CN108029155B - 网格网络节点 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于网格网络（100）的网络节点（102）。网络节点包括处理单元（202），其适配于确定网络节点的可靠性的指示符。网络节点还包括控制单元（220），其适配于基于所确定的网络节点的可靠性的指示符将所述网络节点配置成在路由器配置中或在终端节点配置中操作。网络节点因此可以基于它的可靠性调整它的配置。

Description

网格网络节点

技术领域

本发明涉及网格网络领域，并且具体地，涉及包括多个节点的网格网络。

背景技术

网格网络在家庭自动化系统、安全军事应用和其他对等连接系统方面的使用有日益增多的趋势。

网格网络典型地被理解为互联的一系列节点，其中每个节点有助于其他节点之间信息与信号的提供。换句话说，在网格网络中的一对节点之间可以有多于一个的通信路径。这允许网格网络具有一定程度的冗余性，这样，例如，如果某个单个节点变为不活动的，其余的节点仍旧可以互相通信。

典型地，在网格网络中的每个节点在单个通信信道上操作，以便允许减轻在网格网络的节点之间的通信。节点可包括例如能够在给定的无线通信信道上操作的无线可连接的设备。这样的节点的示例可包括ZigBee (RTM )路由器或启动蓝牙的中继。

网格网络节点可被安排在路由器（“RT ”）配置或终端节点（EN）配置中。在RT配置中的节点典型地将发送从节点本身捕获的、测量的、或传播的数据和/或发送从至少一个其他节点接收的其他数据。不像在RT配置中的节点，在EN配置中的节点只发送从节点本身获取的、测量的、或传播的数据。换句话说，在RT配置中的节点可以用作为路由器，以用于接收来自一个网络节点的数据和用于将数据传递/路由到另一个网络节点上，而在EN配置中的节点不能从一个网络节点将数据传递或路由到另一个网络节点。

作为示例，在RT配置中的节点可被安排成与网络基站通信，和适配于发送数据到EN配置中的节点。因此，在RT配置中的节点可以允许网格网络具有与网络基站通信但处在网络基站的信号范围以外的节点。

发明内容

本发明由权利要求书限定。

按照本发明的一个方面，提供了一种用于网格网络的网络节点，包括：处理单元，其适配于确定所述网络节点的可靠性的指示符；和控制单元，其适配于基于所述网络节点的可靠性的指示符将所述网络节点配置成在路由器配置中或在终端节点配置中操作。

因此，提出了一种适配于确定它的可靠性的指示符和基于可靠性的指示符在RT配置中或在EN配置中操作的网络节点设备。按照一个实施例的网络节点设备因此能够确定它是否可靠，以及为了保证可靠的通信，是否切换它的配置。

作为示例，按照一个实施例的网络节点可以使用可影响或指示网络节点到网络的可访问性的一个或多个因素而确定它的可靠性的度量或指示。例如，频繁被关断（例如，经受高的功率循环频率）的网络节点由于其定期的电源关断并且不能与网络通信而可能是不可靠的。类似地，移动的和定期移动到或位于无线网络的操作范围以外的网络节点由于它的信号强度或质量具有高度易变性可被看作为不可靠的。

因此，在某些实施例中，所述处理单元可适配于基于以下的至少一项确定网络的可靠性的指示符：网络节点的可靠性的度量；网络节点的所确定的位置；在网络节点处的信号强度或质量的度量；来自网络的更新信息；由网络节点经受的功率循环的频率或次数；来自另一个网络节点的信号；在网络中的其他节点的数目；以及经由用户输入接口接收的用户输入信号。

对于确定可靠性的指示有用的这样的信息可以从例如外部传感器或设备被提供到网络节点。替换地，或另外，按照一个实施例的网络节点可适配于得到（例如，传感、检测、发现等等）对于确定它的可靠性可以是有用的信息。实施例因此可包括适配于确定以下的至少一项的一个或多个传感器：网络节点的可提供性的度量；网络节点的所确定的位置；在网络节点处的强度或质量的度量；以及由网络节点所经受的功率循环的频率或次数。

控制单元可适配于配置网络节点，如果网络节点的可靠性的指示符低于预定的可接受水平，则在终端配置配置中操作。因此，如果网络节点的可靠性被看作为不足以（例如，太低）满足预定的要求，则网络节点可被配置成作为终端节点操作。这样，可以保持和/或确保在网络中所需要的通信可靠性水平。

实施例还可以适配于响应于控制单元改变网络节点操作的配置，将设备宣告信号传送到至少一个其他网络节点。例如，实施例可适配于当从RT配置切换到EN配置时发出“设备宣告”信号，或反之亦然。

控制单元还可以适配于在路由器配置与终端节点配置之间周期地重新配置网络节点。例如，在预定的时间长度后，网络节点可以从终端节点配置被重新配置到路由器配置。这可以使得一个节点能够生成更新的可靠性指示符和/或向网络的节点宣告或指示其潜在作为路由器设备的操作。预定的时间长度可能取决于网络的动态分析，例如由于各种操作命令。例如，在具有低数目或速率的消息的网络中，预定的时间长度可以按天进行度量。反之，对于具有高数目或速率的消息的网络，预定的时间长度可以按秒、分钟或小时进行度量。

实施例可以有利地允许网格网络自由地调节它的配置，因为节点可以在路由器模式与终端节点模式之间自动重新配置它的操作模式。这可以允许通信可靠性的改进，因为例如当网络节点变为不可提供时仍旧可保持与一个或多个网络节点的通信。另外，这可以有利地增加由网络基站发送的消息将成功地传送到特定的网络节点的机会。当节点的可靠性是足够时（例如，满足或超过预定的最小可靠性水平），它也可以通过将节点控制成只操作在路由器配置（这比起终端节点配置消耗更多的功率）中而改进网络节点的功率效率。

实施例可以例如在网格网络中被利用。因此，可以提供一种网格网络，包括：按照实施例的网络节点；和适配于经由通信信道与网络节点通信的网络基站。另外，在至少一个实施例中，网格网络可以是按照ZigBee(RTM)标准操作的无线网，以及网络节点可以是ZigBee(RTM)网络设备。

按照本发明的另一方面，提供了控制用于网格网络的网络节点的方法，所述方法包括：在网络节点中，确定网络节点的可靠性的指示符；以及基于所确定的网络节点的可靠性的指示符，将网络节点配置成操作在路由器配置或终端配置中。

确定网络节点的可靠性的指示符的步骤可包括基于以下的至少一项确定网络节点的可靠性的指示符：网络节点的可提供性的度量；所确定的网络节点的位置；在网络节点处的信号强度或质量的度量；由网络节点经受的功率循环的频率或数目；来自网络的更新信息；和经由用户输入接口接收的用户输入信号。

确定网络节点的可靠性的指示符的步骤还可包括使用网络节点的一个或多个传感器单元来确定以下的至少一项：网络节点的可提供性的度量；所确定的网络节点的位置；在网络节点处的强度或质量的度量；以及由网络节点经受的功率循环的频率或数目。

配置网络节点的步骤可包括如果网络节点的可靠性的指示符低于预定的可接受的水平，配置网络节点操作在终端节点中。

所述方法还可包括响应于改变网络节点操作的配置，将装置宣告信号从网络节点传送到至少一个其他网络节点。

所述方法还可包括周期地在路由器与终端节点之间重新配置网络节点。

按照本发明概念的另一方面，提供了计算机程序产品，包括适配于当所述程序在具有处理器的计算设备上操作时执行按照一个实施例的方法的步骤的所有步骤的计算机程序代码器件。

参照此后描述的（一个或者多个）实施例阐述本发明的这些和其他方面并且从此后描述的（一个或者多个）实施例使得本发明的这些和其他方面显而易见。

附图说明

现在将参照附图详细地描述本发明的示例，图中：

图1图示按照实施例的网格网络的示意图。

图2以按照实施例的网络节点的示例性形式示出计算设备的图形表示；以及

图3描绘了控制用于按照实施例的网格网络的网络节点的流程图。

具体实施方式

提出了基于网络节点设备的可靠性控制网络节点设备操作在RT配置或EN配置中的概念。例如，所建议的网络节点可以基于它对于网络的可访问性确定它是否可靠，并且然后控制它的配置是作为路由器还是终端节点操作，以确保在网络内的可靠通信。

所提出的网络节点因此可以根据它在网络内感知的或确立的可靠性而作为路由器或终端节点操作。

图1是按照实施例的网格网络100的示意图。网格网络100包括：按照实施例的网络节点102；以及网络基站104，其适配于经由一个或多个通信信道与网络节点通信。网络基站104被配备用于与节点102的双向或双方向通信（例如，以太网，ZigBee，蓝牙，Wi-Fi等等）。网格网络100还包括终端节点（“EN”）设备105。EN设备105被永久地配置在EN配置中。

另一方面，网络节点102适配于基于其可靠性的内部生成的指示，操作在路由器（“RT”）配置或EN配置中。在RT配置中节点102允许网格网络100具有即使处在网络基站104的信号范围110以外时（正如对于图1中的第一EN设备105a的情形）也能与网络基站104进行双向通信的EN设备105。这是通过使得节点102形成通信链路而做到的。例如，第一EN设备105a可以借助于如下所述的两级通信链路与网络基站104进行双向通信，所述两级通信链路包括与第一节点102a的第一通信链路115a和在第一节点102a与网络基站104之间的第二通信链路120a。而且，第一EN设备105a还可以借助于来自与第二节点102b的第一级通信链路115b和然后在第二节点102b与网络基站104之间的第二级通信链路120b的两级通信与网络基站104进行双向通信。

因此，当在RT配置中时，第一节点102a和第二节点102b允许示例性系统100使得第一EN设备105a处在网络基站104的信号范围110以外。

图2以网络节点102的示例性形式示出计算设备的图形表示，在网络节点102内，可以执行一组指令，以用于使得网络节点执行这里讨论的方法中的任何一个或多个方法。在替换的实施例中，网络节点作为独立设备操作，或可以被连接到（或联网到）其他设备或机器。在联网的部署中，节点102可以在客户端-服务器网络环境中以服务器或客户端机器的资格操作，或作为在对等（或分布式）网络环境（诸如网格网络中）中作为对等机器操作。节点102可以是计算机、智能传感器、逻辑设备、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、处理逻辑控制器（PLC）、硬连线模块、网络路由器、网关、交换机或网桥，或能够执行一组指令（顺序或其他）的任何机器，所述指令规定要由该机器执行的动作。而且，虽然在图2上图示了单个装置，但术语“设备”或“节点”也应当被理解为包括机器或设备的任何集合，它们各个地或联合地执行一组（或多组）指令，以执行这里讨论的方法或概念中的任何一个或多个方法或概念。

图2的示例节点102包括处理器202（例如，中央处理单元（CPU））、主存储器204和任选地静态存储器206和非易失性存储器208，它们经由总线210互相通信。节点200还包括第一到第三传感器设备212、214、和216。这些传感器节点可包括位置传感器（例如，GPS接收机单元）、信号强度传感器、用户输入传感器和/或其他类型的传感器，以用于检测和测量所期望的参数。节点200还包括控制信号生成单元220和网络接口设备230（例如，无线电收发信机）。

非易失性存储器208包括机器可读介质，在其中存储一个或多个指令集合（例如，软件），其体现这里描述的方法或功能的任何一个或多个方法或功能。指令还可以完全或部分地常驻于主存储器204、静态存储器206内，和/或在所述指令由节点200执行期间在处理器202内。另外，主存储器204、静态存储器206、和处理器202可以构成机器可读的介质。软件、指令、和/或相关的数据220可以经由网络接口设备230通过网络通信链路115a或120a被发送或接收。在一个实施例的无线节点配置中，网络接口设备230可包括无线电收发信机，以用于使用无线数据传送协议（诸如来自IEEE的802.11族标准）经由网络通信链路115a、120a发送和接收数据。这样，节点200可以执行与网格网络100的其他节点的无线数据通信。

控制信号生成单元220可被使用来控制节点200的操作，以便将节点配置成在RT配置或EN配置中操作。作为示例，本实施例的控制信号生成单元220基于其经由总线210从处理器202接收的网络节点的可靠性的指示而控制节点200的操作。图2的处理器202因此适配于生成网络节点102的可靠性的指示符。

作为示例，处理器202可以适配于通过使用来自第一到第三传感器设备212、214和216的可指示网络节点到网络的可访问性的信号而确定节点102的可靠性。例如，第一传感器设备212可以适配于使用来自GPS卫星的信号确定节点102的位置，以及所确定的位置可以指示节点102被移动或被放置到网络基站104的操作范围110以外。而且，第二传感器设备214可以适配于传感信号强度或质量。除了使用来自传感器设备212、214、216的信号以外，处理器还可以经由例如网络接口设备230从外部传感器或设备接收对于生成指示符来说有用的信息。

因此，使用适当的信号和信息，处理器202可以生成网络节点102的可靠性的指示符（例如，数字度量，分数，或文字数字描述），并且然后将可靠性的指示符提供给控制信号生成单元220（经由总线210）。

基于所接收的可靠性的指示符，控制信号生成单元220可以生成控制信号，以用于将网络节点102配置成在RT配置或在EN配置中操作。例如，如果网络节点102的可靠性的指示符低于预定的可接受的阈值水平，则控制信号生成单元220可以生成控制信号，以用于将网络节点102配置成在EN配置中操作。换句话说，如果网络节点102的可靠性被指示为不足以（例如，太低）满足预定的要求，则控制信号生成单元220可以被使用来配置网络节点102作为终端节点操作。这样，在网络中需要的通信可靠性水平可以被保持和/或被确保。

反之，如果网络节点102的可靠性的指示符超过预定的可接受的阈值水平，则控制信号生成单元220可以生成用于配置节点102在RT配置中操作的控制信号，换句话说，如果网络节点102的可靠性被指示为足以（例如，足够好）满足预定的要求，则控制信号生成单元220可以被使用来将网络节点102操作成路由器。这样，在网络中需要的通信可靠性水平可被保持和/或确保。

因此，将理解，节点102被适配于在第一和第二操作模式之间切换，以及在第一和第二操作模式之间切换可以基于由网络节点102确定的可靠性的指示或度量被完成。节点102的处理器202还可以适配于响应于改变网络节点102操作的配置，将设备宣告信号（经由网络接口设备230）传送到网格网络100的至少一个其他网络节点。例如，在实施例中，当节点120从RT配置切换到EN配置时，可能优选的是，发布“设备宣告”信号，或反之亦然。

而且，在图2的所示的实施例中，当在EN配置中时，控制信号生成单元220可以周期地生成用于重新配置网络节点回到RT配置的信号。例如，在EN配置中一段预定的时间长度后，控制信号生成单元220可以生成用于重新配置网络节点102从EN配置回到RT配置的控制信号。这可以使得节点102能够例如向网络100的节点宣告或指示其潜在作为路由器设备的操作。

将领会，图2的实施例可以有利地允许网格网络（诸如图1中所描绘的）调节它的配置，因为节点102可以自动地在RT配置与EN配置之间重新配置它的操作模式。

例如，回过来参考图1的网格网络100，网络基站104可以包括被放置在建筑物的第一房间中的网络网桥，第一节点102a和第二节点102b可包括分别被放置在建筑物的第二和第三房间中的第一和第二照明器，以及EN设备105a可包括被放置在建筑物的第四房间中的存在传感器。由于它们各自的位置，第一节点102a或第二节点102b可以处在网络基站104的信号范围110内，而EN设备105a可能处在超出网络基站104的信号范围110（例如，在信号范围外面）。

在这样的示例中，在网络基站104与EN设备105a之间的距离对于要建立的在网络基站104与EN设备105a之间的直接连接来说太大了。因此，EN设备105a使用第一节点102a或第二节点102b作为父节点，这样，第一节点102a或第二节点102b路由在网络基站104与EN设备105a之间的通信。

然而，在这个示例中，第一节点102a和第二节点102b（即，第一102a和第二102b照明器）的功率分别由第一和第二墙壁开关控制，这可能使得第一节点102a或第二节点102b的可靠性变差，因为它们例如可以容易地和/或定期地被关断。由此，由第一节点102a或第二节点102b经受的功率循环（例如，切换）的频率可被使用来确定各自的可靠性。例如，定期地被关断的节点（例如，具有高的功率循环/切换频率的节点）可被确定为具有低的/差的可靠性，例如由于它定期地被对于网络是不可提供的。相反，很少和不频繁被关断的节点（例如，具有低的功率循环/切换频率的节点）可被确定为具有高的/好的可靠性，例如由于它仅仅在不频繁或不定期的基础上对于网络是不可提供的。基于这种洞悉，对于网络节点的可靠性的指示符因此可以基于它经受的功率循环的频率或数目。

现在考虑以上的示例，如果第一节点102a确定它被定期地关断，则它可以确定它具有低的/差的可靠性以及将本身配置成在终端节点中操作。这样，可以避免依赖第一节点102a上作为父设备操作，而使得它路由在网络基站104与EN设备105a之间的通信。这可以允许通信可靠性方面的改进，因为例如当第一节点102a变为不可提供时，与EN设备105a的通信仍可以被保持（经由更可靠的第二节点102b）。另外，这可以有利地增加由网络基站104发送的消息成功地传送到EN设备105a的机会。

然而，将理解，可以影响或指示网络节点对于网络的可访问性的其他因素也可以被使用来确定网络节点可靠性的指示符，无论是单独地还是组合地。例如，定期被移动或被放置在网络的操作范围外的网络节点可被看作为不可靠的，由于其信号强度或质量具有高度可变性。

实施例可被使用来特别有利于在ZigBee(RTM )通信协议上操作的无线网格网络,其另外称为ZigBee网络。

本领域技术人员将容易理解，在ZigBee标准中规定了三种逻辑设备类型：ZigBee终端设备，ZigBee协调器和ZigBee路由器。ZigBee终端设备适配于与仅仅单个其他设备通信。ZigBee协调器能够创建中央安全网络（即，其是ZigBee网络的发源点或基站）。ZigBee路由器适配于与多个其他设备通信，并且路由来自这些设备的消息和把消息路由到这些设备。按照一个实施例的网络节点因此可适配于基于网络节点的可靠性的指示符作为ZigBee路由器或ZigBee终端装置操作。

本领域技术人员因此可以看到，按照一个实施例的网格网络设备可以按照ZigBee通信标准，用作为ZigBee路由器和ZigBee终端设备。在一个实施例中，所述设备可以自主地作出这样的判决，例如在接收来自网格网络（例如，ZigBee网络）的第一更新数据后。

在与网格网络桥路设备、能量采集设备和网格网络进行通信时可以使用的适当的无线通信协议包括红外链路、ZigBee、蓝牙、无线局域网协议，诸如按照IEEE 802.11标准、2G、3G或4G电信协议等等。其他格式对于本领域技术人员也是容易明白的。

参考图3，将容易理解用于控制用于网格网络的网络节点的方法300的实施例。

方法300在步骤305开始，此后它进到步骤310：得到在确定网络节点的可靠性时使用的信息。这里，所述信息可包括以下的至少一项：网络节点的可提供性的度量；网络节点的所确定的位置；在网络节点处强度或质量的度量；由网络节点经受的功率循环的频率或数目；来自网络的更新信息；以及经由用户输入接口接收的用户输入信号。因此，将理解，得到这样的信息的步骤310可包括使用一个或多个传感器传感信息和/或信号。所述传感器可以由网络节点提供（例如集成在一起），或替换地（或另外）由外部设备（它们被用来传送信息到网络节点）提供。

接着，在步骤320，网络节点使用得到的信息来生成网络节点的可靠性的指示符。例如，在本实施例中，指示符可包括表示以下的至少一项的数字值：网络节点的可提供性的度量；网络节点的所确定的位置；在网络节点处强度或质量的度量；以及由网络节点经受的功率循环的频率或数目。

方法然后进到步骤330，在其中将可靠性的指示符与阈值进行比较，以确定它是高于还是低于所述阈值。

如果在步骤330，确定可靠性的指示符高于阈值，则方法进到步骤340。在步骤340，网络节点生成用于将节点配置成在RT配置中操作的控制信号。随后，在步骤350，控制信号被使用来将节点配置成在RT配置中操作。换句话说，如果网络节点的可靠性被指示为足以满足预定的要求（例如，超过阈值），则网络节点被配置成作为路由器操作。

如果在步骤330，确定可靠性的指示符低于阈值，则方法进到步骤360。在步骤360，网络节点生成用于将节点配置成在EN配置中操作的控制信号。随后，在步骤370，所述控制信号被使用来将节点配置成在EN配置中操作。换句话说，如果网络节点的可靠性被指示为不足以满足预定的要求（例如，通过没有超过阈值），则网络节点被配置成作为终端节点操作。

在被配置成操作在RT或EN配置（在步骤350或370）后，方法再次回到步骤310，这样，所述方法可重复进行，以便重复地得到网络节点的可靠性的更新的指示符以及作为响应，配置网络节点。这样，网络中需要的通信可靠性水平可得以保持和/或保证。

在至少一个实施例中，提供了计算机程序产品，其包括适配于当所述程序在具有处理器的计算设备上操作时执行参照图3描述的方法的步骤中的所有步骤的计算机程序代码器件。

本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时，从附图、公开内容和所附权利要求的学习中可以理解和实现对于所公开的实施例的其他变例。在权利要求中，单词“包括”不排除其他单元或步骤，以及不定冠词 “一”或“一个”不排除多个。某些措施在互相不同的从属权利要求中被阐述的单纯事实并不指示这些措施的组合不能被加以利用。在权利要求中任何参考标号不应当被看作为限制范围。

Claims (13)

1.一种用于网格网络的网络节点，其包括：

处理单元，其被适配成：确定由所述网络节点经受的功率循环的频率或数目作为所述网络节点的可靠性的指示符；以及

控制单元，其被适配成：基于所确定的所述网络节点的可靠性的指示符，将所述网络节点配置成操作在路由器配置或终端节点配置中。

2.按照权利要求1所述的网络节点，还包括一个或多个传感器单元，其被适配成确定由所述网络节点经受的功率循环的所述频率或数目。

3.按照权利要求1或2所述的网络节点，其中所述控制单元被适配成：如果所述网络节点的可靠性的指示符低于预定水平，则将所述网络节点配置成操作在所述终端节点配置中。

4.按照权利要求1或2所述的网络节点，还被适配成：响应于所述控制单元改变所述网络节点操作于其中的配置，将设备宣告信号传送到至少一个其他网络节点。

5.按照权利要求1或2所述的网络节点，其中所述控制单元还被适配成：周期性地在所述路由器配置与所述终端节点配置之间重新配置所述网络节点。

6.一种网格网络，其包括：

按照任一项前述权利要求所述的网络节点；以及

网络基站（104），其被适配成经由通信信道与所述网络节点通信。

7.按照权利要求6所述的网格网络，其中：

所述网格网络是按照ZigBee(RTM)标准操作的无线网络。

8.一种控制用于网格网络的网络节点的方法，其包括：

在所述网络节点中确定由所述网络节点经受的功率循环的频率或数目作为所述网络节点的可靠性的指示符；以及

基于所确定的所述网络节点的可靠性的指示符，将所述网络节点配置成操作在路由器配置或终端节点配置中。

9.按照权利要求8所述的方法，其中确定所述网络节点的可靠性的指示符还包括使用所述网络节点的一个或多个传感器单元来确定由所述网络节点经受的功率循环的所述频率或数目。

10.按照权利要求8或9所述的方法，其中配置所述网络节点的步骤包括：

如果所确定的所述网络节点的可靠性的指示符低于预定水平，则将所述网络节点配置成操作在所述终端节点配置中。

11.按照权利要求8或9所述的方法，还包括以下步骤：

响应于改变所述网络节点操作于其中的配置，将设备宣告信号从所述网络节点传送到至少一个其他网络节点。

12.按照权利要求8或9所述的方法，还包括以下步骤：

周期性地在所述路由器配置与所述终端节点配置之间重新配置所述网络节点。

13.一种机器可读介质，用于存储计算机程序，所述计算机程序包括计算机程序代码器件，其被适配成：当所述计算机程序在具有处理器的计算设备上运行时，执行按照权利要求8-12之中任一项权利要求所述的方法。

Images