[发明专利]网状网络中的跳频扩频通信

说明书

一种网状网络，包括控制器和多个网状网络设备，所述网状网络设备可操作成与控制器通信。控制器和多个网状网络设备均包括计时单元，可操作成根据跳频序列进行通信。网状网络设备在发送模式和非激活模式之间切换，在发送模式下，网状网络设备能够向一个或多个其它网状网络设备和/或控制器发送信息，在非激活模式下，网状网络设备不能向一个或多个其它网状网络设备或控制器发送消息或从其接收消息。网状网络设备的计时单元是同步的，并且网状网络设备可操作成以伪随机时间间隔切换到发送模式。

技术领域

本发明涉及网状网络中的跳频扩频(FHSS)通信。具体来说，本发明涉及使用FHSS通信来同步网状网络的方法，尤其涉及在电池供电和/或无线网状网络(例如警报系统)中使用FHSS通信来同步网状网络的方法。

技术背景

点对点无线通信本质上是不可靠的。大气条件、阻挡介质和外部干扰都容易发生变化，从而减弱或抑制无线通信路径。减少这些因素影响的一种行之有效的方法是形成网状网络，在任一设备的主路径出现故障时为其提供备用路径。

这种方法的主要缺点则是，所有的设备都必须能够具备接收和发送消息的能力，这就增加了电流的消耗。为减少这种影响，WO2011/009646(Texecom)中提出了一种对传输和接收进行时间同步的方法，使处于激活状态的时长保持在最小。

在真正的电池供电的网状网络中，所有节点都转发(即接收和转送)消息，而不仅仅是本地供电的节点转发消息，电池供电的节点在转发消息中不起作用。在这种情况下，需要定期唤醒所有节点，以检查发送器的前导码。为了尽可能降低功耗，这需要很快发生；如果没有要接收到前导码，则必须尽快关闭接收器，以节省电池寿命。

在WO2011/009646中的系统中，单个集线器或“控制设备”与多个安全设备通信，该些安全设备通常每0.5秒同步切换到激活状态并保持在激活状态18ms以相互通信和传输数据。

跳频扩频(FHSS)是一种无线电通信方法，它涉及以发送器和接收器都知道的序列通过多个频率信道切换载波。

它的主要优点是比单信道系统具有更好的抗窄带干扰能力。如果某个信道被使用或阻塞，则FHSS系统可以跳到下一个信道。FHSS系统也非常擅长与其它系统共享带宽，不会给未使用的信道增加明显的噪声。

在任一信道的驻留时间从数据包中的几位(微秒)到几百毫秒不等。有些系统传输的短包占用一个信道，而另一些系统传输的长包则分布在多个信道上。

包括美国联邦通信委员会(FCC)在内的世界各地的认证机构，通常允许使用大量(超过50个)信道的FHSS系统进行更高功率传输。

与任何FHSS系统相关的一个挑战是发送器和接收器的同步问题。

解决以上问题的一种方法是保证发送器在固定时间段内在前导码期间使用所有的信道。然后，接收器可以通过挑选一个随机的信道并监听该信道上的前导码来找到发送器。虽然这样有效，但它需要来自发送器的长前导码，并需要接收器在相当长的一段时间内处于激活状态以确保监听到发送器。

或者，接收器可以在各信道之间循环，以便在单个信道上挑选出发送器前导码，但这也有同样的缺点。

这两种FHSS同步方法都不适用于电池供电的网状网络。例如，在一个50个信道的系统中，每个接收器每次搜索前导码时，需要花费50倍的时间来接收信号，这对电池寿命的影响是灾难性的。

因此，如果需要低功率操作，FHSS被认为不适用于具有电池供电节点的网状网络，甚至不适用于本地供电节点。

在安全性很重要的情况下，FHSS是有用的，因为数据通过不同的信道发送，所以监听/阻塞设备不能简单地阻塞传输数据的一个信道(与单信道系统不同)。然而，特别是在FHSS系统连续地通过信道传输时，这种监听/阻塞设备可以确定跳频序列，并在被监听信道上的数据停止接收时通过切换信道来阻塞/监听正确的信道。