CN1843004B - 用于操作无线网络的方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种使用至少一个配备双协议的无线电设备的无线系统。该系统和设备形成微微网，其中监控(60)消息事务参数，例如数据量或加入该微微网的请求。然后，根据监控的参数选择(62)双协议设备(或选择自身)，并且所选的设备将它正使用的协议从第一协议(如蓝牙)切换(64)为第二协议(如，ZigBee)。因此，实现灵活的微微网，其中提供了关于数据连接和数据速率的各种要求。

Description

用于操作无线网络的方法
本发明涉及一种用于操作无线网络的方法，其中在所述网络中至少一些设备具有多无线电协议能力。本发明尤其，但不是只能适用于取决于应用具有各种数据速率和消息要求的个人区域无线网络或微微网。
设备可通过其进行通信的现代数字无线网络向用户提供了许多优点，尤其是在个人区域网络的范围中，在个人区域网络中，用户能以与他或她身体有关的特别方式使用各种设备。该网络倾向使用单个无线电协议，设计用于特殊应用空间/场合。该协议的范例包括用于有限的对等或主/从语音/数据个人区域网络的蓝牙TM，和用于低功率低数据速率网络的ZigBeeTM。日益普通的IEEE802.11协议是另一个范例，该协议以多种“改良(flavour)”(a，b，g)出现并且可望成为普通局域网(LAN)的替代物。
该蓝牙协议版本1.1(从蓝牙专用业务组BT-SiG获得)，在撰写时，将主/从微微网限制为七个有效从设备用于每个主设备。另外，该规范允许从设备进入“停置(park)”模式，其中该设备尽管仍旧是该微微网的成员，但是不参与(即，发送)信道。然而，它仍旧要求接收来自该微微网主设备的同步或“信标”信号，以便保持跳频同步。在该停置模式，从设备的基带实质上是睡眠的，处于功率保存模式。
蓝牙主设备不能命令设备进入停置模式，只能请求它这样做。如果该请求被拒绝，该主设备可强制从设备与网络断开。
因此，如果设备请求加入该蓝牙微微网，一些现存的设备将不得不停止参与该微微网，并且进入停置模式，使得希望加入该网络的设备能够加入。可替换地，请求设备可以建立它自己的微微网，自己作为主设备，并且前一微微网的现存的从设备可以加入后面的微微网，由此形成“散射网”。
这些方案都不理想，在前面的情况中，至少一个现存设备必须进入停置模式。如果该设备具有它必须连续或频繁地提供给主设备的数据，并且它自己被要求立刻对该数据实施行动，那么这并不是希望的。在后一种“散射网”的情况中，希望加入、将它自己建立为主设备的设备不能保存功率(只有从设备可以进入停置模式)，而且桥接两个微微网的从设备只能有限的访问它当前不参与的微微网。
另外，存在应用场合，例如，在医学领域，可以使用宽范围的感测设备，一些感测设备可能要求具有很少更新周期的低数据速率，并且一些设备可能要求具有几乎连续更新周期的较大数据速率(例如，给/用于远程医生的数据的声音报告/记录)。
因此需要单个网络，其中减少当前蓝牙微微网的上述缺点。
根据本发明的第一方面，提供一种用于操作无线微微网的方法，其中设备可操作用来，通过根据第一和第二无线电协议来交换消息进行通信，该方法包括根据所述第一协议监控与消息事务有关的参数，根据所述监控的参数选择设备，和将所选设备用于通信的协议从所述第一协议切换到所述第二协议。
根据本发明的第二方面，提供一种无线电系统，其中设备可操作用来，通过根据第一和第二无线电协议交换消息在微微网中通信，该系统包括用于根据所述第一协议监控与消息事务有关的参数的装置，用于根据所述监控的参数选择设备的装置，和用于将所选设备用于通信的协议从所述第一协议切换为所述第二协议的装置。
根据本发明的第三方面，提供一种在无线电系统中使用的设备，在该系统中，设备可操作用来通过根据第一和第二无线电协议交换消息在微微网中通信，该设备包括处理装置，用于根据第一和第二无线电协议执行通信指令，第一和第二基带电路，和至少一个无线电设备，用于根据所述第一或第二协议对消息的发送和接收进行编码和调制，该设备还包括处理装置，可操作用来根据所述第一协议监控与消息事务有关的参数，根据所述监控的参数选择设备，和将所选设备用于通信的协议从所述第一协议切换为所述第二协议。
由于本发明，参与无线电系统/微微网的设备至少具有双协议兼容性。优选地，在该设备的存储器中提供的应用和监控代码使它能够监控与消息事务有关的参数，根据监控的结果选择设备(包括自己)，并且改变所选设备正使用的协议。
在一个实施例中，首先在具有7个从设备成员的蓝牙主/从微微网中，监控的参数可以包括接收来自其他设备的要加入该网络的请求，并且其中改变由所选设备使用的协议，以接纳所述其他设备。因此，在该实施例中，优选地，该主设备接收请求，并且请求它的微微网的具有双协议能力的现有成员设备切换到第二协议。优选地，第二协议是ZigBee联盟当前正在标准化的协议。因此，其中一个从设备从蓝牙切换到ZigBee，并且通知请求设备可以加入该微微网。
在其它实施例中，监控的参数可以包括由每个设备在特定时间周期发送的以影响所述选择的数据量。因此，如果使用蓝牙的设备只发送少量(少许字节或kb/s)数据，并且不需要像蓝牙中提供的较大带宽，则它不久就可以将自己切换到ZigBee。由于通常ZigBee被设计成以提供长电池寿命(几周/几个月)用于具有低数据速率的便携设备或传感器设备，所以这能节省能量。
有利地，该设备应用或协议堆栈包含设备简档，它为双协议设备规定默认或优选协议和设备能力，以及该设备是否能以任一模式操作。因此，可以产生混合蓝牙/ZigBee微微网，其中这些设备共存，并且当监控的数据速率超过某个预定的阈值时，或者当其他设备要求在该微微网上登记时，或者如果遇到噪音无线电环境，选择使用更健壮的纠错协议时，可以选择能够切换到ZigBee的设备来这样作。
其他特征公开在向读者直接叙述的附加权利要求中。
现在只通过范例，并且参考附图来描述本发明的实施例，其中：
图1是微微网的图形表示，
图2是双协议设备的框图，
图3是第一协议堆栈的图示，
图4是第二协议堆栈的图示，
图5是说明操作该微微网的方法步骤的流程图。
应当注意，附图是图解，并且不是按比例大小绘制的。为了清楚和方便，这些附图部分的相对尺寸和比例已经在大小上显示为放大或缩小。相同的参考标记通常用于指修改的和不同的实施例中当相应或相似特征。
图1是包括主设备10(M)和从设备12(S1、S2、S3、S6、S7)，和其他从设备14(S4、S5)的无线电系统的图形表示。该设备12是单个协议，即它们配备单一或第一无线电协议堆栈，并因此它们只使用该通信协议参与微微网。设备S8是希望加入微微网的设备，如将在后面讨论的。
该主设备10和其他从设备14(S4、S5)能够使用第一或第二无线电协议通信，并且它们也能够监控微微网内与无线电消息事务有关的各种参数，能够选择微微网中的设备，并且能够基于监控的参数切换协议(或者它们自己的，或者如果进行了选择则请求其他设备切换)。
用于图1的系统/微微网的范例应用情况可以是例如由参与紧急情况的紧急救援队或护理人员使用的移动健康监控系统。在该情况下，主设备(M)10体现为便携式计算机(膝上型电脑或PDA)，并且协调从设备(S1-S7)之间的通信。该从设备可以体现为给该主设备提供因特网/医院网络访问的移动电话，中继来自远程医生的语音指令的无线耳机，该远程医生接收来自体现为各种健康监控传感器的无线从属设备的传感器数据(例如，温度、ECG、氧等级、脉搏监控器)。
在该应用情况下，各种类型的数据(语音、感测读数)连同各种数据速率(大的异步语音/ECG流、或许用于温度、脉搏的小的不频繁的数据速率)需要被支持。
因此，具有适合于语音的特征的数字无线电标准可能不会全部适合于需要不频繁或低数据速率连接的应用，尤其是在如上所述的应用情况下，其中需要应用许多电池供电的传感器，和建立被要求操作用于未指定的时间周期的短距离(1-10m)微微网。无线电设备10、14可根据多于一种的无线电协议操作进行通信，通过监控无线电消息事务，或许还监控其它服务质量参数(例如，带宽、误码率)来确定由该设备使用的协议，该设备可期望用于该需求应用情况。
图2是适合于体现本发明的这样双协议设备的框图，并且该设备使用在图1的微微网中的主设备10和其他从属设备14(S4、S5)。该设备包括具有公共射频前端20a(CRF，操作在2.4GHz的ISM频带中)和可切换信道滤波器20b(SCF)的无线电部分20。该无线电部分20连接到第一基带电路22(BB.BT)和第二基带电路24(BB.ZB)。通过晶体管开关电路26选择使用的基带，该开关电路在位置P1选择基带22和在位置P2选择基带24。处理模块28包括存储协议监控软件代码(PMC)30的存储器32。该模128在电路板上具有微处理器34(如图所示)，或者具有到便携式设备/传感器的主微处理器的链路，无线电设备安装在该便携式设备/传感器中。
模块28也存储第一和第二无线电协议堆栈31(STK)的软件定义层。数字无线电协议经常描述为功能层的堆栈，其中一些在硅/电路布局中(该基带有效地用作物理(PHY)和部分媒体访问控制(MAC)层)实现，并且其中一些(上层)体现为软件代码。该开关电路26连接到基带22、24并且选择基带用于操作以响应模块28在数据线27和控制线29上输出的信号。
在该实施例中，在模块28和基带22中提供公知的蓝牙TM无线电协议v1.1，并且由基带24和模块28提供称为ZigBeeTM的无线电协议。
图3和图4分别说明根据蓝牙和ZigBee的无线电协议堆栈。
图3示出蓝牙堆栈40。该堆栈包括硅体现层RF(射频)41、其后跟随着链路控制(LC)层43和链路管理(LM)层44的基带(BB)层42和主机控制接口(HCI)45。该协议部分通常提供为模块，例如PhilipsTM TrueBlue模块BGB201。
集成该模块的设备(主机)(例如，移动电话、膝上型电脑、ECG监视器/传感器)具有上部应用特定层46(电话控制协议TCP、RFCOMM-串行端口，传真Fx、语音V，用户接口UI等等)。因此，在图2中，该处理模块28还表示具有用于存储主机层和其他应用代码的存储器的主机设备。
图4说明在如前所述图2的设备中提供的第二无线电协议堆栈。在该实施例中，说明了低功率、低数据速率、称为的ZigBeeTM(www.zigbee.com)的直接扩展频谱排序标准。ZigBee用于监控和感测应用，并由此具有比蓝牙更简单的协议堆栈，这在图中是显而易见的。该堆栈50包括下部无线电层52(物理(PHY)和媒体访问控制(MAC))，上部网络层(NWK)54和包含应用代码(AC)的层56。
因此该堆栈40、50的软件和硬件(基带22、24、无线电20)供应提供该设备10(M)和具有双无线电协议性能的其他设备14(S4、S5)。而且在每个设备10、14中提供的是用于监控、选择和切换由所述设备10、14使用的协议的软件模块(PMC)30。代码30实质上通过数据馈送27监控和通过控制线29控制由该设备使用的协议。现在将参考图5描述图1的微微网的操作。
范例1-设备S8希望加入图1的微微网。
包括设备(M)和设备S1到S7的微微网利用蓝牙微微网的本领域技术人员公知的跳频方案(通过基带22实施)被建立为蓝牙微微网，操作在2.4GHz。假设现在其他设备S8发出请求要加入主设备或链路控制设备10的微微网。主设备10的堆栈40处理输入的包含请求的无线电消息，剥离层特定数据，直到表示请求的有效负载数据传送给主机设备10中的网络层代码和软件模块30(PMC)。该PMC代码30的动作在图5中进行说明。
在PMC代码30的控制下，设备10监控(MON-步骤60)在数字无线电消息的有效负载部分中接收的数据，并且确定是请求加入的数据，并且该蓝牙微微网完整的具有7个有效蓝牙设备(S1-S7)。然后在步骤62(SEL)，该设备10选择用于协议转变的设备。查阅它的微微网信息(在存储器32中存储为包括微微网设备标识符的配置数据)的主设备确定该设备S4是双协议设备，并且向S4发出消息要求它将协议从蓝牙切换到ZigBee。
设备S4的处理器34接收该请求，发出确认消息，脱离蓝牙微微网，并且在步骤64(SWT)切换所使用的协议。这通过处理器34在来自PMC代码32的指令下作用，引起开关晶体管电路26从功能位置P1切换到P2以选择基带24(BB.ZB)以便使用来实现。然后，该主设备10向该请求设备S8发出登记确认消息，并且发生如蓝牙v1.1规范第10章所述的登记。
该主设备随后利用基带24和堆栈50作为ZigBee设备服务设备S4。利用在2.4GHz的直接序列扩频(由基带电路24实施)技术发送利用ZigBee协议形成的消息。因此，对由蓝牙在2.4GHz使用以编码蓝牙消息的跳频方案存在一些干扰。
然而，在信道上，ZigBee设备无线电在较短的一段时间周期被激活，通过该信道，发送少量的数据(在ZigBee中的最短消息长度只包括11字节数据)。因此，蓝牙/ZigBee传输分组冲突的概率降低了。而且，ZigBee协议使用载波检测多址方案，通过该方案，ZigBee无线电设备一旦检测信道上的干扰或噪音就可以延迟传输，直到信道畅通。因此，当蓝牙设备发送时，用作ZigBee从设备的设备能延迟消息的传输，从而进一步降低可能的干扰。
图1的微微网目前包含主设备(M)10、7个蓝牙从设备(S1-S7)和根据ZigBee协议在2.4GHz与主设备10通信的设备S4。
范例2-从设备S4监控和启动自己的协议切换。
在该范例中，微微网M，S1-S7作为蓝牙微微网被启动。从设备S4和S 5如前所述允许启用双协议，然后它们自己监控它们发送的数据量。例如，设备S4的结合在脉冲传感器中的PMC代码快速确定它每秒只发送几十个字节。
例如，该脉冲转换器MLT1010(结合在AdlnstrumentsTM的指状传感器中)使用在范围40-400采样/s的采样率。在监控步骤60，该PMC代码将它与代码中提供的假定1000采样/s的阈值相比，确定发送的数据量低于该阈值，并且然后在步骤62选择自己用于协议改变。如前所述，它发送注销消息(蓝牙中“DETACH”指令)给主设备10，通过晶体管电路26切换到ZigBee基带24和协议50，然后继续感测该脉冲，并根据ZigBee协议向主设备10发送脉冲数据。
优选地，主设备10操作在参考信号周期信标的ZigBee模式，在信标中间，从设备“睡眠”，由此保存功率。在该“睡眠”状态中，在从设备的微控制器中结合的计时器倒计时到下一个合适的时间以唤醒(即，当来自主设备的信标信号是紧急的)。
可选地，该主设备10可以监控如误码数之类的服务质量参数和在它自己和所述从设备S4之间所需的重传。如果错误数很大，则主设备可以请求设备S4将协议从ZigBee切换回蓝牙。这是有利的，因为蓝牙使用前向纠错方案，其应当导致比由ZigBee使用的简单的错误检测和重传方案少的消息重传请求。
另外，当第一次向主设备登记时，设备(S1-S8)可以提供来自存储的设备简档的它自己的预定设备要求。例如，蓝牙免提概述(hands-free profile)规范规定了最小功能集，以便移动电话能用于接合具有蓝牙链路的免提设备，该链路在两者之间提供语音/数据连接。
在其他实施例中，监控展示两个设备(例如S4和S5)作为用于协议切换的候选者，该主设备可以基于由每个设备使用的数据量(或带宽)确定关于哪个设备请求切换，比较在所述存储的设备简档中的设备要求，并且选择合适的设备。例如使用语音信道的设备(S5)尽管能切换，但当与其他设备(S4)相比时可以不被请求切换，如上所述其他设备正测量脉冲数据。
上面描述了使用配备至少一个双协议的无线电设备的无线电系统。该系统和设备形成微微网，其中监控消息事务参数，如数据量或加入该微微网的请求。根据监控的参数选择双协议设备(或选择自己)，并且所述选择的设备将它正使用的协议从第一协议(如蓝牙)切换为第二协议(如ZigBee)。因此，实现灵活的微微网，其中适应关于数据连接和数据速率的各种要求。
尽管上述实施例描述利用蓝牙和ZigBee无线电协议以及嵌入软件代码来执行该操作方法的系统，但是本领域技术人员将认识到可以使用其他协议，如IEEE802.11或超宽带(UWB)。而且，包括协议监控代码的软件和程序代码可以体现为包含在设备中的物理载体，或体现为将来下载到主机设备中的信号。物理载体可以包括嵌入式非易失存储器(如在微控制器mc 8051系列中提供的)和其他代码载体，如安全数字(SD卡TM)，其使代码能够被引入并安装在主机设备上。
通过阅读公开的内容，其他修改对本领域技术人员是显然的。该修改可以涉及在无线电系统、设备与其组成部件的设计、生产和使用中已经公知的其它特征，并且其可用于代替或合并已经描述的特征而不脱离本发明的本质和范围。

Claims (12)

1.一种用于操作无线微微网的方法，其中设备(10、14)可操作用来通过根据第一(40)和第二(50)无线电协议交换消息来通信，所述第一无线电协议与所述第二无线电协议彼此不同，该方法包括：
根据所述第一协议(40)监控与消息事务有关的参数，
根据所述监控的参数选择设备(10、14)，和
将所选设备用于通信的协议从所述第一协议(40)切换到所述第二协议(50)，其中，所述监控的参数包括接收来自其他设备(S8)根据所述第一协议(50)要加入该微微网的登记请求，并且其中将所选设备(S4)使用的协议从所述第一协议切换到所述第二协议，以便于所述无线微微网接纳所述其他设备(S8)的登记请求。
2.根据权利要求1的方法，其中，所述监控的参数包括由每个设备在特定时间周期发送的影响所述选择的数据量。
3.根据权利要求2的方法，其中，所述第二协议(50)包括当设备(S4)不参与消息事务时使用的功率节约模式，并且其中基于低于预定阈值的所述监控的数据量，选择设备用于切换到所述第二协议。
4.根据上述任一权利要求的方法，其中，用于切换的设备的所述选择还基于在设备简档中存储的设备要求。
5.根据权利要求1-3之一的方法，其中，所述微微网具有主从拓扑，并且其中通过所述微微网的主设备执行所述监控和用于切换步骤的选择。
6.根据权利要求1-3之一的方法，其中，第一协议是蓝牙并且第二协议是ZigBee。
7.根据权利要求1-3之一的方法，其中，所述监控的参数包括服务质量参数，并且所述方法还包括从第二协议(50)切换到第一协议(40)。
8.一种无线电系统，其中通过根据第一(40)和第二(50)无线电协议交换消息，所述第一无线电协议与所述第二无线电协议彼此不同，设备可操作用来在微微网中进行通信，该系统包括：
根据所述第一协议用于监控与消息事务有关的参数的装置(28)，
根据所述监控的参数用于选择设备(14)的装置(30，34)，和
将所选设备(14)用于通信的协议从所述第一协议切换到所述第二协议的装置(26、27、29)，其中，所述监控的参数包括接收来自其他设备(S8)根据所述第一协议(50)要加入该微微网的登记请求，并且其中将所选设备(S4)使用的协议从所述第一协议切换到所述第二协议，以便于所述无线微微网接纳所述其他设备(S8)的登记请求。
9.一种在无线电系统中使用的设备(10、14)，在该无线电系统中，通过根据第一(40)和第二(50)无线电协议交换消息，所述第一无线电协议与所述第二无线电协议彼此不同，设备可操作用来在微微网中进行通信，该设备包括用于根据所述第一和第二无线电协议执行通信指令的第一处理装置(34)，第一(22)和第二(24)基带电路和至少一个无线电设备(20)，用于根据所述第一或第二协议编码和调制消息的发送和接收，该设备还包括操作用于执行以下功能的第二处理装置(34、30)：
根据所述第一协议(40)监控与消息事务有关的参数，
根据所述监控的参数选择设备(14)，并且将所述选择的设备用于通信的协议从所述第一协议切换到所述第二协议。
10.根据权利要求9的设备，还包括开关电路(26)，在所述第二处理装置(34)的控制下，该开关电路在所述第一(22)和第二(24)基带电路之间选择，以将用于通信的协议从所述第一协议切换到所述第二协议。
11.根据权利要求9或10的设备，其中，根据所述第一协议(40)编码消息以便传输的调制方案不同于根据所述第二协议(50)编码消息以便传输的调制方案。
12.根据权利要求11的设备，其中，所述第一协议的所述调制方案基于跳频技术，并且所述第二协议的所述调制方案基于直接序列扩频技术。
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