Система и способ анализа радиочастотного спектра точки доступа и устройства беспроводной сенсорной сети

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к технике беспроводной связи и может быть использовано для измерения и анализа радиочастотной (РЧ) помехи, которая имеет место вблизи и внутри ячеистой сети беспроводного полевого устройства. Централизованный программный модуль (CSWM) собирает и анализирует значения от одного или нескольких беспроводных устройств ячеистой сети беспроводного полевого устройства, которые представляют собой измерения РЧ мощности, полученные распределенным РЧ каналом, и значения, которые представляют собой соответствующее время измерения РЧ мощности. Каждое беспроводное устройство ячеистой сети беспроводного полевого устройства измеряет РЧ мощность, полученную распределенным РЧ каналом, и соответствующее время измерения, сохраняя измерения, если они были осуществлены в отличное от приема сигнала время, приводящего к последующей передаче беспроводным устройством сигнала подтверждения, либо сигнала неподтверждения. Значения, представляющие собой измерения полученной РЧ мощности и соответствующее время измерений, определяются с использованием сохраненных измерений полученной РЧ мощности и соответствующего времени, а затем удаляются. Эти значения сохраняются в беспроводном устройстве до тех пор, пока не будут успешно отправлены. Администратор сети координирует связь между беспроводными устройствами и координирует и синхронизирует соответствующее время РЧ измерения посредством ячеистой сети беспроводного полевого устройства. Технический результат - уменьшение потребления энергии в беспроводных полевых устройствах. 2 н. и 36 з.п. ф-лы, 9 ил.

Реферат

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В целом, настоящее изобретение относится к беспроводным сетям и, в частности, к измерению и анализу радиочастотной (РЧ) помехи, которая имеет место вблизи и внутри ячеистой сети беспроводного полевого устройства.

Ячеистая сеть является гибкой сетевой архитектурой, которая становится все более распространенной в промышленных применениях. Ячеистая сеть содержит множество узлов и шлюзовой компьютер (шлюз), который соединяет высокоскоростную шину с ячеистой сетью. Ячеистые сети исключают множество ограничений других топологий сетей посредством обеспечения непосредственной связи между узлами внутри одной сети, исключая нежелательную маршрутизацию соединений со шлюзом. Программный продукт под названием администратор сети, обычно запускаемый на шлюзе, распределяет для каждого узла несколько каналов связи, которые чередуются для устранения критических элементов и неполадок связи. Время реакции сети улучшается путем обеспечения возможности формирования соседними узлами связных ретрансляторов непосредственно с целевым узлом и исключения неполадок или критических элементов, в то время как потребление питания сетью минимизируется посредством минимизации необходимого для ретрансляции связи количества передач. Использование нескольких каналов связи обеспечивает разнесение каналов, которое улучшает надежность сети.

Беспроводной ячеистой сетью является коммуникационная сеть, состоящая из нескольких беспроводных устройств (т.е. узлов), формирующих ячеистую топологию. В настоящей беспроводной ячеистой сети, которая может также называться самоорганизующейся сетью с ретрансляторами, каждое устройство должно иметь возможность отправлять сообщения как себе, так и другим устройствам в сети. Концепт передающихся по сети от узла к узлу сообщений является значимым, поскольку для этого могут быть использованы маломощные РЧ средства связи, а также ячеистая сеть может охватывать значительную физическую область, доставляя сообщения из одного конца в другой. Высокомощные средства радиосвязи не являются необходимыми в ячеистой сети в отличие от позиционных систем управления, которые используют удаленные устройства, которые устанавливают соединение непосредственно с централизованной базовой станцией.

Использование маломощных средств радиосвязи является существенным для систем беспроводных сетей, предназначенных для применений на основе сенсоров/актуаторов, например, ячеистой сети беспроводного полевого устройства. Множество устройств в сети должны питаться локально, поскольку энергосистемы общего пользования, такие как энергосистемы с напряжением 120 В переменного тока или питаемые шины передачи данных, не размещаются рядом или их размещение не разрешается в опасных зонах, где должны быть размещены контрольно-измерительные приборы, сенсоры и актуаторы, без значительных затрат на установку. «Питаемый локально» означает питаемый от локального источника питания, такого как портативный электрохимический источник (например, батарейки с длительным сроком службы или топливные элементы), или от маломощного аккумулирующего энергию источника питания (например, колебательного движения, солнечного элемента или термоэлектрического генератора). Общей характерной особенностью локальных источников питания является их ограниченная мощность, как запасенная, в случае батареи с длительным сроком службы, так и производимая, в случае термоэлектрического генератора. Экономическая потребность в низкой стоимости установки зачастую вызывает потребность в устройствах с химическим источником питания, осуществляющих передачу данных в качестве части беспроводной сенсорной системы. Эффективное использование ограниченного источника питания, такого как первичный источник тока, который не может быть повторно заряжен, является крайне важным для отлаженного функционирования беспроводного сенсорного устройства. Предполагается, что продолжительность работы батареи превышает пять лет и, предпочтительно, равняется сроку службы изделия.

Для экономии мощности некоторые сетевые протоколы беспроводного полевого устройства ограничивают объем трафика, который может быть обработан любым узлом или устройством, посредством переключение трансиверов в положение ВКЛЮЧЕНО на ограниченный промежуток времени для прослушивания сообщений. Таким образом, протокол может обеспечивать рабочий цикл трансиверов между состояниями ВКЛЮЧЕНО и ВЫКЛЮЧЕНО для уменьшения средней мощности. Некоторые сетевые протоколы беспроводного полевого устройства могут использовать общий рабочий цикл для сохранения мощности, вследствие чего вся сеть находится во ВКЛЮЧЕННОМ и ВЫКЛЮЧЕННОМ состояниях в одно время. Другие протоколы, такие как протоколы на основе множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA), могут использовать локальный рабочий цикл, в котором в заданное время планируется синхронное ВКЛЮЧЕНИЕ и ВЫКЛЮЧЕНИЕ только сообщающейся пары узлов, соединенных вместе. Администратор сети обычно распределяет канал связи для пары узлов, а также конкретный временной интервал для установки связи, РЧ канал, используемый трансиверами получателя и отправителя, если таковые являются необходимыми в данный момент времени (например, TDMA с протоколом переключения РЧ каналов, такой как WirelessHART®). Администратор сети синхронизирует рабочий цикл и распределяет несколько каналов связи, которые координируют соединение между узлами, которые генерируют управляющие сообщения, график работы средств радиосвязи и запросы на данные в соответствии с ситуацией.

Самоорганизующаяся способность ячеистых сетей к формированию альтернативных каналов для установки связи между устройствами и между устройствами и шлюзом предоставляет избыточные каналы для радиограмм. Это улучшает надежность связи посредством слежения за тем, чтобы существовал по меньшей мере один альтернативный канал для передачи сообщений, даже если другой канал блокируется, или скорость передачи снижается вследствие воздействия окружающей среды или РЧ помехи. Несмотря на это, даже с характерной для ячеистой сети надежностью устойчивой связи РЧ помеха от неизвестных источников может негативно влиять на работу сети. Использование альтернативных каналов во избежание помехи обычно приводит к большему количеству скачков вследствие уменьшенного диапазона и потери энергии при повторных передачах для доставки сообщения на шлюз или от шлюза. Если РЧ помеха является достаточно мощной, тогда все передачи на узел и от узла могут быть заблокированы на время действия РЧ помехи.

Источники РЧ помехи по своей природе обычно являются прерывистыми и кратковременными, что делает их обнаружение и идентификацию сложным и длительным процессом. Обнаружение и определение местонахождения источников РЧ помехи в реальном времени обеспечило бы осуществление быстрой идентификации и снижение негативного воздействия источников, таким образом улучшив надежность сети. Были предложены системы для наблюдения за помехой в беспроводных сетях связи, таких как мобильные сети, однако такие системы обычно являются несовместимыми с ячеистыми сетями беспроводного полевого устройства вследствие относительно высокомощных требований таких систем. Исследования РЧ расположений являются дорогостоящими, поскольку они требуют специализированного радиочастотного оборудования и специально обученного персонала. Даже в таком случае предоставленная информация является всего лишь текущей фотографией настоящей РЧ среды и может пропустить важные временные события РЧ помехи. В результате данные, полученные при исследовании расположения, быстро становятся устаревшими вследствие постоянных изменений в окружающей материальной основе и ее инфраструктуре, а также изменений, возникающих «снаружи основы».

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение включает систему измерения и анализа радиочастотной (РЧ) помехи, которая имеет место вблизи и внутри ячеистой сети беспроводного полевого устройства. Централизованный программный модуль (CSWM) собирает и анализирует значения от одного или нескольких беспроводных устройств ячеистой сети беспроводного полевого устройства, которые представляют собой измерения РЧ мощности, полученные распределенным РЧ каналом, и значения, которые представляют собой соответствующее время измерения РЧ мощности. Каждое беспроводное устройство ячеистой сети беспроводного полевого устройства измеряет РЧ мощность, полученную распределенным РЧ каналом, и соответствующее время измерения, сохраняя измерения, если они были осуществлены в отличное от приема сигнала время, приводящего к последующей передаче беспроводным устройством либо сигнала подтверждения, либо сигнала неподтверждения. Сохраненные в каждом беспроводном устройстве измерения РЧ мощности и сохраненное соответствующее время измерения используются для определения значений, которые представляют собой измерения РЧ мощности, и значений, которые представляют собой соответствующее время измерений РЧ мощности, а затем удаляются. Эти характерные значения сохраняются в беспроводном устройстве до тех пор, пока от беспроводного устройства не будет получен сигнал подтверждения об успешной передачи характерных значений. Администратор сети координирует связь между беспроводными устройствами и координирует и синхронизирует соответствующее время РЧ измерения мощности посредством ячеистой сети беспроводного полевого устройства.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На фиг. 1 изображена схема, иллюстрирующая осуществление настоящего изобретения для измерения и анализа РЧ помехи, которая имеет место вблизи и внутри ячеистой сети беспроводного полевого устройства.

На фиг. 2A-2D проиллюстрировано взаимосвязанное расположение подинтервалов во временном интервале для узлов передатчиков и узлов приемников.

На фиг. 3A-3C проиллюстрировано взаимосвязанное расположение «подинтервалов молчания» во временном интервале для узлов передатчиков и узлов приемников.

На фиг. 4 изображена схема, иллюстрирующая осуществление настоящего изобретения для измерения и анализа РЧ помехи, которая имеет место вблизи и внутри ячеистой сети беспроводного полевого устройства с несколькими точками доступа не зависимо от того, частично или нет перекрываются области ячеистой сети, предоставленные точками доступа.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящее изобретение будет описано касательно измерения и анализа радиочастотной (РЧ) помехи, которая имеет место вблизи и внутри ячеистой сети беспроводного полевого устройства с топологией ячеистой сети. Специалистам в данной области техники будет ясно, что настоящее изобретение в равной мере соответствует другим сетевым топологиям и не ограничивается исключительно описанными вариантами осуществления, и что настоящее изобретение включает все варианты осуществления, подпадающие под объем прилагаемой формулы изобретения.

Для определения источников РЧ помехи в настоящем изобретении применена доступная в беспроводных устройствах, таких как, например, устройствах со средствами радиосвязи, соответствующих IEEE 802.15.4 стандарту, возможность измерения обнаруженной РЧ мощности. Стандарт IEEE 802.15.4 регламентирует физический уровень (PHY) и уровень управления доступом к среде (MAC) для беспроводного соединения с низкой скоростью передачи данных с фиксированными, портативными и перемещающимися устройствами с ограниченными потребностями потребления мощности. Очень ограниченные потребности потребления мощности гораздо меньше, например, потребностей сотового телефона. Средства радиосвязи совместимые со стандартом IEEE 802.15.4 и радиочастотой 2,4 ГГц передают и принимают любой из 16 РЧ каналов в промышленном, научном и медицинском диапазонах радиочастот 2,4 ГГц и могут измерять полученную любым из каналов РЧ мощность. В данном стандарте функция измерения полученной РЧ мощности имеет название обнаружение энергии (ED), но в большинстве случаев называется измерением индикатора мощности принимаемого сигнала (RSSI). Стандарт IEEE 802.15.4 описывает два применения для измерения RSSI. Первое является частью функции оценки состояния канала (CCA) для исключения нежелательной РЧ помехи, исходящей от элементов одной беспроводной сети. В качестве части некоторых режимов функции CCA отправляющее устройство измеряет RSSI в РЧ канале перед началом отправки, чтобы проследить, что распределенный канал передачи не заполнен другими внутрисетевыми передачами. Если значение измерения RSSI в РЧ канале превышает пороговый предел, указывающий на то, что соседнее устройство в сети уже осуществляет передачу на канал, тогда устройство, которое является потенциальной помехой, приостанавливает передачу на случайный промежуток времени для исключения появления помехи в уже занятом канале. Функция CCA обычно не используется вместе с множественным доступом с временным разделением каналов (TDMA) с протоколом переключения РЧ каналов, таким как WirelessHART®, поскольку все соединения обычно синхронизируются и координируются администратором сети, так что соседние устройства одновременно не могут использовать один и тот же РЧ канал для передачи.

Во втором применение некоторые алгоритмы сетевого управления используют мощность полученных сигналов для определения отдельного наилучшего РЧ канала для использования в качестве линии соединения между устройствами. Если показатели RSSI начнут снижаться, тогда администратор сети сможет выбрать другой РЧ канал для работы между устройствами, что гарантирует надежность продолжительной связи. В качестве альтернативы RSSI показатели всех РЧ каналов на линии суммируют, и выводят среднее значение для определения самых надежных линий связи, которые будут использоваться для маршрутизации сообщений по сети. Показатели мощности только полученных сигналов успешных или неуспешных передач, в зависимости от предопределенного условия возникновения ошибки, сохраняются беспроводными устройствами и передаются администратором сети, поскольку они представляют собой условия РЧ каналов, присутствующие при передаче внутрисетевого трафика, даже если они включают помеху от других РЧ источников.

Успешные передачи подтверждаются ответной передачей под названием сигнал подтверждения или ACK от принимающего узла передающему узлу. При получении ответа ACK передающий узел стирает первоначально переданное сообщение, а принимающий узел затем становится ответственным за передачу сообщения на следующий транзитный участок в ячеистой сети. Неуспешные передачи вследствие некоторых предопределенных условий возникновения ошибки приводят к сигналу неподтверждения или NACK, который передается от принимающего узла на передающий узел. При получении ответа NACK передающий узел повторно отправляет сообщение на другой РЧ канал или на другой узел во время следующего запланированного временного интервала, но не стирает первоначально переданное сообщение до тех пор, пока не получит ответ ACK от узла распределения.

Предопределенные условия возникновения ошибки, которые приводят к ответу NACK, отличаются для беспроводных протоколов. В некоторых протоколах условия, которые приводят к ответу NACK, включают, например, полный буфер сообщений в принимающем узле, ошибку контрольной суммы проверки целостности кадра и ошибку кода целостности сообщения. Неуспешные передачи, которые не приводят к ответу ACK или NACK, также являются различными для беспроводных протоколов и могут возникать вследствие, например, ошибки контрольной суммы проверки целостности кадра, ошибки кода целостности сообщения, неверного идентификатора сети, слабого сигнала или его искажения, вследствие чего принимающий узел не имеет возможности обнаружить, что сообщение не было отправлено. Некоторые условия возникновения ошибки, например ошибки контрольной суммы проверки целостности кадра, приводят к ответу NACK в некоторых беспроводных протоколах и к отсутствию ответа NACK в других беспроводных протоколах в зависимости от предопределенных условий возникновения ошибки для отдельного беспроводного протокола. Во всех случаях неуспешные передачи, которые не соответствуют предопределенным условиям возникновения ошибки протокола, игнорируются: ответ ACK или NACK не отправлен, и измерение RSSI, связанное с этим временным интервалом, стерто.

В настоящем изобретении использованы беспроводные устройства для измерения РЧ помехи, которая имеет место вблизи и внутри ячеистой сети беспроводного полевого устройства, посредством записи и анализа измерений RSSI каждого РЧ канала, используемого на протяжении отдельного временного интервала, при этом измерения RSSI выполнены и записаны в отличное от приема сигнала время, что приводит к последующей передаче беспроводным устройством или ответа ACK или ответа NACK. В этот временной интервал под названием внутрисетевой временной интервал молчания фоновую или внешнюю РЧ помеху легче и точнее всего обнаружить. Существует три возможных внутрисетевых временных интервалов молчания: открытое ожидание, открытый канальный интервал и подинтервал молчания, как будет описано ниже.

Ячеистая сеть, использующая уровень канала данных TDMA с протоколом переключения каналов, таким как WirelessHART®, вместе со своей надежной конструкцией особенно хорошо подходит для измерения, сбора, отправки и анализа измерений RSSI с различных узлов. Временные интервалы распределены администратором сети для соединения канального уровня и синхронизируются через всю сеть за одну миллисекунду, обеспечивая точное управление временем измерения RSSI и последующей корреляцией данных измерения RSSI. Администратор сети также координирует распределение РЧ каналов посредство или прямого, или косвенного распределения канала для каждого выделенного канала связи во временном интервале. Устройства перепрограммируются для изменения РЧ каналов на основе абсолютного количества временных интервалов, которое увеличивается при прохождении через всю ячеистую сеть в качестве части механизма синхронизации времени, который управляется администратором сети, поэтому два канала связи обычно не могут использовать один и тот же РЧ канал в любом промежутке времени. Это переключение каналов является псевдослучайным, что означает, что устройства изменяют каналы в случайной последовательности, в конечном счете, используя все РЧ каналы в равной степени.

Измерения RSSI и время, соответствующее измерениям, полученным беспроводными устройствами настоящего изобретения во время внутрисетевых временных интервалов молчания, сохраняются в беспроводном устройстве, которое получает измерения до тех пор, пока они не будут использованы для определения значений, которые представляют собой измерения полученной РЧ мощности, и значений, которые представляют собой соответствующее время измерения. Определение значений, которые представляют собой измерения полученной РЧ мощности, включает, например, определение статистических значений, выполнение перевода единиц измерения, или может не включать никаких изменений по отношению к первоначальным измерениям RSSI. Статистические значения для каждого РЧ канала включают, например, среднее значение измеренной РЧ мощности, погрешность измеренной РЧ мощности, дисперсию измеренной РЧ мощности, начальное время интервала, конечное время интервала, максимальное значение измеренной РЧ мощности, интервал времени, когда было зафиксировано максимальное значение РЧ мощности, минимальное значение измеренной РЧ мощности, интервал времени, когда было зафиксировано минимальное значение РЧ мощности, и рабочий цикл. Значения, которые представляют собой измерения РЧ мощности, определяют на поканальной основе, в конечном счете, охватывая ISM диапазон, который представляет собой РЧ энергию вокруг определенного устройства. Эти значения, представляющие собой измерения РЧ мощности, обычно представляют собой исходные уровни измерений RSSI для каждого из каналов. Значения, представляющие собой измерения полученной РЧ мощности, которые превышают исходные уровни измерений RSSI, указывают источники РЧ помехи. Значения, которые представляют собой измерения полученной РЧ мощности и интервалы времени, соответствующие измерениям, периодически или по запросу передаются в виде отчета через ячеистую сеть на централизованный программный модуль (CSWM), который обычно запускается на шлюзе. Передача отчета каждым из устройств в шахматном порядке включена в расписание, поэтому она не осуществляет значительного воздействия на обычную работу сети. CSWM посредством РЧ канала объединяет отчеты о значениях, которые представляют собой измерения РЧ мощности, и коррелирует временные интервалы, соответствующие измерениям нескольких устройств. В сочетании с известным местоположением по меньшей мере трех устройств CSWM определяет время продолжительности помехи, квалифицирует источник или источники помехи (например, Wi-Fi канал 1), определяет местоположение источника или источников РЧ помехи и генерирует предупреждение, если значение помехи превышает определенный пользователем порог. Предпочтительно, что CSMW сообщает о любой информации о помехи и отправляет предупреждение отдельным программным приложениям, запущенным на хост-компьютере, или выводит на дисплей информацию, которая может быть использована системным оператором.

В случаях, если помеха является достаточно мощной, чтобы временно заблокировать способность беспроводного устройства к установке связи с остальной ячеистой сетью беспроводного полевого устройства, тогда беспроводные устройства все еще в состоянии обнаружить помеху и отправить отчет о значениях, которые представляют собой измерения полученной РЧ мощности и интервалы времени, соответствующие измерениям, в CSWM посредством работающих каналов связи в ячеистой сети беспроводного полевого устройства. Путем корреляции значений, которые представляют собой измерения РЧ мощности, и интервалов времени, соответствующих измерениям, полученным с ближайших беспроводных устройств, и путем объединения информации о местоположении по меньшей мере трех устройств настоящее изобретение может определить местоположение источника блокирующей РЧ помехи с использованием стандартных триангуляционных алгоритмов, даже если помеха является достаточно мощной, чтобы временно заблокировать беспроводное устройство.

Настоящее изобретение минимизирует необходимое количество энергии для обеспечения существенно непрерывного обнаружения и отправки отчета о РЧ помехе через сеть, когда осуществляется отправка только статистических данных, а не каждого записанного измерения, посредством передачи отчетов только с определенной периодичностью, например каждые 15 минут. Источники прерывистой и кратковременной РЧ помехи устанавливаются и идентифицируются, поскольку обнаружение является практически непрерывным. Как отмечалось выше, минимизация потребления энергии является существенной в сетях беспроводного полевого устройства. Измерения во время внутрисетевых временных интервалов молчания, описанных ниже, изменяются в зависимости от частоты записи и передачи измерений в CSWM с соответствующим изменением в потреблении энергии. Путем перемещения по измерениям при открытом прослушивании, открытом канальном интервале и подинтервале молчания потребность в более активном обнаружении и нахождении помехи может привести к большему потреблению энергии.

На фиг. 1 изображена схема, иллюстрирующая осуществление настоящего изобретения для измерения и анализа РЧ помехи, которая имеет место вблизи и внутри ячеистой сети беспроводного полевого устройства. На фиг. 1 изображена система 10 управления и технологического контроля, которая содержит хост-компьютер 12, высокоскоростную сеть 14, шлюз 16 и ячеистую сеть 18 беспроводного полевого устройства. Ячеистая сеть 18 беспроводного полевого устройства содержит беспроводные устройства или узлы 20a-20i... 20N и точку 22 доступа. Шлюз 16 содержит администратор 24 сети и CSWM 26, несмотря на то, что они могут быть расположены попеременно или одновременно в хост-компьютере 12. Хост-компьютер 12 содержит программное приложение 29. Программным приложением 29 является, например, управляющее программное обеспечение или программное обеспечение наблюдения. Шлюз 16 соединяет ячеистую сеть 18 с хост-компьютером 12 посредством высокоскоростной сети 14. Точка 22 доступа является интерфейсом между шлюзом 16 и беспроводными устройствами 20a-20i... 20N. Выделенный канал 28 связи соединяет точку 22 доступа со шлюзом 16. В качестве альтернативы точка 22 доступа может быть интегрирована в шлюз 16, исключая необходимость в выделенном канале 28 связи. Точка 22 доступа и беспроводные устройства 20a-20i... 20N используют средства радиосвязи с возможностью измерения полученной РЧ мощности, такие как, например, средства радиосвязи, соответствующие стандарту IEEE 802.15.4. Точка 22 доступа и беспроводные устройства 20a-20i... 20N также используют схему для сохранения значений и выполнения базовых статистических вычислений, которая является хорошо известной в данной области техники. Точка 22 доступа и беспроводные устройства 20a-20i... 20N устанавливают связь друг с другом, как и беспроводная ячеистая сеть, используя TDMA с протоколом переключения каналов, таким как WirelessHART®. Опционально, точка 22 доступа или по меньшей мере одно из беспроводных устройств 20a-20i... 20N каждое содержит локальный пульт управления (LOI) 23 и 21, соответственно. LOI 23, 21 содержат дисплей и функцию ограниченного ввода обычно с небольшим количеством кнопок. Источник R1 РЧ помехи также изображен на фиг. 1.

Сообщения отсылаются от хост-компьютера 12 на шлюз 16 по высокоскоростной сети 14. Сообщение, предназначенное для одного из беспроводных устройств 20a-20i... 20N ячеистой сети 18 беспроводного полевого устройства, отправляется со шлюза 16 на точку 22 доступа ячеистой сети 18 беспроводного полевого устройства через выделенный канал 28 связи. Затем точка 22 доступа передает сообщение или непосредственно, или последовательно на одно из беспроводных устройств 20a-20i... 20N ячеистой сети 18 беспроводного полевого устройства через один из нескольких различных каналов. Подобным образом сообщение от одного из беспроводных устройств 20a-20i... 20N ячеистой сети 18 беспроводного полевого устройства передается обратно по ячеистой сети 18 беспроводного полевого устройства от узла к узлу через один из нескольких каналов до тех пор, пока не будет достигнута точка 22 доступа. Затем точка 22 доступа отправляет сообщение на шлюз 16 через выделенный канал 28 связи. Сообщения, предназначенные для хост-компьютера 12, передаются от шлюза 16 на хост-компьютер 12 по высокоскоростной сети 14. Интервал времени, распределения канала связи и распределения РЧ канала между узлами, которые являются необходимыми для координирования соединений внутри ячеистой сети 18 беспроводного полевого устройства, распределяют администратором 24 сети. Распределения временного интервала и РЧ канала и распределения канала связи для ячеистой сети 18 беспроводного полевого устройства отправляются со шлюза 16 на точку 22 доступа через выделенный канал 28 связи. Точка 22 доступа передает распределения интервала времени, РЧ канала и канала связи или непосредственно, или последовательно на беспроводные устройства 20a-20i... 20N.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения для обнаружения РЧ помехи, если измерения RSSI были выполнены и записаны во время внутрисетевого временного интервала молчания, то это называется «открытым прослушиванием». Открытое прослушивание включает временные интервалы, когда принимающий узел ожидает сигнал, но отправление передающим узлом не осуществляется. Это может произойти, если передающий узел не содержит сообщений для передачи, когда наступает распределенный временной интервал. В TDMA с протоколом переключения каналов, таким как WirelessHART®, администратор сети планирует несколько временных интервалов, во время которых распределяется пара узлов для канала связи для передачи сообщения. Это повышает надежность сети с целью гарантирования того, что сообщение будет отправлено. Если распределение первого канала связи не сработает, тогда второе или третье должно сработать. Однако сообщения часто отправляются с первого раза, подтверждаются и затем стираются отправным узлом. Вследствие этого остаются каналы связи открытого прослушивания, где принимающий узел будет прослушивать и получать измерения RSSI по мере прослушивания, но передающему узлу будет нечего отправлять. Обычно, поскольку на передачу в этот временной интервал через отдельный РЧ канал не имеется запланированных устройств в ячеистой сети беспроводного полевого устройства, то измерения RSSI укажут исходные уровни РЧ шума или присутствие РЧ помехи, а не внутрисетевой трафик. Передающий узел, который не содержит сообщений для отправки в данный временной интервал, может также активировать свое средство радиосвязи и выполнять измерения RSSI через распределенный РЧ канал. Таким образом, два устройства, связанных с каналом связи, могут использовать информацию о канальном уровне для получения координированных измерений RSSI, выполненных через один и тот же РЧ канал в один и тот же временной интервал из двух различных местоположений.

Открытое прослушивание обычно включает эти временные интервалы, если принимающий узел ожидает сигнал, а передающий узел его отправляет, но ни ответ ACK, ни ответ NACK не отправляется обратно по вышеописанным причинам. С позиции принимающего узла временной интервал являлся внутрисетевым временным интервалом молчания, поскольку распознаваемая внутрисетевая передача не обнаруживается. Измерения RSSI, осуществленные в данных условиях, не могут указывать исключительно исходные уровни РЧ шума, поскольку передающий узел осуществлял передачу через распределенный РЧ канал, но такие измерения RSSI предоставляют важную информацию об источнике РЧ помехи, которая могла вызвать сбой передачи.

На фиг. 2A и 2B проиллюстрировано взаимосвязанное расположение подинтервалов в интервале времени для узла передатчика и узлов приемника, соответственно, во время приема сигнала, приводящего к передаче приемным беспроводным устройством или ответа ACK, или ответа NACK. Термин «Tx» означает передачу, а термин «Rx» - прием, как показано на фиг. 2A-2D и 3A-3B. Каждый выделенный интервал времени имеет распределенный узел передатчика и распределенный узел приемника. Интервалы времени состоят из расположенных в определенном порядке подинтервалов различных продолжительностей и типов, которыми обуславливается продолжительность действий, предпринятых передатчиком и приемником в заданном интервале времени. Расположение между связанными узлами является комплиментарным и непрерывно повторяется. Как показано на фиг. 2А временной интервал 30а передатчика начинается с подинтервала 32а сдвига Tx, за которым следует подинтервал 34a Tx. За подинтервалом 34a Tx следует подинтервал 36а Tx-Rx, за которым, в свою очередь, следует подинтервал 38а прослушивания ACK/NACK, и пустой подинтервал 42а Tx. На фиг. 2 В изображено, что временной интервал 50а приемника начинается с подинтервала 54a прослушивания Tx, за которым следует подинтервал 56а Rx-Tx, подинтервал 58a Tx ACK/NACK и пустой подинтервал 60а Rx. Временной интервал 30а передатчика и временной интервал 50а приемника являются временными интервалами одной сети, как видно на примере узла-передатчика и узла-приемника соответственно.

В начале временного интервала 50а приемника узел-приемник активирует средство радиосвязи и осуществляет прослушивание любой передачи от узла-передатчика во время подинтервала 54а прослушивания Tx. В это время в начале временного интервала 30а передатчика узел-передатчик находится в пассивном режиме, приостанавливая любую передачу на продолжительность подинтервала 32а сдвига Tx. Продолжительность подинтервала 32а сдвига Tx равняется, по меньшей мере, максимальному времени ошибки во временной синхронизации сети. Это гарантирует, что узел-передатчик не начнет передачу до тех пор, пока узел приемника не будет готов к прослушиванию. После подинтервала 32а сдвига Tx активируется узел-передатчик, и он осуществляет передачу во время подинтервала 34а Tx. Продолжительность подинтервала 34а Tx является достаточной для размещения пакета данных, включающего все биты заголовка и заключительной части, которые дополняют данные. Продолжительность подинтервала 54а прослушивания Tx определяется продолжительностью подинтервала 34a Tx плюс, по меньшей мере, двойное время продолжительности ошибки во временной синхронизации сети. Это гарантирует, все подинтервалы 34а Tx будут находиться в подинтервале 54а прослушивания Tx независимо от направления максимальной ошибки единого времени сети. Во время подинтервала 54а прослушивания Tx приемник осуществляет измерение RSSI с применением функции ED, описанной выше, и сохраняет измерение, а также время измерения и РЧ канал. После подинтервала 34а Tx узел передатчика переключает средство радиосвязи с передачи на прием во время подинтервала 36а Tx-Rx, и затем начинает прослушивание ответа ACK или ответа NACK от принимающего узла во время подинтервала 38а прослушивания ACK/NACK. Если принимающий узел успешно принимает пакет данных во время подинтервала 54а прослушивания Tx, тогда осуществляется переключение средства радиосвязи с приема на передачу во время подинтервала 56а Rx-Tx, и затем осуществляется отправка ответа ACK на узел приемника во время подинтервала 58а ACK/NACK Tx. В качестве альтернативы, если принимающий узел неуспешно принимает пакет данных вследствие предопределенного условия возникновения ошибки во время подинтервала 54а прослушивания Tx, тогда осуществляется переключение средства радиосвязи с приема на передачу во время подинтервала 56а Rx-Tx, а затем осуществляется отправка ответа NACK на узел передатчика во время подинтервала 58а Tx ACK/NACK. В любом из случаев после подинтервала 58а Tx ACK/NACK узел-приемник фиксирует сохраненную информацию RSSI для использования в алгоритмах сетевого администрирования для определения наилучшего отдельного РЧ канала, который будет использоваться для установки связи между устройствами, выключает средство радиосвязи и ожидает на протяжении пустого подинтервала 60а Rx начала следующего временного интервала. Подинтервал 38а прослушивания ACK/NACK является достаточно продолжительным и соответствует, по меньшей мере, продолжительности подинтервала 56а Rx-Tx и подинтервала 58а Tx ACK/NACK. Это гарантирует, что все подинтервалы 58а Tx ACK/NACK будут находиться в пределах подинтервала 38а прослушивания ACK/NACK. После подинтервала 38а прослушивания ACK/NACK узел передатчика выключает средство радиосвязи и ожидает на протяжении пустого подинтервала 42а Tx начала следующего временной интервал.

На фиг. 2С-2D проиллюстрировано взаимосвязанное расположение подинтервалов внутри временного интервала для узла-передатчика и узла-приемника соответственно для варианта осуществления открытого прослушивания, если передатчик не содержит сообщений для передачи. Поскольку передатчик, в качестве исходного беспроводного устройства, не содержит сообщений для передачи, то это не приводит к последующему осуществлению передачи приемником, в качестве беспроводного устройства распределения, ни ответа ACK, ни ответа NACK. На фиг. 2С проиллюстрирован временной интервал 30b передатчика, который начинается с подинтервала 32b сдвига Tx, за которым следует открытое прослушивание 62 Tx, за которым следует пустой подинтервал 42b Tx. На фиг. 2D изображен временной интервал 50b приемника, который начинается с подинтервала 54а прослушивания Tx, за которым следует пустой подинтервал 60b Rx. Временной интервал 30b передатчика и временной интервал 50b приемника являются временными интервалами одной сети, как видно из узла-передатчика и узла-приемника соответственно.

В начале временного интервала 50b приемника узел-приемник активирует средство радиосвязи и осуществляет прослушивание любой передачи от узла-передатчика во время подинтервала 54b прослушивания Tx, как изображено на фиг. 2B. На данном этапе узел приемника не знает, что передатчик не содержит сообщений для отправки, и осуществляет