[发明专利]自治无线网络

说明书

本专利申请与相同申请人在同一日期申请并且具有内部参照号A31068的专利申请有关，并且要求欧洲专利申请06251889.9号的优先权。

技术领域

本发明涉及无线设备的自治网络并且已经开发用于在传感器网络中使用，以便在提供固定基础设施不切实际的情形下(例如海洋学)中用于监视环境条件。然而，本发明也可应用于其它领域，在这些领域内，无线设备可相互之间相对自由移动，并且很少或者不使用固定的基础设施。示例应用包括战场使用、灾难恢复和车辆间通信(智能车辆高速公路管理系统)。

背景技术

无线设备具有许多冲突的要求，特别是延长电池寿命与向数据收集站传送数据的速度和可靠性之间具有冲突。通常，可以通过增加发射器功率和数据传送的频率来改善通信可靠性和数据中继速度，但这些措施增加了电力损耗并且因此减少了电池寿命。

此外，如何提供例如在海流上可自由移动的无线设备也是一种挑战，这是因为所述设备能因此彼此相对移动，从而网络拓扑随时间变化。由于通信路径的可靠性和实际存在性对于路径中每个设备的正确操作以及各设备与路径上该设备的直接上游设备和直接下游设备之间的链路可靠性很敏感，因而，当所述设备作为中继将数据从因距离基站过远而无法直接接入该基站的设备传送到该基站时，这个问题尤其严重。链路的可靠性会受到环境状况(例如波浪或陆地(land mass))以及链路端点的设备间的物理距离的影响。

发明内容

在上述背景下做出了本发明。根据本发明的第一个方面，提供了一种操作多个无线设备的方法，每个无线设备包括接收器和发射器，该方法包括：

控制各个设备将时间分割为一系列帧和一系列超帧，其中每个帧包括多个时隙，每个超帧包括多个帧；

在多个超帧中，在第一帧的至少若干个时隙上操作各设备中的接收器；

根据该接收器接收到的信号来确定在该第一帧的至少一些时隙中哪些被来自其它设备的传送所占用；

使用确定的结果生成有关于其它设备的存在和操作状态的数据；

发射要由其它设备接收的数据，该数据包括由该设备产生的存在和操作状态数据。

本发明为各个设备提供了关于其本地环境和邻近设备环境的信息。提供信息给设备以允许它们做出关于其操作的知情选择，例如有效负荷数据的选择性传送。此外，这也可以通过相对低的信令开销来实现。

本方法可包括在发射时隙内操作发射器以发射有效负荷数据，该发射时隙出现在各超帧的第一帧的特定位置；在该第一帧的所有其它时隙操作接收器。向设备分配特定时隙以允许其它的设备能准确地确定该设备与其它设备间的关系，并允许其它设备相应地做出关于它们操作的知情选择。所述有效负荷数据可由该设备产生，或者可以是接收到的来自其它设备的数据。在这些实施方式中，存在和状态数据允许设备确定各个邻居邻近设备与一个指定基站相隔更大、更小还是相同的跳转距离。这允许设备被用作中继来向采集数据的基站发射有效负荷数据。

本方法可包括在发射时隙中发射本地感知信息。优势在于不需要通过分割通信信道来传送本地感知信息和有效负荷数据。由于在给定的总传送时间内，发射器上电一次比上电多次更有效率，因此本方法对于设备而言更节省功率。

所发射的本地感知信息可包括编码，该编码具有针对与本地感知信息相关的各个时隙的单个比特。这允许以非常低的信令开销为设备提供足够信息，使得它们做出关于其操作的知情选择。

确定时隙是否被占用可包括确定从该时隙内接收的信号中能否解码出数据。因为仅当信息在该时隙内可被接收时，设备才确定该时隙被占用，因而这是有优势的。尽管能够以其它方式确定时隙是否被占用，例如通过将接收信号强度的指标与阈值相比较，但是无法检测到冲突。该优选的方法允许设备确定时隙是否被单独占用。

优选的是，确定时隙是否被占用可包括监测在多个超帧的该时隙上接收到的信号。这允许本地感知信息反映链路的可靠性，而不是指示在特定的单个时间点上链路的成功。例如，设备可以在多个超帧(例如8个超帧)上做移动平均值计算。如果超帧的数量足够小，则当数据包传送的可靠性改变时，时隙占用的确定也会随之相对较快地改变。

本方法可包括在第二帧的一个或更多个时隙内操作接收器，该第二帧在超帧中的位置不同于第一帧；并在第一帧的时隙内发射在第二帧的发射时隙内接收到的有效负荷数据。以这种方式，可以形成多个设备组成的层次结构，其中设备将来自处于层次结构中其下方的多个设备的数据中继到层次结构的最高层的设备。设备在层次结构中的层级由它的发射时隙所在的所述帧来设置并可根据该帧确定，给定层级的多个设备的发射时隙处于同一帧中。