專利名稱：具有自適應(yīng)地改變小區(qū)規(guī)模的能力的實(shí)時(shí)csma方法和用于實(shí)施該方法的無線網(wǎng)絡(luò)的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種用于使單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接入無線網(wǎng)絡(luò)的公共RF信道的方法，該無線網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)和多個(gè)其它的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一個(gè)用于無線網(wǎng)絡(luò)的單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，該無線網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)和多個(gè)其它的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，該網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)和多個(gè)其它的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)經(jīng)由一個(gè)公共RF信道彼此通信。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)，該無線網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)和多個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，該網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)和多個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)經(jīng)由公共RF信道彼此通信。
包括多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或者多個(gè)單獨(dú)的節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)一般稱作無線(無線電或RF)網(wǎng)絡(luò)，其多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和多個(gè)單獨(dú)的節(jié)點(diǎn)經(jīng)由無線(無線電或RF)鏈路彼此通信以及與一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)(也稱作一個(gè)“主”或者“中心”節(jié)點(diǎn))通信。無線多反射(multihop)網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)控制器，該控制器包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(即微處理器)和一個(gè)RF收發(fā)信機(jī)。在任何目的節(jié)點(diǎn)或起始節(jié)點(diǎn)與控制節(jié)點(diǎn)沒有直達(dá)通信鏈路的情況下，采用眾所周知的“反射接力(hopping)”技術(shù)在單獨(dú)的節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)之間交換(傳輸)數(shù)據(jù)，其中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，通過一個(gè)或多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的接力傳輸從控制節(jié)點(diǎn)至目的節(jié)點(diǎn)以及從起始(源/發(fā)送方)節(jié)點(diǎn)至控制節(jié)點(diǎn)傳輸各個(gè)數(shù)據(jù)單元。用來反射接力或接力一個(gè)分組至網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)或多個(gè)其它節(jié)點(diǎn)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，一般被稱作“中繼器節(jié)點(diǎn)”，或者簡(jiǎn)稱為“中繼器”。目的節(jié)點(diǎn)一般經(jīng)由一個(gè)或者多個(gè)中繼器以類似的方式通過返回一個(gè)確認(rèn)數(shù)據(jù)分組給控制節(jié)點(diǎn)來確認(rèn)收到來自網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分組。
可以利用各種邏輯數(shù)據(jù)單元，它們包括分組、幀或者信元。然而，為了方便說明本發(fā)明目前的優(yōu)選實(shí)施方案，采用的數(shù)據(jù)單元一般是分組，其大小范圍為大約5-1000字節(jié)。對(duì)此方面，這里使用的術(shù)語“分組”意圖在于包含所有的邏輯數(shù)據(jù)單元，也包括幀或者信元。一般地，在控制節(jié)點(diǎn)的控制之下實(shí)施分組接力數(shù)據(jù)通信，該控制節(jié)點(diǎn)典型地是一個(gè)駐留了數(shù)據(jù)通信控制軟件的計(jì)算機(jī)。分組接力數(shù)據(jù)傳輸方案能夠減少RF收發(fā)信機(jī)的成本并且符合US FCC第15條款的要求或類似的政府要求。
此種無線分組接力網(wǎng)絡(luò)尤其適合控制建筑物的一個(gè)或多個(gè)功能或系統(tǒng)，如建筑物的照明、HVAC和/或安全系統(tǒng)，因?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)提供低成本的戶內(nèi)通信基礎(chǔ)設(shè)施，該基礎(chǔ)設(shè)施不要求給已有結(jié)構(gòu)增添新的線路來傳輸網(wǎng)絡(luò)信息。此外，這種網(wǎng)絡(luò)能夠支持已經(jīng)安裝于建筑物的附加系統(tǒng)，例如尋呼和個(gè)人通信系統(tǒng)(PCSs)。
此種建筑物控制網(wǎng)絡(luò)的控制節(jié)點(diǎn)典型地是一個(gè)建筑物計(jì)算機(jī)。各個(gè)節(jié)點(diǎn)和建筑物計(jì)算機(jī)運(yùn)行著互相補(bǔ)充的不同軟件程序，它們共同構(gòu)成了系統(tǒng)控制軟件。各個(gè)節(jié)點(diǎn)一般地分布于整個(gè)建筑物來監(jiān)控所控制的建筑物系統(tǒng)的規(guī)定參數(shù)的狀態(tài)/數(shù)值，并且響應(yīng)建筑物計(jì)算機(jī)為調(diào)整所要求的規(guī)定參數(shù)而發(fā)布的命令以便產(chǎn)生控制信號(hào)。建筑物計(jì)算機(jī)應(yīng)能夠發(fā)送數(shù)據(jù)給網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)并能接收來自該每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，從而來正確地監(jiān)控規(guī)定參數(shù)的狀態(tài)/數(shù)值，并且根據(jù)系統(tǒng)控制軟件來調(diào)整所要求的規(guī)定參數(shù)的狀態(tài)/數(shù)值，這些是十分重要的。
一個(gè)示例性的建筑物控制網(wǎng)絡(luò)是自動(dòng)或者智能照明控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每個(gè)房間和/或建筑物區(qū)域的照明度、占用狀態(tài)、以時(shí)間為函數(shù)的能量消耗、以及其它照明參數(shù)，即每個(gè)房間或者建筑物區(qū)域裝備了連接至節(jié)點(diǎn)控制器(也稱作“墻上單元”)的照明模塊，該節(jié)點(diǎn)控制器包括一個(gè)RF收發(fā)信機(jī)、一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(例如微控制器或者微處理器)、以及用來通知燈改變照明度的控制電路。每個(gè)照明模塊及其相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)控制器共同構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)處在建筑物計(jì)算機(jī)的控制/管理之下。
此類智能照明控制系統(tǒng)中，經(jīng)由相關(guān)的墻上單元的每個(gè)照明模塊最好是獨(dú)自可編程的(例如由建筑物擁有者來編程)以便提供其室內(nèi)調(diào)光鎮(zhèn)流器的直接控制以及其燈光照明度的直接控制。在此方面，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)或者多個(gè)傳感器(即占用狀態(tài)、光線(周圍照明)、以及調(diào)光/照明度傳感器)，它們提供傳感器反饋數(shù)據(jù)給節(jié)點(diǎn)控制器的數(shù)字信號(hào)處理器(即微處理器)，該數(shù)字信號(hào)處理器可以被編程來分析(處理)傳感器反饋數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生用于調(diào)整與其相關(guān)的受控?zé)羲蟮恼彰鞫鹊目刂菩盘?hào)，從而達(dá)到編程本地的照明條件。
當(dāng)建筑物計(jì)算機(jī)提出請(qǐng)求或本地照明條件改變時(shí)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)也發(fā)送傳感器反饋數(shù)據(jù)給建筑物計(jì)算機(jī)。建筑物計(jì)算機(jī)根據(jù)裝載于其中的照明系統(tǒng)控制軟件來分析(處理)傳感器反饋數(shù)據(jù)，并且按照要求發(fā)送控制數(shù)據(jù)(命令)給各個(gè)節(jié)點(diǎn)，從而根據(jù)照明系統(tǒng)控制軟件來調(diào)整建筑物的受監(jiān)控房間/區(qū)域的照明度，以便優(yōu)化照明系統(tǒng)的能量效率，并藉此補(bǔ)償各個(gè)照明模塊提供的預(yù)定照明度。因此，分布模塊不但各自是可編程的、能夠單獨(dú)地操作，而且它們?cè)诠δ苌峡梢约傻教幱诮ㄖ镉?jì)算機(jī)控制之下的單個(gè)建筑物范圍的網(wǎng)絡(luò)之中。
這種網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)通信一般是經(jīng)由公共控制信道(即共享信道)在建筑物計(jì)算機(jī)與各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行的，反之亦然。為了使公共網(wǎng)絡(luò)信道上同時(shí)傳送的分組最少，采用一個(gè)信道接入?yún)f(xié)議。最普通的信道接入?yún)f(xié)議是載波檢測(cè)多址(CSMA)協(xié)議，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送一個(gè)分組之前，根據(jù)該協(xié)議等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)延段，隨后檢測(cè)信道來決定信道是可用(“空閑”)還是不可用(“忙”)。如果檢測(cè)到信道為空閑狀態(tài)，那么發(fā)送分組，而如果檢測(cè)到信道為忙狀態(tài)，那么在再次地檢測(cè)信道狀態(tài)之前，再等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)延段并重新嘗試發(fā)送分組。
無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所使用的微控制器或者微處理器(例如如上文所描述的)，一般具有一個(gè)串行接口，處理器自身每次尋址該接口一個(gè)字節(jié)(即以字節(jié)方式)。因此處理器只有在收到一個(gè)完整的字節(jié)之后，才檢測(cè)一個(gè)輸入信號(hào)。如果是這樣，那么真正地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)輸入信號(hào)是不可能的。在接收到一個(gè)輸入信號(hào)的時(shí)間與檢測(cè)到一個(gè)輸入信號(hào)的時(shí)間之間將總有一個(gè)字節(jié)的時(shí)延。
一般地，一旦收到第一個(gè)字節(jié)信息，那么就設(shè)置一個(gè)比特標(biāo)志來通知處理器數(shù)據(jù)正在輸入(即正在接收)。在工作于9600波特(baud)的典型網(wǎng)絡(luò)中，時(shí)鐘以1ms間隔來控制數(shù)據(jù)字節(jié)，因此，具有2MHz時(shí)鐘速率的處理器在收到一個(gè)輸入信號(hào)與檢測(cè)到一個(gè)輸入信號(hào)之間的1ms時(shí)間間隔內(nèi)，可以執(zhí)行多達(dá)500條指令。如果這些指令中的任意一條啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)的RF收發(fā)信機(jī)的發(fā)射機(jī)來在這1ms間隔期間開始發(fā)送數(shù)據(jù)，那么正在發(fā)送的數(shù)據(jù)與正在接收的數(shù)據(jù)將出現(xiàn)沖突或碰撞，無論該輸入數(shù)據(jù)是否打算發(fā)給該節(jié)點(diǎn)。上述碰撞顯然惡化了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量，因此構(gòu)成了目前使用的無線網(wǎng)絡(luò)一個(gè)極大的缺陷。
本文中使用的術(shù)語“區(qū)域”或者“小區(qū)”意味著這樣的區(qū)域，即包括一個(gè)給定的節(jié)點(diǎn)以及所有其他節(jié)點(diǎn)(正是從該所有其他節(jié)點(diǎn)處，該給定節(jié)點(diǎn)可以在根據(jù)例如CSMA協(xié)議發(fā)起自己的數(shù)據(jù)傳送之前接收到具有足夠強(qiáng)度的RF信號(hào)，以便要求該給定節(jié)點(diǎn)等待結(jié)束接收該RF信號(hào)。在目前使用的無線網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)安裝時(shí)分別進(jìn)行配置和初始化以便在一個(gè)預(yù)定小區(qū)規(guī)模內(nèi)工作，這樣的小區(qū)規(guī)模對(duì)所有的節(jié)點(diǎn)是同樣的。典型地，由節(jié)點(diǎn)使用的發(fā)射電路的發(fā)射功率和電路設(shè)計(jì)所確定的接收電路靈敏度來決定小區(qū)規(guī)模。對(duì)于某些系統(tǒng)，這有可能導(dǎo)致太大的小區(qū)規(guī)模，從而，即使沒有造成出現(xiàn)碰撞，由于會(huì)迫使節(jié)點(diǎn)在通信時(shí)等待，因而將引起網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量極大地惡化。另一方面，如果小區(qū)規(guī)模太小，那么收到數(shù)據(jù)分組與發(fā)送數(shù)據(jù)分組之間的碰撞發(fā)生率可能相當(dāng)高，這是因?yàn)樾^(qū)內(nèi)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為由于受節(jié)點(diǎn)自身開始發(fā)射所形成的干擾而導(dǎo)致小區(qū)內(nèi)不能繼續(xù)進(jìn)行信號(hào)傳送。實(shí)際上，該節(jié)點(diǎn)會(huì)變成為與網(wǎng)絡(luò)其余部分相隔離。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種如所提到的那種類型的方法、單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與無線網(wǎng)絡(luò)，它們克服了由于太頻繁的碰撞導(dǎo)致現(xiàn)今使用的無線網(wǎng)絡(luò)通信惡化的缺點(diǎn)。
發(fā)明概述為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的方法包括如下步驟產(chǎn)生指示輸入RF信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度的一個(gè)強(qiáng)度指示信號(hào)；比較強(qiáng)度指示信號(hào)與門限比較信號(hào)，并且當(dāng)強(qiáng)度指示信號(hào)的電壓電平大于門限比較信號(hào)的電壓電平時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)具有邏輯高電平的比較輸出信號(hào)，反之則產(chǎn)生一個(gè)具有邏輯低電平的比較輸出信號(hào)；以及在啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送之前檢測(cè)比較輸出信號(hào)的邏輯電平，并且如果比較輸出信號(hào)為邏輯高電平則產(chǎn)生一個(gè)時(shí)延。
藉此方式，通過使用比較電路來實(shí)時(shí)地檢測(cè)輸入給無線網(wǎng)絡(luò)預(yù)定節(jié)點(diǎn)的RF信號(hào)，上述比較電路將比較表示輸入RF信號(hào)強(qiáng)度與規(guī)定的門限電平。采用這種方式，在認(rèn)為小區(qū)無發(fā)送被激活的同時(shí)節(jié)點(diǎn)的處理器仍然能夠啟動(dòng)發(fā)送的時(shí)間期間得以減少，而實(shí)際上此發(fā)送處于激活狀態(tài)(發(fā)送啟動(dòng)與將此發(fā)送通知給另一個(gè)節(jié)點(diǎn)處理器之間的等待狀態(tài))。一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，比較電路的輸出連接至節(jié)點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器(例如是微處理器)的輸入。微處理器適合于編程以便在嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)之前檢查輸入，因此使由于交疊數(shù)據(jù)發(fā)送與接收操作所出現(xiàn)的碰撞幾率最小。在本發(fā)明當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施方案中，比較電路的輸出加至微處理器的一個(gè)中斷使能管腳和一個(gè)RF信道狀態(tài)檢測(cè)輸入管腳，藉此微處理器可以被編程以便響應(yīng)比較電路的邏輯高電平輸出從而在(根據(jù)CSMA協(xié)議)發(fā)送或者重發(fā)數(shù)據(jù)之前產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)時(shí)延。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，所規(guī)定的門限對(duì)于多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不是一致的。最好是這樣來確定各個(gè)單獨(dú)節(jié)點(diǎn)的門限，即使得小區(qū)規(guī)模在過于大與過于小的規(guī)模之間取一個(gè)合適的平衡值以便達(dá)到可接受的碰撞水平。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，給定節(jié)點(diǎn)所采用的比較電路的預(yù)定門限電平可選擇地進(jìn)行改變，以便藉此可選擇地改變給定節(jié)點(diǎn)所在小區(qū)的規(guī)模。最好根據(jù)規(guī)定的算法經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)(如建筑物計(jì)算機(jī))發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)命令和/或根據(jù)駐留在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中的軟件程序來自動(dòng)地控制門限電平。就此而言，網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)單獨(dú)節(jié)點(diǎn)所在的區(qū)域或小區(qū)的規(guī)模最好自適應(yīng)地、以能使網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量最大的方式進(jìn)行變化。
本發(fā)明也包括用于無線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)單獨(dú)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以及具有可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述方法的能力的無線網(wǎng)絡(luò)。
附圖簡(jiǎn)述結(jié)合附圖來參照下面的詳述將很容易理解本發(fā)明的上述與其它特點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)

圖1是說明無線網(wǎng)絡(luò)建筑物的智能照明控制系統(tǒng)的圖示性表示圖，其中無線網(wǎng)絡(luò)能夠用來實(shí)施本發(fā)明；圖2是各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)控制器方框圖，該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)體現(xiàn)了本發(fā)明的一個(gè)方面；以及圖3是圖2所描述的節(jié)點(diǎn)控制器比較電路的目前優(yōu)選實(shí)施方案方框圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述概括地說，根據(jù)本發(fā)明的方法，通過使用一個(gè)用于比較表示輸入RF信號(hào)強(qiáng)度的信號(hào)與規(guī)定門限電平的比較電路，可以實(shí)時(shí)地檢測(cè)無線網(wǎng)絡(luò)的給定節(jié)點(diǎn)的輸入RF信號(hào)。比較電路的輸出連接至節(jié)點(diǎn)的數(shù)字信號(hào)處理器(如微處理器)的輸入端。微處理器最好被編程以便在嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)之前檢測(cè)該輸入，藉此使由于交疊數(shù)據(jù)發(fā)送與接收操作而產(chǎn)生的碰撞幾率最小。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，比較電路的輸出是TTL信號(hào)，該信號(hào)加至微處理器的中斷輸入管腳，藉此編程微處理器以便響應(yīng)比較電路的邏輯高電平而產(chǎn)生中斷。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，比較電路的輸出也加至微處理器的一個(gè)電平或者RF信道狀態(tài)檢測(cè)器輸入管腳，藉此微處理器可被編程以便響應(yīng)比較電路的邏輯高電平輸出而在(根據(jù)CSMA協(xié)議)發(fā)送或重發(fā)數(shù)據(jù)之前產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)時(shí)延。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一個(gè)給定的單獨(dú)節(jié)點(diǎn)的比較電路所采用的預(yù)定門限電平可自適應(yīng)地變化，從而使給定節(jié)點(diǎn)所在的小區(qū)規(guī)模能夠自適應(yīng)地改變。最好根據(jù)規(guī)定的算法經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)(如建筑物計(jì)算機(jī))發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)命令和/或根據(jù)駐留在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中的軟件程序來自動(dòng)地控制門限電平。就此而言，網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)所在的區(qū)域或小區(qū)規(guī)模最好自適應(yīng)地、以能使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量大的方式來變化。
為了簡(jiǎn)便和易于說明本發(fā)明，現(xiàn)在將根據(jù)圖1所描述的圖示性無線網(wǎng)絡(luò)50來更詳盡地描述本發(fā)明。在目前的優(yōu)選實(shí)施方案中，網(wǎng)絡(luò)50被配置為建筑物的智能照明控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)50包括多個(gè)單獨(dú)節(jié)點(diǎn)52和建筑物計(jì)算機(jī)(網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn))54。每個(gè)單獨(dú)節(jié)點(diǎn)52最好包括一個(gè)照明模塊53與一個(gè)連接至照明模塊53的節(jié)點(diǎn)控制器56。每個(gè)節(jié)點(diǎn)52的照明模塊53最好包括一個(gè)調(diào)光鎮(zhèn)流器55和一個(gè)受調(diào)光鎮(zhèn)流器55驅(qū)動(dòng)的燈57。
正如圖2所看到的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)52的節(jié)點(diǎn)控制器56最好包括一個(gè)RF發(fā)射機(jī)58、一個(gè)通常連接至RF天線62的RF接收機(jī)，以及一個(gè)連接至RF發(fā)射機(jī)58和RF接收機(jī)60的微處理器64(或其它合適的數(shù)字信號(hào)處理器)。RF發(fā)射機(jī)58與RF接收機(jī)60一般作為一個(gè)集成部件、例如作為RF收發(fā)信機(jī)來提供。
根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)節(jié)點(diǎn)52的節(jié)點(diǎn)控制器56進(jìn)一步地包括一個(gè)比較電路72，該比較電路具有一個(gè)連接至表示輸入RF信號(hào)(例如由臨近節(jié)點(diǎn)發(fā)射的一個(gè)RF信號(hào))強(qiáng)度的RF接收機(jī)60的輸出端71的第一輸入A，以及一個(gè)連接至具有預(yù)定電壓電平的門限比較信號(hào)Tc的第二輸入B。
RF接收機(jī)60的輸出71最好是這樣的一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)表示任何輸入RF信號(hào)(即任何處在其“偵聽”范圍內(nèi)的RF信號(hào))的相對(duì)強(qiáng)度，該輸入RF信號(hào)的載頻與網(wǎng)絡(luò)50的共享信道的工作頻率相同。例如，可以利用一般的RF接收機(jī)的頻率合成器產(chǎn)生的接收信號(hào)強(qiáng)度指示器(RSSI)信號(hào)。一般地，RSSI信號(hào)的電壓電平隨載波強(qiáng)度的提高而線性地增加到例如在約為-30dB的接收機(jī)輸入電平情況下的5V的飽和電平。
門限比較信號(hào)Tc最好具有一個(gè)規(guī)定的電壓電平，微處理器64可以根據(jù)駐留于微處理器64的軟件程序和/或根據(jù)建筑物計(jì)算機(jī)54發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)命令來有選擇地改變?cè)撘?guī)定的電壓電平，這樣做的理由隨后將會(huì)是顯而易見的。
比較電路72的輸出信號(hào)Co最好既加至微處理器64的第一輸入管腳I1又加至第二輸入管腳I2。微處理器64的第一輸入管腳I1最好是一個(gè)中斷使能管腳，微處理器64的第二輸入管腳I2最好是一個(gè)RF信道狀態(tài)檢測(cè)管腳。比較電路72的輸出信號(hào)Co最好是一個(gè)TTL信號(hào)，該信號(hào)當(dāng)RSSI信號(hào)電壓電平超過了規(guī)定門限電平(即門限比較信號(hào)Tc的電壓電平)時(shí)，具有一個(gè)第一邏輯電平(即邏輯高電平)，反之，則具有第二邏輯電平(即邏輯低電平)。
因此，當(dāng)RF接收機(jī)60收到的輸入RF信號(hào)的強(qiáng)度超過了預(yù)定電平時(shí)，產(chǎn)生具有邏輯高電平的比較器輸出信號(hào)Co，藉此使能微處理器64的第一輸入管腳I1并引起中斷的產(chǎn)生。最好在比較器輸出信號(hào)Co的上升沿(前沿)產(chǎn)生中斷，此時(shí)微處理器64處于“空閑”，藉此向微處理器64提供關(guān)于輸入數(shù)據(jù)正處于掛起的實(shí)時(shí)指示。
編程微處理器64以便檢測(cè)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前(即在調(diào)用RF發(fā)射機(jī)58發(fā)送數(shù)據(jù)之前)的第二輸入管腳I2的狀態(tài)。如果第二輸入管腳I2已經(jīng)被使能(即比較器輸出信號(hào)Co處于其邏輯高電平)，那么在根據(jù)CSMA協(xié)議再次嘗試啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送之前將產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)時(shí)延。
由于大多數(shù)低成本的微處理器(即微控制器)不能具有內(nèi)裝的中斷調(diào)用功能，所以要求附加的中斷輸入端I2。因此，如果給定節(jié)點(diǎn)的微控制器已經(jīng)調(diào)用了一個(gè)發(fā)送中斷例程，那么它將直到完成發(fā)送時(shí)才能檢測(cè)在輸入端I1產(chǎn)生的接收中斷。因此，一旦形成了發(fā)送分組，那么啟動(dòng)實(shí)際RF發(fā)送之前對(duì)輸入管腳I2的檢測(cè)將進(jìn)一步地排除了不必要碰撞的可能性。
因?yàn)榧又廖⑻幚砥?4第二輸入管腳I2的比較器輸出信號(hào)Co的邏輯電平提供了一個(gè)關(guān)于RF接收機(jī)60是否收到輸入數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)指示，因此使得由于交疊數(shù)據(jù)接收與發(fā)送操作而產(chǎn)生的不希望有的碰撞的概率變?yōu)樽钚?，即使是在臨近節(jié)點(diǎn)剛剛已經(jīng)啟動(dòng)了數(shù)據(jù)發(fā)送(即還沒有收到第一個(gè)完整的字節(jié))的情況下也是如此，從而避免了上述的在目前使用系統(tǒng)中存在的問題。
在本發(fā)明一個(gè)當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方案中，微處理器64最好根據(jù)規(guī)定的算法經(jīng)由建筑物計(jì)算機(jī)54發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)命令和/或根據(jù)駐留于每個(gè)節(jié)點(diǎn)52的軟件程序來自動(dòng)自適應(yīng)地改變門限比較信號(hào)Tc的電壓電平。藉此方式，能夠自適應(yīng)地改變RF接收機(jī)58收到的輸入RF信號(hào)強(qiáng)度(例如按RSSI信號(hào)所測(cè)量的)，其中該RF信號(hào)強(qiáng)度是使能微處理器64的中斷輸入管腳I1和電平檢測(cè)管腳I2所必需的。通過這樣地改變相關(guān)節(jié)點(diǎn)52對(duì)輸入RF信號(hào)的“靈敏度”，能夠有選擇地(自適應(yīng)地)改變?cè)摴?jié)點(diǎn)所在的區(qū)域或小區(qū)的有效規(guī)模。
就此而言，提高比較電路72所使用的門限比較信號(hào)Tc的電壓電平來產(chǎn)生比較器輸出信號(hào)Co將有效地減小該節(jié)點(diǎn)的小區(qū)規(guī)模，而減小比較電路72所使用的門限比較信號(hào)Tc的電壓電平來產(chǎn)生比較器輸出信號(hào)Co將有效地增大該節(jié)點(diǎn)的小區(qū)規(guī)模。另外，提高給定節(jié)點(diǎn)52的比較電路72的門限比較信號(hào)Tc的電壓電平將減少其它節(jié)點(diǎn)的數(shù)目(其中，這些其它節(jié)點(diǎn)將具有足夠的信號(hào)強(qiáng)度來觸發(fā)該節(jié)點(diǎn)的微處理器64以延遲數(shù)據(jù)發(fā)送)，然而，降低給定節(jié)點(diǎn)52的比較電路72的門限比較信號(hào)Tc的電壓電平將增加其它節(jié)點(diǎn)的數(shù)目(其中，這些其它節(jié)點(diǎn)將具有足夠的信號(hào)強(qiáng)度來觸發(fā)該節(jié)點(diǎn)的微處理器64以延遲數(shù)據(jù)發(fā)送)。
現(xiàn)在再參照?qǐng)D3，圖中示出比較電路72的目前優(yōu)選實(shí)施方案，該電路包括一個(gè)比較器80，它的不反相的輸入端A連接有來自RF接收機(jī)60的RSSI信號(hào)，它的反相的輸入端連接至一個(gè)包括電阻84與電容86的RC濾波器82的輸出端。RC濾波器82的輸入端最好連接至來自微處理器64的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)輸出。RC濾波器82的數(shù)值(所設(shè)定的R與C的數(shù)值)是這樣設(shè)定的，即可以使得PWM信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)換成為一個(gè)作為門限比較信號(hào)Tc的穩(wěn)定的DC電壓。就此而言，由于RC濾波器82的作用是提供一個(gè)穩(wěn)定的DC比較電壓，所以RC濾波器82的響應(yīng)速率不是制約因素，并且因此電容86能夠具有一個(gè)較大的容量值C以及PWM信號(hào)的頻率可以較低。在駐留于給定節(jié)點(diǎn)52的軟件程序的控制之下和/或在建筑物計(jì)算機(jī)54發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)命令的控制之下，給定節(jié)點(diǎn)52的微處理器64有選擇地(自適應(yīng)地)改變PWM信號(hào)的脈寬，并因此而改變RC濾波器82所產(chǎn)生的門限比較信號(hào)Tc的電壓電平，從而能夠有選擇地(自適應(yīng)地)增加或減少該給定節(jié)點(diǎn)所駐在的小區(qū)的規(guī)模。最好是以能使網(wǎng)絡(luò)50的數(shù)據(jù)流量成為最大的方式來自適應(yīng)地改變小區(qū)規(guī)模。
對(duì)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)可以利用其它技術(shù)來產(chǎn)生可變的門限比較信號(hào)，這是十分顯而易見的。例如，可以用輸出比較(OC)定時(shí)器來自動(dòng)地觸發(fā)微處理器64的OC輸出管腳以產(chǎn)生PWM信號(hào)，或者可以用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)來產(chǎn)生可變的門限比較信號(hào)Tc。或者，可以將數(shù)字比較器與數(shù)字門限比較和RSSI信號(hào)或它們的等價(jià)物一起來利用。
盡管上文中詳盡地描述了本發(fā)明，但是文中所敘述的基本發(fā)明概念的許多變化和/或修改對(duì)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是完全能夠清楚地理解的，上述變化和/或修改的概念將仍然屬于本發(fā)明的權(quán)利要求書中所規(guī)定的精神與范疇。
權(quán)利要求
1．一種用于使單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接入無線網(wǎng)絡(luò)的公共RF信道的方法，該無線網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)和多個(gè)其它的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，上述的方法包括的步驟為產(chǎn)生指示輸入RF信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度的一個(gè)強(qiáng)度指示信號(hào)；比較強(qiáng)度指示信號(hào)與門限比較信號(hào)，并且當(dāng)強(qiáng)度指示信號(hào)的電壓電平大于門限比較信號(hào)的電壓電平時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)具有邏輯高電平的比較輸出信號(hào)，反之則產(chǎn)生一個(gè)具有邏輯低電平的比較輸出信號(hào)；以及在啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送之前檢測(cè)比較輸出信號(hào)的邏輯電平，并且如果比較輸出信號(hào)為邏輯高電平則產(chǎn)生一個(gè)時(shí)延。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，其中所述時(shí)延是CSMA協(xié)議規(guī)定的隨機(jī)時(shí)延。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，其中所述單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)RF接收機(jī)；強(qiáng)度指示信號(hào)包括一個(gè)RF接收機(jī)產(chǎn)生的RSSI信號(hào)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括有選擇地改變門限比較信號(hào)的電壓電平、以便藉此有選擇地改變?cè)搯为?dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所在的小區(qū)規(guī)模的步驟。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，響應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)命令來執(zhí)行所述有選擇地改變的步驟。
6．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，以使網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量成為最大的方式來執(zhí)行所述有選擇地改變的步驟。
7．一個(gè)用于無線網(wǎng)絡(luò)的單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，該無線網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)和多個(gè)經(jīng)由公共RF信道互相通信的其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，該單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器；一個(gè)連接至數(shù)字信號(hào)處理器的數(shù)據(jù)輸入端的RF接收機(jī)；一個(gè)連接至數(shù)字信號(hào)處理器的數(shù)據(jù)輸出端的RF發(fā)射機(jī)；一個(gè)共同連接至RF接收機(jī)與RF發(fā)射機(jī)的RF天線；用于產(chǎn)生表示RF接收機(jī)收到的輸入RF信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度的信號(hào)產(chǎn)生電路；具有一個(gè)連接至強(qiáng)度指示信號(hào)的第一輸入端和一個(gè)連接至門限比較信號(hào)的第二輸入端的比較電路，該比較電路當(dāng)強(qiáng)度指示信號(hào)的電壓電平大于門限比較信號(hào)電壓電平時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)具有的邏輯高電平的比較輸出信號(hào)，反之則具有一個(gè)邏輯低電平；以及其中，編程數(shù)字信號(hào)處理器以便在啟動(dòng)RF發(fā)射機(jī)以開始數(shù)據(jù)發(fā)送之前檢測(cè)比較輸出信號(hào)的邏輯電平，以及如果比較輸出信號(hào)具有邏輯高電平，則產(chǎn)生數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)延。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，其中信號(hào)產(chǎn)生電路包括一個(gè)含于RF接收機(jī)內(nèi)的FM頻率合成器；以及強(qiáng)度指示信號(hào)包括一個(gè)RSSI信號(hào)。
9．根據(jù)權(quán)利要求7的單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，其中數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)延包括由CSMA協(xié)議規(guī)定的隨機(jī)時(shí)延。
10．根據(jù)權(quán)利要求7的單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，編程數(shù)字信號(hào)處理器從而有選擇地改變門限比較信號(hào)的電壓電平，以便藉此有選擇地改變單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所駐在的小區(qū)規(guī)模。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，其中門限比較信號(hào)包括由數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)生的PWM信號(hào)。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，還包括一個(gè)RC濾波器，該濾波器具有一個(gè)連接有PWM信號(hào)的輸入端和一個(gè)連接至比較電路的第二輸入的輸出端，其中RC濾波器響應(yīng)PWM信號(hào)來產(chǎn)生門限比較信號(hào)。
13．一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)，包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)和多個(gè)經(jīng)由公共RF信道互相通信的其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；其中每個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器；一個(gè)連接至數(shù)字信號(hào)處理器的數(shù)據(jù)輸入端的RF接收機(jī)；一個(gè)連接至數(shù)字信號(hào)處理器的數(shù)據(jù)輸出端的RF發(fā)射機(jī)；一個(gè)共同連接至RF接收機(jī)與RF發(fā)射機(jī)的RF天線；用于產(chǎn)生表示RF接收機(jī)收到的輸入RF信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度的信號(hào)產(chǎn)生電路；具有一個(gè)連接至強(qiáng)度指示信號(hào)的第一輸入端和一個(gè)連接至門限比較信號(hào)的第二輸入端的比較電路，該比較電路當(dāng)強(qiáng)度指示信號(hào)的電壓電平大于門限比較信號(hào)電壓電平時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)具有的邏輯高電平的比較輸出信號(hào)，反之則具有一個(gè)邏輯低電平；以及其中，編程數(shù)字信號(hào)處理器以便在啟動(dòng)RF發(fā)射機(jī)以開始數(shù)據(jù)發(fā)送之前檢測(cè)比較輸出信號(hào)的邏輯電平，以及如果比較輸出信號(hào)含有邏輯高電平，則產(chǎn)生數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)延。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的無線網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，編程每個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)字信號(hào)處理器從而有選擇地改變門限比較信號(hào)的電壓電平，以便藉此有選擇地改變單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所在的小區(qū)的規(guī)模。
15．根據(jù)權(quán)利要求14的無線網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，其中無線網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)用于建筑物的智能照明控制系統(tǒng)。
全文摘要
一種方法,該方法通過使用用于比較表示輸入RF信號(hào)強(qiáng)度的信號(hào)與預(yù)定的門限電平來實(shí)時(shí)地檢測(cè)輸入到無線網(wǎng)絡(luò)的給定節(jié)點(diǎn)的輸入RF信號(hào)。比較電路的輸出連接至節(jié)點(diǎn)的數(shù)字信號(hào)處理器(如微處理器)的輸入端。最好編程微處理器以便在嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)之前檢測(cè)該輸入,藉此使由于交疊數(shù)據(jù)發(fā)送與接收操作所出現(xiàn)的碰撞幾率最小。最好能夠有選擇地改變給定節(jié)點(diǎn)的比較電路所使用的預(yù)定門限電平以便藉此有選擇地改變給定節(jié)點(diǎn)所在的小區(qū)規(guī)模。就此而言,最好以使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量最大的方式來自適應(yīng)地改變網(wǎng)絡(luò)的單獨(dú)的節(jié)點(diǎn)所在的區(qū)域或者小區(qū)規(guī)模。還公開了一個(gè)用于無線網(wǎng)絡(luò)的單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和具有能夠?qū)崿F(xiàn)上述方法的能力的無線網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)H04B17/00GK1210639SQ97192093
公開日1999年3月10日 申請(qǐng)日期1997年10月13日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月17日
發(fā)明者G·梅爾尼克 申請(qǐng)人:菲利浦電子有限公司