CN106105319A - 用于配置节点设备的方法、网络和节点设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括用于将消息路由到网络的多个节点设备的路由控制器的设备，该路由控制器包括至少一个全局实例，其使得能够实现将消息路由到节点设备的路由集合；至少一个局部实例，其用于将分组路由到与设备相邻的邻节点设备，其中，所述邻节点设备在不考虑邻节点设备是否属于节点设备的路由集合的情况下选择，并且其中，所述路由控制器被配置成为了将多播消息路由到节点设备而使用局部实例。

Description

用于配置节点设备的方法、网络和节点设备

技术领域

本发明涉及通信网络（例如室外照明网络，其中在该室外照明网络中每个节点设备连接到照明器，该照明器由通过网络发送的命令控制）中的通信设备。本发明也涉及用于配置这样的节点的方法。

本发明例如涉及使用无线通信的室外照明网络。

背景技术

在某些通信网络中，例如在室外照明网络中，每个节点设备具有两个或更多个通信接口。在图1上所示的示例中，网络的每个节点100具有例如网格接口（mesh interface）101和GPRS接口102。GPRS接口102用于例如借助于UDP/DTLS/CoAP执行与后端的自动调试。在这种意义上，如果DTLS握手成功，则设备可以被注册，并且可以向该设备发送某些配置参数。一旦所有节点设备100都已被调试，则网状网络可以被配置，并且联网参数通过GPRS连接被传输到远程控制器110。此外，可以禁用某些节点设备100的GPRS模块，使得具有被禁用的GPRS的那些设备仅通过仍具有被启用的GPRS接口的其余设备（例如，节点设备100a）与后端通话。此外，此设备100a可以充当简单的路由器，其进一步简化了总体通信架构，并确保网络与后端中的远程控制器110之间的端到端操作。这意味着通过网状网络来完成通信的一部分，并且通过GPRS网络来完成另一部分。GPRS接口也可以是另一长距离通信接口，诸如UMTS、LTE，或者甚至长距离sub-GHz无线电（接口），设备可以在长距离内以星形拓扑结构来与之通信。

在这样的网络中，可能具有全IP系统，从而使协议转换的数量最小化。为此，6LoWPAN是可以使用的可能协议中的一个协议。然而，要求确保某些基本通信模式仍是可行的，即：

1. 从后端到任何节点设备的单播通信：这可以用于接通/关断照明器（下行链路单播）。

2. 从照明系统中的任何节点设备到后端的单播通信：这可以用于能量报告（上行链路单播）。

3. 从后端到照明系统中的设备的集合的多播通信：这可以被用于软件更新或用于接通/关断一组照明器（下行链路多播）。

4. 许多节点设备之间的照明系统中的局部通信：这可以用来启用要求点对点通信的产品。在这样的产品中，使用检测器和无线通信以随着需要（即，当检测到移动的人或车辆时）提供光。

在6LoWPAN网络中，由针对低功率且有损网络的路由协议（RPL）来指定路由协议。基于RPL的网络由RPL实例构成。这些RPL实例中的每一个可以具有一个或多个目的地导向的有向无环图（DODAG）。每个DODAG以称为根的特殊节点结束。

在节点设备中可以找到两个类型的实例：

—全局实例，其通过实例id标识。每个全局实例可以包括多个DODAG（在每个DODAG上具有不同的根）。

—局部实例，其是被关联到节点的特殊实例。每个局部实例只能具有一个DODAG。需要两个字段以标识它们：实例id和DODAG id。DODAG id是充当DODAG的根的节点的唯一且可到达的IP地址。

节点只能加入RPL实例内的一个DODAG，并且相同实例的DODAG之间的通信是不可能的（它们被隔离）。另一方面，节点可以同时加入不同的RPL实例。因此，节点可以拥有多个局部实例或者是多个局部实例的一部分。

此外，在这样的网络中存在支持多播路由协议的需要。为了实现上述通信目标，可以尝试创建多个子网，每个子网被关联到（具有被启用的GPRS的）边界路由器，其是全局实例的DODAG的根。然而，这具有下述限制：当我们着眼于网络的边界时，局部通信是不可能的，如图2所示。在此图上，看起来子网N1和N2被隔离，并且不能直接地与网络的此拓扑结构通信。N1与N2之间的通信只能经由后端来完成，其在此情况下要求GPRS传输的使用。因此，从来自子网N1的节点设备到来自子网N2的另一节点设备的通信并不是高效的。此外，在本示例中不支持用于N1和N2两者的节点的多播路由。

发明内容

本发明的一目的是提出一种缓解上述问题的设备。

本发明的另一目的是提出一种用于在网络中配置节点设备的方法，其在提出所有可能的传输模式的同时允许高效的路由协议。

根据本发明的第一方面，提出了一种设备，其包括用于将消息路由到网络的多个节点设备的路由控制器，该路由控制器包括：

全局实例，其使得能够实现将消息路由到节点设备的路由集合，

至少一个局部实例，其用于将分组路由到与设备相邻的邻节点设备，其中，所述邻节点设备是在不考虑邻节点设备是否属于节点设备的路由集合的情况下被选择的，

并且其中，所述路由控制器被配置成使用局部实例以将多播消息路由到节点设备。

因此，可以使用局部实例来到达用全局实例不可到达且是另一子网的部分的相邻节点。然后，此另一子网的节点可以使用其自己的全局实例来将消息路由到其子网的节点。通过用局部实例来路由多播消息，这使得能够避免更高效地路由消息。

在本发明的第一方面的第一实施例，全局实例包括至少一个目的地导向的有向无环图，其定义路由，所述路由链接路由集合的节点设备，并且具有成为将网络桥接到后端的路由器设备的节点设备作为根。此第一实施例例如使得能够避免通过后端来路由消息并且通过由局部实例提出的路由之一直接到达相邻子网。这对于要求局部通信的应用而言或者对于消息的多播而言是特别吸引人的。

在本发明的第一方面的另一实施例中，路由控制器被配置成对来自后端的单播消息和多播消息使用全局实例。因此，取决于应用或消息的目标节点及它们在网络中的相应位置，可以使用全局实例而不是局部实例以路由消息，从而在消息的路由方面提供更大灵活性。

在本发明的第一方面的又一实施例中，通过与网络的传输介质不同的传输介质来执行后端与该网络之间的通信。这可以是长距离通信介质，例如GPRS或LTE。

根据本发明的第二方面，提出了一种用于在网络中配置节点设备的方法，所述节点设备包括用于向网络的其它节点设备路由消息的路由控制器，该方法包括下述步骤：

（a）在路由控制器中创建全局实例，其使得能够实现将消息路由到其它节点设备的路由集合，

（b）创建用于将分组路由到与节点设备相邻的邻节点设备的至少一个局部实例，其中，步骤（b）包括在不考虑邻节点设备是否属于其它节点设备的路由集合的情况下选择所述邻节点设备，

（c）将该路由控制器配置成为多播消息的路由使用局部实例。

如在上文看到的，可以使用局部实例来到达利用全局实例不可到达且是另一子网的部分的相邻节点。然后，此另一子网的节点可以使用其自己的全局实例来将消息路由到其子网的节点。通过利用局部实例来路由多播消息，这使得能够更高效地路由消息。这被特别适配于涉及局部通信的应用的使用，其中，必须向多个相邻节点设备告知移动的人或车辆的检测，使得因此可以将相邻设备接通。

根据本发明的此方面的实施例，以物理接口使用的步骤（c）中的局部实例的配置借助通过另一物理接口交换的消息而完成。

根据本发明的此方面的另一实施例，步骤（b）中的局部实例的配置包括向节点设备分配其中节点设备充当根的局部实例并分配其中节点设备充当收听器的其它局部实例的标识符。

根据本发明的第二方面的实施例，步骤（a）还包括创建至少一个目的地取向的有向无环图，其定义路由，该路由链接路由集合的节点设备，并具有成为将网络桥接到后端的路由器设备的节点设备作为根。因此，取决于应用或消息的目标节点及它们在网络中的相应位置，节点设备被配置成使用全局实例而不是局部实例以路由消息，从而在消息路由方面提供更大灵活性。

根据第二方面的另一实施例，步骤（b）还包括创建目的地取向的有向无环图，其定义将邻设备链接到节点设备的路由。此外，基于所述节点设备及其它节点设备的相应地理信息来执行步骤（a）和步骤（b）。由于节点设备的相应信息，可以将局部实例配置成使得其创建由全局实例路由方案形成的两个被隔离的子网之间的通信桥接器或链路。例如，全局实例和局部实例可以选择节点设备以确保任何不同的全局实例被一个或多个局部实例桥接。这在某些实施例中允许避免通过后端来路由消息，那将是低效的。这也可能是昂贵的，因为其可能要求例如服务提供商收费的GPRS资源。

在此实施例的另外的变体中，在步骤（a）—（c）之前，本方法包括网络的节点设备将它们的相应的地理信息传输到后端中的中央控制器的步骤，并且从所述中央控制器执行步骤（a）—（c）。节点设备可包括例如GPS芯片集以便以准确的方式确立它们的地理信息并将这些地理信息传输到后端中的中央控制器。也可能用其它手段例如从蜂窝式网络获得地理信息。后端中的中央控制器具有比节点设备更多的计算能力以便以优化的方式创建并配置要被网络使用的路由方案。

在本发明的第二方面的实施例的变体中，从后端中的中央控制器执行步骤（a）—（c）。节点设备可以不必传输它们的地理信息，因为这些可能例如从安装地图预先已知。

在本发明的第二方面的实施例的另外的变体中，步骤（b）包括针对MPL协议创建MPL接口（在此之前我们具有局部RPL实例），并且节点设备是MPL协议的唯一种子。在本发明的第二方面的实施例的另一变体中，步骤（a）包括针对MPL协议在全局实例中创建MPL接口，并且其中，连接到后端的路由器节点是MPL协议的唯一种子。针对有损且低功率网络的多播协议（MPL）鉴于其性质及其在这样的网络中的效率是6LoWPAN的候选。

在本发明的第二方面的实施例的又一变体，步骤（a）和（b）包括针对RPL协议在局部实例和全局实例中创建RPL接口。

在本发明的第二方面的实施例的另一变体中，局部实例用最小深度的路由树定义。这意味着例如可以在一跳中（不要求中间重传）到达局部实例中列出的所有节点。这使得能够实现消息路由中的简单化和效率。如果最小深度的这些树正在具有网络的全局知识和设备的精确地理位置的后端中进行计算，则获得最小深度的这些树是特别简单的。

在本发明的第二方面的实施例的另一变体中，局部实例借助于具有根、中间节点和叶的树状结构来定义路由，并且其中，在局部实例中从根路由到叶的消息被根和所有中间节点多播超过一次以确保可靠性。通过重复被多播的消息，这允许保持消息传输中的可靠性。

根据下文描述的实施例，本发明的这些及其它方面将变得显而易见，并将参考下文描述的实施例来对其进行描述。

附图说明

现在将参考附图以示例的方式更详细地描述本发明，在所述附图中：

—图1是可以实现本发明的网络的框图。

—图2是根据本发明实施例的包括节点的网络中的路由实例的表示。

—图3A—3D示出了图2的网络中的分组的路由。

—图4是根据本发明另一实施例的表示用于配置网络的方法的流程图。

—图5是根据本发明另一实施例的包括节点的网络中的路由实例的表示。

—图6是根据本发明又一实施例的包括节点的网络中的路由实例的表示。

具体实施方式

本发明涉及网络中的节点设备，并且涉及用于配置这样的节点设备以使得能够在网络中路由消息的方法。

如早先看到的，存在对于如在图1中描绘的网络中的多播协议的需要。事实上，在室外照明网络中，可以使用多播以接通或关断一组照明器或以将在节点设备附近检测到的对象告知一组照明器。

针对低功率且有损网络的多播协议（MPL）是将被用于6LoWPAN网络中的多播的协议。MPL协议的主要特征如下：

· 每个节点设备具有一个或多个MPL接口。这些接口具有关联的一个或多个单播IP地址。

· 每个接口可订阅一个或多个MPL域。存在与每个域相关联的一个唯一的多播地址。

· 在已通过其接口中的一个接口加入域的节点之中，存在向该域中发射信息的某些特殊节点。这些节点称为种子。

· 当种子发送消息时，其将使用域多播地址作为目的地，并且订阅该域的每个节点将接收到该消息。

· 所有节点都充当MPL转发器。因此，如果节点先前并未接收到消息，则其将重传该消息。

· 涓流算法被用来控制多播通信和重传。

在本发明的实施例中，可以使用RPL来创建路由条目。RPL非常适合于单播通信模式。另一方面，MPL是用于多播通信的良好选项。

如图2所示，本发明的第一实施例利用全局和局部RPL实例以便实现所有通信目标。在图2的网络中，多个节点设备100和100a被互连并形成不同的子网N1和N2。节点设备100和100a被借助于它们的网格接口而相互连接。然而，节点设备100a进一步充当边界路由器，该边界路由器使用它们的GPRS接口来与连接到远程控制器（未示出）的后端网络200通信。

为了通过网络N1和N2路由数据分组，全局和局部RPL实例在网络中分布。图2上表示参考网络21的部分和节点设备之间的连接作为路由的某些全局实例的内容。同样地，参考22被用于表示局部实例的某些示例，借助于该局部实例，相邻节点可以相互路由消息。针对每个子网N1、N2：

·存在一个全局实例21，在其中具有若干DODAG。每个DODAG根将充当边界路由器100a，其GPRS接口被使得能够与后端200通信。子网的每个节点设备100将加入此全局实例的一个DODAG。

·子网的每个节点设备100和100a将拥有至少一个局部实例22，紧密接近的相邻节点将加入或将被添加到该局部实例22。

用此结构，可以实现所有通信模式：

·将使用全局实例21来实现每个节点设备与后端之间的向上/向下单播和多播通信两者。

·节点设备（在这种情况下其为传感器）将使用它们的局部实例22来向已加入该局部实例22的相邻节点发送多播信息。

通过选择，在节点设备局部实例22中，其它节点无论这些其它节点是被包括在所述节点设备的全局实例中还是具有不同根的另一节点设备的全局实例中，链路可以在不同子网N1和N2之间创建，子网N1和N2否则将已被隔离。例如，局部实例22a正桥接在两个子网上，并在不经过后端的情况下，使得从网络N1至网络N2的通信成为可能。在本发明的变体中，创建包括还未被包括在全局实例中的节点的局部实例可以是优选的，以便增加创建与其它子网的多个链路的概率。

根据常规方法，将不存在将节点从一个子网链接到另一个子网的其它方式，除了经由后端。这将创建滞后，并消耗比直接链路更加昂贵的GPRS资源。这将不允许实现某些应用，例如从第一子网N1至第二子网N2跟踪并跟随移动对象的光水平。如可以看到的，使用局部实例来将信息散布到最近节点避免了这种常规方法的限制，其中，来自不同子网的节点不能进行通信。图3A至3D上表示了所有可能情形的完整说明。在这些图3A—3D上，在图的上部中示出了全局实例以及它的类树状结构。然后示出了若干局部实例，每个局部实例专用于经考虑的节点。为了明了起见，仅示出了在网络的底部的八个节点设备（1001—1008）的局部实例。然而，中间节点设备或边界路由器节点也具有局部实例以将消息路由到它们的相应邻点。例如，节点1001的局部实例示出了此节点设备1001的局部实例如何将消息路由到节点设备1002和1003。

图3A示出了使用全局实例的来自路由器的单播消息的路由。如通过粗箭头可以看到的，数据分组被以单播方式从后端200路由到节点设备1003。可以使用全局实例来将任何单播消息从后端路由到设备中的任何设备。这可以例如通过远程控制器来使用，以命令单个照明器接通或关断。

图3B图示出相反的路由，图3B示出了使用全局实例进行的，单播消息从节点1005朝着路由器节点和然后朝着后端的路由。这可以被用于使节点设备路由反馈例如关于照明器的状态或照明器所消耗的能量的量的某些信息的消息。

图3C示出了多播消息从后端到一组照明器的路由。这可以被用于向一组照明器散布配置参数或者例如将一组照明器接通或关断。

在从节点进行多播的情况下，或者针对例如到邻节点的单播之类的某些局部通信，图3D示出了该路由。在这种情况下，使用局部实例来路由消息。在图3D的示例中，节点1005可以通过多播到达相邻节点1003、1004、1006和1007。节点1006和1007被节点设备1005到达，虽然其不在相同的网络中。例如，在使用涓流算法来广播消息的情况下，消息可以更快速地导航并到达其它子网，并且不要求经过后端200。

如图3A—3D上示出的，利用最小深度的路由树来定义局部实例。这意味着从充当根的节点设备，可以在最小的跳数内到达所有其它节点。通常，最小跳数是1，即根节点可以直接地到达局部实例中列出的所有节点。

局部实例的包括具有除了避免全局结构限制之外的更多的优点。每个节点可以拥有若干局部实例，其可以根据情况导致多种响应。如果根据不同的应用要求创建了实例，则网络可以根据其应用需要而在路由层级对事件进行响应（跨层优化）。例如，如果我们具有基于我们想要消息行进的跳跃距离或跳数的几个实例且检测到环境中的某些东西，则网络将能够将该消息散布到几个跳跃（例如类似于人之类的低速移动对象的检测），或者可以判定将其尽可能远地发送（例如，类似于汽车之类的快速移动对象的检测）。并且，在汽车情形中，可能仅在汽车正在前进的方向上散布消息。

可以在后端中完成实例和可选地关联的DODAG的创建。为此，后端将基于诸如位置、视线、节点之间的距离和信号强度之类的度量来运行算法。

此度量中的某些度量将在调试阶段期间或之后经由GPRS从节点发送到后端。其余度量将由后端利用地理信息（节点的地理位置）来计算。如在某些照明网络中，所有节点设备都具有GPS模块，每个节点设备的位置可以与前文所述的度量一起例如在调试期间通过GPRS来发送。

然后，后端例如基于所接收到的地理信息开始该算法，并针对每个节点创建网络参数的集合。最后，后端将通过GPRS把网络参数推送到每个节点。

局部实例的创建由网络的全局信息促进。如前所述，全局信息可以用GPS的位置，或者在变体中基于在网络安装期间存储的位置信息来计算。

针对每个局部实例的创建，可以在后端处执行下述算法。此算法具有要加入局部实例的节点集合作为输入，并包括若干函数。此算法以最小的跳数生成结构。这通过只有当链路有效时才在每次迭代中再加一跳而实现。可以例如基于情况（环境、干扰源的接近度）和基于网络所要求的性能来改变或调整链路的确认。针对每个节点，算法将为其添加最佳链路（其将是前一次迭代的节点）。

节点集合的计算可以取决于应用而不同（例如：在一个特定方向上前进的汽车或行走的人将不需要相同的范围，如在特征1中解释的）或者给定区域中的所有节点在给定位置上慢跑（cantered）。因此，每个节点可以出于每个应用的目的具有超过一个局部实例。

此算法可以在后端中运行，如前所述。在该特征中，还提到了主要度量。此度量将在成本函数中使用，该成本函数将在接下来的函数中调用：

在以下紧凑式算法中详述了所有上述抽象函数。

RPL局部实例提供了用于使得能够实现所有通信使用情况的良好解决方案。考虑是，是否可以通过添加MPL的特征来改善RPL。我们可以在具有此结构的全局和局部实例两者中应用此协议。在局部实例中：

· 每个节点将具有MPL接口。

· 并且，每个节点将订阅MPL域，在那里其是唯一种子。

· 其它附近节点将作为MPL转发器订阅该域。

在全局实例中：

· 再次地，每个节点将具有MPL接口（与针对局部安装的相同的一个接口）。

· 我们具有用于每个DODAG的MPL域，并且根作为其中的仅有种子。

· DODAG中的每个节点将订阅DODAG域。

除上文所解释的解决方案之外，我们可以考虑另一方法。对整个网络使用全局MPL域，其将被用于局部和全局多播消息。为此，我们需要在每个消息中的确立最大跳数：

· 如果我们想要全局地分发消息，则我们可以将此跳数设定为最大可允许值。

· 如果我们想要消息具有局部范围，则我们可以限制跳数，以避免消息在整个网络中散布。

在所讨论的两个方法中，我们仍需要使RPL全局实例完成后端与网络节点之间的单播通信。

根据在图4描绘的本发明的另一方面，在流程图中图示出一种用于配置网络的方法。在图2的网络中，该方法包括下述步骤：

S100 网络的节点设备将其相应的地理信息传输到后端中的中央控制器。在此实施例的变体中也可以从数据存储装置获得的地理信息被用来鉴于节点位置而优化全局实例和局部实例。

S101 在路由控制器中创建全局实例，其使得能够实现消息到其它节点设备的路由集合的路由。

S102 创建用于将分组路由到与节点设备相邻的邻节点设备的至少一个局部实例。步骤S102包括在不考虑邻节点设备是否属于其它节点设备的路由集合的情况下选择所述邻节点设备。因此，可以将局部实例配置成桥接由全局实例形成的两个网络。

S103 将路由控制器配置成为了多播消息的路由使用局部实例。特别地，步骤S103包括向节点设备分配节点设备充当根的局部实例并分配节点设备充当收听器的其它局部实例的标识符。因此，每个节点知道其或者作为根或者作为目的地而加入的所有局部实例。

可从后端中的远程控制器执行步骤S101—103。事实上，此实体通常具有更多的处理能力，因此可以优化局部实例和全局实例的配置。

在附加实施例中，节点设备（即包括路由控制器的设备）将非标准化应用层解决方案（例如专用解决方案）用于局部实例中的分组中的至少某些分组的路由。对于非标准化，其意味着局部实例的操作不必遵循RPL规范。然而，在此实施例中，仍如在其它实施例中所述地执行全局实例中的路由。

在此实施例中，此单个局部实例的操作如下。传感器节点生成需要被递送到节点的目的地分组的事件。传感器使用单跳多播或广播来传输包含事件信息的分组，在这里称为事件消息。例如，其可以是链路-局部IPv6多播UDP消息。

该事件可以是例如由运动检测器进行的移动的人或移动的车辆的检测、由光传感器检测的光水平。该事件信息包括标识符，事件需要被传送到的目的地分组的该标识符。例如，该组可以被指定为IPv6 UDP分组中的IPv6多播目的地地址。或者其可以被包括在UDP消息的有效负荷中。传感器节点的所有或最直接（一跳）邻点将接收此传输。未被配置成接收这样的传输（例如，因为它们未识别格式或者因为（一个或多个）目的地地址与节点的组员身份不匹配）的任何节点将简单地丢弃该分组。

被配置成对事件消息做出反应的任何节点将执行以下任务中的至少一个任务，取决于它们的配置：

1. 将事件信息传递至在节点上本地地运行的应用并将其用来接通、关断或改变由节点控制的（一个或多个）本地光源的调光水平。这在如果至少一个局部光源被配置成在事件消息中指示的组的一部分的情况下发生。

2. 将事件消息重新广播（或多播）到其邻节点。在重新广播之前，可以以各种方式修改事件消息。

a. 可选地，在发送之前减小保持在事件消息中的“跳数限制”计数器，或者替换地在发送之前增加“跳数计数”计数器。在此情况下，发送节点也基于计数器来检查消息是否仍可以基于配置的最大跳数极限来重新广播。这样的功能帮助限制用这种方法来在通过其散布事件消息的节点的数目，以防止网络拥塞。

b. 可选地，节点在尝试重传之前等待随机时间段以帮助防止使无线网络拥塞。

c. 可选地，节点被配置成将重传重复许多次，例如以随机的等待间隔重复3次，或者以通过涓流算法预定的变化的等待间隔重复多次。这被用来在RF分组丢失的情况下增加方法的可靠性。

d. 可选地，在重传之前，完成特定事件消息先前是否已被节点传输的检查。如果之前被传输N次，则节点判定不再次重传。值N在这里是可配置的（例如，N＝1或者N＝3）。这可以用来帮助防止使无线网络拥塞。

i. 可以使用已知手段（例如，原始发送器身份（即传感器节点）与事件消息中的序号（由传感器节点分配）的组合）来执行针对新近性的检查。

e. 可选地，节点基于先前接收到的事件消息来完全重构事件消息。（这例如在如果必须对分组应用不同加密的情况下是有用的。）。

上述任务可以在应用层级完全或大部分地运行，即所述的重新广播功能不必集成到本地节点上的通信堆栈中，而是可以作为应用在堆栈的顶部上运行。例如，使用由6LoWPAN堆栈提供的链路-本地UDP IPv6多播的API/设施。

另一替换实施例与上述实施例相同，只是仅“组成员”（即，传感器节点向其进行发送的目的地组中的节点设备）被配置成重新广播事件消息。这略微简化了系统所需的配置努力。然而，这意味着对于特定类型的消息而言，被用于路由此类消息的路由实体的局部实例是基于组成员的，即在节点设备所属的全局实例中列出的节点集合中的相邻节点设备。

在另外的实施例中，节点（即包括路由控制器的设备）必须使用用于无线通信的基于跳频（FH）的方法来执行局部实例中的分组的路由。FH的使用对于世界的某些地区而言是优选的或者甚至是强制性的，但是其对在局部实例内的路由提供了附加的挑战。

在此实施例中，全局实例中的路由以如在本专利申请的其它实施例中所描述的方式来执行。并且，由于在下面的实施例中描述的将保持多个全局实例在时间方面相互同步的提供，可以以相同方式来执行局部实例路由操作。

在跳频类型的系统中，RF频率信道基于每个节点中的内部计时器而改变（“跳跃”）。该信道改变遵循称为跳跃序列或信道序列的已知伪随机模式。该模式可以对于所有节点而言是相同的或者每个节点不同。在任何情况下，该模式（或多个模式）为系统中的所有节点所知。为了确保节点可以进行通信，即节点知道其相邻节点正在什么信道上操作，需要内部节点计时器的时间同步。为了实现时间同步，通常存在单个节点，其充当协调器/时间源并发送其它节点收听以使它们的计时器同步的时间信标。在时间源节点的到达范围之外的节点将通过接收其它节点的时间信标来进行时间同步，所述其它节点基于它们的内部时钟而发送时间信标（但是只有当此时钟已被同步到其它节点的时间信标的情况下）。以这种方式，在时间源处发起的时间信标将“散布”遍及覆盖全局实例的所有节点的网状网络。

然后，从内部计时器，典型计算至少两个变量：

1. 信道索引—指向信道序列中的当前位置

2. 停留计时器—指示已花费多长时间在当前信道上操作。

在图5上表示的实施例中，节点1、2、3每个是用于单个全局实例的时间源。该时间信标将最终通过在网格中的1、2或3跳而散布到所有节点。例如，节点A和B两者通过如箭头所指示的它们相应的父节点的时间信标而被时间同步。

然而，正常在跳频系统中，时间源独立地操作它们的内部计时器而不被同步到其它时钟。也不需要使内部计时器被同步到任何其它计时器，因为仅在单个网状网络（全局实例）的边界内使用时间基准。在需要局部实例通信的本发明的实施例的情况下（可能跨全局实例的边界），要求同步。

例如，图5中的节点A和B需要与在它们的本地实例内的邻节点通信，如虚通信线所表示的。如果节点A和B由于跳频而在不同的信道上操作，则此通信将是不可能的。在正常的跳频系统中，节点1和2的内部计时器将不是同步的，因此节点A和B最有可能将在两个不同的信道上操作。事实上，A间接地从节点1导出其时间基准，且B间接地从节点2导出其时间基准。

由图5的实施例给出的解决方案是基于GPS时间同步。图5示出了使用GPS/GNSS绝对时间基准来保持多个全局实例在时间上同步的解决方案的概念草图。

根据此实施例，针对至少两个全局实例，每个节点配置有确定性的伪随机序列或用以计算这样的序列的函数。序列中的每个值指定将在其中进行操作的频率信道。被配置为全局实例内的时间源的每个节点（例如1、2、3）启用其GPS接收机，从该GPS接收机获得绝对时间基准（诸如GPS时间或UTC）。应注意的是其它GNSS/卫星导航系统也可连同GPS一起或作为其替代而使用：Glonass、Galileo、Compass。在此示例中，边界路由器优选配置为时间源，但是在另一变体中，时间源可以包括在全局实例的另一（或多个）节点（多个节点）中。

根据基准时间，计算以下两个变量。

a. 指向伪随机信道序列中的信道的信道索引。

b. 停留计时器值，用来设定用于该停留计时器的初始值。

上述变量被用来构造时间信标信号；并且每个全局实例的其它节点照例在FH系统中同步到这些时间信标。

上述解决方案的效果是节点A和B在任何时间能够在相同信道上相互通信。这允许节点以如先前在本专利申请中所描述的相同方式，通过局部实例来路由分组。

可以在低成本节点中获得的GPS时间的准确度（在微秒的量级）足以实现所要求的准确度（其在0.5—100 ms的量级，取决于局部实例通信所想要的性能和所使用的FH参数）。

在图5的实施例的变体中，可以使用时间脉冲信号。在此有利的示例中，可以将GPS模块配置成在导线上生成定时脉冲，其在无线电芯片上的输入引脚上被采样。该无线电芯片可以通过以组合方式使用以下数据来准确地计算先前提到的两个变量（信道索引和停留计时器）：

1. 定时脉冲过渡

2. 从GSP模块经由其串行API获得的基于基准时间（例如UTC）的时间戳

在这里，时间戳信息为绝对时间提供一定不确定性（例如由于串行通信或处理延迟而引起的抖动），其中时间脉冲过渡提供信息以修正不准确性。

注意，如果暂时失去GPS信号，时间脉冲信号将仍由GPS模块基于本地时钟生成。在这种情况下，时间源节点的内部计时器将从所想要的基准时间缓慢地漂移离开。取决于晶体精度和环境温度变化，时间源节点中的计时器可以出于我们的目的而足够地保持良好达若干分钟直至许多小时。

在图6公开的另一实施例中，使用网络时间协议。

此实施例类似于图5的实施例，除了使用网络时间协议（NTP）而不是GPS来导出基准时间。此实施例在GPS信号暂时不可用（例如由于天气条件或阻断）的情况下可以被应用为备用解决方案，或者应用为独立解决方案（代替GPS）。

如图6上所示，每个时间源定期地联系时间服务器并运行协议（诸如NTP）以使其本地计时器与时间服务器的基准时间同步。

如果后端网络通信是通过低等待时间高数据速率技术（诸如以太网或WiFi），则可以实现1—10 ms的时间准确度，这是足够的，虽然如果准确度变得大于～1 ms，则通信性能劣于基于GPS的方法。通过蜂窝（2G/GPRS、3G、4G）技术，预期性能将更坏。针对3G蜂窝，一个测试显示，大多数时间可以实现10 ms准确度，并且始终可以实现20 ms准确度。

通过对附图、本公开内容和所附权利要求的研究，本领域的技术人员在实施所要求保护的发明时可以理解并实现对公开实施例的其它修改。在权利要求中，单词“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。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的纯粹事实并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。

前文的描述详述了本发明的某些实施例。然而，将认识到，无论前文在文本方面看起来有多详细，本发明可以以许多方式来实施，并且因此不限于公开的实施例。应注意，在描述本发明的某些特征或方面时的特定术语的使用不应该被理解为暗示该术语在本文中被重新定义成局限于包括与该术语相关联的本发明的特征或方面的任何特定特性。

Claims (21)

1.一种包括用于将消息路由到网络的多个节点设备的路由控制器的设备，所述路由控制器包括：

至少一个全局实例，其使得能够实现将消息路由到节点设备的路由集合；

至少一个局部实例，其用于将分组路由到与所述设备相邻的邻节点设备，其中，所述邻节点设备在不考虑所述邻节点设备是否属于节点设备的路由集合的情况下选择，并且其中，所述路由控制器被配置成为了将多播消息路由到所述节点设备而使用局部实例。

2.前述权利要求的设备，其中，所述全局实例包括至少一个目的地导向有向无环图，其定义路由，所述路由链接所述路由集合的节点设备，并具有成为将所述网络桥接到后端的路由器设备的节点设备作为根。

3.前述权利要求中的任一项的设备，其中，所述路由控制器被配置成对消息单播且对来自所述后端的多播消息使用全局实例。

4.前述权利要求中的任一项的设备，其中，所述后端与所述网络之间的通信通过与所述网络的传输介质不同的传输介质执行。

5.前述权利要求中的任一项的设备，其中，所述设备包括用于将包括预定类型的消息的分组路由到事件邻节点设备的另一局部实例，其中，所述事件邻节点设备排他性地选自所述节点设备的路由集合。

6.权利要求5的设备，其中，所述预定类型包括事件消息，其包括来自传感器的检测的信令。

7.一种用于在网络中配置节点设备的方法，所述节点设备包括用于将消息路由到网络的其它节点设备的路由控制器，所述方法包括下述步骤：

（a）在所述路由控制器中创建全局实例，其使得能够实现将消息路由到其它节点设备的路由集合；

（b）创建用于将分组路由到与所述节点设备相邻的邻节点设备的至少一个局部实例，其中，步骤（b）包括在不考虑所述邻节点设备是否属于其它节点设备的路由集合的情况下选择所述邻节点设备；

（c）将所述路由控制器配置成为了多播消息的路由而使用局部实例。

8.权利要求7的方法，其中，步骤（b）中的局部实例的配置包括向所述节点设备分配其中所述节点设备充当根的局部实例并分配其中所述节点设备充当收听器的其它局部实例的标识符。

9.权利要求7或8的方法，其中，步骤（a）还包括创建至少一个目的地导向的有向无环图，其定义路由，所述路由链接路由集合的节点设备，并具有成为将所述网络桥接到后端的路由器设备的节点设备作为根。

10.权利要求7至9中的任一项的方法，其中，步骤（b）还包括创建目的地导向的有向无环图，其定义将所述邻节点设备链接到所述节点设备的路由。

11.权利要求7至10中的任一项的方法，其中，基于所述节点设备及其它节点设备的相应地理信息来执行步骤（a）和步骤（b）。

12.权利要求11的方法，还包括在步骤（a）-（c）之前，所述网络的节点设备将其相应的地理信息传输到后端中的中央控制器的步骤，并且其中，从所述中央控制器执行步骤（a）-（c）。

13.权利要求7至12中的任一项的方法，其中，步骤（b）包括针对MPL协议在局部实例中创建MPL接口，其中，所述节点设备是所述MPL协议的唯一种子。

14.权利要求7至13中的任一项的方法，其中，步骤（a）包括针对所述MPL协议在全局实例中创建MPL接口，其中，被连接到所述后端的路由器节点是所述MPL协议的唯一种子。

15.权利要求7至14中的任一项的方法，其中，步骤（a）和（b）包括针对RPL协议在局部实例和全局实例中创建RPL接口。

16.权利要求7至15的方法，其中，用最小深度的路由树来定义所述局部实例。

17.权利要求7至16的方法，其中，所述局部实例借助于具有根、中间节点和叶的树状结构来定义路由，并且其中，在所述局部实例中从所述根路由到所述叶的消息被所述根和所有所述中间节点多播超过一次，以确保可靠性。

18.权利要求7至17的方法，其中，步骤（b）包括创建用于将包括预定类型的消息的分组路由到事件邻节点设备的另一局部实例，其中，所述事件邻节点设备排他性地选自节点设备的路由集合。

19.权利要求18的方法，其中，所述预定类型包括事件消息，其包括来自传感器的检测的信令。

20.权利要求7至19中的任一项的方法，其中，所述节点设备根据跳频通信模式操作，并且其中，从GPS或网络时间协议获得时间基准。

21.权利要求20的方法，其中，所述时间基准在所述全局实例中从其根开始散布。