專利名稱：無(wú)線lan與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—般來(lái)說(shuō)，實(shí)施例涉及數(shù)據(jù)通信方法和系統(tǒng)。實(shí)施例還 涉及無(wú)線通信方法和系統(tǒng)。實(shí)施例又涉及Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和其它類型的無(wú) 線通信網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
過(guò)去數(shù)年來(lái)，許多過(guò)程和裝置已經(jīng)用于無(wú)線通信。已經(jīng) 引入許多無(wú)線集成系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)和維護(hù)工業(yè)過(guò)程系統(tǒng)。這個(gè)領(lǐng)域中的 主要產(chǎn)品之二是例如IntelaTrac移動(dòng)PKS和XYR 5000無(wú)線傳感裝置。 例如，IntelaTrac系統(tǒng)為工業(yè)環(huán)境中的現(xiàn)場(chǎng)操作人員提 供移動(dòng)控制室?？刂剖业牟僮魅藛T可得到的包括當(dāng)前和歷史趨勢(shì)、工 廠布置、管道和儀表圖在內(nèi)的所有過(guò)程數(shù)據(jù)現(xiàn)在可被現(xiàn)場(chǎng)的移動(dòng)無(wú)線 工作人員訪問(wèn)。這可通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)布置無(wú)線Wi-Fi基礎(chǔ)設(shè)施并且使用連 接到基礎(chǔ)設(shè)施的web pad(掌上瀏覽器)以很像見(jiàn)于辦公室設(shè)定那樣的 方式來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)。這些通信稱作"第3級(jí)"(即數(shù)據(jù)安全性的指示)通信。 參照?qǐng)D1，示出指示可在工業(yè)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的通信體 系結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)10的簡(jiǎn)圖。系統(tǒng)IO可用于管理工作流程和現(xiàn) 場(chǎng)勞動(dòng)力活動(dòng)11。如圖1所示，intela trac工作過(guò)程系統(tǒng)12可實(shí)現(xiàn)用 于與intela trac移動(dòng)管理器13結(jié)合進(jìn)行移動(dòng)通信。無(wú)線LAN (802.1 lb)"按請(qǐng)求，，為提供第3級(jí)通信的移動(dòng)通信裝置15提供數(shù)據(jù)同 步。還借助于應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)(TCP/IP)與維護(hù)管理系統(tǒng)17和ERP系統(tǒng)(即 SAP)18結(jié)合來(lái)提供可靠性CM系統(tǒng)16。可對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的操作功能， 通過(guò)使用本地控制網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)(TCP/IP)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)來(lái)配置操作員 控制臺(tái)模塊19。還可提供產(chǎn)生系統(tǒng)告警的告警管理系統(tǒng)20。安全性可通過(guò)防火墻21來(lái)提供，防火墻21的設(shè)定和歷史趨勢(shì)由過(guò)程歷史記 錄人員通過(guò)采用本地控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)配置來(lái)處理。中央環(huán)路23提供圖 像處理25以及攝像機(jī)相關(guān)會(huì)議的功能。XYR5000和下一代基于WNSIA的傳感器網(wǎng)絡(luò)也使用無(wú) 線技術(shù)。但是，這類系統(tǒng)用于將周期性數(shù)據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)的傳感元件傳送到 監(jiān)測(cè)和/或控制低級(jí)環(huán)路的控制器。這種配置可稱作"第1級(jí)"通信， 并且可通過(guò)無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施的使用來(lái)提供。 兩種類型的通信(即第1級(jí)和第3級(jí))具有不同的數(shù)據(jù)速 率和范圍要求。因此，需要布置和實(shí)現(xiàn)具有不同特性的兩個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。 此外，由于這些解決方案需要是全局可適用的，所以這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng) 優(yōu)選地工作在相同ISM頻帶(2.4 GHz)。這意味著，要使這兩個(gè)無(wú)線 網(wǎng)絡(luò)在工廠中可操作，兩種不同的基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)必須被安裝在同 一工 廠或位置。另外，對(duì)第1級(jí)和第3級(jí)通信的安全要求是不同的。應(yīng)當(dāng) 使這兩級(jí)通信盡可能相互分開(kāi)。服務(wù)于這兩個(gè)通信級(jí)的任何裝置應(yīng)當(dāng) 被證明符合不同的安全協(xié)議，并且應(yīng)當(dāng)保證這兩種網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量 CQoS;)極限。 大多數(shù)工業(yè)顧客優(yōu)選在現(xiàn)場(chǎng)可維護(hù)的公共集成基礎(chǔ)設(shè) 施。兩種不同基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)是價(jià)格昂貴的，或者消除無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的成 本效益。現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的問(wèn)題之一在于，這類配置不提供現(xiàn)場(chǎng)的本地
當(dāng)優(yōu)選地根據(jù)它正服務(wù)的通信級(jí)來(lái)管理不同的安全協(xié)議 圖2示出參照"補(bǔ)償(backoff)時(shí)間"的圖形表示20。 一般 來(lái)說(shuō)，補(bǔ)償時(shí)間-隨機(jī)數(shù)()xSlotTime,其中隨機(jī)數(shù)()等于從區(qū)間
上的均勻分布得到的偽隨機(jī)整數(shù)，其中CW表示PHY特性Cwmin(CW 最小)和CWmax(CW最大)的值的范圍之內(nèi)的整數(shù)，其中 CWmin^CW^CWmax。重要的是，設(shè)計(jì)人員i人識(shí)到一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙 (SlotTime: ST)中的隨機(jī)數(shù)流之間的統(tǒng)計(jì)無(wú)關(guān)性的需要，以及SlotTime 等于相應(yīng)命名的PHY特性的值。
各種類型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通常并存于或者工作在相似或相 同的頻帶。例如， 一種典型的無(wú)線公共網(wǎng)絡(luò)可由與移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信的 多個(gè)基站組成。各基站可與距離多達(dá)數(shù)英里的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信。無(wú)線 局域網(wǎng)接入點(diǎn)可用來(lái)與位于無(wú)線局域網(wǎng)中的所選移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信。接 入點(diǎn)可配置為與接入點(diǎn)的短距離之內(nèi)的所選移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信的第一 收發(fā)器以及與無(wú)線公共網(wǎng)絡(luò)的第 一基站進(jìn)行通信的第二收發(fā)器。在這 種配置中，還可提供互連電路用于在第一收發(fā)器與第二收發(fā)器之間傳 遞數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以使接入點(diǎn)使所選移動(dòng)臺(tái)能夠經(jīng)由接入點(diǎn)與第一基站進(jìn) 行通信。使用不同無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和/或無(wú)線通信協(xié)議的一個(gè)缺點(diǎn)在
于，在工作在相同頻帶的兩個(gè)或更多無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間通常產(chǎn)生干擾。因 此，需要本文更詳細(xì)公開(kāi)的克服這種干擾并且允許兩個(gè)或更多網(wǎng)絡(luò)的 無(wú)縫并存的能力。

發(fā)明內(nèi)容
提供以下概述以便幫助理解所公開(kāi)的實(shí)施例所獨(dú)有的
創(chuàng)新特征的部分特征，以下概述不是要作為完整描述。通過(guò)作為整體 的整個(gè)說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)、附圖和摘要可獲得對(duì)實(shí)施例的各個(gè)方面 的全面理解。因此，本發(fā)明的一方面是提供改進(jìn)的無(wú)線通信。
本發(fā)明的另 一方面是提供基于時(shí)分多址(TDMA)的基礎(chǔ)
設(shè)施系統(tǒng)，它調(diào)度第1級(jí)和第3級(jí)網(wǎng)絡(luò)的通信，并且結(jié)合了這些級(jí)的
所有安全協(xié)議。 本發(fā)明的再一方面是提供一種系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中通信網(wǎng) 絡(luò)共享與時(shí)間頻率以及指示其它每個(gè)網(wǎng)絡(luò)并存的可能代碼有關(guān)的信 自 如本文所述，現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)上述各方面和其它目的及優(yōu)點(diǎn)。 公開(kāi)了無(wú)線通信方法和系統(tǒng)。 一般來(lái)說(shuō)，可提供包括一組傳感器的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，所述傳感器通過(guò)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn) 在特定工作頻段與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信?？山ǘ鄠€(gè)無(wú)線通信站的 輔助無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線通信站在相同頻段或者在另 一工作頻段與一 個(gè)或多個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信?；A(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)可修改成還充當(dāng)無(wú)線 通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線接入點(diǎn)，由此允許無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與輔助無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)并存 并適應(yīng)輔助無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)為例如工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)?？蓪?shí)現(xiàn)TDMA 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以支持工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的并存。無(wú)線通信網(wǎng) 絡(luò)可作為例如Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供，同時(shí)無(wú)線接入點(diǎn)可配置為Wi-Fi接 入點(diǎn)。工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)非限制性地例如使用跳頻擴(kuò)頻(FHSS)機(jī)制與一 個(gè)或多個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。另外，無(wú)線接入點(diǎn)可非限制性地使 用例如IEEE 802.11通信協(xié)議與無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。 本文公開(kāi)的方法和系統(tǒng)涉及基于使用例如TDMA類型 調(diào)度服務(wù)于不同類型的網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)設(shè)施的方式。在這種設(shè)計(jì) 中，可實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)的時(shí)間調(diào)度方面，同時(shí)使對(duì)于例如802.11網(wǎng)絡(luò) 以及例如工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧的修改和優(yōu)化最小化。系統(tǒng)體 系結(jié)構(gòu)一般對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的端節(jié)點(diǎn)(例如第3級(jí)網(wǎng)絡(luò)的Webpad)是透 明的。另外，根據(jù)設(shè)計(jì)考慮因素，工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)可 修改成僅在FHSS時(shí)隙傳送分組。這意味著，終端裝置可無(wú)縫地與網(wǎng) 絡(luò)進(jìn)行集成和通信。這些修改和時(shí)間調(diào)度方面僅限于該基礎(chǔ)設(shè)施。該 基礎(chǔ)設(shè)施的主要功能是在各種終端裝置的特定時(shí)隙中對(duì)各種終端裝 置進(jìn)行協(xié)調(diào)和通信。


附圖中，相似參考標(biāo)號(hào)在各個(gè)視圖中表示相同或功能相 似的元件，附圖結(jié)合在說(shuō)明書(shū)中并且形成說(shuō)明書(shū)的一部分，進(jìn)一步說(shuō) 明實(shí)施例，并且與詳細(xì)描述一起用于說(shuō)明本文所公開(kāi)的實(shí)施例。圖1示出指示可在工業(yè)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的通信體系結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖；圖2示出參照補(bǔ)償時(shí)間的圖形表示； 圖3示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、用于支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)與其它 網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的框圖； 圖4示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、可用于支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)與其 它網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的超幀TDMA數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的框圖； 圖5示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò) 并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的IEEE 802.11 DCF的事件流程圖； 圖6示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò) 并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的補(bǔ)償機(jī)制的事件流程圖； 圖7示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò) 并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的FHSS的不同功率級(jí)的框圖； 圖8是示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、用于提供支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò) 與其它網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的TDMA方案的邏輯操作步驟的操 作的高級(jí)流程圖； 圖9是示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、用于提供支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò) 與其它網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的Wi-Fi數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪壿嫴僮鞑襟E的 操作的高級(jí)流程圖； 圖10是示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、用于支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)與 其它網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的Wi-Fi接入點(diǎn)修改的邏輯操作步驟的 操作的高級(jí)流程圖； 圖11是示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、參照用于支持Wi-Fi網(wǎng) 絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的Wi-Fi接入點(diǎn)修改的iNode的邏 輯操作步驟的操作的高級(jí)流程圖； 圖12是示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、參照用于支持Wi-Fi網(wǎng) 絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的Wi-Fi接入點(diǎn)修改的工業(yè)傳感器 的邏輯操作步驟的操作的高級(jí)流程圖；以及圖13A至圖13D示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、與支持Wi-Fi
8網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合的分組格式。
具體實(shí)施例方式
這些非限制性示例中論述的具體值和配置可改變，并且 僅被引述以說(shuō)明至少 一 種實(shí)施例，而不是要限制其范圍。 本文公開(kāi)的實(shí)施例可在各種系統(tǒng)中執(zhí)行，包括在多個(gè)不 同操作系統(tǒng)下運(yùn)行的各種計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)可以是例如個(gè)人計(jì)算機(jī)、網(wǎng) 絡(luò)計(jì)算機(jī)、中型計(jì)算機(jī)或大型計(jì)算機(jī)。在該優(yōu)選實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)用 作基于無(wú)線技術(shù)的局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)中的網(wǎng)絡(luò)處理器服 務(wù)體系結(jié)構(gòu)的控制點(diǎn)。 現(xiàn)在參照附圖、具體參照?qǐng)D3示出無(wú)線應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 30的框圖，根據(jù)一種優(yōu)選實(shí)施例，系統(tǒng)30可用于支持無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(例如 Wi-Fi網(wǎng)絡(luò))與其它網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施。系統(tǒng)30 —般包括結(jié)合 Wi-Fi終端用戶的無(wú)線通信的多個(gè)Wi-Fi節(jié)點(diǎn)331、 333、 335、 337和 339。系統(tǒng)30還包括多個(gè)工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)345、 347、 349、 351和 一個(gè)或多個(gè)工業(yè)傳感器36。在系統(tǒng)30的網(wǎng)絡(luò)中，工業(yè)傳感器36和 Wi-Fi節(jié)點(diǎn)331、 333、 335、 337和339可與定義一個(gè)或多個(gè)無(wú)線接入 點(diǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施32進(jìn)行通信。 系統(tǒng)30還包括充當(dāng)系統(tǒng)30的軟件相關(guān)部分的一個(gè)或多 個(gè)高級(jí)應(yīng)用程序34。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)可通過(guò)使用與控制系統(tǒng)33耦合的高級(jí) 應(yīng)用程序34來(lái)實(shí)現(xiàn)，以便控制整個(gè)系統(tǒng)30。每個(gè)工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn) 345、 347、 349、 351還可表現(xiàn)為Wi-Fi站的接入點(diǎn)。注意，術(shù)語(yǔ)"工 業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)，，可由術(shù)語(yǔ)"INode"來(lái)表示。為了支持其中第一通信類 型包括從一個(gè)或多個(gè)工業(yè)傳感器36到INode345、 347、 349、 351以 及從一個(gè)或多個(gè)INode 345、 347、 349、 351到另一 INode的數(shù)據(jù)傳 輸?shù)膬煞N不同通信范例，可利用跳頻擴(kuò)頻(Frequency Hopping Spread Spectrum: FHSS)機(jī)制。其次，Wi-Fi站可非限制性地使用例如IEEE 802.11通信協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送給接入點(diǎn)以及從接入點(diǎn)傳送給另一接入點(diǎn)。 —般來(lái)說(shuō)，F(xiàn)HSS可描述為用于特定傳輸?shù)膫鬏敿夹g(shù)， 其中，采用以隨機(jī)但可預(yù)測(cè)序列逐個(gè)頻率"跳躍，，的窄帶載波信號(hào)作為 時(shí)間的函數(shù)在頻率的寬頻帶上對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。信號(hào)能量在時(shí)域 進(jìn)行擴(kuò)展，而不是在頻域?qū)⒚總€(gè)位切割為若干小部分。這種技術(shù)減小 干擾，因?yàn)槿绻谕粫r(shí)刻以同一頻率進(jìn)行傳送，則來(lái)自窄帶系統(tǒng)的 信號(hào)僅影響擴(kuò)頻信號(hào)。如果適當(dāng)同步，則保持單個(gè)邏輯信道。傳輸頻 率通過(guò)擴(kuò)頻或跳頻碼來(lái)確定。接收器必須設(shè)置成相同的跳頻碼，并且 必須在正確時(shí)間以正確頻率監(jiān)聽(tīng)到來(lái)的信號(hào)，以便正確接收信號(hào)。 注意，雖然本文論述FHSS的使用，但是可理解，其它 通信協(xié)議可用來(lái)作為FHSS的替代或補(bǔ)充。例如，根據(jù)設(shè)計(jì)考慮因素， 作為對(duì)FHSS的補(bǔ)充或替代，實(shí)施例可配置成允許所述工業(yè)傳感器網(wǎng) 絡(luò)使用IEEE 802.15.1藍(lán)牙通信協(xié)議和/或IEEE 802.15.4 ZigBee通信 協(xié)議與一個(gè)或多個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。 圖4示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、可用于實(shí)現(xiàn)支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò) 與其它網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的TDMA方案的超幀TDMA數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)40的框圖。如圖4所示，可提供TDMA數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)40作為支持兩 種類型的數(shù)據(jù)傳輸?shù)某琓DMA(時(shí)分多址)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。首先，TDMA數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)40構(gòu)成包括使用跳頻擴(kuò)頻機(jī)制從工業(yè)傳感器到INode以及從 INode到另一 INode的數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ蓬愋停缫陨辖Y(jié)合圖3所述。 其次，Wi-Fi站可使用IEEE 802.11協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送給接入點(diǎn)以及從 接入點(diǎn)傳送給另一接入點(diǎn)。注意，跳頻擴(kuò)頻(FHSS) MAC 43和IEEE 802.11 (802.11) MAC 44可共享2.4 GHz ISM頻段。 為了使用TDMA方案，可使例如圖3所示的傳感器36 等工業(yè)傳感器和INode/AP節(jié)點(diǎn)同步。由于FHSS MAC需要全局時(shí)間 同步，所以可假定在這些裝置之間使用全局同步時(shí)鐘。通過(guò)TDMA 超幀41所表示的同步時(shí)鐘，總時(shí)間可分為相等大小的幀，其中各幀 由保護(hù)時(shí)間42、 FHSS時(shí)隙43、保護(hù)時(shí)間42和802.11時(shí)隙44組成。
10在FHSS時(shí)隙中，INode/AP表現(xiàn)為INode,并且成為802.11時(shí)隙中的 AP。圖3所示的工業(yè)傳感器36可嘗試僅在FHSS時(shí)隙43向INode 傳送數(shù)據(jù)，然后可在802.11時(shí)隙44轉(zhuǎn)到"睡眠"狀態(tài)。保護(hù)時(shí)間段極 小(例如40網(wǎng))。FHSS 43時(shí)隙和802.11時(shí)隙44的時(shí)長(zhǎng)可根據(jù)兩個(gè)成 分來(lái)判定(1)使來(lái)自不知道FHSS時(shí)隙的Wi-Fi站的丟包最小化； 以及(2)給FHSS時(shí)隙允許足夠時(shí)間以滿足工業(yè)傳感器的帶寬要求。 圖5示出IEEE 802.11 DCF (Distributed Coordination Function:分布式協(xié)調(diào)功能)模式的事件流程圖50。在802.11 DCF模 式中，各節(jié)點(diǎn)可通過(guò)使用載波感測(cè)媒體接入/沖突避免(CSMA/CA)機(jī) 制來(lái)訪問(wèn)共享媒體。由于DCF模式最常用于Wi-Fi通信，所以在DCF 模式中，各節(jié)點(diǎn)在感測(cè)到超過(guò)DIFS時(shí)間的空閑媒體時(shí)嘗試傳送分組。 通過(guò)其大小大于RTS—閾值(RTS—Threshold)的分組，發(fā)送方和接收方 將經(jīng)由RTS/CTS/DATA/ACK流程進(jìn)行握手。注意，本文所使用的首 字母縮寫(xiě)詞"RTS"—般指的是"請(qǐng)求發(fā)送"，而"CTS"指的是"清除發(fā) 送"。監(jiān)聽(tīng)RTS、 CTS或DATA的所有其它節(jié)點(diǎn)將設(shè)置NAV(Network Allocatin Vector:網(wǎng)絡(luò)分配向量)，并且保持整個(gè)NAV時(shí)長(zhǎng)。 一旦傳 輸結(jié)束并且信道變?yōu)榭臻e，具有要傳送的分組的各節(jié)點(diǎn)設(shè)置隨機(jī)補(bǔ)償 定時(shí)器，以避免同時(shí)的信道接入。 一旦補(bǔ)償定時(shí)器到期，則將嘗試傳 送分組。注意，本文所公開(kāi)的實(shí)施例引起經(jīng)由802.11時(shí)隙(例如預(yù)定 時(shí)間段)結(jié)束時(shí)來(lái)自 一個(gè)或多個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)的"假(dummy)"或主動(dòng) 提供的CTS信號(hào)的傳輸機(jī)制的傳輸，其中這個(gè)主動(dòng)提供的CTS的 NAV時(shí)長(zhǎng)等于保護(hù)+FHSS時(shí)隙大小+保護(hù)的大小。在接收到假CTS 時(shí)，802.11站將保持整個(gè)NAV時(shí)長(zhǎng)。因此，802.11站不會(huì)在FHSS 時(shí)隙干擾工業(yè)傳感器的傳輸。 圖6示出補(bǔ)償機(jī)制的事件流程圖60。補(bǔ)償定時(shí)器僅當(dāng) 媒體空閑并且在觀測(cè)到任何信道活動(dòng)時(shí)(例如通過(guò)波形感測(cè)或NAV 設(shè)定的忙信道)被掛起時(shí)才減小。 一旦信道在DIFS或EIFS時(shí)間再次 變?yōu)榭臻e，它將繼續(xù)減小。因此，如果工業(yè)傳感器或INode在FHSS時(shí)隙、例如圖4所示的FHSS時(shí)隙43使用與Wi-Fi站相同的頻率， 則Wi-Fi站不會(huì)減小補(bǔ)償定時(shí)器。 圖7示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò) 并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的FHSS的不同功率級(jí)的系統(tǒng)70的框圖。如圖7 所示，示出無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的蜂窩劃分。FHSS范圍使用蜂窩部分72、具 有相鄰蜂窩即蜂窩73的蜂窩部分74來(lái)配置。測(cè)量示為75、71的IEEE 802.11的范圍。配置如77、 73所示的干擾區(qū)域范圍。蜂窩78及其整 體與FHSS范圍和802.11范圍相關(guān)。FHSS的較大功率基于可感測(cè)信 道繁忙由此阻止隱藏終端TX嘗試的802.11站的潛在干擾。FHSS的 相同功率基于可引起沖突的IEEE 802.il站的潛在干擾。圖7所示的 實(shí)施例一般描述用于改變來(lái)自一個(gè)或多個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)的傳輸?shù)墓?率級(jí)的系統(tǒng)70或機(jī)制。這種技術(shù)可與前面所述的在預(yù)定時(shí)間段結(jié)束 時(shí)從一個(gè)或多個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)傳送假的或主動(dòng)提供的CTS信號(hào)的特 征結(jié)合使用。 圖8是示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、用于實(shí)現(xiàn)支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò) 與其它網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的TDMA方案的邏輯操作步驟的操 作的高級(jí)流程圖80。如框81所示，可進(jìn)行初始化。隨后，如框82 所示，可建立TDMA調(diào)度?？赏ㄟ^(guò)如框83所示使用INode對(duì)另一 INode和通過(guò)使用接入點(diǎn)(AP)對(duì)另 一接入點(diǎn)(AP)以及通過(guò)使用如框84 所示進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腡DMA幀來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。 如框85所示，可在裝置之間使用全局同步時(shí)鐘。此后， 如框86所示，可傳遞幀，使得該幀由保護(hù)時(shí)間、FHSS時(shí)隙、保護(hù)時(shí) 間和/或IEEE 802.11組成。傳輸基于FHSS時(shí)隙和IEEE 802.11時(shí)隙 的時(shí)長(zhǎng)，如框87所示。隨后，如框88所示，使來(lái)自不知道FHSS時(shí) 隙的Wi-Fi站的丟包最小化，以及允許足夠時(shí)間使FHSS時(shí)隙可用于 滿足工業(yè)傳感器、例如圖3所示的工業(yè)傳感器36的帶寬要求。然后， 如框89所示，該過(guò)程可結(jié)束。圖9是示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、用于提供支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)
12與其它網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的Wi-Fi數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪壿嫴僮鞑襟E的
操作的高級(jí)流程圖90。如框91所示，可進(jìn)行Wi-Fi初始化。隨后， 如框92所示，Wi-Fi站可在非802.11時(shí)隙期間傳送分組。Wi-Fi站與 在非802.11時(shí)隙期間凍結(jié)傳輸?shù)慕尤朦c(diǎn)進(jìn)行通信，如框93所示。此 后，如框94所示，Wi-Fi站傳輸可能不成功。因此，可需要重復(fù)指數(shù) 補(bǔ)償，并且提供有限的重試次數(shù)的重傳。如果Wi-Fi站在有限次數(shù)的 傳輸重試期間失敗，則Wi-Fi站可丟棄該分組，如框95所示。 隨后，如框96所示，為了使此類丟包最小化，應(yīng)當(dāng)使 用極小的FHSS時(shí)隙大小，使得總重試不會(huì)在一個(gè)FHSS期間完成， 由此允許進(jìn)行連續(xù)重試和丟包，如此后在框97所示。如框98所示， 在處理在非802.11時(shí)隙大小大于從Wi-Fi站(STA)到AP的 RTS—Threshold的未分段分組傳輸之后，可處理框99所述的操作，其 中允許大小大于從STA到AP的RTS—Threshold的分段分組傳輸。最 后，如框100所述，可考慮其大小小于從STA到AP的RTSjhreshold 的分組傳輸以及信標(biāo)(beacon)間隔，使得FHSS時(shí)隙(slot)^l(即IEEE 802.11的信標(biāo)期)。然后，如框101所示，該過(guò)程可結(jié)束。 圖10是示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、用于支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)與 其它網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的Wi-Fi接入點(diǎn)修改的邏輯操作步驟的 操作的高級(jí)流程圖300。如框301所示，可修改Wi-Fi接入點(diǎn)，由此 凍結(jié)在非802.11時(shí)隙的傳輸，如此后的框302所示。隨后，如框303 所示，按照以下公式如果在802.11時(shí)隙結(jié)束之前未完成連續(xù)數(shù)據(jù)傳 輸則可拒絕RTS請(qǐng)求
當(dāng)前時(shí)間+數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)長(zhǎng)>當(dāng)前802.11時(shí)隙結(jié)束—拒絕RTS, 并且不以CTS (Clear to Send:清除發(fā)送)進(jìn)行應(yīng)答。如果在802.11時(shí) 隙結(jié)束之前沒(méi)有完成傳輸，則可以不傳送RTS或DATA(數(shù)據(jù))分組， 如框304所述。隨后，如框305所示，可設(shè)置當(dāng)前802.11時(shí)隙結(jié)束 以及下一 802.11時(shí)隙開(kāi)始的定時(shí)器。計(jì)數(shù)信標(biāo)定時(shí)器可在802.11時(shí) 隙發(fā)送信標(biāo)，如此后的框306所示。隨后，如框308所示，在iNode和工業(yè)傳感器的FHSS MAC的修改應(yīng)當(dāng)在非FHSS時(shí)隙凍結(jié)傳輸。 然后，如框310所示，該過(guò)程可結(jié)束。 圖11是示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、參照用于支持Wi-Fi網(wǎng) 絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的Wi-Fi接入點(diǎn)修改的INode的邏 輯操作步驟的操作的高級(jí)流程圖400。如框402所示，可進(jìn)4亍初始化。 可通過(guò)如框404所示使用INode對(duì)另一 INode和通過(guò)使用接入點(diǎn)(AP) 對(duì)另 一接入點(diǎn)(AP)以及通過(guò)使用如框406所示進(jìn)行INode的數(shù)據(jù)傳輸 的TDMA方案來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。此后，如框408所述，TDMA時(shí)隙 分為INode和Wi-Fi AP任務(wù)。 隨后如框410所示，F(xiàn)HSS MAC需要全局同步，假定在 裝置之間使用全局同步時(shí)鐘，如框412所述。在該FHSS時(shí)隙中，Node 表現(xiàn)為INode，并且可充當(dāng)802.11時(shí)隙中的AP，如框414所示。Inode 和AP的MAC協(xié)議可根據(jù)Wi-Fi接入點(diǎn)的修改來(lái)修改，如框416所 示。隨后，如框418所示，可使AP的MAC協(xié)議的修改最小化。因 AP的時(shí)分行為而最終可修改INode的修改和在FHSS時(shí)隙的Wi-Fi 站的干擾以及在Wi-Fi站的丟包，如框420所示。然后，如框422所 示，該過(guò)程可結(jié)束。 圖12是示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、參照用于支持Wi-Fi網(wǎng) 絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施的Wi-Fi接入點(diǎn)修改的工業(yè)傳感器 的邏輯操作步驟的操作的高級(jí)流程圖500。如框502所示，可進(jìn)行初 始化。如框504所示，進(jìn)行將TDMA方案用于工業(yè)傳感器的數(shù)據(jù)傳 輸，由此如框506所示，使工業(yè)傳感器同步。FHSS MAC需要全局時(shí) 間同步，因此假定在裝置之間使用全局同步時(shí)鐘，如框508所示。此 后，如框510所示，工業(yè)傳感器可嘗試僅在FHSS時(shí)隙中向INode傳 送數(shù)據(jù)，然后在802.11時(shí)隙中移入"睡眠模式"。FHSS時(shí)隙和802.11 時(shí)隙的時(shí)長(zhǎng)可通過(guò)允許足夠時(shí)間使FHSS時(shí)隙滿足工業(yè)傳感器的帶寬 要求來(lái)確定，如框512所示。隨后，如框514所示，修改工業(yè)傳感器 的Mac協(xié)議。最后，可使工業(yè)傳感器的MAC的修改最小化，如框516所示。然后，如框518所示，該過(guò)程可結(jié)束。 圖13A-13D示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例、與支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)與 其它網(wǎng)絡(luò)并存的集成基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合的各個(gè)分組格式302、 304、 306和 308的框圖。圖13A示出格式302，其中MAC幀格式(即數(shù)據(jù)幀)由幀 控制、時(shí)長(zhǎng)ID、地址l、地址2、地址3、序列控制、地址、幀主體 和幀校驗(yàn)序列(FCS)組成。圖13B示出格式304,其中幀控制字段由 協(xié)議版本、類型、子類型、至目標(biāo)源(destination source: DS)、自目標(biāo) 源(DS)、更多標(biāo)志、重試、功率管理、更多數(shù)據(jù)、WEP和順序數(shù)據(jù) 組成。圖13C示出格式406，它包括具有由幀控制、時(shí)長(zhǎng)、RA、 TA 和幀校驗(yàn)序列(FCS)組成的20個(gè)字節(jié)的RTS幀。圖13D示出格式308, 其中CTS幀提供有包括幀控制、時(shí)長(zhǎng)、RA和幀校驗(yàn)序列(FCS)的14 個(gè)字節(jié)。 要理解，以上公開(kāi)的及其它特征和功能的變更或者其備 選方案可合乎需要地結(jié)合到其它不同的系統(tǒng)或應(yīng)用中。其中的各種當(dāng) 前未預(yù)見(jiàn)或未預(yù)計(jì)的備選、修改、變更或改進(jìn)隨后也可由本領(lǐng)域技術(shù) 人員來(lái)進(jìn)行，它們也預(yù)計(jì)要被隨附權(quán)利要求書(shū)包含。
權(quán)利要求
1. 一種無(wú)線通信方法，包括提供包括多個(gè)傳感器的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，所述多個(gè)傳感器通過(guò)與所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)以特定的跳頻工作頻率與所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信；建立包括與所述至少一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的多個(gè)無(wú)線通信站的集成無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)；以及將所述至少一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)修改成還充當(dāng)所述輔助無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線接入點(diǎn)，允許所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與所述輔助無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)并存且適應(yīng)所述輔助無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括提供支持所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 和所述輔助無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的TDMA協(xié)議。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在時(shí)間段結(jié)束時(shí)從所述 至少一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)傳送主動(dòng)提供的CTS信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，還包括改變來(lái)自所述至少一個(gè) 基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)的傳輸?shù)墓β实燃?jí)。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述時(shí)間段包括預(yù)定時(shí)間段。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包括工業(yè)傳 感器網(wǎng)絡(luò)。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括使所述輔助無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)側(cè)的時(shí)鐘與所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和所述至少 一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)同步以按TDMA方式協(xié)調(diào)通信。
8. —種集成無(wú)線通信系統(tǒng)，包括包括多個(gè)傳感器的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，所述多個(gè)傳感器通過(guò)與所述無(wú)線網(wǎng) 絡(luò)關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)以特定工作頻段與所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn) 行通信；以及輔助無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，包括以另一工作頻率與所述至少一個(gè)基礎(chǔ)設(shè) 施節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的多個(gè)無(wú)線通信站，其中，所述至少一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié) 點(diǎn)被修改成還充當(dāng)所述輔助無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線接入點(diǎn)，由此允許所 述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與所述輔助無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)并存且無(wú)縫地適應(yīng)所述輔助無(wú) 線通信網(wǎng)絡(luò)。
9. 一種無(wú)線通信系統(tǒng)，包括工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括多個(gè)工業(yè)傳感器，所述多個(gè)工業(yè)傳感器通 過(guò)與所述工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)以特定工作 頻段與所述工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信；輔助Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，包括以另一工作頻率與所述至少一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的多個(gè)無(wú)線通信站；以及TDMA數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，支持所述工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)和所述輔助Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的，其中，所述至少一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)^L修改成還充當(dāng)所述輔助 Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的Wi-Fi接入點(diǎn)，由此允許所述工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)與所述輔 助Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)并存且適應(yīng)所述輔助Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括傳輸機(jī)制，用于在預(yù)定時(shí)段結(jié)束時(shí)從所述至少一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn) 傳送主動(dòng)提供的CTS信號(hào)；以及用于改變所述至少 一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)的傳輸功率的機(jī)制。
全文摘要
給出了包括包含通過(guò)一個(gè)或多個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的多個(gè)工業(yè)傳感器的工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線通信方法和系統(tǒng)。建立無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，它包括與一個(gè)或多個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的多個(gè)無(wú)線通信站。基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)可修改成還充當(dāng)使用時(shí)分復(fù)用算法(TDMA)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線接入點(diǎn)，時(shí)分復(fù)用算法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)支持兩種類型的數(shù)據(jù)傳送、例如用于工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信的調(diào)頻擴(kuò)頻(FHSS)和用于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的IEEE 802.11，由此允許工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)并存并且適應(yīng)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)H04L12/56GK101491027SQ200780026239
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2007年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月16日
發(fā)明者S·N·科拉文努, Y·易 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司