CN107852661A - 用于无线网络的低功率传感器节点的运行 - Google Patents

Abstract

无线网状网络系统包括以闪烁和冠层运行模式运行的网络节点。在运行中，网络管理器将在冠层节点中运行的节点加入到网络，并将网络带宽分配给冠层节点。所分配的带宽包括第一带宽分配和第二带宽分配，该第一带宽分配用于在加入网络的冠层节点之间发送和接收数据包，以及该第二带宽分配用于接收来自未加入网络的节点的网络加入消息。第二带宽分配也用于接收来自以闪烁模式运行的节点的数据消息。因此，响应于接收到的消息，其中该消息使用第二带宽分配从闪烁节点发送到冠层节点，网络管理器将该消息识别为数据消息并将该消息中的数据提供给主应用程序。

Description

用于无线网络的低功率传感器节点的运行

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年5月22日在美国专利和商标局提交的申请号为62/165,873的美国临时申请的权益，其公开内容通过引用整体并入本申请。

背景技术

在网络设计中以及网络可用的应用程序的结果范围内，无线网状网络提供了高水平的灵活性。在该网络中，节点自动检测并建立与相邻节点的通信以形成无线网状。网络接入点(Access Points，APs)用作无线网状网络和网状网络外部元件之间的网关。网络管理器可以协调无线网状网络的运行，例如协调节点的时间、建立节点间的通信链路。

在一个示例中，无线网状网络的节点均包括传感器，且这些节点通过网络传递传感器的数据测量结果来运行。在该示例中，网络接入点提供无线网状网络和外部网络(例如局域网(LAN))之间的接口，并且使连接到外部网络的计算机能够从全部无线网状网络节点接收传感器数据测量结果。

无线网状网络设备的设计者和制造商已经开发了先进的能够提供各种网络服务的无线网络节点、接入点和网络管理器。然而，这样的无线网状网络仅利用有限的资源运行，这些有限的资源通常限制了可以形成网络的一部分的节点的数量，并限制了网络中每个节点的可用的带宽。

本公开详述了使网状网络具有大量节点并且使网状网络的节点能够以非常低的功耗模式运行的方法和系统。

发明内容

本文的教导缓解了无线网状网络中的一个或多个上述问题。

根据本公开的一个方面，网状网络系统包括网络管理器和多个网络节点。该多个网络节点包括第一子集的网络节点和第二子集的网络节点，每个网络节点包括处理器和无线收发器，该无线收发器被配置为与多个网络节点中的其他节点进行无线通信。网络管理器可通信地连接到多个网络节点，并被配置为管理无线网状网络的运行，该无线网状网络包括多个网络节点中的节点。该网络管理器被配置为将无线网状网络的带宽分配给第一子集的网络节点中的每一个，其中，所分配的带宽包括第一带宽分配和第二带宽分配，该第一带宽分配用于沿着第一子集的网络节点之间的无线网状网络的通信链路接收和发送数据包，以及该第二带宽分配用于在第一子集的网络节点中接收来自第二子集的网络节点的网络加入消息。该网络管理器被配置为在使用第二带宽分配的带宽接收到从第二子集的网络节点向第一子集的网络节点发送的消息时，将接收到的消息识别为数据消息，并将该消息中的数据提供给主应用程序。

网络管理器还可以被配置为执行以下功能：在使用第二带宽分配的带宽接收到从第二子集的另一网络节点向第一子集的网络节点发送的另一个消息时，将接收到的消息识别为网络加入消息，并将已经发送网络加入消息的所述另一网络节点加入到无线网状网络，其中，将另一节点加入无线网状网络可以包括：将无线网状网络的带宽分配给另一网络节点，该分配包括，用于沿着第一子集的节点与上述的另一节点之间的无线网状网络的通信链路接收和发送数据包的带宽分配，以及用于在上述的另一网络节点中接收来自第二子集的网络节点的网络加入消息的带宽分配。

分配带宽的功能可以包括将时隙和通信信道的组合分配给第一子集的网络节点中的每个网络节点，该时隙和通信信道的组合包括时隙和信道的第一组合以及至少一个时隙和至少一个信道的第二组合，对于第一子集的每个相应的网络节点，时隙和信道的第一组合用于接收和发送该相应的网络节点和第一子集的其他网络节点之间的数据包，以及至少一个时隙和至少一个信道的第二组合用于在相应的网络节点中接收来自第二子集的网络节点的网络加入消息。

网络管理器可以被配置为基于在接收的消息中包含的标志，将每个所接收的消息识别为数据消息或网络加入消息，每个所接收的消息使用第二带宽分配的带宽而发送到第一子集的网络节点。

网络管理器可以被配置为还执行以下功能：在接收到在第一子集的网络节点中生成的并使用第一带宽分配的带宽通过无线网状网络发送的分组数据消息(a packet datamessage)时，将该分组数据消息中的数据提供给主应用程序。

已经发送数据消息的网络节点可以不加入无线网状网络。

第一子集的每个相应的网络节点可以被配置为执行以下功能：在时隙期间通过与第一带宽分配相关联的信道，对从第一子集的其他节点向相应的网络节点发送的数据包进行监听以及向所述第一子集的其他节点发送信息包；以及，在时隙期间通过与第二带宽分配相关联的信道对从第二子集的节点向上述相应的网络节点发送信息包进行监听。在一个示例中，第一子集的每个相应的网络节点可以被配置为还执行以下功能：从与上述相应的网络节点相关联的传感器接收感测数据；并生成包括所接收的感测数据的数据包，并且在时隙期间通过与第一带宽分配相关联的信道将所生成的数据包发送到第一子集的其他节点。在另一示例中，第一子集的每个相应的网络节点被配置为还执行以下功能：在时隙期间通过与第二带宽分配相关联的信道接收从第二子集的节点向所述相应的网络节点发送信息包；并在时隙期间通过与第一带宽分配相关联的信道向第一子集的另一节点发送从第二子集的节点接收到的信息包。第二子集的每个相应的网络节点可以被配置为执行以下功能：生成数据包；监听从第一子集的节点发送的网络通告；当从第一子集的一个节点接收到网络通告时，在时隙期间使用该一个节点的第二带宽分配的信道向所述一个节点发送所生成的数据包。在一个示例中，第二子集的每个相应的网络节点还可以被配置为：在预定时间内监听从第一子集的节点发送的网络通告，在所述预定时间内来自所述第一子集的节点的所述网络通告被接收，从所述第一子集的节点中选择一个节点；以及在时隙期间使用所选择的一个节点的第二带宽分配的信道，将生成的数据包发送到所选择的一个节点。在该示例中，生成的数据包可以包括传感器数据和列表，该列表是在预定时间内从第一子集的节点接收网络通告的第一子集的节点的列表。在另一个示例中，第二子集的每个相应的网络节点可以被配置为还执行以下功能：在从第一子集的一个节点接收网络通告时，确定该网络通告是否具有超过预定阈值的信号强度，其中，只有在确定网络通告具有超过预定阈值的信号强度时，才能在时隙期间使用该节点的第二带宽分配的信道向所述一个节点发送所述生成的数据包。在另一个示例中，第二子集的每个相应的网络节点可以被配置为还执行以下功能：从与该相应的网络节点相关联的传感器接收感测数据，其中，生成数据包的功能可以包括生成包括所接收的感测数据的数据包。在另一示例中，接收到的网络通告可以识别上述的一个节点的第二带宽分配的时隙和信道。

第一子集的网络节点可以是以冠层运行模式运行的网络节点，以及第二子集的网络节点可以是以闪烁运行模式运行的网络节点。

在下面的描述中将有一部分阐述额外的优点和新颖的特征，并且对于本领域技术人员在研究以下说明和附图时上述部分将变得显而易见，或者上述部分可以通过生产或运行的示例获悉。本教导的优点可以通过实践或使用下面讨论的详细示例中阐述的方法、手段和组合的各个方面来实现和获得。

附图说明

附图仅以示例的方式而不是作为限制描述了根据本教导的一个或多个实施方式。在这些附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。

图1为示例性无线网状网络的高阶功能性框图。

图2为包括在“闪烁”运行模式下运行的无线网状网络节点的示例性无线网状网络的高阶功能性框图。

图3A～3D为示出图2中无线网状网络系统使用的信息包的示例性结构的高阶图。

图4A～4C为诸如可以在图1和图2中的无线网状网络系统中使用的示例性无线节点、示例性接入点和示例性网路管理器的高阶功能性框图。

图5为示出图2中的无线网状网系统的功能的示例方法的步骤的高阶流程图。

详细描述

为了提供对相关教导的透彻理解，在以下详细描述中通过示例的方式阐述了许多具体的细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些细节的情况下实施本教导。在其他情况下，为了避免不必要地模糊本教导的各方面，已经在相对较高的级别上不具有细节地描述了众所周知的方法、过程、组件和/或电路。

本文公开的各种系统和方法涉及为无线网状网络中的节点提供非常低功耗的运行模式，并且使网状网络能够接收和转发来自大量的节点的信息包。

无线网络包括多个节点、接入点(APs)和其他分布在空间中并相互无线通信的无线网络设备。网络管理器协调无线网络设备的运行从而无线网络设备高效地相互通信，并且将带宽(例如，信道对和时隙对)和网络地址(或其它的唯一标识符)分配给网络节点和APs以实现协调的网络通信。

本文中呈现的非常低功耗模式，被称为“闪烁”模式，该模式允许无线网络节点(例如，传感器节点，也被称为智能微尘(mote))在使用最少能量和没有明确的带宽分配的情况下，将少量数据发送到预先存在的无线网状网络。以非常低功耗的“闪烁”模式运行的无线网络节点可以没有向其分配的网络地址。

现在详细参考在附图中示出并在下面讨论的示例。

图1示出了无线网状传感器网络100的示例。无线网状传感器网络100能够从无线传感器节点101所处的多个感测点或位置收集传感器应用数据。无线网状传感器网络100使用网络的无线传感器节点101和接入点103在无线传感器节点101之间建立多跳通信链路网。

通过使每个在拓扑上接近目的地的节点101或接入点103发送其信息包并重新发送从其他接近目的地的节点101或接入点103接收的信息包，从远程传感器节点101发送的数据自动通过网状网络进行路由。信息包的每次发送和接收都称为一跳，通常不同的信息包通过网状网络会采用不同的多跳路由。典型地，信息包(例如数据包)通过网状网络到其目的地所采用的多跳路由取决于无线网状网络中路径的稳定性(例如，节点对之间的链路的稳定性和/或接入点对之间的链路的稳定性)和网络的通信时间表(例如，向网络的节点和接入点分配带宽(时隙和通信信道)，并为每个网络节点和接入点指定下一个通信机会的通信时间表)。

通过以上概述的过程，信息包可以从传感器节点101传送到目的地(例如，另一个传感器节点101、接入点103、网络管理器105或应用程序107a/107b)，或者在相反的方向上(例如，从应用程序107a/107b或网络管理器105)传送到传感器节点101。例如，传感器数据可在传感器节点101中收集并通过无线网状网络100在源自传感器节点101的信息包中发送。另外，传感器应用数据(或者其它类型的数据)可以从例如网络管理器105或另一传感器节点发送到传感器节点101或接入点103。在一些实施例中，通过网络在每一跳确认接收每个传输的信息包，以创建非常可靠的端到端的系统，该系统通常可达到99.999％的可靠性。在该实施例中，在发送方与接收方之间(例如，两个节点之间、两个接入点之间、或节点与接入点之间)的信息包的每次传输包括发送方发送信息包、接收方接收信息包、以及在接收方成功接收到信息包时接收方将对接收的确认发送到发送方。在该实施例中，如果发送方没有接收到对接收的确认，则发送方可以在无线网状网络100的同一链路(例如，同一个接收机)上或者不同链路上重新发送信息包，直到接收到确认。

无线传感器网络100包括集中式网络管理器105。该网络管理器105负责控制无线网状网络100的运行。例如，网络管理器105可以建立和控制网络定时(例如，通过设置一个网络时钟，网络中的所有节点根据该网络时钟相互通信)。网络管理器105还可以通过将节点和接入点选择性地加入网络来确定哪些设备(例如，节点和接入点)可以加入网络，向加入的设备分配网络地址(或其他的唯一标识符(ID))，并且通过将带宽分配给网络的不同设备来设置网络的通信时间表。该通信时间表可以将时隙对和信道对分配给网络的设备(例如，无线节点101和APs 103)，从而在网络时钟的每个时隙期间识别哪个设备可以在每个信道上进行通信。另外，该通信时间表可以分配形成“加入监听”的带宽的时隙对和信道对，在该带宽中，寻求加入网络的无线节点101可以发送网络加入消息，并且在该带宽中，已经加入到网络的无线节点101监听该网络加入消息。在这种方式下，通信时间表包括分配给(或分派给)加入到无线网状网络的无线节点的带宽，以及分配给(或分派给)目前没有加入到无线网状网络的节点的带宽。

无线网状传感器网络100还包括一个或多个接入点(APs)103，该APs 103作为无线传感器网络和连接到无线传感器网络100的有线网络(或其他网络)进行桥接的设备。APs103可以无线地接收来自无线网络的节点101的信息包，并且可以通过有线网络将接收的这些信息包发送到管理器105。更一般地，Aps103提供无线网状传感器网络100与外部网络109之间的接口，该外部网络109可以是有线的或无线的。这样，Aps 103可以从无线节点101接收无线信息包，并通过一个或多个其他有线或无线网络(例如109)或其他媒体(例如，用于将Aps 103相互连接或将Aps 103与管理器105连接的WiFi、手机、微波或其他链路)将这些信息包发送到管理器105或各种应用程序107a和107b。APs 103还可以从管理器105或应用程序107a和107b接收信息包，并将这些信息包通过无线网状网络100转发到目的地无线节点101。注意，虽然图1中示出的网络109通过管理器105可通信地连接到APs 103，但是网络109也可以通过可以不包括网络管理器105的直接或间接路径可通信地连接到APs 103。

为了减少功耗并延长电池寿命，每个无线传感器节点101仅在需要时以“唤醒”运行模式运行。当无线传感器节点101首次接通电源时，该传感器节点通过监听位于其附近的其他节点或接入点的网络通告来搜索要加入的网络。如果无线传感器节点101监听到一个或多个网络通告，则该传感器节点创建并发送一个网络加入信息包以响应网络通告中的一个，并且经历安全握手以被添加或加入到与该网络通告对应的无线网状网络。在许多系统中，例如根据WirelessHART网络标准运行的系统，这个过程通常被称为“加入”无线网状网络。

具体地，加入过程的第一部分涉及无线传感器节点101监听来自现有的网状网络的网络通告；这个“同步”阶段通常导致无线传感器节点101中的平均功耗比正常运行高得多。一旦加入无线网状网络，无线传感器节点就会通知所连接的传感器并开始接收传感器数据。无线传感器节点101生成具有该传感器数据的信息包作为有效载荷，并将该信息包发送到相邻节点101或接入点103以允许信息包经由无线传感器网络100按照预定的路线发送到目的地。

作为网络加入过程的一部分，管理器105为每个无线传感器节点101和接入点103分派整个网络带宽的一部分(例如，一个或多个时隙对和信道对)以及管理器的存储器的一部分。一旦由管理器105加入到网络中，无线传感器节点101可基于管理器105的网络带宽的分派在“唤醒”运行模式和“睡眠”(或“待机”)运行模式之间交替。例如，传感器节点101可以在网络带宽分派的时隙中以“唤醒”运行模式运行，在该时间段内传感器节点101可以发送或接收信息包，并且在其余的时隙中以“睡眠”(或“待机”)运行模式运行。在一个示例中，无线传感器节点101可以发送信息包并且大约以每分钟8次接收确认以保持与网络同步。

以上对图1的描述集中于包括以三种不同运行模式运行的无线传感器节点101的无线传感器网络100：传感器节点在网络加入过程期间运行的“加入”运行模式，以及一旦传感器节点连接到网络就运行的“睡眠”运行模式和“唤醒”运行模式。

图2示出了另一无线传感器网络200的示例，在该无线传感器网络200中，传感器节点可以以另外的运行模式运行。在图2中，无线传感器节点101'不是以加入无线网状网络的运行模式运行，而是可以以替代的“闪烁”运行模式运行。无线传感器节点101'通常包括与常规无线传感器节点101相同的硬件，但无线传感器节点101'被配置为以替代的“闪烁”运行模式运行。为此，无线传感器节点101'可以具有不同(或附加)的软件，该软件用于配置节点101'在“闪烁”模式下运行。

类似于以“加入”模式运行的无线传感器节点，当以“闪烁”模式运行的无线传感器节点101'启动时，无线传感器节点101'监听来自该无线传感器节点附近的无线网络(一个或多个)的通告。在一个示例中，无线传感器节点101'可预先被配置为连接到特定的无线网络，并且在该示例中，传感器节点101'可以监听具有该特定无线网络的网络ID的网络通告。在其他示例中，传感器节点101'可以在预定时间内监听在该预定时间期间接收到的任何网络通告，或者传感器节点101'可以只监听接收到的第一网络通告(例如，在一些实施例中，第一通告具有高于阈值的信号强度)。

一旦传感器节点101'从相邻的“通告父”节点或接入点监听到可接受的通告(例如，在一个示例中，该可接受的通告为具有正确网络ID的通告，在另一示例中，该可接受的通告为具有高于阈值的信号强度的通告)，或者一旦预定时间已经期满并且(例如在另一示例中)已经接收到至少一个可接受的通告，则无线传感器节点101'向通告父节点发送数据包(被称为闪烁模式数据包)。

具体地，无线传感器节点101'发送闪烁模式数据包而不是如通常以“加入”运行模式运行的无线传感器节点101所做的那样发送加入信息包。如下面进一步详细讨论地，由无线传感器节点101'发送的闪烁模式数据包是具有与加入信息包不同的内容的信息包。从传感器节点101'接收到闪烁模式数据包时，如同正常的加入信息包通过无线网状网络转发一样，通告父节点将闪烁模式数据包转发到另一个相邻节点或AP以便通过无线网状网络传输。类似于加入信息包，闪烁模式数据包通过无线网状网络转发，直到最终到达网络管理器105。

在接收到闪烁模式数据包时，网络管理器105将该数据包识别为闪烁模式数据包，并向所连接的主应用程序107a或107b传递通知，该通知包括闪烁模式数据包中包含的数据。需要注意的是，应用程序107a和/或107b在一个或多个包括处理器、存储器和网络通信接口的服务器上执行。通常，响应于接收的闪烁模式数据包，管理器105除了将数据转发到应用程序107a/107b之外，不采取其他动作，因为在低功耗“闪烁”模式中运行的无线传感器节点101'不会加入到网络中(例如，通常不会给低功耗”闪烁“模式分配网络地址或网络带宽)。

同时，只要无线传感器节点101'接收到来自通告父节点的链路层的确认，确认通告父节点接收到闪烁模式数据包，传感器节点101'就可以休眠并等待，直到下次数据生成并需要通过网络发送。例如，以“闪烁”运行模式运行的无线传感器节点101'可以等待大约1小时至1天，直到另一个闪烁模式数据包的下一次传输。需要注意的是，类似于通过网状网络发送的其他信息包，当闪烁模式数据包从通告父节点转发到连接到网络管理器105的AP103时，通常所有跳上的链路层处理通过无线网状网络来确认闪烁模式数据包。

如图2所示，网状网络200包括以上述与图1相关的描述运行的无线传感器节点101(显示为空心圆圈)，以及以在前面段落中描述的低功耗“闪烁”模式运行的无线传感器节点101'(显示为灰色圆圈)。以这种方式，网状网络为无线传感器节点101提供一“冠层”，这些无线传感器节点101通过持久的无线链路(以虚线示出)常规地加入到网状网络。该冠层支持通过无线网络节点101和APs 103之间的网络向网络管理器105传输闪烁模式数据包流量(以及加入信息包流量、常规数据包流量和所有其他信息包流量)。同时，以闪烁模式运行的无线传感器节点101'通过只在相应的无线传感器节点101'醒来时激活的临时无线链路(以虚线示出)连接，并且来自无线传感器节点101的数据包通过网络在持续的无线链路上到达其目的地(例如，到管理器105)之前，先在一个临时的无线链路上单跳传输。需要注意的是，传感器可以连接或附接到无线传感器节点101、无线传感器节点101'和APs 103。

以这种方式，正常情况下限于支持最多约100个同时加入到无线网络的无线传感器节点101的网络管理器105却可支持数万个以闪烁模式运行的低数据无线传感器节点101'。具体地，虽然可以通过限制可以在网络中分配的唯一地址的数量和/或通过限制用于在网络中通信的可用带宽来限制可以加入到网状网络的无线传感器节点101的数量，进而限制管理器105，但是管理器105可以支持以“闪烁”模式运行的更多数量的无线传感器节点101'，因为这样的节点没有向其分配的地址或带宽。

此外，以闪烁模式运行的低数据无线传感器节点101'可以具有比加入并保留在网络中的常规无线传感器节点101小于一个数量级的平均电流消耗。尽管如此，以闪烁模式运行的无线传感器节点101'保持与由网络向全连接/全加入的传感器节点101提供的相同的数据传输可靠性。另外，在以闪烁模式运行的无线传感器节点101'在多个网络范围内的情况下，无线传感器节点101'具有从接收网络通告的网络当中选择将数据发送到哪个网络的能力。进一步地，由于以闪烁模式运行的无线传感器节点101'不需要连接到任何网络以通过网络传输数据包，因此无线传感器节点101'无需花费时间加入任何网络，就可通过该无线传感器节点附近的多个不同网络同时或依次连续地传输数据。在一些示例中，以闪烁模式运行的无线传感器节点101'具有在微安培范围(例如，1μA～10μA)内的平均电流消耗。

虽然图2示出了以闪烁模式运行的无线传感器节点101'中的每个具有与传感器节点101建立的临时无线链路，无线传感器节点101'还可以具有直接与APs103建立的临时无线链路。尽管传感器节点101'可以重复使用相同的临时链路向相邻的传感器节点101发送数据，但由以闪烁模式运行的传感器节点101'建立的无线链路在某种程度上是暂时的，使这些无线链路不构成网状网络的永久通信链路组的一部分。这些临时无线链路不一定具有向其分配的网络带宽，而是利用共享网络带宽(例如，时隙对和信道对)，该共享网络带宽专用于从寻找加入网络的传感器节点接收加入信息包。

在一个最基本的示例性实施方式中，以闪烁模式运行的传感器节点101'可以只发送单个闪烁模式数据包，该闪烁模式数据包包含其唯一标识符和有效载荷，并且使用非常少的共享网络带宽。在另一个示例性示例中，例如在802.15.4e的兼容网络中，每个闪烁模式数据包的有效载荷大约是80个字节。在另一示例中，在2Mbps的无线电网络中，每个闪烁模式数据包的有效载荷大约为1kB。

图3A～3D示例性地示出了图2中的无线网状网络200使用的信息包的示例性结构。图3A～3D示出了四个不同的示例性信息包结构，对应于加入网络的传感器节点101发送的常规数据包、加入过程中由传感器节点101发送的常规加入信息包和由以闪烁模式运行的无线传感器节点101'发送的闪烁模式数据包。

如图3A所示，常规数据包包括以下字段：用于一个或多个报头的字段、用于短传感器节点(即，智能微尘)地址或其他标识符(ID)的字段、用于数据诸如传感器数据的字段、以及用于消息完整性检查(MIC)码或循环冗余校验(CRC)码的字段。

图3B所示的常规加入信息包包括以下字段：用于一个或多个报头的字段、用于将信息包标识为加入信息包的加入信息包标志的字段、用于加入传感器节点(即，智能微尘)的唯一标识符(ID)的字段，每个字段均标识各自的潜在的父节点的一个或多个字段，其中从该父节点接收通告信息包，以及用于消息完整性检查(MIC)码或循环冗余校验(CRC)码的字段。注意的是，标识各自的父节点的每个字段可以包括：用于各自的父节点的地址或其他标识符(ID)的子字段、包括从各自的父节点接收的通告数目计数的子字段、以及用于包括接收信号强度指示(RSSI)的子字段，包括RSSI的子字段表明了从各自的父节点接收的信号的测量强度。

最后，图3C中所示的闪烁模式数据包具有与图3B中的常规加入信息包的信息包结构大致相似的结构。然而，与常规加入信息包不同，闪烁模式数据包包含原始数据(例如，传感器数据或闪烁数据)而不是潜在的父列表。具体地，闪烁模式数据包包括以下字段：用于一个或多个报头的字段、用于将信息包标识为闪烁模式数据包的闪烁模式数据包标志的字段、用于以闪烁模式运行的传感器节点(智能微尘)的唯一标识符(ID)的字段、数据字段以及用于消息完整性检查(MIC)码或循环冗余校验(CRC)码的字段。注意的是，尽管在一些示例中使用相同的密钥来计算加入和闪烁模式数据包中的MIC码和/或CRC码，但是可以使用不同的密钥来计算常规、加入和闪烁模式数据包中的MIC码和/或CRC码。

在图3D中示出了可替代的闪烁模式数据包结构。如图3D所示，闪烁模式数据包可以包括一个或多个节点的列表，从该一个或多个节点接收通告信息包，闪烁模式数据包包括的列表类似于上述涉及图3B的描述中的字段。

如图3A～3D中示例性示出，网络中使用的所有信息包类型可以共享公共/相同/相似的报头结构。当常规加入信息包和闪烁模式数据包使用公共/相同的加入密钥进行加密和认证时，常规数据包可以根据发送传感器节点101的特定密钥进行加密和认证。在一些实施例中，闪烁模式数据包标志与加入信息包标志相同，并且管理器105可以通过确定在闪烁模式数据包中省略的潜在的父列表来区分这两个信息包类型。在其他实施例中，闪烁模式数据包标志不同于加入信息包标志，但是这两个信息包类型通过网状网络使用相同的路由过程按路线进行发送。在一些实施例中，信息包内容被转发节点加密，并且不被转发节点检查。在一些实施例中，管理器105通过在由闪烁模式运行的初始传感器节点101'提供的传感器节点的唯一标识符(智能微尘ID)来识别闪烁模式数据包，并不需要特定的标志，例如，管理器105通过确定分配给以闪烁模式运行的传感器节点101'的标识符来识别闪烁模式数据包。

闪烁模式数据包的数据字段可以包括所有应用相关的信息。在一些实施例中，数据字段包括用于额外的加密和/或认证的应用级别安全信息。在一些实施例中，包括序列号和/或密码随机数，以允许主应用按时间顺序(或其它顺序)放置可能无序地接收的闪烁模式数据包。

以上描述集中在无线网状网络100和200、传感器节点101和101'的功能以及通信信息包的结构上。另外，如下所述，运行网络管理器105来处理与常规加入信息包和常规数据包均不同的闪烁模式数据包。在诸如图1所示的常规网状网络中，使用了两种类别的信息包：“命令”信息包和“数据”信息包，“命令”信息包用于管理器105和传感器节点101之间的通信以构建和维护网络，“数据”信息包用于传感器(附接到无线传感器节点101)和主应用程序107a或107b之间的通信。当管理器105接收到源自传感器节点101的数据包时，它将去掉报头和解除加密，并将数据转发给主应用程序107a/107b以供使用。

从传感器节点101接收到的试图形成网状网络冠层一部分的加入信息包是命令信息包，而图2的网络中的闪烁模式数据包是数据信息包。闪烁模式数据包是唯一的，因为它是唯一可以使用加入密钥加密的数据信息包类型。在管理器105中，闪烁模式数据包通常被视为数据信息包，由此管理器105去掉报头并解除加密，并将闪烁数据转发给主应用程序107a/107b以供使用。

图5示出了说明图2中的无线网状网络200的功能的示例方法500，该无线网状网络200包括以下提供的以闪烁模式运行的传感器节点101'。

方法500开始于AP 103通过有线(或WiFi等)网络向管理器105发送网络加入请求，并且在步骤501中，网络管理器105将AP 103加入到无线网状网络，并向AP103分配诸如网络地址之类的标识符(ID)。

在步骤503中，网络管理器105将所分配的ID连同用于网络的标识符(网络ID)一起传送到AP103，并且AP103开始通过广播包括网络ID的无线网络通告来对该无线网状网络进行通告。

在步骤505中，以“加入”运行模式运行的传感器节点101听到来自AP103或已经加入到无线网状网络的另一个网络传感器节点101的通告，并在预定的时间段(例如，接下来的几秒)内监听到更多的来自其他潜在的父节点(例如，来自其他网络的父节点或者来自与AP相同网络的父节点)的通告。在预定时段已经过去或者达到超时之后，传感器节点101从所有的节点或APs(从这些节点或APs接收通告)中选择一个父节点(例如，根据选择度量标准标识的“最佳”父节点)，并且使用所选父节点的共享“加入监听”带宽向该所选父节点发送加入请求信息包或消息。“加入监听”带宽是分配给所选父节点的信道和时隙，供所选的父节点监听来自寻找加入无线网状网络的节点的加入信息包。注意的是，传感器节点101可以将其本地时钟同步到从所选父节点接收的网络通告的时间控制，以使传感器节点自身与网络时间同步。

在步骤507中，加入请求数据包或消息由所选父节点接收，并由父节点通过无线网状网络转发，直到数据包或消息到达AP 103，并由AP 103转发到网络管理器105。

接下来，在步骤509中，网络管理器105将加入请求信息包或消息识别为加入信息包，并且确定已经发送了信息包或消息的传感器节点101是否应该被加入或添加到无线网状网络。如果网络管理器105确定传感器节点101应被加入或添加到网络，则网络管理器105将网络地址(或短网ID)和网络带宽分配给传感器节点101，并通过AP103和无线网状网络将加入响应信息包发送到加入的传感器节点101。该加入响应信息包包括为加入的传感器节点101分配的网络地址(或者短网ID)的标识和分配的网络带宽的标识。

在接收到加入响应信息包后，完成加入握手，加入传感器节点101作为冠层节点加入到网状网络。加入的传感器节点101具有专用的带宽(例如，具有关联时隙和信道的链路)，该带宽被分配用于通过无线网状网络与节点101进行往来通信。一旦传感器节点101被加入到网络中，传感器节点101就不会主动使用共享的“加入监听”带宽，而是从其他节点监听加入信息包和闪烁模式数据包。

通常，在传感器节点101可以通过无线传感器网络向主应用程序107a/107b发送任何数据之前，作为加入过程的一部分，在传感器节点101和管理器105之间要交换五到六个信息包。该信息包被管理器105用来向传感器节点101提供包括加入传感器节点101用于通过无线传感器网络进行的通信的唯一标识符以及加入传感器节点使用的带宽的标识的信息(例如，带宽的标识可以包括加入传感器节点101用于通过网络接收和发送通信的信道和时隙的标识)。

同时，在步骤511中，以低功耗“闪烁”运行模式运行的传感器节点101'听到来自AP103或另一潜在的父传感器网络节点101的通告，该潜在的父传感器网络节点101形成无线网状网络冠层的一部分。在一个示例中，在听到网络通告时，如果接收的通告符合预先建立的信号质量阈值，则传感器节点101'立即选择或决定将通告设备作为其父节点。在另一个示例中，传感器节点101'在预定的时间段(例如，接下来的几秒)内从其他潜在的父节点(例如，来自其他网络的父节点或者来自与接收到第一通告的潜在的父节点相同的网络的父节点)监听到更多的通告，并且在预定时间段内从所有的节点或APs(从这些节点或APs接收通告)中选择一个父节点(例如，根据选择度量标准标识的“最佳”父节点)。注意的是，传感器节点101'可以将其本地时钟同步到从所选父节点接收的网络通告的时间控制，以使传感器节点自身与网络时间同步，并且在随后的运行中可以使用同步时钟来确定从低功耗睡眠中醒来的时间。

接下来，在步骤513中，当所选父节点的加入监听带宽(或通信机会)出现时，以闪烁模式运行的传感器节点101'将闪烁模式数据包发送到所选的父节点101或AP103。在步骤515中，响应于发送的闪烁模式数据包，如果在链路层确认闪烁模式数据包，则发送了该闪烁模式数据包的传感器节点101'知道所选父节点101成功接收到闪烁模式数据包，由此以闪烁模式运行的传感器节点101'可以立即返回到休眠以节省电能。同时，在步骤517中，闪烁模式数据包通过无线网状网络转发直到到达目的地。通常，闪烁模式数据包的目的地是网络管理器105(例如，与加入信息包或消息相同的目的地)。接着，在步骤519中，在接收到闪烁模式数据包时，网络管理器105确定该信息包是闪烁模式数据包，检索包含在该信息包中的数据(例如，传感器数据或其他闪烁数据)，并将数据转发给应用程序107a/107b。

由于无线网状传感器网络所提供的节点的冠层是可靠的，因此一旦所选的冠层传感器节点具有闪烁模式数据包的副本，则管理器105有超过99.999％的可能性会收到闪烁模式数据包。结果是，通常情况下管理器105没有理由向以闪烁模式运行的传感器节点101'发送端对端的确认，并且因此不需要闪烁模式运行的传感器节点101'在闪烁运行模式中保持活跃以接收这种端到端的确认。这样，在接收到来自所选父节点的对收到闪烁模式数据包的链路层确认之后，以闪烁模式运行的传感器节点101'可以立即进入休眠，从而节省电能。

如果闪烁模式数据包未被所选父节点确认，在重新设置和从不同的父节点再次监听网络通告之前，则以闪烁模式运行的传感器节点101'通常遵循标准退避并且可以尝试在随后的加入监听通信机会时再重发几次闪烁模式数据包。可替代地或附加地，以闪烁模式运行的传感器节点101'可以从潜在的父节点(网络通告从这些父节点接收)中选择替代的父节点，并且可以将闪烁模式数据包发送到所选的替代父节点。

图4A～4C为图1和图2中的无线网状网络系统中的示例性部件或装置的高阶功能性框图。图4A示出了在图1的网络系统100和图2的网络系统200中使用的诸如节点101或101'的节点401的示例。节点401包括提供处理能力的处理器403(例如，微处理器)和存储器405。存储器405存储用于控制节点401的运行的应用程序和指令，并且处理器403被配置为执行存储在存储器405中的应用程序和指令。诸如电池、变压器、太阳能电池、发电机等的电源409为节点401的电力运行提供电力。

另外，节点401可以包括产生感测或测量数据的传感器407，将该感测或测量数据提供给处理器403和/或存储在存储器405中。节点401可以附加地或可选地包括致动器(例如电动机、阀等)或由处理器403控制的其他运行输出部件(例如，显示器)。节点401还包括收发器402，该收发器402使得通过网络(例如，无线网状网络)与其他节点101或APs 103通信成为可能。如图4A所示，收发器402是连接到天线并被配置为用于无线通信的无线收发器402。在其他实施例中，收发器402可以是有线收发器。节点401的各个部件彼此通信连接(例如，经由总线或其他通信链路)，并电连接到电源409以接收运行电力。

如上所述，存储器405可以存储由处理器403执行的指令，以使得节点401用作常规无线网状模式的节点(例如节点101)、以闪烁模式运行的无线网状模式的节点(例如，节点101')、或被配置为在常规模式和闪烁模式中选定一个模式运行的无线网状模式的节点。

图4B示出了在图1的网络系统100和图2的网络系统200中使用的诸如AP 103的AP411的示例的高阶功能性框图。AP 411包括与节点401基本相似的组件，AP 411包括网状网络收发器412、处理器415(例如微处理器)、存储器417，可选传感器419和电源421。AP 411的这些组件与节点401的相应组件基本相似，可以参考节点401的描述，以获得组件及其功能的详细信息。与节点401类似，AP411可选地包括传感器419、致动器或由处理器415控制的其他运行输出部件。

另外，AP 411可以包括双收发器：被配置为与无线网状网络的无线节点101进行通信的第一收发器412(例如，网状网络收发器)，以及被配置为用于网状网络的外部通信的第二收发器413(例如WAN(Wide Area Network，广域网)收发器)，例如与网络管理器105或应用程序107a/107b(例如，经由网络109)的通信。在本文示例中，第一收发器412可以是无线收发器，而第二收发器413可以是被配置为用于直接与网络管理器105有线通信的收发器(例如，与以太网标准兼容的收发器)，或者间接经由一个或多个网络109与网络管理器105有线通信的收发器。尽管在图4B中示出了两个收发器，但在一些实施例中，可以包括执行两种通信功能的单个收发器，而在其他实施例中，可以经由直接有线链路与网络管理器105进行通信。

在图4A和4B两个图中，传感器407被示出为位于节点401内以及传感器419被示出为位于AP 411内。更一般地情况，传感器407可以在节点401外部以及传感器419可以在AP411外部，但是传感器407可以连接到节点401以将传感器数据传送给节点401，以及传感器419可以连接到AP 411以将传感器数据传送给AP 411。

图4C示出了在图1的网络系统100和图2的网络系统200中使用的诸如网络管理器105的网络管理器431的示例的高阶功能性框图。网络管理器431控制网状网络的运行，并且用作网络和外部之间的接口(例如，作为网络和外部应用程序107a/107b之间的接口)。具体而言，网状网络与外部应用程序107a/107b之间的所有通信可以流经网络管理器431，或者由网络管理器431以其他方式控制。

在图1中示出的网络管理器105是独立于AP 103的单独实体，并且与任何AP 103在物理上是分离的。在该实施例中，网络管理器105和AP(一个或多个)103是独立的实体，并且可以经由通信电缆(如图所示)、一个或多个有线或无线网络、和/或一个或多个无线通信链路通信连接。在其他实施例中，网络管理器105可以与一个AP 103在一处，例如在相同的装置外壳内。在该实施例中，网络管理器105和AP 103可以具有不同的处理器，可以安装在不同的电路板上，并且可以通过电路板之间的迹线通信连接。在另外的实施例中，网络管理器105可以在与AP 103相同的处理器上执行。

网络管理器431包括提供处理能力的处理器433(例如，微处理器)和存储器435。存储器435存储用于控制网络管理器431的运行的应用程序和指令，并且处理器433被配置为执行存储在存储器435中的应用程序和指令以及控制管理器431的运行。

另外，网络管理器431包括诸如收发器432的通信接口，用于经由网络109进行通信。虽然在图4C中示出了单个收发器432，网络管理器431也可以包括多个收发器，例如在网络管理器431使用不同的通信标准或协议、或使用不同的网络或通信链路与AP(一个或多个)103和/或应用(一个或多个)107a/107b进行通信的情况下。举例而言，可以包括用于与网状网络的AP(一个或多个)103进行通信的专用通信接口439(例如，专用端口)。如图4C所示，收发器432是连接到网络109的有线收发器；在其他实施例中，网络管理器431包括连接到天线并被配置为用于无线通信的一个或多个无线收发器。

网络管理器431的各种组件彼此通信连接(例如，经由总线或其他通信链路)，且这些组件电连接到电源以接收运行电力。

网络管理器431提供对网状网络的监督，并且可以控制网络的运行。例如，网络管理器431将节点连接到网络、设置网络定时和/或设置网络通信时间表、并且基于存储在存储器435中并在处理器433上执行的程序指令执行其他的网络管理。另外，作为将节点101和多个AP连接到网络的一部分，网络管理器431可以从节点101和AP(一个或多个)103接收标识信息，并且可以基于该标识信息来认证节点和AP(一个或多个)。

网络管理器431还用作网状网络和外部之间的运行网关或接口，并且具体地用作应用程序107a/107b接口，该接口与网状网络的AP(一个或多个)和/或节点(一个或多个)连接。为此，可以在处理器433上执行该应用程序接口437。应用程序接口437可以从网络(例如，从AP103、和/或从节点101/101'经由AP)接收数据和信息，格式化或处理数据以将该数据置于应用程序107a/107b可用的格式中，并将原始或经处理的数据提供给应用程序107a/107b。就这一点而言，网络管理器431和应用程序接口437可以从作为常规节点运行的节点101和以闪烁模式运行的节点101'接收数据和信息，并且可以将从这些节点接收到的数据转发到应用程序107a/107b。应用程序接口437还可从应用程序107a/107b接收数据、信息或控制信息，对数据、信息或控制信息进行格式化和处理以将其置于可由AP(一个或多个)和节点使用的格式中，并将处理后的数据、信息或控制信息提供给节点和AP(一个或多个)。

以闪烁模式运行的传感器节点101'的附加可选特征在下面的示例中详细进行描述。在一个示例中，与以闪烁模式运行的传感器节点(和/或控制传感器功能的传感器应用程序)连接的传感器可以产生比可以适合单个闪烁模式数据包的数据数量更多的数据。在这种情况下，在链路层发送并确认第一个闪烁模式数据包之后，以闪烁模式运行的传感器节点101'可以按照与上述相同的方式发送比所需的闪烁模式数据包更多的数据包从而发送所有所需的传感器数据。具体地，所有的闪烁模式数据包可以在所选的父节点的同一个加入监听时隙期间发送，也可以在所选的父节点(或者从那些已收到通告的父节点)的多个不同的(例如，顺序的)加入监听时隙期间发送。在已发送所有的闪烁模式数据包并且已经被各自的所选父节点确认之后，以闪烁模式运行的传感器节点101'可以回到休眠。当发送多个闪烁模式数据包时，随机数或序列号可以作为数据的一部分被包括在内，从而避免混淆，并且如果闪烁模式数据包被管理器105和/或主应用程序107a/107b无序地接收，可以使数据包能够在管理器105或应用程序107a/107b中被排列好。此外，可以在父节点的同一/单个的“加入监听”通信机会期间发送多个闪烁模式数据包，也可以在父节点的多个连续“加入监听”通信机会期间发送多个的闪烁模式数据包。

如上所述，以闪烁模式运行的传感器节点101'可以是被配置为仅以闪烁模式运行的传感器节点。可替代地，无线网络传感器节点可以被配置为使得单个无线网络传感器节点可以选择性地作为常规冠层传感器节点101(被配置为加入网状网络)和作为闪烁节点101'来运行。具体而言，传感器节点可以在存储器中存储使得传感器节点能够以本文描述的任何运行模式运行的指令。传感器节点可以在传感器节点初始启动时选择运行的模式，或者传感器节点可以在运行过程中改变运行模式。当作为配置为完全加入无线网状传感器网络的传感器节点(例如，作为无线传感器节点101)运行时，传感器节点可以从管理器105和主应用程序107a/107b接收下游信息包。因此传感器节点可以从网络管理器105和主应用程序107a/107b接收维护信息包、软件更新数据或固件更新数据等。由于网状网络协议有时具有与可以加入网络的传感器节点的数量相关的限制(例如，在该管理器的每个示例中，任何时候传感器节点的节点限制为100个节点)，因此所有以闪烁模式运行的50,000个传感器节点不能同时地完全加入网络。相反，通常情况下以闪烁模式运行的每个传感器节点可以被配置为在闪烁模式下运行，并且少有地进行完全加入以接收来自主应用程序107a/107b的更新(例如，以闪烁模式运行的传感器节点可能每月加入一次网络)。在该示例中，某些网络传感器节点可以被配置为始终作为冠层节点运行，从而提供可靠的网状网络覆盖，通过该网络覆盖，以闪烁模式运行的传感器节点可以将数据包发送到AP 103和网络管理器105。以闪烁模式运行的传感器节点可以在本地存储器中存储一个或多个所接收的网络通告的信息，并且在使传感器节点加入网络时(例如每月一次)，可以使用所存储的信息向所选的父节点发送加入信息包。

在一些示例中，传感器节点可被配置为部分地加入无线传感器网络，同时作为常规传感器节点保持完整的安全证书。在一个示例中，以闪烁模式运行的传感器节点连接到GPS传感器，并且GPS传感器需要听到下游历书数据以便以低功耗快速同步。在该示例中，以闪烁模式运行的传感器节点可以发送部分加入信息包(a partial join packet)作为其闪烁模式数据包，然后管理器可以被配置为向以闪烁模式运行的传感器节点返回发送广播会话密钥，无需将该传感器节点添加到其加入节点的列表，并且无需为该传感器节点分配任何专用的带宽。虽然部分加入信息包可以具有与加入信息包或闪烁模式数据包类似的结构，但是可以使用与闪烁模式数据包的标志和加入信息包的标志不同的信息包标志来标识。在该示例中，管理器可以通过冠层向下游不断地广播历书数据。一旦以闪烁模式运行的传感器节点从管理器接收到包括广播会话密钥的信息包，则以闪烁模式运行的传感器节点就能够通过听到下游广播而与网络保持同步。以闪烁模式运行的传感器节点每当需要使用与之前相同的共享带宽向网络管理器105发送数据时，可向上游发送闪烁模式数据包。在该模型中，网状网络仍然能够支持数以万计的以闪烁模式运行的传感器节点，并且由于以闪烁模式运行的传感器节点不需要通过网状网络发送数据包以与网络保持同步，因此以闪烁模式运行的传感器节点仍然可以消耗比常规传感器节点更低的功耗。

以闪烁模式运行的传感器节点的平均功耗和同步时间的主要因素是用于搜索网络通告的功耗和时间。平均功耗和同步时间均随系统中使用的信道的数目近似线性增长。这样，通过实施黑名单来减少系统中使用的信道数目(例如，从15个信道减少到7个信道)，在以闪烁模式运行的传感器节点中接收网络通告的速度和平均功耗可以降低。然而，如果管理器将网络设置为在与传感器节点正在监听的那些信道不相交的信道上通告(例如，如果网络只在奇数信道上通告，并且传感器节点只监听偶数信道)，则传感器节点可能无法听到网络通告并通过网络进行通信。因此，为了利用信道黑名单的优势，在传感器节点醒来以监听网络通告之前，管理器和传感器节点需要对信道列表达成一致的意见。这可以通过管理器和传感器节点的手动编程，或者通过使传感器节点记住(或存储在存储器中)由传感器节点最后一次加入网络时(例如从通告)接收到的黑名单。如果传感器节点在先前的尝试(或在特定的时间间隔内)中没有听到通告，则可以实现容错运行以使传感器节点切换到无黑名单的运行。

在上述实施方式中，闪烁模式数据包流量使用相同的共享带宽，该共享带宽通常专用于允许从寻求加入无线传感器网络的冠层节点传送常规加入数据包。在闪烁数据包流量很大的极端情况下，冠层传感器节点可以配置为阻止加入网络或重新加入网络。在该实施例中，可以将独立的通告链路和共享的接收带宽分配给冠层传感器节点(例如，该接收带宽独立于向以闪烁模式运行的传感器节点分配的接收带宽)以从冠层加入流量中分离出闪烁模式数据包流量，从而防止这些并行通信中的潜在的冲突。

以上描述集中于这样的示例性实施方式：在该实施方式中闪烁模式数据包流量沿着网状网络到达AP 103。通常，管理器105可以在无线网状网络中建立闪烁模式数据包转发图，以将所有闪烁模式数据包流量按路线发送到特定位置，该特定位置不一定是AP 103或管理器105。在该例子中，冠层节点被设置有闪烁模式数据包转发图，并用来将闪烁模式数据包流量按路线发送到特定的位置。这种实施方式使点对点的闪烁模式数据包流量模式成为可能。

在另一示例中，以闪烁模式运行的传感器节点101'可以被配置为通过多个不同的网络发送闪烁模式数据包。任何使用相同通告和相同加入密钥的网络都可以接受来自以闪烁模式运行的传感器节点101'的信息包。这使得以闪烁模式运行的传感器节点101'能够将闪烁模式数据包连续地发送到该传感器节点附近的多个网络，或者将闪烁模式数据包移动到不同的位置并且在无需重新配置情况下加入本地网络(或者通过本地网络发送闪烁模式的数据包)。在一个应用中，以闪烁模式运行的传感器节点101'可以被技术人员用作远程控制以停用附近的所有网络。以闪烁模式运行的传感器节点101'可以执行搜索范围内所有网络的应用，并且当发现/检测到每一网络时传感器节点101'将闪烁模式数据包发送到每一检测到的网络。

在一些示例中，以闪烁模式运行的传感器节点配备有低功耗晶体(例如，精确到10ppm的1μA晶体)。一些网状无线传感器网络在确定性排程上做通告，所以一旦以闪烁模式运行的传感器节点101'已经连接到网络，传感器节点101'就可以在良好的估值内(例如，在1000秒之后的10ms内)计算出稍后的用于下一个信息包的通告会何时到来，以及这个通告将被发送到什么信道。传感器节点101'还可以在良好的估值内计算何时会出现加入监听机会，在该加入监听机会期间可以发送闪烁模式数据包。通过使用这个信息，传感器节点101'也可以有助于缩短同步时间，从而降低平均功耗。如果预期的通告没有在预测的窗口(例如，10ms的窗口)期间到达，则传感器节点101'可以容错到标准实施方式，并且可以被配置为在较长的预测窗口上监听以后的网络通告。

上述系统和方法相对于无线网状传感器网络的当前实施方式呈现出多个优点。具体地，上述系统和方法利用加入信息包结构和通过网络自动转发加入信息包来发送安全数据；使分配给冠层传感器节点的共享带宽的数量与可支持的闪烁模式数据包流量之间能够权衡；使用隐式或显式标志来向管理器指示应该将闪烁模式数据包直接传递给已连接的主应用程序；无论一个产品是否支持或不支持闪烁模式运行，冠层传感器节点代码是不受影响的；使传感器节点在以闪烁模式运行的最少数据要求下能够实现超低功耗；使非常大量的装置能够参与到规模受限的网络中；与完全加入装置相比(例如，与不提供相同级别的可靠性的Zigbee网络相比)，以显着的功率降低实现可靠的端到端的数据传送；为闪烁模式运行的传感器节点提供选择要参与哪个网络的能力，而不是盲目地发送数据；提供使用某种级别的安全性加入密钥和/或通用加入密钥的能力；以及为闪烁模式运行的传感器节点提供使用相同的安全证书将数据发送到任何网络的能力。

如上所述，闪烁运行模式允许无线网状网络节点使用最少的能量且无需明确的带宽分配以将少量的数据发送到预先存在的网状网络中。闪烁运行模式能够提高网络能力(即更多的装置发送周期性数据)；在保持可靠性的同时减少闪烁传感器节点在低数据限制下的平均电流消耗；尽管可以在网络管理器的运行中进行一些小的变化，然而可与现有的HART兼容和/或其他网状网络无缝运行；现有的加入信息包可以用来运载闪烁数据；信息包传送的可靠性与完全连接的网络节点的可靠性相同；偶尔维护加入宏时间表的能力；下游会话分配和广播传播；管理器向主应用程序的数据传递可以被批准；并且可以由秘密通告和加入密钥提供消息安全。作为一指导性示例，当考虑现有的可以支持多达一百个无线节点的无线网状网络时，闪烁运行模式可以使以闪烁模式运行的50,000个以上的传感器节点由同一网络支持，该网络设置有闪烁节点仅间歇性的发送数据(例如每小时一次)。

除非另有说明，否则在本说明书(包括在上面的权利要求书中)中阐述的所有测量结果、数值、等级、位置、量级、尺寸和其他规范是近似的，而不是精确的。它们旨在具有与它们所涉及的功能以及它们所属领域中的习惯相一致的合理范围。

保护范围仅由上面的权利要求书来限定。当根据本说明书和以后的审查历史进行解释并以涵盖所有结构和功能上的等同物时，该范围旨在并且应该被解释为与在权利要求书中使用的语言的普通含义一致的范围。尽管如此，没有任何一项权利要求旨在涵盖不符合“专利法”第101、102或103条要求的主题，也不应该以这种方式被解释。在此拒绝此类主题的任何无意识涵盖。

除了上面刚刚陈述的内容，不管是否在权利要求书中记载，没有任何陈述或说明的意图或者应被解释为造成向公众奉献任何组件、步骤、特征、目的、益处、优点或等同物的原因。

可以理解的是，除非本文另外阐述了特定含义，否则本文使用的术语和表达具有与这些术语和表达相对于其对应的各自的查询域和研究领域相一致的普通含义。诸如第一和第二等的相关术语可以仅用于区分一个实体或动作与另一个实体或动作，而不必要求或暗示这些实体或动作之间的任何实际的关系或顺序。术语“包括”，“包含”或其任何其他变型旨在覆盖非排他性的包含，使得包括元素列表的过程、方法、物品或设备不仅包括那些元素，还可以包括没有明确列出的或者这些过程、方法、物品或装置固有的其他元素。由“一个”或“一个”开头的元素在没有进一步约束的情况下不排除在包括该元素的过程、方法、物品或设备中存在另外的相同元素。

提供本公开的摘要以允许读者快速确定技术公开的性质。提交摘要时的理解是，摘要不会被用来解释或限制权利要求书的范围或含义。另外，在前面的具体实施方式中，可以看出，出于简化本公开的目的，各种特征在各种实施例中被组合在一起。本公开的方法不被解释为，与每个权利要求中明确记载的特征相比，反映所要求保护的实施例要求更多特征的意图。相反，如上面的权利要求所反映的，创造性的主题在于少于单个公开实施例的所有特征。因此，上面的权利要求由此被纳入到具体实施方式中，其中每个权利要求本身作为单独要求保护的主题。

虽然上文已经描述了被认为是最佳方式和/或其他示例，但是可以理解的是，可以在其中进行各种修改，并且本文公开的主题可以以各种形式和示例来实现，该教导可以应用于许多应用中，这里仅描述了其中的一些应用。上面的权利要求书旨在要求落入本教导的真实范围内的任何和所有的应用、修改和变化。

Claims (16)

1.一种网状网络系统，包括：

多个网络节点，所述多个网络节点包括第一子集的网络节点和第二子集的网络节点，每个网络节点包括处理器和无线收发器，所述无线收发器被配置为与所述多个网络节点中的其他节点进行无线通信；和

网络管理器，所述网络管理器可通信地连接到所述多个网络节点，所述网络管理器被配置为管理无线网状网络的运行，所述无线网状网络包括所述多个网络节点中的节点，

其中，所述网络管理器被配置为执行以下功能：

将所述无线网状网络的带宽分配给所述第一子集的网络节点中的每一个，其中，所分配的带宽包括第一带宽分配和第二带宽分配，所述第一带宽分配用于沿着所述第一子集的网络节点之间的所述无线网状网络的通信链路接收和发送数据包，以及所述第二带宽分配用于在所述第一子集的网络节点中接收来自所述第二子集的网络节点的网络加入消息；和

在使用所述第二带宽分配的带宽接收到从所述第二子集的网络节点向所述第一子集的网络节点发送的消息时，将接收到的消息识别为数据消息，并将该消息中的数据提供给主应用程序。

2.如权利要求1所述的网状网络系统，其中，所述网络管理器还可被配置为执行以下功能：

在使用所述第二带宽分配的带宽接收到从所述第二子集的另一网络节点向所述第一子集的网络节点发送的另一个消息时，将接收到的消息识别为网络加入消息，并将已经发送网络加入消息的所述另一网络节点加入到所述无线网状网络，

其中，将所述另一节点加入所述无线网状网络包括：将所述无线网状网络的带宽分配给所述另一网络节点，所述分配包括用于沿着所述第一子集的节点与所述另一节点之间的无线网状网络的通信链路接收和发送数据包的带宽分配，以及用于在所述另一网络节点中接收来自所述第二子集的网络节点的网络加入消息的带宽分配。

3.如权利要求1所述的网状网络系统，其中，分配带宽的功能包括将时隙和通信信道的组合分配给所述第一子集的网络节点中的每个网络节点，所述时隙和通信信道的组合包括时隙和信道的第一组合以及至少一个时隙和至少一个信道的第二组合，对于所述第一子集的每个相应的网络节点，所述时隙和信道的第一组合用于接收和发送所述相应的网络节点和所述第一子集的其他网络节点之间的数据包，以及所述至少一个时隙和至少一个信道的第二组合用于在所述相应的网络节点中接收来自所述第二子集的网络节点的网络加入消息。

4.如权利要求1所述的网状网络系统，其中，所述网络管理器被配置为，基于在接收的消息中包含的标志，将每个所述接收的消息识别为数据消息或网络加入消息，每个所述接收的消息使用所述第二带宽分配的带宽而发送到所述第一子集的网络节点。

5.如权利要求1所述的网状网络系统，其中，所述网络管理器被配置为还执行以下功能：

在接收到在所述第一子集的网络节点中生成的并使用所述第一带宽分配的带宽通过无线网状网络发送的分组数据消息时，将所述分组数据消息中的数据提供给主应用程序。

6.如权利要求1所述的网状网络系统，其中，已经发送数据消息的网络节点不加入所述无线网状网络。

7.如权利要求1所述的网状网络系统，其中，所述第一子集的每个相应的网络节点可以被配置为执行以下功能：

在时隙期间通过与所述第一带宽分配相关联的信道，对从所述第一子集的其他节点向所述相应的网络节点发送的信息包进行监听，以及向所述第一子集的其他节点发送信息包；和

在时隙期间通过与所述第二带宽分配相关联的信道，对从所述第二子集的节点向所述相应的网络节点发送信息包进行监听。

8.如权利要求7所述的网状网络系统，其中，所述第一子集的每个相应的网络节点被配置为还执行以下功能：

从与所述相应的网络节点相关联的传感器接收感测数据；和

生成数据包，所述数据包包括所接收的感测数据，并且在时隙期间通过与所述第一带宽分配相关联的信道将所生成的数据包发送到所述第一子集的其他节点。

9.如权利要求7所述的网状网络系统，其中，所述第一子集的每个相应的网络节点被配置为还执行以下功能：

在时隙期间通过与所述第二带宽分配相关联的信道接收从所述第二子集的节点向所述相应的网络节点发送的信息包；和

在时隙期间通过与所述第一带宽分配相关联的信道向所述第一子集的另一节点发送从所述第二子集的所述节点接收到的所述信息包。

10.如权利要求1所述的网状网络系统，其中，所述第二子集的每个相应的网络节点被配置为执行以下功能：

生成数据包；

监听从所述第一子集的节点发送的网络通告；

当从所述第一子集的一个节点接收到网络通告时，在时隙期间使用所述一个节点的第二带宽分配的信道向所述一个节点发送所生成的数据包。

11.如权利要求10所述的网状网络系统，其中，所述第二子集的每个相应的网络节点还被配置为：

在预定时间内监听从所述第一子集的节点发送的网络通告；

在所述预定时间内来自所述第一子集的节点的所述网络通告被接收，从所述第一子集的节点中选择一个节点；和

在时隙期间使用所选择的一个节点的第二带宽分配的信道，将所述生成的数据包发送到所选择的一个节点。

12.如权利要求11所述的网状网络系统，其中，所述生成的数据包包括传感器数据和列表，所述列表是在所述预定时间内从所述第一子集的节点接收网络通告的所述第一子集的节点的列表。

13.如权利要求10所述的网状网络系统，其中，所述第二子集的每个相应的网络节点被配置为还执行以下功能：

在从所述第一子集的一个节点接收所述网络通告时，确定所述网络通告是否具有超过预定阈值的信号强度，

其中，只有在确定所述网络通告具有超过预定阈值的信号强度时，才能在时隙期间使用所述一个节点的第二带宽分配的信道向所述一个节点发送所述生成的数据包。

14.如权利要求10所述的网状网络系统，其中，所述第二子集的每个相应的网络节点被配置为还执行以下功能：

从与所述相应的网络节点相关联的传感器接收感测数据，

其中，生成所述数据包的功能包括生成包括所接收的感测数据的数据包。

15.如权利要求10所述的网状网络系统，其中，接收到的网络通告识别所述一个节点的第二带宽分配的时隙和信道。

16.如权利要求1所述的网状网络系统，其中，所述第一子集的网络节点是以冠层运行模式运行的网络节点，以及所述第二子集的网络节点是以闪烁运行模式运行的网络节点。