CN102792346B - 用于传感器网络的发现及透明状态报告的方法和系统 - Google Patents

Abstract

用于监控网络中的无线节点设备的状态的系统和方法。网络控制器针对状态信息而轮询一个或多个传感器设备。传感器设备与至少一个无线节点设备通信。多于一个的传感器设备可以与单个无线节点设备关联。无线节点设备将其自身的状态信息附加于传感器设备的响应消息的传输帧，以及含有传感器设备和无线节点设备两者的地址和状态信息的传输帧被传输给网络控制器。无线节点设备的地址和状态信息的引入是在传感器设备不知道的情况下进行的。

Description

用于传感器网络的发现及透明状态报告的方法和系统

技术领域

本发明一般地涉及网络安全系统，并且更具体地涉及用于透明地评估和报告网络安全系统中的无线节点的状态的方法和系统。

背景技术

电子物品监测（“EAS”）系统被用来保护物品以免被非授权地移出保护区。此类系统典型地使用固定于受保护的物品的传感器来操作。传感器被布置使得传感器在被激活时按照可预料的方式来响应于询问信号，由此允许询问设备（例如，读取器）来确定活动的传感器是否处于询问区内。例如，可以将询问区建立于商店的出口附近，使得具有激活的传感器的物品在由读取器检测到时触发警报。

EAS系统合并有与网络中的每个传感器通信的网络控制器。这种在网络控制器和传感器之间的通信链路可以是有线的或无线的。经常地，在有线的环境内正常地操作的传感器可能需要在无线的环境中使用。所期望的是在设计或处理方面没有繁重的或高费用的改变的情况下使用这些传感器。传感器及它们的无线节点的功能可以合并到一个操作单元内。作为选择，传感器与网络中的无线节点通信。无线节点和传感器通信并管理无线功能。有利的是让网络控制器获悉网络内的无线节点的状态和总体的健康状况。但是，当前的系统需要传感器自己与无线节点连接以及确定与其接触的每个无线节点的相对的健康状况和状态并且往回报告给网络控制器。当无线节点与传感器连接或者被并入传感器之内时，传感器就担负起了监控并向网络控制器报告无线节点的健康状况及无线节点的功能的任务。

其它无线网络完全独立于基础的传感器操作来操作，并且直接向网络控制器报告它们的状态。这产生了两个系统，有线的（或无线的）EAS传感器系统和无线网络，从而从管理的角度来看导致总体效率低的系统。因而，现有的系统不是在两个独立的系统下低效率地操作，就是虽然协调地操作，但是将评估、管理以及无线节点的状态的报告直接置于传感器自身上。

因此，所需要的是用于在不用负担或（否则的话）改变EAS监测系统内的传感器设备的设计的情况下评估并向网络控制器报告无线节点的健康状况和状态的系统和方法。

发明内容

本发明有利地提供了在电子物品监测系统中用于给网络控制器提供无线节点设备的健康状况及状态的方法和系统。这通过由无线节点设备将它们的状态信息附加于被传输到网络控制器的传感器设备消息来完成。无线节点设备的状态信息在传感器不知道的情况下被附加于传感器设备的消息。因而，无线节点设备的健康状况和状态能够在该负担没有被设置于传感器设备自身上的情况下确定。

在本发明的一方面中，本发明提供了一种用于监控电子物品监测（“EAS”）系统中的无线节点设备的方法。该方法包括对至少一个传感器设备来轮询状态信息。该至少一个传感器设备与至少一个无线节点设备通信。该方法还包括从该至少一个无线节点设备处接收响应消息，其中该响应消息含有由该至少一个传感器设备生成的传感器状态信息以及由该至少一个无线节点设备附加于传感器状态信息的无线节点状态信息。该方法还包括从响应消息中提取无线节点的状态信息，其中该响应消息包括帧传输。

根据另一方面，本发明提供了用于在EAS系统中使用的无线节点设备。无线节点与至少一个传感器设备通信，在该传感器设备中无线节点设备具有无线传输器。接收器被布置用于接收来自该至少一个传感器设备的响应消息。处理器与接收器和无线传输器通信。处理器操作用于将无线节点设备的状态信息附加于从该至少一个传感器设备处接收到的响应消息。处理器将具有所附加的无线节点设备的状态信息的响应消息发送到无线传输器。

根据又一方面，本发明提供了一种用于在电子物品监测（“EAS”）系统中将无线节点设备状态信息从无线节点设备供应到网络控制器的方法。建立与至少一个传感器设备的通信。无线节点设备的状态信息被附加于由传感器设备接收到的响应消息。具有所附加的无线节点设备的状态信息的响应消息被传输到网络控制器。

附图说明

通过参考下面结合附图来考虑的详细描述，对本发明及其所伴随的优点和特征更全面的理解将是更容易理解的，在附图中：

图1是根据本发明的原理所构造的系统的框图；

图2是根据本发明的原理示出无线节点地址、传感器设备地址和网络控制器之间的关系的框图；

图3是合并了本发明的原理的无线帧传输的示例性帧结构的图形；

图4是根据本发明的原理所构造的示例性的无线节点地址和关联的传感器设备地址的表格；以及

图5是根据本发明的原理的由网络控制器执行的示例性过程的流程图。

具体实施方式

在详细地描述根据本发明的示例性实施例之前，应当指出，实施例主要在于与实现用于在通信网络中的无线节点设备的状态信息的透明报告的系统和方法相关的装置构件和处理步骤的结合。

因此，系统和方法的构件在附图中于合适的地方由常规的符号来表示，仅示出与本发明的实施例的理解有关的那些具体细节，以免本公开内容因对受益于本文的描述的本领域技术人员而言应当是显而易见的细节而混淆。

如同本文所使用的，例如“第一”和“第二”、“顶部”和“底部”等关系词可以单独地使用以将一个实体或元件与另一个实体或元件进行区分，而不一定要求或暗示在此类实体或元件之间的任何物理的或逻辑的关系或顺序。

本发明的一种实施例有利地提供了在EAS监测系统中用于透明地评估和报告无线网络节点的状态和健康状况的系统和方法。该系统允许网络控制器从传感器设备处获得状态信息，不需要控制器直接对网络内的任何无线节点寻址以及不需要重新设计传感器或者使其担负起报告无线节点的健康状况的额外责任。无线节点位于网络控制器和传感器设备的通信接口之间。无线节点将其状态信息附于响应于状态请求而从传感器设备传输到网络控制器的响应消息。这能够在不改变传感器设备的结构或设计的情况下完成。网络控制器从传感器设备的响应消息中提取出无线节点的状态信息。网络控制器构造出列示了每个无线访问节点的地址以及它们对应的传感器设备地址的表格。以这种方式，网络控制器能够通过使状态命令指向节点的地址或者通过处理每个无线节点将其附加于来自其对应的传感器设备的响应消息的状态信息来评估网络中的每个网络节点的健康状况。所附加的无线节点信息如此在传感器不知道的情况下处理，从而从传感器的角度提供透明的报告的系统和方法。

现在参照附图，在附图中相似的参考标记指示相似的元件，在图1中示出了用于电子物品监测（“EAS”）通信网络10的扩展的星形网络的网络拓扑的示意图。网络10包括一个或多个传感器设备12a-12e（示出了四个，共同称为“传感器设备12”）和本地设备管理器（“LDM”）或网络控制器14。传感器设备12可以包括任何类型的传感器，例如，温度传感器或EAS传感器。系统10可以包括用于管理网络10以及实现传输信息的轮询响应协议法的无线访问点16。无线访问点16可以与网络控制器14分离或者并入网络控制器14之内作为一个单元。一个或多个中继器（repeater）20被用来扩展无线访问点16的范围以及帮助消息在网络控制器14与传感器设备12之间的通信。通过中继器20（或范围扩展器）路由的消息按照为具有适当的领域和控制的特定网络10所建立的方法来路由。在基本的中继器20的情形中，由中继器20检测到的全部消息都被重放，没有改变消息的包帧（packetframe），以便扩展网络10的范围。在其它情形中，中继器的信息包含于路由表内，并且控制方法由中继器20来实现以减小RF传输。

无线节点设备18a、18b和18c（示出了三个，共同称为“无线节点设备18”）也包含于网络10内并且经由无线访问点16与某些传感器设备12以及网络控制器14电子通信。应当指出，网络10可以包括任何数量的无线访问点16、传感器设备12和无线节点设备18。每个无线节点设备18都可以包括电源、收发器、微控制器、外部存储器、传感器和模拟-数字转换器，连同其它硬件和软件一起使无线节点设备18能够与传感器设备12、无线访问点16及网络控制器14通信。

在EAS系统中，传感器设备12接收来自控制器14的轮询请求信号。在一种实施例中，传感器设备12是电子传输器/响应器。传感器设备12可以是便携式或移动式设备（例如，手持式设备）或者可以是在固定位置/固定安装的配置（例如，基座）内的设备，取决于所期望的应用。传感器设备12响应于所传输的或所通信的来自控制器14的轮询请求信号。传感器设备12（例如，EAS系统基座）可以在询问区内发射出无线电波，以询问询问区内的标签，该区域尺寸随着功率输出和所使用的频率而变化。传感器设备12可以确定所询问的标签的状态，并且将相应的数据传递到主计算机，以便作为对轮询请求信号的响应的一部分来处理。

传感器设备12可以经由有线网络连接或者无线地与网络控制器14通信。网络控制器14控制着信息的处理以及无线访问点16的操作。网络控制器14通过收集、评估及处理与网络10的健康状况和状态相关的信息来管理网络10。在无线网络的情形中，网络控制器14确定网络中的无线节点设备18的状态和健康状况。本发明按照对传感器设备12来说为透明的方式来将该信息提供给网络控制器14。

在一种实施例中，传感器设备12经由无线节点18与网络控制器14通信。传感器设备12与无线设备节点18在网络10内彼此通信。在一种实施例中，无线节点设备18e被嵌入或包含于与传感器设备12d相同的外壳之内。在另一种实施例中，多于一个的传感器设备（例如，12a和12b）与单个无线节点设备18a通信，如图1所示。本发明允许确定每个无线节点设备18的健康状况和状态并将其传输给网络控制器14而无需传感器设备12担负该任务。

本发明允许无线节点设备18通过将其设备地址和无线状态附加（例如，附着或嵌入）于来自与其通信的传感器设备12的消息响应来将其状态传送至网络控制器14。所附加的信息被传送到在无线访问点16的介质访问和控制层之外的处理层。因为所影响的通信是控制器14的上游，所以传感器设备12不知道另加的状态和信息正被附加于它们的消息响应。此外，无线节点设备18的地址可以与多于一个传感器设备地址的地址关联。该关系允许网络控制器14采集网络拓扑，在该网络拓扑中，多个传感器设备12可以与用于服务有线网络的一个无线节点设备18物理连接。通过这种方法，网络控制器14变为知道网络中的每个无线节点设备18的是否存在，并且获悉哪个传感器设备12与哪个无线节点设备18关联。这允许网络经由网络控制器14来“自行获知”网络的拓扑。

参照图1，传感器设备12a接收来自网络控制器14的状态请求。发送给网络控制器14的响应还包括与无线节点设备18a的健康状况和状态关联的状态信息。传感器设备12a和无线节点设备18a经由例如有线的RS-485标准连接来相互通信。传感器设备12接收来自网络控制器14的关于其当前状态的询问。作为响应，传感器设备12不仅可以提供有关其相对的健康状态的信息，而且还可以提供有关其它传感器数据的信息。例如，如果传感器设备12是基座，则该基座可以报告警报是否已经出现。如果传感器设备12是去激活器（deactivator），则它能够报告已经发生了多少次去激活。经常地，网络控制器14希望获得来自与传感器设备12a关联的无线节点设备的状态信息。无线节点设备18a将其地址和无线状态信息附加于由传感器设备12a发送出的响应消息。类似地，无线节点设备18a还能够将其地址和无线状态信息附加于由传感器设备12b发送出的响应消息。在另一个实例中，无线节点设备18e被嵌入传感器设备12d之内，并且将其无线地址和状态附加于从传感器设备12d到网络控制器14的响应消息内。如上所述，在所有情况下，每个传感器设备12都不知道另加的状态和地址信息正被附加于其消息。在网络控制器14和传感器设备12之间交换的消息能够直接地或者经由中继器20来传输。

图2是示出网络控制器14和无线访问点16如何经由以上所描述的双寻址法来接收来自一个或多个无线节点设备18的状态信息的示意图。如同以上所讨论的，无线节点设备18与一个或多个传感器设备12通信。无线节点设备18在到传感器设备12的传输中附加上包括其当前的状态和健康状况以及其无线节点地址的信息。如上所述，无线节点设备18的地址能够与多于一个的传感器设备地址的地址关联。无线节点设备通过解码由传感器设备12通过网络传输到网络控制器14的消息的命令字段而知道由传感器设备12传输到网络控制器14的状态信息。无线节点设备18附加上其状态信息并且在需要时更新传感器设备的帧传输中的其它字段。例如，传感器设备的帧的尺寸可能需要增大以容纳在所传输的帧内发送的所增添的信息。

在接收到传感器设备的传输时，网络控制器14建立无线节点设备地址和关联的传感器设备地址的表格。该表格允许网络控制器14通过使状态命令指向节点的地址或者通过提取和处理无线节点设备18附加于来自传感器设备12的响应消息的状态信息来直接评估无线节点的健康状况。

图3是示出从传感器设备12到网络控制器14的示例性无线帧传输中的字段的示例性帧结构22的示意图。例如，每个帧都可以包括前同步码（preamble）字段24、同步（SYNC）字段26、指示传输的长度的长度字段28及DSTADDR字段30，该DSTADDR字段30代表目的地址，即帧正发送到的无线访问点16或网络控制器14的地址。如同以上所讨论的，在由SRCADDR字段32代表的情况下，无线节点18将其地址附加于传输。字段34、36、38、40、42和44含有其状态信息正被查找的无线节点设备18的另加的信息。字段46和48含有正将响应消息发送到网络控制器14的传感器设备12的信息。

帧结构22包括含有由不同的通信层引入的信息的字段。例如，帧24-30可以在第一通信层（例如，CC1101）下传输，帧32-44在第二通信层（例如，SimplicitTI）下传输，并且帧46和48在第三通信层（例如，SmartNET）下传输。第三层将无线节点设备18的状态信息附加于帧22。nwkDevStatus字段44可以是总存在于帧传输内的固定字段，或者它可以是动态的，并且nwkCMD字段40确定nwkDevStatus字段44的存在性。网络控制器14或无线访问点16能够以许多方式来确定状态设备的响应消息是否含有来自无线节点设备18的状态。例如，在帧结构22中的端口字段可以指示用于处理消息的端口包括无线节点设备的状态字段处理。作为选择，字段40可以代表指示无线节点的状态消息何时附加于帧22的命令。

图4示出了由网络控制器14或无线访问点16在其处理当无线节点设备18将其信息附加于来自传感器设备12的响应消息时所获得的状态信息时产生的设备状态表50。网络控制器14产生并填充无线节点设备地址和关联的主传感器设备地址的表格。该表格50允许网络控制器14通过使状态命令指向节点的地址来直接评估无线节点设备18的健康状况。网络控制器14或无线访问点16维持节点的健康状况的表格，该表格能够与用于管理网络的路由表（链接路径）关联。无线访问点表格被用来引导无线网络节点设备18的操作。

图4所示的表格包括无线节点设备地址52及其相应的传感器设备地址54的列表。每个无线节点设备18和传感器设备12的状态也分别列示于列56和58内。为了填充表格50，网络控制器14轮询网络中的每个传感器设备12并等待响应。每个传感器设备12以包括其自身的地址和状态以及与所轮询的传感器设备12通信的每个无线节点设备18的地址和状态的消息来响应网络控制器14。

因而，参照图1中的网络拓扑图示以及图4的表格50，传感器设备12a和12b的地址被分别指派了传感器设备地址10和20。传感器设备12a和12b两者与单个无线节点设备18a关联，该无线节点设备18a被指派了无线节点地址（100）。因而，在图4中的表格示出了具有地址（150）和（250）的传感器设备与具有无线节点地址（100）的无线节点设备关联。从表中可以看出，与所列示的无线节点地址（100）关联的无线节点设备18a以及与传感器设备地址（150）和（200）关联的传感器设备12a和12b全都运行正常。另一方面，与传感器设备地址（450）关联的传感器设备以及与无线节点地址（200）关联的无线节点设备运行不正常。网络控制器14使用表格50通过使状态命令指向节点的地址或者指向无线节点设备18所关联的传感器设备12的地址来直接评估网络中的任何无线节点设备18的健康状况。

图5是示出为了评估网络内的无线节点设备18的健康状况和状态而由网络控制器14采取的步骤的流程图。网络控制器经由无线访问点16将状态询问传输到它希望从中获得状态信息的网络中的传感器设备12（步骤S60）。网络控制器14经由无线访问点16接收来自所轮询的传感器设备12的响应消息（步骤S62）。网络控制器14产生列出网络中的每个响应的传感器设备12、其对应的设备地址以及有关其状态的信息（即，信号强度、噪声级、运行/非运行状态等）的表格50（步骤S64）。如果，在步骤S65，网络控制器14确定传感器设备的响应包括无线节点设备的状态信息，则网络控制器14提取无线节点设备信息（步骤S66），并且更新表格50以使其包括包含无线节点设备18的地址的无线节点设备的状态信息（步骤S68）。在一种可替换的实施例中，无线访问点16确定传感器设备的响应包括无线节点设备的状态信息，提取无线节点设备信息并且更新表格50，该表格50或者能够由网络控制器14或者无线访问点16来维持。从而，或者网络控制器14或者无线访问点16能够执行这些功能并维持表格50。

一旦创建了表格50，网络控制器14就能够确定哪些传感器设备12具有关联的无线节点设备18。通过参照表格50，网络控制器14能够以两种方式来确定网络中的无线节点设备18的健康状况和状态。如果没有传感器设备12与无线节点设备18关联，或者没有从所轮询的传感器设备12中接收到的响应消息，则网络控制器14能够将状态请求直接指向关联的无线节点18的地址。如果存在与无线节点设备18的地址关联的传感器设备12的地址，则网络控制器14能够将状态请求指向传感器设备12并且在来自传感器设备12的响应消息的传输帧中接收所附加的无线节点设备的状态信息。网络控制器14提取所附加的信息，确定无线节点设备18的状态，并因此更新表格50。当无线节点设备的消息被附加于传感器设备的响应消息时，传感器设备12不知道所附加的信息，从而减少了在传感器设备12上的处理和存储的负担。

本发明提供了使网络控制器14能够通过将状态请求直接发送到无线节点设备18或者通过接收来自所轮询的传感器设备12的响应消息来与一个或多个无线节点设备18通信的系统和方法，其中传感器设备的响应消息包括来自与所轮询的传感器设备通信的无线节点设备18的地址和状态信息。无线节点设备18将其状态信息附加于来自传感器设备12的传感器设备传输帧，并且如果有必要，则更新传输帧中的其它字段。因而，在传感器设备12上没有用于从无线节点设备中找出状态信息的另加的处理或存储的负担。传感器设备12简单地响应于现在具有附着于帧传输的附加的状态和地址信息的网络控制器14。

本发明能够以硬件、软件或者硬件和软件的结合来实现。任何类型的计算系统或者适用于执行本文所描述的方法的其它装置都适合于执行本文所描述的功能。

硬件和软件的典型结合可以是具有一个或多个处理元件以及存储于存储介质上的计算机程序的计算机系统，该计算机程序在装载并执行时控制着计算机系统使得它执行本文所描述的方法。本发明还能够嵌入计算机程序产品内，该程序产品包括使本文所描述的方法能够实现的全部特征，并且在装载到计算机系统中时能够执行这些方法。存储介质指的是任何易失性的或非易失性的存储设备。

本文中的计算机程序或应用指的是意欲促使具有信息处理能力的系统直接地或者在下列处理中的任一种或两者之后执行特定的功能的一组指令以任何语言、代码或符号进行的任何表示：a）转换为另一种语言、代码或符号；b）以不同的材料形式复制。

另外，除非以上另有说明，否则应当指出，所有附图并非都是按比例的。重要地，本发明在不脱离本发明的精神或本质属性的情况下能够以其它具体的形式来实现，并因此，作为指示本发明的范围，应当参考权利要求书，而不是前面的说明书。

Claims (18)

1.一种用于监控电子物品监测(EAS)系统中的无线节点设备的方法，所述方法包括：

针对状态信息轮询至少一个传感器设备，所述至少一个传感器设备与至少一个无线节点设备通信，所述轮询被配置为引起所述至少一个传感器设备发送具有包含对应于第一通信层和与所述第一通信层不同的第三通信层的多个字段的传输帧结构的响应消息，所述响应消息包括由所述至少一个传感器设备产生的传感器状态信息；

接收修改的响应消息，所述修改的响应消息含有对应于与所述第一通信层和所述第三通信层不同的第二通信层嵌入所述响应消息的所述多个字段内的包含无线节点状态的附加信息；以及

从所述修改的响应消息中提取所述无线节点状态信息。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：以无线节点设备地址和与相应的无线节点设备关联的传感器设备地址来填充路由表。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述路由表包括每个传感器设备的当前状态以及每个关联的无线节点设备的当前状态。

4.根据权利要求2所述的方法，还包括：通过使状态命令直接指向所述无线节点设备来评估无线节点设备的状态。

5.根据权利要求2所述的方法，其中无线节点设备的地址与多于一个的传感器设备的地址关联。

6.一种在电子物品监测(EAS)系统中的无线节点设备，所述无线节点与至少一个传感器设备通信，所述无线节点设备包括：

无线传输器；

布置为接收来自所述至少一个传感器设备的响应消息的接收器，所述响应消息具有包含对应于第一通信层和与所述第一通信层不同的第三通信层的多个字段的传输帧结构；以及

与所述接收器和所述无线传输器通信的处理器，所述处理器操作用于：

将对应于与所述第一通信层和所述第三通信层不同的第二通信层包含无线节点设备状态的附加信息嵌入所述响应消息的所述多个字段内；以及

将具有所嵌入的无线节点设备状态信息的所述响应消息发送到所述无线传输器。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述处理器确定状态响应消息何时由所述至少一个传感器设备来传输。

8.根据权利要求6所述的设备，其中所述处理器通过对所述响应消息的命令字段进行解码来确定状态响应消息何时由所述至少一个传感器设备来传输。

9.根据权利要求6所述的设备，其中具有嵌入的无线节点设备状态信息的所述响应消息包括从所述至少一个传感器设备接收的所述响应消息的所述传输帧结构，所述多个字段被配置为含有由所述EAS系统的不同通信层引入的信息。

10.根据权利要求6所述的设备，其中所述接收器还接收来自网络控制器的状态询问。

11.一种用于在电子物品监测(EAS)系统中将来自无线节点设备的无线节点设备状态信息供应给网络控制器的方法，所述方法包括：

建立与至少一个传感器设备的通信；

接收来自所述传感器设备的响应消息，所述响应消息具有包含对应于第一通信层和与所述第一通信层不同的第三通信层的多个字段的传输帧结构；

将对应于与所述第一通信层和所述第三通信层不同的第二通信层包含无线节点设备状态的附加信息嵌入从所述传感器设备接收的所述响应消息的所述传输帧结构的所述多个字段内；以及

将具有所嵌入的无线节点设备状态信息的所述响应消息传输到所述网络控制器。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：确定所述至少一个传感器设备何时传输所述响应消息。

13.根据权利要求12所述的方法，其中确定所述至少一个传感器设备何时传输所述响应消息包括：对所述响应消息的命令字段进行解码。

14.根据权利要求11所述的方法，其中从所述传感器设备接收的所述响应消息的所述传输帧结构包括前同步码，所述前同步码在无线节点设备状态信息的嵌入之后保持不被修改。

15.根据权利要求11所述的方法，其中在所述传输帧结构内嵌入无线节点设备状态信息包括：增大所述传输帧的尺寸。

16.根据权利要求11所述的方法，其中所述无线节点设备和所述至少一个传感器设备被容纳于单个单元内。

17.根据权利要求11所述的方法，其中所述无线节点设备状态信息包括所述无线节点设备的地址。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述无线节点设备的地址与多于一个的传感器设备的地址关联。