使用超低功率節點的無線接口的無線信道分配的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及操作無線接口的方法，涉及用于分配這種接口的收聽無線信道的方 法，涉及對應的裝置，涉及具有這種接口的網絡，以及涉及對應的計算機程序。
【背景技術】
[0002] 基于如IEEE 802.15.4(/ZigBee)、IEEE 802.11(/Wi-Fi)或IEEE 802.15.1(/ Bluetooth)的標準的無線網絡是公知的。這些工作于2400-2483.5MHz ISM帶（工業、科學和 醫療)帶中。它們是相對低功率短程系統（l〇-l〇〇m)并且會受附近的其它無線電干擾且會對 附近頻率帶來高的干擾水平。這成為在無線接口中降低功耗的努力的約束。
[0003] 例如ZigBee是具有安全特征的低數據率(250kbit/s)系統且使能專門創建網狀網 絡，從而使任意設備能夠達到更遠距離的設備。在2012年，宣布了ZigBee PRO Green Power 特征，其允許超低功率設備如無電池設備通過設計成最小化所使用功率量的無線接口安全 地加入ZigBee PRO網絡。它對于諸如傳感器、開關、遮光器以及其它許多設備的功率ZigBee 產品是一種更加環境友好的方式。這些設備現在僅通過采收少量如運動、光、振動的能量的 廣泛可用的、但是經常未使用的源而被供電。
[0004] 設備能夠使用能量采收來克服干線供電或電池供電的缺點。對設備進行干線供電 導致安裝成本，并且其只能用于非移動設備。電池供電的設備的電池具有有限的使用壽命， 而且頻繁更換電池的經濟和環境成本不總能接受。
[0005] 超低功率(ULP)無線節點的特征在于如下事實:它們需要零維護(無電池更換），無 需被干線供電。原則上這能夠通過若干方式來實現。第一可能是，通過降低功耗而使得電池 使用壽命比預期的或設計的產品使用壽命長，使得電池比產品的預期使用壽命持續得更 長。在該情況下，產品使用壽命具有由電池的自耗設定的上限。作為第一可能的替代或者與 第一可能一起的第二可能是，使用能量采收技術。通過降低功耗，使得所需的功率/能量級 別能夠從環境中采收。能量采收通常被認為是從外部源(例如，太陽能、熱能、風能、含鹽量 梯度和動能)取得能量，以及使用或儲存它用于較小的、無線自治設備，如在可佩戴電子設 備和無線傳感器網絡中所使用的那些。ZigBee Green Power[2]是ZigBee PRO聯網棧[1]的 擴展，其允許在ZigBee PRO網絡中并入超低功率節點，集中于能量采收節點。ZigBee Green Power使超低功率設備能夠使用無線接口利用通常為數百微焦耳能量來完成與骨干網絡的 通信。涉及到三種類型的節點：
[0006] GreenPwer Device
[0007] GreenPower Device(GPD)是一種超低功率無線節點。它們典型地生成命令，命令 應當對諸如ZigBee PRO網絡的骨干網絡中的宿節點(GPS)起作用。一個實施例是能量采收 開關(為GPD)，其產生Toggle命令，切換ZigBee PRO網絡上的燈(為GPS)的狀態。由于這些能 量方面的限制，GPD僅能傳送數據包有限次數:典型地它們在單個信道上廣播數據包3次。該 信道被預定義，利用設備本身上的開關進行配置，或者能夠在初始試運行操作中進行協商。 在其最簡單的形式中，GH)僅能傳送數據包，而不能接收任何數據包。
[0008] GreenPower Proxdy
[0009] GreenPower Proxdy(GPP)是骨干網絡（例如，ZigBee PRO網絡）上的節點，它們是 干線供電的，并且當它們在GTO的無線電射程內時，失去GTO所廣播的數據包，并且將數據包 輸送到ZigBee PRO骨干網絡上的宿節點（GPS)。由于GPD廣播其消息，所以這些能夠通過多 個GPP來實現，產生了一種形式的網絡冗余。GPP能夠同時滿足應用級角色。
[0010] 干線供電的GreenPower Sink
[0011] GreenPower Sink(GPS)是ZigBee PRO網絡上的節點，其是干線供電的且可以具有 能夠由GH)控制的應用級實體。例如，由GH)處的能量采收開關切換的燈。GPS不需要處于GPD 的無線電射程內，但是必須在GPD的無線電射程內的一個或多個代理節點（GPP)內連接到 ZigBee PRO網絡上。GPS節點通常還能直接充當GPP節點。
[0012] 發明概述
[0013]本發明的目的是提供改進的方法、設備、網絡和程序。本發明的方案提供了通過如 下操作來操作用于在超低功率無線節點與骨干節點網絡之間通信的無無線接口的方法:實 現來自所述超低功率無線節點的傳送以在至少兩個無線電信道上送出相同的數據包，接收 在骨干節點處運載數據包的傳送，以及檢測無線接口的接收性能。還存在如下步驟:根據檢 測到的接收性能指示，動態地分配在骨干節點處收聽哪些無線信道，其中分配包括對于骨 干節點中的不同的骨干節點實現協調分配。
[0014]通過將在多個無線信道上送出與根據接收性能而動態地分配收聽信道相結合，以 及與用于不同骨干節點的協調分配相結合，能夠利用分離的接收位置的空間分集性和信道 分集性。這能夠使得系統對于例如時變位置特定干擾或信道特定干擾具備更大的彈性。這 意味著，與對于每個骨干節點獨立地而不協調地做出信道分配相比，能夠降低接收中斷的 概率。這在傳送側具有極小適應性或者無適應性的情況下尤其有用。該益處能夠應用于各 種不同類型的協調，例如是否從不同骨干節點采集到檢測，以及是否根據采集信息一起確 定分配，或者是否根據局部檢測單獨地做出候選分配。在后者情況下，協調會涉及到比較后 續分配，以及調節候選分配而形成期望的分配模式。參見例如圖3、圖4和圖5。
[0015] 實施方案可以添加額外的特征，或者可以否認這些特征限定權利邀請，并且一些 這樣的額外特征在從屬權利要求中進行更詳細的描述和闡述。一個這樣的額外特征是如下 步驟:基于來自骨干節點的無線信道選擇反饋信息，在不進行動態無線信道選擇的情況下 完成實現來自超低功率無線節點的傳送。通過避免無線信道的動態選擇，ULP節點能夠避免 諸如在超低功率無線節點處增加功耗，增加成本以及增加復雜度的后果。參見例如圖3和圖 6〇
[0016] 另一方案提供了為用于在超低功率無線節點與骨干節點網絡之間通信的無線接 口分配收聽無線信道的方法，在當超低功率無線節點在至少兩個無線信道上送出具有相同 數據包的傳送時使用，用于在骨干節點處接收，具有接收無線接口的接收性能指示的步驟， 以及根據接收性能指示在骨干節點處動態地分配收聽哪些無線信道，其中分配包括對于骨 干節點的不同的骨干節點做出協調分配，以及將分配輸出到骨干節點。
[0017] 這對應于第一方案，但是涵蓋了用于第一方案的分配部分。例如參見圖4、圖7和圖 9〇
[0018] 額外的特征是，無線接口的接收性能指示包括如下至少之一：由所述骨干節點檢 測到所述所述傳送的接收性能的指示，以及以其它方式檢測到的無線干擾的指示。這使能 進一步細化分配以適合不同的條件以及不同類型的干擾。例如參見圖6、圖8或圖10。
[0019] 另一這樣額外的特征是，所述傳送的接收性能指示包括如下至少之一:所述數據 包是否由所述骨干接收到的指示，與骨干節點接收到的數據包相關聯的RSSI，以及由骨干 節點接收到的數據包的任何其它鏈接品質指示，并且其中以其它方式檢測到的無線干擾的 指示包括如下至少之一:測得的干擾的RSSI水平，測得的干擾的載波傳感評估，在多個信道 上的干擾相關，在多個骨干節點上的干擾相關，以及在超低功率無線節點處檢測到且送出 到所述骨干節點的干擾。這些是可存取的，相對方便策略，并且通常由可用的硬件支持，但 是可以設想其它。例如參見圖6、和圖8。
[0020] 另一這樣的額外特征是，所述分配步驟包括由至少兩個所述骨干節點將接收性能 的檢測傳遞給共同的位置，以及基于在該共同位置采集到的檢測來做出分配。通過采集檢 測，能夠由相同的基礎來方便地做出期望模式的分配。這可以比諸如根據局部檢測做出候 選分配然后通過采集和調節候選分配而不是共享檢測進行協調的可選方案更加高效。參見 例如圖8至圖11。
[0021] 另一這樣的額外特征是，根據檢測來確定對于收聽信道分配的不同模式的每個骨 干節點的每個無線信道的中斷概率，以及基于所確定的中斷概率來實施分配。這是一種使 能評估不同模式的分配的便利方式。參見例如圖9至圖11。
[0022] 另一這樣的額外特征是，分配被偏置而更加取決于接收性能指示的更近期的接收 性能指示。這能夠幫助使得適應對接收條件的快速變化具有更強響應性。參見例如圖10。 [0023]另一這樣的額外特征是，傳送包括來自至少兩個ULP無線節點的傳送，并且分配步 驟包括根據至少兩個ULP無線節點所使用的一組傳送信道來做出骨干節點的收聽信道的分 配。這能夠提供更多的接收性能信息并且實現更佳的協調分配。參見例如圖11。
[0024] 另一這樣的額外特征是，對于用于每個信道分配模式的每個無線信道，確定用于 每個骨干節點的ULP無線節