專利名稱：具有數(shù)據(jù)傳感器的多個(gè)不同無線網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，并且具體而言涉及無線軀域傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
幾乎所有的無線軀域傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要同步源自不同傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。諸 如洪泛時(shí)間同步協(xié)議(FTSP)的時(shí)間同步協(xié)議提供了用于同步屬于同一網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)的 解決方案。FTSP依賴于定期地廣播在MAC層被時(shí)間標(biāo)記(time-stamped)的時(shí)間同步消息 的時(shí)間管理工具。接收節(jié)點(diǎn)將時(shí)間同步消息的本地到達(dá)時(shí)間與包含在時(shí)間同步消息中的時(shí) 間標(biāo)記進(jìn)行比較，并將其用于估計(jì)相對(duì)于時(shí)間管理工具的時(shí)鐘脈沖相位差，從而同步它們 的時(shí)鐘。低功耗低速率的無線電技術(shù)，諸如IEEE 802. 15. 4/ZigBee,已經(jīng)被設(shè)計(jì)用于無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)，并且也是軀域傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的首選。然而，IEEE802. 15. 4/ZigBee總計(jì)的原 始數(shù)據(jù)速率被限制為每個(gè)信道250千比特/秒(Kbit/s)，其可轉(zhuǎn)換為大約100千比特/秒 或13千字節(jié)/秒(Kbytes/s)應(yīng)用的可用帶寬。因此，需要更大帶寬(諸如身體運(yùn)動(dòng)捕獲 系統(tǒng)、EEG、EMG)的應(yīng)用通常將系統(tǒng)劃分為工作在不同無線電信道上的多個(gè)分立網(wǎng)絡(luò)。這引出了工作在不同信道上的網(wǎng)絡(luò)之間的時(shí)間同步問題。以直接的方式應(yīng)用FTSP 協(xié)議需要每個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)時(shí)間管理工具，并且需要所有的時(shí)間管理工具彼此同步，這造 成復(fù)雜和混亂的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供以簡(jiǎn)單、有效和可靠的方式對(duì)多個(gè)不同無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行時(shí)間同 步的可能性。該目的是由用于多個(gè)不同無線網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步方法實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)包括用于測(cè) 量數(shù)據(jù)的至少一個(gè)數(shù)據(jù)傳感器和測(cè)得數(shù)據(jù)所發(fā)送至的網(wǎng)關(guān)，其中，使用了向所有相關(guān)的網(wǎng) 絡(luò)廣播時(shí)間同步消息的共用時(shí)間管理工具。因此，本發(fā)明的基本思想是使用負(fù)責(zé)所有網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步的共用時(shí)間管理工具。 這樣，根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于所有網(wǎng)絡(luò)僅使用單個(gè)時(shí)間管理工具，而不是對(duì)于每個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用獨(dú)立 的時(shí)間管理工具。因?yàn)閮H需要一個(gè)時(shí)間管理工具，這提供了非常簡(jiǎn)單的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并且因此 不再需要不同網(wǎng)絡(luò)的不同時(shí)間管理工具之間的同步。另外，這不需要改變?nèi)我鈧鞲衅鞴?jié)點(diǎn)， 即數(shù)據(jù)傳感器的協(xié)議的實(shí)施。對(duì)于一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)而言，唯一的一個(gè)時(shí)間管理工具作為本 地時(shí)間管理工具出現(xiàn)-這看不出任何的差別。結(jié)果，在不做改變的情況下，傳感器節(jié)點(diǎn)能夠 被用于僅包含單個(gè)網(wǎng)絡(luò)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，將多個(gè)數(shù)據(jù)傳感器用于至少一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)。更優(yōu)選地， 所有的無線網(wǎng)絡(luò)包括需要同步的多個(gè)數(shù)據(jù)傳感器。此外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，不同的無線網(wǎng)絡(luò)工作在不同的無線電信道上。此
3外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，時(shí)間同步消息在不同的無線電信道上發(fā)送，優(yōu)選在涉及各個(gè) 無線網(wǎng)絡(luò)的無線電信道上發(fā)送。關(guān)于這一點(diǎn)，進(jìn)一步優(yōu)選的是，僅使用相關(guān)無線網(wǎng)絡(luò)工作時(shí) 所處的這類無線電信道。因此忽略了未使用的無線電信道。一般而言，可以采用不同的方式將時(shí)間同步消息發(fā)送至各個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)。然而，根據(jù) 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，向不同的無線網(wǎng)絡(luò)依次序地發(fā)送該時(shí)間同步消息。此外，根據(jù)本發(fā)明 的優(yōu)選實(shí)施例，定期地發(fā)送該時(shí)間同步消息。關(guān)于這一點(diǎn)，還優(yōu)選的是，對(duì)于每個(gè)獨(dú)立的無 線網(wǎng)絡(luò)而言，時(shí)間同步消息發(fā)送的時(shí)間間隔是特有的。因此，這樣，同步可以獨(dú)立地適合于 各個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的需求。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，至少一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)是低功耗網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)選所有的無線網(wǎng) 絡(luò)都是低功耗網(wǎng)絡(luò)，例如ZigBee網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明尤其可用于無線軀域傳感器網(wǎng)絡(luò)。這意味著根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，每 個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)身體可穿戴的數(shù)據(jù)傳感器。這些數(shù)據(jù)傳感器能夠由單個(gè)人穿戴。然而， 還優(yōu)選的是，使用屬于不同人的兩個(gè)或多個(gè)軀域傳感器網(wǎng)絡(luò)。此外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，共用時(shí)間管理工具可以被用于附加的功能。這意 味著除了向所有的網(wǎng)絡(luò)廣播時(shí)間同步消息之外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，時(shí)間管理工具 被用于向至少一個(gè)，優(yōu)選向所有相關(guān)的無線網(wǎng)絡(luò)廣播附加的信息。具體而言，時(shí)間管理工具 能夠傳送與所有網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)管理信息，例如無沖突的空閑信道列表等等。以上所提到的目的還可以通過多個(gè)不同無線網(wǎng)絡(luò)的整體實(shí)現(xiàn)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)包括用于 測(cè)量數(shù)據(jù)的至少一個(gè)數(shù)據(jù)傳感器和用于從數(shù)據(jù)傳感器接收測(cè)得數(shù)據(jù)的網(wǎng)關(guān)，其中，提供了 適于向所有相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)廣播時(shí)間同步消息的共用時(shí)間管理工具。無線網(wǎng)絡(luò)的該整體的優(yōu)選實(shí)施例涉及上文所詳述的根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí) 施例。具體而言，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，不同的無線網(wǎng)絡(luò)適于工作在不同的無線電 信道上。此外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，至少一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)是低功耗網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)選所有相關(guān) 的網(wǎng)絡(luò)是低功耗無線網(wǎng)絡(luò)。具體而言，優(yōu)選的是，該無線網(wǎng)絡(luò)是具有多個(gè)身體可穿戴數(shù)據(jù)傳 感器的軀域傳感器網(wǎng)絡(luò)。此外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，提供了優(yōu)選經(jīng)由每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè) 網(wǎng)關(guān)從數(shù)據(jù)傳感器接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器。優(yōu)選地，本發(fā)明可用于以下應(yīng)用-例如，超過單個(gè)信道中可獲得的帶寬(近似12千字節(jié)/秒)的所有軀域傳感器 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。-用于捕獲肌肉活動(dòng)的EMG(肌電圖)系統(tǒng)16個(gè)傳感器X1000采樣/秒X2字 節(jié)/采樣=32千字節(jié)/秒。-用于記錄大腦活動(dòng)的EEG(腦電圖)系統(tǒng)24個(gè)信道X512采樣/秒X2字節(jié)/ 采樣=24千字節(jié)/秒。_用于運(yùn)動(dòng)科學(xué)(體育運(yùn)動(dòng)科學(xué)、康復(fù)、生物工程學(xué)、生物力學(xué)研究)、角色動(dòng)畫 (電影、廣告、游戲)、虛擬現(xiàn)實(shí)(訓(xùn)練和模擬、現(xiàn)場(chǎng)表演)的全身運(yùn)動(dòng)捕獲16個(gè)慣性傳感 器X 500采樣/秒X (2+2+2)字節(jié)/采樣=48千字節(jié)/秒。-例如，需要在多個(gè)人之間同步的所有軀域傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。_用于測(cè)量群組同步性(歌舞團(tuán)、同步跳躍、同步跳傘等等，馬術(shù)/騎馬等等)的具
4有慣性傳感器的身體運(yùn)動(dòng)捕獲系統(tǒng)。-例如，多個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的同步。-創(chuàng)造氣氛照明，照明場(chǎng)景。


本發(fā)明的這些或其他方面將從下文描述的實(shí)施例中變得顯而易見，并且將參考這 些實(shí)施例進(jìn)行闡述。在附圖中圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的無線網(wǎng)絡(luò)的整體；圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的無線網(wǎng)絡(luò)的整體；以及圖3示出了為了廣播時(shí)間標(biāo)記消息，時(shí)間管理工具如何在網(wǎng)絡(luò)的各信道之間回轉(zhuǎn) (rove)的方案。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明，提出了對(duì)于工作在不同無線電信道上的所有網(wǎng)絡(luò)僅使用單個(gè)時(shí)間管 理工具，而不是對(duì)于每個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用獨(dú)立的時(shí)間管理工具。此外，優(yōu)選的策略是該唯一的一個(gè) 時(shí)間管理工具在所有的無線電信道上依次序地廣播其時(shí)間同步消息。圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無線網(wǎng)絡(luò)的整體。這里示出了這樣的情 況，即需要使工作在FTSP上以及工作在不同無線電信道cA和cB上的兩個(gè)分立的軀域傳感 器網(wǎng)絡(luò)A、B同步。網(wǎng)絡(luò)A工作在信道cA上并包括將其讀數(shù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)A.0的四個(gè)身體可 穿戴的傳感器Α. 1、A. 2、A. 3、A. 4。此外，網(wǎng)絡(luò)B工作在信道cB上并包括將其讀數(shù)發(fā)送到網(wǎng) 關(guān)B. 0的四個(gè)身體可穿戴的傳感器B. 1、B.2、B.3、B.4。提供了從網(wǎng)關(guān)A. 0和B. 0兩者接收 來自所有傳感器Α. 1、Α·2、Α·3、Α·4、Β· 1、Β. 2、Β. 3、Β. 4的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器DC。時(shí)間管理 工具TM定期地向網(wǎng)絡(luò)A和網(wǎng)絡(luò)B交替廣播時(shí)間標(biāo)記消息。為此，時(shí)間管理工具TM在無線 信道cA和cB兩者之間來回切換。這提供了如下優(yōu)點(diǎn)因?yàn)閮H有一個(gè)時(shí)間管理工具TM并且因此不需要不同網(wǎng)絡(luò)的 時(shí)間管理工具之間的同步，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。另外，不需要改變?nèi)我鈧鞲衅鰽. 1、 Α. 2、Α· 3、A. 4、B. 1、Β· 2、B. 3、B. 4 的 FTSP 實(shí)施。對(duì)于傳感器 Α· 1、Α· 2、A. 3、A. 4、B. 1、Β· 2、 B. 3、B. 4而言，唯一的一個(gè)時(shí)間管理工具TM作為本地時(shí)間管理工具出現(xiàn)-這看不出任何差 別。結(jié)果，在沒有改變的情況下，傳感器Α. 1、A. 2、A. 3、A. 4、B. 1、B. 2、B. 3、B. 4能夠用于僅 包含單個(gè)網(wǎng)絡(luò)A或B的應(yīng)用或包含多個(gè)網(wǎng)絡(luò)A和B的應(yīng)用。以同樣的方式，屬于不同人P. 1、P. 2的軀域傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的同步可以如圖2中 對(duì)于包含兩個(gè)用戶的應(yīng)用所圖示說明的那樣來實(shí)現(xiàn)。一般而言，該設(shè)計(jì)和方法與先前所描 述內(nèi)容的相同，僅僅是將軀域傳感器網(wǎng)絡(luò)分離到兩個(gè)不同的人P. 11.2身上，為人？.1提供 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)A，并且為人P. 2提供另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)B。對(duì)于IEEE 802. 15. 4/ZigBee網(wǎng)絡(luò)，圖3示出了時(shí)間管理工具如何在所有16個(gè) IEEE 802. 15. 4/ZigBee信道10-26之間回轉(zhuǎn)的可行方案，以便廣播在FTSP協(xié)議中所描述的 時(shí)間標(biāo)記消息。不同網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)接收經(jīng)時(shí)移的時(shí)間標(biāo)記消息。因?yàn)闀r(shí)間管理工具一 直通過廣播對(duì)時(shí)間同步消息進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記，不同網(wǎng)絡(luò)的時(shí)移接收不影響FTSP算法的準(zhǔn)確度。傳感器節(jié)點(diǎn)(“依賴于時(shí)間的(time slaves)”)以與先前相同的方式實(shí)施FTSP協(xié)議。 對(duì)于它們而言，時(shí)間同步消息好像是從專職屬于它們自己的網(wǎng)絡(luò)的本地時(shí)間管理工具發(fā)布 的。因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的解決方案在沒有對(duì)FTSP的依賴于時(shí)間的所有實(shí)施做任何改 變的情況下工作。除了在所有的信道上回轉(zhuǎn)并廣播時(shí)間同步消息，時(shí)間管理工具也能夠維護(hù)網(wǎng)絡(luò)標(biāo) 識(shí)符和相應(yīng)信道的列表。在這種情況下，時(shí)間管理工具限制向在其列表上的網(wǎng)絡(luò)廣播時(shí)間 同步消息。另外，該列表能夠包含針對(duì)發(fā)送時(shí)間同步消息的間隔的網(wǎng)絡(luò)特異性設(shè)置。以這 種方式，可以輔助網(wǎng)絡(luò)在準(zhǔn)確度方面的不同需求。此外，時(shí)間管理工具可以扮演更加通用的 角色，作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理器。在這種情況下，時(shí)間管理工具廣播與所有網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)管 理信息，例如，無沖突的空閑信道列表，而不僅僅廣播時(shí)間同步消息。雖然已經(jīng)在附圖和先前描述中圖示說明并詳盡描述了本發(fā)明，此類圖示說明和描 述可以解釋為是說明性的或示例性的，并且不是限制性的；本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施 例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過對(duì)附圖、說明書和所附的權(quán)利要求的學(xué)習(xí)，在實(shí)踐所要求 的發(fā)明的過程中，可以理解和實(shí)現(xiàn)所公開的實(shí)施例的其他變型。在權(quán)利要求中，詞語“包括” 并不排除其他的元素或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”并不排除多個(gè)。起碼的事實(shí)是， 在不同的從屬權(quán)利要求中互相引用的某些策略并不表示不能有利的使用這些策略的組合。 權(quán)利要求中的任何參考標(biāo)記不應(yīng)該解釋為是對(duì)范圍的限制。
權(quán)利要求
一種多個(gè)不同無線網(wǎng)絡(luò)(A，B)的時(shí)間同步方法，每個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)(A，B)包括用于測(cè)量數(shù)據(jù)的至少一個(gè)數(shù)據(jù)傳感器(A.1，A.2，A.3，A.4，B.1，B.2，B.3，B.4)和測(cè)得數(shù)據(jù)所發(fā)送至的網(wǎng)關(guān)(A.0，B.0)，其中，使用向所有相關(guān)網(wǎng)絡(luò)(A，B)廣播時(shí)間同步消息的共用時(shí)間管理工具(TM)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，將多個(gè)數(shù)據(jù)傳感器(A.1，A. 2，A. 3，A. 4，B. 1，B. 2， B. 3，B. 4)用于至少一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)(A，B)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述不同無線網(wǎng)絡(luò)(A，B)在不同的無線電信 道(CA，CB)上工作。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，在不同的無線電信道(cA，cB)上發(fā)送所述時(shí)間同步 消息，其中，優(yōu)選地僅使用所述相關(guān)無線網(wǎng)絡(luò)(A，B)工作時(shí)所處的此類無線電信道(cA，cB)。
5.如權(quán)利要求1到4中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，向所述不同無線網(wǎng)絡(luò)(A，B)依次 序地發(fā)送所述時(shí)間同步消息。
6.如權(quán)利要求1到5中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，定期地發(fā)送所述時(shí)間同步消息。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，對(duì)于每個(gè)獨(dú)立的無線網(wǎng)絡(luò)(A，B)，發(fā)送所述時(shí)間同 步消息的時(shí)間間隔是特有的。
8.如權(quán)利要求1到7中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，至少一個(gè)所述無線網(wǎng)絡(luò)(A，B)是 低功耗網(wǎng)絡(luò)。
9.如權(quán)利要求1到8中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述無線網(wǎng)絡(luò)(A，B)是具有多個(gè) 身體可穿戴數(shù)據(jù)傳感器(A. 1，A. 2，A. 3，A. 4，B. 1，B. 2，B. 3，B. 4)的軀域傳感器網(wǎng)絡(luò)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，使用了屬于不同人(P.1，P.2)的兩個(gè)軀域傳感器 網(wǎng)絡(luò)(A，B)。
11.如權(quán)利要求1到10中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述共用時(shí)間管理工具(TM)除 了向所有網(wǎng)絡(luò)(A，B)廣播時(shí)間同步消息之外，還向至少一個(gè)相關(guān)無線網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)選向所有相 關(guān)無線網(wǎng)絡(luò)(A，B)廣播附加信息。
12.多個(gè)不同無線網(wǎng)絡(luò)的整體，每個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)(A，B)包括用于測(cè)量數(shù)據(jù)的至少一個(gè)數(shù) 據(jù)傳感器(Α. 1，Α· 2，Α· 3，Α· 4，Β· 1，Β· 2，Β· 3，Β· 4)和用于從所述數(shù)據(jù)傳感器(Α. 1，Α· 2，Α· 3， Α. 4，B. 1，B. 2，B. 3，B. 4)接收測(cè)得數(shù)據(jù)的網(wǎng)關(guān)(Α. 0，B. 0)，其中，提供了適于向所有相關(guān)網(wǎng) 絡(luò)(Α，Β)廣播時(shí)間同步消息的共用時(shí)間管理工具(TM)。
13.如權(quán)利要求12所述的整體，其中，所述不同的無線網(wǎng)絡(luò)(Α，B)適于在不同的無線 電信道(CA，CB)上工作。
14.如權(quán)利要求12或13所述的整體，其中，至少一個(gè)所述無線網(wǎng)絡(luò)(A，B)是低功耗網(wǎng)
15.如權(quán)利要求12到14中任意一項(xiàng)所述的整體，其中，所述無線網(wǎng)絡(luò)(A，B)是具有多 個(gè)身體可穿戴數(shù)據(jù)傳感器(A. 1，A. 2，A. 3，A. 4，B. 1，B. 2，B. 3，B. 4)的軀域傳感器網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于時(shí)間同步多個(gè)不同無線網(wǎng)絡(luò)A、B的方法，每個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)(A、B)包括至少一個(gè)用于測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳感器(A.1、A.2、A.3、A.4、B.1、B.2、B.3、B.4)和測(cè)得數(shù)據(jù)所發(fā)送至的網(wǎng)關(guān)(A.0、B.0)，其中，使用了向所有相關(guān)網(wǎng)絡(luò)(A、B)廣播時(shí)間同步消息的共用時(shí)間管理工具(TM)。這樣，以簡(jiǎn)單、有效和可靠的方式實(shí)現(xiàn)了時(shí)間同步多個(gè)不同無線網(wǎng)絡(luò)(A、B)的可能。
文檔編號(hào)H04W56/00GK101965745SQ200980108248
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日
發(fā)明者T·法爾克, V·M·G·范阿赫特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司