專利名稱：使用自適應(yīng)跳頻的可靠無線通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總的來說，本文所描述的實(shí)施例涉及通信系統(tǒng)。更具體地，一些實(shí)施例關(guān)于使用自適應(yīng)跳頻序列的無線通信系統(tǒng)，其中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中通信設(shè)備之間的通信并適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的跳頻序列以使通信中斷的機(jī)會最小。
背景技術(shù)：
包括工業(yè)自動化應(yīng)用的各種環(huán)境可以要求高度可靠的網(wǎng)絡(luò)來用于通信。在一些應(yīng)用中，如果從控制器到輸入/輸出(I/O)設(shè)備(諸如電機(jī)開關(guān))/來自輸入/輸出(I/O)設(shè)備的若干連續(xù)數(shù)據(jù)包丟失或者延遲超過特定閾值，則該自動化系統(tǒng)被中斷。不幸地，在配置自動化網(wǎng)絡(luò)的許多區(qū)域中(例如，工廠大廳、火車站等)，RF頻譜經(jīng)常充滿干擾。結(jié)果，會使使用傳統(tǒng)無線技術(shù)(諸如在單個頻率上運(yùn)行的IEEE 802. lla/b/g/n)的設(shè)備中斷。結(jié)果， 諸如無線技術(shù)不適合工業(yè)自動化應(yīng)用中的直接使用。一些早先的系統(tǒng)已經(jīng)試圖尋找當(dāng)前最佳頻率用于通信系統(tǒng)來解決該問題。這種現(xiàn)有的嘗試通?？梢苑譃閮深悇討B(tài)頻率選擇(DR5)和自適應(yīng)跳頻(AFH)。使用DFS，網(wǎng)絡(luò)單元中的所有設(shè)備都在一定的時間段內(nèi)使用初始頻率，直到頻率的質(zhì)量劣化。那時，整個單元移動到可選頻率?？梢栽谛枰l率改變之前(即，主動地)或者在其變得需要之后(即，被動地)宣布可選頻率。對于被動DFS系統(tǒng)，主要的缺點(diǎn)在于，當(dāng)初始頻率受到干擾時，其變得難以或者甚至不能夠可靠地宣布可選頻率，使得網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備不知道新頻率。主動DFS系統(tǒng)比被動DFS系統(tǒng)更加可靠。然而，在初始頻率失敗之后且在選擇代替的可選頻率并使網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備知道之前，如果可選頻率也失敗，則通信被中斷。因此，DFS系統(tǒng)基本上對于干擾不具有高度的復(fù)原能力。使用AFH，每個通信設(shè)備都連續(xù)地在多個頻率上跳躍。一旦一個頻率被就檢測到不適合進(jìn)一步使用，無論其什么時候出現(xiàn)在跳頻序列，都將用另一頻率來代替不適合的頻率。 該處理就是已知的頻率重映射。AFH系統(tǒng)對于干擾來說更加具有復(fù)原能力，因?yàn)樘l序列由多個頻率上的跳躍所組成。因此，除非跳頻序列中的所有頻率都被干擾所損害，否則設(shè)備就可以仍然進(jìn)行相互通信，雖然以更低的吞度量和更大的延遲，直到差頻率被重映射到好頻率。將AHl用于工業(yè)自動化(以及特定的其他)應(yīng)用的問題在于，這種應(yīng)用不能夠容忍連續(xù)的數(shù)據(jù)包具有大延遲或數(shù)據(jù)包丟失。然而，頻率重映射不是即時的，因?yàn)楸仨毷紫认蚩蛻敉ㄖ碌念l率分布圖。 為了說明，假設(shè)以下簡單的實(shí)例，其中，3個頻率可用于跳頻，其中，分別對于1，2，3，4，5和6
4的時隙，當(dāng)前的跳頻序列為1，2，3，1，2，3…。在該實(shí)例中，即使這里示出了 6個時隙，但跳頻序列每三個時隙都發(fā)生重復(fù)。當(dāng)頻率1由于干擾而被確定為不可使用時，其可以用頻率 2或3來代替。假設(shè)頻率1被重映射為頻率2，則分別對于時隙1至6，改編之后的新跳頻序列為2，2，3，2，2，3···.。如果此時頻率2也受到干擾，則該系統(tǒng)將從時隙1至2以及時隙 4至5經(jīng)受2次背對背(back-to-back)跳躍。這種類型的情況對于工業(yè)自動化(以及其他)應(yīng)用來說不是理想的，其對于連續(xù)丟失和延遲來說是敏感的。優(yōu)選地，所采用的跳頻序列應(yīng)該在第一次失敗之后為2，3，2，3，2，3···.。在這種情況下，即使頻率2或3中的一個立刻失敗，也不會存在2個連續(xù)的背對背的錯誤時隙。注意，不能夠重映射頻率1，2，3來實(shí)現(xiàn) 2，3，2，3，2，3…·等的跳頻序列。如先前的討論和簡單的實(shí)例所示出的，可以看出新跳頻序列的設(shè)計(jì)對于保持跳頻通信系統(tǒng)或處理操作而沒有中斷來說是重要的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決至少一個以上的問題，一些實(shí)施例提供了系統(tǒng)、方法、裝置，包括用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和客戶之間的通信的自適應(yīng)跳頻的方法，包括對于多個頻率中的每個頻率確定頻率質(zhì)量測量值，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可以在跳頻序列中使用來用于與客戶的通信；基于多個頻率中的每個頻率的確定的頻率質(zhì)量測量值的相對排序，將多個通信頻率中的每個頻率都分類為多個種類中的一種；通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，生成將被用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和客戶之間的通信的跳頻序列，所生成的跳頻序列包括僅從預(yù)定數(shù)量的未來時隙中的多個頻率選擇出的頻率，所選擇出的頻率使得在所述預(yù)定數(shù)量的未來時隙中預(yù)定數(shù)量的連續(xù)跳頻失敗的可能性最??； 以及向客戶通知將被用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與客戶之間的通信的所生成的跳頻序列。在一些實(shí)施例中，所生成跳頻序列的預(yù)定數(shù)量的未來時隙可以包括跳頻序列中不能改變的第一固定數(shù)量的頻率以及在后跟隨的可被網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器改變的剩余數(shù)量的頻率。在本文的一些方面中，從所述多個頻率中選擇使預(yù)定數(shù)量的連續(xù)跳頻失敗的可能性最小的頻率是通過以下方式來確定的獲得值C用于在包括所述多個頻率的跳頻序列中避免的預(yù)定數(shù)量的連續(xù)跳頻失?。灰约盀樗鎏l序列的未來時隙分配頻率，其中，通過以下處理來確定分配給所述未來時隙的頻率檢查所述未來時隙緊鄰靠前的(C-I)個連續(xù)時隙，以確定未被使用在所述(C-I)個連續(xù)時隙的所述多個頻率中的一個；向所述跳頻序列的所述未來時隙分配所確定的未使用的頻率；并且否則向所述跳頻序列的所述未來時隙分配使用所述未來時隙緊鄰靠前的所述(C-I)個連續(xù)時隙中使用次數(shù)最少的多個頻率中的一個。


實(shí)施例的構(gòu)造和使用將根據(jù)以下如附圖所示的說明而變得更加顯而易見，其中， 類似的標(biāo)號表示類似的部件，其中圖1是根據(jù)本文一些實(shí)施例的跳頻通信網(wǎng)絡(luò)；圖2是根據(jù)一些實(shí)施例的跳頻序列的圖形表示；圖3是根據(jù)本文一些實(shí)施例的示意性流程圖；圖4是根據(jù)本文一些實(shí)施例的示例性數(shù)據(jù)包格式的示意圖5是根據(jù)本文一些實(shí)施例的示例性跳頻序列廣告格式的示意圖；圖6是示出根據(jù)本文一些實(shí)施例的頻率質(zhì)量測量方法的流程圖；圖7是示出根據(jù)本文一些實(shí)施例的頻率分級方法的流程圖；圖8是根據(jù)本文一些實(shí)施例的各種頻率狀態(tài)的圖形表示；圖9A和圖9B是根據(jù)本文一些實(shí)施例的跳頻時隙的示意圖；以及圖10是示出根據(jù)本文一些實(shí)施例的跳頻序列生成方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式提供以下描述，以使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠利用這里所描述的實(shí)施例并闡述通過執(zhí)行一些實(shí)施例所預(yù)期的最佳模式。然而，各種修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。參照圖1，示出了無線通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)100。網(wǎng)絡(luò)100包括兩種類型的通信設(shè)備 接入點(diǎn)(AP) 120和客戶設(shè)備125。AP 120和客戶設(shè)備125可以包括適合于實(shí)施本文所描述的方法和處理的硬件和軟件的任何結(jié)構(gòu)。此外，AP 120和通信設(shè)備125可以至少部分地被實(shí)施，以在關(guān)于本文所描述的方法的程序碼或指令的控制下并根據(jù)這些程序碼或指令進(jìn)行操作，并且在能夠存儲這種程序碼或指令的任何實(shí)體介質(zhì)上被具體化。在一些實(shí)施例中，本公開可以涉及不同的物理層技術(shù)，包括傳統(tǒng)上不考慮跳頻的技術(shù)。例如，諸如基于IEEE 802. lla/b/g/n WLAN標(biāo)準(zhǔn)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)802. 15. 4的無線網(wǎng)絡(luò)使用不是跳頻的調(diào)制方案。如此，這些無線系統(tǒng)不被原始設(shè)計(jì)為連續(xù)改變它們的工作頻率。然而，只要硬件(或軟件)實(shí)施可以被配置和/或編程以在運(yùn)行時間改變在這些網(wǎng)絡(luò)上工作的通信設(shè)備的工作頻率，本文所公開的方法就可以在這些硬件(或軟件)實(shí)施系統(tǒng)上實(shí)施。每個AP 120都可以通過通信鏈路135與其相關(guān)聯(lián)的客戶125進(jìn)行通信。每個AP 及其相關(guān)聯(lián)的客戶被稱為單元(cell)。每個單元可以對應(yīng)于其中AP的覆蓋區(qū)域。網(wǎng)絡(luò)100 包括多個單元，包括單元105、110和115。單元105、110和115的每一個都包括AP 120和與AP通信的多個相關(guān)聯(lián)的通信設(shè)備(例如，客戶125)。在一些實(shí)施例中，通信鏈路135是無線鏈路。在一些實(shí)施例中，AP 120可以使用有線或無線鏈路130彼此通信。應(yīng)該理解，網(wǎng)絡(luò)100可包括比圖1所示更多的部件。然而，為了清楚，在這里跳頻序列的討論中，單元105、110和115將主要集中于AP 120和客戶通信設(shè)備125。根據(jù)本文的一些實(shí)施例，AP 120和客戶125之間的通信是雙向的。因此，AP 120和客戶125可以向/從對方傳輸和接收通信信息或數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，被實(shí)施為AP 120 和客戶125的通信設(shè)備可以具有能夠傳輸和接收通信數(shù)據(jù)的收發(fā)機(jī)。在一些實(shí)施例中，AP 120和客戶125可以根據(jù)跳頻序列在一定時間段內(nèi)在多個頻率上進(jìn)行通信。圖2提供了根據(jù)本文一些實(shí)施例的AP的跳頻序列的示意圖。如圖所示，AP 所使用的具體通信頻率作為時間函數(shù)而改變。在跳頻(FH)環(huán)境中，AP 120和客戶125必須同步以同時在相同的頻率上操作，從而彼此進(jìn)行通信。在一些實(shí)施例中，每個AP 120都在其單元中使用AP的跳頻序列來與客戶125進(jìn)行通信。在一些實(shí)施例中，AP也被稱為網(wǎng)絡(luò)控制器，因?yàn)槠渲辽倏梢钥刂破湎嚓P(guān)單元的跳頻序列。單元105、110和115可以分別使用相互不同的跳頻序列來進(jìn)行工作，從而例如消除或減少相互鄰近工作的單元之間的干擾。在一些實(shí)施例中，AP 120可以彼此獨(dú)立地確定或選擇它們的跳頻。根據(jù)一些實(shí)施例，本公開提供了使用自適應(yīng)跳頻序列的可靠通信系統(tǒng)，其使用一組在需要頻率的時刻被認(rèn)為適合于可靠通信的頻率。在跳頻序列中使用的頻率組可以隨時間發(fā)生變化。圖3是與本文的各個實(shí)施例相關(guān)聯(lián)的多個過程的示意圖。圖3引入了各個實(shí)施例的本公開的特定方面，其中，該過程包括本文的一些實(shí)施例，包括跳頻同步(305)-跳頻同步是指AP向客戶通知AP的跳頻序列的過程。即，AP向客戶通知在新的、即將到來的新跳躍中使用的頻率。然后，客戶可以跟隨AP的告知的跳頻序列，使得它們可以以同步方式與AP進(jìn)行通信。在它們同時使用相同頻率的同時(即，同步)，AP和客戶可以交換數(shù)據(jù)。可以通過AP中央控制或者通過分布式競爭來實(shí)現(xiàn)對通信介質(zhì)(例如，無線鏈路)的接入。頻率質(zhì)量測量(310)-是指AP利用一些實(shí)施例中客戶的幫助來根據(jù)例如信號強(qiáng)度、信號質(zhì)量、AP和客戶之間的數(shù)據(jù)包損失百分比等測量每個頻率相對于每個客戶的質(zhì)量的過程。頻率質(zhì)量分級分級(315)-是指AP集成每個頻率在不同客戶上的頻率質(zhì)量測量， 并分配給每個頻率適當(dāng)質(zhì)量等級的過程。頻率選擇(320)-是指AP評估頻率的相對質(zhì)量并決定它們中的哪一個適合于在AP 的跳頻序列中使用的過程。AP可以使用滯后來防止頻率在包括和不包括在跳頻序列中之間搖擺。跳頻生成(325)-是指AP使用被確定為適合包括在跳頻序列中的頻率來生成新的跳頻序列的過程。根據(jù)本文的一些實(shí)施例，跳頻序列生成基于隨時間重復(fù)的跳頻同步305、 頻率質(zhì)量測量310、頻率質(zhì)量分級315和頻率選擇320的過程。關(guān)于跳頻同步，通過AP來決定被單元內(nèi)的AP 120和客戶125用于通信的跳頻序列，并且單元中的每個客戶都必須跟隨AP的相同序列。為了使單元內(nèi)的所有客戶125都知道AP未來的、即將到來的頻率跳躍，由AP發(fā)送的特定數(shù)據(jù)包包含未來的跳頻序列，使得可以向接收的客戶通知跳頻序列。圖4提供了根據(jù)本文一些實(shí)施例的由AP傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包400所使用的格式以利用頻率同步的實(shí)例。具體地，數(shù)據(jù)包400被格式化為包括源地址405、目的地地址410、“直到下一跳的時間”數(shù)據(jù)415、即將到來時隙中的多個下一頻率420、數(shù)據(jù)有效載荷425(任選) 和校驗(yàn)和430。源地址405包括AP的地址，因?yàn)锳P是當(dāng)前數(shù)據(jù)包400的傳輸器。如果數(shù)據(jù)包不被傳輸至特定客戶則目的地地址410可以為特殊的廣播地址，或者目的地地址410可以為特定、指定客戶的地址?！爸钡较乱惶臅r間”數(shù)據(jù)415包括在安排發(fā)生下一頻率變化之前在目前時隙中剩余的時間量。當(dāng)完成目前跳躍中的時間時，新的時隙開始，此時AP和與AP 相關(guān)聯(lián)的所有客戶都跳至表示為“序列中的下一頻率”的下一頻率。AP在420中公布將被使用的接下來的K個頻率。因此，可以向可以收聽數(shù)據(jù)包(即，在AP的范圍內(nèi))的任何客戶設(shè)備通知即將到來的K個時隙中AP的跳頻序列。AP生成包括已知良好質(zhì)量頻率的跳頻序列。根據(jù)本文所描述的方面來確定頻率的質(zhì)量。
由AP發(fā)送的數(shù)據(jù)包可以包含存儲未來跳頻序列的特殊字段。如圖5所示，在任何特定時隙t 505期間由AP發(fā)送的數(shù)據(jù)包500中廣告的跳頻序列是指在時隙(t+Ι)至(t+K) 中所使用的頻率的序列。該跳頻序列可以為分為2個部分。第一部分是指包括在“不可改變窗”510中的多個時隙。在不可改變窗510內(nèi)，即使該窗中所使用的頻率突然變得不可用， AP也不能夠改變跳頻序列。如果在“不可改變窗” 510內(nèi)允許發(fā)生這種改變，則對于AP向客戶通知跳頻序列中的改變來說時間很少。作為數(shù)據(jù)包損失所引起的結(jié)果，一些客戶會丟失與AP同步的跳頻。為了使通信同步的這種損失最小，防止AP在與目前時隙接近的時隙 (即，“不可改變窗” 510內(nèi)的時隙)中改變跳頻序列。數(shù)據(jù)包500還包括“不可改變窗” 510之后的“可改變窗” 515，其間AP可以改變其跳頻序列。對于“可改變窗” 515中的時隙，允許對跳頻序列的改變。雖然可以對“可改變窗”515中的時隙進(jìn)行頻率改變，但這種改變可以優(yōu)選在一些實(shí)施例中最小化。對于跟隨 “可改變窗”的那些時隙520，可以自由地改變跳頻序列。參照圖3的310處的頻率質(zhì)量測量，頻率的質(zhì)量可以根據(jù)特定的發(fā)送者和接收者而改變。從發(fā)送者的角度來看，存在多種可能的頻率質(zhì)量的測量。在確定頻率質(zhì)量的過程中所使用的一些度量包括1.在通過發(fā)送者接收確認(rèn)之前需要的傳輸(包括重發(fā))的總數(shù)；2.由接收者接收的數(shù)據(jù)的信號強(qiáng)度；3.返回到發(fā)送者的確認(rèn)數(shù)據(jù)包的信號強(qiáng)度；4.由接收者觀察的來自相同發(fā)送者的數(shù)據(jù)包的序列號中的間隙；以及5.介質(zhì)片段的頻率利用，針對該頻率利用介質(zhì)被檢測為忙的(即，具有載波信號)。注意，在一些實(shí)施例中，AP 120和客戶125可以為發(fā)送者或接收者。附加地，在發(fā)送者或接收者處提供的信息可以中繼返回至另一側(cè)。根據(jù)一些實(shí)施例，為了討論簡單的原因，僅使用AP 120上可用的信息用于測量頻率的質(zhì)量，并且這不能夠作為對本公開的限制。圖6涉及基于在頻率上發(fā)送的數(shù)據(jù)包所經(jīng)歷的平均延遲的頻率質(zhì)量測量方法 600。應(yīng)該理解，可以在本文的實(shí)施例中使用用于確定頻率質(zhì)量測量的其他方法。仍然參照圖6并以操作605開始，頻率的平均延遲被設(shè)置為0。在操作610中，AP發(fā)送數(shù)據(jù)包，并在 615中確定所發(fā)送的數(shù)據(jù)包是否為單播數(shù)據(jù)包。對于由AP發(fā)送的每一個單播數(shù)據(jù)包，在操作620中進(jìn)行從幀到達(dá)傳輸隊(duì)列的前端所經(jīng)過的時間的測量，直到無論首先發(fā)生以下中的哪一個接收到關(guān)于數(shù)據(jù)包的確認(rèn)、頻率被停止(由于過度后退(excessive retires))或者目前跳結(jié)束，如操作625所示出的。如果在操作630中通過客戶成功確認(rèn)幀，則如操作 640和645所示，延遲樣本s只不過是從幀已經(jīng)準(zhǔn)備用于介質(zhì)競爭時開始直到幀被確認(rèn)的延遲。否則，如操作635和645所示，延遲樣本是直到失敗點(diǎn)或頻率切換點(diǎn)所引起的延遲與目前運(yùn)行的平均延遲的總和。根據(jù)一個實(shí)施例，根據(jù)延遲樣本，可以通過使用具有0和1之間的阿爾法(alpha) 值的指數(shù)加權(quán)滑動平均濾波器(EWMA)來更新運(yùn)行的平均延遲。申請人已經(jīng)觀察到0. 1左右的值工作得很好?；诿總€客戶每個頻率來跟蹤平均延遲d。對于每個頻率，通過對所有客戶的延遲取平均來計(jì)算每個頻率的延遲以基于每個頻率來得到平均延遲。該每頻率的平均延遲被用作頻率質(zhì)量測量。在一些實(shí)施例中，不同的數(shù)據(jù)包可具有不同的長度。因此，在延遲計(jì)算中更加精確地考慮不同的數(shù)據(jù)包長度，使得較長的數(shù)據(jù)包不由于采用更長的時間用于傳輸而被處罰。 因此，根據(jù)一個實(shí)施例，與正常大小的數(shù)據(jù)包相比，可以通過減去由于額外數(shù)據(jù)長度而要求傳輸數(shù)據(jù)包的附加時間來考慮數(shù)據(jù)包長度。在獲得針對跳頻序列中所使用的多個頻率中的每個頻率的頻率質(zhì)量測量(即，分?jǐn)?shù))的確定之后，如圖3的操作315所示，AP對頻率進(jìn)行分級?；陬l率的相對頻率分?jǐn)?shù)， 頻率可以被分為多組，包括“好”、“中等”和“差”。圖7示出了頻率分級方法700的一個實(shí)施例。方法700開始于操作705中頻率i 需要被分級的認(rèn)知。在操作710中，每個頻率的延遲(或其他頻率質(zhì)量測量)與最佳頻率 (即，具有最小延遲的頻率)的延遲進(jìn)行比較。如果如操作710、715和720所確定的，頻率 i的延遲在最佳頻率的Tm倍之內(nèi)或者不大于最佳頻率的Xm，則在操作735中，該頻率被確認(rèn)為“好”。類似地，如果延遲大于最佳頻率的Tm倍(操作710)并且大于最佳頻率的Xm但小于Tb(操作715)或者在最佳頻率的脅之內(nèi)，則其在操作730中被確定為“中等”。否則， 在到達(dá)操作740之后，頻率被確定為“差”。作為示意性實(shí)例，根據(jù)特定實(shí)施例Tm = 150%且Xm = Ims,同時1 = 250%且釙 =2ms0使用圖7所示對頻率進(jìn)行分級的方法提供了用于基于它們確定的頻率質(zhì)量測量來對頻率分級的機(jī)制。注意，圖7的頻率分級方法使用了用于對頻率進(jìn)行分級的相對標(biāo)度。根據(jù)一個實(shí)施例，用于使用相對標(biāo)度而非絕對標(biāo)度(scale)的原因在于，本公開感興趣的是即使沒有頻率完全不受干擾，也生成使用最佳可用頻率的跳頻序列。根據(jù)一個實(shí)施例，將小于彼此Xm 或脅的頻率組織到一起的附加條件幫助避免了測量中少量的噪聲使得本質(zhì)上相同質(zhì)量的頻率被不同分級的情況。關(guān)于圖3的操作325中所引入的頻率選擇處理，對每個頻率分配即時分級。然而， 由于延遲(或者其他，例如利用)測量中所固有的隨機(jī)性，頻率的分級會發(fā)生波動。例如， “差”頻率不是總是具有大延遲。然而，由于特定“差”頻率的歷史，頻率應(yīng)該優(yōu)選地不是目前分?jǐn)?shù)一提高就被大量使用。為了避免頻率組包括在跳頻序列中的振動，可以對包括在跳頻序列中的頻率組應(yīng)用滯后(hysterisis)，以對每個頻率確定長期平均。每個頻率的長期平均行為在本文被稱為頻率的狀態(tài)。通常，應(yīng)該在跳頻序列的生成中連續(xù)使用“好”頻率。然而，“中等”頻率應(yīng)該優(yōu)選被頻繁測試，但是不被用于執(zhí)行更多的通信量。“差”頻率同時應(yīng)該被很少地測試。然而，如上所述，“好”、“中等”和“差”是即時分級。根據(jù)一個實(shí)施例，不管即使分級如何，都存在任何頻率的三C3)種可能狀態(tài)。如圖8所示，這三種狀態(tài)可包括主動狀態(tài) 805、短時間等待狀態(tài)810和長時間等待狀態(tài)815。每個頻率都具有與其相關(guān)聯(lián)的簡單狀態(tài)機(jī)制以保持其目前狀態(tài)的跟蹤。在一些實(shí)施例中，每個頻率都可以初始被置于主動狀態(tài)805。如果頻率總是被分級為好(例如，通過圖7的方法確定)，則該頻率將保持為主動狀態(tài)805。如圖8所示，當(dāng)頻率分級改變?yōu)橹械然虿睿瑒t其狀態(tài)也分別變?yōu)槎虝r間等待狀態(tài)810或長時間等待狀態(tài)815。 一旦頻率進(jìn)入短時間等待狀態(tài)810，其在返回主動狀態(tài)805之前會保持一段時間(例如，IOs的級別)。在頻率處于短時間等待狀態(tài)810的時間期間，其偶爾將被測試。例如，當(dāng)如定時器所計(jì)時經(jīng)過特定的時間量時，可以檢查頻率的分級。如果分級已經(jīng)提高為好，則頻率將被提升主動狀態(tài)805。如果分級已經(jīng)劣化到差狀態(tài)815，則其將被降至長時間等待狀態(tài)815。 否則，頻率將保留在短時間等待狀態(tài)810。類似地，一旦頻率進(jìn)入長時間等待狀態(tài)815，其在可以確認(rèn)為提升之前必須在該狀態(tài)保持一定時間，通常為分鐘以上的級別。該休息時間 (Timeout)大大大于短時間等待狀態(tài)810的休息時間。當(dāng)休息時間最終期滿時，根據(jù)頻率分別為好、中等或差的分級，頻率的狀態(tài)可以變?yōu)橹鲃訝顟B(tài)805或短時間等待狀態(tài)810，或者保持在長時間等待狀態(tài)815。與短時間等待狀態(tài)810中的頻率相比，長時間等待狀態(tài)815 的頻率不被頻繁測試。在一些實(shí)施例中，測試頻率是指其被插入到跳頻序列中，因此，對于一 (1)個時隙的持續(xù)時間給出執(zhí)行少量通信量的機(jī)會。以這種方式，AP被允許收集關(guān)于延遲的新統(tǒng)計(jì)量以在該頻率上成功地傳輸幀。由于關(guān)于延遲的EWMA平均，每個頻率的分?jǐn)?shù)不會由于數(shù)據(jù)包的不同而大大提高。本公開的重要方面是本文的自適應(yīng)跳頻序列生成。例如，根據(jù)本公開的跳頻系統(tǒng)可以考慮工業(yè)自動化和其他應(yīng)用的需求，其中，通過防止傳輸至/來自相同客戶的連續(xù)數(shù)據(jù)包失敗(即，被延遲或丟失)來保持可靠性。根據(jù)一些實(shí)施例，本文的系統(tǒng)和方法可以通過組合跳頻和自適應(yīng)頻率選擇的技術(shù)來對抗連續(xù)失敗。本文的跳頻方面在不同的頻率上發(fā)送數(shù)據(jù)包，并且在短時間度標(biāo)上確保多個連續(xù)數(shù)據(jù)包由于干擾或者其他無線頻率損害而失敗的可能性被最小化。本文的自適應(yīng)頻率方面自動地僅監(jiān)控和選擇最佳頻率來用于通信選擇，從而在較長的時間度標(biāo)上確保只有最佳的可用頻率被用于跳頻序列。因此，被損害的頻率對系統(tǒng)長期的性能不具有任何影響。這兩種機(jī)制相互補(bǔ)充，因?yàn)樗鼈児ぷ髟诓煌臅r間度量上。例如，如果系統(tǒng)或方法僅使用隨機(jī)跳頻，則從跳頻序列中去除被損害的頻率。結(jié)果，隨著失敗頻率數(shù)量的增加，失敗的頻率緊接著出現(xiàn)的機(jī)會也增加。另一方面，如果系統(tǒng)或方法僅使用自適應(yīng)頻率選擇，則其可以在任何時間選擇最佳頻率來使用。然而，一旦最佳頻率失敗，系統(tǒng)就必須緊急尋找備份頻率。在找到備份頻率之前，控制應(yīng)用連接已經(jīng)被中斷。根據(jù)一個實(shí)施例，本文的自適應(yīng)跳頻序列生成方法可以使跳頻序列中的k個連續(xù)跳頻落在損害頻率上的機(jī)會最小。為了示出根據(jù)本公開生成的跳頻序列的該方面，將使用命名為“ 1”至“ 5，，的5個頻率來呈現(xiàn)一個簡單的實(shí)例。在該實(shí)例中，頻率1，2，和3已經(jīng)被分級為處于主動狀態(tài)的好頻率。頻率4被分為處于短時間等待狀態(tài)的中等頻率，以及頻率 5被分為處于長時間等待狀態(tài)的差頻率。對于本實(shí)例，假設(shè)在第t個時隙由AP廣告的目前不可改變窗如圖9A所示。如圖所示，廣告針對時隙(t+Ι)至(t+6)的即將到來的新頻率。注意，跳頻序列使用處于主動狀態(tài)的可用好頻率。當(dāng)新時隙(例如，第t+Ι個)開始時，不可改變窗如圖9B所示。此時，未來的第 t+7個跳躍被決定并且存在許多可能的選擇(頻率“1”至頻率“5”)。為了確定哪個頻率為最佳選擇，需要最佳的度量。作為實(shí)例，假設(shè)試圖使3個連續(xù)失敗時隙的機(jī)會最小(即，C =3)。在這種情況下，僅需要考慮在時隙t+5、t+6和t+7中所使用的頻率。在這種情況下， 時隙t+7的最佳選擇為頻率1。作為另一實(shí)例，假設(shè)試圖使4個連續(xù)失敗時隙的機(jī)會最小。在這種情況下，進(jìn)行關(guān)于哪些頻率用在時隙t+4、t+5、t+6和t+7中的確定。在這種情況下， 時隙t+7的最佳選擇為頻率4。即，使用了一個中等頻率，因?yàn)轭l率4是時隙t+4、t+5、t+6 中沒有使用的相對“好”頻率。根據(jù)一個實(shí)施例，在圖10中示出了用于選擇使C個連續(xù)失敗的機(jī)會最小的最佳頻率的示意性程序。在操作1005中，開始新時隙(例如，第t個時隙)。因此，AP需要完成或確定用于時隙(t+k)的頻率。在操作1010中，進(jìn)行主動頻率是否還沒有用于時隙(t+k-C+1) 至(t+k-Ι)的確定。如果可用的主動頻率還沒有用于這些時隙，則在操作1015中，這些可用頻率中的一個被選擇用于時隙(t+k)時隙。如果沒有這種主動頻率可用，則在操作1020 中進(jìn)行可用的短時間等待頻率是否還沒有用于時隙(t+k-C+Ι)至(t+k-Ι)的確定。如果可用的短時間等待狀態(tài)頻率還沒有用于這些時隙，則在操作1025中，這些可用頻率中的一個被選擇用于(t+k)時隙。如果沒有這種短時間等待頻率可用，則在操作1030中，在時隙 (t+k-C+1)至(t+k-Ι)中使用最少次數(shù)的頻率被選擇用于(t+k)時隙。注意，需要根據(jù)方法 1000來檢查確定的時隙之前的(C-I)個時隙。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以配置上述實(shí)施例的各種改變和修改而不背離權(quán)利要求的范圍和精神。因此，應(yīng)該理解，權(quán)利要求還可以以本文所具體描述的之外的其它方式被實(shí)踐。
1權(quán)利要求
1.一種跳頻通信系統(tǒng)(100)，所述系統(tǒng)包括 客戶(125)；以及網(wǎng)絡(luò)控制器(120)，所述網(wǎng)絡(luò)控制器使用跳頻與所述客戶(12 進(jìn)行通信，所述網(wǎng)絡(luò)控制器(120)可工作用于對于多個頻率中的每個頻率確定頻率質(zhì)量測量值，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可以在跳頻序列中使用以與所述客戶(12 通信；基于所述多個頻率中的每個頻率的確定的頻率質(zhì)量測量值的相對排序，將多個通信頻率中的每個頻率都分類為多個類型中的一種；生成將被用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(120)和所述客戶(12 之間的通信的跳頻序列，所生成的跳頻序列包括僅從預(yù)定數(shù)量的未來時隙中的多個頻率選擇出的頻率，所選擇出的頻率使得在所述預(yù)定數(shù)量的未來時隙中預(yù)定數(shù)量的連續(xù)跳頻失敗的可能性最??；以及向客戶通知將被用于所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(120)與所述客戶(12 之間的通信的所生成的跳頻序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中，所生成跳頻序列的預(yù)定數(shù)量的未來時隙包括所述跳頻序列中不能改變的第一固定數(shù)量的頻率以及在后跟隨的可被改變的剩余數(shù)量的頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中，從所述多個頻率中選擇使預(yù)定數(shù)量的連續(xù)跳頻失敗的可能性最小的頻率是通過以下方式來確定的獲得值C用于在包括所述多個頻率的跳頻序列中避免的預(yù)定數(shù)量的連續(xù)跳頻失敗；以及為所述跳頻序列的未來時隙分配頻率，其中，通過以下處理來確定分配給所述未來時隙的頻率檢查所述未來時隙緊鄰靠前的(C-I)個連續(xù)時隙，以確定未被使用在所述(C-I)個連續(xù)時隙的所述多個頻率中的一個；向所述跳頻序列的所述未來時隙分配所確定的未使用的頻率；并且否則向所述跳頻序列的所述未來時隙分配使用所述未來時隙緊鄰靠前的所述(C-I) 個連續(xù)時隙中使用次數(shù)最少的多個頻率中的一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)(100)，其中，檢查所述未來時隙的緊鄰靠前的所述 (C-I)個連續(xù)時隙，以確定未被使用于所述(C-I)個連續(xù)時隙的所述多個頻率中的所有頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中，對于所述多個通信頻率中的每個頻率確定的質(zhì)量測量值包括針對多個頻率中的每個頻率的所有相關(guān)聯(lián)的客戶(12 確定總體的頻率質(zhì)量測量值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中，基于所述通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(120)中延遲測量和利用測量的至少一個來確定用于所述多個通信頻率中的每個頻率的質(zhì)量測量值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)(100)，其中，基于多個頻率中的每個頻率相對于多個頻率中的另一具有最低延遲值的其他頻率的延遲值的和利用值的排序中的至少一個來確定所述多個頻率中的每一個的分級。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中，分級還包括確定每隔多久測試所述多個頻率中的每個頻率，并基于所述多個頻率中的每個頻率的確定測試狀態(tài)將所述多個通信頻率中的每個頻率歸為有限的多個不同狀態(tài)中的一個。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(100)，其中，用于所述多個頻率中的每個頻率的確定測試狀態(tài)表示所述多個頻率中的每個頻率的長期平均行為。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(100)，其中，跳頻序列的生成進(jìn)一步確保每一個頻率都將被增加到所述跳頻序列中，以基于所有頻率的測試狀態(tài)以預(yù)定的步調(diào)更新質(zhì)量測量統(tǒng)計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法(300)和一種系統(tǒng)(100)。該系統(tǒng)包括客戶(125)和使用跳頻與客戶通信的網(wǎng)絡(luò)控制器(120)。網(wǎng)絡(luò)控制器(120)用于對多個頻率中的每個頻率確定頻率質(zhì)量測量值，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(120)可以使用跳頻序列來用于與客戶的通信；基于多個頻率中的每個頻率所確定的頻率質(zhì)量測量值的相對排序，將多個通信頻率中的每個頻率都分為多個種類中的一種；生成將被用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(120)和客戶(125)之間的通信的跳頻序列，所生成的跳頻序列僅包括預(yù)定數(shù)量的未來時隙中的多個頻率中的所選頻率，使得在預(yù)定數(shù)量的未來時隙中預(yù)定數(shù)量的連續(xù)跳頻失敗的可能性最??；以及向客戶通知將被用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(120)與客戶(125)之間的通信的所生成的跳頻序列。
文檔編號H04B1/715GK102171942SQ200980132717
公開日2011年8月31日 申請日期2009年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月22日
發(fā)明者廖瑞鋒, 拉格胡韋爾·切雷迪, 蘇凱湘 申請人:西門子公司