CN105960770A - 用于操作网络中节点和节点设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作包括资源受限设备的网络中的节点的方法，该方法包括以下步骤：（a）如果节点的缓冲器不包含要传送到资源受限设备的经缓冲的消息，则将ACK消息放置在所述节点的缓冲器中；（b）在步骤（a）之后，检测由资源受限设备传送的所接收的消息；（c）在检测到所接收的消息之后，将ACK消息或者经缓冲的消息传送给资源受限设备；该方法还包括在已经传送ACK消息或者经缓冲的消息之后重复步骤（a）到（c），使得缓冲器总是包含准备发送的消息。

Description

用于操作网络中节点和节点设备的方法

技术领域

本发明涉及无线网状网络以及为此配置的设备的领域。

本发明例如与无线网络有关，比如包括例如ZigBee绿色功率设备这样的资源受限设备的ZigBee网络。

背景技术

在具有资源受限设备的无线网络中，维持投用到网络中的这样的资源受限设备是个问题。实际上，这样的资源受限设备通常处于非监听状态中，在该状态期间，没有消息，包括例如指示操作信道的改变的配置消息，可以被接收。

就本专利申请而言，资源受限设备是以非常低的功率操作并且可能甚至不具有功率存储的节点。其可以是例如ZigBee绿色功率设备（还称为GPD）。这种类型的设备可能能够仅在一些机会下传送或接收，例如在从环境收获能量之后（例如在光检测器使用太阳能操作的情况下）或者从用户的致动收获能量之后（例如在较少电池开关的情况下）。这样的接收机会因而可能不总是被预先安排。

包括在绿色功率规范中的双向通信部分地解决这些问题。依照该规范，资源受限设备附近的一些节点可以扮演代理的角色，其搜集寻址到资源受限设备的所有消息，并且仅在提供接收机会时将它转发给资源受限设备。因为可能在单个资源受限设备周围存在可以扮演代理角色的多个节点，所以它们之一可以被推选为主节点（还称为TempMaster），使得一次仅一个节点向资源受限设备传送消息。这在绿色功率规范中是关键的以最大化资源受限设备的接收概率；因为资源受限绿色功率设备的接收机会是——由于其功率限制——严格时间受限的，使得扮演代理角色的设备不能在冲突的情况下退避或重试其传送。经由TempMaster的传送用于例如在对GPD分组做出响应时。为此，在逻辑上与资源受限设备绑定的汇聚节点从资源受限设备附近的节点之中选择TempMaster（设备可以是能够基于汇聚表格转发的代理和/或汇聚，包括汇聚节点本身，如果在范围中的话）。TempMaster应当将绿色功率设备帧（GPDF）从汇聚节点转发到资源受限设备。当汇聚节点必须将消息传送给资源受限设备时，它将消息转发给TempMaster，其等待资源受限设备的下一接收机会以递送消息。

当ZigBee绿色功率设备在传送绿色功率设备帧时，该GPDF可以包括标记RxAfterTx=真，其指示在该消息的传送之后接收窗口将打开。在该接收窗口期间，TempMaster将消息递送给GPD，在GPDF的接收之后（至少）5ms，其中RxAfterTx=真。因而，存在消息生成与消息递送之间的延迟。

这种“传送之后接收”的机制意图用于非频繁事件，比如信道或密钥更新。实际上，假定针对资源受限设备的非常紧张的能量预算，更好的是花费能量在广播模式（具有特定地址或者不具有地址，即到多个潜在接收器）中的传送的若干尝试上（相同消息可以顺序地重复2或3次以最大化接收概率），而不是以单播向特定接收器发送并且等待确认。在大多数无线系统中，监听具有与传送相同或者甚至比其更高的成本。此外，系统可能没有能量在超时情况下对缺少确认起作用。

如果GP基础设施设备（即代理和/或汇聚）侧上的GPDF非接收由比如干扰、衰落或便携性/代理切换（其将由GP协议解决）这样的临时问题所引起，则这种利用重试的仅传送行为是可以的。然而，如果网络参数（例如密钥、信道）已经在GPD不可操作时改变，则其将没办法发现问题。特别地在信道改变的情况下，网络也将可能没办法发现问题，因为——已经移动到新的信道——其将不再在旧信道上接收GPD的消息。如果资源受限设备不定期地传送，则这一问题甚至更严重（如可以是例如用户操作的设备，例如灯开关，或者传送间隔取决于可用（所获取的）能量数量的设备，例如由小太阳能电池或空气或流体流动供电的传感器）：系统不知晓何时预期到消息以及何时假定资源受限设备丢失。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于操作节点的方法，其缓解以上提及的问题。

本发明的另一目的是提出一种用于操作节点以确保快速检测到与资源受限设备的连接的丢失的方法。

为此目的，依照本发明的第一方面，提出一种用于操作包括资源受限设备的网络中的节点的方法，该方法包括以下步骤

（a）如果节点的缓冲器不包含要传送给资源受限设备的经缓冲的消息，则将ACK消息放置于所述节点的缓冲器中；

（b）在步骤（a）之后，检测由资源受限设备传送的所接收的消息；

（c）在所接收的消息的检测之后，将ACK消息或者经缓冲的消息传送给资源受限设备，

方法还包括在已经传送ACK消息或者经缓冲的消息之后重复步骤（a）到（c），使得缓冲器总是包含准备要发送的消息。

本发明的主要目标是确保资源受限设备意识到网络仍旧存在。ACK消息可以传送给所有资源受限设备或者能够双向通信的GPD，或者仅传送给所选择的那些。对ACK中继的GPD可以请求其递送，例如通过在投用信息中包括特定能力信息或者通过在操作期间以特定标志或专用命令而请求它。ACK递送也可以由配对的汇聚或另一基础设施设备发起。用于ACK递送的GPD可以由其性质，例如应用类型、安全水平或者所使用的密钥类型等确定。GPD也可以由用户根据其它准则选择。在资源受限设备的确在接收机会时丢失一个（或多个）ACK消息或另一消息的情况下，其可以采取动作，例如以再发现或再加入网络、向用户提供反馈等。本发明的主要方面之一为总是保持TempMaster（代理或汇聚）处的经缓冲的消息准备用于传送。因而，当没有消息处于针对资源受限设备的缓冲器队列中时，可能添加ACK消息。该ACK消息可以是例如可自己再填充的。这种可自己再填充的性质可以归因于特定消息类型，或者由递送消息的请求中的明确标记来请求（例如，从配对于资源受限设备的汇聚发送给TempMaster，或者从TempMaster汇聚上的应用发送给其缓冲器）或者由要求特定类型确认的消息这一事实来请求。

依照本发明的该方面，在已经传送ACK消息或经缓冲的消息之后，步骤（a）到（c）重复，使得缓冲器总是包含准备发送的消息，要么是ACK消息要么是经缓冲的消息。通过这样做，缓冲器总是包含准备发送给资源受限设备的消息。因而，用于生成和准备消息所要求的所有时间可以在检测下一消息之前完成。附加的优点是配对于资源受限设备的汇聚节点与充当TempMaster的节点之间的最小通信量：只要TempMaster执行其角色，其就将保持其缓存器中的消息；汇聚不必在其每次看到来自资源受限设备的包括接收机会指示的命令时再发送消息以用于缓存（在绿色功率的情况下，大多数是广播）。一个另外的优点是TempMaster节点可以继续递送确认给资源受限设备，甚至是在（临时）缺失汇聚节点或者与汇聚节点有通信问题的情况下，因而保持资源受限设备在网络中有效。

而且，在本发明的一些实施例中，其它转发设备（TempMaster范围中的汇聚节点和代理）通过监控TempMaster的其它通信（例如，链路状态消息、再广播帧、参与在路由发现中以及消息路由等）并且在所检测的改变时触发TempMaster推选来帮助总是使TempMaster节点就位，甚至是在来自特定资源受限设备的通信缺失的情况下。

此外，如果资源受限设备使用特殊命令针对系统确认模式轮询，则该命令不必转发给所配对的（多个）汇聚。其可以单独地用于触发来自TempMaster的消息递送。其可以是专用消息，例如轮询消息，或者具有用于确认轮询的指示的常规消息，例如使用帧类型、标志或跳过应用有效载荷。这样，可以避免向汇聚转发无意义的消息并且可以减少网络的业务量，尤其是在资源受限设备相比于传送内容帧而言更频繁地针对确认轮询的情况下。其仅在确认是可自己再填充的情况下可能；否则，所配对的汇聚将无论如何都必须涉及再创建确认帧。该方面在丢失确认时仍旧与GPD触发TempMaster再发现可组合，以及与扮演触发TempMaster推选的代理角色的其它设备可组合：其它设备将必须监控确认消息向资源受限设备的递送；其在当前的绿色功率规范中是可能的，因为传送到由SrcID标识的GPD的分组使用MAC广播来发送。

依照本发明的实施例，缓冲器包括单条目队列，意味着仅可以存储寻址到特定资源受限设备的单个消息，如在当前绿色功率规范中所限定的。

依照本发明的实施例，缓冲器还包括多条目队列，意味着可以存储寻址到特定资源受限设备的多个消息；其中步骤（a）还包括如果一个条目可用，则将ACK消息放置在多条目队列中。实际上，在队列是多条目队列的情况下，并且即使存在队列中经缓冲的消息，则有利的是利用ACK消息填充条目以使得ACK消息已经准备用于接下来的机会。

依照本发明的另一实施例，如果所接收的消息包括接收机会的指示，则执行步骤（c）。在另一实施例中，不管接收机会的指示如何都执行步骤（c）。这可以简化并且加速递送，并且最佳地适用于ACK消息或者其它类型的可自己再填充的消息。

此外，可以针对要递送给资源受限设备的消息引入传送优先等级；其可以由生成消息的节点（例如中央控制器或汇聚）或者由TempMaster设定；例如基于消息类型。ACK消息的传送优先等级可以设定为最小传送优先等级。因而，ACK消息仅在没有要传送给资源受限设备的其它消息时才发送。实际上，其它消息还将向资源受限设备示出网络仍旧存在并且可操作（以及其配置参数，至少由资源受限设备可观察的那些，未改变）。

在本发明的变型中，不管在步骤（b）处所检测的来自资源受限设备的消息是否成功地解码，都执行步骤（c）。实际上，确认的目的是发信号通知具有适当网络配置的接收侧的存在。要指出的是，鉴于节点的典型实现的低计算能力，该节点可能不具有充足时间来完全地解码所接收的消息。在本发明的该实施例中，节点刚刚认识到消息从资源受限设备发送。部分解码的范围可以从简单滤波（例如通过正确帧检查序列、传送资源受限设备的标识符、传送方向等）到完全解析和部分安全检查（例如，所指示的安全等级和密钥类型，但不是完全的安全检查；仅新鲜度，但不是加密/验证，或者反之亦然），到完全解析和安全检查，但不是应用层消息解码。

在其中缓冲器包括单条目队列的以上变型的情况下，当单条目队列包含经缓冲的消息时，步骤（c）包括仅在所接收的消息的有效载荷成功地解码的情况下才传送经缓冲的消息。实际上，如果有效载荷没有成功地解码，则这可以意味着信道条件不好或者更可能的是资源受限设备的配置参数过时，其可能要求资源受限设备的某种再配置。因而，传送经缓冲的消息可能是无用的，因为资源受限设备将不能够解码它。消息不能成功地解码的另一原因可能是以下事实：它是欺骗消息（例如通过攻击者现在知晓所欺骗的GPD的恰当安全密钥和/或帧计数器），所以经缓冲的消息不应当根据这样的触发而递送：一方面，不应当使信息可用于潜在攻击者，另一方面，经缓冲的消息必须递送给真实GPD，特别是在经缓冲的消息不可自己再填充的情况下。

在之前的变型的另一可替换方案中，缓冲器包括多条目队列。在该情况下，可能的是步骤（c）包括如果消息的解码成功，例如包括所接收的消息的成功有效载荷解码，则传送具有最高传送优先等级的消息，如果解码消息仅部分地成功，例如如果仅所接收的消息的报头解码成功，则传送ACK消息。如以上所看到的，非成功解码可以意味着配置参数过时并且要求再配置，或者所接收的帧不真实。

在以上两个可替换方案中，（部分地）非成功解码可能触发较高传送优先级消息的生成，例如承载针对消息的参数更新的配置消息，其引起解码失败。

在以上讨论的各种实施例中的任一个中，可能的是步骤（c）执行以使得ACK消息或者经缓冲的消息在资源受限设备的接收窗口期间传送，所述接收窗口在消息从资源受限设备的传送完成时开始的时间段过期之后开始。

由于传播时间典型地可忽略，所以传送的完成近似为在步骤（b）处所检测的消息的接收的完成。

此外，ACK消息可能不包括帧编号标识符，因为ACK消息的传送的目的是不发信号通知数据分组的成功接收。此外，这放松了ACK消息的生成期间的要求。

可替换地，方法可以在变型中包括以下步骤

a1）预测来自资源受限设备的下一消息的帧标识符，

a2）生成包括所预测的帧标识符的ACK消息。

这些步骤a1）和a2）要在步骤a）之前执行。

在又一可替换方案中，作为步骤（c）之前的步骤（c1）的部分，TempMaster节点添加或更新在从资源受限设备接收到指示接收机会的消息时所标识的帧；因而，帧标识符总是正确。

依照本发明的该方面的变型，ACK消息寻址到资源受限设备。这意味着地址字段包括资源受限设备的地址或标识符。这提供区分消息的某种方式。

依照本发明的该方面的变型，ACK消息受保护，例如经加密、验证和/或允许新鲜度检查。这为GPD提供核实ACK是真实和/或新鲜的措施。

在本发明的该方面的又一变型中，步骤（c）执行以使得ACK消息或者经缓冲的消息在资源受限设备的接收窗口期间传送，所述接收窗口在消息从资源受限设备的传送（包括消息撤退）完成时开始的时间段的过期之后开始。这对应于例如ZigBee绿色功率网络情况下的传送之后接收的情况。

在本发明的又一变型中，ACK消息可以重复若干次，以增加接收的可靠性。它可以在资源受限设备完成该消息的传送之后紧随的一个接收机会中重复，即其再传送，如当前ZigBee绿色功率规范所要求的。它还可以在消息的特定副本的传送之后所提供的传送机会中重复，其典型地将要求比当前绿色功率规范所允许的5ms总体传送时间更大的重试之间的时间间隔。

在本发明的另外的变型中，在接收机会时，消息接收的统计，包括ACK消息和经缓冲的消息（如果有的话），可以由GPD使用以确定其长期传送策略。例如，如果GPD默认使用三个消息重试，但是其仅接收对低于第一阈值t1的百分比的消息的确认，则其可以将重试数目增大例如四，或者改变其它重试参数，例如改变重试时间间隔。另一方面，如果GPD默认使用三个消息重试，但是其接收对高于第二阈值t2的百分比的消息的确认，则其可以将重试数目减低为例如二。这样，GPD可以更好地均衡能量预算和通信可靠性。

依照第二方面，本发明还涉及具有通信单元以用于在网络中与至少一个资源受限设备通信的节点，该节点包括

- 包括要传送给资源受限设备的至少一个消息的队列的缓冲器，

- 适配成检测从资源受限设备所接收的消息的接收器，

- 帧生成器，其适配成在所接收的消息的检测之前，如果缓冲器不包含要传送给资源受限设备的经缓冲消息，则生成ACK消息并且将所述ACK消息放置在所述缓冲器中，

- 适配成在检测到所接收的消息时将ACK消息或经缓冲的消息传送给资源受限设备的传送器；

其中帧生成器布置成在传送ACK消息或经缓冲的消息之后，如果所述缓冲器不包含要传送给资源受限设备的经缓冲消息，则还生成ACK消息并且将所述ACK消息放置在所述缓冲器中，以便总是在缓冲器中维持至少一个准备发送的消息。

本发明的又一方面是一种网络，其包括如在本发明的第二方面中阐述的第一节点以及资源受限设备。

在这样的网络中，可以提供资源受限设备附近的多个第二节点，其中第一节点配置成充当用于资源受限设备的主节点，并且其中第一节点和第二节点中的至少一个适配成触发用于在检测到第一节点的失败时在多个第二节点而不是第一节点之中推选新的主节点的推选方法，其中指令新的主节点以总是在其缓冲器中维持准备发送给资源受限设备的消息。通过这样做，网络可以确保TempMaster总是可操作并且维持资源受限设备与网络的其余部分之间的链路。

在本发明的另一方面中，提出一种包括代码的计算机程序产品，所述代码用于在加载于控制器上时执行依照本发明的第一方面的方法的步骤的指令。

此外，本发明还可以适配用于向资源受限设备传送配置参数。依照本发明的该方面，提出一种用于操作包括资源受限设备的网络中的节点的方法，该方法包括以下步骤

（a）将指示传送性质的配置信号放置在节点的缓冲器中；

（b）在步骤（a）之后，检测由资源受限设备传送的所接收的消息；

（c）在检测到所接收的消息之后向资源受限设备传送配置信号，

方法还包括重复步骤（a）到（c）直到发现所接收的消息使用所述传送性质或者接收到来自资源受限设备的特定确认。

在本发明的该方面的实施例中，传送性质是以下中的至少一个：操作传送信道、安全密钥、安全密钥类型、安全等级、帧计数器值、网络标识符、设备标识符、报告间隔、报告阈值、命令类型。

因而，代替ACK消息，缓冲器可以自动地填充有配置信号使得其在资源受限设备的下一接收机会处被传送。配置信号的这种自动再填充将继续直到检测到资源受限设备使用传送性质这一确认，例如资源受限设备在使用被发信号通知的配置参数，例如当由资源受限设备传送的消息的有效载荷利用正确安全密钥加密时或者直到它发送确认消息。一旦设备检测到这样的有效载荷被正确地加密或者特定确认，则其可以返回到正常操作模式。总有一个可以更容易，这取决于所更新的参数的类型和扮演TempMaster角色的设备的类型（汇聚对比代理）；优选地，触发资源受限设备参数更新的节点指示成功递送条件，其将允许TempMaster返回到正常操作模式。

本发明的该方面可以与本发明之前的方面组合。此外，还提出使节点配置用于执行本发明的这个之前方面的步骤。

本发明的这些和其它方面将从以下描述的实施例显而易见，并且将参照以下描述的实施例来阐述。

附图说明

现在将通过示例参照附图更加详细地描述本发明，其中：

- 图1是在其中实现本发明的网络的框图。

- 图2A、2B、2C和2D是示出依照本发明的若干实施例的节点的缓冲器状态的计时图。

- 图3是表示依照本发明的实施例的节点的框图。

- 图4是表示依照本发明的实施例的方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照如图1中所示的网络来示出本发明的实施例。在该网络10中，资源受限设备11与示意性地由云表示的网络14的其余部分和资源受限设备11附近的汇聚节点13、多个其它节点12a、12b进行操作。

资源受限设备11在该示例中是无电池开关11，包括可以由用户致动的开关111。该开关111的致动使得齿轮机构112能够操作以便收获能量，其然后用于经由收发器113与网络10通信。网络可以配置成使得开关111的致动引起资源受限设备11向连接到网络的远程负载（例如灯）传送命令。该灯连接到汇聚节点，其类似于包括照明器131的汇聚节点13。这样的汇聚节点典型地由市电供电。结合该实施例，汇聚节点是执行由资源受限设备传送的命令的设备。典型地，其是操作灯并且由资源受限设备控制的节点。

两个节点12a和12b配置成以使得每一个可以扮演代理的角色，即它们可以向资源受限设备并且自资源受限设备转发消息，由此桥接网络的其余部分与资源受限设备之间的链路。扮演代理角色的节点典型地由市电供电。在该示例中，节点12a已经被推选为针对资源受限节点11的主节点（或TempMaster）。因而，资源受限设备11与节点12a之间的链路15通过操作而维持。在该TempMaster角色下，当存在资源受限设备11处的接收机会时，节点12a从网络14的其余部分转发寻址到资源受限设备11的任何消息。节点12a和12b的转发机制可以设计成使得节点12a偏好保持其TempMaster角色，如果可能的话，例如通过取决于信号强度和/或在过去第一次转发这一事实而做出转发延迟。节点12a通过逻辑链路152a链接到网络14的其余部分。另外的链路可以存在，但是出于清楚起见没有示出。类似地，节点12b通过逻辑链路152b链接到网络14的其余部分，并且汇聚节点13通过逻辑链路153链接到网络14的其余部分。要指出的是，汇聚节点13和代理节点12b二者可以被推选为TempMaster，如果它们具有适当的能力并且满足特定条件的话，包括处于资源受限设备的直接无线电范围中并且具有到资源受限设备的链路上的良好信号质量。

资源受限设备可以在控制网络14中的多于一个汇聚，但是出于清楚起见而没有示出。其它资源受限设备可以存在于网络14中，尽管出于清楚起见没有示出。

依照图2A-2C的计时图所示出的本发明的实施例，TempMaster节点12a包括缓冲器，其包括要发送给资源受限设备11的消息。该缓冲器可以操作为FIFO系统，其意味着在传送时所传送的消息是首先进入到缓冲器的那个消息。类似地，在基本实施例中，当新消息到达缓冲器中而队列是满的时，最旧的消息被丢弃。这典型地是缓冲器应对单个优先等级的仅一个队列时的情况。然而，在本发明的另一实现中，缓冲器可以控制具有不同优先等级的消息的队列。在该情况下，当新消息到达缓冲器中而同时队列是满的时，队列中最低优先级的消息（存在多于一个最低优先级的消息的情况下是最旧的）被丢弃。类似地，在传送时，最高传送优先等级的消息（存在多于一个的情况下是最旧的）首先被传送。其它缓冲器管理策略也是可能的，其中一些通过与图2A-2D有关的示例来表示。

在图2A处示出的第一示例中，缓冲器包括具有要传送给特定资源受限设备的消息的多个条目的队列，并且其最初是空的。缓冲器的状态通过分别对应于时刻t1、t2、t3'和t4的表格201、202、203和204来示出。在图2A和2B中，那些表格中的消息的位置指示所意图的传送次序：消息越低，意图越早地传送它。要指出的是，那些表格表示针对一个资源受限设备的缓冲器；代理角色中的节点可以具有用于向多个资源受限设备传送的缓冲器；可以为每一资源受限设备分配特定数目的队列条目，或者设备可以共享可用的队列条目，可能地具有每一资源受限设备的条目数目的某一最小保证。在该计时图中还示出从资源受限设备11的上行链路传送21（UL）和从TempMaster节点12a到资源受限设备11的下行链路传送22（DL）。

在该示例性计时图的开始处，在t1处，TempMaster节点12a生成ACK帧并且依照缓冲器状态201放置它。因而，ACK帧准备在下一接收机会处发送给资源受限设备11。然后，资源受限设备11传送消息210，例如因为开关111已经由用户致动。如在该图上所示，消息210可以重复多次，此处为3次（对应于3个框），以便增大成功解码消息的概率。该消息210在t2处由TempMaster节点12a检测。根据缓冲器状态202，不存在要传送的具有更高优先级的其它消息，TempMaster节点将在下一接收机会处传送该ACK帧。消息210可以包含接收机会的指示符，例如标志。

在消息210的传送结束之后的预确定数量的时间之后，该接收机会在t3处开始。因而，TempMaster节点在t3'处传送ACK帧220。该时刻t3'可以等于t3或者发生在t3紧后面以便考虑到时段的计算中的任何误差。

此时，由于ACK帧220由TempMaster节点12a传送，所以其缓冲器状态203示出空队列。紧随t3'之后，在时刻t4处，TempMaster节点12a的帧生成器创建新的ACK消息并且将它放置在缓冲器队列中。这在展现ACK消息的缓冲器状态204上示出。

在图2B处示出的第二示例的情况下，缓冲器包括具有要传送给特定资源受限设备的消息的多个条目的队列，并且其最初包含高传送优先等级的消息MSG。

在该示例性计时图的开始处，在t1处，TempMaster节点12a生成ACK帧，其具有更低的传送优先等级，并且依照缓冲器状态201将它放置在队列中的消息MSG上方。消息MSG帧准备在下一接收机会处发送给资源受限设备11，ACK帧准备用于另一接下来的机会（除非需要发送比ACK消息更高的优先级的新消息）。然后，资源受限设备11传送消息210，例如因为开关111已经由用户致动，并且其在t2处由TempMaster节点12a检测。根据缓冲器状态202，不存在要传送的比消息MSG更高的优先级的其它消息，因而TempMaster节点将在下一接收机会处传送该MSG帧。消息210可以包含接收机会的指示符，例如标志。

在消息210的传送结束之后的预确定时间量之后，该接收机会在t3处开始。因而，TempMaster节点在t3'处传送MSG帧220。该时刻t3'可以等于t3或者发生在t3紧后面以便考虑到时段的计算中的任何误差。

此时，由于MSG帧220由TempMaster节点12a传送，所以其缓冲器状态203示出具有仅存在的ACK帧的队列。紧随t3'之后，在时刻t4处，TempMaster节点12a的帧生成器可以创建新的ACK消息并且将它放置在缓冲器队列中，因为存在缓冲器队列中的空条目。然而，可替换地，还可能的是没有创建另外的ACK帧，因为已经存在队列中的一个经缓冲的消息。这是展现一个ACK消息的缓冲器状态204上所示出的情况。

在图2C处示出的第三示例中，缓冲器包括具有要传送给特定资源受限设备的消息的单个条目的队列。这对应于ZigBee绿色功率代理节点的当前典型实现。在该示例中，队列已经包括经缓冲的消息MSG。

在该示例性计时图的开始处，在t1处，TempMaster节点12a不生成ACK帧，因为依照缓冲器状态201已经存在经缓冲的消息MSG。MSG帧准备在下一接收机会处发送给资源受限设备11。然后，资源受限设备11传送消息210，例如因为开关111已经由用户致动。如在该图上所示，消息210可以重复多次，此处为3次（对应于3个框），以便增大成功解码消息的概率。该消息210在t2处由TempMaster节点12a检测。根据缓冲器状态202，不存在要传送的具有更高优先级的其它消息，TempMaster节点将在下一接收机会处传送该MSG帧。

因而，TempMaster节点在t3'传送MSG帧220。该时刻t3'可以等于t3或者在t3紧后面以便考虑到时段的计算中的任何误差。典型地，在从资源受限设备传送结束之后5ms，接收窗口打开。

此时，由于MSG帧220由TempMaster节点12a传送，其缓冲器状态203示出空队列。紧随t3'之后，在时刻t4处，TempMaster节点12a的帧生成器创建新的ACK消息并且将它放置在缓冲器队列中。这在展现ACK消息的缓冲器状态204上示出。

在单条目队列的情况下，当请求缓冲高传送优先等级的消息时，ACK消息将由高传送优先等级的消息替换。自动生成的ACK消息不应当替换高传送优先等级的消息。这在图2D中示出的第四示例中图示。

在图2D中，缓冲器包括具有要传送给特定资源受限设备的消息的单个条目的队列。这对应于ZigBee绿色功率代理节点的当前典型实现。在该示例中，队列最初是空的。

在该示例性计时图的开始处，在t1处，TempMaster节点12a生成ACK帧并且依照缓冲器状态201放置它。因而，ACK帧准备在下一接收机会处发送给资源受限设备11。然后，在t1'处，TempMaster接收高传送优先等级的消息MSG。消息MSG可以通过空气来接收或者由节点12a上的过程来生成。由于ACK消息具有更低传送优先级，所以节点12a利用消息MSG替换缓冲器中的ACK消息，如在201中所示。因而，在t1'处，MSG帧准备在下一接收机会处发送给资源受限设备11。然而，资源受限设备11传送消息210，例如因为开关111已经由用户致动。如在图上所示，消息210可以重复多次，此处为3次（对应于3个框），以便增大成功解码消息的概率。该消息210在t2处由TempMaster节点12a检测。根据缓冲器状态202，不存在要传送的具有更高优先级的其它消息，TempMaster节点12a在下一接收机会处传送该MSG帧。

因而，TempMaster节点在t3'处传送MSG帧220。该时刻t3'可以等于t3或者发生在t3紧后面以便考虑到时段的计算中的任何误差。典型地，在从资源受限设备传送结束之后5ms，接收窗口打开。

此时，由于MSG帧220由TempMaster节点12a传送，所以其缓冲器状态203示出空队列。紧随t3'之后，在时刻t4处，TempMaster节点12a的帧生成器创建新的ACK消息并且将它放置在缓冲器队列中。这在展现ACK消息的缓冲器状态204上示出。

在与图2A-2D相关地给出的所有示例中，缓冲器管理（帧的添加、帧排序）在将消息传送给资源受限设备时、在接收（更）高传送优先级消息时或者在初始化TempMaster角色时完成。可以存在针对缓冲器管理的另外触发，包括队列中的消息的寿命的过期；请求，通过空气接收或者本地的，以从队列移除特定消息；从网络移除资源受限设备，资源受限设备的配置改变，配对于资源受限设备的汇聚节点的应用改变。

现在将参照图3更详细地描述实现本发明的设备12a的示例性实施例。设备12a包括收发器31，其使得能够与网络的其余部分并且与资源受限设备通信。微控制器CPU 32依照加载于存储器35上的软件来控制收发器31。软件可以包括具有专用功能性的块，例如分离但又可能地经由接口块互连，例如以用于与网络通信并且用于与资源受限设备通信；另外更精细粒化的功能性划分是可能的。各块可以选择性地可配置或者软件可以作为整体来加载。为了准备通过收发器31发送帧，设备12a包括帧生成器FRM GEN 33，其由微控制器32依照加载于存储器35上的软件来控制。一旦帧已经由帧生成器创建，其就加载到缓冲器BUF34中，以用于由收发器31随后传送。该缓冲器典型地包含设备12a意图与其通信的每一设备的逻辑队列。在图1的示例中，设备12a的缓冲器34将包含意图用于资源受限设备11的消息的至少第一缓冲器队列。这些缓冲区队列通常具有单个条目（即它们各自仅可以包含单个经缓冲的消息），然而这些队列中的一些或全部可以包含多个条目（即缓冲器队列中的至少一个可以包含多于一个经缓冲的消息）。此外，在多条目队列的情况下，可以为每一资源受限设备分配特定数目的队列条目，或者设备可以共享如可用的队列条目，可能地具有每一资源受限设备的条目数目的某一最小保证。

在依照本发明的操作期间，当专用于资源受限设备11的队列是空的时，CPU 32命令帧生成器创建用于图1的资源受限设备11的ACK帧，其然后被放置到缓冲器34中。在专用于资源受限设备11的队列是多条目队列的情况下，CPU可以检查多个条目中的一个是否为空并且命令帧生成器33创建要供应给缓冲器34的新ACK消息。然后，当收发器31从资源受限设备11接收消息时，微控制器32可以检查是否将存在传送机会。如果情况如此，则其然后命令缓冲器34释放消息以用于由收发器31传送。在命令缓冲器34释放消息以用于传送之前，可以应用所接收的帧的另外处理，包括滤波（例如，通过目的地或源地址、所标识的网络、帧方向、帧标识符、安全参数）、安全检查和应用有效载荷解码。处理数量还可以取决于要传送的消息的传送优先级。所释放的消息可以是队列中最高优先级的消息，或者在队列为多条目队列的情况下是最旧的消息。在单条目队列的情况下，经缓冲的消息，即新创建的ACK消息或者之前存在的被传送给资源受限设备11的消息。消息可以在传送之前进行进一步处理，例如可以更新帧编号标识符或者可以应用安全处理。

现在将参照图4详细地解释依照本发明的实施例的整个过程。

该操作模式的初始化发生在步骤S400处，当节点12a被推选为资源受限设备11的主节点（TempMaster）时。其它事件也可以触发该过程，包括队列中的消息的寿命的过期、请求从队列移除特定消息、从网络移除资源受限设备等。然后，在步骤S401处，节点12a检查专用于资源受限设备11的缓冲器队列是否为空或者已经包含经缓冲的消息。在缓冲器队列为空的情况下，节点12a的帧生成器33在步骤S402处排序以创建ACK帧并且将它添加到专用于资源受限设备的缓冲器队列中。在缓冲器队列已经包含经缓冲的消息的情况下，其在步骤S403处检查缓冲器队列是否包含可用条目。该步骤在缓冲器队列是单条目队列的情况下省略。如果队列中的消息是ACK消息，该步骤也可以省略。如果在步骤S403处确定专用于资源受限设备的队列的条目可用，则方法进行到步骤S402以创建ACK消息，其然后被添加到专用于资源受限设备的缓冲器队列中。因而，利用之前的步骤确保消息准备在下一传送机会处发送给资源受限设备。在没有到缓冲器队列中的可用条目或者队列已经包含ACK的情况下，方法直接进行到下一步骤S404。

然后，节点12a等待在步骤S404处所检测的消息。节点12a的微控制器32确定在步骤S405处是否安排接收机会。这可以例如通过解码所接收的消息的报头并且检查RxAfterTx标志是否被设定来完成。然而，要指出的是，该步骤可以是可选的，因为资源受限设备可以配置成总是在传送之后接收，以使得接收机会总是跟随来自资源受限设备11的消息。而且，出于节点12a的实现的简单起见，该步骤可以是可选的；其可以在每一次从资源受限设备接收消息时递送消息。这可以进一步受限于仅递送ACK消息；对于高传送优先级的消息，接收机会仍旧可以被检查。如果在步骤S405处确定没有接收机会将跟随，则过程返回到S402之后或者在该示例中步骤S401之前的步骤。可替换地，过程可以返回到步骤S404之前；其中在没有接收机会的情况下，缓冲器的明确检查通过除消息的接收之外的措施来触发。此外，节点12a将依照经配置的过程（HNDL）处置消息，其可能要求更新关于资源受限节点11的信息的本地副本、将消息转发给另一节点和/或对有效载荷采取某种行动。这部分不在本发明的范围内，其将不包括在该描述的进一步细节中。

如果在步骤S405处确定接收机会将跟随，则除之前提及的消息处置（HNDL）之外，节点12a可以在接下来的步骤中将经缓冲的消息传送给资源受限设备11，例如一旦接收机会开始的话。在单条目缓冲器队列的情况下，在第一变型中，不管消息的部分或全部是否正确地解码，经缓冲的消息都可以被传送。例如，所接收的消息事实上可以整体受损，使得对所接收的消息包含的信息的处置不可能。仍然传送ACK消息或者经缓冲的消息（如果在步骤S401处确定缓冲器不为空的话）。在另一示例中，所接收的消息可以包括报头和有效载荷，其中有效载荷被编码或者甚至加密。报头可以以更低的要求发送以确保该报头的这种传送更为鲁棒。例如，其可以具有更低数据速率或者利用较简单的代码编码或者没有被加密。在这样的示例性变型中，经缓冲的消息可以仅在该报头正确地解码的情况下发送，而不管有效载荷本身是否可以被解码。在依照该示例报头没有恰当地解码的情况下，节点可能不在传送任何东西。在另一示例中，不管所接收的帧的有效载荷的安全检查是否成功，都可以递送ACK消息。在又一示例中，不管所接收的帧的应用有效载荷是否被成功地解码，都可以递送ACK消息。

返回到图4的示例，专用于资源受限设备11的缓冲器队列在该示例中为多条目队列。在该示例中，经缓冲的消息可以具有不同的传送优先等级。然而，在变型中，缓冲器可以精确地像基本FIFO那样起作用，即队列的最旧消息是所发送的那个消息。在步骤S406处，节点12a检查报头是否正确地解码。该步骤S406可以省略并且组合在步骤S405中，例如如果传送机会的发生可以仅通过对报头的解码来确定的话。如果报头没有成功地解码，则节点12a可以不传送任何东西并且过程可以返回到S402之后，或者在该示例中步骤S401之前（或者步骤S404之前）。然而，如果在步骤S406处确定报头被解码，则节点12a检查所接收的消息的另外处理（在该特定示例中，安全检查）在步骤S407处是否成功。如果安全检查成功，则节点12a在步骤S408处传送具有最高传送优先等级的队列的消息（例如，信道配置或投用GPDF或应用GPDF，例如用于修改GPD的应用参数，诸如测量阈值或报告间隔）。ACK消息在该示例中以最低传送优先等级设定，因此ACK消息在该情况下仅在没有队列中的其它消息的情况下才发送。如果在步骤S407处安全检查失败，则节点12a在步骤S409处传送ACK消息而不管是否存在队列中的另一经缓冲的消息。这种不同传送决策的原因在于，在资源受限设备消息没有恰当解码的情况下，非常可能意味着配置参数（比如安全密钥）没有在资源受限设备处更新。因而，非常可能的是资源受限设备将不能够解码复杂消息。ACK消息仍旧被发送以向资源受限设备告知网络仍旧存在。取决于处理失败的原因，用于传送的消息的更复杂选择是可能的。例如，如果安全处理由于非正确消息完整性代码（其可能指示资源受限设备处于错误密钥的占有中）而失败，则节点12a在步骤S407处可以检查任何更高传送优先级的消息是否包括或者具有可以包含密钥更新的类型并且选择递送该消息；例如递送GPD投用回复消息而不是GPD写入属性命令，其可能已经被安排用于较早的递送。此外，在TempMaster处，从资源受限设备所接收的消息的非正确处理可能触发再投用或者修复资源受限设备的配置，例如通过触发适当（高传送优先等级）配置消息的生成。

在ACK消息（S409）或者最高传送优先等级的消息（S408）的传送之后，在该实施例的变型中，过程然后返回到S402之后或者步骤S401之前。

如上文所看到的，依照本发明的实施例的节点能够总是保持系统中的确认帧（ACK消息），以准备用于在资源受限设备监听时递送它。如上文所看到的，归功于该过程，确认帧是可自己再填充的。如在以上示例中看到的，这可以通过一旦已经传送ACK消息就以新的一个替换ACK消息来完成。

ACK消息可以限定为用于ZigBee绿色功率兼容设备的特定消息。该ACK消息可以承载特定设备（它所发送至的资源受限设备）的地址。在示例中，ACK消息不具有有效载荷中的帧计数器，使得其可以预先放置到系统中。然而，可以可能的是通过预测来自资源受限设备的下一消息的帧计数器来具有帧计数器，使得特定帧的接收可以顺序地确认，或者在从资源受限设备接收消息时填充帧计数器值，以保证它具有正确值。ACK消息可以受保护地发送（通过安全密钥加密和/或验证）或者它可以不受保护地发送（未经验证和/或加密）。ACK消息可以承载一些附加的信息，例如特定配置参数，其还可以不承载附加的信息或者甚至是无有效载荷的。

如上文所解释的，ACK消息可以用于确认从资源受限设备的传送，即在检测来自资源受限设备的消息时传送ACK消息，而不管其是否已经恰当地解码。其还可以用于确认消息的成功接收。

在其它节点检测到针对特定资源受限设备的ACK消息的缺失的情况下，以上描述的实施例还可以通过新TempMaster的前摄性推选而改进。此外，当新的TempMaster被提名时，或者当资源受限设备未配对或从网络移除时，早前描述的这种特定行为可以被停止。

ACK消息的递送可能要求TempMaster总是就位。依照本发明的一些实施例，在ACK消息的非递送的情况下，资源受限设备可以触发自动行为。这样的行为的第一示例是资源受限设备的传送性质中的改变。更具体地，当资源受限设备系统地接收ACK消息时，其可以假定资源受限设备与其TempMaster之间的链路具有良好质量。因而，传送要求可以放松，例如通过减少从资源受限设备传送的消息的重复数量。典型地，在ZigBee绿色功率中，资源受限设备通过重复相同的消息三次而传送消息，使得其增大正确接收的概率。在资源受限设备估计与其TempMaster的连接具有良好质量的情况下，该重复数目可以减少。相反地，当资源受限设备估计连接由于一些所传送的消息没有被确认而具有低质量时，重复数目可以增大。当资源受限设备发现所有其消息没有被确认时，其可以发送一些特定命令以触发TempMaster的新推选。此外，其可以触发资源受限设备上的另一行为，例如扩展接收机会，通过使其更长或者更频繁，从而再投用或试图找回网络，例如通过信道切换。其可以提供用户反馈，例如使红色LED闪烁（在用户激活的资源受限设备的情况下，优选地在下一用户交互时）、指示传送问题。

结合另一实施例，代理角色中的其它设备可以追踪TempMaster，例如通过存储器地址，例如在代理表格条目中。

由于代理角色中的设备全部处于资源受限设备的范围中，所以它们中的至少一些可能也处于TempMaster的范围中。因而，它们可以注意到涉及该TempMaster节点的事件，要么基于ZigBee通信，例如缺少链路状态消息、断裂路由、从新位置发送的Device_annce等。在TempMaster的检测（临时地）消失时，它们可以触发新TempMaster的推选，不等待这由来自资源受限设备的下一消息接收所触发。

可替换地或者附加地，代理角色中的设备可以追踪绿色功率相关通信，例如，由TempMaster转发的GP通知（其应当是首先转发），并且根据其缺失/非规律性而触发新的TempMaster推选。

TempMaster推选可以由（多个）汇聚或另一设备执行，例如投用工具或节点管理器——然后可能需要向它们告知TempMaster消失，特别地在其它代理通过监控ZigBee消息而检测到此的情况下。其还可以由代理执行，从而导致新的首先转发代理的提名。

要指出，汇聚——如果能够直接接收并且在GPD的范围中——也可以扮演TempMaster角色。

汇聚可以指令TempMaster使特定消息、ACK或另一消息是可自己再填充的。

要指出的是，并非所有资源受限设备都需要ACK消息，并且这可以由资源受限设备配置。

以上讨论的实施例的扩展提出一种用于操作包括资源受限设备的网络中的节点的方法，该方法包括以下步骤

（a）将指示传送性质的配置信号放置在节点的缓冲器中；

（b）在步骤（a）之后，检测由资源受限设备传送的所接收的消息；

（c）在检测到所接收的消息之后，将配置信号传送给资源受限设备，

该方法还包括重复步骤（a）到（c）直到发现所接收的消息使用所述传送性质。

在该情况下，代替传送ACK消息，TempMaster可以维持缓冲器中的配置更新消息使得其在资源受限设备的所有接收机会下传送。该操作模式维持直到资源受限设备在使用所指示的传送性质或者发送特定确认消息。在该示例中，传送性质是以下中的至少一个：操作传送信道、安全密钥、安全密钥类型、安全等级、帧计数器值、网络标识符、设备标识符、报告间隔、报告阈值、命令类型。

该实施例可以与之前的实施例组合。例如，在通过维持缓冲器中的ACK消息之前，甚至在执行消息的解码之前，TempMaster通过系统地传送所描述的ACK而开始。如果发现资源受限设备没有在使用最新的配置参数，则TempMaster可以决定进入这一另外的操作模式，其中配置帧在缓冲器中再生成以便在每一个接收机会处传送。当最终使用正确的配置参数时，TempMaster可以再进入正常操作模式。

如上文所看到的，归功于本发明的实施例，针对能够双向通信的资源受限设备的确认帧可以总是保持在系统中，以便在资源受限设备接收窗口打开时准备可递送。

尽管已经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视为是说明性或示例性而非限制性的。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。其可以结合任何类型的负载、传感器、开关等而实现。

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”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以履行在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记载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，不管前述内容在文字上多么详细地出现，本发明都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，在描述本发明的某些特征或方面时特定术语的使用不应当视为暗示着该术语在本文中再限定为受限于包括与该术语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履行在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记载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 (15)

1.一种用于操作网络中的节点的方法，所述网络还包括资源受限设备，该方法包括以下步骤

（a）如果节点的缓冲器不包含要传送到资源受限设备的经缓冲的消息，则将ACK消息放置在所述节点的缓冲器中；

（b）在步骤（a）之后，检测由资源受限设备传送的所接收的消息；

（c）在检测到所接收的消息之后，将ACK消息或者经缓冲的消息传送给资源受限设备；

该方法还包括在已经传送ACK消息或者经缓冲的消息之后重复步骤（a）到（c），以使得缓冲器总是包含准备发送的消息。

2.权利要求1的方法，其中如果所接收的消息包括在其期间资源受限设备能够接收的接收机会的指示，则执行步骤（c）。

3.权利要求1或2的方法，其中缓冲器包括多条目队列，其中步骤（a）还包括如果条目之一可用，则还将ACK消息放置在多条目队列中。

4.前述权利要求中任一项的方法，其中ACK消息的传送优先等级被设定为最小传送优先等级。

5.权利要求1的方法，其中缓冲器包括多条目队列，并且其中步骤（c）包括在缓冲器的多条目队列中寻找具有最高传送优先等级的消息，并且传送所述消息。

6.前述权利要求中任一项的方法，其中不管所接收的消息的有效载荷是否被成功地解码，都执行步骤（c）。

7.权利要求1或2的方法，其中缓冲器包括单条目队列，其中当单条目队列包含经缓冲的消息时，步骤（c）包括仅在所接收的消息的有效载荷被成功地解码的情况下才传送经缓冲的消息。

8.权利要求1或2的方法，其中缓冲器包括多条目队列，并且其中步骤（c）包括如果所接收的消息的有效载荷的解码成功，则传送具有最高传送优先等级的消息，并且如果只有所接收的消息的报头解码成功，则传送ACK消息。

9.前述权利要求中任一项的方法，其中步骤（c）执行以使得ACK消息或者经缓冲的消息在资源受限设备的接收窗口期间传送，所述接收窗口在消息从资源受限设备的传送完成时开始的时间段的过期之后开始。

10.一种具有通信单元以用于在网络中与至少一个资源受限设备通信的节点，该节点包括

- 缓冲器，其包括要传送给资源受限设备的至少一个消息的队列，

- 接收器，其适配成检测从资源受限设备所接收的消息，

- 帧生成器，其适配成在检测到所接收的消息之前，如果缓冲器不包含要传送给资源受限设备的经缓冲的消息，则生成ACK消息并且将所述ACK消息放置在所述缓冲器中，

- 传送器，其适配成在检测到所接收的消息时向资源受限设备传送ACK消息或者经缓冲的消息；

其中帧生成器布置成在ACK消息或者经缓冲的消息的传送之后，如果所述缓冲器不包含要传送给资源受限设备的经缓冲的消息，则还生成ACK消息并且将所述ACK消息放置在所述缓冲器中，以便总是在缓冲器中维持准备发送的至少一个消息。

11.一种网络，包括如权利要求10中限定的第一节点以及资源受限设备。

12.权利要求11的网络，还包括资源受限设备附近的多个第二节点，其中第一节点配置成充当资源受限设备的主节点，并且其中第一节点和第二节点中的至少一个适配成触发用于在检测到第一节点的失败时在多个第二节点而不是第一节点之中推选新的主节点的推选方法，其中指令新的主节点执行权利要求1-9中任一项的方法。

13.计算机程序产品，其包括用于在加载于控制器上时依照权利要求1-9的方法的步骤执行指令的代码。

14.一种用于操作包括资源受限设备的网络中的节点的方法，该方法包括以下步骤

（a）将指示传送性质的配置信号放置在节点的缓冲器中；

（b）在步骤（a）之后，检测由资源受限设备传送的所接收的消息；

（c）在检测到所接收的消息之后向资源受限设备传送配置信号，

该方法还包括重复步骤（a）到（c）直到检测到资源受限设备使用所述传送性质的确认。

15.权利要求14的方法，其中传送性质是以下中的至少一个：

操作传送信道、安全密钥、安全密钥类型、安全等级、帧计数器值、网络标识符、设备标识符、报告间隔、报告阈值、命令类型。