Procedimiento de sincronización rápida y de detección de secuencias de salto de frecuencia en las redes de sensores inalámbricos.

Procedimiento de sincronización de dispositivos inalámbricos, comprendiendo el procedimiento las etapas consistentes en:

establecer (1202) una secuencia recurrente de canales de frecuencia (1, 21, 41) en las cuales los dispositivos inalámbricos deben comunicarse;

dividir (1204) los canales de frecuencia (1, 21, 41) en una pluralidad de grupos;

transmitir (1206) información de sincronización a un primer canal de frecuencia respectivo (1, 21, 41) en cada uno de los grupos de canales de frecuencia (1, 21, 41) durante un primer periodo temporal de muestreo; seleccionar (1208) uno de los grupos de canales de frecuencia (1, 21, 41);

utilizar (1210) uno de los dispositivos inalámbricos para muestrear cada uno de los canales de frecuencia (1, 21, 41) en el grupo seleccionado durante el primer periodo temporal de muestreo;

transmitir (1212) información de no-sincronización después del primer periodo temporal de muestreo; y transmitir (1214) información de sincronización a un canal de frecuencia respectivo siguiente en cada uno de los grupos de canales de frecuencia (1, 21, 41) durante un periodo temporal de muestreo siguiente, ocurriendo el periodo temporal de muestreo siguiente después de la transmisión de la información de no-sincronización.

Procedimiento de sincronización rápida y de detección de secuencias de salto de frecuencia en las reds de sensores inalámbricos AVISO DE DERECHOS DE AUTOR

Algunas partes de este documento están sujetas a protección por derechos de autor. El propietario de los derechos no se opone a la reproducción en facsímil del documento de patente, tal como está publicado por la USPTO. Sin embargo, el propietario del copyright se reserva todos los derechos de autor sobre el software aquí descrito y mostrado en los dibujos. El siguiente aviso se aplica a los programas que aquí se describen e ilustran: Copyright © 2007, Robert Bosch GmbH, Todos los derechos reservados.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Sector de la invención.

La presente invención se refiere a los sistemas inalámbricos de saltos de frecuencia, y, más particularmente, a la sincronización de sistemas inalámbricos con saltos de frecuencia.

2. Descripción del estado de la técnica.

Según las normas de la FCC, cualquier sistema inalámbrico de corto alcance que opera en las bandas de frecuencias 902-928 MHz o 2400-2483.4 MHz deberían emplear cualquier procedimiento de salto de frecuencia o utilizar técnicas de modulación digital. Unos requisitos similares están presentes en las normas europeas (EN300220) con respecto al uso de la banda de frecuencias 863-870 MHz.

En los procedimientos de salto de frecuencia, el sistema divide el ancho de banda de frecuencias disponible en varios canales de frecuencia, y conmuta el canal continuamente, usando una secuencia de saltos de frecuencia pseudoaleatoria conocida tanto por el transmisor como por el receptor. La norma de la FCC para la banda de 902 MHz requiere que el sistema utilice un mínimo de cincuenta canales de frecuencia. Los nodos de la red siguen un patrón de saltos de frecuencia pseudoaleatorio a medida que el sistema conmuta entre diferentes canales de frecuencia. El período durante el cual el sistema permanece en un canal de frecuencia antes de saltar al siguiente canal se denomina como "tiempo de permanencia". Las normas FCC y EN300-220 especifican un tiempo máximo de espera de 400 milisegundos. El tiempo de permanencia puede ser fijo o puede cambiar entre diferentes transmisiones. Sin embargo, cada transmisor debería utilizar en promedio cada canal de forma equitativa en la secuencia de saltos de frecuencia. Además, la norma de la FCC especifica un uso de canal máximo por el sistema: El tiempo medio de ocupación en cualquier canal de frecuencia no debería ser mayor que 400 milisegundos dentro de cualquier ventana que tenga una longitud de veinte segundos.

Aunque se supone que tanto el emisor como el receptor (y en general todos los nodos del sistema) conocen la secuencia de saltos de frecuencia, con el fin de tener una comunicación exitosa también deberían estar en sincronización en el sentido en que ambos deberían saber qué posición en la secuencia de saltos de frecuencia se está utilizando en cualquier momento a lo largo del tiempo. El sistema debería proporcionar un mecanismo para los nodos recién añadidos, o nodos existentes que han perdido la sincronización temporal, para ponerse en sincronización con el resto de la red y encontrar el índice de salto de frecuencia actual en la secuencia de saltos de frecuencia.

La latencia de sincronización es un factor de diseño importante. Un nodo recién añadido debe ser capaz de sincronizarse con un retraso mínimo para iniciar la comunicación con el resto de la red. Las latencias aceptables en muchas aplicaciones para el proceso de sincronización son del orden de uno a dos segundos.

Por otro lado, se desea utilizar el menor número posible de transmisiones para el proceso de sincronización. Esto es importante porque las normas imponen un límite en el período de tiempo en que cada canal puede ser utilizado por el sistema (es decir 400 milisegundos en cualquier ventana de veinte segundos) . Cuanto menos tiempo de transmisión se utilice para el proceso de sincronización, más tiempo queda para otras operaciones de red.

La publicación de patente nº 2002/080769 describe un transceptor de radio esclavo para su uso en un sistema de salto de frecuencia de radio que se sincroniza mediante la recepción sobre una secuencia de combinaciones simultáneas de canales de radio hasta que un mensaje de paginación es recibido por un transceptor maestro, y puede entonces volver al funcionamiento de salto de frecuencia de canal único. El receptor multicanal esclavo está sub-equipado para recibir de forma simultánea en un único sub-conjunto (PF12, PF13) de los canales dentro de su ancho de banda, seleccionándose los canales recibidos por programación independiente dentro del ancho de banda. Los canales recibidos simultáneamente pueden ser seleccionados para corresponder a diferentes grados de desalineación entre el maestro y esclavo.

Gang Lu y otros en "Performance evaluation of the IEEE 802.15.4 MAC for low-rate low-power wireless networks", describen a IEEE 802.15.4 como un nuevo estándar para hacer frente a la necesidad de una red inalámbrica con baja tasa, bajo consumo de energía y bajo coste. En el documento se proporciona una evaluación de prestaciones basada en simulación del nuevo protocolo de acceso al medio de IEEE 802.15.4, centrándose en su modo de habilitación de balizas para una red con topología en estrella. El artículo describe sus principales características, tales como la estructura de supertrama, que permite a los dispositivos acceder a los canales en un período de acceso de contención (PAC) o un período libre de colisión (CFP) y el mecanismo de sincronización basado en balizas. Nuestro estudio de evaluación de prestaciones revela algunos de los compromisos entre rendimiento - energía - retardo claves inherentes a este protocolo MAC. El artículo ofrece un análisis que compara los costes de la energía de seguimiento mediante baliza y los modos de no seguimiento para la sincronización, que muestra que la elección óptima depende de la combinación de ciclos de trabajo y flujos de datos.

La publicación de patente WO n. 02/099 993 describe un sistema de seguridad, un procedimiento y un aparato para comunicaciones de salto de frecuencia bidireccionales entre el panel de control y cada dispositivo periférico que mantiene la sincronización de canales a través de la asignación de frecuencias de balizas fijas para la transmisión de datos de sincronización. El uso de salto de frecuencia proporciona una alta inmunidad a las interferencias y al jamming, aparición reducida de fenómenos de varias rutas, y permite transmisiones con una potencia de salida mucho mayor que las comunicaciones de frecuencia fija convencionales, para aumentar así el alcance efectivo de los dispositivos periféricos mientras proporciona comunicaciones bidireccionales eficaces y fiables entre el panel de control y los dispositivos periféricos. La invención también proporciona un gran número de canales, lo que permite utilizar actuadores inalámbricos tales como sirenas, estrobos y dispositivos de conexión a línea, además de sensores. La invención proporciona una inmunidad a la interferencia de señal, interferencias por otros sistemas inalámbricos y detección errónea debida a fenómenos de trayectos múltiples, reduce las posibilidades de colisión entre las transmisiones periféricas, y elimina la emisión redundante de transmisiones periféricas para reducir el tráfico de RF en las proximidades del sistema y extender la vida de las baterías utilizadas en los dispositivos periféricos.

Lo que no se describe ni se sugiere en la técnica anterior es un procedimiento de sincronización que permita la sincronización rápida, y a la vez, en promedio, que se reduzca el tiempo de transmisión en cada canal.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención aborda el problema de sincronización en los sistemas de salto de frecuencia. Particularmente, la invención proporciona una solución para la sincronización, de una manera eficiente en tiempo, de un nodo recién añadido o un nodo existente que ha perdido la sincronización temporal con el resto de la red.

La invención comprende, en una forma de la misma, un procedimiento de sincronización de dispositivos inalámbricos, que incluye establecer una secuencia recurrente de canales de frecuencia en las cuales deben comunicarse los dispositivos inalámbricos. Los canales de frecuencia se dividen en una pluralidad de grupos. La información de sincronización es transmitida a un primer canal de frecuencia respectivo en cada uno de los grupos de canales de frecuencia... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de sincronización de dispositivos inalámbricos, comprendiendo el procedimiento las etapas consistentes en:

establecer (1202) una secuencia recurrente de canales de frecuencia (1, 21, 41) en las cuales los dispositivos inalámbricos deben comunicarse;

dividir (1204) los canales de frecuencia (1, 21, 41) en una pluralidad de grupos;

transmitir (1206) información de sincronización a un primer canal de frecuencia respectivo (1, 21, 41) en cada uno de los grupos de canales de frecuencia (1, 21, 41) durante un primer periodo temporal de muestreo; seleccionar (1208) uno de los grupos de canales de frecuencia (1, 21, 41) ;

utilizar (1210) uno de los dispositivos inalámbricos para muestrear cada uno de los canales de frecuencia (1, 21, 41) en el grupo seleccionado durante el primer periodo temporal de muestreo;

transmitir (1212) información de no-sincronización después del primer periodo temporal de muestreo; y transmitir (1214) información de sincronización a un canal de frecuencia respectivo siguiente en cada uno de los grupos de canales de frecuencia (1, 21, 41) durante un periodo temporal de muestreo siguiente, ocurriendo el periodo temporal de muestreo siguiente después de la transmisión de la información de no-sincronización.

2. El procedimiento según la reivindicación 1 que comprende la etapa siguiente de transmitir (1216) información de no-sincronización después del periodo temporal de muestreo siguiente.

3. El procedimiento según la reivindicación 2 en el que las etapas consistentes en transmitir información de sincronización a un canal de frecuencia respectivo siguiente y transmitir la información de no-sincronización se repiten hasta que la información de sincronización ha sido transmitida en cada uno de los canales de frecuencia (1, 21, 41) en cada uno de los grupos de canales de frecuencia (1, 21, 41) .

4. El procedimiento según la reivindicación 3 en el que, después de que la información de sincronización ha sido transmitida en cada uno de los canales de frecuencia (1, 21, 41) en cada uno de los grupos de canales de frecuencia (1, 21, 41) , las etapas de transmitir se repiten hasta que la información de sincronización ha sido de nuevo transmitida en cada uno de los canales de frecuencia (1, 21, 41) en cada uno de los grupos de canales de frecuencia (1, 21, 41) .

5. El procedimiento según la reivindicación 4, que comprende las siguientes etapas adicionales: selección de otro de los grupos de canales de frecuencia (1, 21, 41) ; y utilizar otro de los dispositivos inalámbricos para muestrear cada uno de los canales de frecuencia (1, 21, 41) en el otro grupo seleccionado durante uno de los periodos temporales de muestreo.

6. El procedimiento según la reivindicación 1 en el que los canales de frecuencia (1, 21, 41) están en al menos una de las bandas de frecuencia 902 a 928 MHz y 2400 a 2483.4 MHz.

7. El procedimiento según la reivindicación 1 en el que la información de sincronización comprende un periodo de tiempo y un canal de frecuencia asociados con la transmisión de información de no-sincronización.

8. El procedimiento según la reivindicación 1 en el que un dispositivo inalámbrico realiza la etapa de selección.

9. El procedimiento según la reivindicación 1 en el que la etapa de utilización incluye utilizar uno de los dispositivos inalámbricos para muestrear cada uno de los canales de frecuencia (1, 21, 41) en el grupo seleccionado para la información de sincronización.

10. El procedimiento según la reivindicación 1 que comprende además repetir las etapas consistentes en transmitir información de sincronización a un canal de frecuencia respectivo siguiente y transmitir la información de nosincronización hasta que la información de sincronización ha sido transmitida en cada uno de los canales de frecuencia (1, 21, 41) en cada uno de los grupos de canales de frecuencia (1, 21, 41) .

11. El procedimiento según la reivindicación 10 en el que, después de que la información de sincronización ha sido transmitida en cada uno canal de frecuencia en cada uno de los grupos de canales de frecuencia (1, 21, 41) , las etapas de transmitir se repiten hasta que la información de sincronización ha sido de nuevo transmitida en cada uno de los canales de frecuencia (1, 21, 41) en cada uno de los grupos de canales de frecuencia (1, 21, 41) .

12. El procedimiento según la reivindicación 11, que comprende las siguientes etapas adicionales: seleccionar otro de los grupos de canales de frecuencia (1, 21, 41) ; y utilizar otro dispositivo inalámbrico para muestrear cada uno de los canales de frecuencia (1, 21, 41) en el otro grupo seleccionado durante uno de los primeros periodos de muestreo.

13. El procedimiento según la reivindicación 1 que comprende la etapa siguiente de añadir un preámbulo a la información de sincronización, siendo un tiempo de duración del preámbulo aproximadamente igual a una cantidad de tiempo necesaria para muestrear cada uno de los canales de frecuencia (1, 21, 41) en el grupo seleccionado.

14. El procedimiento según la reivindicación 1 que comprende la etapa siguiente de informar a cada uno de los

dispositivos inalámbricos de la secuencia recurrente de canales de frecuencia (1, 21, 41) en las cuales los dispositivos inalámbricos deben comunicarse.

15. El procedimiento según la reivindicación 1 que comprende la etapa siguiente de informar a cada uno de los dispositivos inalámbricos de una secuencia de salto de canal de frecuencia en la cual debe ser transmitida la información de no-sincronización.