用于无线网孔状网络准许加入节点的加入过程方法

摘要

本发明公开了一种用于无线网孔状拓扑网的加入过程。在该网络中，节点具有多个空间覆盖子扇区，这些子扇区一起覆盖较大的扇区角度，一个节点可以与位于其子扇区所覆盖方向上的其他节点建立连接。该加入过程为该网络添加一加入节点，并包括使该加入节点在预定时间内在一特定的接收频率收听子扇区。此后，该网络节点根据预定的时刻和顺序改变其子扇区和接收频率。工作的网络节点根据现有内部网络通信已经使用的子扇区推导出的相对位置和相对角度方向在预定的扇区、频率和时刻传送有组织的邀请数据分组。这降低了网络中的频率干扰和降低了加入过程所需的时间。

说明书

技术领域

本发明通常涉及联网领域，特别是涉及无线网孔状网络领域，其中空间分散的无线节点利用一自动加入过程方法准许加入到网孔状网络中，该自动加入过程方法合并了邀请网孔状网络节点的时间、频率和空间安排和同步。

背景技术

无线网通常通过合并彼此连接的多个点到点(PP)无线链路来设计，因此利用固定无线链路来连接到网络和希望的位置。另一种普遍使用的网络结构利用例如点到多点(PMP)拓扑的网孔网络拓扑或基于蜂窝的拓扑。这种网络中的每个节点都包括一个无线和相关的天线。在PMP拓扑中，该网络从一个集中的位置，例如基站来控制。

在包括多个独立的点到点链路的网络中，一个新的网络节点添加到该网络是通过添加一条新的点到点无线链路来人工进行。这称为准许加入或允许加入过程，其中该新的网络节点添加到网络中并开始与网络中的其它组件进行可靠的无线通信。在传统的准许加入过程中，该无线链路天线人工或机械地彼此校准，直到实现高质量的接收。在PMP网络的情况下，基站通常位于网络的中心附近，一新的用户无线站通过与该基站或多个已知的基站通信来加入网络。

存在两种允许新节点加入到网络的通常情况。在第一种情况下，用户具有全向天线。一个例子是移动通信系统中的手机。在这种情况下，用户收到特定控制信道上的邀请，并被覆盖他小区位置的基站邀请。在第二种情况下，用户无线站包括一定向天线。例子包括卫星TV广播网或PMP无线接入网。机械校准过程在用户端单独进行，从而用户天线校准到基站以实现最佳的无线频率(RF)信号接收。在上述的现有网络中，一新的网络节点利用机械校准加入到网络中以实现最佳的接收。

点到多点校准过程在图1中描述。图1说明了现有技术中点到多点无线网络10的一部分。网络10包括基站11和收发信机节点12、19。基站11具有一个或多个天线和相关的收发信机，用于分别在轴17a和17b定义的四个90度扇区13、14、15、16中通信。扇区13、14、15、16相对于基站11固定。这些收发信机被分配固定的频率用于在其相关的扇区内通信。

每个收发信机节点12、19相应于一个用户无线站。收发信机节点12包括具有单个波瓣或射束18的天线。射束18通过将在收发信机节点12的天线水平或竖直地调整朝向基站11的位置，直到收发信机节点12的波束18从与扇区13有关的收发信机接收到最大的信号强度来进行机械校准。与扇区13有关的基站收发信机在其固定频率传送数据和邀请信号。收发信机节点12经其波瓣或波束18接收该频率，一信号强度指示器指示方向最大接收信号强度。这使安装人员或机动天线驱动器能够调整天线的角度位置用于最大接收。

收发信机节点19的校准也在图1中描述。通过将收发信机天线旋转朝向基站11，正确的校准可以利用与扇区14有关的基站收发信机和天线实现。通过人工定向天线波束或波瓣来优化信号接收来再一次机械校准。

在点到多点通信的例子中，校准在远程用户单元进行，不必改变基站波束的位置，该过程通过机械校准来完成。尽管具有强壮性，但该准许加入过程依靠昂贵的人力行为。如果网络拓扑改变，则必须重复的操作来重新校准用户无线站或收发信机节点朝向新的基站位置并将频率变成新分配的扇区频率。

相应的，通常需要一种改进的方法用于准许新节点加入到网络。特别是在无线网孔状拓扑网络中，网络有机地增长，加入到网络的新节点必须经过许多已经存在的网络节点的其中一个加入。一个自动过程是对机械校准技术的重要改进，该自动过程在特定的时间和频率电校准加入节点接收波束的方向与其中一个邀请网络节点的发射波束。

发明内容

通过介绍，本实施例提供一种用于无线网孔状拓扑网的加入过程，其中网络节点具有多个空间覆盖子扇区，这些子扇区一起覆盖较大的扇区角度，一个节点可以与位于其子扇区所覆盖方向上的其他节点建立连接。该加入过程为该网络添加一加入节点，并包括在该加入节点在预定时间内在一特定的接收频率收听其子扇区。此后，该加入节点根据预定的时刻和顺序改变其子扇区和接收频率。工作的网络节点根据现有内部网络通信已经使用的子扇区推导出的相对位置和相对角度方向在预定的扇区、频率和时刻传送有组织的邀请数据分组。这降低了频率干扰和降低了加入过程所需的时间。

本实施例还提供一种用于准许加入节点加入到无线网孔状网络的方法，该方法包括在同步、排定的发射时刻和整个预定空间方向的排定发射方向，从一个或多个无线网孔状网络的工作节点发射邀请分组。在延迟时间以后，在预定空间方向从加入节点检测到发射的响应。

本实施例还提供一种将加入节点添加到无线网孔状网络的方法，该方法包括至少一个第一网络节点和第二网络节点。在一个实施例中，该方法包括接收该加入节点的位置信息和指定至少一个网络节点开始与该加入节点通信。该方法还包括在至少一个网络节点沿朝向加入节点预计位置的方向发射邀请分组和在网络节点接收响应于邀请分组的应答。

本实施例还提供一种将加入节点添加到包括一个或多个网络节点的无线网孔状网络的方法。在一个实施例中，该方法包括指定至少一个网络节点开始与加入节点通信，在至少一个网络节点，开始与加入节点通信，扫描加入节点最大概率所处的第一扇区。随后，该方法包括扫描加入节点较低概率所处的扇区和在网络节点接收响应于邀请分组的应答。

本实施例还提供一种准许一个或多个加入节点加入到无线网孔状网络的方法。该方法的一个实施例包括安排数据分组的发射，通过邀请在预定频率信道和预定方向的网络节点创建频谱行为，用于检测一个或多个加入节点频谱行为的方向。在一个或多个加入节点的一个加入节点，该方法包括在预定频率信道扫描频谱和不同的空间方向来识别邀请网络节点的无线频率行为、识别朝向邀请网络节点的空间方向和调谐到已识别空间方向中的预定频率信道来接收数据分组之间由邀请网络节点发射的邀请分组。

上述优选实施例的讨论只是通过介绍提供的。这一部分的内容不应当用作对下面限定本发明范围的权利要求书的限制。

附图说明

图1表示现有技术基于点到多点无线网的图；

图2表示无线网孔状网络的图；

图3表示在新节点加入到网络以后的图2的无线网；

图4是基于网孔状无线网的备选实施例的图；

图5是说明图2无线网的网络节点操作的流程图；

图6是说明图2无线网的加入节点操作的流程图；和

图7是说明图2无线网的控制节点操作的流程图；

具体实施方式

本实施例描述了一种新颖的自动加入过程方法和装置，设计用来利用邀请网络节点和加入节点的时间、频率和空间同步算法准许空间分散的无线节点加入到无线网。新的自动普遍加入算法过程设计来准许加入包括空间分集天线的无线网络节点。新的网络节点添加到包括其它无线节点的无线网络，每个无线节点也包括空间分集天线。在此新颖的网络拓扑中，必须同时调整加入节点方向上的邀请网络节点的波束瓣，同时同步发射和接收时间和频率，对网络现有的通信业务具有最小的中断和最小的开销。

所说明的方法对于不同类型的波束调整技术是通用的。例子包括用相位阵列天线、基于单个天线的电波束转换或波束调整、或覆盖不同空间扇区的多个天线之间的电波束转换所实现的波束调整。

当前的实施例描述这样一种网络，其中新加入节点的空间波束分集通过使收发信机能够将其波束瓣从一个角度方向转换到另一个以便使其接收和发射波瓣指向现有相邻网络节点来实现。同时安排通信的其它相邻网络节点将其发射/接收波束瓣分别调整到不同的方向以便将邀请分组发射到新加入的节点。网络中邀请节点的波束和搜索邀请分组以便准许加入到网络的加入节点的波束之间的人工校准过程，设计用来在特定的时间、空间和频率信道同步两个调整的波束。

这里所述的实施例可结合无线MESH拓扑网使用，这类拓扑网在J.Berger和I.Aaronson于1998年11月5日提交的美国专利申请09/187,665，“宽带无线网孔状拓扑网(Broadband Wireless MeshTopology Networks)”中描述，和包括已转换多波束天线设计的网络节点，类似于J.Berger等人提交的美国专利申请09/433,452，“用于无线数据分组的空间转换路由器(Spatially Switched Router forWireless Data Packets)”所述的设计，申请09/187,665和申请09/433,452都并入这里作为参考。

现在参见图2，它表示无线网孔状拓扑网20。图2的无线网20包括三个工作节点，包括节点21、节点22和节点24，寻求加入网络的加入节点23。在一个实施例中，节点21、22、23、24从与一个或多个节点无线通信的一个或多个用户无线站传送用户数据。该无线网孔状拓扑在始发数据的装置和数据最终目的地之间提供多个连接。

无线网20的组织只是示范性的。其它的实施例将包括定向到不同方向的其它数量的网络节点。例如，在一个实施例中，网络20还包括提供网络20控制功能的控制节点。该控制节点可以是传送用户数据的无线网络节点21、22、23、24的其中一个，或者可以是专用于网络20控制功能并与网络20节点无线或有线通信的单独节点。

网络节点21、22、23、24可能全都大致相同或者可能设计不同。但是，每个网络节点21、22、23、24配置成与一个或多个位于远处的无线装置，例如其它网络节点进行双向无线通信。

每个网络节点21、22、23、24包括具有电波束调整能力的天线。每个网络节点21、22、23、24的天线覆盖大约120度的大扇区(或任何其它的覆盖扇区大小)。因此，网络节点21包括覆盖扇区202的天线；网络节点22包括覆盖扇区204的天线；网络节点23包括覆盖扇区206的天线；网络节点24包括覆盖扇区208的天线。每个扇区202、204、206、208包括十六个扇区，也称为子扇区。每个子扇区覆盖7.5度。每个子扇区可以任何适当的方式识别。在一个例子中，这十六个子扇区分别识别为子扇区(0)到子扇区(15)。

在图2的无线网20中，网络中的每个节点通过该节点和相邻节点之间建立的无线链路与相邻节点传送数据。因此，网络节点21和22经已建立的无线链路26通信、节点21和节点24经无线链路25通信和节点22和节点24经无线链路28通信。

如图2所示，新的或加入节点23正加入网络20。加入节点23的初始位置允许创建与节点21的链路27和与节点23的链路29。但是，如图2所示，与节点22有关的扇区204和与节点23有关的扇区206不重叠。在节点22、23的定向天线之间没有直线的视线路径。由于这些非重叠扇区204、206，节点22和节点23不能直接通信。

图3说明在将节点23添加到网络20的加入过程完成以后图2的无线网孔状拓扑网20。在图3中，无线链路27已经在加入节点23和工作节点24之间建立。无线链路29已经在加入节点23和工作节点21之间建立。加入节点23现在是网络20的工作节点。

图3说明一些与网络20的节点21、22、23、24有关的扇区202、204、206、208的各个子扇区。在所说明的实施例中，加入节点23选择也识别为子扇区(14)的扇区31与也描述为子扇区(6)的节点22的扇区46通信。此外，加入节点23选择相应于子扇区(6)的扇区39与也识别为节点24扇区13的节点24扇区47通信。

图4说明包括所说明实施例网络节点48、49、50、51的无线网孔状拓扑网40的备选实施例。在网络40中，节点48可以经无线链路54与节点51通信。同样，节点51经无线链路53与节点50通信，节点50经无线链路52与节点49通信。但是，节点48的扇区覆盖不与节点49的扇区覆盖或节点50的扇区覆盖重叠。同样，节点49的扇区覆盖不与节点48的扇区覆盖或节点51的扇区覆盖重叠。

在图4网络40的安排中，节点48、49、50、51的相互空间位置和扇区覆盖定向可用于安排或调整邀请过程，通过该邀请过程发射邀请分组由加入节点接收。在图4的特定实施例中，节点48不被节点49和50邀请。也就是说，节点48不接收节点49或50发射的邀请分组。同样，节点49可由节点50邀请加入网络40，但没有被节点48或节点51邀请。由于节点48和49的非重叠扇区，节点50和51可以在相同的时间和频率邀请它们。

优选地，工作和加入节点的物理位置以及工作和加入节点扇区覆盖的方向性在开始加入过程之前考虑。通过利用此信息，加入过程可以通过减少完成加入过程和将一个或多个新的加入节点添加到网络40所需的时间量和邀请传输量来优化。

图5是说明图2网络20的网络节点操作的流程图。图5所说明的方法可以作为将加入节点添加到已建立工作节点的网络的加入过程的一部分来执行。该方法在方框500开始。

在选择方框502，该网络节点接收关于网络中工作节点的位置和关于加入节点位置的信息。关于新节点拓扑位置的信息通过使用与加入节点或安装人员有关的GPS装置、通过计算机化地图或通过其它计算机输入的人工或自动装置为网络及其节点所知。此信息传送到该节点用于处理。

方框502和附图中用虚线示出的其它方框表示可以有选择地包括此方框。应当理解附图中所示的行为是示范性的，可以任何适当的方式删除、补充或重新调整。

在方框504，网络节点确定当前时间是否满足将邀请发射到加入节点的发射时间。发射邀请这样来安排，以使每次只有一个网络节点或一组网络节点朝向特定方向和在特定的频率信道发射。所有其它的节点具有时间帧，它包含邀请加上最大传播延迟的长度，在传播延迟中它们是寂静的并在收听。可能每次有一个以上的节点发射，如果在任何收听节点不可能彼此干扰的话。例如，在图4的实施例中，节点48和49可以在相同的时间和相同频率发射邀请。这是因为加入节点不可能同时处于节点48和49的覆盖区内。

在图5的可选择方框506，该网络节点选择一子扇区用于发射邀请。此行为特别适用于图3的实施例中，其中每个节点包括能够在较大扇区内较窄定义的子扇区发射和接收的高度定向天线。当覆盖角度或扇区细分为较小的扇区或子扇区时，则邀请每次在不同的子扇区以这种方式发送，即在整个预定时间量使用所有的扇区。例如，如果扇区的天线覆盖角度是120度，但是此角度细分为每个7.5度的16个子扇区，邀请分组通过一个扇区在排定的时间发送，因此在16次发射以后整个天线覆盖角度都已使用。可以执行根据加入节点大致位置的现有知识的不同扫描，同时减少加入时间。

此外，除了扇区以外，在方框506，可以选择或分配一频率用于发射邀请。当发射在多个频率信道都可能时，使用扇区和信道的多个组合。例如，在2个不同频率操作的网络中，节点的16扇区天线将利用频率和扇区的分配组合预定32次(2×16＝32次)的发射邀请分组。在此例中，如果邀请每100毫秒发送一次，这在3.2秒的持续时间内将覆盖所有可能的组合。

在方框508，邀请从该节点发射由加入节点接收。该邀请优选地具有加入节点期望和可识别的预定格式。发射可以具有任何适于执行这里所述加入过程的格式和内容。在方框510，在发送发射以后，网络的节点收听加入节点在收到邀请以后发射的响应或应答。收听在所说明的实施例中通过激活节点的接收机电路和利用网络节点的定向天线扫描一个或多个预定扇区或频率来实现。例如在简单的时分双工情况下，接收机调谐到所发射邀请的相同频率和相同的波束方向。

在方框512，节点确定它是否已收到应答。如果否，在方框514，选择下一个频率和天线波束或扇区用于发射另一个邀请。然后控制返回到方框504。如果在方框512收到应答，则在方框516加入过程继续。已建立的网络节点与加入节点交换信息，包括定义可用于与加入节点进行无线通信的其它相邻节点的位置的信息。

图6是说明加入节点加入图2无线网孔状网络20操作的流程图。图6说明用于实现加入节点被准许加入网络的加入过程的方法。

通常，根据所说明的实施例，网络中已经存在的每个工作节点在预先排定的时间发送分组。此分组称为邀请分组。当加入节点从它以前未连接的网络节点收到邀请，和它们都属于同一网络和有权在它们之间创建链路(“加入”)时，加入节点在预定延迟以后应答。此预定延迟作为邀请分组的一部分发射。邀请网络节点知道它需要在当时收听应答和传播延迟的不确定性。授权的应答或加入请求将开始要结束整个加入的过程。

该方法在方框600开始。在选择方框602，加入节点接收执行加入过程所使用的扫描信息。例如，扫描信息可以告知加入节点何时扫描、在什么频率扫描和在什么方向扫描。加入节点可以任何方便的方式，例如无线传输、有线通信或安装者的人工通信接收该扫描信息。

在方框604，加入节点选择扫描顺序。该扫描顺序可以定义特定的频率或方向扫描和扫描的相对顺序。扫描顺序选择可以响应于在方框602收到的扫描信息进行。在方框606，加入节点选择用于扫描邀请的定向天线的扇区。该扇区选择可以响应于在方框602收到的扫描信息进行。在方框610，加入节点选择扫描频率。该频率选择可以响应于在方框602收到的扫描信息进行。

在方框612，加入节点收听已发射邀请。该邀请具有加入节点期望的预定格式。收听通过激活加入节点的接收机电路和检测、解调和解码已接收发射来实现。

如果在方框614没有邀请收到和被识别，控制进行到方框616，在此确定用于加入节点的扫描时间是否已经过去。如果否，这控制返回到方框612来继续收听邀请。如果扫描时间已经过去，控制返回到方框604，在此确定新的扫描顺序。新的扫描顺序可以使用不同的方向、不同的频率或其它的变化来定位邀请发射。

如果在方框614，邀请收到并被识别，则控制进行到方框618。在方框618，收到邀请。在等待预定的延迟时间周期后，方框620，加入节点发射应答。应答可以具有任何适当的格式或内容。优选地，该应答最好具有一个或多个网络节点接收和识别的预定时刻和格式。

在所说明的实施例中，每个加入节点一次只在一个特定的频率收听一个扇区。加入节点将继续收听该扇区必要多的排定邀请发射，以保证邀请节点在所有可能允许的频带和所有可能的扇区发送邀请。在前一个例子中，邀请每100毫秒发送32次，该节点将在给定扇区等待并调谐在预定频带在3.3秒加上邀请分组的持续时间内接收信号。这是最差情形的时间用于在上述给定条件下接收邀请。

在备选实施例中，优选地颠倒邀请节点和收听节点的角色，以使邀请节点在一个扇区足够多次的发送邀请以便确保收听节点在所有可能的覆盖角度和频率信道搜索信号。该过程在预定的时间量内扫描所有允许的扇区和频率组合。

如果两个加入节点同时应答来自同一网络节点的同一邀请，这它们的传输会存在碰撞。当发生碰撞时，网络节点只检测到噪声，就像没有收到任何应答。通过使收听节点每次以不同的顺序和从相邻节点以不同的顺序扫描扇区或频带可以解决碰撞。这样，下一次在同一扇区从同一邀请网络节点具有邀请，已经碰撞的两个原始的加入节点不会同时或在同一频率看到邀请节点，减少或消除碰撞的可能性。

图7是说明图2无线网孔状拓扑网20的控制节点操作的流程图。如前所述，控制节点或网络计算机服务器可以包含在网络中来提供控制或监督功能。控制节点或计算机服务器可以通过无线或有线链路连接到一个或多个网络的工作节点。

上述完全自动的加入过程可以通过使控制节点或中央计算机服务器或其中一个节点只授权特定的网络节点、扇区和频率组合发出邀请来缩短。例如，在图2中，如果节点23是新安装的，则有可能不让节点22参与加入过程，如果已知节点23和22之间不可能存在连接的话。无连接可能是由于缺乏视线或由于节点22覆盖角度与节点23的覆盖角度不重叠。在这种情况下，减少可能的节点会减少它自动链接新加入节点与网络节点21和24所用的时间。

根据各种现有网络节点的位置和相对角度定向，本方法能够排列加入过程的优先级来缩短加入过程的持续时间。例如，根据已经用于在图3网络20中的现有网络节点之间通信的扇区，假设已经知道节点22大致的拓扑位置为止，网络计算节点24经扇区47可与节点23建立链路29。加入过程将排列系统的优先级以使下一次邀请在选定的节点、选定的扇区和预先选定的频率开始。加入节点通过将其接收机调谐到可能允许的频率来扫描扇区。这样可以最小化允许新的加入节点加入网络所需的时间。该方法开方框700开始。

在方框702，位置信息在控制节点或计算机化服务器接收。关于新节点拓扑位置的信息通过使用与加入节点或安装者有关的GPS装置、通过计算机化地图或通过其它计算输入的人工或自动装置为网络所知。该网络服务器可以根据地理数据库和网络拓扑选择一组可能的链路、限制只对可能的链路自动建立新链路和排列邀请的优先级，节省时间。一旦与新节点建立链路，这建立加入节点方位角定向的知识。此角度定向从例如得知图3中节点23扇区39和节点24扇区47之间的链路29的扇区数目推导出来。此信息用来产生更精确的位置估计来识别可以与加入节点最有可能建立的其它链路，例如图3中节点23扇区31和节点21扇区46之间的链路27。这进一步排列加入过程的优先级并最小化加入时间过程。

在方框704，根据已接收的位置信息，控制节点选择一个或多个工作节点作为邀请节点。如所述，此选择可用于最小化加入时间或优化任何其他参数来进行。在方框706，控制节点分配用于选定邀请节点天线波束的方向和频率。此选择可再次根据已接收的位置信息或任何其他优选标准来进行。在方框708，控制节点开始发射。在一个实施例中，这例如包括将波束方向和频率信息，以及定义发射何时应当开始的时间指示发射到选定节点。

在方框710，控制节点选择下一组邀请节点。一旦覆盖所有相关的组合，另一组节点变成邀请节点。下一组可以随机地选择、从中央计算机化服务器预先编程选择、或采用任何其它的技术，例如基于找到最有可能覆盖加入节点位置的最近网络节点的方法选择。这组邀请节点的成员优选地是预定的从而减少或最小化新加入节点同时位于一个以上网络节点覆盖角度的可能性。

在方框712，控制节点确定加入过程是否完成。这例如通过监视确定加入过程的网络节点之间的通信或通过从加入节点或另一个工作节点接收确认通信来实现。如果加入过程没有完成，则控制返回到方框704来选择节点作为邀请节点。如果加入过程结束，则该方法在方框714结束。

现在将通过多个实施的例子描述所公开的实施例。首先，在图3的无线网孔状拓扑网20中，节点21、22和24是通过虚线25、26和28表示的无线连接链接的网络节点。节点23是网络20新安装的节点，能够经与节点21的无线链路27和与节点24的链路29加入网络。每个节点21、22、24具有一个扇区，分别包括扇区202、204、208，表示用于无线通信并通过具有可以转换到每一个子扇区方向波束的扫描定向天线提供业务。如图3所示，与每个节点有关的子扇区通过顺时针方向编号来表示，从扇区(0)开始到扇区(15)结束。

在新节点23加入到网络之前，它用可能的一列网络操作频率{f1，f2，f3，f4}预编程。这种编程可以通过安装者或其它人员的无线或有线编程来实现。这列频率和其它的编程信息存储在加入节点23。

作为加入过程的一部分，节点21和24被命令寻找新节点23并与加入节点23建立无线链路。这些命令和相关的控制信息可以在与网络20有关的控制节点、计算机化服务器产生，或者可以利用网络20的通信节点21、22、24的其中之一产生。或者，该信息可以由安装加入节点23所涉及的安装人员提供。也可以使用其它来源的控制和定位信息。

在一个实施例中，关于新节点23的位置不知道任何信息，这要进行完整的扇区扫描以便定位节点23。在根据此例的备选实施例中，关于加入节点23大致位置的信息已知，邀请限于从和到节点21、24通信。

为了开始加入过程的通信，节点21和24通过扫描任何适当数目的特定扇区开始发送邀请分组。对于此例，节点21和24开始在总共16个可用子扇区的9个选定子扇区上发射。这9个选定子扇区优选地集中在加入节点23的预计方向。节点21被命令在频率f1扫描，节点24被命令在不同的频率f2扫描。节点21、24同时开始扫描，因为它们在不同的频率，因此不会引起对接收节点23的干扰。在另一个实施例中，两个节点21、24可以利用相同的频率扫描。利用不同的频率会减少在新节点23碰撞的机会。通过扫描，意味着节点21、24在与节点21、24有关的扇区202、208的预定子扇区上在预定时间和预定频率发射预定的邀请分组。

在上述的例子中，节点21将在扇区(2)到(10)发送邀请分组。它将从扇区(6)开始，因为此扇区在正确方向上被分配最高开始概率。然后通过扫描扇区(5)、(7)、(4)、(8)、(3)、(9)、(2)、(10)的顺序扫描较低概率的扇区。换句话说，节点21首先扫描最高概率的子扇区，子扇区(6)，其中最高概率的子扇区是根据网络收到的位置信息加入节点最高概率所处的方向。随后，连续扫描在最高概率扇区(6)第一侧并紧邻最高概率扇区(6)的第一扇区，扇区(5)和扫描在最高概率扇区(6)第二侧并紧邻最高概率扇区(6)的第二扇区，扇区(7)。扫描从最高概率扇区(6)以扇区为单位散开，扫描最高概率扇区(6)每一侧的一个扇区，然后跳到紧邻最高概率扇区(6)另一侧已经扫描扇区的扇区。

另一种可能的扫描是通过一次跳至少两个扇区，然后覆盖中间的扇区，例如首先扫描扇区(6)、(4)、(8)，然后扫描扇区(2)、(10)、(5)、(7)、(3)、(9)。换句话说，在此实施例中，节点21首先扫描最高概率子扇区，扇区(6)，其中最高概率子扇区是根据网络收到的位置信息加入节点最高概率所处的方向。随后，扫描在最高概率扇区(6)第一侧但不紧邻最高概率扇区(6)的第一扇区，扇区(4)。跳过紧邻扇区(6)的扇区，扇区(5)。在扫描扇区(4)以后，扫描在最高概率扇区(6)第二侧的第二扇区，扇区(8)。

第二种扫描顺序开始就覆盖更大的范围，因此会更快地准许加入节点。最后两种扫描都完全覆盖扇区中的每一个。第二种扫描过程可以实现更早的与加入节点的通信，即使它们处于相邻扇区的方向，经天线侧瓣接收信号。也就是说，因为天线扇区的边界不是突然定义的，在相邻扇区发射的能量可以在当前正在扫描的扇区接收。跳过与刚扫描扇区相邻的扇区利用此现象来减少定位加入节点所需的时间。在定位来自加入节点23的发射之后，节点21经相互的波瓣校准来精调与加入节点23的通信以实现最佳接收。利用相邻扇区建立通信可以通过使加入过程最初使用较低的调制比率和因此更高的系统增益来实现，以便克服潜在更高的链路衰减，即在不存在精确校准时在-3dB到-14dB之间。

在节点21以f1扫描期间，节点24还被命令用频率f2扫描，其最可能的方向是子扇区(13)。在一个实施例中，节点24将以下面的扇区顺序扫描：(13)、(11)、(15)、(9)、(12)、(14)、(10)。这覆盖了远离较高概率扇区(13)+/-4扇区或更少的所有扇区。该扫描从最高概率扇区开始，在最低概率扇区结束，根据起始扇区，在偶数扇区结束之后重复奇数扇区或相反。这里，奇数扇区是最高概率扇区一侧的第一、第三、第五等扇区。偶数扇区是最高概率扇区一侧的第二、第四、第六等扇区。其它的扫描格式也是可能的，而且当没有现有信息可用时扫描更大的范围或当可以获得精确的方向信息时扫描更小的范围都是可能的。

最初加入节点23没有连接到网络，如图2所示。它将自动利用第一频率f1在预定时间内收听子扇区(0)。这个预定时间优选地足以覆盖邀请节点在给定频率的至少一个完整的扫描。然后，它将利用频率f1收听扇区(2)。这里，该节点会再次跳过一个扇区，扫描不紧邻第一个扫描扇区的扇区。这是有利的，如果最初扫描的扇区因为天线侧瓣格式收到在相邻子扇区发射的邀请分组，可能的邀请信号检测，同时通过加入过程在更高的链路增益操作。

在子扇区(2)收听以后，加入节点23将跳到子扇区(4)并随后继续偶数子扇区。如果没有定位到邀请分组，则节点23收听奇数扇区。在一些实施例中，奇数扇区扫描可以利用第二频率f2。如果邀请在任何扇区都是以频率f1发射，则节点23有可能只利用偶数扇区就能检测到发射。然后节点23利用第三频率f3扫描奇数或偶数扇区，然后再利用第四频率f4扫描。然后节点23重复此循环，当前一次扫描在扫描偶数扇区的频率时在奇数扇区收听，或相反。此扫描过程继续直到收到加入网孔状网络的邀请。其它的扫描模式，例如从扇区(0)到(15)的依次扫描或从中央扇区(6)到使用偶数扇区然后奇数扇区的第一侧和第二侧也可由加入节点使用。

在一个例子中，第一个邀请由加入节点23在扇区5(图3)利用第二频率f2收到。该邀请由节点24在其扇区(24)而不是更精确的扇区(13)发送。注意在加入节点的接收扇区或在已建立网络节点的发射扇区需要与在无线链路另一端的节点正确校准。只有一个扇区是相邻扇区，如果确保成功的话。

在收到邀请分组以后，节点23停止扫描并停止寻找进一步的加入分组。节点23优化与节点24扇区(13)和扇区(6)的通信方向。节点23初始化和同步加入网络20所必须的所有过程，并被准许加入网络20。

信息由网络20收集，因此网络20知道节点21、23和24，和现有链路25、27、28、29可以维持最佳通信的扇区的大致位置。网络20计算它将在节点23和21之间得到最佳通信的正确扇区。因为节点23已经被准许加入网络并可以与网络通信，所以网络调整用于在加入节点23和网络另一个已建立节点(图3中未示出)之间建立下一条链路的时间和频率。

在此例中，节点21在频率f1发送邀请分组到节点23，扫描其扇区(6)、(5)、(7)。在邀请分组中，节点23被邀请在其扇区(14)、扇区(15)和扇区(13)以相同的频率收听加入分组。然后节点21将加入分组发射到其各自的扇区，在一个实施例中，重复总共三个发射的发射。可以应用其它数目的发射。或者，捕获也可以经侧瓣在加入节点23通过收听扇区(15)和(13)来实现。因为侧瓣的影响，通信的建立在3次尝试内是非常可能的。此后，网络节点21和加入节点23通过搜索最大的链路增益，并在节点21扇区(6)和节点23扇区(14)之间的校准结束来优化校准。

另一个例子是结合了搜索加入过程窄和宽的视野。这个例子并入了朝向加入节点的大致估计或已知方向的一个子组扇区的快速扫描和覆盖所有视野以接近预先不知道其位置的节点的慢速扫描。这种组合的窄宽视野搜索加入过程适合位置随机、不确定或最初的位置坐标不精确的加入节点。该过程还适合位置预先为网络工作节点已知的新的加入节点。

当一些加入节点一起响应邀请时，收到这些响应的网络节点无法解码此信号。结果导致没有响应送回到加入节点。在此例中，加入节点将启动指数后退(back off)过程来增加避免将来碰撞的可能性。指数后退算法在IEEE 802.3 MAC协议中用于解决碰撞。还可以参见A.S.Tanenbaum，计算机网络，第三版，Prentice-Hall，Upper SaddleRiver，NJ，1996。

根据该指数后退过程，如果加入节点没有从邀请网络节点收到对其邀请的响应(由于碰撞或其它原因)，则下一次加入节点收到邀请时，因为以前收到的邀请分组，它们只响应所到达邀请分组的一半。这降低了与其它同时加入分组碰撞和干扰的概率。一些随后收到的邀请分组将被忽略，一些响应的一个或多个节点可以随机或伪随机或以任何适当的方式选择以降低随后碰撞的概率。

在另一个例子中，为了加速加入过程，加入节点可以利用快速频谱行为映射来识别网络节点正在操作的频率信道。在此过程中，网络节点可以调谐到在工作频率信道收听邀请。该加入节点在不同的空间方向扫描频谱以便在预定的频率信道识别邀请网络节点的无线频率行为。然后该加入节点利用检测到的频谱行为识别朝向邀请网络节点的空间方向，然后调谐到预定方向上一个或多个预定频率信道来定位邀请节点发射的邀请分组。利用此技术，加入节点可以将在每个单独的方向所有可能的频率扫描的频率数目减少到它监视频谱行为的频率数目。在此过程中，加入节点并入能够同时激活天线所有扇区或任何一部分扇区的转换阵列天线。这种节点的一个例子在与本申请具有共同受让人的J.Berger等人的专利申请09/433,542，“用于无线数据分组的空间转换路由器(Spatially Switched Router for Wireless DataPackets)”中进行了详细描述。该节点可以转换单个或多个扇区以便在特定的频率信道检测频谱行为程度。

在一个实施例中，一个或多个已建立的网络节点产生用于被加入节点检测的频谱行为。该网络节点在预定的频率信道和在一个或多个预定空间方向发射无线频率行为信息脉冲串。该频谱行为由加入节点用于识别加入过程期间可使用的工作频率信道和空间扇区。该信息脉冲串可以比标准的邀请分组短得多，因为它只是设计用来识别行为。

在一个实施例中，如果特定扇区在所有搜索的频率信道都没有展示任何频谱行为，则它们在随后搜索期间被分配加入任何搜索的低优先级或者简单地跳过。扇区缺少频谱行为的一个原因可能是节点附近的环境。例如，节点的一个或多个扇区可能与阻隔的障碍校准，例如墙壁，这防止了与远程无线站的视线通信或与另一个网络节点的连接。利用频谱行为的指示，网络可以映射节点潜在可用于扇区的连接。对于将来加入过程邀请发射，网络可以避免在受阻的方向发送邀请。

全球定位系统(GPS)接收机可以与节点整体或在节点的外部用于识别节点的准确位置。假设最初网络节点在网络的位置允许网络同步节点相对于彼此和新加入节点的位置。在第一个节点位置提供给网络的情况下，新安装节点的位置可以通过用GPS装置确定位置来报告给网络。在新节点同一位置的GPS接收机提供表示新节点位置的数据。该数据传送给网络并被存储以后使用。

该网络将识别新节点的位置并命令附近的节点沿新位置的方向发射邀请分组。作为加入过程的一部分，选择加入节点和网络节点的扇区用于提供与加入节点位置最佳通信的最佳校准。一旦加入过程完成，获得最佳校准的相对扇区与网络通信。该网络可以相对于彼此和地图位置定向节点扇区。当安装下一个节点和其坐标报告给网络时，网络可以识别用于发送邀请的已经工作节点的精确扇区。这减少了邀请过程的时间和处理负荷。

如果新节点的位置不可用于网络，则网络可以在第一网络节点利用调谐扇区的近似方向和范围以及范围测量建立连接以后估计位置。该范围测量通过发送数据分组和测量响应时间直到返回分组到达来进行，从而校准任何内部延迟。

如此，网络可以映射相对的角度校准和网络节点相对于加入节点的范围。此信息可由加入节点用于适应附近网络节点将邀请分组发射到加入节点。这通过限制网络节点只搜索加入节点的大致方向来减少加入过程。

这里所述的加入过程还可用于具有多波束扫描天线的网络节点和具有单个波束天线的其它节点之间传送邀请。在这种情况下，单个波束节点可以机械校准到其他网络节点的方向，同时它在其单个扇区接收信号并为邀请分组扫描不同的频率。

从上文中，可以看出本实施例总体上提供了一种将加入节点添加到无线网，特别是无线网孔状网络的改进加入过程。网络节点具有可调整的波束天线并与其它附近的节点精确通信和自动校准加入节点。位置信息可用于加速该校准过程。位置信息可以由网络在加入过程之前接收以便初始定位加入节点。另外，位置信息可以从加入节点和网络节点之间的初始链路确定，以后用于完成与网络其它附近节点的链路。

虽然已经表示和描述了本发明的特定实施例，但可以做修改。因此相应的所附权利要求书将覆盖落入本发明真实精髓和范围的这种改变和修改。