CN105959921B - 网络控制器、节点设备及应用其网格网络系统 - Google Patents

网络控制器、节点设备及应用其网格网络系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种网络控制器、节点设备及网格网络系统，通过基于时隙来进行网格网络的同步操作和构建防止碰撞机制，可以有效简化网络控制流程，提高网络的安全性和鲁棒性。

Description

网络控制器、节点设备及应用其网格网络系统
技术领域
本发明涉及网格网络通信领域，更具体地，涉及一种网络控制器、节点设备及应用其网格网络系统。
背景技术
随着物联技术的发展，越来越多的智能设备接入网络。网格网络(mesh network)具有可动态扩展、高连接性、高可靠性和高稳定性的优点，因而越来越受到关注。作为终端的智能设备可以先接入网格网络，然后进一步接入相同或不同类型的其他网络，从而实现智能设备的远程管理、定时控制和参数调节等功能。
网格网络是包括网络控制器和多个节点设备的网络架构。网络控制器可以有一个或者几个，节点设备有多个。网络控制器用于节点之间的通信调度和节点与外部网络之间的通信路由。节点可以经由网络控制器访问外部网络。在同一时刻，一般只有一个网络控制器对网络进行控制。现有技术通过广播来实现网格网络,实现的协议不尽相同。例如，可以基于蓝牙协议，特别是蓝牙低功耗协议(BLE)实现网格网络。
在网格网络中，利用相邻的节点设备转发数据，以代替长距离的直接连接，这种通信方式也称为“多跳(multi-hop)”通信。节点设备通过转发收到的数据包来实现数据的传递，这种方式可以通过以节点作为中继的方式实现信息的传递。然而，现有的网格网络系统控制协议复杂，使得节点设备进行数据通信和交换的操作较多，进而导致节点设备功耗难以降低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种网络控制器、节点设备及应用其的网格网络系统，在提供网格网络组网的同时，有效简化网络控制流程，提高网络的安全性与鲁棒性。
第一方面，提供一种网格网络系统,包括：
网络控制器，适于以广播方式在预定的信标时隙发送信标，所述信标包括所述网格网络的时隙分配状态；
多个节点设备，每个所述节点设备适于根据所述信标进行同步并根据所述时隙分配状态在对应的固定时隙内发送数据包，其中，每个所述固定时隙仅对应一个节点设备。
优选地，所述节点设备和所述网络控制器还适于随机选择动态时隙发送数据包，所述动态时隙和所述固定时隙位于两个相邻的信标时隙之间。
优选地，所述节点设备适于在入网时根据信标获取所述时隙分配状态，并随机选择未被占用的固定时隙向所述网络控制器发送入网请求；
所述网络控制器用于根据接收到的入网请求保存请求入网的节点设备地址并分配固定时隙，并在下一对应的固定时隙发送入网请求响应，所述入网请求响应包括分配给请求入网的节点设备的固定时隙的信息。
优选地，所述节点设备适于在等待所述入网请求响应超时时随机选择动态时隙重新发送所述入网请求。
优选地，所述入网请求包括所述网格网络系统的鉴权信息，所述鉴权信息包括网络标识、网络密钥和设备生产商标识，其中，所述网络密钥用于对所述网格网络系统内部交互的数据进行加密和解密。
优选地，所述网络控制器和所述节点设备适于在接收到的数据包的鉴权信息与自身存储的鉴权信息不匹配时丢弃所述数据包。
优选地，所述网络控制器适于在需要增大网络规模时增加信标时隙之间的时隙数量，以随机方式重新将固定时隙分配给自身和网格网络系统中的节点设备，并将时隙分配状态通过信标广播。
优选地，所述网络控制器适于在对应的固定时隙发送状态查询请求，并根据来自节点设备的状态查询请求响应更新网格网络中节点设备的状态和路由信息。
优选地，所述网络控制器适于在从网格网络系统中断开特定节点设备时重复广播断开通知并修改路由信息和时隙分配状态；
所述特定节点设备在接收到所述断开通知后将状态标识修改为离开网络。
优选地，所述节点设备适于在预定数量周期内均没有收到信标时进入睡眠状态，在所述睡眠状态下，所述节点设备不进行数据包发送。
优选地，所述节点设备适于在睡眠模式下定时唤醒检测信标,在检测到信标时重新进入工作状态。
优选地，所述节点设备根据接收到的数据包的被转发次数和自身的网络相对位置确定是否进行转发，所述网络相对位置表示所述节点设备与所述网络控制器之间的最短路径的跳数。
第二方面，提供一种网格网络的节点设备，包括：
无线收发装置，适于根据控制进行数据收发；
控制装置，适于根据网络控制器在信标时隙广播的信标进行同步并根据所述时隙分配状态在对应时隙内发送数据包，其中，每个所述时隙仅对应一个节点设备。
优选地，所述控制装置还适于随机选择动态时隙发送数据包，所述动态时隙和所述固定时隙位于两个相邻的信标时隙之间。
优选地，所述控制装置适于在入网时根据信标获取时隙分配状态，并随机选择未被占用的固定时隙向所述网络控制器发起入网请求。
优选地，所述控制装置适于在等待请求响应超时时随机选择动态时隙重新发送所述入网请求。
优选地，所述控制装置适于所述入网请求包括所述网格网络系统的鉴权信息，所述鉴权信息包括网络标识、网络密钥和设备生产商标识，其中，所述网络密钥用于对所述网格网络系统内部交互的数据进行加密和解密。
优选地，所述控制装置适于在接收到的数据包的鉴权信息与自身存储的鉴权信息不匹配时丢弃所述数据包。
优选地，所述控制装置适于在预定周期内没有收到信标时进入睡眠状态，在所述睡眠状态下，所述控制装置不发送数据包。
优选地，所述控制装置适于在睡眠模式下定时唤醒检测信标,在检测到信标时重新进入工作状态。
优选地，所述控制装置适于根据接收到的数据包的被转发次数和自身的网络相对位置确定是否进行转发，所述网络相对位置表示所述节点设备与网格网络的网络控制器之间的最短路径的跳数。
第三方面，提供一种网格网络的网络控制器，包括：
无线收发装置，适于根据控制进行数据收发；
控制装置，适于生成包括网格网络的时隙分配状态的信标，并控制所述无线收发装置在预定的信标时隙发送所述信标，所述时隙分配状态用于表示固定时隙的分配状态。
优选地，所述控制装置还适于随机选择动态时隙发送数据包，所述动态时隙和所述固定时隙位于两个相邻的信标时隙之间。
优选地，所述控制装置用于根据接收到的入网请求保存请求入网的节点设备地址并分配固定时隙，并在下一对应的固定时隙发送入网请求响应，所述入网请求响应包括分配给请求入网的节点设备的固定时隙的信息。
优选地，所述入网请求包括所述网格网络系统的鉴权信息，所述鉴权信息包括网络标识、网络密钥和设备生产商标识，其中，所述网络密钥用于对所述网格网络系统内部交互的数据进行加密和解密。
优选地，所述控制装置适于在接收到的数据包的鉴权信息与自身存储的鉴权信息不匹配时丢弃所述数据包。
优选地，所述控制装置适于在需要增大网络规模时增加信标时隙之间的时隙数量，以随机随机方式重新将固定时隙分配给自身和网格网络系统中的节点设备，并将时隙分配状态通过信标广播。
优选地，所述控制装置适于在对应的固定时隙发送状态查询请求，并根据来自节点设备的状态查询请求响应更新网格网络中节点设备的状态和路由信息。
优选地，所述控制装置适于在从网格网络系统中断开特定节点设备时重复广播断开通知并修改路由信息和时隙分配状态。
本发明实施例通过基于时隙来进行网格网络的同步操作和构建防止碰撞机制，可以有效简化网络控制流程，提高网络的安全性和鲁棒性。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例的网格网络系统的拓扑示意图；
图2是本发明实施例的网格网络系统的时隙结构示意图；
图3是本发明实施例的网络控制器的结构示意图；
图4是本发明实施例的节点设备的结构示意图；
图5是本发明实施例的网格网络系统进行组网操作的流程图；
图6是本发明实施例的网格网络系统的数据包的示意图；
图7是本发明实施例的节点设备对接收到数据包后的处理流程图；
图8是本发明实施例的网格网络系统增大网络规模操作的流程图；
图9是本发明实施例的网格网络在网络控制器离开通信区域时的拓扑示意图；
图10是本发明实施例的节点设备发起数据包发送操作的流程图；
图11是本发明实施例的网络控制器端从网格网络中主动去除网络节点的流程图；
图12是本发明实施例的网格网络系统定期进行网络状态维护的流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在现有技术中，基于无线局域网(WLAN)技术、紫蜂(ZigBee)技术以及蓝牙技术均可以实现多跳的网格网络。以下以基于蓝牙低功耗协议(Bluetooth Low Energy，BLE)的网格网络为例进行说明，但是，本领域技术人员能够理解，本发明实施例的方法和产品适于使用其它任何可以实现多跳网格网络的网络通信系统。
图1是本发明实施例网格网络系统的拓扑示意图。如图1所示，所述网格网络系统包括网络控制器1(也可以称为主节点)和多个节点设备2(也可成为从节点)。网络控制器1例如为手机、计算机、平板电脑等智能终端，也可以是专用的网络控制器。节点设备2可以为智能节点或其它智能设备，例如具备网络连接功能的电视、冰箱、热水器、LED灯、摄像头、监控器、插座、定时器等。网络控制器1作为网格网络的中心，可以直接与位于其附近的节点设备2通信，同时，还可以通过一跳或多跳数据转发与距离较远的其它节点设备2通信。网络控制器1与外部网络之间采用无线局域网协议、移动通信协议或蓝牙协议互联，网络控制器1与多个节点之间、以及多个节点彼此之间可以采用蓝牙协议、紫蜂协议、无线局域网协议互联。在本实施例中，以采用蓝牙低功耗协议(BLE)为例进行说明。网络控制器NC不仅控制网格网络内部的数据通信，而且为网格网络与外部网络之间的通信提供路由功能，使得网格网络系统中的多个节点可以经由网络控制器访问外部网络。
本实施例的网络控制器1适于以广播方式在预定的信标时隙发送信标，所述信标包括所述网格网络的时隙分配状态。其中，信标用于为整个网格网络提供定时参考，同时为所有的节点设备2提供时隙分配状态。对应地，本实施例的节点设备2适于根据所述信标进行同步并根据所述时隙分配状态在对应的固定时隙内发送数据包。其中，每个所述固定时隙仅对应一个节点设备2。也就是说，每个固定时隙仅分配给网格网络中的一个节点设备。当然，一个节点设备2或网络控制1可以对应有多个专属于自己的固定时隙。在固定时隙内，对应的节点设备2或网络控制1可以以广播方式发送数据包。网格网络中的所有设备保持接收状态，在接收到以广播方式发送的数据包时，判断目标地址是否为自身的地址，如果是则进行处理，如果否，则判断是否符合转发条件，在符合转发条件时，在本节点设备对应的固定时隙内进行转发。
通过预先分配固定时隙，使得每个设备可以在不冲突的时隙内进行广播，可以以较小的开销实现防止碰撞机制。
本发明实施例通过基于时隙来进行网格网络的同步操作和构建防止碰撞机制，可以有效简化网络控制流程，提高网络的安全性和鲁棒性。
优选地，本实施例除了在相邻的信标时隙区间内设置固定时隙外，还设置预定数量的动态时隙。与固定时隙不同，动态时隙可以被网格网络中的任意设备随机地选择并使用。图2是本发明实施例的网格网络系统的时隙结构示意图。如图2所示，第1时隙和第2n+2时隙为信标时隙，用于供网络控制器1独占地发送信标。在两个相邻的信标时隙之间设置有n个固定时隙(第2至第n+1时隙)和n个动态时隙(第n+2至第2n+1时隙)。固定时隙可被分配给网格网络中的节点设备2或网络控制器1以发送数据包。动态时隙可被各设备随机选择并用于发送数据包。也就是说，所述节点设备2和所述网络控制器1适于随机选择动态时隙发送数据包，所述动态时隙和所述固定时隙位于两个相邻的信标时隙之间。容易理解，固定时隙和随机时隙也可以数量不同，还可以以相互间隔的方式设置，本实施例对于固定时隙和动态时隙的设置方式和数量不作限制。
采用固定时隙和动态时隙相结合的方式可以使得网格网络中的设备在固定时隙发送失败后不必等到下一个固定时隙在进行重发，而是可以直接在后续的动态时隙中随机地选择时机进行重发，进一步优化了防止碰撞机制，提高了网络的健壮性。
图3是本发明实施例的网络控制器的结构示意图。如图3所示，本实施例的网络控制器1包括无线收发装置11和控制装置12。所述无线收发装置11用于根据控制进行数据收发。所述控制装置12用于控制无线收发装置11以预定的方式来进行数据收发以完成网格网络系统的组网、通信、网络拓扑调整等各种操作。如图3所示，所述控制装置12可以包括协议控制器12a、时隙管理器12b和随机数生成器12c。其中，随机数生成器12c用于生成1-n之间的随机数。时隙管理器12b用于根据随机数生成器12c生成的随机数对固定时隙进行管理或在需要进行数据重发时随机选择动态时隙。协议控制器12a用于根据时隙管理器12b选择的时隙来构建信标或数据包交由无线收发装置11发送或解析由无线收发装置11接收的数据包。本领域技术人员能够理解，上述的协议控制器12a、时隙管理器12b和随机数生成器12c可以是分别设置的集成电路也可以是可由控制装置12执行的不同的程序模块。
图4是本发明实施例的节点设备的结构示意图。如图4所示，本实施例的节点设备2包括无线收发装置21和控制装置22。所述无线收发装置11用于根据控制进行数据收发。所述控制装置22用于控制无线收发装置21以与网络控制器1对应的方式来进行数据收发以完成节点设备的入网、通信等各种操作。
以下通过网格网络系统的不同操作来逐一说明本实施例的网格网络的运行方式。
图5是本发明实施例的网格网络系统进行组网操作的流程图。如图5所示，在步骤510，网络控制器1周期性地在信标时隙发送信标。其中，信标中至少包括网络控制器1分配给自身的固定时隙的信息，也即时隙分配状态。
进一步地，信标中还包括入网所需要的鉴权信息。例如，网络标识和/或设备生产商标识。网络标识用于唯一地标识所述网格网络系统，网络标识可以限制使得具有相同网络标识的设备入网。设备生产商标识用于唯一地标识设备的生产商，而设备生厂商标识可以限制仅同一个或几个厂家生产的设备可以入网。基于不同的应用场景，可以结合上述鉴权手段和信息来进行入网鉴权。更进一步地，所述鉴权信息还可以包括网络密钥(或称为网络密码)。网络密钥由网络控制器1基于用户输入获取或进一步计算生成。只有在入网请求中附带有匹配的网络密钥的节点设备才可以被允许入网。对应地，网络控制器1一侧优选包括步骤510a，根据用户输入获取网络密钥，并在步骤510基于鉴权信息构建信标。
图6是本发明实施例的网格网络系统的数据包的示意图。如图6所示，在本实施例的一个优选实施方式中，网格网络系统的数据包的包头部分格式与现有的网格网络通信标准兼容。其中，前导、接入地址、PDU头、广播地址等字段可以以与现有技术相同的方式设置。同时，有效载荷部分(payload)包括设备生产商标识、网络标识、网络密钥、数据包的源地址、目的地址、包类型(或称帧类型)、标志位和数据包承载的命令或数据。其中，标志位具体可以包括包序号、位置标识和设备类型等信息。优选地，可以利用网络密钥对数据包承载的命令或数据进行加密。或基于网络密钥对整个有效载荷部分加密。
在步骤520，希望入网的节点设备2a接收到信标后获取当前的时隙分配状态并根据信标进行同步。
在步骤530，节点设备2a随机选取剩余的未被占用的固定时隙发送入网请求。所述入网请求可以直接发送或经由网格网络中的其它节点设备转发至网络控制器1。
在入网需要进行鉴权时，所述入网请求中可以包括鉴权信息，以供网络控制器进行鉴权。
鉴权信息可以包括网络标识、网络密钥和设备生产商标识，其中，设备生产商标识用于区分数据包的发送设备是否同一家或几家生产商生产，从而可以将其它生产商的设备排除网格网络外。网络标识用于标识网格网络，从而可以避免在多个不同的网格网络系统存在范围重叠时，希望加入A网络的节点设备错误地加入到B网络中。网络密钥用于对所述网格网络系统内部交互的数据进行加密和解密。
节点设备可以根据用户输入的网络密钥或预存的网络密钥对入网请求进行加密，网络控制器具有与之相匹配的网络密钥，基于自身存储的网络密钥对入网请求进行解密，并基于其它的鉴权信息进行鉴权，以确定发起请求的节点设备是否可以加入网格网络系统。
在步骤540，网络控制器1根据接收到的入网请求保存请求入网的节点设备地址并分配固定时隙。优选地，网络控制器1可以将用于发送入网请求的固定时隙分配给节点设备2a。当然，网络控制器1也可以将其它的未被占用的固定时隙分配给节点设备2a。
在入网需要进行鉴权时，网络控制器1基于鉴权信息确定是否处理入网请求或允许节点设备2入网。
在步骤550，网络控制器1在属于自己的下一个固定时隙向节点设备2a发送入网请求响应。其中，所述入网请求响应可以包括网络控制器1分配给节点设备2a的一个或多个固定时隙的信息(例如时隙标识)。
在步骤560，节点设备2监控是否在预定时间内接收到入网请求响应，如果接收到，则转步骤570，否则转步骤580。
在步骤570，节点设备2a解析入网请求响应，获取分配给自己的固定时隙的信息，后续会在对应的固定时隙发起通信。
在步骤580，节点设备2a在等待所述入网请求响应超时时在随机选择动态时隙重新发送所述入网请求。步骤580的重发请求过程可以重复多次，直至达到预定的重发次数或获得入网请求响应。步骤570可以称为退避步骤，其可以有效避免由多个节点设备同时在同一个时隙请求入网而造成入网失败。
可选地，入网请求响应也可以仅为一个响应确认信息而不包括时隙分配信息。节点设备1在接收到入网请求响应后修改状态为在网，在后续通过接受信标获取分配给自己的固定时隙。
由此，基于信标来进行同步并广播固定时隙的时隙分配状态，希望入网的节点设备可以基于上述信息随机选择空闲的时隙发起入网请求。进一步地，在出现等待入网请求响应超时时，通过退避步骤进行入网请求的重发，可以保证入网成功率，最大限度避免碰撞。
网络控制器1除了发送信标为整个网格网络系统提供同步和时隙分配状态外，还可以在分配给自己的固定时隙中或随机选择的动态时隙中向目标节点设备发送命令或其它数据。同时，各节点设备2也可以在分配给自己的固定时隙中或随机选择的动态时隙中向网络控制器1发送请求或例如当前工作状态，采集的环境参数等信息。
图7是本发明实施例的节点设备对接收到的数据包进行处理的流程图。如图7所示，在步骤710，节点设备2b接收到来自其他设备(网络控制器1或其它节点设备)的数据包。
在步骤720，节点设备2b检测数据包中的鉴权信息(例如，设备生产商标识、网络标识和网络密钥)与存储的鉴权信息是否匹配，如果不匹配则转向步骤730，否则转向步骤740。
由此，网格网络系统中的节点设备可以对接收到的数据包进行有效的鉴权，提升网络的安全性。
步骤730，丢弃所述数据包。由于数据包鉴权未能匹配，说明接收到的数据包不是所属的网格网络系统中的合法设备发送的，因此不对数据包进行处理。
在步骤740，检测数据包的目标地址与本节点设备的地址是否匹配，如果匹配则转向步骤750，否则转向步骤760。
在步骤750，如果本节点设备就是目标节点设备，则处理数据包承载的数据或命令。
具体地，如果数据包的有效载荷通过网络密钥进行了加密，则需要进行解密操作并提取数据包有效载荷部分中的数据或命令。
在步骤760，如果数据包的目标地址与本节点设备的地址不匹配，则判断数据包是否符合转发条件，在符合转发条件时转向步骤770，否则转向步骤730。
网格网络中的节点设备既可以作为终端节点也可以作为中继节点。但是，如果所有的节点设备对于接收到的数据包进行无条件的转发，则会导致大量的重复转发或数据包经由明显不经济的路由路径进行转发，进而导致整个网格网络系统的开销和功耗明显上升。为了克服这一缺陷，可以设置数据包转发条件以限制重复转发和明显不经济的转发。例如，转发条件可以为该数据包没有被本节点转发过。又例如，可以采用中国专利申请CN105681189A公开的方式来进行数据包的转发。也即，节点设备2根据接收到的数据包的被转发次数和自身的网络相对位置确定是否进行转发。并且，在转发时节点设备2修改数据包的被转发次数。所述网络相对位置表示所述多个节点与所述控制器之间的最短路径的跳数，或可称为于网络控制器向外的扩散的层次。节点设备2在网格网络中的网络相对位置可以通过如下方式获得，网络控制器1在初始化时或需要更新网络拓扑时产生命令数据包并以广播方式发送，网格网络中的各节点设备转发所述命令数据包，并根据所述命令数据包到达时的最小转发次数确定或更新自身的网络相对位置。
在步骤770，节点设备2b转发所述数据包。优选地，节点设备2b可以基于预定的策略更新数据包中与转发次数相关的信息后进行转发。
由此，网格网络中的节点设备可以有效地处理接收到的数据包，提高转发有效性，进而提高网络的鲁棒性。
网络控制器1可以基于图7所示的相同的方式对接收到的数据包进行处理。
在网格网络规模持续扩大时，已有的固定时隙数量可能不够使用。此时，需要进行扩大网络规模的操作，也即，在一个周期内(两个相邻的信标时隙之间)提供更多的可用的时隙。
图8是本发明实施例的网格网络系统增大网络规模操作的流程图。如图8所示，在步骤810，网络控制器1设置当前的网络规模，也即，固定时隙和动态时隙的数量。
在步骤820，网络控制器1判断是否需要增大网络规模，如果是，则转向步骤830，否则转向步骤840。例如，网络控制器1可以基于当前未被占用的固定时隙数量来判断是否需要增大网络规模。
在步骤830，网络控制器1增加固定时隙和动态时隙的数量，也即，增加信标时隙之间的时间间隔。
在步骤840，以随机方式重新将固定时隙分配给自身和网格网络系统中的节点设备，并将时隙分配状态通过信标广播。优选地，可以将占数量预定比例(例如20％)的固定时隙分配给网络控制器1，以使得可供其使用的时隙随着网络规模的增大而增加。
由此，可以使得信标发送频率随网络规模变化，使得网格网络系统具有更好的灵活性。
同时，在某些情况下，网络控制器1有可能暂时离开通信区域，例如，用户使用智能移动通信终端作为网络控制器1，各节点设备为家中的智能电器。用户在离开家上班时，网络控制器1会离开网格网络的通信区域，如图9所示。在此情况下，如果节点设备2仍然正常发起数据传输操作会导致无谓的电能消耗，提高整个系统的功耗。
图10是本发明实施例的节点设备发起数据传输操作的流程图。如图10所示，在步骤1010，节点设备2c被触发建立数据包发送任务。
在步骤1020，节点设备2c检测信标的接收状态，如果连续m个信标均未接收到(也即，m个信标周期未接收到信标)，则转向步骤1030，如果连续k个信标均未接收到，k<m，则转向步骤1050，如果持续接收到信标，则转向步骤1070。
在步骤1030，节点设备2c将数据包发送任务挂起，进入睡眠状态。
在步骤1040，节点设备2c在睡眠状态下，定时唤醒侦测信标，如果接收到信标则转向步骤1070，否则返回步骤1030。
在步骤1050，节点设备2c保持侦测信标。
在步骤1060，如果节点设备2c等待超时，则转向步骤1030，否则转向步骤1070。
步骤1070，节点设备2c选择对应的固定时隙或随机选择动态时隙进行数据包发送。
由此，可以有效地防止网络控制器离开时节点设备仍然发送数据浪费电能。
某些情况下，网络控制器1根据用户指示或由自动条件触发需要将网格网络中的特定节点设备去除。图11是本发明实施例的网络控制器主动从网格网络系统中去除节点设备的流程图。如图11所示，在步骤1110，网络控制器1接收到去除指令。
在步骤1120，网络控制器1重复广播断开通知(例如重复3次)并修改路由信息和时隙分配状态以从网络中去除特定节点设备。断开通知中至少包括特点节点设备的标识。本步骤中，修改路由信息和时隙分配状态不需要网络控制器1接收到节点设备2的反馈。
在步骤1130，要去除的节点设备2d接收到断开通知，将状态标识修改为离开网络，完成断开操作。
如果是其它的节点设备2e接收到断开通知，则根据图7所示的步骤进行鉴权和转发条件判断以确定是否进行转发。
在某些应用场景下，节点设备2可能自行离开通信区域，如果网络控制器1无法获知最新的状态，会导致网络拓扑已经发生变化，而各节点设备和网络控制器仍然按照原有的方式进行数据的转发，这会导致网格网络系统的不稳定，也会由于不必要的转发或无效的转发导致网格网络的整体功耗上升。图12是本发明实施例的网格网络系统定期进行网络状态维护的流程图。如图12所示，在步骤1210，本实施例的网络控制器1周期性地发送状态查询请求。
在步骤1220，所有接收到所述状态查询请求的节点设备2e向网络控制器1返回状态查询响应。
在步骤1230，网络控制器1根据接收到的所有状态查询响应获取当前还在网格网络中的节点设备，并可以据此更新网格网络中节点设备的状态和路由信息。
由此，可以准确地了解网络拓扑的变化，保持网格网络始终以优化的方式进行路由和数据转发。
容易理解，对于本实施例的网络控制器1和节点设备2，其控制器可被设置为包括构成为解译和/或执行程序指令和/或处理数据的任何系统、设备或装置，且可包括但不限于微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)或构成为解译和/或执行程序指令和/或处理数据的任何其他数字或模拟电路。在一些实施例中，控制器12和22可解译和/或执行存储于存储器(未明确示出)中的程序指令和/或处理数据，所述存储器以通信方式耦接至控制器，以控制其它软件或硬件电路执行本发明实施例所述的方法步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种网格网络系统，包括：
网络控制器，适于以广播方式在预定的信标时隙发送信标，所述信标包括所述网格网络的时隙分配状态；
多个节点设备，每个所述节点设备适于根据所述信标进行同步并根据所述时隙分配状态选择未被占用的固定时隙发送入网请求，其中，每个所述固定时隙仅对应一个节点设备；
其中，所述网络控制器被配置为根据接收到的所述入网请求保存请求入网的节点设备地址并分配固定时隙，并在下一对应的固定时隙发送入网请求响应；所述节点设备被配置为根据所述入网请求响应获取分配给自己的固定时隙的信息，在对应的固定时隙发送数据包；所述节点设备和所述网络控制器还适于随机选择动态时隙发送数据包，所述动态时隙和所述固定时隙位于两个相邻的信标时隙之间。
2.根据权利要求1所述的网格网络系统，其特征在于，所述节点设备适于在等待所述入网请求响应超时时随机选择动态时隙重新发送所述入网请求。
3.根据权利要求1所述的网格网络系统，其特征在于，所述入网请求包括所述网格网络系统的鉴权信息，所述鉴权信息包括网络标识、网络密钥和设备生产商标识，其中，所述网络密钥用于对所述网格网络系统内部交互的数据进行加密和解密。
4.根据权利要求3所述的网格网络系统，其特征在于，所述网络控制器和所述节点设备适于在接收到的数据包的鉴权信息与自身存储的鉴权信息不匹配时丢弃所述数据包。
5.根据权利要求1所述的网格网络系统，其特征在于，所述网络控制器适于在需要增大网络规模时增加信标时隙之间的时隙数量，以随机方式重新将固定时隙分配给自身和网格网络系统中的节点设备，并将时隙分配状态通过信标广播。
6.根据权利要求1所述的网格网络系统，其特征在于，所述网络控制器适于在对应的固定时隙发送状态查询请求，并根据来自节点设备的状态查询请求响应更新网格网络中节点设备的状态和路由信息。
7.根据权利要求1所述的网格网络系统，其特征在于，所述网络控制器适于在从网格网络系统中断开特定节点设备时重复广播断开通知并修改路由信息和时隙分配状态；
所述特定节点设备在接收到所述断开通知后将状态标识修改为离开网络。
8.根据权利要求1所述的网格网络系统，其特征在于，所述节点设备适于在预定数量周期内均没有收到信标时进入睡眠状态，在所述睡眠状态下，所述节点设备不进行数据包发送。
9.根据权利要求8所述的网格网络系统，其特征在于，所述节点设备适于在睡眠模式下定时唤醒检测信标，在检测到信标时重新进入工作状态。
10.根据权利要求1所述的网格网络系统，其特征在于，所述节点设备根据接收到的数据包的被转发次数和自身的网络相对位置确定是否进行转发，所述网络相对位置表示所述节点设备与所述网络控制器之间的最短路径的跳数。
11.一种网格网络的节点设备，包括：
无线收发装置，适于根据控制进行数据收发；
控制装置，适于根据网络控制器在信标时隙广播的信标进行同步并根据所述时隙分配状态选择未被占用的固定时隙发送入网请求，其中，每个所述固定时隙仅对应一个节点设备；
所述控制装置被配置为根据接收到的所述网络控制器发送的入网请求响应获取分配给自己的固定时隙的信息，在对应的固定时隙控制所述无线收发装置发送数据包；所述控制装置还适于随机选择动态时隙发送数据包，所述动态时隙和所述固定时隙位于两个相邻的信标时隙之间。
12.根据权利要求11所述的节点设备，其特征在于，所述控制装置适于在等待请求响应超时时随机选择动态时隙重新发送所述入网请求。
13.根据权利要求11所述的节点设备，其特征在于，所述控制装置适于所述入网请求包括所述网格网络系统的鉴权信息，所述鉴权信息包括网络标识、网络密钥和设备生产商标识，其中，所述网络密钥用于对所述网格网络系统内部交互的数据进行加密和解密。
14.根据权利要求13所述的节点设备，其特征在于，所述控制装置适于在接收到的数据包的鉴权信息与自身存储的鉴权信息不匹配时丢弃所述数据包。
15.根据权利要求11所述的节点设备，其特征在于，所述控制装置适于在预定周期内没有收到信标时进入睡眠状态，在所述睡眠状态下，所述控制装置不发送数据包。
16.根据权利要求15所述的节点设备，其特征在于，所述控制装置适于在睡眠模式下定时唤醒检测信标,在检测到信标时重新进入工作状态。
17.根据权利要求11所述的节点设备，其特征在于，所述控制装置适于根据接收到的数据包的被转发次数和自身的网络相对位置确定是否进行转发，所述网络相对位置表示所述节点设备与网格网络的网络控制器之间的最短路径的跳数。
18.一种网格网络的网络控制器，包括：
无线收发装置，适于根据控制进行数据收发；
控制装置，适于生成包括网格网络的时隙分配状态的信标，并控制所述无线收发装置以广播的方式在预定的信标时隙向节点设备发送所述信标，所述时隙分配状态用于表示固定时隙的分配状态；
其中，所述控制装置被配置为根据接收到的所述节点设备发送的入网请求保存请求入网的节点设备地址并分配固定时隙，并在下一对应的固定时隙控制所述无线收发装置发送入网请求响应，每个所述固定时隙仅对应一个节点设备；所述控制装置还适于随机选择动态时隙发送数据包，所述动态时隙和所述固定时隙位于两个相邻的信标时隙之间。
19.根据权利要求18所述的网络控制器，其特征在于，所述入网请求包括所述网格网络系统的鉴权信息，所述鉴权信息包括网络标识、网络密钥和设备生产商标识。
20.根据权利要求18或19所述的网络控制器，其特征在于，所述控制装置适于在接收到的数据包的鉴权信息与自身存储的鉴权信息不匹配时丢弃所述数据包。
21.根据权利要求18所述的网络控制器，其特征在于，所述控制装置适于在需要增大网络规模时增加信标时隙之间的时隙数量，以随机随机方式重新将固定时隙分配给自身和网格网络系统中的节点设备，并将时隙分配状态通过信标广播。
22.根据权利要求18所述的网络控制器，其特征在于，所述控制装置适于在对应的固定时隙发送状态查询请求，并根据来自节点设备的状态查询请求响应更新网格网络中节点设备的状态和路由信息。
23.根据权利要求18所述的网络控制器，其特征在于，所述控制装置适于在从网格网络系统中断开特定节点设备时重复广播断开通知并修改路由信息和时隙分配状态。
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