CN116208193B - 在plc和rf统合网络中的无线频道跳频同步的方法 - Google Patents

在plc和rf统合网络中的无线频道跳频同步的方法 Download PDF

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Abstract

一种在PLC和RF统合网络中的无线频道跳频同步的方法，所述网络存在一第一节点与一第二节点，以及至少一PLC媒体与一RF媒体，所述方法至少包含以下其中之一：所述第一节点使用所述PLC媒体传送一第一跳频数据，且所述第二节点接收到所述第一跳频数据后，所述第二节点使用所述第一跳频数据于所述RF媒体传送或接收一封包；所述第一节点使用所述PLC媒体传送一第二跳频数据，且所述第二节点接收到所述第二跳频数据后于所述PLC媒体传送所述第二跳频数据；以及所述第一节点使用所述RF媒体传送一第三跳频数据，且所述第二节点接收到所述第三跳频数据后于所述PLC媒体传送所述第三跳频数据。

Description

在PLC和RF统合网络中的无线频道跳频同步的方法
技术领域
本发明有关于一种频道跳频同步的方法，尤指一种电力线通信(Power LineCommunication，以下简称为PLC)和无线射频(Radio Frequency，以下简称RF)统合网络中的频道跳频同步的方法。
背景技术
在现有技术RF网络的跳频传送机制中，节点每隔一固定时间会改变其接听频道。若传送端欲将一封包传送给接收端，传送端会先估算封包实际开始送出的时间点以推算接收端所应处的接听频道，并且切换至所述频道进行传送。请参考图1，图1为传送端所认知的接收端跳频时序与接收端的实际跳频时序，其中时序S1显示传送端所认知的接收端跳频时序，而时序S2显示接收端的实际跳频时序。箭头R表示接收端最后一次传送封包至传送端，所述封包包含着接收端的跳频数据，传送端在收到所述跳频数据后可以更新其所认知的接收端跳频时序。箭头T是代表传送端实际在频道Chan2传送一封包至接收端，而所述封包亦包含着传送端的跳频数据可让接收端更新其所认知的传送端跳频时序。
传送端会与接收端之间可能会因RF路径信号品质不佳而暂时无法进行信息传送。随着中断时间累积，传送端所认知的接收端跳频时序逐渐产生未对准的情况，如图2所示，图2显示传送端所认知的接收端跳频时序(时序S1)误差逐渐扩大所造成的影响；传送端于箭头T处在频道Chan8传送一封包给接收端，由于此时接收端依其跳频时序却已处于频道Chan4，因此接收端无法成功接收此封包。
类似地，在PLC和RF统合网络中也可能须面对习知RF网络中的频道同步问题。在PLC和RF统合网络中，两个节点之间的RF通信可能会遇到暂时中断的情形，例如：暂时的外部干扰或阻碍物等而中断；在这种情况下，虽然PLC媒体为另一个可用于通信的介质，然而当RF媒体通信恢复时，两个节点所互相认知的对方的RF跳频时序可能已有显著的差距，两个节点在RF媒体上可能需要传送额外的控制信息才能重新同步对方的跳频时序，这会需要额外的延迟，并且可能造成路由的改变使得网络变得不稳定。
发明内容
本发明是为解决在PLC和RF统合网络中因RF通信中断期间过长，使RF跳频时产生频道不匹配的问题；本发明亦可达成在PLC和RF统合网络中，使多个节点具备一致的广播跳频时序。
本发明公开一种在PLC和RF统合网络中的无线频道跳频同步的方法，其中节点可由PLC媒体传送跳频数据供其他接收节点使用，接收节点使用此跳频数据在RF媒体传送封包；节点可由PLC媒体传送跳频数据供其他接收节点使用，接收节点使用此跳频数据在RF媒体或PLC媒体传送跳频数据；节点可由PLC媒体传送跳频数据供其他接收节点使用，接收节点使用此跳频数据在RF媒体接收封包；节点可由RF媒体接收跳频数据，节点并使用此跳频数据在PLC媒体传送跳频数据。
本发明公开一实施例，其中，若节点为一至少具备一PLC收发器的节点，则节点包含：共用MAC层，将跳频数据包含在所欲传送的封包以及解析由其他节点所传送出的跳频数据；以及跳频数据更新单元，用以更新节点所欲传送的跳频数据；其中，若节点同时包含PLC收发器与RF收发器，则节点更包含一媒体选择器，用以选择使用PLC媒体传输跳频数据、或RF媒体传输跳频数据，或是选择PLC媒体与RF媒体两者并分别传送跳频数据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1显示现有技术RF跳频网路的传送与接收情形。
图2显示图1传送端所认知的接收端跳频时序(时序S1)误差逐渐扩大所造成的影响。
图3显示RF跳频网路中具有多个节点的广播与单播跳频时序。
图4为用以说明本发明在一PLC和RF统合网路中亦可以达成全网路同步的广播跳频时序。
图5A显示本发明PLC和RF统合网路中的频道跳频同步的装置100中的一节点示意图。
图5B显示本发明PLC和RF统合网路中一个只具备PLC收发器的节点的装置200的示意图。
图6A显示IEEE 802.15.4的MAC封包格式。
图6B显示IEEE 1901.1的MAC的MPDU格式。
图7显示利用本发明两邻近节点由PLC传送转换至由RF传送的示意图。
具体实施方式
请参考图3，图3显示一现有技术RF网络中具有多个节点的频道跳频时序，其中包含了每个节点各自的单播跳频时序以及一由根节点所决定的全网络的广播跳频时序，节点的单播跳频时序在遇到广播跳频时序时须以广播跳频时序优先。单播跳频时序中每个频道的时间区间是固定的大小，称为单播持续区间；同样地，广播跳频时序中每个频道的时间区间称为广播持续区间。
图3显示将时间轴分割为固定长度的时间间隔9、10、…，称为广播间隔(BroadcastInterval)，而每一个广播间隔的开头为广播持续区间(Broadcast Dwell Interval)D1～D4，用来进行广播封包的收发，如斜线区域。每一广播间隔在经过广播持续区间后所剩下的部分为用来进行单播封包的收发，以广播间隔9为例，节点1～3在广播持续区间D1的起始时，节点1～3同时切换到频道Chan6进行监听，若有广播封包欲传送可在此广播持续区间D1进行传送；而紧接广播持续区间D1结束之后，节点1、节点2以及节点3随即分别切换到频道Chan6、Chan4与Chan3监听封包。
传送端在传送单播封包时是以接收端为导向，即传送端会将频道切换到接收端所监听的频道进行传送；传送端通过先前由接收端所发送出来的跳频数据、上一次的接收时间、以及现在时间等信息，可以推算并修正传送端所认知的接收端跳频时序。全网络的广播跳频时序是由根节点所决定；根节点的子节点收到由根节点所送出的广播跳频数据后进行其广播时序的同步，并且于后续将更新后的广播跳频数据传送出来让其子节点进行同步，依此类推全网络的节点拥有同步的广播跳频时序。
本说明内容所述的跳频数据为引用现有技术的一部分，用以阐述本发明所用，并不限于以下内容。跳频数据可分为单播跳频数据与广播跳频数据。单播跳频数据包含单播持续区间大小、或单播序列区间占比。广播跳频数据包含广播持续区间大小、或广播间隔大小、或广播时槽编号、或广播间隔偏移等。除此以外，单播跳频数据与广播跳频数据尚包含各自的跳频函式、频道规划、频道间隔、起始频道等信息。本发明内容的实施例所述节点所传送的跳频数据，一实施例中包含上述内容的全部或是一部分。
本发明公开一种在PLC和RF统合网络中的无线频道跳频同步的方法，其中节点根据所选择媒体将跳频数据由所选择的媒体送出，收到此跳频数据的节点使用此跳频数据进行后续的传送或接收。
更详细说明，请参考图4。图4中的节点A与节点B分别可能为具备RF收发器、PLC收发器，或是RF收发器与PLC收发器兼具的节点；节点A与节点B因此可能存在着不同型态的链路型别。
若节点A由PLC媒体传送其单播跳频数据至节点B，节点B可以使用单播跳频数据作为之后选择RF媒体向节点A传送封包时使用。
若节点A由PLC媒体传送广播跳频数据，而节点B为接收节点之一，节点B可以依据广播跳频数据调整其广播跳频时序作为后续在RF媒体广播传送封包所用，其中封包可包含更新过后的广播跳频信息。
若节点A由PLC媒体传送广播跳频数据，而节点B为接收节点之一，节点B可于后续更新此广播跳频数据并在PLC媒体传送此更新后的广播跳频数据。其中，一实施例中，节点B所传送的广播跳频数据是依据广播跳频数据以及与PLC媒体相关的处理延迟推算所得。
若节点A由PLC媒体传送广播跳频数据，而节点B为接收节点之一，节点B可以使用广播跳频数据调整其广播跳频时序作为在RF媒体接收广播的封包所用。
若节点A由PLC媒体传送广播跳频数据，而节点B为接收节点之一，节点B可于后续更新此广播跳频数据，节点B并在PLC媒体传送此更新后的广播跳频数据。
节点A由RF媒体传送广播跳频数据，而节点B为接收节点之一，节点B可于后续更新此广播跳频数据，节点B并在PLC媒体传送此更新后的广播跳频数据。其中，一实施例中，节点B所传送的广播跳频数据是依据广播跳频数据以及与PLC媒体相关的处理延迟推算所得。
请同时参考图5A。图5A显示本发明一实施例的节点中装置100。在本实施例中，节点中装置100为具有PLC和RF收发器的装置，其中包含：一媒体存取控制层(Media AccessControl，以下简称MAC)层101、一媒体选择器102、一跳频数据更新单元103、一PLC MAC层104、以及一PLC PHY层105与一RF PHY层106；其中，MAC层101为PLC媒体和RF媒体所共用。
媒体选择器102用以选择至少一媒体传送跳频数据；以及一跳频数据更新单元103，其耦接至媒体选择器102，用以更新所欲传送的跳频数据。
于一实施例中，媒体选择器102选择方法可以有多种实作方式，例如：可以是节点事先配置好固定使用某种媒体进行传送；使用某种媒体进行传送也可以由节点中的上层指定；使用某种媒体进行传送也可以是在媒体选择器102内部，媒体选择器102依据循环规则在PLC与RF轮流更换；使用某种媒体进行传送也可以在某媒体连续失败若干次数后才转换至另一媒体；使用某种媒体进行传送也可以是根据封包为单播或广播做选择，例如：若为单播则一次只选择其中一个媒体传送，若为广播则选择PLC媒体与RF媒体两边都传送。
于一实施例中，若节点为只具备PLC收发器的节点，则装置100可不具备有媒体选择器102。
本实施例在图5A中的MAC层101为IEEE 802.15.4的MAC，且为PLC媒体与RF媒体所共用，其封包格式如图6A，而跳频数据可附加于标头信息元素(Header IEs)栏位中与酬载信息元素(Payload IEs)栏位中。其中，MHR为帧标头(MAC header)，MAC Payload为MAC酬载，MFR为MAC标尾(MAC footer)。
在一实施例中，PLC MAC为IEEE 1901.1的MAC，其MAC协定数据单元MPDU(MACProtocol Data Unit)的格式如图6B，包含帧控制(Frame Control)与酬载(Payload)，PLCMAC层104需进行部分功能的简化与修改，其中的重传机制与延迟(backoff)机制改为由共用的MAC层101决定，以便适时更新封包内的跳频数据；在一实施例中，帧控制长度为16位元，酬载长度为72/136/264/520位元。
若媒体选择器102所选择的媒体包含在RF媒体进行传送，则跳频数据更新单元103可依现有技术更新封包内的跳频数据以及推算传送对象的接收频道。若媒体选择器所选择的媒体包含PLC，则跳频数据更新单元103需估计封包从所述时刻起经过PLC MAC层104与PLC PHY层105的所需的处理时间延迟，以及封包在实际传送出去之前所需经过的处理时间延迟，用以正确更新封包内的跳频数据。若跳频数据包含单播跳频数据，则至少使用所述延迟来计算单播跳频数据中的单播序列区间占比；若跳频数据包含广播跳频数据，则至少使用所述延迟来计算广播跳频数据中的广播时槽编号与广播间隔偏移。
需注意的是，从跳频数据更新单元103处理结束后，若在PLC MAC层104或PLC PHY层105中发现实际所累积的时间超过原先跳频数据更新单元103所估计的延迟一容许范围时，应放弃传送此封包，并通知共同的MAC层101进行后续的处理。
在一实施例中，共用的MAC层101具有一跳频数据过时判断逻辑(图中未示出)，跳频数据过时判断逻辑在节点将跳频数据送出前的处理过程中，检查跳频数据是否已经或是将会过时；若已经过时或将会过时，则节点将重新更新所述些跳频数据。
图5B显示本发明在一PLC和RF统合网络中一个只具备PLC收发器的节点装置200，其与图5A的差别在于此节点并无RF PHY层，并且由于只具备PLC收发器，因此不需要媒体选择器，其余操作原理与前述相同，在此不另行赘述。
请参考图7，本实施例最初显示节点5与节点6之间的RF媒体传输品质不佳(黑色区块表示通信品质较低)，而PLC媒体的传输品质良好(白色区块表示通信品质较高)，此时节点5选择PLC媒体与节点6进行一数据封包data的传送，节点6在收到后亦在PLC回复节点5一MAC确认信息(以下简称MAC ACK)，在数据封包data与MAC ACK内均带有发送者的单播跳频数据使接收端可以与其同步。在经过若干时间后，RF媒体的传输品质变成良好，而PLC媒体的传输品质下降，节点5在发送一数据封包data后未收到节点6的MAC ACK，此时节点5选择以RF媒体进行data封包传送；由于RF媒体的跳频数据在PLC媒体通信品质下降之前持续有在PLC媒体上进行跳频数据交换，因此节点5仍保有节点6误差容许范围内的跳频时序，让数据封包data被节点6接收；节点6在收到所述数据封包data后可利用其中的单播跳频信息传送MAC ACK给节点5。
本发明在一PLC和RF统合网络中可以达成全网络同步的广播跳频时序。假设节点A与节点B为网络PLC和RF统合网络中具备父节点、子节点关系的两个节点，其中节点A为父节点，节点B为子节点，节点A与节点B至少存在一相同媒体的收发器可以进行沟通。若节点A为一个具有与根节点同步的广播跳频时序的节点，则无论节点A与节点B是通过RF、PLC、或两者交换数据，节点B均可由节点A取得广播跳频数据，并在更新后继续传递给其底下的子节点。注意上述的节点A亦可以是一个只具备PLC收发器的根节点，其仍然可以起始一广播跳频时序。

Claims (12)

1.一种在PLC和RF统合网络中的无线频道跳频同步的方法，其特征在于，所述网络存在一第一节点与一第二节点，以及至少一PLC媒体与一RF媒体，所述方法至少包含以下其中之一：
所述第一节点使用所述PLC媒体传送一第一跳频数据，且所述第二节点接收到所述第一跳频数据后，所述第二节点使用所述第一跳频数据于所述RF媒体传送或接收一封包；
所述第一节点使用所述PLC媒体传送一第二跳频数据，且所述第二节点接收到所述第二跳频数据后通过所述PLC媒体传送所述第二跳频数据；以及
所述第一节点使用所述RF媒体传送一第三跳频数据，且所述第二节点接收到所述第三跳频数据后通过所述PLC媒体传送所述第三跳频数据；
其中，所述第一节点与所述第二节点存在一共用MAC层与一跳频数据更新单元。
2.如权利要求1所述的在PLC和RF统合网络中的无线频道跳频同步的方法，其特征在于，所述第一节点使用所述PLC媒体传送所述第一跳频数据时，所述第一跳频数据为一单播跳频数据，所述第二节点使用所述单播跳频数据来更新所述第二节点所认知的所述第一节点的跳频时序后，所述第二节点由所述RF媒体传送所述封包给所述第一节点。
3.如权利要求1所述的在PLC和RF统合网络中的无线频道跳频同步的方法，其特征在于，所述第一节点使用所述PLC媒体传送所述第一跳频数据时，所述第一跳频数据为一广播跳频数据，所述第二节点使用所述广播跳频数据更新广播跳频时序后，所述第二节点由所述RF媒体传送或接收一广播封包。
4.如权利要求3所述的在PLC和RF统合网络中的无线频道跳频同步的方法，其特征在于，所述第二节点由所述RF媒体传送一广播封包，包括：所述第二节点由所述RF媒体传送的所述广播封包中包含了更新过后的所述广播跳频数据。
5.如权利要求1所述的在PLC和RF统合网络中的无线频道跳频同步的方法，其特征在于，所述第一节点使用所述PLC媒体传送所述第二跳频数据时，所述第二跳频数据为一广播跳频数据，且所述第二节点由所述PLC媒体传送更新过后的所述广播跳频数据。
6.如权利要求5所述的在PLC和RF统合网络中的无线频道跳频同步的方法，其特征在于，所述第二节点所传送的更新过后的所述广播跳频数据是依据所收到的所述第二跳频数据以及与所述PLC媒体相关的处理延迟推算所得。
7.如权利要求1所述的在PLC和RF统合网络中的无线频道跳频同步的方法，其特征在于，所述第一节点使用所述RF媒体传送所述第三跳频数据为一广播跳频数据，所述第二节点由所述PLC媒体传送更新过后的所述广播跳频数据。
8.如权利要求7所述的在PLC和RF统合网络中的无线频道跳频同步的方法，其特征在于，所述第二节点所传送的所述广播跳频数据是依据所收到的所述第三跳频数据以及与所述PLC媒体相关的处理延迟推算所得。
9.如权利要求1至8任一项所述的在PLC和RF统合网络中的无线频道跳频同步的方法，其特征在于，若所述第一节点和所述第二节点为一至少具备一PLC收发器的节点，则所述至少具备一PLC收发器的节点包含：
一所述共用MAC层，将所述第一跳频数据、或所述第二跳频数据、或所述第三跳频数据包含在所欲传送的所述封包以及解析由其他节点所传送出的所述第一跳频数据、或所述第二跳频数据、或所述第三跳频数据；以及
一所述跳频数据更新单元，用以更新所述至少具备一PLC收发器的节点所欲传送的所述第一跳频数据、或所述第二跳频数据、或所述第三跳频数据；
其中，若所述至少具备一PLC收发器的节点同时包含所述PLC收发器与一RF收发器，则所述至少具备一PLC收发器的节点更包含一媒体选择器，用以选择使用所述PLC媒体传输所述第一跳频数据、或所述第二跳频数据、或所述第三跳频数据、或所述RF媒体传输所述第一跳频数据、或所述第二跳频数据、或所述第三跳频数据，或是选择所述PLC媒体与所述RF媒体两者并分别传送所述第一跳频数据、或所述第二跳频数据、或所述第三跳频数据。
10.如权利要求9所述的在PLC和RF统合网络中的无线频道跳频同步的方法，其特征在于，所述第一跳频数据、或所述第二跳频数据、或所述第三跳频数据可被所述共用MAC层附加于所述封包的标头信息元素栏位中与酬载信息元素栏位中。
11.如权利要求10所述的在PLC和RF统合网络中的无线频道跳频同步的方法，其特征在于，所述跳频数据更新单元需估计所述封包在更新过所述第一跳频数据、或所述第二跳频数据、或所述第三跳频数据后，以及所述封包在实际传送出去之前所需经过的处理时间延迟，用以正确更新所述封包内的所述第一跳频数据、或所述第二跳频数据、或所述第三跳频数据。
12.如权利要求9所述的在PLC和RF统合网络中的无线频道跳频同步的方法，其特征在于，所述共用MAC层具有一跳频数据过时判断逻辑，在所述至少具备一PLC收发器的节点将所述第一跳频数据、或所述第二跳频数据、或所述第三跳频数据送出前的处理过程中检查所述第一跳频数据、或所述第二跳频数据、或所述第三跳频数据是否已经或是将会过时，若已经过时或将会过时，则所述至少具备一PLC收发器的节点将重新更新所述第一跳频数据、或所述第二跳频数据、或所述第三跳频数据。
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