[发明专利]TSCH无线通信网络中的自适应时隙分配

说明书

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)。

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

以下文件通过引用并入本文：IEEE STD 802.15.4；和IEEE STD 802.15.4e。

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IEEE802.15.4e 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。

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。

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IEEE892.15.4e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。

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。

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。

发明内容