在主/從網絡和adhoc網絡中通過竊聽消息完成傳輸時間測量的製作方法
2023-06-29 03:01:16
專利名稱：在主/從網絡和ad hoc網絡中通過竊聽消息完成傳輸時間測量的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於獲取無線網絡中節點間的距離或傳輸時間信息的方法和裝置。
與使用有線網絡相比，使用無線網絡具有許多優點，並且網絡節點間的通信管理對它的成功來說具有重要意義。為了從一個節點傳輸數據到另一個節點，需要確定所述節點的位置並且確定路由。無線節點的位置可能變化很快，而且需要經常對所有節點的位置進行更新，這使網絡管理變得更困難。
無線網絡的一個例子是智能家庭網絡，其中用戶可以在遠程位置控制家裡的設備和/或其中設備的行為隨用戶的位置發生變化。具有低能耗的節點在這種網絡中是首選的。低能耗意味著節點可以在標準電池上運行，該種電池在理論上只在幾年才更換一次，或者至多一年更換幾次。或者，他們可通過例如使用太陽能面板這樣的其它方式來提供動力。因此，供電和維護網絡的花費是很低的。得到網絡中各個節點之間的距離的傳統方法包括節點A發送測距請求給節點B。節點B發送這樣的應答，該應答包括與請求到達的時間和應答被發出的時間相關的信息。節點A於是可以計算節點A和節點B之間的距離。而且，可以確定節點A的時鐘和節點B的時鐘之間的時鐘偏移，這可使這些節點同步。此外，如果節點A希望與在節點A的傳輸範圍之外但在節點B的傳輸範圍之內的節點C進行通信，那麼節點B可以針對節點C執行測距程序並且將報告返回至節點A。在收到來自節點C的傳輸範圍之內的許多節點的距離信息之後，節點A就能夠確定它與節點C能夠進行通信的最優路由。
但是，上述方法存在許多問題需要定期更新距離信息，並且如果網絡中存在大量節點，那麼測距請求和響應就會與網絡中的其它通信發生衝突。上述測距方法還會過分使用網絡中的低功率節點，結果不得不比預期地更頻繁地更換節點的電池。而且，在主/從網絡中，從節點只被允許直接與主節點進行通信，而不允許與其它從節點進行通信，這樣就不能確定兩個從節點之間的距離。因此，只能一維地指定節點的位置，即自主節點起的距離。
美國專利號6,006,097公開了一種系統和方法，其中減少了在無線網絡的移動站和多個基站之間所傳輸的消息數量，以便可找到移動站相對於多個基站中的每一個的位置。根據所公開的方法，不是發送單獨的消息給多個基站中的每一個，移動站在可由多個基站的全體接收的消息中發送位置信息。然而，該方法只允許在移動站和一小部分節點即基站間交換位置信息。而移動站無法直接地向其它移動站傳送位置信息。
本發明設法解決上述問題。
依照本發明，提供一種用於確定網絡中的包括有第一、第二和第三節點的節點之間的距離關係的方法，其中所述第二節點在第一和第三節點的傳輸範圍之內，所述方法包括第三節點竊聽從第二節點發送給第一節點的第一消息。
在一個實施例中，所述消息包括對從第一節點發送給第二節點的測距請求作出響應的第一消息，並且第一消息還包括第一時間信息；而且，第三節點發送包括第二時間信息的第二消息來應答第一消息。如果第一節點收到第一消息，它就具有足夠的信息來確定第一節點和第二節點間的距離。類似地，如果第二節點收到第二消息，那麼它也就具有足夠的信息來確定第二節點和第三節點間的距離。
所述方法的一個優點在於僅需要發送三條消息，用於第一節點確定至第二節點的距離，以及第二節點確定至第三節點的距離，而在傳統方法中，需要四條消息。
此外，依照本發明，如果所述網絡是主/從網絡，而且第二和第三節點是從節點，那麼所述方法還可以包括第二消息，該第二消息被發送給主設備並且第二節點通過竊聽來接收該第二消息。
因此，本發明的另一個優點在於可以確定主/從網絡中的從節點間的距離。
依照本發明，還提供了用作無線網絡中的一個節點的一種設備，所述網絡具有不同於所述節點的第一節點和第二節點，所述設備包括用於竊聽從第二節點發送至第一節點的第一消息的裝置，以及用於測量時間信息的時間裝置。在一個實施例中，所述節點還包括用於發送第二消息以響應第一消息的發送器，其中第二消息包括所述時間信息。
因此，如果第一消息的源節點收到第二消息，就可以確定節點間的距離關係。
更進一步，依照本發明，節點可以被配置為在由網絡協調器分配給節點的一個時隙中發送所述第二消息。因此，可以避免數據傳輸的衝突。
更進一步，依照本發明，節點可以被配置為在其處於睡眠模式時接受第一消息。
現在將參照附圖以舉例的方式描述本發明的實施例，其中
圖1是適用於無線網絡的低功率設備的示意圖；圖2是適用於無線網絡的低功率設備的另一示意圖；圖3說明了圖1和圖2所說明的設備中的協議層；圖4說明了根據一種傳統方法的在無線網絡中發送的測距請求和響應；圖5說明了根據本發明的在無線網狀網絡中發送的測距請求和響應；圖6說明了根據本發明的在無線網絡中的節點間發送的數據的結構；圖7說明了根據本發明的在包括多個節點的無線網狀網絡中發送的測距請求和響應；圖8說明了根據本發明的在主/從網絡中發送的測距請求和響應；以及圖9說明了可以使用本發明的一種情況的具體例子。
參照圖1，顯示了提供一種用於在短程網絡中進行通信的節點的設備1。該節點可以被連接到家庭中的機頂盒以用於控制把單個電子設備連接到一起的短程網絡，或者它可以是由短程網絡的用戶佩帶的可攜式設備。設備1包括用於發射和接收射頻信號3的短程收發器2、中央處理器4、內存(ROM)5、存儲器(RAM)6和用於與其它節點同步的內部時鐘7。在一個實施例中，設備1還包括用於與用戶通信的輸入設備8和顯示器9。該設備還與電池相連接(未示出)。網絡要求至少一個充當網絡協調器的節點。用戶可以使用輸入設備8和顯示器9與網絡協調器進行通信，並且從而控制網絡。或者，所述用戶可以使用行動電話或BluetoothTM設備與使用射頻信號的網絡協調器進行通信。因此，在一個可選實施例中，協調器可以不具有輸入設備8和顯示器9。
因此，設備1可以充當網絡協調器。與網絡中的其它節點相比，網絡協調器通常具有增強的功能。例如，網絡協調器會需要更多的內存和存儲器以建立網絡、啟動與網絡相連接的設備以及存儲與包含在網絡中的每個節點相關的信息。參照圖2，顯示了一種沒有被配置為充當網絡協調器的設備10的例子。設備10同樣包括用於接收和發送射頻信號3的短程收發器11、中央處理器12、內存(ROM)13、存儲器(RAM)14和內部時鐘15。然而，該處理器與設備1的處理器相比具有較低的處理能力，並且設備10的內存和存儲器小於設備1的內存和存儲器。此外，由於設備10可以與設備1定期同步，所以設備10的內部時鐘15比設備1的時鐘更欠精確。因此，設備10與設備1相比具有更低的功率消耗並且更便宜。存在設備1和多個設備10可以彼此進行通信的多種不同的方法。在一種網狀網絡中，在範圍之內，每個設備10或1都可以直接地與每個其它設備10或1進行通信。然而，在主/從網絡中，設備1可以與網絡中的所有其它設備進行通信，但設備10隻可以與設備1進行通信。
優選地，設備10和設備1適應ZigBee標準。然而，這些設備還可以適應其它標準比如HomeRF、Bluetooth和IEEE 802.11x。依照ZigBee標準，可以無線連接255個設備以形成網絡，儘管更多數目的設備可以使用多個ZigBee網絡進行無線連接。設備可以操作在2.4GHz、915MHz和/或868MHz射頻頻帶；分別支持250每秒千比特(kbps)、40kbps和20kbps的原始數據傳送速率，並且典型地具有10至75米的傳輸範圍。然而，為了降低節點的造價，傳輸範圍可以在2至5米之間。ZigBee標準的概述可以經由全球資訊網在www.ziqbee.org或從ZigBee Alliance，Bishop Ranch，22694Bishop Drive，Suite 275，San Ramon，CA 94583，USA.獲得。
圖3顯示了適應ZigBee標準的設備的協議層體系結構。該設備根據基於為短距低功率設備所開發的IEEE 802.15.4標準的協議進行操作。該標準包括控制設備間的通信的物理(PHY)層16。PHY協議定義了也被稱為物理協議數據單元(PPDU)的在設備間所發送的數據單元的整體結構。PPDU包括由MAC協議層17定義的MAC(介質訪問控制)協議數據單元。MAC協議層17定義了在數據單元中傳輸的數據的類型，並且它包括用於加密的算法。根據ZigBee標準，協議棧還包括網絡(NWK)層18和應用支持(APS)層19。NWK層18包括分別用於建立網絡、加入和離開網絡、使協調器分配地址給網絡中的設備、使幀路由到它們期望的目的地以及對傳出和到來的幀應用及取消安全的協議。MAC層17處理單跳躍傳輸中的安全，而網絡層18處理多跳躍傳輸中的安全。單跳躍傳輸是彼此直接通信的兩個節點間直接的數據傳輸，而多跳躍傳輸涉及不是彼此直接通信的源節點和目的節點間的數據傳輸，因此，至少使用一個中間節點以將來自源節點的數據轉發到目的節點。由於設備的短傳輸距離，因此多跳躍在ZigBee網絡中是普遍的。網絡中的所有節點可以不在彼此的傳輸範圍內，並且因此鄰近結點必須轉發消息。應用支持層19控制用於確定哪些其它設備是操作在設備的個人操作空間中的能力以及用於基於它們的服務和期望把兩個或更多個設備匹配在一起的能力。最後一層，應用層20允許製造商定義應用對象並根據ZigBee描述的應用說明來實現這些應用。應用層還包括ZigBee設備對象，其負責定義網絡中節點的角色，即，網絡中哪個節點是協調器以及哪些節點是終端節點。通過增加額外的命令幀來處理測距和竊聽，根據本發明的測距方法可以被直接併入到ZigBee協議中。
圖4顯示了包括節點A、B和C的網狀網絡。節點A包括充當網絡協調器的設備1。因此，以下用術語『設備1』和『網絡協調器』指相同的設備。網絡節點B和C分別包括設備10a和10b。所有節點可以與網絡的所有其它節點進行通信。為了管理網絡，網絡協調器需要與網絡中的單個節點間的距離相關的信息。在此例子中，節點C不在節點A的傳輸範圍內，但是節點A可以通過指示在節點A和節點C的傳輸範圍內的節點B將數據轉發給節點C來與節點C進行通信。網絡還可以進一步包括未示出的另外的節點，它們都在節點A和節點C的傳輸範圍內，並且節點C因此希望得到至節點B的距離以及節點B和節點C間的距離，以找到與節點C聯繫的最佳路由。因此，協調器在時間T1發送測距請求21給設備B。協調器在它的隨機存取存儲器6中存儲發送時間(TOT)T1。節點B收到測距請求，記錄測距請求的到達時間(TOA)T2，並且在時間T3發送包括T2和T3的值的測距響應22給協調器A。協調器在時間T4收到測距響應22並且在它的隨機存取存儲器6中記錄T2、T3和T4。設備1現在知道T1、T2、T3和T4的值。設備1可以通過執行以下計算得到節點A和節點B間的距離[(T2-T1)+(T4-T3)]*c/2(1)其中c是光速。等式1中的首項對應於測距請求從節點A傳播到節點B需要花費的時間，而第二項是響應從節點B傳播到節點A需要花費的時間。如果節點A和節點B的時鐘是同步的，那麼等式1的第一項和第二項是相等的。然而，如果一個時鐘相對於另一個時鐘略微地延遲，那麼第一時間中的誤差與第二項中的誤差具有相反的符號，並且從而抵消誤差。然而，時間數據還允許計算時鐘7和時鐘15間的時間延遲以便這些時鐘可以同步。通過執行以下計算得到時鐘延遲[(T2-T1)-(T4-T3)]/2 (2)只要時鐘在消息交換期間沒有發生顯著變化，在等式2中計算的時鐘延遲和在等式1中抵消的時鐘延遲誤差就是有效的。為了準確地計算節點間的距離，請求到達和發出響應之間的時間延遲應當保持最小以便時鐘不發生嚴重變化。
代替提供時間戳T2和T3，節點B只需提供請求到達和發出響應之間的延遲，T3-T2，因為[(T1+T4)-(T3-T2)]*c/2 (3)這等價於等式1。然而，如果只提供時間延遲，則無法計算時鐘的延遲。
可以在節點B和節點C之間重複以上過程，以便可以找到節點B和節點C之間的距離。節點B發送測距請求23給節點C。節點C應答包括T6和T7的值的測距響應24給節點B，並且節點B通過執行以下計算來計算節點B和節點C之間的距離[(T6-T5)+(T8-T7)]*c/2(4)如果節點B已經與節點A同步，並且節點C與節點B同步，那麼節點B、節點C和節點A全部同步。或者，從節點C到節點B的測距響應可以只包括值T7-T6。因此，為了得到節點A到節點B的距離和節點B到節點C的距離，總共需要發送4條消息。
圖5顯示了根據本發明的用於確定節點間距離的方法，，其中減少了被傳輸的消息的數目。所述方法開始於在時間T1由網絡控制器A發送測距請求21給節點B。節點B記錄到達時間T2，並且在時間T3發出一測距響應22。測距響應22包括T2和T3的值。節點B進一步在存儲器14中存儲T3的值。控制器A在T4收到響應，並且使用值T1、T2、T3和T4來計算協調器和節點B之間的距離，如等式1所示。同時，節點C竊聽測距響應22。測距響應在時間T5到達節點C。代替等待來自節點B的測距請求23，節點C在時間T6向節點B回發包括有測距響應22的到達時間(T5)和值T6的測距響應24。節點B在T7收到包括值T5和T6的測距響應，並且因為它已經保存了T3的值，所以它現在可以通過執行以下計算來計算節點B和節點C之間的距離[(T5-T3)+(T7-T6)]*c/2(5)因此，系統內被傳輸的消息的數目從4減少到3。
在一個可選實施例中，代替在消息中包括兩個時間戳，即T2和T3，通過包括請求到達和發出響應之間的時間流逝T3-T2，節點B可以減少發送的數據量。如等式3所示，當節點A收到響應時，它記錄發出請求和收到響應之間的時間T1-T4，並且減去在節點B的時間延遲T3-T2，就得到至節點C的距離。類似地，代替在測距響應24中包括兩個時間戳T5和T6，節點C只包括在節點C的時間延遲T6-T5，並且節點B執行以下計算[(T7-T3)-(T6-T5)]*c/2(6)就得到節點B和節點C之間的距離。
優選地，如圖6所示，在物理協議數據單元(PPDU)中發送測距請求和響應。PPDU包括其包括有前同步符25和幀分隔符26的同步頭部。前同步符是1和0的序列以用於警告任何接收設備消息已經在傳輸過程中。幀分隔符26宣布消息的開始。PPDU還包括物理頭部27，該物理頭部包括用於指定剩餘消息的長度的欄位。由MAC協議17定義數據單元的剩餘字節即MAC協議數據單元28，並且它包括MAC頭部、MAC有效負載以及MAC頁腳。所述MAC頭部包括用於指定幀和控制數據的類型的幀控制欄位29。存在4類幀，即信標幀、數據幀、確認幀和MAC命令幀。在此實施例中，測距請求和測距響應被作為MAC命令幀的一部分進行發送。MAC頭部還包括數據序列號(30)以用於檢查設備正在發送/接收序列中的哪個數據幀。確認幀總是具有與它正在確認收到的哪一幀相同的數據序列號。在根據本發明的測距方法中，確認幀不是必不可少的，因為如果在一定時間之後沒有收到測距響應，那麼時間信息將不再有效，並且必須發送新的測距請求。
MAC頭部還包括源地址欄位31和目的地址欄位32，它們用於指定消息的源節點和目的節點的64位地址。為了減少數據傳輸量，可以使用較短的16位ZigBee地址。如果測距請求或響應是發自網絡協調器，那麼就不必指定源地址。類似地，如果測距請求或響應是發送到協調器，那麼目的地址保留空白。因此，測距請求21包括空白源地址欄位和用於指定設備B的地址的目的地址欄位。測距響應22具有用於指定設備B的地址的源地址欄位和空白目的地址欄位。響應24的源地址欄位包括節點C的地址並且響應24的目的地址欄位包括節點B的地址。
MAC頁腳包括幀校驗序列36以用於錯誤檢驗。MAC有效負載包括有效負載頭部，其包括用於指定MAC命令幀的類型的MAC命令標識符33。根據本發明，有效負載頭部還可以包括用於控制測距請求和測距響應的附加數據。當PPDU是測距請求時，MAC命令標識符指定有效負載35是請求，並且有效負載包括與節點相關的可預測的數據序列以便得到信號到達時間和事務ID。當數據單元28是響應時，MAC命令標識符33指定該單元是響應，並且有效負載35包括可預測的數據序列，所請求的時間信息和相應測距請求的事務ID。它還可以包括用於指定時間信息是否有效的『時鐘有效(clock valid)』標記。該可預測的數據序列對於接收節點來說足夠長以相關聯，但是對於彼此在消息交換期間不發生顯著變化的兩個節點的時鐘來說是足夠短的。可預測序列的典型示例是25位元組的空值數據，其剛好持續800μs並且足夠實現測量以執行相關。。通過指定請求到達和發出響應之間的時間延遲，而不是用於到達和發出的獨立的時間戳，使用了更少的比特，並且從而使過程更加高效。收到請求和發出響應之間的典型的時間延遲通常小於1毫秒，這導致消息交換的總體時間是幾毫秒。
與在本領域中已知的方法相比，在上面描述的網絡中，為了確定設備之間的距離而發送的PPDU的數目減少了1。然而，網絡中節點的數目越多，發送的消息的數目就減少的越多。圖7顯示了包括控制器和4個節點A-E的網絡，其中控制器和節點C-E在節點B的傳輸範圍內。節點C、D和E竊聽從節點B發送到控制器A的測距響應22。設備C、D和E中的每一個都記錄測距響應22的到達時間T5、T8、T11，並且分別返回測距響應24、37和38。測距響應分別包括測距響應22到達與發出測距響應24、37或38之間的時間延遲，或者它們包括到達和發出的時間戳。在接收所有測距響應24、37和38之後，節點B具有足夠的信息來計算至節點C、D和E的距離。
根據本發明所述的處理要求設備具有對期望用於另一設備的消息進行接收並處理的能力。ZigBee設備只具有兩種模式，即睡眠模式和活動模式。在睡眠模式中，節點只能掃描信標。通常，當另一個節點想要傳輸數據給睡眠模式中的節點時，信標被從網絡協調器發送至在睡眠模式中的節點以指示節點變成活動模式。在活動模式中，節點掃描來自傳輸範圍內的所有節點的消息。依照本發明的一個實施例，在睡眠模式中的傳統過濾方法被修改以便除信標之外，節點還可以允許測距消息通過。
參照圖8，顯示了本發明被用於主/從網絡這樣一種情況。主/從網絡中的從節點只可以直接地與主節點/協調器節點進行通信，網絡中的所有節點都需要在協調器節點的傳輸範圍內。因此，只能測量主節點和單個從節點之間的距離。然而，通過還能夠測量網絡中單個從節點之間的距離，可以獲得更多關於節點的位置的信息。在圖8所示的網絡中，節點A是網絡的主節點/協調器，而節點B和C是從節點。節點A在時間T1發送測距請求21給節點B。節點B在時間T2收到該測距請求並在時間T3回發測距響應22給節點A。測距響應22包括T2和T3的值。節點B還保存時間T3的值。節點A在時間T4收到測距響應22並且使用T1、T2、T3和T4來計算節點A和節點B之間的距離。節點C竊聽測距響應22並且當響應22到達節點C時記錄時間T5。因為節點C和節點B都是從節點，所以節點C不能直接與節點B通信。節點C只被允許與主節點即節點A進行通信。因此，節點C發送響應24給節點A並且依靠節點B將進行竊聽從而收到響應24。因此，在主/從網絡中，物理協議數據單元的格式與上面描述的網狀網絡具有相同的格式，除了響應24具有空白目的地址欄位32，因為只允許把響應發給主設備。在時間T6發出響應24並且響應24包括T5和T6的值。節點B竊聽響應24並且記錄響應在節點B的到達時間T7。因此，節點B現在具有T3、T5、T6和T7，並且可以由等式5得到節點B和節點C間的距離。因此，節點B和節點C之間的距離是可以得到的，儘管不允許節點間彼此直接地進行通信。響應24還在時間T8到達節點A。在節點A已經發送了獨立的測距請求給節點A的情況下，測距響應24可被誤認為是對那個測距請求的響應。然而，通過在響應中包括事務標識符34來解決這個問題。節點A比較響應24的事務標識符34與來自節點A的測距請求的事務標識符，並且確定響應24的時間信息是否相關。
通過交換測距請求21、響應22和響應24，節點A此刻知道至節點B的距離以及節點B知道至節點C的距離。在一個實施例中，節點B發送消息39至節點A以通知節點A關於節點B和節點C之間的距離，以便節點A可以存儲關於網絡中所有節點的位置的更新信息。而在傳統方法中，只能得到節點A到節點B和節點A到節點C的距離，而本發明提供的方法同時可以得到節點B至節點C的距離，最終獲得關於網絡的更多信息。
在一種典型的ZigBee網絡中，遵循CSMA/CA(避免衝突的載波偵聽多址訪問)過程以便避免消息間的衝突並且試圖與忙碌的節點進行通信。在試圖使用忙碌的通信信道之前，所述過程簡單地涉及節點等待被稱為補償(back-off)時間的預定時間。在設備C可以發送消息給節點B之前，節點B必須返回到接收模式。為了在C處的接收和發送消息之間的延遲不過長，節點B在結束與節點A的通信之後立即返回到接收模式，並且節點C的補償時間被設置為較低的值。設備的數目越多，衝突避免算法使消息通過到達節點B所花費的時間就越長。然而，延遲對可以決定數據是否有效的節點B來說是很明顯的。在一個實施例中，隨機地選擇每個設備的補償值，並且在另一實施例中，可以賦予每個竊聽設備具體的應答周期，即在它收到消息之後應當響應之前的設定時間。一種動態系統可根據節點中的電源級別來分配應答周期。例如，低電池的節點可被賦予早一些的應答周期。
在主/從網絡中，ZigBee設備可使用超級幀結構來提供節點之間的通信。超級幀的標準由網絡信標來限定，並且被分成16個同樣大小的時隙，其中第一和最後幀是信標幀並且第2至第15幀用於想要通信的所有其它設備。主節點可使這些幀的一部分即所謂的保證時隙(GTS)專用於希望通信的設備。根據本發明，主節點可向設備C分配緊接在設備B所使用的時隙之後的時隙來發送響應以保持消息交換的整個時間周期儘可能短。
圖9說明了根據本發明的方法和裝置如何應用在家庭的日常情況中。典型的房屋包括電子設備的範圍。所述房屋可具有包括ZigBee設備1和包括設備10b的遠程控制的高保真(hi-fi)系統。連接到高保真系統的設備1可以是網絡協調器。房主可以已經把另一設備10a繫到她的鑰匙上並且在房屋中丟失了鑰匙。鑰匙、高保真系統和遠程控制形成主/從網絡。協調器存儲網絡中所有節點的相關信息。它還可以存儲網絡中每個節點的名字和使每個名字與ZigBee地址相關聯的表格。與鑰匙相關聯的名字可以是OWNER』SKEYS(業主的鑰匙)。業主使用輸入設備8和顯示器9來查詢網絡關於他的鑰匙。例如，他可以使用輸入設備8輸入「OWNER』S KEYS？」。控制器將該輸入理解為用於找到鑰匙位置的指令並且據此發送測距請求21給鑰匙。鑰匙應答測距響應22。同時，遠程控制竊聽測距響應22並且發送測距響應24給高保真系統。鑰匙竊聽測距響應24，計算出鑰匙和遙控設備的距離，並且發送包括鑰匙和遠程控制之間距離的值的消息39給高保真系統。最後，連接到高保真系統的設備1使用顯示器9用如下形式把鑰匙的位置顯示給業主『The OWNER』S KEYS(業主的鑰匙)距離高保真系統4米而距離遠程控制3米』。
在上面的例子中，由網絡協調器啟動測距過程。然而，對本領域技術人員顯而易見的是，那個測距過程可以由網絡中的任何節點進行啟動。此外，竊聽設備可以竊聽在傳輸範圍內的節點發送的任何消息，包括設備的測距請求，啟動測距程序，只要啟動設備在竊聽設備的傳輸範圍內。此外，在上述例子中，節點C和節點B之間的距離計算被描述為在節點B中執行。然而，舉例來說，如果節點B是低功率的，那麼它可以傳輸時間信息給協調器或網絡中的任何其它節點來為它們計算距離。因此，節點B可以節約能耗。
儘管在本申請中已經將權利要求系統地闡述為特定特徵的組合，但是應當理解的是，本發明公開的範圍還包括任何在這裡明確地或暗含地或概括地公開的新的特徵或任何新的特徵的組合，而不管是否它涉及與任何權利要求當前所要求的相同發明以及是否它解決了與本發明部分或全部相同的技術問題。在本申請或任何由本申請派生的更進一步的申請的進行期間，申請人據此通知，那些新的權利要求可以被闡述為所述特徵和/或所述特徵的組合。
權利要求
1.一種獲得網絡中節點間距離關係的方法，所述網絡包括第一(A)、第二(B)和第三節點(C)，其中第二節點在第一節點和第二節點的傳輸範圍內，所述方法包括，第三節點(C)竊聽正從第二節點(B)傳輸至第一節點(A)的第一消息(22)。
2.如權利要求1所述的方法，其中第一消息包括測距請求。
3.如權利要求1所述的方法，其中第一消息(22)包括第一時間信息，並且是對從第一節點(A)發送到第二節點(B)的測距請求(21)的響應。
4.如權利要求3所述的方法，還包括第一節點(A)通過考慮測距請求(T1)的發出時間、第一消息的到達時間(T4)和第一消息的第一時間信息來確定第一節點和第二節點間的距離。
5.如權利要求3或4所述的方法，其中第一時間信息包括測距請求(T2)在第二節點的到達時間和來自第二節點的第一消息的發出時間(T3)。
6.如權利要求3或4所述的方法，其中第一時間信息包括在第二節點處測距請求到達和第一消息發出之間的時間延遲(T3-T2)。
7.如權利要求3至6任一權利要求所述的方法，還包括第三節點(C)發出第二消息(24)以響應第一消息(22)，並且第二消息(24)包括第二時間信息。
8.如權利要求7所述的方法，還包括第二節點(B)收到第二消息(24)並且通過考慮第一消息的發出時間(T3)、第二消息的接收時間(T7)和第二時間信息來確定第二設備(B)和第三節點(C)之間的距離。
9.如權利要求7或8所述的方法，其中第二時間信息包括第一消息在第三節點(C)的到達時間(T5)和來自第三節點的第二消息的發出時間(T6)。
10.如權利要求7或8所述的方法，其中第二時間信息包括第一消息到達第三節點和從第三節點發出第二消息之間的時間延遲(T6-T5)。
11.如權利要求7至10所述的方法，其中所述網絡是主/從網絡，第一節點(A)是主節點而第二節點(B)和第三節點(C)是從節點，並且其中第二消息(24)是發送給主設備(A)的且第二節點(B)通過竊聽接收第二消息。
12.如權利要求7至10任一權利要求所述的方法，其中所述網絡是網狀網絡並且第二消息(24)被發送給所述第二節點(B)。
13.如權利要求12所述的方法，其中第三節點(C)不在第一設備(A)的傳輸範圍內。
14.如權利要求7至13中任一權利要求所述的方法，其中請求(21)、第一消息(22)和第二消息(24)包括在MAC命令幀(29-36)中。
15.如權利要求7至13中任一權利要求所述的方法，其中請求(21)、第一消息(22)和第二消息(24)中的每一個都包括事務ID(34)和請求的事務ID，第一消息和第二消息相匹配。
16.如權利要求16所述的方法，其中事務ID(34)由第一節點隨機地選擇。
17.如權利要求7至16中任一權利要求所述的方法，其中根據IEEE 802.15.4標準發送請求(21)、第一響應(22)和第二響應(24)。
18.如權利要求7至17中任一權利要求所述的方法，其中所述網絡包括竊聽第一消息(22)並且發送多個消息(24，37，38)的多個節點，第二節點(B)接收多個消息並且計算從第二節點(B)到多個竊聽節點(C，D，E)中的每一個的距離，並且分配應答周期給其中多個節點中的每一個，以避免消息衝突。
19.如權利要求18所述的方法，其中根據多個節點的功率能力來分配每個節點的應答周期。
20.如權利要求18所述的方法，其中隨機地分配每個節點的應答周期。
21.一種可作為無線網絡中的節點進行操作的設備(C)，所述無線網絡具有不同於所述節點的第一節點(A)和第二節點(B)，所述設備包括裝置(11)，用於竊聽正從第二節點發送到第一節點的第一消息(22)；以及時間裝置(15)，用於測量時間信息。
22.如權利要求21所述的設備，還包括發送器(11)，用於發送第二消息(24)，以響應包括所述時間信息的第一消息。
23.如權利要求22所述的設備，其中時間信息基於第一消息的到達時間(T5)和第二消息的發出時間(T6)。
24.如權利要求22或23所述的設備，其中所述設備被配置為在由網絡協調器(A)節點分配給所述設備的時隙中發出第二消息(24)。
25.如權利要求22至24所述的設備，其中第一消息(22)包括事務標識符(34)，並且基於第一消息的事務標識符將該設備配置為在第二消息(24)中包括事務標識符(34)。
26.如權利要求21至25中任一權利要求所述的設備，其中設備根據ZigBee標準進行操作。
27.如權利要求26所述的設備，其中設備被配置為在它的睡眠模式期間接受所述第一消息。
28.一種網絡，包括權利要求21至27中任一權利要求所要求的多個節點。
29.權利要求28的網絡包括網狀網絡。
30.權利要求28的網絡包括主/從網絡。
31.一種用於無線網絡的計算機可讀介質，所述無線網絡包括第一節點(A)、第二節點(C)和與第二節點(B)直接聯繫的多個竊聽節點(C，D，E)，所述計算機可讀介質包括當第二節點已經發送測距響應(22)給第一節點時，用於分配應答周期給多個竊聽節點中的每一個的指令。
32.一種計算機可讀介質，其中根據多個竊聽節點中的每一個的功率級別完成所述分配步驟。
全文摘要
一種用於獲取電子設備的距離和/或位置信息的方法典型地依靠於設備(A)請求另一設備(B)提供應答消息(22)，應答消息(22)包含與所收到的和所發送的信號有關的某些時間信息(T2，T3)。在這種網絡中出現的問題包括首先，某些設備(C)可能在用於啟動距離測量的設備(A)的範圍之外，以及其次，某些設備(B，C)可能不被允許彼此之間進行通信，並且因此，無法得到這些設備間的距離。本發明公開了這樣的情況，即在該系統中竊聽在其它設備(A，B，C)間傳遞的消息(21，22，24)這最終可以得到附加設備間的距離。而且，通過使用竊聽，減少了傳輸數目以及潛在的衝突。因此，降低了網絡中的節點的功率消耗。
文檔編號H04L12/28GK101023632SQ200580008748
公開日2007年8月22日 申請日期2005年3月2日 優先權日2004年3月17日
發明者馬丁·S·威爾科克斯, A·S·萊奇, P·M·福爾頓 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司