CN105308993B - 用于配置节点的方法和因此配置的节点 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线节点和操作无线节点的方法，其中无线节点包括布置用于与至少一个另外的无线节点进行无线通信以便确定无线节点的能力并创建网络的控制器，其中网络的特性取决于所确定的无线节点的能力。
Description
技术领域
本发明涉及调试节点和创建网络的方法的领域，并且涉及这样的节点。本发明例如与无线传感器网络相关，并且特别地与其中存在多个不同协议的家庭自动化网络相关。
背景技术
家庭自动化利用无线网络。在过去几年中，已经提出且正在使用众多类型的网络。作为示例，ZigBee是低成本、低功率、无线网状网络标准。低成本允许该技术广泛地部署在无线控制和监视应用中。低功率使用允许在较小电池的情况下的较长寿命。ZigBee基于IEEE 802.15.4标准。尽管是低功率的，但是ZigBee设备通常通过借由中间设备传递数据以到达更远的设备来在较长距离之上传送数据，从而创建网状网络；即能够到达所有联网设备的没有高功率传送器/接收器的网络。这样的无线自组织网络的分散化性质使其适合于其中不能依靠中心节点的应用。
为了使应用进行通信，它们的组成设备必须使用公共应用协议（消息的类型、格式等）。这些约定集合被分组在所谓简档中。另外，绑定是通过匹配输入和输出集群标识符来决定的，输入和输出集群标识符在给定简档的情境内是唯一的并且与设备中的传入或传出数据流相关联。绑定表包含源和目的地对。ZigBee可用作两个特征集合，ZigBee PRO和ZigBee，并且它们限定ZigBee网状网络如何操作。ZigBee PRO，最广泛的使用的规范，针对低功率消耗而被优化并且支持具有数千个设备的大型网络。ZigBee PRO提出可以在相同区域中共存的若干简档。然而，目前，存在一些不兼容性，其阻碍来自不同简档的节点形成单个网络。
ZigBee家庭自动化（ZHA）是帮助创建针对消费者增强舒适性、便利性、安全性和能量管理的更智能的家庭的工业全球标准。另外，ZigBee光链路（ZLL）给予照明工业用于可互操作且非常易于使用的消费者照明和控制产品的全球标准。它允许消费者经由定时器、遥控和开关而获得对所有它们的LED灯具、灯泡的无线控制。典型的情况由ZHA简档和ZLL简档设备表示。这里的主要差距由所牵涉的简档的不同性质表示。即，ZHA在中心协调器周围构建，而ZLL设备可以在利用接触链接（Touchlink）机制以添加组件并且管理照明网络的分布式网络中操作。
配置设备和网络以实现特定安装的需要的任务被称为调试。在其最宽泛的含义中，调试涵盖宽范围的任务，包括无线电和物理环境的调查、设备的放置、参数的配置、应用绑定、网络和设备参数的优化以及正确操作的测试和验证。通常，需要考虑非技术问题和半技术问题，包括安装者的技能和工作流实践、设备的标识和可接入性的简易性以及与其它无线或有线系统的可互操作性和共存性。虽然针对调试的考虑通常聚焦于安装者，但是在开发和测试以及现场试验期间容易地配置和调试ZigBee系统的能力也可以显著地加速开发和产品到市场的交付。而且，调试的简易性对于自己动手的消费者市场也是重要的。
调试过程牵涉一定数量的步骤，即找到和加入或创建网络、建立安全关联、发现（多个）设备和（多个）服务以及建立控制关系（在ZigBee中被称为找到和绑定）。
在ZigBee联盟内典型地讨论三种不同的调试模式。第一，A模式（自动模式），其涉及设备的自动调试。A模式一般允许最小的（或没有）人类干预。第二，E模式（简易模式），其涉及设备上的按钮或其它物理机构的使用以在调试期间引导设备。E模式允许较简单的最终用户或专业安装者调试。它通常以小型安装（尺寸：典型的家庭）为目标。第三，S模式（系统模式），其涉及外部工具的使用并且典型地由专家级安装者使用。S模式表示调试的最复杂的形式并且包括人类干预的最高水平。它通常以诸如商业处所和高端住宅环境之类的较大安装为目标。另外，S模式是集中式调试，其是使（中心）设备执行或控制或影响其它设备的调试的手段。这种类型的调试也被称为网关调试或工具调试。中心设备可以是典型地连接到图形用户接口的网关、家庭控制器或调试工具。它能够配置网络中其它设备上的绑定和报告。为了执行集中式调试，功能不取决于作为ZigBee协调器的设备。事实上，它也可以是ZigBee路由器。具有该功能性的ZHA网络中的该设备被定义为调试引导器（CD）。
用于ZHA简档的当前规范限定两个不同的主调试模式，即EZ模式调试（例如推动按钮调试）和集中式调试（例如亦称为网关、工具或S模式调试），其中EZ模式和集中式调试是互补的并且完全兼容。
图1和2示出表示用于节点的调试的常规方式的流程图。EZ模式调试特别地由如图1中所示的网络操纵过程表征。
根据图1，EZ模式网络操纵在步骤S101处例如由用户动作调用。然后，在步骤S102处，检查节点是否连接到网络或者在网络中操作。如果是这样，在步骤S103处检查是否启用准许加入方法。这由用于确定是否允许设备加入设备的准许加入标志指示。如果启用准许加入，在步骤S104处发起准许加入广播子例程，以便还指令其它设备允许加入。此后，在步骤S105处发起准许加入设置子例程，其以准许加入超时为结束，直到该过程在步骤S108处结束。如果在步骤S102处确定节点未连接到网络或者未在网络中操作，发起扫描和加入过程并且在步骤S106处检查该过程是否成功。如果是这样，过程跳到步骤S104并且发起准许加入过程，以允许另外的设备加入，包括在新加入的设备处。如果在步骤S106处确定扫描和加入过程失败，发起可选网络形成过程并且在步骤S107处可选地检查网络形成过程是否成功。如果是这样，过程跳到步骤S105并且发起准许加入设置子例程，以允许另外的设备加入该新形成的网络。如果在步骤S107处确定网络形成过程失败，过程在步骤S108处结束。当前EZ模式过程的缺点在于，没有精确地指示在哪些条件下可以发生步骤S107的网络形成，以及结果到底应当是什么。这将造成网络中的不一致的行为，以及非互操作性。由于该过程是可选的，它可能（在某些场景中）导致根本没有网络形成。
同样，ZLL简档规范（如docs-zll-zigbee-light-link-zll-profile-specification，ZigBee文档编号11-0037中所公开的）提供作为优选调试机制的接触链接调试。ZLL系统受益于简化的安装方法以便迎合消费者市场。该方法被称为接触链接并且最小化用户参与，允许现成的产品由消费者快速且容易地安装。接触链接去除对于网络形成和加入过程中的ZigBee协调器的需要。该方法使用在节点上运行的特殊的调试应用（基于ZLL调试集群）。发起网络形成/加入操作的节点被称为“发起器”——该节点将通常是远程控制单元，但是可以是另一节点，例如开关、传感器或甚至灯。接触链接简单地要求使发起器节点靠近要包括在网络中的节点并且开始调试（例如通过按压按钮）。被发起器接触以执行网络形成或加入操作的节点被称为“目标”。
图2示出概述了在接触链接过程中由ZLL发起器（ZLL-I）和ZLL目标（ZLL-T）执行的步骤的信令图，如ZLL规范（ZigBee文档11-0037-10）中所描述的那样。
在可选用户干预或其它触发时，过程在步骤201处开始。在步骤202处，发起器在每一个主要ZLL信道（11、15、20、25）上广播扫描请求PAN间命令帧并且在步骤202a处在切换到下一信道之前等待预定的持续时间以接收任何应答。发起器在第一主要ZLL信道（即信道11）上广播前五个连续的扫描请求PAN间命令帧，并且然后依次在每一个剩余的主要ZLL信道（即分别为信道15、20和25）上广播单个扫描请求PAN间命令帧。在每一个传送之后，将等待aplcScanTimeBaseDuration秒以接收任何响应。当接收到扫描请求时，目标设备在步骤203处检查所接收到的扫描请求的RSSI是否在某个预定义的阈值以上。如果是这样，目标设备在步骤204处单播扫描响应。
发起器可以通过在步骤205处单播设备信息请求来请求关于目标的附加子设备的信息。当接收到该请求时，该目标在步骤206处以设备信息响应回复。
可选地，例如为了让用户在所找到的多个设备之中进行选择，发起器可以在步骤207处生成和向目标设备传送标识请求PAN间命令帧，其中标识时间字段被设置成预定义的持续时间。当接收到标识请求时，目标以应用特定的方式标识自身，但是不生成任何响应。在步骤208处，发起器可以向目标传送标识请求停止。
过程中的另外的动作取决于步骤209处的检查，其中验证发起器是否是新出厂设备。
如果发起器是新出厂的，在步骤210处，它向所选目标发送网络开始请求PAN间命令帧，并且在步骤210a处，它启动具有预定持续时间的接收窗口以允许目标设备发送响应。在接收到网络启动请求时，目标在步骤211处决定是否允许自身启动新网络。如果目标决定启动新网络，在步骤212处它向发起器传送回具有指示成功的状态的网络启动响应PAN间命令帧。当在时间窗口内接收到网络启动响应时，发起器在步骤213处启动新的时间窗口，其具有预确定的持续时间（aplcMinStartupDelayTime），以允许目标创建新网络。在步骤214处，确定目标是否是新出厂的设备。如果不是，在步骤216处，目标在其旧网络上执行离开请求并且将新网络参数拷贝到其网络信息库并开始在新的网络上操作。如果在步骤213处启动的时间窗口消逝，发起器在步骤215处借助于重加入过程加入新网络。
如果在步骤209处确定发起器是非新出厂的设备，过程在步骤218处继续，其中发起器取决于目标的设备类型而向目标传送网络加入路由器请求PAN间命令帧或网络加入结束设备请求PAN间命令帧，并且在步骤218a处，使得其接收器能够在预定的持续时间内等待目标响应。如果目标决定加入网络，在步骤219处，它在步骤220处向发起器传送回网络加入路由器/结束设备响应PAN间命令帧。在步骤223处，发起器等待预定的持续时间（例如aplcMinStartupDelayTime）以允许目标设备开始在新网络中正确地操作。在步骤221处，检查目标设备是否是新出厂的。如果目标设备不是新出厂的，它在步骤222处在其旧网络上执行离开请求，并且在步骤224处加入新网络。
另外，为了允许ZLL设备加入非ZLL网络，ZLL设备还必须支持经典调试过程，其与接触链接模态互补。
尽管这些过程当前在属于相同公用（应用简档的设备之中被支持和共享，但是它们不提供能够允许不同简档的设备之间的互操作性的机制的公共集合。
另外，在新出厂设备的情况下，涉及网络创建的步骤呈现出对于二者的相关差距。在ZigBee规范中限定的形成和加入不允许尚未操作在网络上的两个设备的通信。因此，ZLL过程依靠发起器，其确保经由基于PAN间命令的网络起始，而ZHA设备依靠在ZLL网络拓扑中缺失的中心协调器的存在。出于这些原因，当前调试过程不适用于其中ZLL路由器要连接到ZHA端设备或ZHA路由器要连接到ZLL端设备的任何情境中，特别是在缺失或没有任何其它设备（例如：旨在控制ZLL灯泡的ZHA开关，或旨在控制ZHA灯泡的ZLL开关）的情况下。
特别地，两个主要问题是：用于网络创建的一个且仅一个协调器的必要存在，其限制用于ZHA设备的当前调试机制；以及ZLL路由器设备没有在没有经由接触链接过程提供初始设置参数（即PAN ID、EPID、操作信道、网络安全密钥、网络地址等）的发起器的情况下创始网络的能力。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于操作能够填补不同简档之间的差距并且从而防止调试过程的死锁的无线节点的方法和装置。
本发明的另一目的是通过增加无线节点的互操作性来简化用于无线节点的调试方法。
这些目的通过如权利要求1中所要求保护的装置、通过如权利要求3中所要求保护的方法且通过如权利要求15中所要求保护的计算机程序产品来实现。
因此，提出通过用于与至少一个另外的无线节点无线通信的控制器来操作无线节点，其中使无线节点的能力可用或者其中无线节点的能力和状态中的至少一个对控制器已知并且控制器布置成创建网络，其中网络的特性取决于所确定的无线节点的能力或状态。这种所提出的调试机制意在克服不呈现用于属于不同公用ZigBee PRO简档的设备的公共调试过程的当前ZigBee规范的差距。特别地，所提出的机制解决在当前调试规范中未被设想到的多种使用情况场景（即控制ZHA设备的ZLL设备、控制ZLL设备的ZHA设备、在附近之外的ZLL设备的调试）。
更具体地，所提出的调试机制聚焦于针对第一调试步骤（即网络创建）的现有问题。
因此，节点可以被配置成创建网络，其将充当用于使其它节点启动网络的锚（anchor）。事实上，可以不存在当形成网络时节点（例如协调器）必须做出的外部动作或信令。因此动作仅可以为内部动作，诸如选择网络参数、通过网络形成请求设置和启用它们以及接收成功确认。因此，从外部观点来看，形成网络的动作可以完全是静默的。然而，网络配置的设备正在倾听并准备对其它设备的加入请求做出响应。
这准许解决最初描述的“找到和创建网络”的问题。实际上，路由器设备具有创建临时分布式网络的能力并且可以主动这样做，而不必存在发起器或协调器。
结果是调试过程的灵活框架，其能够覆盖在当前规范中已经分析的使用情况和其中要求分布式（ZLL）和集中式（ZHA）网络的兼容性的更复杂的情境。
根据第一方面，控制器可以进一步适于确定无线节点是否被配置成能够形成网络，并且在确定无线节点被配置为路由器设备的情况下创建分布式网络。
根据第二方面，控制器可以适于检测特定种类的至少一个另外的节点是否处于无线节点附近并且当在无线节点附近没有检测到特定种类的另外的节点的情况下创建网络。在示例中，特定种类的至少一个另外的节点可以是协调器节点或发起器节点。因此，可以使所创建的网络的种类取决于在无线节点附近的其它节点的能力。
根据可以与以上第一方面组合的第三方面，可以搜索合适的网络，并且如果没有找到合适的网络或者仅找到预定类型的网络，无线节点的能力可以由控制器确定，其中合适的网络或预定类型的网络中的网络是具有以下特性中的至少一个的网络：在由加入设备支持的信道之一上操作、允许加入、能够添加特定类型的设备、支持特定网络简档、表示特定网络类型（例如集中式、分布式、临时）或包含特定设备类型。这提供以下优点：所提出的调试过程仅在仅检测到特定类型的网络或者没有检测到网络的情况下开始。在示例性实现方式中，如果设备自形成临时网络，则当再次执行调试时，它可以加入另一网络，或者如果在具有多于一个设备的临时网络上执行接触链接，新出厂的发起器可以被指令加入临时网络而不是形成新的网络。根据可以与以上第一或第二方面组合的第四方面，所创建网络的特性可以使得网络具有分布式拓扑，如果控制器确定无线节点具有分布式网络形成能力的话。再次，网络创建针对无线节点的能力而被调适。
根据可以与以上第一至第四方面中的任一个组合的第五方面，控制器可以进一步适于确定无线节点是否具有网络形成能力和是什么种类，以检测特定种类的至少一个另外的节点是否在无线节点附近，并且在确定无线节点是路由器设备情况下并且在无线节点附近没有检测到特定种类的另外的节点的情况下创建分布式网络，或者在确定无线节点具有协调器能力的情况下并且在无线节点附近没有检测到特定种类的另外的节点的情况下创建集中式网络。
根据可以与以上第一至第五方面中的任一个组合的第六方面，控制器可以搜索合适的网络，确定无线节点的能力，并且取决于所确定的无线节点的能力而创建网络，其中合适的网络是具有以下特性中的至少一个的网络：在加入设备支持的信道之一上操作、允许加入、能够添加特定类型的设备、支持特定网络简档、表示特定网络类型（例如集中式、分布式、临时）或包含特定设备类型。初始搜索步骤确保首先检查网络是否已经可用。
根据可以与以上第一至第六方面中的任一个组合的第七方面，如果在搜索步骤处没有找到可用网络则可以实施网络创建。由此，可以将网络创建限制到其中还没有网络可用的情况。
根据可以与以上第一至第七方面中的任一个组合的第八方面，能力可以包括以下中的至少一个：路由器、协调器、信任中心角色、网络管理器角色、网关角色、集中器角色、集中式网络创建、集中式网络加入、分布式网络创建和/或加入、临时网络创建和/或加入、目标和/或发起器角色中的EZ模式、目标角色中的接触链接和发起器角色中的接触链接。这确保无线节点适于能够创建至少一种类型的网络。
要指出的是，装置可以基于具有分立硬件组件的分立硬件电路、集成芯片或芯片模块布置或者基于由存储在存储器中、写入在计算机可读介质上或者从诸如因特网之类的网络下载的软件例程或程序控制的信号处理设备或芯片而实现。
应当理解的是，权利要求1的装置、权利要求3的方法以及权利要求15的计算机程序具有类似和/或等同的优选实施例，特别地，如从属权利要求中所限定的那样。
应当理解的是，本发明的优选实施例还可以是从属权利要求或以上实施例与相应独立权利要求的任何组合。
本发明的这些和其它方面根据以下描述的实施例将是明显的并且将参照以下描述的实施例进行阐述。
附图说明
在以下附图中：
图1和2示出表示调试节点的常规方法的流程图；
图3示出针对节点的通电情况的本发明的第一实施例的流程图；
图4示出针对搜索网络的目标路由器的情况的本发明的第二实施例的流程图；
图5示出针对搜索网络的发起器节点的情况的本发明的第三实施例的流程图；以及
图6示出根据第四实施例的其中可以实现实施例的网络架构的框图。
具体实施方式
现在基于调试无线传感器网络或家庭自动化网络来描述本发明的实施例。特别地，以下引入和解释的示例基于ZigBee无线网络。这样的网络可以涉及家庭自动化网络，其中若干简档可以共存并且需要交互。例如，ZigBee光链路和ZigBee家庭自动化节点可能需要一起操作，特别是在网络的形成处。要指出的是ZigBee网络在此被用作示例并且本发明可以应用于针对家庭和建筑物自动化或感测或监视的另外种类的无线网络。
在继续进行实施例及其相应调试过程的描述之前，呈现和解释将在用于ZigBee系统的网络起始阶段中发挥根本作用的变量。以下表格概述了这样的变量或参数，首先列出每一个参数的通用名称且然后是其在ZigBee系统中的实现，包括其可以采取的值的范围（以十六进制表示）及其在新出厂设备中的默认值（以十六进制表示）。在以下的第一表格中，列出已经由ZigBee规范定义的参数。
现在简要地解释以上参数的功能：
·网络地址（NA）字段的长度为16位并且应当包含分配给无线节点/控制器的短网络地址。
·个域网（PAN）标识符字段（PID）的长度为16位并且应当包含PAN的标识符。
·扩展PAN标识符（EPID）字段的长度为64位并且应当包含网络的扩展PAN标识符。
·逻辑信道字段（LC）（称为“phyCurrentChannel”）的长度为8位并且应当包含要用于网络的无线电信道。
·网络更新标识符（NUI）字段应当包含标识该节点利用其进行操作的网络设置的快照（snapshot）的值。
·安全网络密钥（SNK）集合包含网络建钥材料，其应当对调试应用而言是可访问的。
·密钥标识符（SNKID）包含安全网络密钥集合中的活跃网络密钥的序列号。
·支持协调器（CC）字段是布尔标志并且应当通知能够在网络中发挥协调器作用的设备的能力（即创建新网络的可能性，可选地/包括充当信任中心点）。如果CC标志被设置为真，设备能够作为协调器。如果CC标志被设置为假，设备可以是ZigBee路由器或ZigBee端设备类型。该标志被命名为“nwkcCoordinatorCapable”，作为网络信息库（NIB）常量存在于当前ZigBee规范中。第二标志（被命名为“apsDesignatedCoordinator”）作为APS信息库（AIB）常量存在于当前ZigBee规范中，并且其指定当启动时设备是否应当成为ZigBee协调器。节点描述符的MAC（媒体访问控制）能力标志字段的可替换PAN协调器标志被当前ZigBee规范（ZigBee文档053474r20）设置成“0b0”。
·逻辑设备类型（LDT）字段的长度为8位并且指定设备类型，例如如果设备为ZigBee路由器、ZigBee协调器或ZigBee端设备。它实现为节点描述符的逻辑类型字段。
·准许持续时间（PD）字段的长度为8位并且指定将启用准许加入标志的最大秒数。
在以下的第二表格中，包括由至少一个以下实施例引入或修改的参数。参数（例如数据类型布尔）的实现仅仅是示例性的；相同效果可以通过使用其它数据类型（例如8位枚举）来实现，并且可以合并附加的条件。而且，参数可以合并成例如位字段或枚举，如果要求的话。
那些值中的若干个可以隐含地存储，即从其它网络配置参数的值和/或存储在节点中的信息导出。例如，编码在以下的TEMP字段中的状态可以通过检查NWK子代和邻居表二者的状态和由ZLL TL机构使用无论什么应用层结构（如果有的话）来导出；并且如果所有那些表为空，断定网络处于状态TEMP_HOOK中。在另一示例中，如果TC地址被设置成“0xff.ff”和/或设置其它网络参数具有非默认值，但是配置状态保持FN（例如AIN=假），则确定临时网络。
现在简要地解释以上参数的功能：
·网络中活跃（AIN）字段是布尔标志并且应当指定设备是否具有对网络的活跃参与。如果AIN标志被设置为真，设备意在处于其正常操作状态并且连接到网络。如果AIN标志被设置为假，设备不是操作网络的部分，即不加入或形成任何网络。
·支持接触链接（TLS）字段是布尔标志，其通知设备是否具有执行接触链接的能力（即发送/接收INTER-PAN帧）。该变量不存在于当前ZigBee规范中。
·接触链接成功（TS）字段是布尔标志，其通知接触链接过程是否成功。该变量具有作为默认值的“假”并且其将在已经执行接触链接过程之后采取正确的值。该变量在用于知晓过程是否通过接触链接或通过与网络的关联而成功的稍后阶段中是相关的。该标志不存在于当前ZigBee规范中。
·临时网络形成（TEMP）字段是通知是永久（例如在明确用户动作上）还是临时（例如当扫描未检测到任何其它网络或设备时）形成网络的枚举。它可以具有例如以下值：NO_NETWORK：没有形成网络；TEMP_HOOK：建立自形成的网络，没有加入其它设备；TEMP_TEMP：建立自形成的网络，成功地加入至少一个其它设备；PERM_NETWORK：形成永久网络。
为了便于描述，取决于设备的状态和能力，设备应当执行的调试步骤在三个场景中多样化，三个场景由本发明的相应第一至第三实施例覆盖：
·由新出厂的设备执行的调试；
·由目标（例如路由器）执行的调试；
·由发起器执行的调试。
结合以下实施例，发起器被理解成触发或开始对目标节点的第一访问的无线节点。发起器能够生成被发送以使其它设备（例如目标节点）加入网络的帧。
以下调试过程的每一个动作取决于以上列出的字段和标志中的至少一个采取的值。第一至第三实施例的以下流程图限定由设备执行的步骤的逻辑序列。
图3示出针对尚未在网络中操作的节点的情况的本发明的第一实施例的流程图。
图3的过程指示当触发时（例如当新出厂的设备被首次通电时）或当以其它方式指令设备执行调试时（例如通过用户动作，诸如例如按钮推动、通过定时器或在另一内部触发器上、当接收到特定消息时或在其状态已经重置到新出厂条件之后）设备（协调器、路由器、端设备）执行的调试步骤。随后，根据设备的能力触发不同的动作。
在过程在步骤S300处开始之后，检查设备的状态。首先，在步骤S301处检查（例如基于以上AIN标志）设备是否处于新出厂状态。如果它是新出厂的（AIN标志设置成“假”），其继续步骤S304。
如果在步骤S301处确定设备不是新出厂的（例如AIN标志设置成“真”），则在一个实施例中，在步骤S302处，检查TEMP参数的值。在一个实现方式中，如果TEMP参数设置成“TEMP_HOOK”（TH），设备应当，并且如果TEMP参数设置成“TEMP_NETWORK”（TN），设备可以仍旧继续进行步骤S304，而同时允许加入（步骤S303）。如果TEMP参数设置成“PERM_NETWOKR”（PN），其直接跳到步骤S314。在另一实现方式中，如果TEMP参数设置成“TEMP_NETWORK”或“PERM_NETWORK”，其应当进行到S315以用于实现标识和允许已经加入网络的设备的找到和绑定。在第一实施例的修改中，其可以继续进行参照图5描述的过程。在另一修改中，过程总是进行到步骤S314以用于实现可能的另外设备的加入。在又一修改中，过程总是进行到步骤S315以用于实现设备的找到和绑定。
在步骤S304处，检查（例如基于以上的逻辑设备类型字段）设备是否是端设备。如果是这样，过程跳到步骤S316，其中如在第一实施例中指定的过程结束。因此，当该类型的设备通电时，不要求它执行根据第一实施例的任何步骤。基于其应用需要，其可以执行其它动作，例如执行扫描、尝试执行另一调试方法（包括经典的加入）、提供用户反馈或可以保持活跃或直接进入沉睡的睡眠模式，例如等待用户动作。
如果在步骤S304处确定设备不是端设备并且因此是路由器或协调器，在步骤S305处执行活跃扫描。在活跃扫描期间广播信标请求，其用于确定——针对该信道和执行活跃扫描的设备的无线电接收器的听力范围——什么ZigBee或802.15.4 PAN标识符（PID）当前正在使用中以及什么设备活跃并且它们的能力是什么。可选地，可以首先执行能量检测扫描以确定哪些信道正在使用中。
在步骤S306处，分析在步骤S305处执行的扫描结果，并且过程取决于分析的结果而分叉。如果没有找到用于加入的合适网络，过程以步骤S307继续。“合适的网络”可以限定为满足以下准则中的一个或多个（即属于以下特定范围的网络类型）的网络：在加入设备支持的信道之一上操作、允许加入（准许加入标志设置成“真”）、能够添加特定类型的设备（ZED/ZR）、支持特定网络简档（例如ZHA/ZLL）、支持特定网络类型（集中式/分布式/临时）、包含特定设备类型（协调器、信任中心、调试工具、网关、集中器、匹配应用设备等）。
如果找到用于加入的合适网络，设备在步骤S307处尝试加入所找到的网络。如果在步骤S307处确定加入成功，过程跳到步骤S316，其中根据第一实施例的过程结束。设备可以执行常规ZigBee动作，如当前ZigBee规范中所限定的那样。如果在步骤S307处确定加入失败（其可能是由于各种原因，例如网络容量、安全密钥失配、网络类型失配等），过程以步骤S308继续。
然后，在步骤S308处检查（例如基于以上的逻辑设备类型字段或支持协调器（CC）标志）设备是否具有成为协调器的能力。如果在步骤S308处确定设备具有作为协调器的能力，过程分叉到步骤S309并且设备创建如当前在ZigBee规范中描述的集中式网络并且其在网络中变成活跃的。这可以通过将NA字段设置成“0x0000”、基于扫描将PID字段设置成唯一PID、基于扫描将EPID字段设置成唯一EPID（通过默认“如果NIB属性“nwkExtendedPANId等于“0x0000000000000000”，该属性将利用MAC常量“macExtendedAddress”的值初始化，即初始化到设备自身的IEEE地址，如ZigBee规范r20，sec. 3.2.2.3.3，第303页，第22-25行中所指示的那样）、将LC字段设置成从扫描导出的最佳信道和将AIN字段设置成“真”来实现。在修改中，如果TEMP字段设置成TEMP_HOOK，之前选择的网络设置仍旧可以使用。可选地，可以首先执行能量检测扫描以确定正在使用哪些信道，特别是如果这在步骤S305处被省略的话。如果设备具有作为用于网络的信任中心的能力，TC参数设置成设备自身的IEEE地址并且生成和设置安全设置。在实施例修改中，将TEMP字段设置成TEMP_HOOK，指示在缺失要加入的任何合适网络的情况下而不是在显式用户请求上，自形成集中式网络。
在步骤S308处确定设备不具有作为网络协调器的能力的情况下，其在步骤S310处通过将NA字段设置成不等于“0x0000”或“0xffff”的随机值、将TC字段设置成“0xffffffffffffffff”、基于扫描将PID字段设置成唯一PID并且基于扫描将EPID字段设置成唯一EPID来准备自身以用于创建分布式网络。此外，生成和设置安全设置。在修改中，如果TEMP字段设置成TEMP_HOOK，可以仍旧使用之前选择的网络设置。
在步骤S311处，调试过程再次取决于关于设备是具有支持接触链接ing的能力还是未被配置用于这样的支持的检查结果（例如基于以上的TLS字段）而采取两个不同方向。
如果在步骤S311处确定设备可以被配置用于接触链接能力，在步骤S312中其将选择主要ZLL信道（即来自在2.4GHz处的16个可用802.15.4信道中的11、15、20、25）之一（例如从扫描导出的最佳信道）、将LC字段设置成该值并且将AIN字段设置成“真”。可选地，可以首先执行能量检测扫描以确定正在使用哪些信道，特别是如果这在步骤S305处被省略的话。在一个修改中，将TEMP字段设置成TEMP_HOOK，指示在缺失要加入的任何合适网络的情况下自形成分布式网络。
如果在步骤S311中确定不支持接触链接，则在步骤S313处设备将选择来自在2.4GHz处的16个可用802.15.4信道中的一个（例如从扫描导出的最佳信道）、将LC字段设置成该值并且将AIN字段设置成“真”。可选地，可以首先执行能量检测以确定正在使用哪些信道，特别是如果这在步骤S305处被省略的话。在一个修改中，将TEMP字段设置成TEMP_HOOK，指示在缺失要加入的任何合适网络的情况下自形成分布式网络。
在步骤S314处，它将通过设置用于准许持续时间的准许加入参数来实现加入。PD字段值可以适于控制在此期间设备可以加入网络的时间窗口（例如PD=0x64，这对应于180s）。然后，它将在步骤S315处等待输入，例如其它节点的加入尝试。在一个实施例中，如果在步骤S315处任何设备成功地加入网络，将TEMP字段设置成TEMP_NETWOKR。如果设备加入使用接触链接，将TS标志设置成真（TRUE）。另外，作为步骤S3315的部分或作为单独的步骤，可以执行找到和绑定以及其它配置动作。然后过程在步骤S316处结束。
图4示出针对其中目标路由器正在搜索网络（即找到网络的目标过程）的情况的本发明的第二实施例的流程图。因此，图4的调试步骤由目标设备执行以用于发现和加入网络。
过程在步骤S400处开始。在步骤S401处检查设备是否使AIN标志设置成“假”。如果不是，过程跳到步骤S408，其中将准许加入标志设置成在3分钟的准许持续时间内为“真”（即将PD字段设置成“0x64”）。然后在步骤S410处，可以开始找到和绑定过程。
在步骤S401中确定将AIN字段设置成“假”并且因此设备在网络中不活跃的情况下，执行步骤S402，其对应于图3的步骤S302。然后在步骤S403中检查在扫描过程期间是否找到了开放网络。如果步骤S402处的扫描揭示（多个）开放网络的存在，过程进行到步骤S405并且设备尝试加入过程并且通过将NA字段设置成新地址、将PID字段设置成新PID、将EPID字段设置成新EPID、将LC字段设置成新信道并且将AIN字段设置成“真”来关联到所检测的网络。另外，可以将PD字段设置成3分钟，其为等于根据ZigBee家庭自动化规范的推荐EZModeTime的值。
然后在步骤S407处检查设备到所发现的网络的MAC关联是否成功。如果是这样，在步骤S409中交换安全密钥信息并且在过程在步骤S411中结束之前可以在步骤S410中执行找到和绑定过程。
如果在步骤S403处确定步骤S402中的扫描过程没有揭示任何开放网络的存在，在步骤S404中检查CC标志是否被设置成“真”，即设备是否具有协调器能力。如果是这样，过程分叉到步骤S406并且通过基于扫描将PID字段设置成唯一PID、基于扫描将EPID字段设置成唯一EPID、将LC字段设置成从扫描导出的最佳信道以及将AIN字段设置成“真”来创建网络。然后，过程继续进行步骤S408并且通过将准许加入参数设置成在3分钟的准许持续时间内为“真”（即将PD字段设置成“0x64”）来实现加入。最后，执行步骤S410的找到和绑定过程并且过程在步骤S411处结束。
另一方面，在步骤S404处确定设备不具有发挥协调器的作用的能力（即CC字段设置成“假”）的情况下，不创建网络并且过程直接进行到步骤S408，其中将准许持续时间设置成3分钟（即180s）。在步骤S407中确定关联不成功的情况下，执行相同的动作。
图5示出针对搜索网络的发起器节点或设备的情况的本发明的第三实施例的流程图，即用于找到网络的发起器过程。该过程描述发起器设备进入其正常操作状态的步骤。
过程在步骤S500处开始。然后，在步骤S501处检查设备是否支持接触链接。如果是这样，设备在步骤S502处尝试以发起器角色开始接触链接过程。如果在随后的步骤S503处确定接触链接过程成功，在步骤S504处将TS和AIN标志设置成“真”。由此，创建网络，其具有分布式类型。然后，过程在步骤S514处结束。
如果在步骤S501中确定设备不支持接触链接过程或者在步骤S503中确定接触链接的尝试失败，过程在步骤S505处继续，其中检查标志AIN的值。如果在步骤S505处确定AIN标志设置成“真”，过程分叉到步骤S513，其中设备——如果是路由器的话——将其准许加入设置成真，并且可选地广播具有等于180s的PD参数的原始Mgmt_permit_joining。然后，在步骤S512处开始找到和绑定过程。关于第一实施例，行为可以取决于TEMP变量的设置而进一步不同。
如果在步骤S505处确定AIN标志设置成“假”，设备在步骤S506处执行活跃扫描（类似于图3的步骤S302和图4的S402）以便找到要关联到的合适网络。
然后在步骤S507处检查是否已经找到合适网络。参照图3，在步骤S306中给出合适网络的定义。如果是这样，例如如果扫描的结果返回具有设置成“真”的准许加入标志的网络，设备在步骤S508处试图经由MAC关联加入该网络。
然后在步骤S509处检查设备到所发现的网络的MAC关联是否成功。如果是这样，设备设置在关联期间获得的网络配置参数（例如信道、PANID、EPID），交换安全密钥信息并且将AIN字段设置成“真”，使得设备在步骤S511中在网络中变成活跃的并且可以在过程在步骤S514中结束之前在步骤S512处开始找到和绑定过程（例如通过实现标识和/或发送发现命令）。
如果在步骤S509处确定MAC关联失败或者如果在步骤S507处确定没有找到合适网络，则在步骤S510处确定设备是否具有网络创建能力（例如基于逻辑设备类型或CC）。如果不具有，则第三实施例的过程在步骤S514处结束。基于其应用需要，设备可以执行其它动作，例如尝试执行另一调试方法、提供用户反馈或可以保持活跃或直接进入睡眠模式，例如等待用户动作。如果设备具有网络创建能力，该设备将在步骤S515处创建网络（如第一实施例的步骤S304-S310中所描述的那样）。这之前可以是能量检测扫描。然后第三实施例的过程在步骤S514处结束。
关于以上描述的过程，注意下文。
用于光链路设备的当前规范限定了用于加入网络的60s的推荐最小时间，而根据EZ模式，准许持续时间应当设置成180s。为了填补该当前差距并且允许互操作性，在本发明的实施例的调试过程中提出希望允许其它设备加入网络的每一个设备将其准许持续时间设置成180s。
以类似的方式，为了建立设备及其控制应用（即绑定）之间的关系，设备可以广播标识查询命令（标识集群）并且可以将标识集群中的标识时间属性设置成等于180s。
图6示出可以在其中实现以上的第一至第三实施例的根据第四实施例的网络架构的框图。
如图6中所示，以上的第一至第三实施例可以在正在形成的无线网络600上操作。在该无线网络600中，节点601可以附接到节点601可以控制的另一设备，例如照明器602或其它照明设备。
出于说明的目的，在图6中以详细的方式表示节点601，因而其表示相比于其它节点具有相对大的尺寸。要指出的是，具有其受控照明器612、632和642的其它节点611、631和641可以在结构上等同于节点601。
而且，图6的节点可以链接到除照明器之外的不同种类的设备。例如，节点621可以是可以用于无线控制其它节点的开关。尽管未表示，这些节点还可以是其它致动器，比如气候控制面板、加热、通风和空气调节（HVAC）设备、仪表、传感器或任何其它家庭或建筑物自动化设备。
节点601包括耦合到存储器6011的控制器6110，存储器6011可以存储例如依照图3至5的过程中至少一个的指定节点601的行为的软件。控制器6010还可以耦合到驱动器6012，其生成到照明器602和收发器6013的命令，收发器6013将确保与未来网络600的其余部分的无线通信。可以借助于电池（未示出）或通过市电或能量收集器（太阳能面板、用户致动开关等）向节点供应能量。
如结合其它实施例描述的，节点601的控制器6010可以取决于所考虑的场景而表现不同。在节点601加电时，节点601的控制器6010将发起活跃扫描以检查区域中的信道的占用状态或者检查是否存在要加入到的相邻网络。活跃扫描由无线节点601的收发器6013操作。
另外的动作取决于设备的CC能力。控制器6010可以在存储器6012中检查节点601是否具有作为协调器或路由器的能力。可替换地，节点601可以立即运行对应于其能力的过程。在节点601能够作为协调器的情况下，控制器6010将开始创建网络，该网络的拓扑是该能力的结果。在此，由于节点601是协调器，因此将选择集中式网络的拓扑，向节点601给出网络600上的权限。然后，附近的任何加入节点将能够加入所创建的网络，从而简化调试过程。
根据以上实施例，设备或节点可以借助于其能力而尝试所有可能的方式以创建网络或加入和建立与附近的任何其它设备的控制关系。为了实现这一点，如果没有检测到可用网络，节点将负责创建网络，即使节点未被配置成这样做（但是具有该能力）。所创建的网络然后将具有作为其发起器的能力的结果的性质。例如，协调器节点将创建集中式网络，而没有协调器能力的路由器节点将创建分布式网络。
根据以上实施例，提出针对协调器行为的两个场景，即：如当前ZigBee规范中预期的协调器，当新出厂时或当在没有存储之前的网络配置的情况下总是加电时该协调器总是创建网络；以及具有在其检测到任何集中式或分布式网络的情况下加入该集中式或分布式网络的能力的协调器。作为直接结果，CC标志在这两种情况中具有不同的含义（或者可替换地，对于第二种情况，可以添加另一标志（例如为了促使形成）。
在常规协调器行为的以上第一种情况下，当新出厂时或当在没有存储之前的网络配置的情况下通电时，如果CC标志设置成“真”，它促使设备创建网络。设备执行扫描来仅仅检查所选网络的参数的唯一性。然而，不存在寻找其它网络或加入它们的尝试。
在具有额外能力的协调器的以上第二情况中，当新出厂时或当在没有存储之前的网络配置的情况下通电时，如果CC标志设置成“真”（或者可选地如果可替换标志设置成“假”），设备首先扫描任何合适网络；术语合适网络的定义在图3的步骤S306处给出。如果检测到任何合适网络，协调器尝试关联到该网络。CC标志设置成“真”允许设备仅在没有检测到网络或者到其它网络的关联失败（或者如果可替换标志设置成“真”）的情况下创建网络。如果CC标志设置成“假”（或者可选地如果可替换标志设置成“真”），它促使设备创建网络。
由路由器创建的网络意在是“临时”网络，直到第二设备执行了成功的加入过程。如果在准许持续时间届满之前没有设备尝试加入，路由器可以保持在临时网络状态中或者可以执行针对要加入的可用网络的新扫描，并且当成功扫描时，它可以试图加入所检测到的网络。
此外，对于新出厂的设备，可能不需要检查AIN标志是否设置成“真”，因为其默认值已经定义为“假”。对于所有其它不同的情况，在过程的开始有必要检查AIN标志的值，以便标识设备是否已经加入或创建了网络。
而且，新出厂/非新出厂的区别可以在图4和5的相应流程图的开始处嵌入在第二和第三实施例的AIN检查步骤中，而关于发起器或目标的区别仅可以应用于支持接触链接过程的设备。
此外，要指出的是，尽管新出厂的设备必然使AIN标志设置成“假”，但是NFN设备可以不必使AIN标志设置成“真”。AIN标志的状态在完成网络的认证阶段或创建时改变。然而，还存在比如设备离开网络或已经变成孤儿节点的情形。为了适应该情形，若干解决方案是可能的。举一个例子，AIN标志可以解释为“具有有效网络配置”，其与当前第一实施例一致。在这样的情况中，孤儿节点将不改变AIN标志的状态。可替换地，AIN标志可以解释为“能够在网络中通信”，即可以重置成“假”，例如在父代失去/离开时，并且最终重置成“真”，一旦成功执行新加入/重加入的话。在这样的情况下，设备将必须不仅基于AIN标志的状态而且基于所存储的其它网络参数的值来确定调试动作。在又一实施例中，可以将附加值添加到AIN参数，以表述这一点，例如“新出厂”、“没有网络连接”、“在网络中活跃”等。
此外，TEMP参数的值可以进一步影响设备的调试行为，例如同样在执行接触链接时。例如，如果ZLL目标具有设置成TEMP_NETWORK的TEMP字段，并且网络是分布式的，并且它与其正在执行接触链接的ZLL发起器是新出厂的，则ZLL目标可以决定将发起器拉到其网络中，而不是允许发起器创建的新的网络设置。这可以例如通过以下设置来完成：在InterPAN接触链接交换中，将ZLL调试集群的扫描请求/响应命令的ZL信息字段的ZLL发起器子字段设置成“0b1”，并且将ZLL调试集群的扫描请求命令的ZLL信息字段的新出厂子字段设置成“0b1”，并且通过传输在ZLL调试集群的网络加入端设备命令帧的相应字段中的自建立的网络配置；或者在InterPAN 接触链接交换中，将ZLL调试集群的扫描响应命令的ZLL信息字段的ZLL发起器子字段设置成“0b0”和将ZLL调试集群的扫描请求命令的ZLL信息字段的新出 厂子字段设置成“0b1”；以及通过传输ZLL调试集群的网络开始响应命令的相应字段中的自建立的网络配置。在另一示例中，如果ZLL目标具有设置成TEMP_NETWOKR的TEMP字段，并且网络是分布式的，并且它正在与其执行接触链接的ZLL发起器不是新出厂的，则ZLL目标可以决定加入发起器的网络，但是在尝试之后设备其TEMP_NETWORK网络，其可以例如通过在自建立的ZigBee网络之上发送ZLL调试集群的网络更新请求命令来完成。
也可以通过将802.15.4 MAC信标的ZigBee有效载荷中传输的网络参数中的一个（例如EPID）设置成预定义的值来使临时、自形成的网络对候选加入者而言是可识别的（相同机制用于标识基于CT的调试网络，那里使用EPID：00-50-c2-77-10-00-00-00；该范围中的其它EPID（00-50-c2-77-10-00-00-01 – 00-ff-ff被保留以供另外的调试使用）。
可以通过将802.15.4 MAC信标的ZigBee有效载荷中传输的“设备深度”参数中的一个设置成预定义的值（例如0xf）来使（家庭）网络的分布式特性对候选加入者而言是可识别的。“设备深度”在分布式网络中没有意义，因为不存在用作根的中心设备，并且该值（指示15跳）不太可能经常在集中式家庭网络中看到。
而且，可以存在设备上的其它触发，从而允许其直接跳到特定过程步骤（例如网络形成、找到和绑定）。
总而言之，已经描述了无线节点和操作无线节点的方法，其中无线节点包括布置用于与至少一个另外的无线节点进行无线通信以便确定无线节点的能力并创建网络的控制器，其中网络的特性取决于所确定的无线节点的能力。
根据各种实施例的网络系统的组件的所描述的操作可以实现为计算机程序的程序代码构件和/或实现为专用硬件。更具体地，所描述的过程（比如在图3至5中指示的那些）可以实现为计算机程序的程序代码构件和/或实现为专用硬件。计算机程序可以存储和/或分布在与其它硬件一起提供或者作为其它硬件的部分的合适介质上，诸如光学存储介质或固态介质，但是还可以以其它形式分布，诸如经由因特网或其它有线或无线电信系统分布。
虽然在附图和前述描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述要被视为说明性或示例性的而非限制性的。本发明不限于其中灯或照明器作为负载设备的所公开的实施例。它可以结合任何类型的负载、传感器、开关等等来实现。
本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。前述描述详述了本发明的某些实施例。然而将领会到的是，无论前文在文本中看起来多么详细，本发明也可以以许多方式实践，并且因此不限于所公开的实施例。应当指出的是，当描述本发明的某些特征或方面时对特定术语的使用不应当视为暗示该术语在本文中重定义成被局限于包括该术语与其相关联的本发明的特征或方面的任何具体特性。
单个单元或设备可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。
Claims (8)
1.一种无线节点（601）形式的装置，所述装置包括
用于与至少一个另外的无线节点（611,621,631,641）进行无线通信的控制器（6010），所述控制器（6010）适于检测特定种类的所述至少一个另外的无线节点是否在无线节点（601）的附近；
其特征在于所述控制器（6010）进一步适于：
- 确定所述无线节点（601）的能力，其中所述能力是关于所述无线节点（601）是否具有网络形成能力和是什么种类；以及
- 配置所述无线节点（601）以创建网络，其中网络的特性取决于所确定的无线节点的能力，其中所述控制器配置所述无线节点（601）来：
- 在确定所述无线节点（601）是路由器设备的情况下并且在无线节点（601）附近没有检测到所述特定种类的另外的无线节点的情况下创建分布式网络，或者
- 在确定所述无线节点（601）具有协调器能力的情况下并且在所述无线节点（601）附近没有检测到所述特定种类的另外的节点的情况下创建集中式网络。
2.一种用于操作无线节点（601）的方法，所述方法包括以下步骤：
（a）使无线节点（601）的能力对无线节点（601）的控制器（6010）而言是可用的，其中所述能力是关于所述无线节点（601）是否具有网络形成能力和是什么种类；
（b）检测特定种类的至少一个另外的无线节点是否在无线节点（601）的附近；以及
（c）通过控制器（6010）配置无线节点（601）以创建网络，其中网络的特性取决于所确定的无线节点（601）的能力，其中所述控制器（6010）配置所述无线节点（601）来：
- 在确定所述无线节点（601）是路由器设备的情况下并且在无线节点（601）附近没有检测到所述特定种类的另外的无线节点的情况下创建分布式网络，或者
- 在确定所述无线节点（601）具有协调器能力的情况下并且在所述无线节点（601）附近没有检测到所述特定种类的另外的节点的情况下创建集中式网络。
3.根据权利要求2的方法，其中控制器（6010）确定无线节点（601）是否能够根据特定调试过程进行操作，并且其中在创建步骤中，如果无线节点（601）能够根据特定调试过程进行操作，则所创建的网络是第一简档的分布式网络。
4.根据权利要求3的方法，其中特定调试过程是接触链接并且其中第一简档是ZigBee光链路。
5.根据权利要求3的方法，其中所述方法进一步包括通过控制器（6010）搜索合适网络，通过控制器（6010）确定无线节点（601）的能力，以及通过控制器（6010）取决于所确定的无线节点（601）的能力而创建网络，其中所述合适网络是在由加入设备支持、允许加入、能够添加特定类型的设备、支持特定网络简档、支持特定网络类型或包含特定设备类型的信道之一上操作的网络。
6.根据权利要求2-5中任一项的方法，进一步包括如果设备自形成临时网络，则当再次执行调试时，它可以加入另一网络，或者如果接触链接在临时网络上执行，临时网络包括多于一个设备，可以指令新出厂的发起器加入临时网络而不是形成新网络。
7.根据权利要求6的方法，其中特定种类的至少一个另外的节点是协调器节点、信任中心角色、网络管理器角色、网关角色、集中器角色、具有特定应用功能性的应用设备或ZLL发起器节点。
8.一种其上存储计算机可执行指令的计算机可读存储介质，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备实现如权利要求2-7中的任一个所述的方法。
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