TWI462621B - 用於改良操作範圍利用無線節點之適應性頻道選擇 - Google Patents

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Description

用於改良操作範圍利用無線節點之適應性頻道選擇
本發明係關於無線網路，及更特定言之，係關於具有適應性頻道選擇以改良其操作範圍之無線節點。
一節點係用於數位通信與網路建構中以指示在一網路中線相交或分支處之一點、附接至一網路之一器件，或在傳輸、接收或發送訊息之一電腦網路中之一終端機或其他點之一術語。一節點可為連接至一電腦網路之任一器件。節點可為電腦、個人數位助理(PAD)、蜂巢式電話、開關、路由器或各種其他網路建構器件。就一無線網路而言，該等節點使用在微波頻率(例如2.4GHz ISM頻帶等)操作之收發器(接收器與傳輸器)。
在具有預定輸出功率之無線節點之間之一訊息(諸訊息)之一成功傳輸通常係由在該接收節點(例如目標節點)處之雜訊位準決定。在該接收節點處之一較低雜訊位準具有與增加該接收節點之敏感度及/或增加與該接收節點通信之一傳輸節點(例如源節點)之傳輸功率相同效果。數位無線通信，例如Wi-Fi、BLUETOOTH(R) (Bluetooth SIG,Inc.,500 108th Avenue NE,Suite 250,Bellevue WASHINGTON 98004之一注冊商標)、ZIGBEE(R) (ZigBee Alliance CORPORATION CALIFORNIA,2400 Camino Ramon,Suite 375,San Ramon CALIFORNIA 94583之一注冊商標)等等之普及已在(例如但不限於)該擁擠的2.4GHz ISM頻帶中產生很多干擾。事實上此干擾增加固有雜訊且降低該接收節點之可靠接收。
參考圖1，其描繪使用一頻道(頻率)以在無線節點之間通信(亦即所有節點在相同頻道上彼此交流)之一傳統無線網路。在此實例中，將頻道15用於無線節點之間的通信。隨著該網路在尺寸(節點面積與數量)上增大，各接收節點的雜訊位準視其位置與其因干擾源(例如WiFi、藍芽)在相同頻道傳輸遭受的干擾而增加或減少。期望找到具有最少量干擾與雜訊之一頻道(頻率)，使得接收(目標)節點最佳地執行。極不可能存在對一無線網路中通信之所有節點為最佳之一單個頻道(頻率)。
因此，存在藉由找到在一無線網路之各節點處具有最小背景雜訊之頻率(頻道)且節點之間之通信使用相同頻道，藉此改良資料信號傳輸誤差率且增加該等通信節點之間之可用距離來最佳化節點接收之一需要。
考慮該等無線節點彼此之間的空間關係，用於該等無線節點之最佳接收頻率(頻道)在該等所選節點接收頻率上具有最小雜訊功率。因此，每個節點可在一最佳最小雜訊頻率(頻道)上接收信號，且藉此在一傳統無線網路上具有很多改良的性能，該傳統無線網路僅在一頻道上通信，而不管存在於該等節點之各者之該位置處的雜訊。
根據本發明之教示，各節點執行一能量/雜訊掃描以判定對於其他頻道具有最低雜訊及/或干擾(例如最佳接收條件)之一接收頻道。若在其當前接收頻道上之該雜訊/干擾環境變化(例如另一頻道上之雜訊/干擾少於該當前接收頻道之該雜訊/干擾)，則此後各節點可週期性地掃描可用頻道以調整其最佳接收頻道。當一接收頻道藉由一節點而變化時，該無線節點可廣播此資訊以告知其相鄰節點在其接收頻道中之該變化。
每個無線節點儲存可發送一訊息之所有其相鄰節點之該等接收頻道。當廣播一訊息時，該源節點在所有可用頻道發送該訊息。廣播係在一資訊從一點發送至所有其他點(例如一源節點傳輸資訊至具有與該源節點通信之能力的所有節點)之處。
當單播一訊息時，該源節點將切換至該目標節點之該已知接收頻道，且接著傳輸該訊息。單播係在一通信從一點發送至另一點(例如一源節點與一目標節點)之時。該訊息可包含該源節點之該接收頻道，以使該目標節點在該源節點之該接收頻道上作出回應。在傳送該訊息後，該源節點將切換回至其操作接收頻道，以接收來自該目標節點之一可能回應。若在一預定時間內沒有接收到該回應，則應重複該訊息直至已到達一預定嘗試次數，然後發送一超時錯誤至上述軟體層。
若嘗試發送一訊息之該等指定嘗試次數已失敗，則該源節點需要藉由獲取該目標節點的當前接收頻道而與該目標節點重新同步。該源節點將試著在所有頻道上發出一重新同步命令至預期目標節點。若該目標節點對此節點在一不同頻道而不是當前已知(儲存)接收頻道上回應該重新同步命令，則將此不同頻道更新為此節點之該新的接收頻道且此外執行另一單播傳輸。若該重新同步不成功，則該傳輸將標記為一失敗且該軟體應用程式將予以告知。
在該目標節點接收到該廣播訊息後，該目標節點將告知該(等)器件上層以處理該接收到訊息。在接收一單播訊息後，若不需要一回應，則該目標節點將告知該上層以處理該訊息。若需要一回應，則該目標節點將切換至該源節點的接收頻道且在切換回至用於接收下一訊息之該目標節點的接收頻道之前發出該回應。
因此每個節點在其位置環境處具有最少雜訊及/或干擾之頻道上接收訊息，且當該位置雜訊/干擾環境在沒有影響整個無線網路下變化時(若需要)調整該接收頻道(頻率)。結果，有效降低在該無線網路工作中之該等節點之每個處之接收雜訊/干擾以實現訊息傳送之更佳範圍及/或可靠性。
根據本發明之一特定實例實施例，具有複數個具有用於改良節點間通信範圍之適應性頻道選擇之節點之一無線網路包括：複數個無線節點，該複數個無線節點之各者可為一源節點或一目標節點；及該複數個無線節點之各者具有選擇用於在該節點之一位置處之最佳接收之一接收頻道；其中該源節點在該目標節點之該接收頻道上發送一訊息。
根據本發明之另一特定實例實施例，一種用於改良在複數個節點之間之通信範圍之方法包括以下步驟：掃描對複數個節點可用的接收頻道；選擇具有對該複數個節點之各者之一最佳接收之一接收頻道；及在該複數個節點之各自節點中儲存該所選接收頻道之各者。
本發明之一更完全理解可藉由參考結合所附圖式之以下描述而獲取。
現在參考圖式，其示意繪示特定實例實施例之該等細節。在該等圖式中相同元件將由相同數字代表，且相似元件將由具有一不同小寫字母後綴之相同數字代表。
參考圖1，其描繪一典型先前技術無線網路的節點之一示意空間分佈圖，其使用一共同操作頻道用於在各節點處之接收與傳輸兩者。一典型先前技術無線網路，通常由數字100代表，使用一頻道(頻率)以在無線節點之間通信(亦即所有節點在相同頻道彼此交流)。在此實例中，將頻道15用於在無線節點之間之通信(亦即源節點102傳輸資料包與目標節點104接收資料包)。隨著該網路在尺寸(節點面積與數量)上增大，各目標節點之該雜訊位準視其在網路中之位置與其因其他電子器件及/或相鄰節點在相同頻道傳輸所遭受之雜訊/干擾而增加或減少。
參考圖2，其描繪根據本發明之一特定實例實施例之一無線網路之節點之一示意空間分佈圖，其使用經選擇用於在該等目標節點之各者處之最小接收雜訊的接收頻道。整體由數字200代表之一無線網路包含複數個節點，例如源節點202及目標節點204，該等節點之接收頻道經選擇以達成一目標節點204之各位置處一接收頻道上的最小雜訊/干擾。用於該等無線節點204之最佳接收頻率(頻道)在該等所選頻率處具有最小雜訊/干擾功率，例如由該等無線節點202與204彼此之間的空間關係產生雜訊/干擾、由其他電子器件產生雜訊/干擾等。因此每個目標節點204可在一最佳最小雜訊頻道(頻率)上接收來自一源節點202之信號(例如資料包)，且藉此在一傳統無線網路上具有很多改良的性能，該傳統無線網路僅在一頻道上通信，而不管存在於該等節點之各者之該位置處的雜訊。
參考圖3，其描繪根據本發明之教示，用於判定對於各節點之一最佳接收頻道之一示意流程圖。在步驟302中，於判定具有最低雜訊/干擾之一接收頻道中，各節點掃描所有可用頻道。在步驟304中，從該等可用接收頻道中選擇(且儲存於該節點中)該最低雜訊接收頻道作為該節點的接收頻道。然後在步驟306中，於步驟304中選擇用於各節點之該接收頻道經廣播至所有該等相鄰節點。在步驟308中，各節點儲存其相鄰節點之該等接收頻道。
參考圖4，其描繪根據本發明之教示之用於傳輸一單播訊息之一示意流程圖。單播係在從一點發送一通信至另一點(例如一源節點發送一訊息(例如複數個資料包)至一目標節點)之時。在步驟400中，初始化一單播訊息。在步驟402中，該訊息源(傳輸)節點切換至該期望目標節點之該接收頻道。在步驟404中，該源節點之該接收頻道包含在被發送之該單播訊息中，使得該目標節點可在接收該單播訊息之其最佳接收頻道處回應該源節點。在步驟406中，藉由該源節點來發送該單播訊息。然後，在步驟408中，該源節點切換回至其接收頻道，期望接收由該目標節點發送之該預期回應。步驟410對來自該目標節點之該回應是否由該源節點接收做一判定，若是，則在步驟418中完成該單播訊息。
若在步驟410中接收到一回應，則完成一單播訊息。若在步驟410中於步驟412判定之一特定時間內未接收到一回應，則步驟412中之該訊息重複計數器在步驟414中已達到其限制，且在步驟416中發送一訊息失敗警報至應用程式。若未超越一特定重新傳輸量，則如以上論述對步驟402-408傳輸該單播訊息。
若不需要來自該目標節點之回應用於由該源節點發送之各自訊息封包，則該源節點僅發送該訊息作為時間序列封包，且接著切換回其在訊息封包之間之接收頻道(例如使用者資料訊息協議(UDP))。
參考圖5，其描繪根據本發明之教示，用於接收圖4所示之該單播訊息之一示意流程圖。在步驟502中，對是否已接收到一單播訊息作出一判定。若是，則在步驟504中對是否需要對該所接收之單播訊息之一回應作出一判定。若不需要回應，則在步驟512中處理該接收到的單播訊息。
但是若需要一回應，則在步驟506中該目標節點切換至該源節點之該接收頻道。然後在步驟508中在該源節點的接收頻道上發送一回應至該源節點。一旦已傳輸此回應，則在步驟510中該目標節點切換回至其接收頻道且在步驟512中處理此訊息。
參考圖6，其描繪根據本發明之教示，用於各節點之接收頻道之重新同步之一示意流程圖。在步驟602中選擇一頻道。在步驟604中在所選頻道上傳輸一重新同步訊息至一期望節點。在步驟606中一特定時間消逝。然後在步驟608中對是否接收到來自該期望節點之一回應而作一判定。當接收到一回應時，則在步驟610中若該回應目標節點的當前接收頻道已變化，則在該源節點的接收頻道標籤中更新其接收頻道。然後步驟400開始至該期望目標節點之一新的單播訊息(見圖4與以上描述)。
但是若在該特定時間內沒有接收到一回應，則在步驟612中對是否已嘗試所有頻道而作一判定。若仍有剩餘頻道待嘗試，則在步驟614中選擇另一頻道且如上述描述重複步驟604至608。若已嘗試所有頻道而仍沒有接收到來自該期望節點之回應，則在步驟616中發送一重新同步失敗訊息至該應用程式。
參考圖7，其描繪根據本發明之教示，用於接收與處理一廣播訊息之一示意流程圖。在步驟702中對是否正在接收一廣播訊息而作一判定。然後在步驟704中對是否重新廣播該接收到的廣播訊息而作一判定。若該廣播訊息不必重新廣播，則在步驟712中處理該訊息。但是若重新廣播該廣播訊息，則在步驟706中選擇一頻道，且在步驟708中在此頻道上重新廣播該訊息。在步驟710中對是否在該無線網路之所有頻道已重新廣播該訊息而作一判定。若沒有，則在步驟714中選擇另一頻道，且如以上描述重複步驟706至710。當已將該訊息在所有頻道上重新廣播，則在步驟712中處理該訊息。
雖然本發明之實施例已參考本發明之實例實施例而描繪、描述及界定，但是該等參考不意味對本發明之一限制，且未推斷出此限制。所揭示之標的可在形式及功能上存在相當大的修改、替代及等效物，如熟習相關技能及獲益於本發明者之普通技術者所瞭解。所描繪及描述之本發明之實施例僅係實例，且非本發明之範疇之詳盡內容。
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102a．．．源節點
102b．．．源節點
102c．．．源節點
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104b．．．目標節點
104c．．．目標節點
200．．．無線網路
202a．．．源節點
202b．．．源節點
202c．．．源節點
204a．．．目標節點
204b．．．目標節點
204c．．．目標節點
圖1係一典型先前技術無線網路的節點之一示意空間分佈圖，該等節點使用一共同操作頻道用於在各節點處之接收與傳輸兩者；
圖2係根據本發明之一特定實例實施例，一無線網路的節點之一示意空間分佈圖，該等節點使用選擇用於在該等目標節點之各者處之最小接收雜訊之接收頻道；
圖3係根據本發明之教示，用於判定各節點之一最佳接收頻道之一示意流程圖；
圖4係根據本發明之教示，用於傳輸一單播訊息之一示意流程圖；
圖5係根據本發明之教示，用於接收如圖4所示之該單播訊息之一示意流程圖；
圖6係根據本發明之教示，用於各節點之接收頻道之重新同步之一示意流程圖；及
圖7係根據本發明之教示，用於接收與處理一廣播訊息之一示意流程圖。
由於本發明係易受多種修改與替換形式之影響，因此特定實例實施例已在圖中顯示且這裡予以詳細描述。但是應理解具體實例實施例之該描述不期望限制本發明至這裡所揭示之該等特定形式，但是相反，本發明係覆蓋由所附申請範圍界定之所有修改與等同。
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Claims (5)

  1. 一種用於改良複數個無線節點(node)之間之通信範圍的方法，該方法包括以下步驟：掃描對該複數個無線節點可用之接收頻道；選擇對於該複數個無線節點之各者具有一最低雜訊或干擾位準之一接收頻道；儲存該等所選接收頻道之各者於該複數個無線節點之各自的無線節點中；a)切換至一目標節點之該接收頻道；b)包含一源節點之該接收頻道於待發送至該目標節點之該單播訊息中；c)發送該單播訊息至該目標節點；d)返回至該源節點之該接收頻道；e)判定是否自該目標節點接收到一回應；若接收到該回應，則完成該單播訊息；若在一特定時間內沒有接收到該回應，則重複步驟a)至e)直至在該特定時間內接收到該回應；及若重複步驟a)至e)多於一特定次數，則告知一應用程式發送該單播訊息失敗；判定是否正藉由該目標節點接收該單播訊息；判定是否需要發送該回應，其中若不需要，則處理該接收到的單播訊息；及若需要，則切換至該源節點之該接收頻道且發送該回應至該源節點； 切換回至該目標節點之該接收頻道；及處理該接收到的單播訊息。
  2. 如請求項1之方法，進一步包括廣播該複數個無線節點之各者之該所選接收頻道至該複數個無線節點之其他無線節點的步驟，其中該複數個無線節點之各者儲存相鄰無線節點之該等接收頻道。
  3. 如請求項1之方法，進一步包括傳輸重新同步至一目標節點的步驟，該方法包括以下步驟：a)選擇該等接收頻道之一者；b)在該所選接收頻道上發送一重新同步訊息至一目標節點；c)判定是否自該目標節點接收到一重新同步回應，其中若在一特定時間內沒有接收到一同步回應，則選擇該等接收頻道之另一者，且重複步驟b)與c)直至已選擇所有該等接收頻道，及若在已選擇所有該等接收頻道後沒有接收到該重新同步回應，則警報一重新同步失敗應用程式；若在該特定時間內接收到該重新同步回應，則更新該目標節點之該接收頻道作為一更新接收頻道，及在該目標節點之該更新接收頻道上，初始化該單播訊息。
  4. 如請求項1之方法，進一步包括接收一廣播訊息的步驟，該方法包括以下步驟： 判定是否正接收一廣播訊息；判定該接收到的廣播訊息是否待重新廣播，其中若不重新廣播該接收到的訊息，則處理該接收到的訊息，及若重新廣播該接收到的訊息，則重新廣播該接收到的訊息。
  5. 如請求項4之方法，進一步包括重新廣播該接收到之訊息的步驟，該方法包括以下步驟：a)選擇該等接收頻道之一者；b)在該所選頻道上重新廣播該接收到的訊息；c)判定是否已在所有該等接收頻道上重新廣播該接收到的訊息，其中若未在所有該等接收頻道上重新廣播該接收到的訊息，則選擇該等接收頻道之另一者，且重複步驟b)與c)，及若已在所有該等接收頻道上重新廣播該接收到的訊息，則處理該訊息。
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