[发明专利]用于分配实现单播传输的时隙的系统和方法

说明书

描述了用于通过基于多播组的成员资格移动TDMA模式的超帧中的时隙来减少链路层单播传输中发生的端到端延迟的系统和方法。通过这种方式，向所有多播订户的传输占用相邻的时隙，这将优化时隙分配并改善用于进行多播通信的端到端延迟。

本申请要求于2019年7月30日提交的申请号为62/880,355的美国临时申请的优先权。该引用的外部材料以及其它所有引用的外部材料的全部内容均通过引用并入本文。当通过引用并入的参考文献中的术语的定义或用法与本文提供的术语的定义不一致或相反时，以本文提供的术语的定义为准。

技术领域

本发明的领域是多播通信，例如用于舱内无线传感器网络、物联网、家庭自动化和低功率设备。

背景技术

以下描述包括可有助于理解本发明的信息。这并不是承认本文提供的任何信息是现有技术或与当前要求保护的发明相关，或者明确或隐式地引用的任何专利公开是现有技术。

当前，对无线传感器网络(WSN)的新应用的需求不断增加。一个应用的示例性领域涉及车载通信，尤其是用于飞机的车载通信。随着飞机系统变得越来越互联，飞机中正在使用额外的传感器来确定座椅、电子设备和其他组件的状态和健康状况。随着对新应用的需求日益增多，通过互联网协议(IP)寻址，特别是通过互联网协议版本6(IPv6)和未来的协议，将WSN连接到互联网，以实现全IP通信，从而实现互操作性。

然而，包括电气和电子工程师协会(IEEE)802.15.4在内的当前标准本身并不支持多播。相反，已经开发了利用链路层单播传输或链路层广播传输来实现IP多播的算法。虽然链路层单播传输由于基于确认的重传而提供高可靠性，但由于需要对每个多播订户进行单独传输并且需要高能耗，因此它们具有较差的端到端延迟。相比之下，广播传输由于向所有多播订户进行单次传输，因此端到端延迟和能耗低，但由于缺乏重传和确认，可靠性较低。

因此，虽然已经开发了各种技术来尝试解决上述问题，但每种技术都有其自身的问题。

例如，IEEE 802.11aa标准确定了用于多播传输的各种机制。BT Vijay和B.Malarkodi于2017年在德里举行的2017年第8届计算、通信和网络技术国际会议(ICCCNT)上发表的“A study of IEEE 802.11aa”中可以找到对该标准的研究。标准解决了通过多播通信传输流(例如，语音、音频和视频)的方法。

使用该标准，可以通过添加新的控制消息和机制来改进多个接入点(AP)之间的协调。此外，通过更好的信道选择，更有可能避免干扰，可以更好地评估无线网络性能。通过在AP之间安排和添加广播传输机会的其他方式，还可以在AP之间实现负载共享。使用带重试的组播(GCR)服务，多播帧会在不等待任何确认的情况下多次发送，这会导致传递概率增加。

然而，802.11aa标准是基于CSMA的非确定性方案，并且GCR服务根据重试次数增加开销，并且当链路质量良好时变得低效且不必要。

作为另一个示例，TRM-MAC协议可用于管理当前节点密度的可用时隙。在节点密度低的情况下，可以使用最小时隙。对于较大的节点密度，可以添加额外的时隙。TRM-MAC协议通过在能量和延迟之间进行权衡，可以在最小延迟的情况下实现更高的成功传输率。有关该协议的更多详细信息，请参阅Bhatia和Hansdah于2016年在计算机网络上发表的文章“TRM-MAC:A TDMA-based reliable multicast MAC protocol for WSNs withflexibility to trade-off between latency and reliability”。如图1所示，MAC帧被细分为三部分，无竞争周期1(CFP1)、无竞争周期2(CFP2)和竞争接入周期(CAP)。