TW201806438A - 在無線通訊網路中的通訊節點的操作方法、相關聯的通訊節點、通訊系統及儲存系統 - Google Patents

Abstract

揭示一種在無線通訊網路中的通訊節點的操作方法，其中節點經由至少一存取點而通訊於中央通訊單元。操作方法包括下述步驟： - 在節點處接收來自存取點的無線信號； - 基於接收的無線信號，由節點決定通道品質資訊； - 根據決定的通道品質，由節點決定佔線通道的等級順序；及 - 根據決定的順序，由節點選擇佔線通道來用於傳輸無線信號；及 - 在選擇的佔線通道上由節點傳輸無線信號。 亦揭示實現該方法的通訊節點、與通訊系統以及包括通訊節點的儲存系統。

Description

在無線通訊網路中的通訊節點的操作方法、相關聯的通訊節點、通訊系統及儲存系統

本發明係關於無線通訊技術。

更具體而言，本發明係關於在無線通訊網路中的通訊節點的操作方法，其中節點經由至少一個存取點而與中央通訊單元通訊；且本發明係關於在此種無線通訊網路中操作的通訊節點。

本發明亦關於一種無線通訊系統與一種儲存系統，其中包括此種通訊節點。

包括三維儲存網格的儲存系統係稱為AutoStore，三維儲存網格包括在垂直堆疊中堆疊的複數個箱。支撐軌配置在網格結構上，且複數個車輛係配置成沿著網格結構上的軌移動。

車輛係遠端控制的，當中央單元請求時，車輛從垂直堆疊拾取箱，移動箱至所欲的位置，且將其送至垂直埠口並且進一步交給操作者。

為了實現此種儲存系統的操作，提供無線通訊網路。每一車輛設置有通訊節點，通訊節點經由多個通訊存取點而與中央單元通訊，通訊存取點可位於整個系統的固定位置處。

提供此種通訊節點、其操作方法、與整個通訊系統會產生數個挑戰。

例如，在實體佈局與規模方面，系統應該是通用的。所使用的車輛的數量（具有相關通訊節點）應該是彈性的。網格可採用各種形狀，由儲存系統所安裝的處所的實體特性所決定。因此，車輛必須設有通訊節點，通訊節點應當能夠處理各種不同實體拓撲。

無線通訊系統應該能夠在所有時間與所有車輛通訊，即使不可能將視線放到網格上的所有位置。可能有像柱子與牆壁的許多障礙會阻礙信號。此種障礙亦可能引致反射，而無線通訊系統應該要能夠處理此種反射。

通訊系統應該要有利地能夠可靠地操作，即使存在有干擾的背景無線電信號，例如Wi-Fi通訊。通訊系統應該要進一步有利地提供故障安全的緊急停止功能。

此外，應該滿足通訊速率、時序與輸出量要求的一般要求。

其他可能的要求及/或所欲的特性包括：

無需節點至節點的通訊；

無需多躍點的繞送；

要求回應時間短；

更新的資料比完整的資料更重要，亦即，遺失訊息可能優於大的延遲；

節點所傳輸的資料量遠大於節點所接收的資料量；

中央單元不應充當網路管理器；

節點應該要能夠在存取點之間快速切換；

資料負載可隨時間而顯著變化；

節點的固定分配容量並非所欲的。

各種標準的與其他先前已知的通訊協定可存在，其可滿足一些上述的要求與所欲的特性。

然而，因為現有的通訊協定的缺點與短處，需要在無線通訊網路中提供通訊節點的改良式操作方法、改良式通訊節點、改良式通訊系統與改良式儲存系統。

US-2014/086081 A1描述一種通訊系統，包括節點、中央通訊單元與存取點，其中通道品質係被決定且用來提供有序的通道列表。根據有序的列表，選擇佔線的通訊通道。提供有序的通道列表以及根據有序的列表來選擇佔線通道係藉由通道管理功能（Channel Management Function）來執行，通道管理功能係包括在中央動態頻譜管理引擎（Dynamic Spectrum Management engine）中。通道管理功能與動態頻譜管理引擎係提供作為通訊系統中的中央元件。

本發明由所附申請專利範圍的獨立項所定義。申請專利範圍的附屬項定義了優勢實施例。

因此，在本發明的態樣中，提供在無線通訊網路中的通訊節點的操作方法。在該方法中，節點經由至少一個存取點而與中央通訊單元通訊，且方法包括下述步驟： - 在節點處接收來自存取點的無線信號； - 基於接收的無線信號，由節點決定通道品質資訊； - 根據決定的通道品質，由節點決定佔線通道的等級順序；及 - 根據決定的順序，由節點選擇佔線通道來用於傳輸無線信號；及 - 在選擇的佔線通道上由節點傳輸無線信號。

在另一態樣中，提供在無線通訊網路中操作的通訊節點，網路包括節點、中央通訊單元與至少一個存取點。節點係配置來： - 接收來自存取點的無線信號； - 基於接收的無線信號，決定通道品質資訊； - 根據決定的通道品質，決定佔線通道的等級順序；及 - 根據決定的順序，選擇佔線通道來用於傳輸無線信號；及 - 在選擇的佔線通道上由節點傳輸無線信號。

本發明亦提供一種無線通訊系統，包括中央通訊單元、至少一個存取點、與如本文所揭示的至少一個通訊節點。

最後，本發明係關於一種儲存系統，儲存系統包括三維儲存網格，三維儲存網格包括在垂直堆疊中堆疊的複數個箱；在網格結構上的支撐軌；以及複數個車輛，複數個車輛係配置成沿著網格結構上的軌移動；每一車輛係配置成經由至少一個存取點來與中央通訊單元通訊，每一車輛包括如本文所揭示的通訊節點。

第1圖為示意圖，例示儲存系統100的原理。

儲存系統100包括三維儲存網格結構110，三維儲存網格結構110包括在垂直堆疊中堆疊的複數個箱。支撐軌120以二維的方式配置在網格結構110的頂部上，且複數個車輛130沿著配置在網格結構110的頂部上的軌移動。

車輛130係遠端控制的，當中央單元150請求時，車輛130從垂直堆疊拾取箱，移動箱至網格結構110的頂部上的所欲位置，且將其送至垂直升降機及/或埠口，並且進一步交給操作者。

為了促成此種儲存系統100的操作，提供無線通訊網路。每一車輛130設置有通訊節點（第1圖中未圖示），通訊節點經由多個通訊存取點140（為了簡單起見，僅繪示一個）而與中央單元150通訊，通訊存取點140可位於整個系統100的固定位置處。

第2圖為示意方塊圖，例示通訊系統的原理。

在第2圖中，繪示四個通訊節點300a、300b、300c、300d。每一節點意欲包括在儲存系統100中的車輛中（例如，第1圖中所示的車輛130）。應當理解到，在通訊系統中可提供任何合適數量的通訊節點，例如1與250之間的任何數量。在一些情況中，可使用超過250個通訊節點。一些節點可用於其他目的，而不作為儲存系統中的車輛的通訊節點。

每一節點300a、300b、300c、300d係配置成經由存取點140a、140b而與中央單元150通訊。如圖所示，存取點140a提供與節點300a的無線通訊，而存取點140b提供與節點300b、300c及300d的無線通訊。無線通訊較佳地為無線電通信。應當理解到，在通訊系統中可提供任何合適數量的存取點，例如1與10之間的任何數量。在一些情況中，可使用多於10個的存取點。應當理解到，通訊節點與存取點之間的關聯可在通訊系統與儲存系統100的操作期間動態地改變。

存取點140a、140b與中央單元150之間的通訊在一些情況中可為有線的，例如藉由電性或光學連接。在其他態樣中，存取點140a、140b與中央單元150之間的通訊可為無線的，例如藉由無線電。

第3圖為示意方塊圖，例示通訊節點的原理。

通訊節點300可包括內部匯流排310，內部匯流排310將處理裝置340（如微處理器）、非揮發性記憶體320（如ROM或快閃記憶體）、以及揮發性記憶體330（如RAM）互連。非揮發性記憶體320可包括電腦程式形式的處理指令集，當由處理裝置340執行時，導致通訊節點300執行本揭示案中指定的方法。揮發性記憶體330可包括可變資料，可變資料在處理指令的執行期間由處理裝置使用。無線通訊裝置370亦互連至匯流排310，無線通訊裝置370藉由連接的天線390而提供外部存取點（第2圖中未圖示）與通訊節點300之間的雙向無線電通信。I/O裝置350亦互連至匯流排310，I/O裝置350提供通訊節點300與外部控制裝置360之間的資料通訊，I/O裝置350例如可包括控制電路，控制電路係配置來控制其中配置有通訊節點300的車輛的移動。外部控制裝置360亦可包括感測器、換能器等，外部控制裝置360經由相關的存取點提供與車輛的操作相關的信號並且提供至中央單元，該等信號應由通訊節點300傳輸至其餘的通訊系統。通訊節點300另外包括電源或電力處理單元380，電源或電力處理單元380提供電力來操作通訊節點300中包括的電路。

通訊節點300可例如配置來實施實體層協定，如同熟知為IEEE 802.15.4的規範所定義的。

第4圖為示意流程圖，例示通訊節點的操作方法。

例示的方法400可實現為電腦程式，實施為處理指令集，處理指令集可包括在記憶體（如參見上面的第3圖所提及的非揮發性記憶體320）中且由通訊節點300中的處理裝置340執行。

方法400為無線通訊網路中的通訊節點的操作方法，其中節點300經由至少一存取點140而與中央通訊單元150通訊。

該方法開始於啟始步驟410。

首先，在接收步驟420中，在節點300處接收來自存取點140的無線信號。

此外，在通道品質決定步驟430中，基於接收的無線信號，由節點300決定通道品質資訊。

此外，在順序決定步驟440中，根據決定的通道品質，由節點300決定佔線通道的等級順序。

接著，在選擇步驟450中，根據決定的順序，由節點選擇佔線通道來用於傳輸無線信號。

接著，在傳輸步驟460中，在選擇的佔線通道上（如同在選擇步驟450中所選擇的）由節點傳輸無線信號。

該方法可在終止步驟470處反覆或終止。

有利地，無線通訊網路為信標啟動的載波感測多路存取（CSMA, carrier sense multiple access）型網路。

在選擇的佔線通道上由節點傳輸無線信號的傳輸步驟460可有利地包括：使用載波感測多路存取/衝突避免（CSMA/CA, carrier sense multiple access/collision avoidance），來傳輸訊息。

在一有利的態樣中，由節點執行的方法400可另外包括此步驟：鎖定信標時序資訊，信標時序資訊藉由來自存取點的信標資料的接收所提供。

在一有利的態樣中，方法另外包括此步驟：根據時槽樣型，由節點迭代通過該等通道。

例示的方法400亦可包括與存取點140聯合執行或提供的步驟或元件。在一態樣中，方法400可進一步包括在信標傳輸模式中操作存取點140。在此種信標傳輸模式中，存取點傳輸無線信標資料至節點300。存取點亦可操作在監聽模式中。在監聽模式中，存取點將接收自節點的資料中繼傳遞至中央通訊單元150。

在一有利的態樣中，節點300與存取點140可藉由共同的時脈信號來同步。

所揭示的操作方法的進一步可能的一般態樣與相關優點顯現於下：

態樣1：根據AP的當前分配的通道，任何數量的時間同步的AP可在專用的時槽中傳輸信標訊框。可使用任何預定的樣本。根據時槽樣型，節點可鎖定信標時序並且連續地迭代通過所有通道。優點：節點將知道範圍內的所有AP，並且從所有AP接收信標與所包括的資料。

態樣2：在AP的信標傳輸之間，AP將在監聽模式中，中繼傳遞所有從節點進來的訊框。信標訊框可包括確認（acknowledgement），用於自從先前信標所接收的訊框以及傳出的資料。在信標中接收資料的節點可在專用的確認時期或通過正常的資料訊框來確認此事。

態樣3：節點可根據接收的信號品質，對佔線通道分等級。當節點希望傳輸時，節點可根據該等級，相繼地在可用的通道上執行CCA。一旦找到可用的通道，可啟始傳輸，否則，節點可在重試之前執行隨機延遲。優點：即使大量的節點將相同的AP視為其首選AP，流量將自動分佈在可用的AP。

態樣4：當中央單元希望傳輸訊框至特定的節點時，中央單元可通過在節點的範圍內的任何AP來繞送該訊框。在最簡單的情況中，此可能涉及通過中央單元上次從該節點接收訊息的AP來繞送該訊框。此方法的準確性僅取決於節點傳輸訊息的頻率，相較於其相對於AP的速度而言。優點：不需要繞送算法，因為節點將僅藉由傳輸訊框而自動地維持中央單元中的繞送表。

態樣5：若AP出於任何原因希望移動至另一通道，除了實體上改變頻率之外唯一需要的動作為相應地改變其信標時序。在範圍內的任何節點將僅將此解釋為一AP離開範圍，而另一AP進入，使得該流程對於中央單元與節點兩者而言完全無縫且不可見。優點：通道選擇可用很少甚至沒有輸出量的損失就可完成，促成AP以非常小的成本移動離開雜訊多的通道。

態樣6：節點在所有通道上執行能量量測，同時監聽信標。此資料可列舉且附加至傳輸的訊框，使AP知道彼此與範圍內任何外來的發射機。優點：AP能夠智慧地選擇在其特定地理位置處的最佳通道。以此方式，可動態地避免（規則的與不規則的）干涉，使得該協定非常穩定，並且亦非常無侵入性。

參見第5圖、第6圖、第7圖與第8圖及其對應的以下敘述，可更詳細地例示與敘述所揭示的操作方法、通訊節點、通訊系統與儲存系統。

未確認的訊框

在一態樣中，在從節點300傳輸至存取點140的訊息上，可跳過直接確認。反而，確認可以節點位址列表的形式包括在信標中。此方法可顯著降低總開銷，缺點為：信標較大，訊框與確認之間的最大延遲等於信標週期，以及節點無法以高於信標頻率的頻率傳輸。

若實例要求規定節點將以7Hz的最大頻率傳輸，則高於此的任何信標頻率將意味著節點能夠傳輸其所需要的所有訊息。假設信標頻率為20至40H的任一者為可行的，此會使信標週期在50與25ms之間的某處。若要求規定大多數的訊息應在100ms內傳輸，則吾人可見針對確認必須等待多達50ms，然而此仍在能夠接受的範圍內。

專用確認時期

在一態樣中，在緊隨信標之後的存取時期期間的一段時間可專用於在先前的信標中已經接收到訊息的節點的確認。相較於若節點使用CSMA/CA的情況而言，此確保節點能夠傳送其確認。在802.15.4標準下，此可藉由指派GTS給接收到訊息的節點來完成，其中，節點將傳輸其確認，且若節點有待處理的訊息，亦可能傳輸訊息。此舉的缺點為GTS必將在信標週期的結束時，此意味著，確認將在最遲的可能時間到達。此外，該標準對於GTS的尺寸提供了有限的彈性，實質上，針對僅單個確認，GTS將會過大，導致浪費頻寬。針對此點的可能解決方案為拋棄802.15.4標準，且對於立即緊隨信標之後的GTS做專有的解決方案。

通道靈活性

在一態樣中，可能需要使系統對於通道能夠更加動態且自我管理，最終目標為使所有的通道處理都隱藏在協定本身內。提出一種解決方案，其中相對於某個全域時序參考，所有通道將被指派獨特的時間偏移。在專用於每一存取點的指派通道之時序偏移之後，每一存取點將傳輸其信標。

第5圖為示意時序圖，例示基本信標序列的原理。

一旦同步至序列，空閒的節點將循環通過所有通道，偵測來自範圍內的所有存取點的信標。此情況的簡單例示係呈現於第5圖中的時序圖500中，圖示使用7個通道的實例以及其信標如何在時間上相繼地定位。在此圖示中，通道1與5為佔線的，而其餘的通道為未使用的，此意味著節點將監聽，然而不拾取任何信標，且因此在其佔線通道列表中不包括該通道。圖示出當序列到達通道7時，序列如何捲繞，返回至通道1。引入全域時序參考（此將促成或破壞此方法）為可能的，且方便的，因為AutoStore中使用的現有協定已經具有此種參考，因此僅需要微小的調整就可重用此功能。現有的同步機制為130Hz信號的形式，該信號從連接至AP的POE供應之中央安全模組分配給所有的AP。藉由使用此方法，繞送的需要可顯著降低。當AP進入或超出範圍時，節點將自動偵測，且相應地調整其可用AP列表。當節點希望傳輸時，節點將使通道循環保持並且鎖定至最適合傳輸的通道上，在此，節點將使用CSMA/CA傳輸其訊息，且若嘗試成功，則等待包括確認的下個信標。若CCA失敗，若有超過一個的通道可用，節點可立即自由地嘗試存取另一通道。以此方式，流量負載將自動散佈在可用的AP之間。

當伺服器希望傳輸訊息至節點時，伺服器將通過AP（伺服器最後一次從該節點接收到訊息之AP）來中繼傳遞訊息。此使得伺服器的繞送表非常簡單且自我管理。

AP亦可隨意更改通道，而無需事先通知節點或伺服器，節點將僅認定是一個AP超出範圍，同時另一AP進入範圍內，使得系統非常有彈性。

此方法的兩個缺點之一為節點可能在一通道上傳輸，同時在不同的通道上接收信標中的訊息。此必定會發生在當節點越過兩AP之間的邊界時，且因此改變節點認為的其較佳傳輸通道。另外，節點可能僅移動出傳輸AP的範圍。為了克服此問題，最重要的是將所有的重傳責任轉移至伺服器。以此方式，沒有收到訊息確認的AP將僅回報訊息失敗給伺服器。隨後由伺服器重發訊息在相同或不同的AP上。使用此方法，每一丟失的封包從該效果可幾乎立即在正確的通道上重新傳輸，因為連接至伺服器中的節點之通道在多數情況下是與第一次傳輸失敗並行更新的。亦可推論，因為從節點至伺服器的訊息的數量係遠大於其他方式的訊息的數量（每秒1-7個對比每3秒0-1個，如同表1.1中所述的），在伺服器先嘗試傳輸新的訊息之前，節點很可能在新通道上傳輸訊息，因此使事件不太可能發生。

第二個缺點為在AP已經轉移至不同的通道之後，節點可能在原先的通道上傳輸。此情況可避免如下：使AP附加一些資訊至信標（通道交換即將來臨），阻止節點傳輸，或者可僅接受源自此事件的封包丟失將會發生。假設信標週期為25-50ms，節點可安全地在下一週期中重傳訊息，且仍然在100ms的延遲要求之內。因此，鑒於整體方法提供多個優點，此假象可視為是可接受的犧牲。

序列號

在此方案中，如同所有公認的通訊一樣，看似失敗的傳輸可能為原始訊息未正確傳輸所導致，或者由確認失敗所導致，使得僅從傳輸者的觀點看來，傳輸似乎不成功。最好使用序列號來處理此情況，其中接收機檢查訊息是否為先前訊息的重傳。在此情況中，其中節點以先前章節中所呈現的無縫方式在AP之間移動，顯而易見，AP將無法知道訊息是否為反覆的。此因為其接收的任何訊息可能之前已經嘗試在不同的通道上傳輸。針對每一傳輸封包，節點理論上可在兩AP之間交換。因此，序列號包括在協定中為無意義的，且必須由伺服器以及節點上運行的應用程式加至較高的層級。此產生使序列號工作所需要之直接的一對一鏈路。

定址

在表1.1中，規定系統應該能夠處理250個獨立節點，此數量意味著一位元組的定址就足夠了。然而，此要求大大相關於輸出量，而非系統支援的節點數量。因此，非常需要促成超過256個節點的定址。此將確保該解決方案對於後續階段的可能擴展與改變有未來的保證。802.15.4標準在正常通訊期間使用16位元位址，且若需要，利用完整的標準MAC位址可回到64位元位址。即使在此情況中對於64位元位址的需求很可能毫不相關，16位元可有非常合理數量的節點，應該能滿足相關的系統要求。

擴展的校驗和（ Extended checksum ）

另一個可能的考量包括需要比802.15.4中使用的正常16位元更大的校驗和。對此的原因為對損壞的封包被接受為真正的命令的先前經驗。儘管只有1/65534的機會，若無線電環境雜訊多且非最佳，傳輸的訊息量甚至會使此種小機會每年發生好幾次，且此種事件的後果可能為災難性的。此問題對於新協定而言不可能像對於先前的解決方案的短週期那麼大，然而基於選擇安全而非事後遺憾的觀點而言，此意味著添加額外的16位元校驗和可視為是很值得的開銷。

網路 ID

為了使通道循環工作，有用的是使節點不被外來信標搞亂，外來信標可能使節點脫離序列時序。若兩個AutoStore裝置都在彼此的無線電範圍內，此可能發生。兩裝置的AP將不會遵循相同的全域時脈，且因此將彼此不同步。搜尋信標的節點可能因而冒著會鎖定錯誤的倉庫序列的風險。為了克服該問題，可引入網路ID。此將允許節點濾除節點不感興趣的信標，且亦將允許AP濾除來自相鄰網路的任何資料訊框。在正常的運行狀況下，事件通常不會發生，因為AP停留在不同的通道上，且很可能亦不同步，此意味著，同步的節點不會拾取任何假信標，且沒有外來的節點將在相鄰的AP通道上傳輸。然而，節點失去同步且必須搜尋信標的時刻，衝突就即將來臨。

此方法的一個挑戰為，節點應該如何先與網路關聯，因為其純粹通過無線電來與系統進行通訊。為了克服此點，一個特定的網路ID可設定為「不關心（don’t care）」值，其中節點將同步於任何網路，此值隨後將為協定所使用的預設值。隨後由應用程式關聯該特定網路上的伺服器，問其是否應該關聯。若並非此情況，則網路ID可加至黑名單，且強迫節點做新的信標掃描。當找到正確的網路，此網路ID應該儲存在非揮發性記憶體中以供將來使用，此意味著，關聯程序僅必須發生在節點第一次加至網路時。

廣播

除了系統的正常操作之外，可支援用於廣播的特殊模式。此模式可用於重新程式化整個無線電鏈路的節點。此包括AP廣播大程式檔案至所有節點，在驗證了開機加載器負責加載該檔案至模組上之後。此模式可完全與正常操作分開，因為僅在系統處於靜止與空閒狀態時使用此模式。另外，此模式相對為較直接的，因為節點可並且應該鎖定在一通道上並且從該AP接收整個檔案。因此，本論文對於此特徵的實現沒有任何興趣，然而在定義協定時必須考慮它，以在工作完成時得到統一的系統。

完全專有的解決方案可能為合適的，因為此將大大受益於從頭開始建立，而無需調整現有標準，系統亦不一定應該與任何其他系統或模組進行通訊，實際上，所欲的是使此事件愈困難愈好，以避免錯誤。使用802.15.4使前面敘述的策略為可能的，然而產生的協定不一定會是最佳的，且802.15.4提供的很多特徵不一定需要，且可能增加不必要的開銷。為了最大化協定的效率，MAC層級的完全專有解決方案可與802.15.4中所敘述的PHY層級一起使用。此舉可完成如下：基於事實上，大多數的無線電SoC都支援802.15.4且建立在此標準中的實體敘述上。然而，MAC層級上的功能在很多情況中是部分用軟體完成，此意味著，在需要的時候，開發人員可輕鬆地從標準偏離。

無線電 模組

無線電硬體可包括Dresden Elektronik deRFmega128-22C02。此模組封裝有AtMega128RFA1晶片，且包括射頻屏蔽、內建EEPROM、內建晶體振盪器與內建同軸天線連接器。事實上，AtMega的所有接腳都可在外部使用，使得晶片為隨插即用的硬體解決方案，同時還允許最大的彈性。此模組係安裝在定製的無線電模組上。此晶片亦包括另一微控制器，微控制器用於處理AP上的TCP/IP通訊以及與儲存系統中的車輛上的其餘硬體的通訊。

AtMega128RFA1

AtMega128RFA1為晶片上的完整系統，含有強大的微處理器，可直接存取無線電模組。無線電模組具有易於使用的介面，介面有控制與資料暫存器係可從軟體直接存取。該模組亦具有數個專用的中斷，指示所有重要的無線電事件。

收發機

收發機實現了IEEE 802.15.4的實體層調變方案、通道結構、實體前導碼、校驗和計算與CCA。另外，能量偵測與鏈路品質指示在硬體中亦可用。在MAC層上，有專用模式用於自動確認、根據標準的 CSMA/CA傳輸與重傳、以及自動位址過濾。其他硬體加速器包括AES 128位元加密技術、真正的隨機數產生器、與比802.15.4標準中支援的速率更高的PSDU速率。500kb/s、1Mb/s與2Mb/s都支援。

總結而言，該晶片允許直接建立於802.15.4標準上的任何協定的輕鬆實現，然而收發機在允許使用者在需要時從標準偏離的水平上為可控制。另外，SFD可通過專用暫存器來存取，允許無線電以最低可能的「預調變」水平區分其訊框與802.15.4訊框。

Mac 符號計數器

802.15.4意味著使用符號計數器來維持協定的時序，該計數器應當能夠在計劃接收訊框之前喚醒收發機，且計數器促成GTS時槽與CSMA/CA回退時槽（backoff slot）的準確執行，如同在標準中規定的。在atmega128RFA1中，此計數器包括三個獨立的比較器，以及使用符合802.15.4的訊框時的專用回退時槽計數器與可能的自動信標時間戳記。

RSSI 與能量偵測

當在任何接收模式中時，晶片將利用目前的RSSI持續更新暫存器。此是通道上的目前能量水平的量測，不管信號是否為可解碼的。隨後，可直接讀取此值，或者改為使用更準確的能量偵測暫存器。能量偵測為硬體驅動的，且計算八個符號的平均RSSI。此程序的完成隨後藉由中斷來發訊。除了手動能量偵測之外，在接收到有效的SHR時，它總是自動地啟動，此意味著一旦訊框已經完全接收，ED暫存器將包括所接收的實體信號強度的指示。

最終的協定概念

承繼先前提出的要求與論述，提出要滿足之協定的可能所欲特徵的列表： - 信標以設定的頻率傳輸，其中通道之間的時間偏移等於一個此種信標的長度。 - 所有AP且隨後節點的全域時間參考，用於同步。 - 節點掃描所有通道，接收所有信標，除非節點忙於傳輸。 - 在信標週期的存取窗中使用CSMA/CA傳輸資料訊框。 - 在一通道上的失敗CCA導致節點嘗試存取其他可用的通道。 - 資料訊框的確認係傳輸作為隨後的信標中的節點位址的列表。 - 緊隨每一信標之後的專用確認時期由接收到訊息的節點使用。 - 在協定的層級沒有重傳，所有失敗的傳輸都回報給應用程式。 - 當需要時，量測通道品質與通道的變化。所有量測都隱蔽在協定中。 - 廣播模式允許AP轉移較大的檔案至所有連接的節點。 - 節點的16位元定址，AP僅藉由其通道來識別。 - 網路ID允許相當接近內的多個裝置。 - 總共32位元的校驗和。 - 專用的訊框標頭，以最小化開銷。

基於此特徵列表，第5圖的信標序列的修改版本係圖示於第6圖中，包括示意的時序圖600，該圖例示通道之間的時間偏移的原理。

專用的確認時期的加入將稍微縮減資料時期，然而鑒於確認將以其他方式傳輸於存取窗內，此對整體輸出量將沒有任何影響。每一佔線通道的總存取窗將等於可用的通道數減去二，再乘以一個子週期的長度。在正常情況下，802.15.4實體定義使用2.4GHz頻帶中的16個通道。此意味著，該時間的14/16中，通道可用於傳輸，而最後的2/16則由信標與確認時期佔用。

因為信標應遵循嚴格的時序，很重要的是當信標應該傳輸時，信標應該總是在傳輸，此意味著，在此傳輸之前，進行CCA是沒有用的。此缺乏衝突避免措施可能在某些態樣中導致區域中的其他網路、Wi-Fi等的問題，然而鑒於2.4GHz頻帶中的全部可用頻寬，合理的假設是，該協定將能夠找到不與其他系統共享的通道。以此方式，直接傳輸應該不會構成任何問題。在有衝突的事件中，此協定的最壞情況方案為節點無法解碼信標，導致節點認為AP已經超出範圍。此可能觸發資料封包的丟失。仍是針對此事件，只要不太過頻繁發生，則將僅導致傳輸量的暫時減少。為了最大化確認時期的效率，亦期望將確認時期分割成專用的時槽，其中節點直接傳輸其確認訊框。需要多少個時槽取決於一個信標中放入多少個訊息，且稍後進一步論述。

最終協定定義

在偏離802.15.4標準的實施中，必須界定自定義的標頭與訊框結構。

訊框標頭

該協定可使用四種不同的訊框類型，總結在表2.1中：

四種不同的訊框類型可使用標頭中的兩位元欄位來表示。似乎不可能將需要更多的訊框類型，因為所使用的類型相當普遍，且很可能會在大多數未來的方案中可反覆使用。

標頭中的下一欄位應該為網路ID。非常不可能有超過兩個或三個獨立的裝置在彼此的範圍內。然而，對於非常大的裝置，將其分成多個實體網格將越來越實用，因此包括多個獨立網格的單一裝置是高度可能的方案。在此種情況中，可想像到，2-6個，或甚至更多的網格會在彼此的範圍內，即使其實際上為相同的整體裝置的部分。一些網路ID亦應預留用於特殊的目的，其中，「don’t care（不關心）」值由所有的監聽者所接受。總之，可能需要超過8個不同的ID並非不可能，此意味著，四位元（給定16個不同ID）應該為較佳的選擇。

總之，製作6位元的標頭，在末端加入兩個額外的位元，以使其成為一個完整的位元組。該等位元隨後可用於將來的擴展或訊框特定特徵。例如，相關於通道管理功能。完整的標頭可見於表2.2中：

訊框佈局

示例性晶片atmega128RFA1支援根據802.15.4標準的硬體驅動校驗和產生與驗證。另外，802.15.5中亦定義，在傳輸期間訊框緩衝器中的第一位元組必須要求為PHR。此位元組包括訊框長度，且一位元用來指示訊框是否符合802.15.4標準。訊框緩衝器總共有128位元組長，由此得到訊框佈局如表2.3所示。當減去校驗和與其他開銷時，一般訊框的可用載荷（payload）是最大122位元組。有效載荷有多大係取決於不同的訊框類型引入何種額外的開銷，且更完整地定義如下。

資料訊框

資料訊框由節點使用CSMA/CA在存取窗中傳輸至AP，因為只有一個AP將監聽給定的通道，它不需要任何的目標位址，但必須包括傳輸節點的ID。另外，在資料的列表開始之前，附加資料位元組的數量。總之，此給出表2.4中可見的佈局，且如在此可見的，此允許119位元組的有效載荷。

確認訊框

確認訊框可由節點在確認時期期間在專用時槽中傳輸。確認訊框直接傳輸而沒有通道的任何感測，以維持嚴格的時序。此訊框僅需要包括傳輸節點的ID，因為這是所有的AP需要確認的：定址至該特定節點的訊息係成功地接收。為了使訊框儘可能小，跳過額外的校驗和，僅留下16位元硬體驅動校驗和。相較於信標與資料訊框而言，此是可做到的，因為此訊框的損壞完全不關鍵。AP將僅查找節點ID，節點ID實際上定址在先前的信標中，此意味著，有隨機ID的損壞訊框不可能由AP接受，即使校驗和恰好為正確的。因此，節點ID本身有效地校驗和。總之，此給定表2.5中所示的訊框佈局。

信標訊框

信標可包括在先前的存取窗中接收到的資料訊框的確認的列表，以及定址至不同節點的變化數量的訊息。為了最佳化協定的功能，最合理的方法可先加入確認的列表，且隨後附加儘可能多的訊息。此意味著，在高流量的情況下，「AP至節點」輸出量首先遭殃，此將導致節點無法頻繁地接收命令，此將再導致節點更頻繁地空閒，因此產生較少流量的「節點至AP」。以此方式，流量流動為自我調節的。

為了使節點能夠正確解釋信標（具有變化數量的項目），需要信標標頭。這應該包括列表中的確認的數量與隨後的訊息的數量。這亦很容易使不期待確認的節點直接跳至訊息列表。

確認列表

存取窗越長，越可能傳輸更多資料訊框，且更多確認必須裝配至信標中。在表2.9中，通過假設所有傳輸的訊息包括8位元組的載荷來計算每一存取窗的訊息的絕對最大理論數量。然而，此數量為高度理論性的，因為CSMA/CA的隨機性。當衡量欄位尺寸時，它仍可用作指標。吾人可見，在30Hz的信標頻率時，資料訊框的最大理論數量為33，且在25Hz時，數量增加至40訊框。

另一因素為信標的最大尺寸。若每一確認佔用兩位元組，32個確認的列表將佔用64個位元組。從表2.9可找到整個信標時期可用的符號的數量，且考慮到，該等符號的顯著部分將用於節點與AP之間的開銷與同步，可假設，信標頻率必須遠低於30Hz，因為其能夠適合多於64個位元組或實際的資料。

基於此，很明顯，最大32個確認（需要五個位元來指示列表的長度）應該在任何實際情況下都足夠。

訊息列表

訊息的最大數量必須以類似於確認的數量的方式評估。在此，必須考慮兩個問題。首先，確認時期必須能夠裝配等於訊息的最大允許數量之確認的數量。如表2.5所規定的，除了包括另外五位元組的實體標頭之外（如表2.3所示），一個確認訊框包括五位元組的資料。總之，此意味著，確認訊框需要20個符號來完全傳輸，除此之外，確認時槽必須允許一些漂移，此意味著，最少25個符號應使用作為任何計算的基礎。如表2.9中所看到的，每一子週期將為130個符號長，具有30Hz的信標頻率。此可允許最多五個確認。

其次，訊息的最大數量必須裝配在信標訊框中。每一訊息將由以下表示：節點ID、指出資料數量的參數、以及資料本身。使用表1.1中所規定的要求，平均的訊息大小為8位元組，此意味著，每一訊息有11位元組。除此之外，要求規定，傳入AP與傳出AP的訊息之間的比率將介於3/1與21/1之間。此意味著，可假設每一傳出的訊息將伴隨有進入的訊息的至少三個確認。總之，這意味著，可假設來自AP的一個傳出訊息佔用信標中的平均至少17個位元組，且在許多情況中會佔用更多，因為有遠遠較高數量的確認。

基於上述兩個限制，訊息列表係設定為最大為3，使得列表長度可能僅用兩位元來編碼。這給予信標標頭一個額外的保留位元，可在稍後的階段中使用。

訊息的獨特性

協定設計的方式並沒有防止AP將定址至相同節點的多個訊息加至單個信標。然而，此將需要節點與AP兩者能夠處理所有訊息的確認，增加不必要的複雜性。多個同時傳輸的需求應該永遠不會發生在該協定的使用情況中，且通常假設，應用程式在將訊息加至緩衝器之前要把訊息連鎖，因為此將節省合理量的開銷。因此，加入簡單的規則至協定定義，沒有信標應包括每一節點超過一個的訊息，且任何廣播訊息應該為其信標內的唯一訊息。此限制意味著，AP必須過濾訊息，以防止任何衝突，然而，節點將永遠不必喚醒超過一個的確認傳輸。

完整的信標標頭

最終的信標標頭可在表2.6中看見。完整的信標訊框可在表2.7中看見。在此，變數a 表示加入的確認的數量，m 為訊息的數量，且k_i 為訊息i 中包括的資料位元組的數量。總和

不能大於目前信標頻率的最大信標尺寸。此最大信標尺寸進一步論述如下。

信標尺寸

信標訊框的尺寸受限於信標頻率。在表2.9中，可見不同頻率時的信標週期的符號長度。該計算基於802.15.4-每秒62500個符號。一個此符號拼湊出四位元，此意味著，一個位元組需要兩個符號。

通道交換

第7圖為示意時序圖，例示信標傳輸的時期的原理。

在第7圖中，圖示信標傳輸與連接時期的粗略草圖。為使節點預備好接收信標，在AP開始其傳輸之前，節點必須調整至新的通道。此舉所花的時間必須從信標傳輸可用的時間中減去。

收發機決定新通道所需的時間可為最大24μs。中斷的延遲係規定為最大9μs。因為節點上的通道交換係啟始為中斷，可估計出，所需的總時間為9 + 24μs +啟始交換所需要的計算時間。若符號長度為16μs，此等於最少2.1個符號。為此值取最大3個符號將是合理的。

AP 漂移

其次，AP之間必須有一些時序漂移的餘地，不能假設AP總是完美同步至單一符號。若有時序緩衝器在，兩AP可漂移相距達緩衝器的大小，而不會產生任何問題。若其漂移得更分開，在節點調整至通道之前，太早觸發的AP會有風險觸發，因此節點將無法接收信標，且隨後沒有節點將在該通道上傳輸，因為其假設AP已經超出範圍或離線。此緩衝器的大小完全取決於AP同步的準確性，此意味著，很難事先估計。長度為10的緩衝器將允許AP在任何方向中從正確的時序偏離5個符號，或80μs。若同步可做得遠遠比此更好，該值可在後一階段向下調整，以允許更大的信標。

解釋

最後，在下一信標觸發之前，節點必須能夠完成其信標解釋，否則信標觸發將延遲，且節點會有失去同步的風險，結果是斷連。此週期的長度將難以在理論上估計，且最好的方式最可能為建立「最壞情況」的測試程序，並且找到其開始失效的轉折點。

開銷

一旦減去不包括空氣傳輸的部分，可評估實際的開銷。如表2.3中看出，一般的訊框具有11位元組的開銷。加入信標標頭使得訊框有12位元組，或24個符號。

注意到，並非所有的開銷都位於訊框的前面，因為開銷亦包括校驗和與FCS在末端處。當衡量程式本身中的時序變數與常數之尺寸時，必須考慮此點。

產生的大小

在表2.8中，根據第2.3圖中的時期，總結環繞每一信標的時序開銷。需要解釋的時間最初設定為10，且應在稍後進行測試，找出最佳值。

校驗和

自定義的校驗和不需要具有錯誤校正能力，因為大多數損壞的訊框通常會有很大程度的損壞。因此，對訊框中的所有位元組使用簡單互斥或運算。若有兩位元組的校驗和，第一個為所有奇數索引位元組的互斥或運算，而第二個為所有偶數索引位元組的互斥或運算。在訊框包括僅一位元組的載荷之事件中，第二位元組應該保持其初始值，零。注意到，PHR不包括在校驗和中，因為當接收到訊框時，此位元組不插入至訊框緩衝器中。因此，包括在校驗和中的第一位元組為自定義的訊框標頭。

同步

可引入全域時序參考，以維持存取點之間的嚴格時序要求。此信號的頻率不得超過信標頻率。因此，現有的130Hz為不可用的。為了簡單起見，可定義同步信號應為1Hz。

功能說明

在第8圖中，繪示通訊序列的四個範例。四個範例8（a）、8（b）、8（c）與8（d）為節點的傳輸與接收的例示。

在第8（a）圖中，繪示簡單的接收。節點接收在通道五上的信標內的訊息，且在隨後整個確認時期保持鎖定至該通道，以傳輸其確認。

在第8（b）圖中，節點嘗試存取通道一來用於傳輸，且立即獲得存取。如所見，節點無法接收在通道五上的信標，因為當時節點正在通道一上傳輸。僅在通道五上的接收信標包括該節點的訊息或廣播時此才會造成問題。然而，如同稍早所論述的，節點失去直接定址訊息的此種方式的機會十分小，因為此為可接受的代價。在第8（c）圖中，節點在通道一上CCA失敗，且在該時間點，節點在通道五中被信標與確認時期阻塞。此後，節點執行隨機暫停，且在稍後的階段重試其傳輸。在第8（d）圖中，節點已經改變通道的等級排序，且嘗試先在通道五上傳輸，遭到失敗，然而因為通道一目前可用，節點立即重試通道一，且成功。注意到，正如在第8（b）圖中，此導致節點錯失通道五上的信標。

本發明已經在本揭示案中藉由具體的範例來敘述。本發明的範圍由所附申請專利範圍界定。

100‧‧‧儲存系統
110‧‧‧三維儲存網格結構
120‧‧‧支撐軌
130‧‧‧車輛
140‧‧‧通訊存取點
150‧‧‧中央單元
300、300a、300b、300c、300d‧‧‧通訊節點
310‧‧‧內部匯流排
320‧‧‧非揮發性記憶體
330‧‧‧揮發性記憶體
340‧‧‧處理裝置
350‧‧‧I/O裝置
360‧‧‧外部控制裝置
370‧‧‧無線通訊裝置
380‧‧‧電源或電力處理單元
390‧‧‧天線
400‧‧‧方法
410‧‧‧啟始步驟
420‧‧‧接收步驟
430‧‧‧通道品質決定步驟
440‧‧‧順序決定步驟
450‧‧‧選擇步驟
460‧‧‧傳輸步驟
470‧‧‧終止步驟
500‧‧‧時序圖
600‧‧‧時序圖

本發明的各種態樣與特徵將結合附圖來敘述，其提供作為說明性範例且不將本發明限制於所揭示的態樣與特徵。

第1圖為示意圖，例示儲存系統的原理。

第2圖為示意方塊圖，例示通訊系統的原理。

第3圖為示意方塊圖，例示通訊節點的原理。

第4圖為示意流程圖，例示通訊節點的操作方法。

第5圖為示意時序圖，例示基本信標序列的原理。

第6圖為示意時序圖，例示通道之間的時間偏移的原理。

第7圖為示意時序圖，例示信標傳輸的時期的原理。

第8圖包括四個示意時序圖，例示通訊序列的各種態樣。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

400‧‧‧方法

410‧‧‧啟始步驟

420‧‧‧接收步驟

430‧‧‧通道品質決定步驟

440‧‧‧順序決定步驟

450‧‧‧選擇步驟

460‧‧‧傳輸步驟

470‧‧‧終止步驟

Claims (16)

1. 一種在一無線通訊網路中的一通訊節點（300）的操作方法，其中該節點（300）經由至少一存取點（140）而與一中央通訊單元（150）通訊，該操作方法包括下述步驟： 在該節點（300）處接收（420）來自該存取點（140）的一無線信號； 基於該接收的無線信號，由該節點決定（430）通道品質資訊；根據該決定的通道品質，由該節點決定（440）佔線通道的一等級順序；及根據該決定的順序，由該節點選擇（450）一佔線通道來用於傳輸無線信號；及在該選擇的佔線通道上由該節點傳輸（460）無線信號。
2. 如請求項1所述之方法，其中 該無線通訊網路為一信標啟動的載波感測多路存取型網路。
3. 如請求項2所述之方法，其中 在該選擇的佔線通道上由該節點傳輸無線信號的該步驟（460）包括：使用載波感測多路存取/衝突避免，來傳輸一訊息。
4. 如請求項1-3的一者所述之方法，進一步包括 由該節點（300）鎖定信標時序資訊，該信標時序資訊藉由來自該存取點的信標資料的該接收所提供。
5. 如請求項4所述之方法，進一步包括 根據一時槽樣型，由該節點（300）迭代通過該等通道。
6. 如請求項1所述之方法，進一步包括 在一信標傳輸模式中操作該存取點（140），其中該存取點（140）傳輸無線信標資料至該節點（300），且在一監聽模式中操作該存取點（140），其中該存取點（140）將接收自該節點（300）的資料中繼傳遞至該中央通訊單元（150）。
7. 如請求項6所述之方法， 其中該節點（300）與該存取點（140）藉由一共同的時脈信號來同步。
8. 一種在一無線通訊網路中操作的一通訊節點（300），該網路包括該節點（300）、一中央通訊單元（150）與至少一存取點（140），該節點（300）係配置來： 接收（420）來自該存取點（140）的一無線信號； 基於該接收的無線信號，決定（430）通道品質資訊；根據該決定的通道品質，決定（440）佔線通道的一等級順序；及根據該決定的順序，選擇（450）一佔線通道來用於傳輸無線信號；及在該選擇的佔線通道上由該節點傳輸無線信號。
9. 如請求項8所述之節點（300），其中該無線通訊網路為信標啟動的載波感測多路存取型網路。
10. 如請求項9所述之節點（300），在該等佔線通道上傳輸無線信號的該步驟（460）中，進一步配置來：在該選擇的佔線通道上，使用載波感測多路存取/衝突避免，來傳輸一訊息。
11. 如請求項8-10的一者所述之節點（300），進一步配置來 鎖定信標時序資訊，該信標時序資訊藉由來自該存取點（140）的信標資料的該接收所提供。
12. 如請求項11所述之節點（300），進一步配置來 根據一時槽樣型，迭代通過該等通道。
13. 如請求項8所述之節點（300），其中該存取點（140）係配置來操作在一信標傳輸模式中，該存取點（140）係配置來傳輸無線信標資料至該節點，且該存取點（140）係配置來操作在一監聽模式中，其中該存取點（140）將接收自該節點的資料中繼傳遞至該中央通訊單元（150）。
14. 如請求項13所述之節點（300）， 其中該節點（300）與該存取點（140）藉由一共同的時脈信號來同步。
15. 一種無線通訊系統， 包括一中央通訊單元（150）、至少一個存取點（140）與如請求項8-14的一者中所提出之至少一個通訊節點（300）。
16. 一種儲存系統（100），包括： 一三維儲存網格結構（110），該三維儲存網格結構（110）包括在垂直堆疊中堆疊的複數個箱；支撐軌（120），該等支撐軌（120）在該網格結構（110）上；及複數個車輛（130），該複數個車輛（130）係配置成沿著該網格結構（110）上的該等軌（120）移動；每一車輛（130）係配置成經由至少一存取點（140）來通訊於一中央通訊單元（150），每一車輛（130）包括如請求項8-14的一者中所提出之一通訊節點（300）。