用于智能跳频发现和同步的装置和方法

专利名称：用于智能跳频发现和同步的装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通信系统，更具体而言，涉及用于智能跳频发现和同步的装置和方法。
背景技术：
无线通信系统通常采用跳频扩展频谱技术。这些技术通常包括使
用多个频率信道(fr叫uency channel)来发送无线信号。在这些技术中，发送机和接收机两者均在多个频率信道之间切换，其中切换按照伪随机顺序发生。跳频扩展频谱技术通常是有用的，因为它们有助于减少电磁干扰及其它干扰和噪声的影响。作为特定示例，这些技术常常在其中由工业过程产生大量干扰和噪声的工业控制系统中有用。
跳频扩展频谱技术常常需要发送机与接收机之间的同步。通常，这包括使所有发送机和所有接收机同步至同 一 跳频模式(frequency-hopping pattern )和偏移或相位。i 兆频才莫式表示频率信道的序列，该序列识别在通信期间使用的信道的顺序。偏移或相位识别发送机所使用的跳频模式中的当前位置。当同步至发送机的跳频模式和偏移或相位时，接收机知道发送机在任何给定时间使用的信道频率。

发明内容
本公开提供一种用于智能跳频发现和同步的装置和方法。在第 一 实施例中， 一种装置包括可操作用于与无线网络中的节点通信的收发机。所述装置还包括可操作用于存储与所述节点的跳频模式相关的信息的存储器。另外，所述装置包括可操作用于使用所述节点的跳频模式使所述收发机与所述节点同步的控制器。
在第二实施例中， 一种系统包括形成无线网络的多个节点。每个节点可操作用于广播识别该节点的跳频模式的信息并接收识别至少一个其它节点的跳频模式的信息。每个节点还可操作用于使用所述至
4少一个其它节点的跳频模式来与所述至少一个其它节点通信。
在第三实施例中， 一种方法包括在无线网络中的第一节点处在多个频率信道中扫描来自网关的消息。该方法还包括使用所述消息使所述第一节点与所述网关的跳频模式同步。所述方法还包括向所述无线网络中的第二节点发送识别所述第 一 节点的跳频模式的信息。所述方法还包括在所述第一节点处接收识别所述第二节点的跳频模式的信息。另外，所述方法还包括使用所述第一节点的跳频模式来操作第一节点并使用所述第二节点的跳频模式来使所述第一节点与所述第二节点同步以进行无线通信。
通过以下附图、说明、以及权利要求，本领域的技术人员可以轻易地清楚其它技术特征。


为了更彻底地理解本公开，现在将对结合附图进行的以下说明进
行参考，在附图中
图1示出根据本公开的一个实施例的示例性过程控制系统；
图2示出根据本公开的一个实施例的过程控制系统中的示例性节
点；
图3示出根据本公开的 一个实施例的用于无线初始配置的示例性
方法；
图4示出根据本公开的 一个实施例的用于无线物理发现的示例性
方法；
图5示出才艮据本/>开的 一 个实施例的用于无线网络发现的示例性
方法；
图6示出根据本公开的 一 个实施例的用于无线网络更新的示例性
方法；
图7示出根据本公开的一个实施例的用于无线网络中的发送的示例性方法；以及
图8示出根据本公开的 一 个实施例的用于无线网络中的接收的示例性方法。
具体实施例方式
图1示出根据本公开的一个实施例的示例性过程控制系统100。
图1所示的过程控制系统100的实施例仅用于说明。在不脱离本公开
的范围的情况下可以使用过程控制系统ioo的其它实施例。
在本示例性实施例中，过程控制系统100包括一个或多个过程元件102。过程元件102表示可以执行多种功能中的任何一种的过程或生产系统中的组件。例如，过程元件102可以表示处理环境中的阀、泵、或任何其它或附加工业设备。每个过程元件102包括用于执行处理或生产系统中的 一 个或多个功能的任何适当结构。
控制器104耦合到过程元件102。控制器104控制一个或多个过程元件102的操作。例如，控制器104可能够向一个或多个过程元件102提供控制信号，从而调整那些过程元件102的操作。控制器104还可以诸如通过接收通过管道的材料的流速的传感器测量来接收与系统IOO相关的信息。控制器104可以诸如通过使用所测量的流速来控制阀而使用此数据来控制一个或多个过程元件102。控制器104包括用于控制一个或多个过程元件102的硬件、软件、固件、或其组合。控制器104可以例如表示执行樣i软一见窗(MICROSOFT WINDOWS )操作系统的计算设备。
网络106将控制器104耦合到过程控制系统100中的其它组件。网络106促进系统100中的各种组件之间的通信。例如，网络106可以在网络地址之间传送网际协议(IP)分组、帧中继帧、异步传输模式(ATM)蜂窝、或其它适当信息。网络106可以包括一个或多个局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)、诸如因特网等所有或一部分全球网络、或一个或多个位置处的任何其它通信系统。
如图1所示，过程控制系统IOO还包括用于与处理环境中的便携式传感器或其它无线设备通信的一个或多个无线网络。在本示例中，使用网关108、基础i殳施节点("I节点")110a 110b、以及叶节点112a~ 112h来形成无线网络。
网关108在网络106所使用的协议(一个或多个)与节点110a~110b、 112a~ 112h所4吏用的协议(一个或多个)之间转换数据。例如，网关108可以将以太网格式数据(网络106所使用)转换成节点110a~
6110b、 112a ~ 112h所使用的无线协议格式(诸如IEEE 802.lla、802.11b、 802.llg、 802.lln、 802.15.3、 802.15.4、或802.16协议格式)。网关108还可以将从节点110a~ 110b、112a 112h中的一个或多个接收到的数据转换成以太网格式数据以便通过网络106进行发送。网关108包括用于促进使用不同协议的组件或网络之间的通信的任何适当结构。.
基础设施节点110a~ 110b和叶节点112a~ 112h参与与网关108的无线通信。例如，节点110a 110b、 112a~ 112h中的至少一些可以接收或产生用于无线发送的数据并无线地传送该数据以便递送到网关108。而且，节点110a 110b、 112a~ 112h中的至少一些可以4妾收从网关108发送过来的数据并使用该数据和/或将该数据转送到另一目的地。这样，节点110a 110b、 112a~ 112h形成能够向诸如大型工业综合体中的指定区域提供无线覆盖的无线网络。
在本示例中，节点110a 110b、 112a~ 112h分为基础设施节点和叶节点。基础设施节点110a~ 110b表示线路供电(line-powered)设备，意指从外部源接收工作功率的那些节点。结果，这些节点110a~110b通常由于内部电源而在其操作方面不受限制。另一方面，叶节点112a~ 112h表示电池供电设备，意指这些节点从内部电池或其它电源接收工作功率。因此，这些节点112a~ 112h常常在其操作中受到更多限制以便帮助保持其内部电源的使用寿命。
节点110a~ 110b、 112a~ 112h中的每一个包括促进向和从网关108进行的无线通信的任何适当结构。节点110a 110b、 112a 112h的一个示例性实施例在下文描述的图2中示出。节点110a~ 110b、112a~ 112h中的每一个还可以包括其它功能，诸如用于生成或使用通过无线网络传送的数据的功能。例如，叶节点112a~ 112b可以表示工业设施中的用来测量设施内的各种特性的传感器。这些传感器可以收集传感器读数(reading)并经由网关108将该传感器读数传送到控制器104。叶节点112a~ 112h还可以表示能够从控制器104接收控制信号并调整工业i殳施的操作的才丸行机构(actuator)。这样，叶节点112a~ 112b可以包括在物理上连4妻到控制器104的过程元件102或以类似于过程元件102的方式操作。
在才喿作的一方面，网关108和节点110a~ 110b、 112a 112h使
用跳频扩展频谱技术通信。在传统跳频扩展频谱系统中，无线发送机和接收机的同步常常包括相当数量的开销并可能导致功率消耗增加。例如，整个传统跳频扩展频谱系统的同步可能需要交换许多消息，这消耗发送机和接收机中的功率。对于诸如叶节点112a 112h等电池供电设备，这可能导致特定的问题。此外，整个系统的同步常常导致在系统中在任何 一 个时间使用单个频率信道。
为了克服这些及其它缺点，可以本地地使系统100中的节点110a~ 110b、 112a~ 112h中的每一个与其相邻节点或网关108同步。然而，节点ii0a~ 110b、 112a~ 112h中的每一个不一定必须始终与系统100中的所有其它节点同步。相反，在正常操作期间，特定的节点可以使用其自己的跳频模式和相位来操作。该特定节点还可以使其本身与相邻节点同步以便向所述相邻节点发送数据。这样，节点可以在
没有全系统范围的同步所需的开销的情况下相互本地地通信。此外，系统100中的不同节点可以同时使用不同的频率信道来发送数据，从
而提高频率信道的使用并增加可用于传送数据的带宽。
为了相互通信，系统100中的网关108和节点110a~ 110b、112a 112h可以实现各种初始化和发现过程。这些过程允许系统100中的每个节点110a~ 110b、112a 112h发现其相邻节点的身份并识别关于其相邻节点的某些信息，诸如每个相邻节点的跳频模式和相位。这些过程还允许系统100中的每个节点110a~ 110b、 U2a 112h确定到网关108的一个或多个^各径。这样，节点110a 110b、 112a 112h中的每一个能够获得其在无线网络内通信所需的信息。下面更详细地描述各种初始化和发现过程。
虽然图1示出过程控制系统100的一个示例，但可以对图1进行各种修改。例如，过程控制系统IOO可以包括任何数目的过程元件、
控制器、网络、网关、基础设施节点、以及叶节点、而且，图1所示的功能划分仅用于说明。可以将图1中的各种组件组合或省略，并可以根据特定需要添加附加组件。此外，虽然被描述为支持无线网络，过程控制系统100可以支持任何数目的无线网络或子网络。除此之外， 图1中的通信路径仅用于说明且可以根据实施方式而改变。作为特定
示例，虽然图1中的叶节点112a~ 112h被示为直接相互通信，但叶 节点112a~ 112h可以只与基础设施节点110a~ 110b通信。另外，图 1示出其中可以使用跳频扩展频谱通信及初始化和发现过程的 一个操 作环境。这种功能可以用于任何适当的过程控制或非过程控制系统或 环境。
图2示出根据本公开的 一 个实施例的过程控制系统中的示例性节 点200。节点200可以例如表示来自图1的过程控制系统100的基础 设施节点或叶节点。图2所示的节点200的实施例仅用于说明。在不 脱离本公开的范围的情况下，可以使用节点200的其它实施例。而且， 为了便于解释，将图2中的节点200描述为在图1的系统100中操作。 可以在任何适当的设备、系统、或网络中以任何其它能力(capacity) 来使用节点200。
如图2所示，节点200包括收发机202。收发机202使用跳频扩 展频谱来促进向和从节点200进行的无线通信。例如，收发机202可 以接收基带或中间数据信号并将该信号调制到载波信号上以通过天 线204进4于发送。收发纟几202还可以从天线204 4妻收载波信号并将该 信号向下变频成基带信号或中间信号。收发机202包括用于发送和/ 或接收无线信号的任何适当结构。在某些实施例中，收发机202表示 射频(RF)收发才几，并且天线204表示RF天线。收发才几202可以使 用任何其它适当的无线信号进行通信。而且，可以用发送机和单独的 接收机来代替收发机202,或者如果节点200表示"仅发送 (transmit-only)，，型节点，则可以用发送机来代替收发机202。
控制器206耦合到收发机202。控制器206控制节点200的总体 操作。例如，控制器206可以接收或生成将在外部发送的数据，并且 控制器206可以将该数据提供给收发机202以进行无线发送。控制器 206还可以从收发机202接收被发送到节点200的数据并使用该数据。 作为特定示例，控制器206可以接收或生成与工业过程相关的测量数 据并将该数据提供给收发机202以便发送到控制器104 (经由网关108)。控制器206还可以从控制器104接收数据并调整过程控制系 统100中的一个或多个执行机构的操作。控制器206还可以接收并发 送用来使系统100中的节点同步的数据，诸如发送节点200的跳频模 式和相位或接收另一节点的跳频模式和相位。另外，控制器206可以 使用此信息来使收发机202同步以便与系统100中的其它节点通信。 控制器206包括用于控制节点200的操作的任何适当硬件、软件、固 件、或其组合。作为特定示例，控制器206可以表示处理器、微处理 器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、或其它处理或控制设 备。
存储器208耦合到控制器206。存储器208存储由节点200使用、 收集、或生成的多种信息中的任何种。例如，如下文更详细地描述的 那样，存储器208可以存储被节点200用来使过程控制系统100中的 相邻节点同步并与之通信的各种信息。存储器208包括任何适当的易 失性和/或非易失性存储和检索设备(一个或多个)。
另外，节点200包括电源或接口 210。如果节点200表示基础设 施节点110a~ llOb，则电源或接口 210可以表示功率转换器、调节器、 分配器、或用于从外部源接收功率并向节点200的组件提供功率的其 它结构。可以以^壬何适当方式从外部源接收功率，诸如通过一个或多 个导线或其它物理连4^。如果节点200表示叶节点112a~ 112h，则电 源或接口 210可以表示向节点200的组件提供功率的内部或本地连接 电源。在叶节点中，电源或接口 210可以表示任何适当电源，诸如电 池、太阳能电池、燃料电池、或任何其它电源。
在本示例中，存储器208用来存储促进向和从节点200进行的无 线通信的各种信息。例如，存储器208可以存储节点200的跳频模式 (FH) 212和相位214。跳频冲莫式212识别节点200在无线发送期间 使用各种频率信道的顺序。跳频模式212可以例如表示一千个信道标 识符的序列，每个信道标识符识别十五个信道之一。相位214识别跳 频模式212中的当前位置。
如上所述，当在过程控制系统IOO或其它系统中操作时，节点200 可以使用从相邻节点收集的信息来本地地与那些相邻节点通信。可以
10将各种数据存储在存储器208中以支持这些功能。例如，存储器208 可以包括各种数据集216,每个集216与不同的相邻节点相关。在特 定实施例中，每个集216表示寄存器的集合。对于每个相邻节点，集 216可以识别相邻节点的地址(A) 218、该相邻节点所使用的跳频才莫 式(FH) 220、该相邻节点的相位(P) 222、以及到该相邻节点的无 线链路的质量(Q) 224。
集216还可以包括附加信息。例如，如下文更详细地描述的那样， 相邻节点可以表示仅发送节点，意指该相邻节点不包括用于接收数据 的接收机。结果，相邻节点可能无法使其本身与节点200同步。在这 些实施例中，节点200包括其可以用来使其本身与由相邻节点进行的 发送同步的附加数据。例如，集216可以包括相邻节点的占空比(DC )
，口 w丁tt /j7jc /丫 ^ehil左、o j 。
亡sl tG zz。 tr、力'j恭y ，日々p 7 -、日;j 发送之间的间隔。时钟脉沖相位差228识别节点200所使用的时钟与 相邻节点所使用的时钟之间的差。使用此信息，节点220可以预测相 邻节点何时发送数据并能够准备接收由该相邻节点发送的数据。
另外，如下文更详细地描述的那样，节点200可以分析从其相邻 节点接收到的数据以识別到网关108或其它目的地的一个或多个路径 或路由。节点200可以将一个或多个路由230存储在存储器208中。 路由230可以包括到网关108的主路由和备用路由、到网关108的所 有识别路由、或任何数目的到一个或多个其它目的地的路由。
虽然图2示出过程控制系统中的节点200的一个示例，但可以对 图2进行各种修改。例如，存储器208可以以任何适当布置来存储任 何其它或附加信息。而且，可以将图2中的各种组件组合或省略，或 者可以根据特定需要来添加附加组件。
图3示出根据本公开的一个实施例的用于无线初始配置的示例性 方法300。方法300可以例如在图1的系统100中用来使系统100中 的所有节点同步至网关108的跳频模式。此同步可以促进其它操作， 诸如系统100中的相邻节点之间的跳频信息的交换。图3所示的方法 300的实施例仅用于说明。在不脱离本公开的范围的情况下，可以使 用方法300的其它实施例。而且，为了便于解释，就图I的系统IOO来描述方法300。方法300可以与任何其它适当设备或系统一起使用。 在步骤302,网关开始以已知跳频模式来广播同步分组。这可以
包括例如网关108使用预定义跳频模式来广播小的同步分组。网关108
可以以该跳频模式在每个频率信道处发送同步分组多次。
在步骤304，节点打开其用于网关所使用的每个频率信道的接收
窗口并在每个频率信道中扫描同步分组。这可以包括例如系统100中
的节点110a~ 110b、 112a~ 112h扫描频率信道并尝试确定来自网关 108的同步分组的位置。在此步骤期间，节点110a~ 110b、 112a ~ 112h 可以使用各种快速跳跃扫描模式(hopping scan mode )来确定来自网 关108的同步分组的位置。例如，每个节点扫描所有频率信道所用的 时间可以等于网关208在 一 个频率信道上发送同步分组所花费的时。
在步骤306，网关范围内的节点与该网关同步。这可以包括例如 图1所示的基础^1施节点110a~ 110b和叶节点112e与网关108的跳 频模式和相位同步。通过在网关108在一个频率信道上广播的时间期 间扫描所有频率信道，网关108范围内的节点可以识别来自网关108 的同步分组并与网关的跳频模式同步。
这里，在步骤308,同步的节点使用网关的跳频模式来广播同步 分组。这可以包括例如图1中的基础设施节点110a~ 110b和叶节点 112e使用(基础设施节点110a~ 110b和叶节点112e同步到的)网关 108的跳频模式来广播同步分组。在步骤310，系统100中的其余节 点打开其接收窗口并扫描同步分组。在步骤312,广播节点范围内的 节点与广4番节点同步(A^而与网关同步)。例如，叶节点112a和112c 可以与图1中的基础i殳施节点110a同步，并且叶节点112h还可以与 图1中的基础设施节点110b同步。
如果在步骤314尚未满足时限或其它条件，则过程返回步骤308， 在步骤308,同步的节点广播同步分组并使系统中的其它节点同步。 否则，已满足时限或其它条件，且方法300结束。理想地，在该点处， 系统100中的所有节点110a~ 110b、 112a~ 112h与网关108同步，并 可能发生附加操作。图4示出根据本公开的 一 个实施例的用于无线物理发现的示例性
方法400。该方法400可以例如在系统100中的节点已与网关108同 步之后(如图3所示)在系统100中使用。此物理发现过程可以允许 系统100中的节点发现任何相邻节点的身份。图4所示的方法400的 实施例仅用于说明。在不脱离本公开的范围的情况下可以使用方法 400的其它实施例。而且，为了便于解释，就图1的系统100来描述 方法400。方法400可以与任何其它适当设备或系统一起使用。
在步骤402,系统中的网关和节点开始使用网关的跳频模式。这 可以包括例如网关108进入发送模式且节点110a~ 110b、 112a~ 112h 进入接收模式。节点可以使用在方法300期间收集的信息来估计网关 的跳频模式。
在步尿裝404, 网关厂^番其;也址和与其3兆步贞才莫式相关的'fF息。逸可 以包4舌例如网关108广纟番其地址和可以^皮节点用来识别网关的特定跳 频才莫式的种子值(seed value)。这还可以包括网关108在此信息#皮广 播之后进入接收模式。
在步骤406,网关范围内的每个节点识别关于网关的各种信息。 例如，网关108范围内的每个节点可以识别网关的跳频才莫式和相位， 以及到网关108的无线链路的质量。网关108范围内的每个节点还可 以识别到网关108的^各由，该^^由在这种情况下是到网关108的单个 直接路径。这里，网关108范围内的每个节点具有与网关108同步所 需的信息。
在步骤408，网关范围内的每个节点广播其自己的信息。这可以 包括例如网关108范围内的每个节点广播其自己的地址、其自己的跳 频才莫式和相位、以及与网关108的《连^各质量。这还可以包括网关108 范围内的每个节点广播其已经识别的到网关108的任何路由。在特定 实施例中，每个广播节点可以在执行载波侦听多址接入/冲突避免 (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance, CSMA/CA )感测 之后广播此信息，并且每个广播节点可以在其广播之后进入接收模 式。
在步骤410,广播节点范围内的每个节点识别与该广播节点相关
13的各种信息。这可以包括例如广播节点范围内的每个节点识别广播节 点的跳频模式、相位、以及链路质量。这还可以包括识别(通过广播 节点)到网关108的一个或多个路由。
然后，此过程本身可以重复，直至系统中的所有节点已接收到关
于其邻居的信息。如果在步骤412不是系统中的所有节点都已接收到 关于其邻居的信息，则在步骤410期间同步的每个节点在步骤414广 播其自己的信息。这可以包括例如每个节点广播其自己的地址、跳频 才莫式和相位、到网关108的《连^各质量、以及其识别的到网关108的4壬 何路由。而且，每个广播节点可以在执行CSMA/CA感测之后进行广 播并随后在其广播之后进入接收模式。方法400随后返回步骤410， 在步骤410,广播节点的任何邻居从广播节点接收数据。最后，所有 节点识别关于其邻居的相关信息，并且方法400结束。
图5示出根据本公开的 一个实施例的用于无线网络发现的示例性 方法500。方法500可以例如在系统100中的节点已经与网关108同 步(如图3所示)之后和节点已经识别其邻居(如图4所示)之后在 系统100中使用。此网络发现过程可以允许系统100中的节点识别被 用来与网关108通信的一个或多个路由。图5所示的方法500的实施 例仅用于说明。在不脱离本公开的范围的情况下可以使用方法500的 其它实施例。而且，为了便于解释，就图1的系统100来描述方法500。 方法500可以与任何其它适当的设备或系统一起4吏用。
在步骤502,每个节点识别到网关的主路由和次路由。在方法400 期间，每个节点可能已识别了到网关108的多个路由。对于特定节点， 其相邻节点中的每一 个可能已广播识别到网关108的相邻节点的识别 ^各由的信息。从所有相邻节点起的路由可以表示可以从中选择主路由 和次^各由的^各由集合。可以4吏用任何适当的标准来选4奪主^各由和次^各 由，诸如根据跳(hop)的最小数目、最佳链路质量、公共中间节点 的最小数目(路由之间的重叠的最小量)、或这些项的组合来选择最 佳路由。所识别的主路由和次路由(且可能是所有^^由)可以被存储 在诸如存储器208中。在步骤504，每个节点随后广播完成消息。
在所有节点已广播完成消息之后，在步骤506，网关广播用于节点进入正常操作模式的命令，并且在步骤508节点在起正常操作才莫式 下运行。在正常操作模式下，每个节点遵循其自己的跳频模式及其自 己的单独时钟。在此模式下，节点可以变得相互不同步，诸如由于由 晶体缺陷和环境变化(诸如温度)而引起的时钟漂移。当发生无线通 信时，节点可以使用从相邻节点收集的信息来暂时与相邻节点同步。 这使得能够在降低维持整个系统100的同步所需的开销的同时进行跳 频系统中的无线通信。其还使得不同的节点能够同时使用不同的频率 信道，从而增加可用于无线通信的带宽。
如果在步骤510处节点在正常操作期间丢失到网关的路由，则在 步骤512处该节点识别到网关的一个或多个新路由。这可以包括例如 执行与在步骤502期间所执行的相同的功能以识别到网关108的其它 路由。如果在步骤514处不需要系统的初始配置或更新，则过程返回 到步骤508，并且节点在正常模式下继续操作。否则，需要系统的初 始配置或更新，且该方法500结束。这里，可以#1行图3中的方法300 以进行初始配置，或者可以执行用于更新网络的方法。
图6示出根据本公开的 一个实施例的用于无线网络更新的示例性 方法600。方法600可以例如在向系统100添加新节点或现有节点丢 失到网关108的路由时使用。图6所示的方法600的实施例仅用于说 明。在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用方法600的其它实施 例。而且，为了便于解释，就图1的系统100来描述方法600。方法 600可以与任何其它适当设备或系统一起使用。
在步骤602，网关开始网络的重新配置。这可以包括例如网关广 播指示无线网络的重新配置正在发生的消息。可以以任何方式来开始 网络的重新配置，诸如由用户通过用户设备(类似于计算设备或手持 式个人数字助理)来手动地执行。在步骤604,系统中的每个节点随 后将该重新配置告知其邻居。这可以包括例如每个节点使用每个相邻 节点的跳频才莫式和相位来与该相邻节点通信。
在步骤606，每个节点随后使用网关的跳频模式来广播与该节点 相关的信息。这可以包括例如每个节点广播其地址、跳频模式、相位、 链路质量、以及到网关108的路径。在此步骤期间使用的网关的跳频模式可以是在初始配置期间识别的相同跳频模式。而且，在此步骤期
间，可以使用CSMA/CA感测来避免同时发送。在此步骤期间，新节 点或正在更新的节点在步骤608识别其邻居和与其邻居相关的信息 (诸如跳频模式和相位)。所述新节点或正在更新的节点在步骤610 识别到网关的一个或多个路由，并且该节点在步骤612广播完成消息。 这里，所述新节点或正在更新的节点占有用于与其相邻节点同步的信 息，允许所述新节点或更新节点进行通信。
图7示出根据本公开的 一 个实施例的用于无线网络中的发送的示 例性方法700。方法700可以例如被系统100中的一个节点用来与相 邻节点通信。图7所示的方法700的实施例仅用于说明。在不脱离本 公开的范围的情况下可以使用方法700的其它实施例。而且，为了便 于解释，就图1的系统100来描述方法700。方法700还可以与任何 其它适当设备或系统一起使用。
在步骤702，节点获得用于发送的数据。这可以包括例如节点接 收或生成与传感器测量相关的数据。这还可以包括节点接收用于到系 统100中的执行片几构的发送的命令。在步骤704，该节点识别相邻节 点。这可以包括例如节点识别到网关108的^各由(对于正在向网关108 发送的数据)或识别到邻居节点的路由(对于正在从网关108发送的 数据)。在步骤706，该节点识别相邻节点的跳频模式和相位。这可 以包括例如使用在来自相邻节点的先前发送期间(诸如在物理发现期 间)从相邻节点获得的信息。在步骤710，使用此信息来向相邻节点 发送数据。这样，发送节点能够使其本身与至少一个相邻节点同步以 进行发送。节点不需要在其操作中自始至终保持同步。
图8示出根据本公开的 一个实施例的用于无线网络中的接收的示 例性方法800。例如试图接收来自仅发送叶节点的发送的基础设施节 点110a~ 110b可以使用方法800。图8所示的方法800的实施例仅用 于说明。在不脱离本公开的范围的情况下可以使用方法800的其它实 施例。而且，为了便于解释，就图1的系统100来描述方法800。方 法800可以与任何其它适当设备或系统一起《吏用。
如上所述，系统100中的某些叶节点可以表示仅发送节点。仅发
16送节点不能从其邻居接收信息以便与其邻居的跳频模式和相位同步。 作为替代，其邻居中的一个或多个可以估计来自仅发送节点的发送的 可能时间并可以使其本身准备好在那时进行接收。在特定实施例中，
仅仅由基础设施节点110a~ 110b而不是叶节点112a~ 112h来使用方 法800 (以保存叶节点112a~ 112h处的功率)。
在步骤802处，节点接收相邻仅发送节点的跳频模式、相位、以 及占空比。该占空比表示相邻仅发送节点处的4喿作之间的预期时间 量，意指其定义发送之间的预期时间量。如果相邻仅发送节点所使用 的跳频模式事先已知，则在此步骤中可以省略跳频模式的接收。
在步骤804,接收节点估计相邻仅发送节点的下一次发送时间。 这可以包括例如识别当前时间并将当前时间与相邻^f又发送节点的占 空比求和。
在步骤806，接收节点打开用于相邻仅发送节点的接收窗口。接 收窗口可以位于在步骤8 04所确定的估计发送时间的中心。在此步骤 的第一次重复期间，接收窗口可以较大。这样做可以是例如为了保证 捕捉到来自仅发送节点的第 一次发送，即使仅发送节点的时钟脉冲相 位差量是未知的。在步骤808,接收节点从相邻仅发送节点接收数据 发送。例如，相邻仅发送节点可以在多个频率信道上发送相同的数据。
在步骤810，接收节点更新用于相邻仅发送节点的时钟脉冲相位 差。这可以包括例如确定所计算的发送到达时间与实际发送到达时间 的差。可以将所述差视为相邻仅发送节点的时钟脉沖相位差，且可以 存储该时钟脉冲相位差(诸如在用于该相邻仅发送节点的数据集216 中)。
过程随后返回到步骤804以便在步骤804估计用于相邻仅发送节 点的下 一 次发送时间。在此过程的此重复和随后重复期间，在步骤8 0 6 处打开的接收窗口可以较小，因为接收节点具有仅发送节点的时钟脉 冲相位差的更准确估计。然而，由于时钟脉冲相位差可能受到诸如温 度等因素的影响，接收窗口可以保持足够大以便在不同条件下捕捉来 自仅发送节点的发送。
虽然未示出，但相邻仅发送节点的占空比不需要保持恒定。相邻仅发送节点可以动态地改变其占空比并随后在后续通信期间将此变 化告知接收节点。例如，仅发送节点可以将其新的占空比或其下一次 发送的绝对时间告知接收节点。此外，如果相邻仅发送节点的占空比 长，则节点之间的时钟脉冲相位差可能变得过大，使得接收节点难以 准确地预测仅发送节点的发送时间。在某些实施例中，相邻仅发送节
点可以发送具有短于占空比的周期(period)的短时钟同步消息。这 允许接收节点更准确地预测来自仅发送节点的数据发送的到达时间。 另外，方法800已被描述为由基础设施节点110a 110b针对仅 发送叶节点执行。然而，相同的方法800可以用于收发机叶节点(能 够进行发送和接收的叶节点)。通过在线路供电基础设施节点110a~ 110b上实现方法800,叶节点112a~ 112h不需要执行各种同步功能 以便成功地向基础设施节点110a~ 110b传送数据。这可以降低叶节 点112a~112h的功率消l毛并有助于增加叶节点l]2a~ 112h中的电源 的寿命。
虽然图3至图8示出可以在无线网络中执行的示例性功能，但可 以对图3至8进行各种修改。例如，虽然被示为一系列步骤，但每个 方法中的各种步骤可以重叠、并行地进行、或按照不同的顺序进行。 而且，可以以任何其它适当方式来实现这些图所示的功能。另外，节 点不需要局限于物理发现期间的单一信息发送。每个节点可以进行多 次广播，诸如其自己的信息的一次广播及其邻居信息的( 一次或多次) 其它广播。
在某些实施例中，可以用由计算机可读程序代码形成并在计算机 可读介质中体现的计算机程序来实现或支持上述各种功能。短语"计 算机可读程序代码"包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标 代码、以及可执行代码。短语"计算机可读介质"包括能够被计算机 访问的任何类型的介质，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器 (RAM)、硬盘驱动器、光盘(CD)、数字视频盘或数字多功能盘 (DVD)、或任何其它类型的介质。
阐明本专利文献中自始至终使用的某些词汇和短语的定义可能
是有利的。术语"耦合"及其派生词指的是两个或更多元件之间的任
18何直接或间接通信，无论那些元件是否相互进行物理接触。术语"应 用程序"和"程序"指的是一个或多个计算机程序、软件组件、指令 集、过程、函数、对象、类、实例、相关数据、或其适合于以适当的 计算机代码(包括源代码、目标代码、或可执行代码)实现的部分。 术语"发送"、"接收"、和"传送，，以及其派生词包含直接和间接 通信两者。术语"包括"和"包含"以及其派生词意指非限制性的包 含。术语"或"是包含性的，意指和/或。短语"与...相关"和"与其 相关"以及其派生词可以意指包括、被包括在内、与…互连、包含、 被包含在内、连接到或与...相连、耦合到或与...耦合、可与...通信、与... 协作、交错、并列、接近于、束缚于或受...束缚、具有、具有…的性 质等等。术语"控制器"意指控制至少一个操作的任何装置、系统、 或其部分。控制器可以以硬件、固件、软件、或其中至少两个的某些 组合来实现。与任何特定控制器相关的功能可以本地或远程地集中或 分布。
虽然本公开已描述了某些实施例和一般相关的方法，但这些实施 例和方法的修改和变更对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。 因此，示例性实施例的以上说明并不限定或约束本公开。在不脱离如 以下权利要求书所限定的本发明的精神的范围的情况下，还可以有其 它》务改、一#换、和变更。
权利要求
1.一种装置，包括收发机(202)，可操作用于与无线网络中的节点(110a～110b、112a～112h)通信；存储器(208)，可操作用于存储与所述节点的跳频模式相关的信息；以及控制器(206)，可操作用于使用所述节点的跳频模式来使所述收发机与所述节点同步。
2. 权利要求1的装置，其中所述收发机可操作用于从所述节点接收识别所述节点的跳频模 式的信息；以及所述收发机可操作用于向所述节点发送识别所述装置的跳频模 式的信息。
3. 权利要求2的装置，其中所述收发机可操作用于使用网关(108)的跳频模式来接收识别 所述节点的跳频模式的信息；以及所述收发机可操作用于使用所述网关的跳频模式来发送识别所 述装置的跳频模式的信息。
4. 权利要求1的装置，其中所述收发机可操作用于使用所述网关的跳频模式来从网关接收 一个或多个同步消息；以及所述收发机可操作用于使用所述网关的跳频模式来向所述节点 发送一个或多个同步消息。
5. 权利要求1的装置，其中，所述装置与所述节点形成过程控制 系统(100)的一部分，该过程控制系统可操作用于控制工业过程。
6. —种系统，包括形成无线网络的多个节点(110a U0b、 U2a U2h)，每个节点可操作用于广播识别该节点的跳频模式的信息并接收识别至少一 个其它节点的跳频模式的信息，每个节点还可操作用于使用所述至少 一个其它节点的跳频模式来与所述至少一个其它节点通信。
7. 权利要求6的系统，其中，所述节点中的第一个包括收发机(202 ),可操作用于与所述节点中的第二个通信；存储器(208 ),可操作用于存储与所述第一节点和第二节点的跳频模式相关的信息；以及控制器(206),可操作用于使用所述第二节点的跳频模式来使所述收发机与所述第二节点同步。
8. 权利要求6的系统，其中所述系统还包括可操作用于促进无线网络和有线网络(106)中的节点之间的通信的网关(108);以及每个节点可操作用于广播识别其跳频模式的信息并使用所述网关的跳频模式来接收识别所述至少 一 个其它节点的跳频模式的信息。
9. 权利要求6的系统，还包括所述无线网络中的仅发送节点。
10. 权利要求9的系统，其中，所述多个节点中的至少一个可操作用于使用与所述仅发送节点相关的占空比和时钟脉沖相位差来估计所述仅发送节点的发送时间；同步至所述仅发送节点的跳频模式；在所估计的发送时间时或在所估计的发送时间左右接收来自所述仅发送节点的发送；以及在所述仅发送节点进行一 次或多次发送之后更新所述时钟脉沖相位差。
11. 一种方法，包4舌在无线网络中的第一节点(110a~ UOb、 l]2a~ 112h)处在多个频率信道中扫描来自网关(108)的消息；使用所述消息来使所述第 一节点与所述网关的跳频模式同步；向无线网络中的第二节点(110a 110b、 112a~ 112h)发送识别所述第 一 节点的跳频模式的信息；在所述第一节点处接收识别所述第二节点的跳频模式的信息；使用所述第 一 节点的跳频模式来操作所述第 一 节点；以及使用所述第二节点的跳频模式来使所述第一节点与所述第二节点同步以进行无线通信。
全文摘要
一种过程控制系统(100)或其它系统包括使用跳频模式来进行通信的多个节点(110a～110b、112a～112h)。每个节点可以使用其自己的跳频模式来操作。每个节点还可以向诸如任何相邻节点等其它节点广播识别其跳频模式的信息。每个节点还可以接收识别任何相邻节点的跳频模式的信息。所述节点随后可以以非同步方式操作并使用相邻节点的跳频模式进行通信。例如，每个节点可以使用所识别的相邻节点的跳频模式来与相邻节点同步并向其传送数据。这样，所述节点不需要在操作期间始终保持同步。而且，不同的节点可以同时使用不同的频率信道，这有助于增加可用于无线通信的带宽。
文档编号H04B1/713GK101689885SQ200880022875
公开日2010年3月31日 申请日期2008年4月30日 优先权日2007年4月30日
发明者P·S·戈尼亚, R·S·布丹帕蒂, S·N·科拉文努 申请人:霍尼韦尔国际公司