低功耗无线网状网络及在无线网状网络中收发信号的方法

专利名称：低功耗无线网状网络及在无线网状网络中收发信号的方法

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN201910451638.X

专利申请（专利权）人：瑞昱半导体股份有限公司
权利人地址：中国台湾新竹市

专利发明（设计）人：孙再强,邹仕萌

专利摘要：一种无线网状网络以及在一无线网状网络中收发信号的方法，所述无线网状网络包含多个低功耗节点，每一低功耗节点同时支持一无线网状网络技术和一窄带物联网技术，且在作为一数据接收节点或一数据中继节点时是间歇地接听，并根据一基准窄频物联网技术小区的一系统帧编号和一超系统帧编号来执行时间同步，其中该多个节点中至少一节点在该基准窄频物联网小区内。

主权利要求：
1.一种无线网状网络，其包含：
多个低功耗节点，每一低功耗节点同时支持一无线网状网络技术和一窄带物联网技术，且在作为一数据接收节点或一数据中继节点时是间歇地接听，并根据一基准窄频物联网技术小区的一系统帧编号和一超系统帧编号来执行时间同步，其中该多个低功耗节点中至少一节点在该基准窄频物联网小区内，其中：该多个低功耗节点中的一第一低功耗节点发送一信号；
该多个低功耗节点中的一第二低功耗节点在一第一接收周期内的一第一接收时段接收该第一低功耗节点传来的该信号，并在该第一接收周期内的一第一闲置时段停止接收该信号；
该第二低功耗节点在一第二发送周期内发送该信号；以及该多个低功耗节点中的一第三低功耗节点在一第二接收周期内的一第二接收时段接收该第二低功耗节点传来的该信号，并在该第二接收周期内的一第二闲置时段停止接收该信号；
该第一闲置时段的长度大于0；
该第二闲置时段的长度大于0；且
该第二发送周期的长度不小于该第二接收时段的长度。
2.如权利要求1所述的无线网状网络，其中在作为该数据接收节点或该数据中继节点时，每一低功耗节点是在一接收周期内的一接收时段接收信号，并在该接收周期内的一闲置时段停止接听。
3.如权利要求2所述的无线网状网络，其中在作为一数据发送节点时，每一低功耗节点在一发送周期内传送数据，且该发送周期的长度不小于该接收时段的长度。
4.如权利要求3所述的无线网状网络，其中：
该接收时段介于一第一时间点和一第二时间点之间；
该发送周期介于一第三时间点和一第四时间点之间；且该第三时间点早于该第一时间点。
5.如权利要求4所述的无线网状网络，其中该第四时间点晚于该第二时间点。
6.一种在一无线网状网络中收发信号的方法，其包含：该无线网状网络中同时支持一无线网状网络技术和一窄频物联网技术的一第一低功耗节点和一第二低功耗节点依据一基准窄频物联网技术小区的一系统帧编号和一超系统帧编号来执行时间同步；
该第一低功耗节点发送一信号；
该第二低功耗节点在一第一接收周期内的一第一接收时段接收该第一低功耗节点传来的该信号，并在该第一接收周期内的一第一闲置时段停止接听，其中该第一闲置时段的长度大于0；
该无线网状网络中同时支持该无线网状网络技术和该窄频物联网技术的一第三低功耗节点依据基准系统帧编号和基准超系统帧编号来执行时间同步；
该第二低功耗节点在一第二发送周期内发送该信号；以及该第三低功耗节点在一第二接收周期内的一第二接收时段接收该第二低功耗节点传来的该信号，并在该第二接收周期内的一第二闲置时段停止接收该信号，其中该第二闲置时段的长度大于0，且该第二发送周期的长度不小于该第二接收时段的长度。
7.如权利要求6所述的方法，其还包含：
该第一低功耗节点在一第一发送周期内发送该信号，其中该第一发送周期的长度不小于该第一接收时段的长度。
8.如权利要求7所述的方法，其中：
该第一接收时段介于一第一时间点和一第二时间点之间；
该第一发送周期介于一第三时间点和一第四时间点之间；且该第三时间点早于该第一时间点。
9.如权利要求8所述的方法，其中该第四时间点晚于该第二时间点。 说明书 : 低功耗无线网状网络及在无线网状网络中收发信号的方法技术领域[0001] 本发明涉及一种无线网状网络，特别涉及一种低功耗且根据窄频物联网小区的系统帧编号和超系统帧编号来同步时间的无线网状网络。背景技术[0002] 随着网络技术的发展，各式各样的无线网络也不断地演进以提供给使用者更好的无线通信品质，而无线网状网络(wirelessMeshnetwork,WMN)便是下一代无线通信中蓬勃发展的技术之一。针对缺乏有线网络或不值得布建有线网络的区域，无线网状网络可提供所需的无线宽频网络环境，且基于无线网状网络本身架构上的自我组织(self‑organized)与自我配置(self‑configured)等特性，无线网状网络不但容易布建，且易于维护。[0003] 图1为现有技术中一种网状网络100的示意图。网状网络100包含多个网状节点NM，每一网状节点NM可作为数据发送节点、数据接收节点，或数据中继节点。在作为数据接收节点或数据中继节点时，每一网状节点NM会持续地监听网状网络100以确保数据能够被及时地接收，并在接收到数据后能够及时地发送出去。因此，现有技术的网状网络100功耗很高，若应用在使用一次性电池的物联网产品则需要使用大容量电池，如此会大幅增加成本。[0004] 当无线网状网络中的多个网状节点同时开启各自连接的传感器时，可比较同时间不同地点所测量到的数据。当无线网状网络中的多个网状节点同时开启自身的信号收发器时，则可降低系统接收和发射的工作周期(dutycycle)以减少耗能。在现有技术的网状网络100中，每一网状节点虽可使用自身的时钟来提供运行所需的时钟信号，然而多个网状节点的时间若未同步，上述运行将无法实现。发明内容[0005] 本发明另外提供一种无线网状网络，其包含多个低功耗节点，每一低功耗节点同时支持一无线网状网络技术和一窄带物联网技术，且在作为一数据接收节点或一数据中继节点时是间歇地接听，并根据一基准窄频物联网技术小区的一系统帧编号和一超系统帧编号来执行时间同步，其中该多个节点中至少一节点在该基准窄频物联网小区内。[0006] 本发明还提供一种在一无线网状网络中收发信号的方法，其包含该无线网状网络中同时支持一无线网状网络技术和一窄频物联网技术的一第一低功耗节点和一第二低功耗节点依据一基准窄频物联网技术小区的一系统帧编号和一超系统帧编号来执行时间同步；该第一低功耗节点发送一信号；以及该第二低功耗节点在一第一接收周期内的一第一接收时段接收该第一低功耗节点传来的该信号，并在该第一接收周期内的一第一闲置时段停止接听，其中该第一闲置时段的长度大于0。附图说明[0007] 图1为现有技术中一种网状网络的示意图。[0008] 图2为本发明实施例中一种无线网状网络的示意图。[0009] 图3为本发明实施例中无线网状网络的低功耗节点作为数据接收节点或数据中继节点运行时的示意图。[0010] 图4为本发明实施例中无线网状网络的低功耗节点作为数据发送节点运行时的示意图。[0011] 符号说明[0012] 10网状入口节点[0013] 20网际网络[0014] 30使用者装置[0015] 100网状网络[0016] 200无线网状网络[0017] NM网状节点[0018] NL1～NLM低功耗节点[0019] TR接收周期[0020] TT发送周期[0021] Tr接收时段[0022] Ts闲置时段[0023] Δt时间间距[0024] t1～t4时间点具体实施方式[0025] 图2为本发明实施例中一种无线网状网络200的示意图。无线网状网络200包含一网状入口节点10(meshportal)和多个低功耗节点NL1～NLM，其中M为大于1的整数。图2显示了M＝10的实施例，然而低功耗节点的数量并不限定本发明的范围。[0026] 网状入口节点10是一个介于网际网络(Internet)20和无线网状网络200之间的闸道器，负责将数据从无线网状网络200内部绕送到网际网络20，或从网际网络20绕送到无线网状网络200内。低功耗节点NL1～NLM可通过无线存取链结(wirelessaccesslink)直接提供一个或多个使用者装置(mobilestation,MS)30无线上网的服务。[0027] 在无线网状网络200中，低功耗节点NL1～NLM同时支持MESH技术和窄带物联网(NarrowBand‑InternetofThings,NB‑IoT)技术。每一低功耗节点NL1～NLM可作为数据发送节点、数据接收节点，或数据中继节点。在作为数据发送节点的一第一低功耗节点NL1和作为数据接收节点的一第二低功耗节点NL2的无线电涵盖范围包含彼此时，则有一无线网状链结(wirelessmeshlink)存在于这两个低功耗节点之间以传递数据。这些低功耗节点NL1～NLM与网状入口节点10组成了一网状分散系统(meshdistributionsystem)，亦即作为数据发送节点的第一低功耗节点NL1可将数据传送到作为数据中继节点的第二低功耗节点NL2，作为数据中继节点的第二低功耗节点NL2可将数据转传至作为数据接收节点的第三低功耗节点NL3。[0028] 针对NB‑IoT技术，其可建构在一般电信商基地台的蜂巢式网络架构下，可采取带内(in‑band)、保护带(guardband)或独立载波(stand‑alone)等三种部署方式，与现有网络共存以提供低功耗广域传输的特性。在NB‑IoT系统中，基地台(basestation)会通过广播控制通道(broadcastcontrolchannel,BCCH)向其小区(cell，蜂巢)内的所有使用者装置发送系统信息(systeminformation)，而使用者装置通过检测窄频物理广播通道(narrowbandphysicalbroadcastchannel,NPBCH)就能得到下行系统频宽、实体混合自动请求回复指示通道(physicalhybridARQindicatorchannel,PHICH)配置信息、系统帧编号(systemframenumber,SFN)、小区特定的天线端(cell‑specificantennaport)等信息。其中，每一使用者装置和基地台之间同步的时间单位是系统帧编号和超系统帧编号(hypersystemframenumber,超系统帧编号，H‑SFN)。一个SFN的长度为10毫秒(ms),而取值范围是0至1023每隔10毫秒加1。当SFN的值到达1023后就会从0重新开始，也就是说SFN每个循环是10.24秒。一个H‑SFN对应1024个SFN，而取值范围是0至1023，也就是说H‑SFN的最大周期就是1024个SFN，对应2.9127小时。不同NB‑IoT小区的SFN和H‑SFN不一定对齐，但同一NB‑IoT小区的SFN和H‑SFN则是稳定的。所以只要知道不同NB‑IoT小区之间的SFN和H‑SFN偏差，就能同步位于不同NB‑IoT小区内所有节点的时间。[0029] 图3为本发明实施例中无线网状网络200的低功耗节点NL1～NLM作为数据接收节点或数据中继节点运行时的示意图。图4为本发明实施例中无线网状网络200的低功耗节点NL1～NLM作为数据发送节点运行时的示意图。[0030] 如图3所示，在作为数据接收节点或数据中继节点时，低功耗节点NL1～NLM会间歇性地接收信号，其中TR代表一个接收周期的长度，Tr代表一个接收周期TR内的接收时段(0[0031] 如图4所示，在作为数据发送节点时，为了确保数据能被其它数据接收节点或数据中继节点顺利接收到，低功耗节点NL1～NLM会以发送周期TT来传送数据。为了说明目的，图4仅显示了两个发送周期TT，分别介于时间点(t1‑Δt)和(t2+Δt)之间和介于时间点(t3‑Δt)和(t4+Δt)之间，亦即长度为(Tr+2*Δt)。[0032] 针对位于同一NB‑IoT小区内的节点来说，其检测到的NPBCH会因和基地台距离不同而有时间误差。基地台的覆盖率一般为0.5～3公里，以3公里的覆盖率为例，在不考虑自身接收能力误差的情况下以光速计算，特定NB‑IoT小区内的使用者装置所检测到的SFN和H‑SFN的最大误差约10微秒。因此，本发明实施例可将Δt设为10微秒，然而时间间距Δt的值并不限定本发明的范围。[0033] 由于本发明无线网状网络200中所有低功耗节点皆支持NB‑IoT技术，因此可依据一基准NB‑IoT小区的SFN和H‑SFN来同步彼此的时间。换句话说，每一低功耗节点都知道在作为数据接收节点或数据中继节点时，其接收周期TR内接收时段的长度(Tr)、接收时段的起始时间点(t1、t3)，以及接收时段的中止时间点(t2、t4)。因此在，作为数据发送节点时，每一低功耗节点只需在接收时段的起始时间点之前(例如在t1‑Δt或t3‑Δt时)以大于接收时段长度(例如Tr+2*Δt)的发送周期TT来传送数据，即可确保数据能被其它数据接收节点或数据中继节点顺利接收到。[0034] 综上所述，本发明的无线网状网络包含多个低功耗节点，每一低功耗节点同时支持MESH技术和NB‑IoT技术的多个节点。多个低功耗节点可依据一基准NB‑IoT小区的SFN和H‑SFN来同步时间，在作为一数据接收节点或一数据中继节点时是间歇地接听，因此可降低无线网状网络的功耗。[0035] 以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

专利地区：台湾

专利申请日期：2019-05-28

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN112020123B