СПОСОБ УСТАНОВКИ ЧАСТОТНЫХ КАНАЛОВ В МНОГОСКАЧКОВОЙ БЕСПРОВОДНОЙ ЯЧЕИСТОЙ СЕТИ
METHOD OF FREQUENCY CHANNELS SETTING IN MULTIHOP WIRELESS MESH NETWORK

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области управления доступом к среде (MAC) в многоскачковой беспроводной ячеистой сети (которая также называется специальная беспроводная ячеистая сеть), содержащей множество узлов.
Более конкретно, изобретение относится к технологии для установки (также называемой назначением или выделением) частотных каналов в такой сети.
Настоящее изобретение можно применить, в частности, но не исключительно, в случае, где каждый из узлов содержит или соединен по меньшей мере с одним датчиком (например, сейсмическим датчиком).
Уровень техники
Первое известное решение для установки частотных каналов в многоскачковой беспроводной ячеистой сети описано в патенте США 7773457 (Crice и др.), который описывает способ получения сейсмических данных с использованием беспроводной сети, содержащей ряд отдельных модулей получения данных (которые выполнены с возможностью сбора сейсмических данных и передачи этих данных в центральную систему регистрации и управления). Предложено назначать различные частоты модулям получения так, чтобы они не мешали друг другу. Другими словами, предложен множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA), то есть способ доступа к каналу, выделяющий каждому модулю приема один или несколько каналов (которые также называются полосами частот). Далее различные модули получения могут осуществлять одновременную передачу, тем самым увеличивая скорость считывания сейсмических данных.
Главный недостаток этого первого известного решения заключается в том, что частоты необходимо назначать модулям получения с помощью третьей стороны (централизованное выделение). Модули получения не могут автономно и независимо устанавливать свою частоту.
Второе известное решение для установки частотных каналов в многоскачковой беспроводной ячеистой сети описано в статье "Новый многоканальный протокол MAC с назначением канала по требованию для многоскачковых мобильных специальных сетей" ("A New Multi-Channel MAC protocol with On-Demand Channel Assignment for Multi-Hop Mobile Ad Hoc Networks" by Shih-Lin Wu, Chih-Yu Lin, Yu-Chee Tseng and Jang-Ping Sheu). В данной статье авторы делят полосу пропускания на один канал управления и несколько каналов данных. Назначение канала управления состоит в том, чтобы разрешить конкуренцию/конфликт по отношению к каналам данных (проблемы доступа к среде) и решить, какие каналы данных будут использоваться какими хостами (проблема назначения канала данных). Предложен новый мультиканальный протокол MAC, который можно применить к технологиям FDMA и CDMA. Основная идея этого протокола заключается в следующем. Для мобильного хоста А, которому необходимо поддерживать связь с мобильным хостом В, А будет отправлять по каналу управления RTS (запрос на отправление) в В, несущий свой FCL (список свободных каналов). Затем В будет согласовывать этот FCL со своим CUL (список использования каналов) для идентификации канала данных (если это имеет место), которая будет использоваться при своей последующей связи и отвечать CTS (свободен для отправления) в А по каналу управления. После приема CTS от В, А отправляет пакет RES (резервирования) по каналу управления, чтобы запретить своему соседнему окружению использовать тот же самый канал данных. Аналогично, CTS будет запрещать соседнему окружению В использовать этот канал данных. И наконец, пакет данных будет передаваться из А в В по этому каналу данных.
Это второе известное решение устраняет вышеупомянутый основной недостаток первого известного решения, поскольку отсутствует необходимость в назначении канала данных третьей стороной (нецентрализованное выделение).
Однако это известное второе решение требует использования широкополосных сигналов вместо узкополосных сигналов (из-за регламента радиосвязи, как подробно будет описано ниже), что ведет к ухудшению чувствительности, таким образом, к более низкому бюджету радиоканала связи для каждого мобильного хоста и, следовательно, к более низкому сроку службы аккумулятора, поскольку необходима более высокая мощность передачи.
Действительно, для того чтобы увеличить срок службы аккумулятора, который содержится в узле многоскачковой беспроводной ячеистой сети, необходимо уменьшить мощность передачи этого узла. Чтобы сохранить диапазон системы (то есть сохранить бюджет радиоканала связи), необходимо повысить чувствительность системы (бюджет радиоканала связи (RLB)), указанный RLB имеет вид RLB=G+P-S, где G - коэффициент усиления антенны, Р - мощность передачи и S - чувствительность. Чувствительность можно повысить за счет использования узкополосных сигналов, так как чувствительность зависит от мощности шума, которая сама зависит от полосы пропускания сигнала. Но из-за регламента радиосвязи (FCC, CE-ETSI…), FHSS ("расширение спектра путем скачкообразной перестройки частоты") должно применяться при использовании узкополосных сигналов (полоса пропускания ниже, чем 500 кГц), например, в нелицензированной полосе ISM 2,4 ГГц ("полоса частот, отведенная для научной и медицинской радиослужбы"). Из этого регламента связи следует, что FHSS может быть необязательным, но в том случае, если допустимая мощность передачи будет слишком низкой для сохранения диапазона. Поэтому необходимо использовать FHSS для получения достаточного уровня мощности.
Но так как для второго решения требуется один канал управления и несколько каналов данных и механизм RTS/CTS по каналу управления, это второе известное решение не может использовать узкополосные сигналы, так как FHSS требует равного использования частот. Таким образом, это второе известное решение не позволяет использовать узкополосные сигналы для повышения чувствительности и, таким образом, увеличить срок службы аккумулятора (поскольку в этом случае необходима более высокая мощность передачи).
Цель изобретения
Настоящее изобретение по меньшей мере в одном варианте осуществления особенно нацелено на преодоление этих различных недостатков уровня техники.
Более конкретно, цель по меньшей мере одного варианта осуществления настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить технологию для установления частотных каналов в многоскачковой беспроводной ячеистой сети, при этом эта технология позволяет:
- облегчить установку сети благодаря автономной независимой установке частоты без какого-либо вмешательства третьей стороны (каждый узел может автономно и независимо устанавливать свою частоту); и
- использовать узкополосные сигналы, совместимые при этом с регламентом радиосвязи, что ведет к повышению чувствительности, таким образом, более высокому бюджету радиоканала связи и, следовательно, к более высокому сроку службы аккумулятора (поскольку требуется пониженная мощность передачи).
Цель по меньшей мере одного варианта осуществления изобретения состоит также в том, чтобы обеспечить технологию этого вида, позволяющую минимизировать эффект затухания частоты и затем усилить радиоканал связи в окружающих средах, имеющих препятствие.
Дополнительная цель по меньшей мере одного варианта осуществления изобретения состоит в том, чтобы обеспечить технологию этого вида, которая является простой и имеет маленькую стоимость.
Раскрытие изобретения
Конкретный вариант осуществления изобретения предусматривает способ для установки частотных каналов в многоскачковой беспроводной ячеистой сети, содержащей множество узлов. Каждый из упомянутых узлов осуществляет перескок частотных каналов с периодом перескока согласно последовательности перескоков частотных каналов. Все пакеты данных, которые передаются с помощью узлов, имеют длительность, строго большую, чем упомянутый период перескока. Когда данный узел из упомянутого множества узлов находится в первом режиме передачи для того, чтобы передавать пакет данных, он выполняет этапы, на которых:
- выбирают частотный канал для передачи в зависимости от упомянутой последовательности перескоков частотных каналов;
- передают упомянутый пакет данных с использованием, в течение всей длительности упомянутого пакета данных, выбранного частотного канала для передачи.
Общий принцип заключается в использовании последовательности перескоков частотных каналов (то есть технология FHSS), которая позволяет любому узлу выбирать частотный канал для передачи. Поскольку пакеты имеют длительность строго выше, чем период перескока, и благодаря случайному характеру события передачи, несколько передач могут происходить в одно и то же время по различным частотным каналам. Таким образом, отсутствует необходимость в назначении частотного канала третьей стороной (нецентрализованное выделение). Каждый узел может автономно и независимо устанавливать свой частотный канал с повышенной вероятностью получения одновременных каналов связи на различных частотных каналах.
Настоящее изобретение использует технологию FHSS необычным образом, что приводит к действительному осуществлению FDMA с независимой и автономной установкой частотного канала с помощью каждого узла передатчика. Благодаря FDMA пропускная способность сети не ухудшается за счет конфликтов, и благодаря FHSS предложенное решение является совместимым с регламентом радиосвязи и позволяет использовать узкополосные сигналы, что приводит к лучшей чувствительности, таким образом, к более высокому бюджету радиоканалу связи и, следовательно, к более высокому сроку службы аккумулятора (поскольку необходима меньшая мощность передачи).
Кроме того, FHSS минимизирует эффект затухания частоты и затем усиливает радиоканал связи в окружающих средах, имеющих препятствие. Далее это позволяет реализовать многоскачковые беспроводные ячеистые сети в окружающих средах с препятствиями без какого-либо планирования частотных каналов для того, чтобы облегчить установку этих сетевых топологий, особенно в случае беспроводных сейсмических сетей. Кроме того, это приводит к увеличению срока службы аккумулятора узлов благодаря использованию узкополосных сигналов.
Согласно частному признаку, когда заданный узел из упомянутого множества узлов находится в режиме приема, он выполняет этапы, на которых:
- обнаруживают пакет данных на заданном частотном канале для приема последовательности перескоков частотных каналов;
- остаются на упомянутом заданном частотном канале для приема до конца упомянутого обнаруженного пакета данных, если упомянутый заданный узел является местом назначения упомянутого обнаруженного пакета данных;
- выполняют перескок к следующему частотному каналу в упомянутой последовательности перескоков частотных каналов в конце текущего периода перескока, если упомянутый заданный узел не является местом назначения упомянутого обнаруженного пакета данных.
Таким образом, вышеупомянутая последовательность перескоков частотных каналов также используется для того, чтобы разрешить любому узлу выбирать частотный канал для приема.
Согласно частному признаку, когда заданный узел из упомянутого множества узлов находится во втором режиме передачи для передачи пакета подтверждения пакета данных, ранее принятого упомянутым данным узлом на заданном частотном канале для приема, он выполняет этап, на котором передают упомянутый пакет подтверждения, используя в качестве частотного канала для передачи упомянутый заданный частотный канал для приема.
Передача пакета подтверждения (пакет АСК) на той же частоте, что и частота приема, позволяет:
- сэкономить время для узла, принимающего пакет АСК. Действительно, в этом случае нет необходимости выполнять переключение частоты приема (не требуется перестройка частоты приема);
- минимизировать опасность выбора частоты, которая имеет затухание. Действительно, если все прошло успешно во время передачи пакета данных из первого узла во второй узел (например, передача на частоте F1 без затухания), есть все шансы, что передача пакета АСК из второго узла в первый узел является также хорошей на частоте F1 (поскольку отсутствовало затухание ранее на F1). Передача пакета АСК на частоте, отличной от F1, возможна, но отсутствует гарантия того, что эта частота (например, F2) не будет иметь затухания.
Согласно частному признаку, когда заданный узел находится в первом режиме передачи, он выполняет дополнительный этап, на котором: вводят случайную задержку перед выполнением этапа передачи.
Это позволяет дополнительно повысить вероятность получения одновременных каналов связи на различных частотных каналах.
Согласно частному признаку, упомянутый дополнительный этап введения случайной задержки выполняется перед второй попыткой выполнения этапа передачи, если первая попытка выполнить этап передачи была неуспешной из-за сбоя передачи или обнаружения конфликта.
rand
hop
Согласно частному признаку упомянутая случайная задержка определяется с помощью формулы: T=Random()×T, где
rand
T - случайная задержка,
hop
T - период перескока, и
Random() - псевдослучайное целое число.
Таким образом, случайная задержка можно легко вычислить случайную задержку.
Согласно частному признаку, упомянутое псевдослучайное число Random() получают из равномерного распределения на всем интервале [О, CW], где CW - окно конфликтной ситуации, имеющей целочисленное значение.
Согласно частному признаку, окно CW имеет положительное приращение в соответствии следующее по двоичной экспоненциальной траектории, когда этап передачи нельзя выполнить нормальным образом.
Согласно частному признаку, когда заданный узел находится в первом режиме передачи, упомянутый этап выбора содержит подэтапы, на которых:
- получают текущее значение тактового импульса CLK в начале этапа выбора, причем тактовый импульс CLK имеет приращение на единицу каждый период перескоков;
- вычисляют опорную частоту F(CLK) частотного канала для передачи в следующем виде: F(CLK)=F0+ΔF*Sequence(CLK по модулю L), где
F0 - основная частота,
ΔF - разнесение каналов,
L - число частотных каналов в последовательности перескоков частотных каналов,
Sequence(x) - функция, дающая целое число, имеющее ранг х в последовательности целых чисел, определяющих упомянутую последовательность перескоков частотных каналов.
Таким образом, этап выбора можно реализовать просто.
Согласно частному признаку, L представляет собой простое число.
Таким образом, все частотные каналы используются в равной степени.
Согласно частному признаку на этапе передачи пакет данных передают с сигналом, имеющим полосу пропускания менее 500 кГц.
Как было упомянуто выше, использование узкополосных сигналов приводят к лучшей чувствительности, таким образом, к более высокому бюджету радиоканала связи и, следовательно, большему сроку службы аккумулятора (поскольку необходима меньшая мощность передачи).
В конкретном применении каждый из упомянутых узлов содержит и соединен по меньшей мере с одним сейсмическим датчиком, принадлежащим группе, содержащей:
- аналоговые или цифровые сейсмические датчики, имеющие одну вертикальную компоненту; и
- аналоговые или цифровые сейсмические датчики, имеющие три ортогональные компоненты.
Согласно частному признаку упомянутые узлы передают пакеты данных, содержащие данные управления качеством.
В другом варианте осуществления изобретение относится к компьютерному программному продукту, содержащему команды программного кода для осуществления вышеупомянутого способа (в любом из этих различных вариантов осуществления), когда упомянутая программа исполняется на компьютере или процессором.
В другом варианте осуществления изобретение относится к невременному машиночитаемому носителю информации, хранящему программу, которая при исполнении компьютером или процессором вызывает выполнение компьютером или процессором вышеупомянутого способа (в любом из различных вариантах осуществления).
Другой частный вариант осуществления изобретения предусматривает узел, принадлежащий множеству узлов, которые содержатся в многоскачковой беспроводной ячеистой сети. Упомянутый узел содержит:
средство для перескока частотных каналов с периодом перескока согласно последовательности перескоков частотных каналов,
средство для передачи пакетов данных, имеющих длительность строго больше упомянутого периода перескока,
и следующие средства, приводимые в действие тогда, когда упомянутый узел находится в первом режиме передачи для передачи пакета данных:
- средство для выбора частотного канала для передачи в качестве функции упомянутой последовательности перескоков частотных каналов;
- средство для передачи упомянутого пакета данных с использованием, в течение всей длительности упомянутого пакета данных, выбранного частотного канала для передачи.
Согласно частному признаку упомянутый узел содержит следующие средства, приводимые в действие тогда, когда упомянутый узел находится в режиме приема:
- средство для обнаружения пакета данных на заданном частотном канале для приема упомянутой последовательности перескоков частотных каналов;
- средство для продолжения нахождения на заданном частотном канале для приема до конца упомянутого обнаруженного пакета данных, если упомянутый узел представляет собой место назначения упомянутого обнаруженного пакета данных;
- средство для перескока к следующему частотному каналу упомянутой последовательности перескоков частотных каналов в конце текущего периода перескока, если упомянутый узел не находится в месте назначения упомянутого обнаруженного пакета данных.
Краткое описание чертежей
Другие особенности и преимущества вариантов осуществления изобретения будут понятны из следующего описания, приведенного посредством иллюстративных и не исключающих примеров, и из следующих прилагаемых чертежей, на которых:
фиг.1 - схематичная иллюстрация одинаковой последовательности перескоков частотных каналов, совместно используемой двумя узлами;
фиг.2 - схематичная иллюстрация передачи пакетов данных с помощью узла, когда реализуется конкретный вариант осуществления способа согласно изобретению;
фиг.3 - схематичная иллюстрация передачи пакетов данных и соответствующих пакетов подтверждения между двумя узлами, когда реализуется конкретный вариант осуществления способа согласно изобретению;
фиг.4А - схематичная иллюстрация двух одновременных каналов связи;
фиг.4В - схематичная иллюстрация передачи пакетов данных по двум каналам связи (фиг.4А), при реализации конкретного варианта осуществления способа согласно изобретению;
фиг.5 - схематичная иллюстрация узла согласно конкретному варианту осуществления изобретения;
фиг.6 - последовательность операций, подробно описывающая этапы, которые выполняются узлом в режиме передачи при реализации конкретного варианта осуществления способа согласно изобретению;
фиг.7 - последовательность операций, подробно описывающая этапы, которые выполняются узлом в режиме приема при реализации конкретного варианта осуществления способа согласно изобретению.
Осуществление изобретения
Сначала будет представлен общий принцип изобретения, который относится к способу установки частотных каналов многоскачковой беспроводной ячеистой сети, содержащей множество узлов. Например (см. фиг.5, описанную ниже), эта сеть представляет собой сеть узлов (которая также называется как "блоки сейсмических датчиков"), каждый из которых содержит или соединен с по меньшей мере одним сейсмическим датчиком, и каждый из этих узлов передает пакеты данных, содержащие данные управления качеством.
hop
hop
Как показано на фиг.1, все узлы ("узел А", "узел В" и т.д.) известны и используют одинаковую последовательность S перескоков частотных каналов. В примере, показанном на фиг.1, эта последовательность S содержит семнадцать частотных каналов F0-F16 с периодом перескока T. Каждый узел осуществляет перескок F0-F16 с периодом перескока T согласно последовательности S перескоков частотных каналов. Иными словами, реализован FHSS, и каждый узел изменяет свой частотный канал для приема согласно последовательности S перескоков частотных каналов.
Как показано на фиг.2, когда узел (например, узел X) передает пакет данных, частотный канал для передачи (то есть выбранный с помощью узла согласно) последовательности S перескоков частотных каналов. Выбранный частотный канал для передачи фиксируется в течение всего периода пакета данных. Например, пакет данных со ссылочной позицией 21 (соответственно 22, 23 и 24) передается с помощью частотного канала F2 (соответственно F8, F14 и F3), который является текущим частотным каналом, заданным последовательностью S перескоков частотных каналов, когда начинается этап передачи для этого пакета 21 данных (соответственно 22, 23 и 24).
hop
Все пакеты 21-24 данных, переданные с помощью узлов, имеют длительность, которая может изменяться от одного пакета данных к другому, но, как правило, строго больше, чем период T перескока. Другими словами FHSS реализуется с помощью временных слотов, которые строго меньше, чем длительность переданных пакетов данных. Эта особенность (временные слоты строго короче, чем минимальная длительность пакетов данных) позволяет повысить вероятность получения одновременных каналов связи по различным частотным каналам.
rand
rand
hop
hop
hop
hop
В варианте осуществления, показанном на фиг.2, случайная задержка T вводится перед каждой пакетной передачей данных для того, чтобы дополнительно повысить вероятность получения одновременных каналов связи по различным частотным каналам. Например, T равна 2* T перед пакетом 21 данных, 1* T перед пакетом 22 данных, 3* T перед пакетом 23 данных и 4* T перед пакетом 24 данных.
На фиг.3 показана схематичная иллюстрация передачи пакетов данных (Данные) 31а и 32а и соответствующие пакеты (АСК) 31b и 32b подтверждения между двумя узлами ("узел А" и "узел В"), когда реализуется конкретный вариант осуществления способом согласно изобретению.
В этом примере, когда узел А находится в режиме ТХ передачи и передает пакет 31а данных с использованием частотного канала F1 для передачи, который задан последовательностью S перескоков частотных каналов. Выбранный частотный канал F1 для передачи фиксируется в течение всей длительности пакета 31а данных. Узел В, который находится в режиме RX приема, обнаруживает пакет 31а данных, когда он находится на частотном канале F1, и затем остается на этом частотном канале до конца пакета 31а данных. После полного получения пакета 31а данных, узел В переходит в режим ТХ передачи для того, чтобы передавать соответствующий пакет 31b подтверждения с использованием того же самого частотного канала F1 передачи (целиком в течение всей длительности пакета 31b подтверждения). Узел А, который находится в режиме RX приема, принимает пакет 31b подтверждения по частотному каналу F1.
Те же самые рассуждения применимы и к передаче по частотному каналу F9, как пакета 32а данных (из узла А в узел В), так и соответствующего пакета 32b подтверждения (из узла В в узел А).
Как показано на фиг.4В, благодаря случайному характеру события передачи, несколько передач могут происходить в одно и то же время по различным частотным каналам. Более конкретно, на фиг.4В показана схематичная иллюстрация одновременной передачи пакетов 41-44 данных по двум каналам связи, показанным на фигуре 4А ("канал связи 1" между узлами А и В и "канал связи 2" между узлами С и D), когда при реализации конкретного варианта осуществления способа согласно изобретению.
Узел А передает пакеты 41 и 42 с использованием частотных каналов F1 и F9 передачи, соответственно, каждый из которых задается последовательностью S перескоков частотных каналов. Каждый из выбранных частотных каналов F1 и F9 для передачи фиксируется в течение всей длительности пакетов 41 или 42 данных.
Узел С передает пакеты 43 и 44 данных с использованием частотных каналов F2 и F7 передачи, соответственно, каждый из которых задается с помощью последовательности S перескоков частотных каналов. Каждый из выбранных частотных каналов F2 и F7 для передачи фиксируется в течение всей длительности пакета 43 или 44 данных.
На фиг.5 показана схематичная иллюстрация узла 50 согласно конкретному варианту осуществления изобретения.
В этом примере узел 50 представляет собой "блок сейсмических датчиков", содержащий:
- РЧ приемопередатчик 51, работающий на частоте 2,4 ГГц;
- две внутренние антенны 52а, 52b, подсоединенные к РЧ приемопередатчику через переключатель 53;
- микроконтроллер (или процессор) 54, подсоединенный к РЧ передатчику 51;
- оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ) 55, например флеш-память, подсоединенное к микроконтроллеру 54; и
- постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 56, подсоединенное к микроконтроллеру 54.
Узел 50 соединен (или в альтернативном варианте осуществления выполнен как единое целое) с интерфейсом 58 синхронизации по направлению к источнику синхронизации (например, GPS, радио или IEEE1588), вырабатывающему опорный тактовый сигнал. Как раскрыто ниже, микроконтроллер 54 использует внутренний генератор тактовых импульсов (CLK), который синхронизирован с опорным тактовым сигналом с использованием внешнего сигнала, который принимается с помощью интерфейса 58 синхронизации.
Узел 50 соединен (через цепочку) к по меньшей мере одному сейсмическому датчику 57. В альтернативном варианте осуществления по меньшей мере один сейсмический датчик 57 выполнен как одно целое в узле 50.
Например, каждый сейсмический датчик 57 представляет собой:
- аналоговый датчик, имеющий единственную вертикальную компоненту;
- цифровой сейсмический датчик, имеющий единственную вертикальную компоненту;
- аналоговый сейсмический датчик, имеющий три ортогональных компонента (например, "Тренога", три геофона, размещенных вдоль трех ортонормированных осей); или
- цифровой сейсмический датчик, имеющий три ортогональных компонента (например, три акселерометра (МЕМС), размещенных вдоль трех ортонормированных осей).
Постоянное запоминающее устройство 56 представляет собой невременный машиночитаемый носитель информации. Он хранит инструкции исполняемого программного кода, которые исполняются микроконтроллером 54 для того, чтобы обеспечить осуществление настоящего способа (способа установки частотных каналов многоскачковой беспроводной ячеистой сети), как описано выше (в отношении фиг.1, 2, 3, 4А и 4В) и ниже (в отношении фиг.6 и 7).
После инициирования вышеупомянутые инструкции программного кода переносятся с постоянного запоминающего устройства 56 на оперативное запоминающее устройство 55 для того, чтобы для их исполнения с помощью микроконтроллера 54. Оперативное запоминающее устройство 55 также включает в себя регистры для хранения переменных и параметров, которые требуются для этого исполнения.
Все этапы настоящего способа (способа установки частотных каналов мультискачковой беспроводной ячеистой сети) можно осуществить в равной степени хорошо:
- с помощью исполнения набора инструкций программного кода, исполняемых с помощью перепрограммируемой вычислительной машины, такой как устройство типа PC, DSP (цифровой сигнальный процессор) или микроконтроллер. Эти инструкции программного кода можно хранить на невременном машиночитаемом носителе информации, который является съемным (например, гибкий диск, a CD-ROM или DVD-ROM) или несъемным; или
- с помощью выделенной машины или компоненты, такой как FPGA (логическая матрица, программируемая пользователем), ASIC (специализированная интегральная схема) или любой выделенный компонент аппаратных средств.
Характеристики узла
В конкретном варианте осуществления узел 50 имеет следующие характеристики:
a) рабочий диапазон частот: 2405-2475 МГц;
b) число перескакиваемых каналов: L=17 (F0-F16) (в общем, L представляет собой, например, наименьшее простое число, разрешенное регламентом радиосвязи (стандартом) для осуществления);
c) разнос каналов: 1 МГц (это позволяет уменьшить интерференцию между двумя каналами, поскольку полоса пропускания сигнала ниже, чем 500 кГц);
d) внутренняя антенна: коэффициент усиления 5 дБи (макс);
e) максимальная выходная мощность: 26 дБмВт eirp (эффективная изотропная излучаемая мощность) (совместимая с FCC часть 15). Пользователь должен восстановить максимальную выходную мощность на 20 дБмВт eirp для того, чтобы обеспечить соответствие с ETSI EN 300 328;
f) выше скоростей "воздушной" передачи данных: 1,2 кбит/с, 100 кбит/с, 500 кбит/с;
g) формат модуляции: FSK для 1,2 кбит/с, МСК для 100 кбит/с и 500 кбит/с.
Последовательность перескоков частотных каналов и набор перескоков
hop
РЧ приемопередатчик 51 осуществляет перескок каналов, разнесенных на 1 МГц, с периодом T перескока в зависимости от скорости передачи данных (смотри таблицу 1).
Таблица 1
Скорость передачи данных
1,2 кбит/с
100 кбит/с
500 кбит/с
Период перескока
T<sub>hop</sub>_1,2 кбит/с=130 мс
T<sub>hop</sub>_100 кбит/с=3 мс
T<sub>hop</sub>_500 кбит/с=1 мс
Несущая частота (которая также называется как опорная частота) F частотного канала для передачи получена из:
- основной частоты F0;
- канализации: ΔF=1 МГц;
- псевдослучайная последовательность из целых чисел, содержащая L=17 элементов.
hop
Последовательность целых чисел синхронизируется по внутреннему тактовому импульсу (CLK), который увеличивается на каждые T. Внутренний генератор тактовых импульсов можно синхронизировать с помощью внешнего сигнала (GPS, etc.).
Несущая частота F вычисляется следующим образом:
F(CLK)=F0+ΔF*Sequence(CLK по модулю L), (1)
где Sequence(x) - функция, дающая целое значение, имеющее ранг х в последовательности целых чисел (которая сама по себе определяет последовательность перескоков частотных каналов).
Различные наборы перескоков можно сконфигурировать путем модификации основной частоты F0.
Примеры последовательности целых чисел приведены в таблице 2.
Таблица 2
Последовательность S1
14
0
1
10
2
16
3
15
8
13
6
9
11
5
12
4
7
Последовательность S2
3
11
6
5
4
14
9
1
2
12
15
7
8
16
10
0
13
Последовательность S3
15
13
5
16
11
4
7
8
6
10
9
0
14
2
1
12
3
По умолчанию номер последовательности установлен на Последовательность S1. Номер последовательности может также конфигурировать пользователь.
Например, при F0=2430 МГц, ΔF=1 МГц, L=17 и Последовательности S1, мы имеем:
CLK
0
1
2
3
…
15
16
17
18
19
…
Последовательность (CLK modulo L)
14
0
1
10
…
4
7
14
0
1
…
F(CLK)
2444
2430
2431
2440
…
2434
2437
2444
2430
2431
…
Значения F(0) to F(16) образуют последовательность S перескоков частотных каналов, показанную на фиг.1, 2, 3 и 4А (чтобы не перепутать с вышеупомянутыми "последовательностями целых чисел").
Случайная задержка
rand
Как уже упомянуто выше, в конкретном варианте осуществления, случайная задержка T вводится перед каждой передачей пакета данных (не перед пакетами подтверждения, если такие имеются).
rand
Эта случайная задержка T определяется следующим образом:
rand
hop
T=Random()×T,
где Random() - псевдослучайное целое число, полученное из равномерного распределения в интервале [0, CW]; и
min
max
min
max
CW является окном конкуренции между CW<=CW<=CW. Значения CW и CW являются спецификой системы.
rand
hop
Например, при CW=7 при 1,2 кбит/с T находится между 0 и 910 мс (7×T_1,2 кбит/с).
Окно конкуренции (CW) увеличивается следуя двоичному экспоненциальному пути, когда узел передатчика не может исполнить нормальным образом этап передачи (так как узел передатчика находит среду занятой после механизма, чувствительного к несущей, или когда передача неудачно завершается по какой-либо причине, как в стандарте IEEE 802.11).
Частотный канал для передачи и максимальная длительность пакета
Пакеты данных передаются в течение нескольких периодов перескоков, и они перекрывают по меньшей мере два периода перескока.
Частотный канал для передачи пакета данных фиксируется в течение всей длительности пакета данных (смотри фиг.2, 3 и 4В).
Частотный канал для передачи пакета данных получают из значения внутреннего тактового импульса (CLK) в начале пакета данных согласно приведенному выше уравнению (1).
В таблице 3 приведена максимальная длительность пакетов данных согласно скорости передачи данных.
Таблица 3
Скорость передачи данных
1,2 кбит/с
100 кбит/с
500 кбит/с
Минимальное перекрытие перескока
2
2
2
Максимальное перекрытие перескока
3
5
5
Максимальная продолжительность пакета данных (мс)
3×T<sub>hop</sub>_1,2 кбит/с=390 мс
5×T<sub>hop</sub>_100 кбит/с=15 мс
5×T<sub>hop</sub>_500 кбит/с=5 мс
На фигуре 6 детально изображена последовательность операций этапов, выполняемых узлом в режиме передачи, согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения.
На этапе 61 узел выбирает частотный канал для передачи в качестве функции последовательности S перескоков частотных каналов. Другими словами узел выбирает время передачи, с которым ассоциируется частотный канал для передачи последовательности S перескоков частотных каналов. В конкретном варианте осуществления, уже обсужденном выше, этап 61 выбора содержит подэтапы, на которых получают текущее значение тактового импульса CLK, когда начинается этап 61 выбора; и вычисляют опорную частоту F(CLK) частотного канала для передачи согласно приведенному выше уравнению (1).
rand
На этапе 62 узел вводит случайную задержку T перед выполнением этапа 63 передачи.
На этапе 63 передачи узел передает пакет данных с использованием, в течение всей длительности этого пакета данных, выбранного частотного канала для передачи.
На фиг.7 подробно изображена последовательность операций этапов, выполняемых узлов в режиме приема согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения.
На этапе 71 узел обнаруживает пакет данных на заданном частотном канале для приема последовательности S перескоков частотных каналов.
На этапе 72 узел проверяет, если он является местом назначения обнаруженного пакета данных.
Если узел не является местом назначения обнаруженного пакета данных, он переходит на этап 73, на котором узел остается на заданном частотном канале приема до окончания обнаруженного пакета данных.
hop
Если узел не является местом назначения пакета обнаруженного пакета данных, он переходит на этап 74, на котором узел перескакивает следующий частотный канал последовательности S перескоков частотных каналов в конце текущего периода T перескока.