最多124个八位字节的“传输PDU”字段27b。每个节点ND在发射操作期间将同步数据值存储在字段27a中，并且在接收操作期间获取存储在字段27a中的同步数据值。

[使用计数值的同步方法(1)]

图10是图示了在根据第一实施例的无线通信系统中使用计数值的同步方法的操作示例的时序图。在该示例中，所有节点ND1到ND3从同步开始之前的状态开始。在步骤S301中，节点ND1发射其中存储有同步数据值(计数值)“101”的包。已经从节点ND1接收到包的节点ND2和ND3通过用存储在包中的同步数据值“101”更新其自身节点的计数值，来与节点ND1同步。

然后，当经过一定时间周期时，在节点ND1到ND3的计数值中可能出现误差。在步骤S302中，在发生该误差的状态下，节点ND3发射其中存储有同步数据值“507”的包。已经从节点ND3接收到包的节点ND2通过用存储在被接收包中的同步数据值“507”更新其自身节点的计数值(按照原样为“506”)，来与节点ND3同步。类似地，已经从节点ND3接收到包的节点ND1通过用存储在被接收包中的同步数据值“507”更新其自身节点的计数值(按照原样为“508”)，来与节点ND3同步。

注意，节点ND1到ND3中的每个节点的同步控制器20可以通过使用与预先定义的参考计数值的差值而不是计数值本身，来确定存储在待被发射的包中的同步数据值。作为具体示例，例如同步控制器20可以将m/2的计数值设置为图6中的参考计数值，并且将与该参考计数值的差值确定为同步数据值。因此，可以将同步数据值的可能范围缩小到其一半左右，并且这使得可以减小图9所图示的字段27a的大小。

[同步数据值的细节]

如图3所描述的，同步数据值可以是预测延迟时间未被反映到其的计数值，并且优选地可以是预测延迟时间被反映到其的计数值。此处，预测延迟时间被反映到其的计数值的情况将被详细描述。图11A是用于解释与根据第一实施例的无线通信系统中的同步数据值相关联的处理方法的一个实施例的时序图。图11B是用于解释与图11A不同的处理方法的一个实施例的时序图。

在图11A中，同步是基于作为发起器INI操作的节点ND1的计数值而建立的。首先，节点ND1将通过反映包在其自身节点中的发射过程所需的预测延迟时间Δtd[0]而确定的同步数据值t[1]’存储在待被发射的包(TX)中，并且将其发射给后一阶段。

具体地，节点ND1通过将预测延迟时间Δtd[0]添加到包，具体地，在图9的字段27a被准备的时间t₀处其自身节点的计数值t[0]，来确定预测延迟时间Δtd[0]被反映到其的同步数据值t[1]’。预测延迟时间Δtd[0]例如是从包被准备的时间t₀到包的发射完成的时间t₁的时间。因此，同步数据值t[1]’(即，计数值)基本上等于时间t₁的计数值t[1]。

当节点ND1完成包(TX)的发射时，作为中继器RLY操作的节点ND2在时间t₁完成包(RX)的接收。然后，节点ND2通过在时间t₁存储在被接收包(RX)中的同步数据值t[1]’来更新其自身节点的计数值。因此，节点ND2的计数值t[1]’与节点ND1的计数值t[1]同步。

然后，节点ND2通过将其自身节点中的包的发射处理所需的预测延迟时间Δtd[1]反映到所更新的计数值t[1]’来确定同步数据值t[2]’。具体地，节点ND2通过将预测延迟时间Δtd[1]添加到所更新的计数值t[1]’来确定同步数据值t[2]’。预测延迟时间Δtd[1]是从包的接收完成的时间t₁到被接收包的发射(即，中继)完成的时间t₂的时间。因此，同步数据值t[2]’(即，计数值)基本上等于时间t₂的计数值t[2]。然后，节点ND2将所确定的同步数据值t[2]’存储在待被发射的包(TX)中，并且将其发射给后一阶段。

通过此后以类似的方式顺序地对包进行中继，例如使已经从节点ND2接收到包的节点(例如ND3)的计数值与节点ND2的计数值同步，并且最终与节点ND1的计数值同步。最后，操作目标TGT的节点NDn的计数值也与所有先前节点ND的计数值同步。因此，可以实现反映发射过程所需的延迟时间的高度准确的同步。

在图11B中，与图11A的情况一样，同步是基于作为发起器INI操作的节点ND1的计数值而建立的。然而，在图11B中，与图11A的情况不同，预测延迟时间不是在发射操作期间而是在接收操作期间反映的。在下文中，将集中于与图11A不同之处而给出描述。

首先，与图11A的情况不同，节点ND1在包被准备为同步数据值的时间t₀确定其自身节点的计数值t[0]，并且将其存储在待被发射的包(TX)中。然后，与图11A的情况一样，节点ND1在时间t₁完成包的发射。另一方面，节点ND2通过将发射节点ND1中的包的发射过程所需的预测延迟时间Δtd[0]反映到存储在从节点ND1接收的包(RX)中的同步数据值t[0]，来改变同步数据值。然后，节点ND2通过改变的同步数据值来更新其自身节点的计数值。

具体地，节点ND2通过将预测延迟时间Δtd[0]添加到存储在被接收包(RX)中的同步数据值t[0]，来将同步数据值从t[0]改变为t[1]’。与图11A的情况一样，改变的同步数据值t[1]’(即，计数值)基本上等于时间t₁的计数值t[1]。然后，节点ND2通过改变的同步数据值t[1]’来更新其自身节点的计数值。因此，节点ND2的计数值t[1]’与节点ND1的计数值t[1]同步。

然后，节点ND2将改变的同步数据值t[1]’存储在待被发射的包(TX)中，并且将其发射给后一阶段。此后，通过类似的方式，包被顺序地中继向作为目标TGT操作的节点NDn。在这种情况下，类似地，通过由接收节点ND反映预测延迟时间，可以实现反映发射过程所需的延迟时间的高度准确的同步。

注意，节点ND中的每个节点ND的同步控制器20可以通过各种方法来确定图11A和图11B所图示的预测延迟时间Δtd[0]和Δtd[1]。例如，同步控制器20可以将预测延迟时间设置为预先定义的固定值。具体地，确定对于整个无线通信系统公共的固定值的方法和确定对于每个节点唯一的固定值的方法可以被提及。固定值的大小例如通过模拟或实际测量来确定。此外，同步控制器20可以将预测延迟时间设置为基于包长度的可变值或基于其自身节点ND的操作状态的可变值。相对于前者，例如同步控制器20可以设置随着包长度变得更长而增加预定的成比例系数的可变值。

<第一实施例的主要效果>

如上所述，在根据第一实施例的方法中，基于包括睡眠周期的调度来执行通信控制，并且提供了时间同步机制。因此，典型地可以减少功耗，并且具体地，有益效果可以在诸如BT网格等网格网络中获得。例如，在图1所图示的BT网格中，不仅可以减少低功率节点I到M的功耗，还可以减少正常节点A到H、N和T以及中继节点Q、R和S的功耗。

此外，相对于时间同步，例如代替通过提供管理整个网络的时间的单个管理节点来实现时间同步的方法，使用了通过使用在多个节点之间执行的正常通信来实现时间同步的方法。为此，可以增加对故障的容忍度，并且不需要新指定管理节点中使用的专用于同步的包。

而且，由于调度可以被任意地设置，所以可以适当地调整在整个网络中生成的业务和功耗。具体地，例如整个网络中所包括的节点被划分为两个片段。当其他片段处于活动周期时，可以调度一个片段处于睡眠周期。

(第二实施例)

<关于通信有效周期>

图12是图示了根据第二实施例的无线通信系统中的实际通信有效周期的一个实施例的时序图。例如，即使在使用图11A等所图示的通信系统建立同步的情况下，如图12所图示的，由于被反映到同步数据值的预测延迟时间的误差、计数器12的误差等，在相应节点ND之间的活动周期的时间中可能实际发生偏差。因此，存在其中一些节点ND(但不是所有节点)是活动的周期，并且该周期变成通信不可能周期Ti1和Ti2。

另一方面，为了避免在通信不可能周期Ti1和Ti2中的不必要的包发射，考虑到预测延迟时间的误差，需要在节点ND1到ND3中的每个节点的活动周期中提供余量周期。例如，该余量周期被设置为接收受限周期Tr1和Tr2，其中禁止发射并且仅允许接收。从活动周期中排除接收受限周期Tr1和Tr2的周期被定义为节点ND1到ND3中的每个节点的发射/接收可能周期Trx。通信有效周期Tv是在其期间包可以被实际发射和接收的周期，并且由多个节点ND1到ND3的发射/接收可能周期Trx的逻辑积确定。

根据系统的请求，接收受限周期Tr1和Tr2被设置为节点ND1至ND3中的每个节点的足够周期。然而，随着接收受限周期Tr1和Tr2与活动周期的比率增加，从功耗的观点来看，通信效率降低而变得低效。为此，期望缩短接收受限周期Tr1和Tr2以延长通信有效周期Tv。

<延长通信有效周期的方法>

图13和图14是用于解释在根据第二实施例的无线通信系统中延长通信有效周期的方法的一个实施例的时序图。通常，图4所图示的同步控制器20基于在包Pky在先前活动周期中被接收时的时间的计数值t[n-1]和包PKx在当前活动周期中被接收时的时间的计数值t[n]，来测量接收间隔Δt[n]。此外，同步控制器20基于计数值t[n-1]和存储在包PKx中的同步数据值t[n]’，来计算由发射包PKx的其他节点NDx识别的接收间隔Δt[n]’。

然后，同步控制器20校正调度数据21，以使基于其自身节点ND的测量的接收间隔Δt[n]与其他节点NDx的识别的接收间隔Δt[n]’之间的误差接近零。这使得可以减少多个节点ND之间的实际调度中的误差。因此，可以将接收受限周期Tr1和Tr2设置得较短，并且可以延长通信有效周期Tv。

具体地，在图13中，当包PKx从其他节点NDx被接收时，其自身节点ND的时间是t[n]，并且当包PKy从其他节点NDy被接收时，其自身节点ND的时间是t[n-1]。其他节点NDy和其他节点NDx可以是相同的节点。注意，其自身节点ND的时间等效于其自身节点的计数值。

存储在包PKx中的同步数据值(或计数值)是t[n]’。从其自身节点ND接收到包PKy时的时间t[n-1]到它接收到包PKx时的时间t[n]的间隔是Δt[n]。间隔Δt[n]成为由其自身节点ND实际测量的接收间隔。从包Pky被接收时的时间t[n-1]到由存储在包PKx中的同步数据值指示的时间t[n]’的间隔是Δt[n]’。间隔Δt[n]’是指由另一节点NDx识别的接收间隔。

此外，如公式(1)所示，基于其他节点NDx的识别的接收间隔Δt[n]’与基于其自身节点的测量的接收间隔Δt[n]之间的差值是误差e[n]。如公式(2)所示，误差e[n]与基于其自身节点的测量的接收间隔Δt[n]的比率是误差比e[n]’。然后，如公式(3)所示，同步控制器20在每次包被接收时计算误差比e[n]’，并且计算过去M次的误差比e[n]’的平均误差值E[n]。

e[n]＝Δt[n]′-Δt[n]…(1)

此处，如图14所图示的，假设活动周期和睡眠周期中的一个循环是T，则可以基于与其他节点相比其自身节点ND的计数值，来估计通过将循环T乘以平均误差值E[n]而获得的误差平均出现在循环T中。因此，如公式(4)所示，同步控制器20通过校正循环T来计算校正后的循环T’，以便取消该所估计的误差T·E[n]。

T′＝T+TE[n]…(4)

然后，同步控制器20基于校正后的该循环T’校正调度数据21。例如，同步控制器20可以将所估计的误差T·E[n]成比例地分布到活动周期和睡眠周期。注意，用于估计误差的算法不被限于移动平均，并且可以应用通过数字信号处理的各种方法。

<第二实施例的主要效果>

如上所述，通过使用根据第二实施例的方法，可以延长通信有效周期。因此，除了第一实施例中描述的各种效果之外，还可以实现进一步的功耗减少等。

如上所述，由本申请的发明人做出的本发明已经基于实施例具体描述。然而，本发明不被限于上述实施例，并且不言而喻，本发明可以在不脱离其实质的情况下修改为各种形式。例如，为了清晰地解释本发明，已经详细解释了上述实施例。本发明不必被限于包括已经解释的所有配置的一个。此外，一个实施例的配置的一部分可以由其他实施例的配置代替。此外，其他实施例的配置可以被添加到一个实施例的配置。此外，实施例中的每个实施例的配置的一部分可以被添加到其他配置，由此该配置的一部分可以被删除或被代替。

Claims (20)

1.一种无线通信设备，包括：

振荡器，被配置为生成时钟信号；

计数器，被配置为根据所述时钟信号顺序地更新计数值；

存储器，被配置为保存定义活动周期和不活动周期的调度数据，所述活动周期由所述计数值的范围表示并且是允许与外部进行包的通信的周期，所述不活动周期由所述计数值的范围表示并且是禁止与外部进行包的通信的周期；

无线通信接口，被配置为在从所述调度数据和所述计数器的所述计数值获得的所述活动周期期间与所述外部进行包的通信；

电源控制器，被配置为在从所述调度数据和所述计数器的所述计数值获得的所述不活动周期期间切断被提供给所述无线通信接口的功率；

同步控制器，被配置为在从所述外部接收所述包的接收操作期间，基于存储在被接收包中的同步数据值来更新所述计数器的所述计数值，在将包发射给所述外部的发射操作期间，基于所更新的计数值来定义所述同步数据值，并且将所定义的同步数据值存储在待被发射的所述包中。

2.根据权利要求1所述的无线通信设备，

其中所述同步控制器还被配置为在所述接收操作期间，通过存储在所述被接收包中的所述同步数据值来更新所述计数器的所述计数值，在所述发射操作期间通过将自身设备中的包的发射过程所需的预测延迟时间反映到所更新的计数值来定义所述同步数据值，并且将所定义的同步数据值存储在待被发射的所述包中。

3.根据权利要求2所述的无线通信设备，

其中，在所述同步控制器作为发起器操作以将由所述自身设备生成的包发射给外部的情况下，所述同步控制器还被配置为将通过反映所述自身设备中的所述包的所述发射过程所需的所述预测延迟时间而定义的所述同步数据值存储在待被发射的所述包中。

4.根据权利要求1所述的无线通信设备，

其中所述同步控制器还被配置为在所述接收操作期间，通过将发射设备中的包的发射过程所需的预测延迟时间反映到存储在所述被接收包中的所述同步数据值来改变所述同步数据值，通过所改变的同步数据值来更新所述计数器的所述计数值，并且在所述发射操作期间将所改变的同步数据值存储在待被发射的所述包中。

5.根据权利要求4所述的无线通信设备，

其中，在所述同步控制器作为发起器操作以将由所述自身设备生成的包发射给外部的情况下，所述同步控制器还被配置为在所述包被准备为所述同步数据值时的时间处定义所述计数器的所述计数值，并且将所述同步数据值存储在待被发射的所述包中。

6.根据权利要求2或4所述的无线通信设备，

其中所述同步控制器还被配置为将所述预测延迟时间定义为预先定义的固定值。

7.根据权利要求2或4所述的无线通信设备，

其中所述同步控制器还被配置为基于包长度将所述预测延迟时间定义为可变值。

8.根据权利要求1或2所述的无线通信设备，

其中所述同步控制器还被配置为：

基于在先前活动周期期间第一包被接收时的时间的第一计数值以及在当前活动周期期间第二包被接收时的时间的第二计数值，测量第一接收间隔；

基于所述第一计数值和存储在所述第二包中的所述同步数据值，计算由发射所述第二包的另一设备识别的第二接收间隔；以及

校正所述调度数据，使得所述第一接收间隔与所述第二接收间隔之间的误差接近零。

9.根据权利要求1所述的无线通信设备，

其中所述同步控制器还被配置为通过使用与预先定义的参考计数值的差值，来定义待被存储在待被发射的所述包中的所述同步数据值。

10.根据权利要求1所述的无线通信设备，

其中所述无线通信设备是与“蓝牙网格”标准兼容的设备。

11.一种无线通信系统，包括多个无线通信设备，

其中所述多个无线通信设备中的每个无线通信设备包括：

振荡器，被配置为生成时钟信号；

计数器，被配置为根据所述时钟信号顺序地更新计数值；

存储器，被配置为保存定义活动周期和不活动周期的调度数据，所述活动周期由所述计数值的范围表示并且是允许与所述其他无线通信设备中的任何无线通信设备进行包的通信的周期，所述不活动周期由所述计数值的范围表示并且是禁止与所述其他无线通信设备中的任何无线通信设备进行包的通信的周期；

无线通信接口，被配置为在从所述调度数据和所述计数器的所述计数值获得的所述活动周期期间与所述其他无线通信设备中的任何无线通信设备进行包的通信；

电源控制器，被配置为在从所述调度数据和所述计数器的所述计数值获得的所述不活动周期期间切断提供给所述无线通信接口的功率；

同步控制器，被配置为在从所述其他无线通信设备中的任何无线通信设备接收所述包的接收操作期间，基于存储在被接收包中的同步数据值来更新所述计数器的所述计数值，在将包发射给所述其他无线通信设备的发射操作期间，基于所更新的计数值来定义所述同步数据值，并且将所定义的同步数据值存储在待被发射的所述包中。

12.根据权利要求11所述的无线通信系统，

其中所述同步控制器还被配置为在所述接收操作期间，通过存储在所述被接收包中的所述同步数据值来更新所述计数器的所述计数值，在所述发射操作期间通过将自身设备中的包的发射过程所需的预测延迟时间反映到所更新的计数值来定义所述同步数据值，并且将所定义的同步数据值存储在待被发射的所述包中。

13.根据权利要求12所述的无线通信系统，

其中，在所述同步控制器作为发起器操作以将由所述自身设备生成的包发射给外部的情况下，所述同步控制器还被配置为将通过反映所述自身设备中的所述包的所述发射过程所需的所述预测延迟时间而定义的所述同步数据值存储在待被发射的所述包中。

14.根据权利要求11所述的无线通信系统，

其中所述同步控制器还被配置为在所述接收操作期间通过将发射侧的无线通信设备中的包的发射过程所需的预测延迟时间反映到存储在所述被接收包中的所述同步数据值来改变所述同步数据值，通过所改变的同步数据值来更新所述计数器的所述计数值，并且在所述发射操作期间将所改变的同步数据值存储在待被发射的所述包中。

15.根据权利要求11所述的无线通信系统，

其中，在所述同步控制器作为发起器操作以将由所述自身设备生成的包发射给外部的情况下，所述同步控制器还被配置为在所述包被准备为所述同步数据值时的时间处定义所述计数器的所述计数值，并且将所述同步数据值存储在待被发射的所述包中。

16.根据权利要求12或14所述的无线通信系统，

其中所述同步控制器还被配置为将所述预测延迟时间定义为预先定义的固定值。

17.根据权利要求12或14所述的无线通信系统，

其中所述同步控制器还被配置为基于包长度将所述预测延迟时间定义为可变值。

18.根据权利要求11或12所述的无线通信系统，

其中所述同步控制器还被配置为：

基于在先前活动周期期间第一包被接收时的时间的第一计数值以及在当前活动周期期间第二包被接收时的时间的第二计数值，测量第一接收间隔；

基于所述第一计数值和存储在所述第二包中的所述同步数据值，计算由发射所述第二包的无线通信设备识别的第二接收间隔；以及

校正所述调度数据，使得所述第一接收间隔与所述第二接收间隔之间的误差接近零。

19.根据权利要求11所述的无线通信系统，

其中所述同步控制器还被配置为通过使用与预先定义的参考计数值的差值，来定义待被存储在待被发射的所述包中的所述同步数据值。

20.根据权利要求11所述的无线通信系统，

其中所述无线通信设备是与“蓝牙网格”标准兼容的设备。

Images