TSCH无线通信网络中的自适应时隙分配制造技术

本申请公开了TSCH无线通信网络中的自适应时隙分配。在所描述的示例中，当大量叶节点(LN)同时竞争加入分时隙信道跳频无线通信网络时，避免了过度的延迟和功耗，其中该分时隙信道跳频无线通信网络具有通过一个或多个中间节点(IN)接口连接到LN的根节点(RN)。为至少一个IN分配第一多个(B个)共享发射/接收间隙(STRS)，并且通告第二多个(C个)STRS以供竞争LN使用(27)，其中第一多个大于第二多个。当LN加入时，重新定义其STRS(29)，使得大多数变成共享仅发射间隙(STOS)并且不保留STRS。分配给IN的STRS的数量可以与其相距RN的跳数相反地变化。响应于预定网络条件(25)，可以为一个或多个IN中的每一个添加一个或多个STOS(26)。多个IN中的每一个添加一个或多个STOS(26)。多个IN中的每一个添加一个或多个STOS(26)。

【技术实现步骤摘要】
TSCH无线通信网络中的自适应时隙分配
[0001]本申请是国际申请日为2016年06月02日、进入国家阶段日为2017年12月01日的名称为“TSCH无线通信网络中的自适应时隙分配”的中国专利申请201680032007.9(PCT/US2016/035572)的分案申请。


[0002]本专利技术总体涉及采用分时隙信道跳频的无线通信网络，并且更具体地涉及用于以减少的延迟和功耗来适应加入网络的节点数量的增加的技术。

技术介绍

[0003]以下文件通过引用并入本文：IEEE STD 802.15.4；和IEEE STD 802.15.4e。
[0004]图1示出了遵循IEEE 802.15.4e操作的常规无线通信网络的简化拓扑结构，该IEEE 802.15.4e是对IEEE STD 802.15.4无线电通信协议规范的修正。此修正专门针把MAC协议层修改作为目标，以便增强使用IEEE 802.15.4无线电的装置的性能。特定的IEEE 802.15.4e MAC操作被称为分时隙信道跳频(TSCH)，其实现鲁棒和低功率的通信。信道跳频提供了抗干扰的鲁棒性。该协议的分时隙和时间同步的性质允许时间调度通(time
‑
scheduled communication)信。调度通信意味着装置仅在被要求时才需要被激活，否则处于“睡眠”模式。这提供低功率的操作。
[0005]如图所示，图1的拓扑结构具有带多个层级等级的层级结构。图1的网络包括在11处的中央根节点(RN)，该中央根节点(RN)控制网络并且用作到更高带宽网络的网关。在12处的等级1中间节点(IN)在RN与在13处的多个等级2IN之间接口连接，该多个等级2IN中的每个进而在等级1IN 12与在14处的一个或多个叶节点(LN)之间接口连接。在图1的各种节点之间示出的无线通信链路在本文中也被称为通信跳(communication hop)(或简称为跳)，使得例如RN 11与14处的每个LN相距三跳。
[0006]TSCH使用每个均被划分成多个时间间隙(时隙)的时间帧的序列。在IEEE 892.15.4e调度方案中，在每个时间帧中，每个节点被分配共享间隙和至少一个信标间隙。RN 11使用信标间隙以便在网络中发射包含节点的发射/接收调度的信标分组。信标间隙也用于时间同步。共享间隙是共享的发射/接收间隙(STRS)，在该间隙中节点可以发射或接收。尝试关联(加入)网络的新节点竞争对STRS的接入，并且成功竞争的节点在STRS中发射网络关联请求。对于图1的每个节点来说，STRS是相同的绝对时间间隔。STRS也用于传送网络维护信息和流量路由信息。
[0007]作为对从成功竞争的节点接收到的关联请求的答复，RN 11使用STRS来发射关联响应。当新节点加入网络时，它们分别接收对应的关联响应，该关联响应以序列方式将相应的专用间隙对分配给该新节点。每个专用间隙对由发射间隙和接收间隙组成，该发射间隙和接收间隙两者都被保留仅供它们被分配给的节点使用。如果加入节点是IN，则关联响应还将附加的信标间隙分配给IN，以便支持从RN到LN跨越多跳的信标分组的转播。
[0008]在每个时隙，在网络中操作的节点从睡眠模式唤醒并且检查要执行什么功能。如
果没有，则其返回到睡眠状态。节点在信标间隙、STRS和专用接收间隙期间以主动接收状态进行侦听，以便确保没有错过通信。在专用发射间隙中，节点根据需要进行发射，或者如果其没有什么要发射，则返回到睡眠。

技术实现思路

[0009]所描述的实例包括在分时隙信道跳频(TSCH)无线通信网络中分配时隙的方法，该TSCH无线通信网络包括在根节点(RN)与多个叶节点(LN)之间接口连接的至少一个中间节点(IN)。该方法包括：当IN与网络相关联时，将第一多个共享发射/接收间隙(STRS)分配给IN；以及通告被分配作为竞争间隙的第二多个STRS，在该竞争间隙中LN可以竞争与网络的关联。第一多个STRS大于第二多个STRS。
附图说明
[0010]图1示出常规无线通信网络的简化拓扑结构。
[0011]图2A和图2B示出了根据示例实施例的可以在诸如图1所示的网络中执行的操作。
[0012]图3和图4示出了根据示例实施例的共享间隙的分配。
[0013]图5示出了根据示例实施例的用作诸如图1所示的网络中的根节点的设备。
具体实施方式
[0014]当许多LN同时尝试加入图1的网络时，它们都将在单个STRS期间竞争，并且IN使用STRS来转播关联请求和响应。由于对STRS的竞争并且因为所有节点在STRS期间消耗功率，所以这些因素可能不利地导致关联期间的高延迟和高功耗。每个节点针对STRS而唤醒，如果需要发射则主动竞争对STRS的接入，并且然后如果竞争成功则进行发射。此外，如果不期望发射，或者如果竞争不成功，则节点仍以主动接收状态进行侦听。通过用于传送网络维护信息和流量路由信息的STRS的上述使用，延迟和功耗问题将被进一步恶化。
[0015]上述延迟和功耗问题可以通过提供附加的STRS来解决。然而，简单地增加STRS的数量将显著地增加功耗，因为如上所指示的，所有节点都需要在每个STRS中唤醒。
[0016]示例实施例对在TSCH网络经历尝试加入网络的节点的需求增加时遇到的延迟和功耗问题应用策略性解决方案。这些解决方案利用诸如以下因素：IN(其具有相对大的电池或功率收集能力)与LN(其具有相对小的电池)相比通常不那么功率受限的；在层级的较高等级处的IN与在较低等级处的IN相比经历更多的流量；LN的操作配置文件(operation profile)在其与变得网络相关联之后改变；以及LN的关联后操作配置文件与下行链路通信(从RN)相比通常需要更多的上行链路通信(到RN)。如以下详细描述的，RN使用诸如信标分组和关联响应等消息来实现根据示例实施例的解决方案。
[0017]为了减轻延迟和功耗问题，根据示例实施例的RN为LN关联竞争分配大小被适当地设置的多个STRS，以便帮助适应大型LN关联竞争负载。RN发射信标消息(信标分组)，该信标消息通告为LN分配的多个STRS以用于对关联的竞争。期望网络关联的所有节点然后可以在每个通告的STRS中竞争关联。
[0018]在一些实施例中，当RN响应于成功的关联请求时，其(在STRS中跨越网络跳发射的)关联响应重新定义对于新关联的LN可用的共享间隙，使得共享间隙与LN的关联后操作
配置文件一致并且提供减少的LN功耗。例如，在传感器应用中的LN通常广泛地使用上行链路进行数据转移。因此，一些实施例重新定义STRS，使得：至少一个STRS被变化成其中LN只能接收通信的共享仅接收间隙(SROS)；并且其余(大多数)的STRS被变化成其中LN只能发射通信的共享仅发射间隙(STOS)。SROS总是需要功耗来以主动接收状态进行侦听，而STOS仅在节点具有要发射的信息时才需要功耗，在这种情况下节点竞争STOS，并且如果竞争成功则发射信息。因为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方法，包括：由根节点即RN通告被分配作为竞争间隙的第一共享发射/接收间隙即第一STRS，其中叶节点即LN可以在所述第一STRS期间竞争与分时隙信道跳频无线通信网络即TSCH无线通信网络的关联；以及在所述LN与所述TSCH无线通信网络关联之后，由所述RN为所述LN中的LN设置第二STRS，其中所述.第二STRS中的至少一个STRS是共享仅接收间隙即SROS，并且所述第二STRS中的至少一些是共享仅发射间隙即STOS，并且其中所述STOS是所述第二STRS的大部分。2.根据权利要求1所述的方法，其中仅一个STRS是SROS。3.根据权利要求1所述的方法，其还包括：在所述IN与所述TSCH无线通信网络相关联之后，将第三STRS分配给中间节点即IN。4.根据权利要求3所述的方法，其还包括：响应于在所述TSCH无线通信网络中检测到预定条件而将至少一个STOS和至少一个SROS分配给所述IN。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述预定条件为所述LN的数量大于阈值。6.根据权利要求5所述的方法，其还包括：响应于确定所述LN的所述数量大于所述阈值而调整所述阈值。7.根据权利要求3所述的方法，其中所述IN是第一IN，所述方法还包括：在所述第二IN与所述TSCH无线通信网络相关联之后，将第四STRS分配给第二IN，其中所述第四STRS是比所述第二STRS多的STRS，其中所述第四STRS是比所述第二STRS少的STRS，并且其中所述第一IN在所述第二IN和所述RN之间接口连接。8.根据权利要求7所述的方法，其还包括：其中，响应于在所述TSCH无线通信网络中检测到预定条件：分配所述第三STRS包括：将至少一个STOS和至少一个SROS分配给所述第三STRS；并且分配所述第四STRS包括：将至少一个STOS和至少一个SROS分配给所述第四STRS。9.一种根节点即RN，包括：间隙分配器，其被配置成分配时隙；信标产生器，其联接到所述间隙分配器，所述信标产生器被配置成广播信标消息，所述信标消息通告被分配作为竞争间隙的第一共享发射/接收间隙即第一STRS，在所述竞争间隙中叶节点即LN可以竞争与分时隙信道跳频无线通信网络即TSCH无线通信网络的关联；以及节点关联接口，其联接到所述间隙分配器，所述节点关联接口被配置成将消息发送到所述LN的LN，所述消息指示针对所述LN的第二STRS，其中所述第二STRS中的至少一个是共享仅接收间隙即SROS，并且所述第二STRS中的至少一些是共享仅发射间隙即STOS，其中所述STOS是所述第二STRS的大部分。10.根据权利要求9所述的RN，其中所述第二STRS中仅一个是SROS。11.根据权利要求9所述的RN，其中所述节点关联接口还被配置成将消息发射到中间节点即IN，其中所述消息指示在所述IN与所述TSCH无线通信网络关联之后，将第三STRS分配给所述IN，其中所述信标产生器还被配置成在分配所述第三STRS之后通过所述TSCH无线通信网络发射的另外的信标消息，所述另外的信标消息指示所述第三STRS，其中所述第三STRS包括被分配给所述IN的至少一个STOS和被分配给所述IN的至少一个SROS，并且其中所
述间隙分配器被配置成响应于在所述TSCH无线通信网络中检测到预定条件，将所述至少一个STOS和所述至少一个SROS分配给所述IN。12.根据权利要求9所述的RN，其中所述节点关联接口还被配置成：将消息发射到所述第一IN，其中所述消息指示在第一IN与所述TSCH无线通信网络关联之后，将第三STRS分配给所述第一IN；以及将消息发射到所述第二IN，其中所述消息指示在第二IN与所述TSCH无线通信网络关联之后，将第四STRS分配给所述第二IN，其中所述第四STRS是比所述第二STRS多的STRS，其中所述第四STRS是比所述第三STRS少的STRS，并且其中所述第一IN在所述第二IN和所述RN之间接口连接。13.根据权利要求12所述的RN，其中所述信标产生器还被配置成在分配所述第三STRS和所述第四STRS之后，通过所述TSCH无线通信网络发射指示所述第三STRS和所述第四STRS的另外的信标消息，其中所述第三STRS包括被分配给所述第一IN的至少一个STOS和被分配给所述第一IN的至少一个SROS，其中所述第四STRS包括被分配给所述第二IN的至少一个STOS和被分配给所述第二IN的至少一个SROS，并且其中所述间隙分配器还被配置成响应于在所述TSCH无线通信网络中检测到预定条件而分配所述第三STRS和所述第四STRS。14.一种根节点即RN，包括：信标产生器，其被配置成通告被分配作为竞争间隙的第一共享发射/接收间隙即第一STRS，其中叶节点即LN可以在所述第一STRS期间竞争与分时隙信道跳频无线通信网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：