專利名稱：無線基干結(jié)構(gòu)中同步通信的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及通信系統(tǒng)中多個節(jié)點之間的同步通信，尤其涉及在具有中繼器的無線基干的網(wǎng)絡(luò)中通信的多個節(jié)點之間的同步通信。
現(xiàn)有技術(shù)諸如局域網(wǎng)(LAN)之類的通信系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于信息交換。這些系統(tǒng)包括訪問和節(jié)點互連的傳輸媒體的多個數(shù)據(jù)處理節(jié)點或“中介”。已經(jīng)提出了許多種用于為節(jié)點提供共享訪問網(wǎng)絡(luò)或者基干的局域網(wǎng)方案，通過共享訪問網(wǎng)絡(luò)或者基干，節(jié)點之間相互通信，或者與中央網(wǎng)絡(luò)集線器或服務(wù)器通信。在使網(wǎng)絡(luò)的多個節(jié)點與中央網(wǎng)絡(luò)集線器同步的情況下，已設(shè)計利用中央網(wǎng)絡(luò)集線器組織的局域網(wǎng)方案，其中起中繼器作用的基干節(jié)點由有線通信路徑互連。非中繼器節(jié)點和直接或經(jīng)其它中繼器節(jié)點與中央網(wǎng)絡(luò)集線器連接的中繼器節(jié)點連接。這些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般包括硬連線連接。
更近一些的努力致力于發(fā)展無線通信網(wǎng)絡(luò)。例如普通轉(zhuǎn)讓的美國專利No.5,231,634(Giles等)涉及一種管理多個節(jié)點之間的通信的通信系統(tǒng)，每個節(jié)點配備有無線電收發(fā)機?！?34專利描述了為所有中介提供分散的對等訪問的無線LAN的媒體訪問控制。對等通信系統(tǒng)是所有中介能夠在相互平等的情況下自由通信的通信系統(tǒng)。
無線通信系統(tǒng)需要考慮硬連線系統(tǒng)中不存在的潛在問題。例如，在無線通信系統(tǒng)中，節(jié)點及中繼器是可移動的，能夠移進、移出系統(tǒng)中的其它節(jié)點及中繼器的范圍?！?34專利的目的在于持續(xù)保證所有的中介能夠公平訪問通信系統(tǒng)(即，例如避免由于與給定目的地物理連接較近的中介的信號強度大于與目的地的物理距離較大的中介的信號強度，而導(dǎo)致物理連接較近的中介具有不公平的優(yōu)越性)。
無線系統(tǒng)還需要考慮由物理設(shè)置，或者甚至由有關(guān)無線電發(fā)射的FCC條例施加的無線電傳輸限制。由于這些考慮，無線網(wǎng)絡(luò)，例如‘634專利中描述的無線網(wǎng)絡(luò)的操作靈活性可能已受到限制。
由于無線通信系統(tǒng)的獨特問題，還沒有開發(fā)出能夠自由利用諸如中央網(wǎng)絡(luò)集線器組織之類的通信技術(shù)的無線通信系統(tǒng)。中央網(wǎng)絡(luò)集線器組織是涉及利用控制網(wǎng)絡(luò)操作的中央或者主中繼器的網(wǎng)絡(luò)方案。主中繼器可和非中繼器節(jié)點直接通信，或者在廣泛分布式網(wǎng)絡(luò)中通過中繼器節(jié)點和非中繼器節(jié)點通信。為了便于討論，把中繼器節(jié)點和非中繼器節(jié)點均稱為“節(jié)點”，同時把中繼器稱為“中繼器”。主中繼器網(wǎng)絡(luò)中的中繼器便于數(shù)據(jù)、控制及同步信息向節(jié)點，包括其它中繼器的傳播。中繼器可和主中繼器直接連接，也可和另一個直接或間接地與主中繼器連接的中繼器連接。
由于與無線網(wǎng)絡(luò)方案相關(guān)的限制，目前這樣的方案至多應(yīng)用于中央網(wǎng)絡(luò)集線器結(jié)構(gòu)的節(jié)點和中繼器之間的通信，并不用于中繼器之間的通信。通過把無線通信限制為節(jié)點和中繼器之間的通信，能夠控制整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信號干擾。例如，所有通過第一中繼器和中央網(wǎng)絡(luò)集線器通信的節(jié)點能夠在第一頻率信道上和第一中繼器通信，而所有通過第二中繼器和中央網(wǎng)絡(luò)集線器通信的節(jié)點能夠在第二頻率信道上和第二中繼器通信。這樣和給定中繼器連接的節(jié)點構(gòu)成子網(wǎng)，或者域。隨后每個中繼器能夠經(jīng)過有線鏈路通過任意數(shù)目的中繼器和中央網(wǎng)絡(luò)集線器通信，以保證可靠的通信。由于中繼器一般處理增大的通信(即，來自和中繼器直接連接的節(jié)點的通信，及發(fā)往和來自鏈接的中繼器的通信)，從而利用有線鏈路可保證中繼器之間的可靠通信。
盡管存在增強無線通信可靠性的技術(shù)，但是這些技術(shù)還未考慮實際應(yīng)用于互連中繼器基干。例如頻率跳躍是一種已知的擴頻技術(shù)，借助該技術(shù)可利用多個頻率傳送信號。在任意給定時刻使用的確切頻率在隨機的頻率序列或預(yù)定的頻率序列中從一個頻率切換為另一頻率。頻率跳躍有助于防止衰落誤差，并且通常比單信道通信更安全可靠。
雖然頻率跳躍技術(shù)提供可靠安全的無線通信，但是常規(guī)的頻率跳躍技術(shù)并不易于適用于無線LAN環(huán)境，尤其是包括可移入、移出任意數(shù)目的動態(tài)變化的可重構(gòu)結(jié)構(gòu)的中繼器的基干的無線LAN環(huán)境。此外由于需要保持無線通信高水平的同步，因而使之不能實際應(yīng)用于位于利用若干不同頻率信道(例如每個中繼器一個不同的頻率信道)進行操作的通信網(wǎng)絡(luò)中的高通信量中繼器。
于是希望提供對于節(jié)點和中繼器之間的通信，及中繼器和中央網(wǎng)絡(luò)集線器之間的通信，開發(fā)使用無線鏈路的中央網(wǎng)絡(luò)集線器組織的優(yōu)點。此外還希望提供一些在動態(tài)變化的可重構(gòu)通信系統(tǒng)的中繼器之間建立并保持同步的機制。
發(fā)明簡述于是本發(fā)明的目的是在多個節(jié)點之間提供無線通信，所述多個節(jié)點同步以便和構(gòu)成主中繼器的中央網(wǎng)絡(luò)集線器通信。例如，本發(fā)明的目的在于具有中繼器的無線基干的無線網(wǎng)絡(luò)，所述中繼器能夠不顧無線通信系統(tǒng)中的動態(tài)變化使用頻率跳躍自動建立同步。例證實施例提供同步控制，從而當(dāng)中繼器加入系統(tǒng)中時，自動搜索另一中繼器，并與該中繼器同步，同時繼續(xù)收聽識別主中繼器，或者更接近主中繼器(即通過更直接的通信鏈路與主中繼器通信)的另一中繼器信號。
一般說來，本發(fā)明的例證實施例涉及在網(wǎng)絡(luò)的多個節(jié)點(例如中繼器)之間建立并控制通信的設(shè)備和方法，該網(wǎng)絡(luò)包括第一節(jié)點及和第一節(jié)點通信的第二節(jié)點，第一節(jié)點具有控制該第一節(jié)點和至少一個其它節(jié)點之間的無線通信同步的裝置，第二節(jié)點具有確定第二節(jié)點和第一節(jié)點之間的無線通信路徑中的節(jié)點數(shù)目，并利用該數(shù)目控制第二節(jié)點相對于第一節(jié)點同步的裝置。
本發(fā)明的實施例還涉及通過選擇多個通信信道中具有第一頻率跳躍序列的第一信道供第一節(jié)點使用；及通過把該多個通信信道中具有不同于第一頻率跳躍序列，但是至少包括一個和該多個通信信道中各個信道的跳躍序列中的頻率重疊的頻率的頻率跳躍序列的第二信道分配給第二節(jié)點使第一節(jié)點和第二節(jié)點之間的通信同步，從而在第一節(jié)點和第二節(jié)點之間建立同步的設(shè)備和方法，同步步驟還包括檢測第一信道和第一信道的頻率重疊，以使第一節(jié)點和第二節(jié)點之間的通信同步的步驟。
附圖的簡要說明可參考下面的說明及附圖進一步理解本發(fā)明，其中

圖1圖解說明了根據(jù)本發(fā)明利用中央網(wǎng)絡(luò)組織形成的例證通信系統(tǒng)的多重節(jié)點構(gòu)形；圖2表示了根據(jù)本發(fā)明的例證實施例的跳躍周期幀。
優(yōu)選實施例的簡要說明圖1圖解說明了互連多個節(jié)點10(例如通信站或終端(T))的通信網(wǎng)絡(luò)100的例證實施例。網(wǎng)絡(luò)100還包括作中繼器的節(jié)點。如圖1所示，通信網(wǎng)絡(luò)100包括表示為主中繼器11的中央網(wǎng)絡(luò)集線器，及輔助入口點中繼器(AP/R)12～18，其中中繼器12被指定為備用主中繼器。節(jié)點10通過無線電終端鏈路(TL)9和中繼器通信。中繼器之間通過無線電基干鏈路(BL)19通信。
這里使用的詞語“基干鏈路”指的是便于網(wǎng)絡(luò)100中節(jié)點和主中繼器之間信息傳播的一個或多個中繼器節(jié)點的排列結(jié)構(gòu)。節(jié)點10包括和中繼器11～18通信的無線電收發(fā)機。中繼器11～18中的每一個都具有和節(jié)點10通信的無線電收發(fā)機，及和至少一個其它中繼器通信的無線電收發(fā)機。中繼器11～18構(gòu)成圖1例證的向節(jié)點10發(fā)送及從節(jié)點10接收通信，并在主中繼器11和其它中繼器之間轉(zhuǎn)發(fā)通信的網(wǎng)絡(luò)的基干。當(dāng)然，任意形式的無線通信，例如光通信(例如紅外)可用于按照本發(fā)明的例證實施例使節(jié)點和/或中繼器12～18相互鏈接，并和主中繼器11鏈接。
根據(jù)例證實施例，中繼器11～18不必位于所有其它中繼器的聽聞距離內(nèi)，但是應(yīng)布置在至少一個其它中繼器的聽聞距離內(nèi)。這里使用的詞語“聽聞距離”是在兩個中繼器之間保持可靠的直接無線通信的同時，一個中繼器相對于另一個中繼器的物理距離。
本發(fā)明的特征之一是能夠自動確定中繼器深度的能力。這里使用的術(shù)語“深度”是給定中繼器相對主中繼器11來說，給定中繼器和主中繼器之間的節(jié)點或者基干通信鏈路數(shù)目的相對近似。即給定中繼器的深度構(gòu)成表示位于給定中繼器和主中繼器11之間的通信路徑中的中繼器(包括給定中繼器)的數(shù)目的參數(shù)。
圖1中各個中繼器的深度參數(shù)值由“n”表示。主中繼器11的深度值固定為0(n＝0)。當(dāng)由于任意原因?qū)е轮髦欣^器不能用作中央網(wǎng)絡(luò)集線器時，起主中繼器作用的備用主中繼器12被布置在主中繼器11的聽聞距離之內(nèi)，并且深度固定為1(n＝1)。當(dāng)主中繼器11不能起作用時，備用主中繼器保持其n＝1的深度值。主中繼器11和備用主中繼器12之外的其它中繼器的深度值是動態(tài)的。參見圖1，由于中繼器13、16及17直接和主中繼器11連接，因此它們的深度值為n＝1。由于中繼器14、15及18分別經(jīng)過中繼器13、12及16和主中繼器11通信，因此它們的深度值為n＝2。
正如下面詳細說明的一樣，動態(tài)深度值允許在網(wǎng)絡(luò)中既定中繼器的聽聞距離內(nèi)的任何地方設(shè)置新的中繼器，而不會降低網(wǎng)絡(luò)通信效率。這一特征可極大地增強網(wǎng)絡(luò)建立及重構(gòu)的簡易性及靈活性。
當(dāng)中繼器被加入網(wǎng)絡(luò)中時，它通過自動搜索與之通信及同步的另一中繼器開始初始化。為此，圖1中的各個中繼器包括發(fā)送和接收通信的裝置，例如無線電收發(fā)機，及搜索通信系統(tǒng)查找第一中繼器(例如主中繼器)的同步信號(即同步信息)的裝置。從而搜索裝置包括同步通信裝置，例如任何可用的處理器或中央處理單元。當(dāng)找到第一中繼器時，加入的中繼器和找到的中繼器通信，并采用適當(dāng)?shù)纳疃葏?shù)。例如，如果把中繼器18及與之相連的節(jié)點加入圖1的網(wǎng)絡(luò)中，并且中繼器18找到深度值n＝1的中繼器16，則加入的中繼器18的深度值n＝2。加入的中繼器18一旦被鏈接，就經(jīng)過中繼器16和主中繼器通信。
中繼器在被鏈接后繼續(xù)搜索和它們鏈接的中繼器相比，深度參數(shù)更小的其它中繼器。在上面給出的例子中，如果深度值n＝2的加入中繼器18開始可靠地檢測來自主中繼器11(即和中繼器18當(dāng)前直接鏈接的中繼器相比，深度更小的中繼器)的信號，則加入的中繼器18撤消和中繼器16的鏈接，并重新和主中繼器11鏈接，從而接受適當(dāng)(更低)的深度指示n＝2。
在努力采用最低深度的過程中，中繼器自動和另一中繼器鏈接的特征具有許多優(yōu)點。例如這種特征允許在不存在任何來自操作者或安裝者的輸入指令的情況下，自動初始化加入的中繼器。另外，這種特征能夠組織中繼器，使之盡可能地和中央中繼器緊密接觸。這樣使基干上的通信量降至最小，并且降低了在中繼器之間重發(fā)過程中發(fā)生錯誤(即與多重鏈路結(jié)構(gòu)有關(guān)的錯誤)的可能性。在文件服務(wù)器型方案中，保持使用最少數(shù)目鏈路的通信路徑還加快了節(jié)點和主中繼器11之間的信息傳輸速度。
根據(jù)本發(fā)明的例證實施例，通過利用頻率跳躍方案實現(xiàn)對中繼器的鏈接及同步。在例證實施例中，頻率跳躍是通過使用規(guī)定序列中的N(N為質(zhì)數(shù))個不同頻率構(gòu)成給定通信信道(例如按照預(yù)定順序或者按照發(fā)送方及接收方已知的隨機序列對質(zhì)數(shù)(例如53、79或83)個不同的頻率排序)來發(fā)送/接收信息實現(xiàn)的。通信系統(tǒng)在通信過程中反復(fù)轉(zhuǎn)換頻率，在跳躍序列的所有N個頻率中排序。在跳躍到序列中的下一跳躍頻率之前，中繼器保持當(dāng)前跳躍頻率一段預(yù)定時間。這里把該預(yù)定時間段稱為“跳躍周期”。
根據(jù)本發(fā)明的例證實施例，頻率跳躍用于在節(jié)點10和給定中繼器之間提供安全可靠的同步無線通信。例如，每個中繼器和與之相連的節(jié)點10可在由該中繼器選定的信道上工作。
此外，按照例證實施例，頻率跳躍用于在中繼器11～18之間提供可靠的通信。如果需要的話，中繼器可在基干的主中繼器選定的信道上通信。為了建立彼此之間的通信，中繼器11～18在彼此之間建立并保持同步。這是通過使每個加入的中繼器和既定中繼器同步實現(xiàn)的。
在根據(jù)本發(fā)明的例證實施例的頻率跳躍方案中，使用了多個通信信道，每個通信信道具有預(yù)定的頻率跳躍序列。每個信道的跳躍序列正交于通信系統(tǒng)中可使用的其它各個信道中的跳躍序列。即組織各個信道的頻率跳躍序列，使得這些信道中的任意兩個信道的相應(yīng)跳躍序列中至少存在一個重疊頻率。從而如果兩個中繼器被分配給不同的信道，則這兩個中繼器必定會在至少一個跳躍周期中重疊于一個共同頻率。于是，如果既定中繼器和新加入的中繼器位于彼此的聽聞距離之內(nèi)，并被分配給不同的信道，則它們必定會在至少一個跳躍周期中在一個共同頻率上相互聽聞。一旦加入的中繼器聽到既定中繼器，則在重疊的頻率跳躍周期中，加入的中繼器能夠獲得必需的同步及信道信息，并和既定中繼器鏈接，從而和通信網(wǎng)絡(luò)同步。
在本發(fā)明的例證實施例中，存在16個信道，每個信道具有53個頻率的預(yù)定跳躍序列。正常操作過程中，所有既定基干中繼器被分配給相同信道，并在該信道上工作，同時在與該信道相關(guān)的跳躍序列中跳躍。在例證實施例中，前15個信道(信道1～15)用于中繼器之間的一般通信，第16信道(信道16)專用于加入或恢復(fù)的中繼器的初始化。
選擇每個信道的跳躍序列，使之正交于所有其它信道跳躍序列。當(dāng)中繼器在與信道(該中繼器被分配給該信道)相關(guān)的53個頻率的序列中跳躍時，確保在至少一個跳躍周期中，分配給其它15個信道中任意信道的任何其它中繼器和第一中繼器共享共同頻率。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解共同頻率跳躍周期不必和跳躍周期的邊界一致，它可橋接兩個跳躍周期。例如在300毫秒的跳躍周期中，兩個中繼器可在跳躍周期的前100毫秒內(nèi)共享第一頻率，并轉(zhuǎn)換到第二共同頻率，在該跳躍周期剩下的200毫秒內(nèi)共享第二共同頻率。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，當(dāng)主中繼器由于任意原因失效時，備用主中繼器12可作為主中繼器控制基干網(wǎng)絡(luò)。例如，在主中繼器11不能工作，或者備用主中繼器12加入網(wǎng)絡(luò)中或者從停止工作狀態(tài)下恢復(fù)時，備用主中繼器12找不到主中繼器11的情況下，備用主中繼器12充當(dāng)主中繼器。
在例證實施例中，當(dāng)主中繼器初始投入使用，或者恢復(fù)時，主中繼器11在指定信道(例如信道“X”)上工作。備用主中繼器12在初始化或恢復(fù)之后，在不同于主中繼器11的指定信道的指定信道上工作(例如信道“Y”)。這樣如果備用主中繼器12聽不到主中繼器11，則備用主中繼器12在其指定信道上工作，從而形成剖分式網(wǎng)絡(luò)(即其中有兩個中繼器試圖作為主中繼器，并在相同信道上控制同步的網(wǎng)絡(luò))。但是由于使用了包括必將重疊的正交跳躍序列的信道，因此當(dāng)主中繼器和備用主中繼器相互聽聞時，這兩個網(wǎng)絡(luò)將歸結(jié)為單個網(wǎng)絡(luò)。
操作中，使備用主中繼器12和主中繼器11同步(即備用主中繼器作用為普通中繼器工作)。但是如果主中繼器11停止工作，則備用主中繼器12轉(zhuǎn)到其指定信道(例如信道“Y”)上。提供指定信道避免了剖分式網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生，而例如，如果主中繼器11和備用主中繼器12一開始不能相互聽聞時，就將產(chǎn)生剖分式網(wǎng)絡(luò)。由于X信道和Y信道彼此正交，因此主中繼器11和備用主中繼器12最終將相互聽聞，并在信道X上同步?；删W(wǎng)絡(luò)的同步下面將說明使例證基干網(wǎng)絡(luò)100中的中繼器同步及工作的例證操作。
根據(jù)例證實施例，主中繼器11的初始化包括最初掃描專用于包含全頻率跳躍序列的同步信息的信道(即，例證實施例中的信道16)。通過在專用同步信道上掃描同步信息(即掃描由于使用正交跳躍序列而必然存在的重疊頻率)，通信系統(tǒng)中的其它節(jié)點和中繼器(包括備用主中繼器)可掃描信道16以確定與主中繼器，或者適當(dāng)時與備用主中繼器同步所必需的信息。
當(dāng)使第二中繼器與第一中繼器同步時，同步信息由識別信道及基干網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前跳躍頻率的第一中繼器提供。同步信息還包括一個跳躍計時器的計數(shù)，是用于使第一中繼器將從跳躍序列的當(dāng)前頻率跳躍到下一頻率的同步時間的計數(shù)。該跳躍計時器計數(shù)包括，例如同步信息生成時，第一中繼器的跳躍計時器上保持的計數(shù)信息。同步信息還包括第一中繼器的深度信息。
在第二中繼器接收跳躍計時器計數(shù)之后，第二中繼器減去處理延遲及傳輸延遲的適當(dāng)計數(shù)，并把調(diào)整后的值寫入其跳躍計時器寄存器中。之后，在和基干網(wǎng)絡(luò)的其余部分同步的情況下，第二中繼器的跳躍計時器中斷。
初始化時，主中繼器假定備用主中繼器可充當(dāng)主中繼器。于是主中繼器掃描信道16以確定備用主中繼器的可能的同步信息。如果找到備用主中繼器12，則主中繼器11向備用主中繼器12發(fā)送迫使備用主中繼器12失去同步的再同步報文，并開始掃描信道16以求尋找主中繼器11的同步信息。在發(fā)送再同步報文之后，主中繼器被分配給前15個信道中的任意一個信道，并開始在指定給該信道的頻率序列內(nèi)跳躍。網(wǎng)絡(luò)中已失去和備用主中繼器12同步的中繼器也開始掃描信道16以求尋找主中繼器11。
根據(jù)例證實施例，備用主中繼器12的初始化包括對于最多達預(yù)定數(shù)目(例如2個)的全跳躍序列，把備用主中繼器12分配給專用同步信道(信道16)以求尋找主中繼器11。如果找到主中繼器11，則備用主中繼器12在主中繼器11被分配給的信道(即信道1～15之一)上和主中繼器11同步。隨后備用主中繼器12在深度值等于1(n＝1)的情況下開始發(fā)送同步報文。如果備用主中繼器12不能確定主中繼器11的位置，則備用主中繼器12假定主中繼器狀態(tài)，并開始在所述15個信道之一上發(fā)送同步報文。
根據(jù)例證實施例，中繼器13～18的初始化包括把各個中繼器分配給專用同步信道(信道16)，以便在基干網(wǎng)絡(luò)中查找既定中繼器。當(dāng)中繼器聽到基干網(wǎng)絡(luò)中的既定中繼器時，該中繼器轉(zhuǎn)到分配給既定中繼器的信道，并收聽一段預(yù)定時間，例如一個完全的跳躍周期。如果處于同步狀態(tài)的中繼器聽到已存在于相同信道上，并且具有更低深度指示的另一個中繼器，則加入的中繼器開始發(fā)送深度參數(shù)比該中繼器先前同步的中繼器的深度參數(shù)大1的同步報文。
即使在中繼器完全和第一中繼器同步之后，它仍繼續(xù)收聽第二中繼器，并且如果第二中繼器的深度指示低于第一中繼器的深度指示，則該中繼器轉(zhuǎn)到第二中繼器。如果給定中繼器目前同步的中繼器改變其深度值(例如，給定中繼器與之同步的中繼器已移動到距離主中繼器更遠的位置)，則給定中繼器將相應(yīng)調(diào)整其深度。
如前所述，來自主中繼器11的同步報文的深度參數(shù)被固定為0。備用主中繼器12的深度參數(shù)被固定為1，即使當(dāng)備用主中繼器12充當(dāng)主中繼器時其深度參數(shù)仍固定為1。其它中繼器的深度參數(shù)是動態(tài)的。和具有深度值為n的控制同步報文的第二中繼器同步的第一中繼器播送深度值為n＋1的控制同步報文。動態(tài)深度參數(shù)可簡化初始設(shè)置，并且能夠在不必重置深度參數(shù)的情況下，容易地重新定位中繼器。主中繼器恢復(fù)下面將說明主中繼器11或備用主中繼器12停止工作，隨后恢復(fù)工作情況下的恢復(fù)操作。為了便于討論，認為主中繼器使用信道X，而備用主中繼器12使用信道Y。
當(dāng)分配給信道X，并在備用主中繼器12與之同步情況下在信道X上工作的主中繼器11停止工作，并且隨后恢復(fù)工作時，會出現(xiàn)第一例證情況。當(dāng)主中繼器11停止工作時，在備用主中繼器12及所有第一級中繼器(即深度指示n＝1的中繼器)結(jié)束同步之前，存在一段預(yù)定時間，例如4個跳躍周期。這段時間能夠在使系統(tǒng)和備用主中繼器同步之前，為備用主中繼器12及其它中繼器提供幾個收聽來自主中繼器11的同步報文的機會。在第一級中繼器中失去同步之后，與第一級中繼器脫離同步的具有更高深度指示的中繼器將順序結(jié)束同步，依次類推。
隨后備用主中繼器12開始在兩個跳躍序列循環(huán)中掃描信道16尋找主中繼器11。如果備用主中繼器12找不到主中繼器11，則備用主中繼器12成為主中繼器并開始在信道Y上工作。脫離同步的中繼器掃描信道16以求尋找同步信息，當(dāng)找到時，該同步信息用于使系統(tǒng)和備用主中繼器12同步。之后網(wǎng)絡(luò)在備用主中繼器12作為信道Y上的主中繼器，并且各中繼器與之同步的情況下進行工作。
當(dāng)主中繼器11恢復(fù)工作時，它開始搜索信道16查找充當(dāng)主中繼器的備用主中繼器12。當(dāng)主中繼器11找到備用主中繼器12時，主中繼器11向備用主中繼器12發(fā)送再同步報文，從而使備用主中繼器12轉(zhuǎn)到信道16，并開始搜索主中繼器11。在使備用主中繼器12重新同步之后，主中繼器11把其用于信道X的同步信息放置在信道16上。隨后備用主中繼器12確定主中繼器11的位置并與主中繼器11同步。網(wǎng)絡(luò)中的各級中繼器(每級由不同的深度參數(shù)值確定)脫離同步并轉(zhuǎn)到信道16查找同步信號，以便重新同步。各中繼器查找主中繼器11，或者對著主中繼器11的另一中繼器，并利用從信道16獲得的同步信息，及深度參數(shù)(深度參數(shù)包含在每次重新播送的同步信息中)與之同步。
在主中繼器11恢復(fù)工作，并且找不到充當(dāng)主中繼器的備用主中繼器12的情況下，主中繼器11在信道X上假定主中繼器狀態(tài)。備用主中繼器12繼續(xù)作為主中繼器在信道Y上工作，從而建立剖分式網(wǎng)絡(luò)。由于主中繼器及備用主中繼器被設(shè)置在彼此的聽聞距離之內(nèi)，因此當(dāng)信道X和信道Y的跳躍頻率因其正交特性而重疊時，備用主中繼器12最終將聽到主中繼器11。由于中繼器總是力圖尋找深度級更低的中繼器的位置，因此由于主中繼器11的深度指示較低(n＝0)，備用主中繼器12將找到主中繼器11并與之同步。一旦備用主中繼器12聽到主中繼器11，備用主中繼器12將象與備用主中繼器12同步的各中繼器那樣與主中繼器重新同步。一旦各中繼器與主中繼器11同步之后，網(wǎng)絡(luò)不再分裂，并在主中繼器11充當(dāng)唯一的主中繼器的情況下運行。
下面將說明當(dāng)在信道X上和主中繼器11同步的備用主中繼器12停止工作，并且隨后恢復(fù)工作時發(fā)生的另一例證情況。當(dāng)備用主中繼器12停止工作時，網(wǎng)絡(luò)在主中繼器11作為主中繼器的情況下繼續(xù)運行。當(dāng)備用主中繼器12恢復(fù)工作時，它掃描信道16預(yù)定次數(shù)(例如掃描信道16兩次)尋找主中繼器11。當(dāng)備用主中繼器12找到主中繼器11時，備用主中繼器12在信道X上與主中繼器同步。網(wǎng)絡(luò)在主中繼器11充當(dāng)主中繼器的情況下繼續(xù)運行。
在當(dāng)備用主中繼器12恢復(fù)工作時找不到主中繼器11的情況下，備用主中繼器12試圖在信道Y上成為主中繼器。由于備用主中繼器12在信道Y上工作，主中繼器11在信道X上工作，因此最終這兩個信道將因其正交特性而重疊，備用主中繼器12與主中繼器11同步。節(jié)點之間的一般通信通過把各中繼器分配給共享信道，并使這些中繼器同步以對準(zhǔn)它們的跳躍周期。剩余的非中繼器節(jié)點可以類似的方式與給定中繼器同步。
例如，每個中繼器可在基干網(wǎng)絡(luò)的信道上工作，以便和其它中繼器通信，并可在限定該中繼器的域的獨立信道(即由給定中繼器及和該給定中繼器直接連接的非中繼器節(jié)點使用的信道)上工作。為此，每個中繼器可包括兩個無線電收發(fā)機(即一個用于基干網(wǎng)絡(luò)通信，一個用于局域通信)。另一方面，也可使用單個多路復(fù)用無線電收發(fā)機在兩個信道上處理通信，并可包括，例如通信緩沖和/或任意要求的通信優(yōu)先。通信數(shù)據(jù)格式可類似于與本發(fā)明有關(guān)的美國申請“Frequency Hopping Medium Access Control Protocol”(申請?zhí)?8/205155，申請日1994年3月3日)中說明的通信數(shù)據(jù)格式，該申請的內(nèi)容在此整體作為本發(fā)明的參考。
在例證實施例中，定期(例如每個跳躍周期)使中繼器中包括的跳躍計時器重新同步，以便校正與每個中繼器的計時參考的容差相關(guān)的誤差。每個跳躍周期中，同步計數(shù)器可偏離幾個計數(shù)值，如果不經(jīng)常使中繼器重新同步，則中繼器將發(fā)生漂移。由于在每個跳躍周期中使中繼器重新同步，因此頻率漂移在每個跳躍周期中被校正。例證實施例可以類似于上述與本發(fā)明相關(guān)的美國申請中描述的方式計算出每個跳躍周期開始或結(jié)束時的頻率漂移。例如，主中繼器可延遲一段預(yù)定時間(這里稱為漂移周期)發(fā)送同步報文。漂移周期根據(jù)跳躍周期長度而不一致。
例證實施例中，在確定已失去同步之前，同步報文可丟失最多4個跳躍周期。這種情況下，使可接受的跳躍周期誤差率乘4。由于主中繼器偏大百萬分之(PPM)一百，而節(jié)點偏小100PPM，因此把所得結(jié)果乘2，從而得到約0.08％的例證誤差率。
如前所述，跳躍周期被定義為節(jié)點在跳躍到新的頻率之前，在給定頻率上保持的時間。圖2表示了基干網(wǎng)絡(luò)的例證跳躍周期的分解圖。圖2中描繪的周期沒有按比例反映該周期內(nèi)各個部分的時間定向關(guān)系。
每個跳躍周期中，同步報文21由主中繼器11播送(或者當(dāng)備用主中繼器12充當(dāng)主中繼器時，由備用主中繼器12播送)。同步報文(標(biāo)記為“Sync MSG”)包括使第一級中繼器能夠與主中繼器11同步的信息。深度級n＞0的中繼器在時隙25中播送控制同步報文，以使深度級更高的下一級中繼器(即深度級n＋1)能夠保持同步，并重復(fù)(即轉(zhuǎn)發(fā))通信。在每個跳躍周期播送一個或多個控制同步報文，以使位于主中繼器下游的各個中繼器能夠相互保持同步，并許可新的中繼器加入網(wǎng)絡(luò)中。B-時段23是隨機訪問爭用時段，在該時段中，所有中繼器能夠以類似于上面提到的共同申請中描述的方式爭奪帶寬。漂移時段29可著手進行同步報文21。時隙27可用于包括在中繼器之間傳送的信息。
如果存在足夠的通信交通，則中繼器接收呈控制同步報文25形式的同步信息，作為正常網(wǎng)絡(luò)通信的一部分。如果不存在足夠的通信交通，并且對于給定跳躍中的預(yù)定時間，中繼器沒有機會發(fā)送控制同步報文25，則中繼器播送請求發(fā)送(RTS)同步報文。和要求清除發(fā)送(CTS)響應(yīng)的常規(guī)RTS同步幀不同，RTS同步幀中的控制位把RTS同步幀識別為不要求響應(yīng)的“只用于同步”的幀。同步報文還可用于允許中繼器更新它們的跳躍計時器，以便校正漂移。
通信系統(tǒng)內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)的幀可包括種種附加信息及控制參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)幀可包括指示幀的起始的標(biāo)志、識別碼、控制信息(例如傳輸電平、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)、無線電速率等等)、媒體訪問控制長度(例如幀長度)、安全信息、及信道/子信道。每個幀中標(biāo)準(zhǔn)報頭的節(jié)點/幀類型部分可指定天線分集(即指示哪一個天線用作發(fā)送節(jié)點)、節(jié)點類型(即節(jié)點或中繼器)及幀類型。其它類型的幀包括再同步幀、再同步確認幀、同步幀、請求發(fā)送幀(RTS)、清除發(fā)送幀(CTS)、請求媒體訪問幀(RMA)、媒體訪問控制確認幀(MACK)、邏輯鏈路控制確認幀(LACK)、數(shù)據(jù)報文幀、喚醒報文幀等等。
幀中包含的信息的源地址和目的地址可包含在用戶規(guī)定的擴展報頭定義中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能在例證中央網(wǎng)絡(luò)集線器組織中理解這些內(nèi)容，目的地總是中央網(wǎng)絡(luò)集線器，以致需要的話，可除去該目的地的具體指示。標(biāo)準(zhǔn)幀報頭包括其后跟隨源地址，及目的地址(需要的話)的報頭。
網(wǎng)絡(luò)可被重疊，以便在多個域中工作。即可使用不同的信道，以使網(wǎng)絡(luò)提供許多服務(wù)。重疊的網(wǎng)絡(luò)部分可用于處理由和主中繼器11鏈接的中央計算機提供的不同服務(wù)。還可使用域概念地域性控制網(wǎng)絡(luò)的組織，例如在建筑物的每一層上具有和相同的總體網(wǎng)絡(luò)互連的不同的域的網(wǎng)絡(luò)組織。
在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以其它具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此這里公開的實施例應(yīng)被認為用于舉例說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制。本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求表示，而不是由上面的說明表示，并且其中包含了本發(fā)明的意圖、范圍及等效物方面的所有變化。
權(quán)利要求
1.一種通信系統(tǒng)，它包括具有控制第一節(jié)點和至少一個其它節(jié)點之間的無線通信的同步的裝置的第一節(jié)點；多個和所述第一節(jié)點通信的第二節(jié)點，至少一個所述第二節(jié)點具有確定所述第一節(jié)點和所述至少一個第二節(jié)點之間的無線通信路徑中的節(jié)點數(shù)目，并利用所述數(shù)目控制同步的裝置。
2.按照權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其中所述第一節(jié)點是無線通信網(wǎng)絡(luò)中無線電基干鏈路的中繼器。
3.按照權(quán)利要求2所述的通信系統(tǒng)，其中所述第一節(jié)點還包括用于和無線電基干鏈路的其它中繼器通信的無線電收發(fā)機。
4.按照權(quán)利要求3所述的通信系統(tǒng)，其中所述第一節(jié)點還包括用于和不包括在基干鏈路中的節(jié)點通信的附加收發(fā)機。
5.按照權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其中所述無線通信路徑是光通信路徑。
6.按照權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其中所述第一節(jié)點是通信系統(tǒng)中無線電基干鏈路的主中繼器，所述多個第二節(jié)點是經(jīng)過所述無線電基干鏈路相互通信的入口點中繼器。
7.按照權(quán)利要求6所述的通信系統(tǒng)，其中所述多個第二節(jié)點都具有表示位于所述第一節(jié)點的通信路徑中的節(jié)點數(shù)目的動態(tài)深度指示。
8.按照權(quán)利要求7所述的通信系統(tǒng)，其中所述動態(tài)深度指示由所述多個第二節(jié)點的每一個節(jié)點在初始化過程中確定，配置所述多個第二節(jié)點的每一個節(jié)點，使之反復(fù)搜索通信系統(tǒng)，以動態(tài)地更新該動態(tài)深度指示。
9.按照權(quán)利要求8所述的通信系統(tǒng)，其中配置所述多個第二節(jié)點的每一個節(jié)點，使之采用最低的深度指示。
10.按照權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其中通過使用頻率跳躍及多于一個的通信信道，所述第一節(jié)點和所述多個第二節(jié)點相互通信，所述多于一個的通信信道的每一個包括頻率跳躍序列，其中至少一個頻率與其它通信信道的跳躍序列中的頻率重疊。
11.在具有一個第一節(jié)點和一個第二節(jié)點的通信系統(tǒng)中，動態(tài)地把深度值分配給該第二節(jié)點的方法，該深度值表示所述第二節(jié)點和所述第一節(jié)點之間的節(jié)點的數(shù)目，把深度值分配給所述第二節(jié)點的方法包括下述步驟搜索通信系統(tǒng)尋找第一節(jié)點的同步信號；確定第一節(jié)點的第一深度；把比第一深度大1的第二深度分配給第二節(jié)點。
12.按照權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一節(jié)點和所述第二節(jié)點都是無線基干鏈路中的中繼器。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，還包括下述步驟搜索通信系統(tǒng)尋找第三節(jié)點的同步信號；確定第三節(jié)點的第三深度；確定第三深度是否低于第一深度；及當(dāng)?shù)谌疃鹊陀诘谝簧疃葧r，把比第三深度大1的深度分配給第二節(jié)點。
14.按照權(quán)利要求13所述的方法，還包括下述步驟搜索通信系統(tǒng)找出來自第一節(jié)點的同步信號；及當(dāng)?shù)诙?jié)點的深度將從其當(dāng)前值被降低時，把比第一節(jié)點的深度級大1的深度分配給第二節(jié)點。
15.一種用于在第一節(jié)點和第二節(jié)點之間建立同步的方法，該方法包括下述步驟選擇多個通信信道中的第一個信道供所述第一節(jié)點使用，所述第一信道具有第一頻率跳躍序列；通過把所述第二節(jié)點分配給所述多個通信信道中的任一信道，使所述第一節(jié)點和所述第二節(jié)點之間的通信同步，所述多個通信信道的每一個都具有一個頻率跳躍序列，其中至少一個頻率和所述第一跳躍序列中的一個頻率重疊；及檢查所述頻率重疊，使所述第一節(jié)點和第二節(jié)點之間的通信同步。
16.一種具有第一節(jié)點和第二節(jié)點的通信網(wǎng)絡(luò)，所述第二節(jié)點包括利用頻率跳躍向第一節(jié)點發(fā)送通信的裝置；及通過把所述第二節(jié)點分配給所述多個通信信道中的任一信道，使所述第一節(jié)點和所述第二節(jié)點之間的通信同步的裝置，所述多個通信信道的每一個都具有一個頻率跳躍序列，其中至少一個頻率和所述第一跳躍序列中的一個頻率重疊，所述同步裝置還檢查所述頻率重疊，以使所述第一節(jié)點和第二節(jié)點之間的通信同步。
全文摘要
在多個中繼器(12－18)之間提供無線通信，該多個中繼器同步以便和中央主中繼器(11)通信。中繼器(11－18)構(gòu)成無線基干網(wǎng)絡(luò)(100)，不顧無線網(wǎng)絡(luò)(100)中的動態(tài)變化，使頻率跳躍自動建立同步。加入到網(wǎng)絡(luò)的中繼器(12－18)自動掃描另一中繼器(12－18)，并與該中繼器同步，而且同時繼續(xù)收聽其它中繼器信號(200)，識別主中繼器(11)或者更接近主中繼器(11)的另一中繼器(12－18)，以便通過更直接的通信鏈路(19)與主中繼器(11)通信。
文檔編號H04B7/26GK1240071SQ97180391
公開日1999年12月29日 申請日期1997年10月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月29日
發(fā)明者泰里·L·蒂卡爾斯基 申請人:普羅克西姆有限公司