CN107534595A - 在网状网络中用于用户易记的地址的压缩方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种用于操作网状网络的方法。所述方法包含使用包括地址及有效负载的协议，其中所述地址及有效负载受限制。所述方法还包含：使用哈希函数从描述产生地址，其中所述描述使用ASCII字符，其中消息将所述描述用作为地址，且其中使用所述哈希函数将所述描述转变成所述地址且与所述消息一起加入到所述有效负载；将所述所产生的地址指派到装置，其中所述装置是网状网络的部分；及在从源到所述装置的传输中，在所述有效负载内提供所述所产生的地址。

Description

在网状网络中用于用户易记的地址的压缩方法与系统

相关申请的交叉参考

本申请主张2015年3月20日申请的共同拥有的第62/136,016号美国临时专利申请的优先权，所述美国临时专利申请出于所有目的以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及网状网络，特定来说，本发明涉及在网状网络中用于用户易记的地址的压缩方法及系统。

背景技术

在使用(例如)蓝牙技术的网状网络中存在节约资源的需要。对支持网状路由的资源受限网络协议来说，指定源及目的地的要求是一负担。举一实例，低功耗蓝牙(BluetoothLow Energy)具有25个字节的有效负载，其中蓝牙地址是六个字节。当启用安全性(例如，高级加密标准——具有加密块链接消息鉴认码模式的计数器)时将无用于有效负载的空间。

发明内容

因此，需要在受限条件下启用此网状网络而无需修改现有蓝牙规格。进一步需要一种用户易记的系统。根据各种实施例，提出一种方法，所述方法不仅能够压缩网状网络包的某些部分(例如，MAC地址、MIC字段、其它鉴认字段等等)，且使得用户能够为使用用户易记的术语的消息(例如“自习室中的台灯”)给出地址标记，而非是无意义数字的多个字节。

根据各种实施例，本文揭示用于使用包括地址及有效负载的协议操作网状网络的系统及方法，其中所述地址及有效负载受限制。所述方法包含：使用哈希函数从用户易记的地址产生装置地址；将所产生的装置地址指派到装置，其中所述装置是网状网络的部分；及在从源到所述装置的传输中，在所述传输的有效负载内提供所述所产生的装置地址。

在一些实施例中，所述协议经设计以用于星形网络。在此类实施例中，所述协议是低功耗蓝牙协议。

在一些实施例中，用户易记的地址可包含ASCII字符、图形图像及/或多媒体文件。在此类实施例中，消息可将描述用作为地址，且其中使用哈希函数将所述描述转变成地址且与消息一起加入到有效负载内。

在一些实施例中，在有效负载内提供所产生的装置地址包括：将所产生的装置地址映射到网络地址。在相同或替代实施例中，在有效负载内提供所产生的装置地址可包含：将所产生的装置地址映射到网络地址及消息完整性码。在此类实施例中，其中将所产生的装置地址映射到消息完整性码可包含：将“异或”函数应用于所产生的装置地址及消息完整性码的部分。

在一些实施例中，所述方法可包含：使用哈希函数从用户易记的地址产生装置地址；将所产生的装置地址指派到装置，其中所述装置是网状网络的部分；及在解码从源到所述装置的传输过程中，解析所述传输的有效负载内的所产生的装置地址。

附图说明

图1说明根据本发明的某些实施例的实例编码，其将“易记的名称”编码成网络地址；

图2说明根据本发明的某些实施例的基于示范性网络中的具有输入的实例继承关系；及

图3说明根据本发明的某些实施例的符合BLE规格的实例帧格式。

具体实施方式

需要在受限条件下启用此网状网络而无需修改现有蓝牙规格。进一步需要一种用户易记的系统。根据各种实施例，提出一种方法，所述方法不仅能够压缩网状网络包的某些部分(例如，MAC地址、MIC字段、其它鉴认字段等等)，且使得用户能够为使用用户易记的术语的消息(例如“自习室中的台灯”)给出地址标记，而非是无意义数字的多个字节。

为了本发明的目的，“用户易记的地址”可包含任何语言、图像、视频及/或与用户期望控制的装置相关的其它多媒体数据。为了本发明的目的，所使用的实例是具有多个楼层、多个房间且每一房间内具有多个装置的中等规模的办公室。当然，在不违背本发明的范围的情况下也可应用其它配置、建筑、布局、装置等等。作为初始实例，办公室可包含网状网络可控制灯泡。努力更有效地控制那些装置(例如，网络可控制灯泡)。

举一实例，控制装置控制系统的用户可期望利用对用户来说比与MAC地址相关联的数字字串更有意义的标记来标记每一个别装置。举例来说，用户可期望利用描述装置(其位置、功能等等)的ASCII字符来标记装置。举例来说，用户可期望将特定灯泡标记为“二楼大厅右侧的第四个办公室中的第三个灯泡”。作为额外实例，用户可期望利用以下各者来标记装置：图像(例如，装置的照片或表示装置的图像等等)、视频、动画图像、其它基于文字及/或多媒体的标记及/或与网状网络控制装置相关的其它用户易记的称呼。

为了本发明的目的，“网状网络”是其中每一节点中继网络的数据的任何合适的计算机网络拓扑。举例来说，蓝牙及低功耗蓝牙(“BLE”)是用于控制远程装置且可尤其倾向于本发明的网状网络拓扑。

此外，利用适当装置描述，此方法可支持基础继承树状结构。此不限于任何特定网状网络。本方法可经扩展以支持BLE或其它网状网络协议。举例来说，微芯(Microchip)的MiWi协议可使用此机制而变得更让用户易记。然而，也可使用其它协议。

根据各种实施例，选择适合的哈希函数以产生且编码用户易记的地址以用于在网状网络内通信。在一些实施例中，编码所述用户易记的地址可包含使用适合的哈希函数将所述地址编码到预定大小的数据字段内。接着，经编码的字段可被映射到网状网络规格字段的现有部分。举例来说，所述经编码的字段可被映射到网络地址字段。

在一些实施例中，网络地址可是基于目的地MAC地址、装置名称或任何用户定义的描述。如上文所描述，这些网络地址可为通常对用户来说无意义的数字字串。在常规系统中，解决此问题的常用方法是增加资源但不降低资源需求。网络地址通常是随机产生的或基于MAC地址。然而，根据本发明的各种实施例，可使用哈希函数来产生压缩地址。

在本发明的一些配置中，目标网络拓朴可包含具有星状拓朴的网络。举例来说，蓝牙协议可经设计用于星状拓朴。低功耗蓝牙(BTLE)协议经简单设计且允许三十九字节的广播及二十三字节的单播。因此，几乎不存在用于需要目的地地址、源地址及安全性需求的网状路由的任何空间。

对网络地址来说，最简单的方法可提供六个字节的MAC地址且将MAC(目的地的地址)嵌入到有效负载中。MAC寻址问题是可提供装置的群组。此外，此方法可占据有效负载中的太多空间。举例来说，在极端情况中，可使用八个字节的未加密有效负载，如果使用CCM加密那么所述八个字节有效负载将一个也不剩。

ZigBee/MiWi协议使用短地址(两个字节)。然而，存在短地址的问题，尤其涉及短地址指派问题。在映射具有用户易记的地址标记(例如，“如何得知自习室中的红光”)的短地址字段中，很难知道所述地址标记是否具有短地址，例如0x1234？

其它解决方案增加可用资源。举例来说，可使用更复杂且不被任何供货商支持的L2CAP中的片段。具有较大有效负载的专属硬件解决方案将不具有兼容性且因此可受限于单个供货商。

根据本发明的各种实施例，本系统及方法反而降低资源需求。本发明替代地使用哈希地址。此提供将大数据映射到短数据的哈希函数。BLE装置可定义(例如)具有用户易记的地址(例如，ASCII描述、图像、视频等等)的多个地址。哈希函数可产生用于每一用户易记的地址的哈希码。接着，BLE可将所述哈希码(例如，经编码的用户易记的地址)映射到网络地址字段。接着，所述哈希地址可用于代替MAC地址或群组地址。

在本发明的某些实施例中，将哈希地址映射到网络地址字段可能并不充分。举例来说，如果用户易记的地址充分长(例如，用户易记的地址内含有的信息比可在数据字段中编码的网络地址字段的大小更大)，那么可能产生用于不同用户易记的地址的相同哈希值。

在一些实施例中，为了解决此限制，哈希值可进一步经受额外处理以映射到额外字段。举例来说，所述哈希值可经受安全性处理以映射到安全性信息字段。

举例来说，某些安全性引擎可编码输入数据使得所述输入数据不同于输出且需要密钥来执行解密。此方法的没落在于相同的进入数据可带来相同的数据输出(data out)。举例来说，在网络可控制装置(例如，灯泡)情况下，开启命令可编码为01。依据某些安全性方案，编码此相同命令会带来相同输出(例如05)。此可使得安全性方案对某些恶意探索(例如回放攻击)开放。防止此情况的一种方法是消息鉴认。举例来说，系统可包含与消息发送者相关联的帧计数器。帧计数器可经设计以仅累加且在每次发送消息时进行累加。在此配置中，如果哈希是相同的，那么在接收侧，消息接受者可通过检查帧计数器不同于最后接收消息的帧计数器而鉴认消息。如果帧数目是相同的，那么接着可产生解码错误消息(例如，拒绝此消息)。在相同或替代配置中，鉴认引擎可将消息完整性码(“MIC”)加入到消息的结尾处。对于MIC，当帧计数器改变时会产生不同MIC。

对于一些实施例，经编码的用户易记的地址可被映射到网络地址以及这些额外安全性字段。举例来说，如果网络地址字段的大小不够大，那么系统可遇到不同输入存在重复哈希码。通过将经编码的用户易记的地址映射到网络地址及MIC字段，系统可利用较长哈希码以避免重复。

举例来说，典型MIC可为四个字节。系统或方法可执行哈希码与MIC的“异或”(“XOR”)运算以获得不同MIC。在接收端，可使用相同过程产生MIC。接着，所述接收侧系统可对所述MIC与接收者侧产生的哈希值进行“异或”运算。如果产生的MIC值匹配，那么接着接收者侧系统知道消息希望用于所述系统及鉴认。

在发送侧，发送侧系统产生描述、产生哈希、获得码。在接收侧，所述系统做相同的事。可仅存在如此多的可用描述空间(例如64k)。如果这还不够，那么可扩展到64位。系统可将最前面的两个经编码字节置入到网络地址中且对最后两个字节与MIC进行XOR，而非使得经编码的用户易记的地址仅映射到网络地址。在接收侧，接收侧系统尝试解密。其可使用旧哈希来对MIC进行XOR。如果存在重复哈希，那么接收侧系统可在解密的MIC不匹配时忽略所述消息。以此方式，现有网络拓扑规格及网络安全性协议延伸地址空间以用于编码的用户易记的地址。所述网络安全性协议可用于验证延伸的编码地址空间。

图1说明根据本发明的某些实施例的实例编码100，其将“用户易记的地址”编码成网络地址。此方法是符合BLE规格且回溯兼容的。所述方法节约空间。最糟的情况可使用十六个字节的未加密的有效负载及八个字节的经加密的有效负载。无需映射。举例来说，可将消息寻址到“起居室楼层灯”，而非寻址0x1234。

在一些实施例中，编码100可包含输入102。输入102可为用户易记的输入(例如，以ASCII文字撰写、图像等等)，例如“起居室楼层灯”。此输入传递到哈希函数104。哈希函数104经操作以编码输入102。一旦经编码，接着可将所述输入传送到二进制输出106。二进制输出106可为经编码输入的二进制网络地址。举例来说，所述输出可为0Xc001DA1E。一旦产生此输出，那么可将其传送到网状网络包108。举例来说，网状网络包108可为具有源地址(例如，C001DA1E)的蓝牙LE包。

图2说明根据本发明的某些实施例的基于示范性网络中的具有输入的实例继承关系200。图2说明用于继承具有与其相关联的用户易记的输入的装置中的网络地址关系的潜在方法。举例来说，关系200可包含第一层标记201、202。在此实例中，第一层标记包含灯201及受控制装置202。这些标记之下是第二层标记203、204、205、206。这些第二层标记可从第一层标记201、202继承某些相依性信息。在实例中，第二层标记包含台灯203、楼层灯204、起居室装置205及卧室装置205。关系200还可包含第三层标记206。在此实例中，此层包含起居室楼层灯206，其从第二层标记楼层灯204及起居室装置205继承相依性信息。以此方式，关系200可将每一家用装置映射到相依性映射。

图3说明根据本发明的某些实施例的符合BLE规格的实例帧格式。特定来说，图3说明根据BLE协议的广播消息302的实例。广播消息302可包含标头结构304及有效负载结构306。广播消息302是符合BLE的。此外，根据各种实施例，在图3中说明有效负载可如何结构化的实例。广播消息302包含有效负载结构306。有效负载结构306可包含反映符合BLE的有效负载的各种字段308到20。举例来说，实例图式的有效负载在数据字段1到18中。图3还说明用于旗标314的位结构。旗标314可包含各种字段322到28。此旗标结构将允许某些字段保留给安全性、预定、目的地模式等等。

本发明揭示在网状网络中用于用户易记的寻址的压缩方法及系统。本发明解决在受限条件下启用此网状网络而无需修改现有蓝牙规格的需求。进一步需要一种用户易记的系统。根据各种实施例，提出一种方法，所述方法不仅能够压缩MAC地址，且使得用户能够为使用用户易记的术语的消息(例如“自习室中的台灯”)进行寻址，而非只是无意义数字的多个字节。

Claims (20)

1.一种用于使用包括地址及有效负载的协议来操作网状网络的方法，其中所述地址及有效负载受限制，所述方法包括：

使用哈希函数从用户易记的地址产生装置地址；

将所述所产生的装置地址指派到装置，其中所述装置是网状网络的部分；及

在从源到所述装置的传输中，在所述传输的有效负载内提供所述所产生的装置地址。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述协议经设计以用于星形网络。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述协议是低功耗蓝牙协议。

4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述用户易记的地址包括ASCII字符。

5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述用户易记的地址包括图形图像。

6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述用户易记的地址包括多媒体文件。

7.根据权利要求4所述的方法，其中消息将描述用作为地址，且其中使用所述哈希函数将所述描述转变成所述地址且与所述消息一起加入到所述有效负载内。

8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中在所述有效负载内提供所述所产生的装置地址包括：将所述所产生的装置地址映射到网络地址。

9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中在所述有效负载内提供所述所产生的装置地址包括：将所述所产生的装置地址映射到网络地址及消息完整性码。

10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述所产生的装置地址映射到所述消息完整性码包括：将“异或”函数应用于所述所产生的装置地址及所述消息完整性码的部分。

11.一种用于使用包括地址及有效负载的协议来操作网状网络的方法，其中所述地址及有效负载受限制，所述方法包括：

使用哈希函数从用户易记的地址产生装置地址；

将所述所产生的装置地址指派到装置，其中所述装置是网状网络的部分；及

在解码从源到所述装置的传输过程中，解析所述传输的有效负载内的所述所产生的装置地址。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述协议经设计以用于星形网络。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述协议是低功耗蓝牙协议。

14.根据权利要求11到13中任一权利要求所述的方法，其中所述用户易记的地址包括ASCII字符。

15.根据权利要求11到14中任一权利要求所述的方法，其中所述用户易记的地址包括图形图像。

16.根据权利要求11到15中任一权利要求所述的方法，其中所述用户易记的地址包括多媒体文件。

17.根据权利要求14所述的方法，其中消息将描述用作为地址，且其中使用所述哈希函数将所述描述转变成所述地址且与所述消息一起加入到所述有效负载内。

18.根据权利要求11到17中任一权利要求所述的方法，其中在所述有效负载内提供所述所产生的装置地址包括：将所述所产生的装置地址映射到网络地址。

19.根据权利要求11到18中任一权利要求所述的方法，其中在所述有效负载内提供所述所产生的装置地址包括：将所述所产生的装置地址映射到网络地址及消息完整性码。

20.根据权利要求19所述的方法，其中将所述所产生的装置地址映射到所述消息完整性码包括：将“异或”函数应用于所述所产生的装置地址及所述消息完整性码的部分。