CN108370337B - 具有IoT网络设备的建筑物技术设备通信系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种建筑物技术设备通信系统，所述系统包括：至少一个边界路由器，包括被配置用于连接至外部网络的第一网络接口以及被配置用于连接至IoT网络的第二网络接口，并且其中，所述边界路由器被配置用于将所述外部网络逻辑地和/或物理地连接至所述IoT网络，优选地在无线网格网络中；以及所述IoT网络中的多个IoT网络设备，通过有线和/或无线连接直接地和/或间接地连接至所述至少一个边界路由器，其中，所述多个IoT网络设备被适配用于选择性地以自组织通信模式进行操作。

Description

具有IoT网络设备的建筑物技术设备通信系统
本发明涉及一种建筑物技术设备通信系统以及这种建筑物技术设备通信系统的边界路由器。在建筑物技术设备通信系统中，边界路由器连接外部网络和其中多个IoT网络设备相连接的IoT网络。具体地，IoT网络设备是灯具、照明设备、传感器和/或致动器。
图1中示出了总体设置的示意性概览，其中，边界路由器将外部网络链接至IoT网络。IoT网络包括多个IoT网络设备，在边界路由器的IoT网络侧上示例性地示出了所述多个IoT网络设备中的三个。外部网络可以包括多个网络设备，比如，移动通信设备。优选地，外部网络为LAN、WAN或互联网，并且可以采用多种链路技术(有线和/或无线)以及各种网络协议，比如，IPv4、IPv6、IPX等(参见例如，https://en.wikipedia.org/wiki/Lists_of_network_protocols)。
已知的是，在小型IoT网络中，特别是在家庭和最终消费者环境中，安装IoT网络设备的人员通常还对IoT网络设备进行调试。在此场景中，仅少量的IoT网络设备被添加到网络中。调试器例如通过优选地使用具有条形码扫描器应用的扫描设备或智能电话从每个IoT网络设备中读取文本或编码信息(例如，条形码或QR码)来从每个IoT网络设备处获得标识符信息，并且向IoT网络上的特定设备、特别是边界路由器提供此标识信息，所述特定设备进而与其他IoT网络设备通信以允许所述其他IoT网络设备使用对应标识符信息来加入网络。
本发明解决了对工业级IoT网络中的多个IoT网络设备的调试，在所述工业级IoT网络中，例如在5个到300个、高达1000个或更多的范围内的大量IoT网络设备需要集成到IoT网络中的。在本申请场景中，通过单独地从每个IoT网络设备处获得标识符信息而进行的手动调试是不切实际的并且在调试期间将花费很长时间。而且，由于在大型安装中，负责安装IoT网络设备的人员通常不同于执行调试的人员，所以将产生附加的组织开销。
因此，本发明提供了允许对IoT网络设备的自动或接近自动配置和调试的解决方案。本发明的基础见于如在http://threadgroup.org/RESOURCES/White-Papers上、并且具体地在白皮书“线程栈基础(Thread Stack Fundamentals)”中发布的线程(Thread)规范。线程主要针对家庭用户环境。因此，在基于线程的基本思想的同时，本发明将线程延伸为可用于并且适用于对IoT网络设备、并且特别是建筑物技术设备的大规模安装。
因此，本发明提供了如独立权利要求所述的建筑物技术设备通信系统和边界路由器。本发明的另外方面受制于从属权利要求。
在第一方面中，提供了一种建筑物技术设备通信系统，所述建筑物技术设备通信系统包括：至少一个边界路由器，包括被配置用于连接至外部网络的第一网络接口以及被配置用于连接至IoT网络的第二网络接口，并且其中，所述边界路由器被配置用于将所述外部网络逻辑地和/或物理地连接至所述IoT网络，优选地在无线网格网络中；以及所述IoT网络中的多个IoT网络设备，通过有线和/或无线连接直接地和/或间接地连接至所述至少一个边界路由器，其中，所述多个IoT网络设备被适配用于选择性地以自组织通信模式进行操作。
所述多个IoT网络设备中的至少一个IoT网络设备可以包括标识符信息数据。所述至少一个IoT网络设备可以将所述标识符信息数据直接地或间接地发送至所述边界路由器、优选地以一定间隔或在特定时间点和/或通过信标的通信动作，所述信标优选地是经调试设备向未调试设备广播的消息。
所述多个IoT网络设备中的至少一个IoT网络设备可以将标识符信息数据发送至所述多个IoT网络设备中的至少一个第二IoT网络设备、优选地邻居IoT网络设备并且优选地根据连接质量指示。所述多个IoT网络设备中的所述至少一个第二IoT网络设备可以将所述至少一个IoT网络设备的所接收标识符信息数据直接地或间接地发送至所述边界路由器。所述至少一个IoT网络设备可以将另一个网络设备的所接收信息、优选地标识符信息数据转发至至少一个第二IoT网络设备。所述至少一个第二IoT网络设备可以是所述边界路由器。
所述建筑物技术设备通信系统可以进一步包括远程服务器和/或云系统。所述远程服务器和/或所述云系统可以接收标识符信息数据。所述远程服务器和/或云系统可以将所接收标识符信息数据与存储在所述服务器处和/或在所述云系统中的相应授权数据相关联。
所述边界路由器可以接收标识符信息数据并且可以收集和/或存储所接收标识符信息数据，特别是从和/或经由相邻IoT网络设备直接地或间接地接收到的标识符信息数据。所述边界路由器可以根据特定参数、具体地基于信号强度和/或响应时间对所收集标识符信息数据进行分类和/或分组。所述边界路由器可以将所分类和/或所分组标识符信息数据发送至所述远程服务器和/或云系统。所述边界路由器可以将所收集和/或所存储标识符信息数据发送至所述远程服务器和/或所述云系统。
所述建筑物技术设备通信系统可以进一步包括调试设备、优选地移动通信设备。所述调试设备可以执行调试应用，所述调试应用优选地被配置用于特别是通过无线通信与所述远程服务器和/或云系统通信。所述调试设备可以从所述边界路由器处获得所述所接收、所收集、所分类和/或所分组标识符信息数据和/或可以从所述至少一个IoT网络设备、特别是所述边界路由器处接收邻居设备的标识符信息数据。
所述远程服务器和/或所述云系统可以将所述授权数据发送至所述边界路由器、所述调试设备和/或所述调试应用，优选地与所述所接收标识符信息数据相关联。
所述边界路由器、所述调试设备和/或所述调试应用可以使用所述所收集标识符信息数据和/或从所述远程服务器和/或云系统处接收到的所述授权数据来对所述多个IoT网络设备进行调试。
所述IoT网络中的所述多个IoT网络设备可以被分组成至少两个子网。所有不同子网的所述全部多个IoT网络设备中的至少两个IoT网络设备被分组到包括至少两个IoT网络设备的至少一个控制组中，例如，每子网一个。
所述边界路由器可以连接至至少一个子网并且包括至少一个可配置网络接口。所述可配置网络接口可以仅评估、接收和/或转发寻址到所述边界路由器所连接至的至少一个子网和/或寻址到其成员位于所述至少一个子网中的控制组的数据包。
所述至少一个IoT网络设备可以是至少一个子网的成员并且可以包括至少一个可配置网络接口，所述可配置网络接口被配置用于仅评估、接收和/或转发寻址到所述至少一个IoT网络设备是其成员的所述至少一个子网、和/或寻址到所述至少一个IoT网络设备、和/或寻址到所述至少一个IoT网络设备是其成员的控制组的数据包。
所述边界路由器的和/或所述至少一个IoT网络设备的所述至少一个可配置网络接口可以被静态地配置。所述数据包可以为多播包。
所述IoT网络可以是无线网格网络、优选地基于IPv6的可寻址网络，并且优选地使用6LoWPAN和/或基于IEEE 802.15.4的协议。所述外部网络可以是基于IEEE802.15.4、以太网、无线和/或IP的网络。所述边界路由器可以被配置用于在所述IoT网络上发出网络数据，所述网络数据向接收到所述网络数据的IoT网络设备指示应开始在所述自组织模式下的操作。
所述多个IoT网络设备可以是建筑物技术设备、具体地传感器和/或致动器，比如，照明装置和/或灯具。
在另一方面中，提供了一种用于建筑物技术设备通信系统中的无线网格网络的边界路由器，其中，所述边界路由器包括：被配置用于外部网络的第一网络接口；以及被配置用于IoT网络的第二网络接口，并且其中，所述边界路由器被配置用于将所述外部网络逻辑地和/或物理地连接至所述IoT网络，其中，所述边界路由器是LWM2M客户端设备并且优选地被配置用于实现应用管理信息交换。
现在还参照附图对本发明进行描述。具体地，
图1示出了总体网络设置的示意性概览；
图2示出了在建筑物技术设备通信系统中使用的协议；
图3示出了建筑物技术设备通信系统；并且
图4示出了本发明的更详细方面。
为了促进对建筑物技术设备通信系统中的IoT网络和/或IoT网络设备的调试，尤其可以选择性地将IoT网络和/或IoT网络设备置于自组织模式。
优选地，建筑物技术设备通信系统采用促进可靠的低功耗无线设备到设备通信的无线网格协议。所述协议被设计用于这样的系统，在所述系统中，可以在所使用的网络栈上使用基于IP的网络以及各种应用层。
在图2中相对于常见TCP/IP栈而示例性地显示了在建筑物技术设备通信系统中使用的网络栈。如还在“线程栈基础”中详述的栈基于在2,4GHz频带中以大约250kbps操作的IEEE 802.15.4物理(PHY)层和媒体访问控制(MAC)层。优选地，使用所述规范的IEEE802.15.4-2006版本。
802.15.4MAC层用于基本消息处理和拥塞控制。MAC层还包括载波侦听多路访问(CSMA)机制，以供设备侦听无干扰信道以及以供链路层处理消息重试和确认以实现相邻设备之间的可靠通信。还可以基于已建立的密钥在消息上使用MAC层加密和完整性保护，并且可以通过网络栈的较高层实现配置。网络层依赖于底层机制以提供可靠的进入和通信。具体地，IEEE 802.15.4-2006规范是定义了无线MAC层和物理(PHY)层的无线通信标准。所述规范被设计用于低功耗应用。源于低功耗和误比特率限制需要的特性之一是实施被大小设定成在空中发送的网络包。
如更加详细地展示了IoT网络侧的图3所示，IoT网络的特定网络设备被配置为还可以针对IoT网络中的某些功能而扮演所谓的“领导者(leader)”角色的IoT路由器或边界路由器。领导者功能用于在IoT网络内作出决策。例如，分配有领导者功能的IoT网络设备可以分配路由器地址和/或允许路由请求。“领导者”角色是在被配置为IoT路由器和/或边界路由器的IoT网络设备之间选定的，并且如果领导者发生故障，则被配置为IoT路由器和/或边界路由器的另一个IoT网络设备扮演领导者角色。这促进了自主操作并且还确保了可靠操作。
在下文中，边界路由器是提供从IoT网络(基于IEEE 802.15.4的网络)到至少一个外部网络的连接性的特定IoT网络设备或特定类型的路由器，所述连接性可以基于另一个物理层或数据链路层(例如，WiFi和/或以太网)。边界路由器向IoT网络内的设备提供服务，包括路由服务。IoT网络中可以存在一个或多个边界路由器。
IoT网络设备还可以是向IoT网络内的IoT网络设备提供路由服务的IoT路由器。IoT路由器还向试图加入IoT网络的IoT网络设备提供加入或安全服务。此外，IoT路由器和边界路由器不被设计成进入休眠模式。IoT路由器可以使其功能降级以变成所谓的路由器符合条件的终端设备(router-eligible end device，REED)，所述REED是可以提供IoT路由器功能，但当前由于IoT网络拓扑或IoT网络状况而不提供所述功能的IoT网络设备。REED通常不会向IoT网络中的其他IoT网络设备转发消息或提供加入或安全服务。如果有必要，REED可以优选地在没有用户交互的情况下变成路由器。
而且，IoT网络设备可以进入休眠模式，在所述休眠模式下，IoT网络设备仅与父IoT路由器通信并且特别是可以不向其他网络设备转发消息。
IoT网络中的寻址支持如在IETF RFC 4291中说明的IPv6寻址。每个IoT网络设备都可以配置一个或多个唯一本地地址(ULA)和/或全局单播地址(GUA)。
开始建立IoT网络的IoT网络设备、特别是边界路由器选择64位前缀，所述前缀然后在整个IoT网络中使用。优选地，前缀为根据IETF RFC 4193也被称为ULA前缀的本地分配的全局标识符，并且可以被称为网格本地ULA前缀。IoT网络还可以具有各自可以或可以不具有然后可用于生成附加GUA的前缀的一个或多个边界路由器。IoT网络中的IoT网络设备可以使用如MAC地址等硬件地址来导出唯一标识符。例如，MAC地址通常包括48位。然而，可以通过插入附加16位来将其转变为64位地址(EUI-64地址)。可以导出如在IETF RFC 4944的第6章节中定义的扩展MAC地址。根据此地址生成优选地具有如在IETF RFC 4862和IETFRFC 4944中描述的本地前缀(FI80::00/64)的本地链路IPv6地址。
IoT网络设备还可以支持合适的多播地址。这可以包括链路本地所有节点多播、链路本地所有路由器多播以及领域本地多播。
加入IoT网络的每个IoT网络设备都被分配有如在IEEE 802.15.4规范中定义的16位短地址。对于IoT路由器，使用具有被设定为0的低位的地址字段中的高位来分配此地址，从而指示IoT路由器地址。然后，在连接至IoT路由器的IoT网络设备的地址的合适低位处使用所述IoT网络设备的父IoT路由器的高位来将所述IoT网络设备分配为16位短地址。IoT路由器充当既不是IoT路由器也不是边界路由器的IoT网络设备的父设备，也被称为客户端、叶、主机或终端设备。这允许IoT网络中的任何其他设备仅通过使用其地址字段的高位来理解IoT网络设备的路由位置。
如图2所示，本发明使用的IoT网络栈使用6LoWPAN，其代表“基于低功耗无线个域网的IPv6(IPv6over Low power Wireless Personal Area Networks)”。在“6LoWPAN的线程使用(T hread Usage of 6LoWPAN)”(http://threadgroup.org/Portals/0/documents/whitepapers/Thread％20Usage％20of％206L oWPAN％20white％20paper_v2_public.pdf)中定义了6LoWPAN的更多细节。6LoWPAN的主要目的是在IEEE 802.15.4链路上传输和接收IPv6包。因此，其必须适应在空中发送的IEEE 802.15.4最大帧大小。例如，在以太网链路中，具有IPv6最大传输单位(1280位)大小的网络包可以容易地作为一个帧而在链路上发送。在IEEE802.15.4的情况下，6LoWPAN充当IPv6网络层与IEEE 802.15.4链路层之间的适配层。这解决了通过在发送器处对IPv6网络包进行分片并且在接收器处将其重编来传输IPv6最大传输单位的问题。6LoWPAN还提供压缩机制，所述压缩机制产生在空中发送的IPv6网络包报头大小并且因此减少了传输开销。在空中发送的位越少，网络设备消耗的能量越少。在详细地描述了通过其实现分片和报头压缩的方法的IETF RFC 4944和RFC 6282中定义了对6LoWPAN的用途。
具体地，IoT网络的所有IoT网络设备使用如在IETF RFC 4944中定义的6LoWPAN。报头压缩在IoT网络内使用，并且传输消息的IoT网络设备尽可能地压缩IPV6报头以使所传输网络包的大小最小化。
支持网格报头在IoT网络内的更高效消息压缩并且支持对网格报头的链路层转发。网格报头还允许对消息的端到端分片，而不是如在IETF RFC 4944中说明的逐跳分片。IoT网络使用基于路由(route-over)配置，所述配置向网络设备给出了对底层连接性的IP级可见性。
优选地，DHCPv6用于向IoT路由器、边界路由器和/或IoT网络设备分配短地址。因此，严格地说，如在IETF RFC 6757中说明的邻居发现是不必要的。IoT网络设备通常分配有来自其父IoT路由器的地址，并且这些地址源于如上所述的父路由器。在6LoWPAN的情况下，短地址然后被用于生成所需的必要ULA。
进一步地，所有网络设备都支持如在IETF RFC 4443中定义的互联网控制信息协议第6版(ICMPv6)、和ICMPv6错误消息、以及回送请求和回送应答消息。IoT网络栈还支持如在IETF RFC 768中定义的用于在网络设备之间进行消息传送的用户数据报协议(UDP)。
IoT网络栈支持IoT网络中的所有IoT路由器/边界路由器之间的全网格连接性。IoT网络的实际拓扑基于IoT网络中的IoT路由器/边界路由器的数量。如果仅存在一个IoT路由器或边界路由器，则形成具有单个IoT路由器的基本起始拓扑。如果存在多于一个IoT路由器或边界路由器，则自动形成网格拓扑。
图3展示了IoT网络的基本拓扑和IoT网络设备的类型。网格网络通过允许在网格网络的所连接IoT网络设备之间转发消息来使IoT网络设备之间的连接性更加可靠。例如，如果IoT网络设备无法向另一个IoT网络设备直接发送消息，则网格网络通过一个或多个中间IoT网络设备转发消息。
因为IoT网络的IoT路由器/边界路由器彼此维持路由和连接性，所以网格被持续维持和连接。通常，在IoT网络中存在32个活动路由器的限制。然而，64个IoT路由器地址用于允许对IoT路由器地址的再循环。因此，尽管在IoT网络中存在64个IoT路由器地址的限制，但不是所有这些地址都可以被同时使用。然而，可以使用已删除或已移除IoT网络设备的地址。
在网格网络中，处于休眠模式的路由器符合条件的终端设备或网络设备不会为其他设备路由数据。因此，IoT网络通常具有高达32个活动IoT路由器，其基于网络设备路由表将下一跳路由用于消息。设备路由表由IoT网络栈维持以确保所有IoT路由器都具有IoT网络中任何其他IoT路由器的连接性和最新路由信息。使用了基本上概括于IETF RFC 1058和IETF RFC 2080中的路由信息协议算法。然而，不一定使用了其中定义的特定消息格式。
所有IoT路由器都使用网格链路建立(MLE)以压缩格式与其他IoT路由器交换其路由信息的成本。主机是处于休眠模式的REED或IoT网络设备。MLE消息用于建立和配置安全无线电链路，检测相邻设备并且维持IoT网络中的设备之间的路由。使用IoT路由器之间的单跳本地单播和多播来传输MLE消息。MLE消息用于在拓扑环境变化时识别、配置和保护到相邻设备的链路。MLE消息还用于分发跨IoT网络共享的配置值，比如，信道和个域网标识符数据。可以使用如由多播协议低功耗和网络说明的简单泛洪来转发消息。MLE消息还确保当在两个网络设备之间建立路由路线时将估计链路成本考虑在内。在802.15.4网络中，非对称链路成本是常见的。为了确保双向消息传送是可靠的，考虑定向链路成本是很重要的。IoT网络可以使用按需路由发现，由于路由发现请求泛洪网络，所以就网络开销和带宽而言，按需路由发现是昂贵的。
在本发明的IoT网络中，所有IoT路由器周期性地交换包含到所有邻居IoT路由器的链路成本信息的单跳MLE通告包，并且向IoT网络中所有其他路由器传递链路成本信息。通过这些周期性本地更新，所有IoT路由器都具有到IoT网络中的任何其他IoT路由器的最新成本信息，所以不需要按需路由发现。如果不再使用路由器，则IoT路由器可以选择到目的地路由到目的地的下一个最合适的路由。这种自愈方式允许IoT路由器快速检测另一个IoT路由器何时不正常工作或何时与IoT网络断开连接。其还允许计算最佳路径以维持到IoT网络上的所有其他IoT网络设备的连接性。
每个方向上的链路质量都基于来自相邻IoT网络设备的传入信息上的链路成本。路由到子网络设备或主机是通过以下方式来完成的：查看子设备地址的高位以确定当前路由器地址。一旦IoT网络设备了解了父IoT路由器，其就了解了那个网络设备的路径成本信息和下一跳路由信息。链路成本是对超过接收电平的接收消息的接收信号强度指示的量度。
IoT网络中的任何其他IoT网络设备的路径成本是到每个IoT网络设备的链路成本的最小总和。IoT路由器甚至是在IoT网络的无线电链路质量或拓扑变化时监测这些成本，并且使用周期性MLE通告消息来将新成本传播通过IoT网络。路由成本基于两个网络设备之间的双向链路质量。
在内部，每个IoT路由器都存储不在通告中发送的下一跳信息。前几个通告将具有等于链路成本的部分成本，因为已知的仅有路由器是直接邻居。当IoT路由器开始从包含成本的邻居而不是两跳或更多跳远的路由器处听到通告时，存在使用多跳部分成本来填充的路由表，所述路由表然后传播得甚至更远，直到最终存在IoT网络中的所有IoT路由器之间的连接性信息。当路由器从邻居接收到新MLE通告时，其已经使那个邻居处于IoT网络设备表中，或者来自MLE通告的邻居被添加，因为所述MLE通告包含来自邻居的传入成本，所以这在路由器邻居表中得以更新。MLE通告还包含来自其他路由器的已更新路由信息，并且此信息在设备路由表中被更新。其他路由器的路由信息以及此信息在设备路由表中被更新。
对于超出IoT网络的路由，边界路由器将其服务的(多个)特定前缀通知给领导者，并且此信息作为MLE分组内的IoT网络数据而被分发。距离向量路由用于获得到IoT网络上的IoT路由器地址的路由。IoT网络设备使用IP路由来转发网络包。领导者被指定用于决定是选择REED以变成IoT路由器还是允许路由器降级为REED。领导者路由器还分配和管理IoT路由器地址。然而，包含在领导者路由器中的所有信息存在于其他IoT路由器中，并且如果路由领导者变得不可及或不可用，则另一个IoT路由器被自动选择并且在没有用户干预的情况下接管领导地位。
尽管在IoT网络中使用了UTP消息传送，但是仍需要可靠的消息传递。这是通过使用一系列轻量机制来实现的。
在如线程等已知IoT网络中，IoT网络设备的加入是用户发起的。一旦加入，IoT网络设备就完全参与到IoT网络中并且可以交换数据层和应用层信息。调试是使用IoT网络设备上直接可用的调试信息来执行的。一旦调试信息被引入到IoT网络中，其就允许加入设备附接至合适的IoT网络。可以在加入IoT网络设备与调试设备、例如智能电话或平板计算机的调试应用之间和/或在Web界面上/经由Web界面建立调试会话。调试会话向加入IoT网络设备安全地传递调试信息，从而允许加入IoT网络设备在已经完成调试会话之后附接至合适的IoT网络。
然而，与本发明解决的系统的情况一样，在存在大量IoT网络设备的情况下，无法执行手动调试。因此，边界路由器和IoT网络设备需要能够适当地评估和限制其来自网络设备的请求，使得调试器和边界路由器能够在调试设备与IoT网络设备之间同时维持多个安全会话。如果将在调试了第一组IoT网络设备之后使用已知的方式，则调试器需要挑选处于已经被调试的其他IoT网络设备的无线电范围内的下一批IoT网络设备并且需要对新的批次进行调试。
新的IoT网络设备尚未配对，并且因此无法与IoT网络通信。因此，非常难以找到处于已经被调试的IoT网络设备的无线电范围内的设备。还需要针对所有IoT网络设备以及使这种方法不切实际的每个边界路由器重复此过程。
此外，在具有多个IoT网络设备——其实际上是如发光体或照明装置、传感器和/或致动器(例如，运动检测器、湿度检测器、烟雾检测器、光检测器、电动机、控制单元、开关、调光器、中央单元…)等建筑物技术设备——的大型建筑物中，建筑物技术设备通信系统中的IoT网络设备被配置成子网。这些子网对可寻址性、便携式设备支持、管理子网之间的多播和/或边界路由器协调提出了挑战。例如，如果需要将组消息从基于IP的网络转发至IoT网络上的IoT网络设备或从所连接IoT网络设备转发至不同的边界路由器，则需要仔细设置转发规则。
多子网IoT网络的另一个问题是：在网络管理器出现在场之前，网络设备不能够获取具有在链路本地区域外部有效的范围的IoT网络地址。这暗示难以指定照明管理系统(LMS)和网络设备可以用于进行单播通信、例如用于轻量机器对机器(LWM2M)注册和自展的地址。LWM2M是来自开放移动联盟(Open Mobile Alliance)的用于机器对机器或IoT设备管理的协议。
因此，本发明提供了用于使用直接地或间接地连接至边界路由器的调试设备来调试照明系统的建筑物技术设备通信系统。这种连接可以是有线或无线的。
根据本发明，待调试的IoT网络设备可以通过有线或无线通信发出标识符信息数据。其可以以一定间隔或在特定时间点向路由器发送标识符信息数据，或者可以通过与存在于IoT网络设备中或处的信标通信来将标识符信息数据传输至路由器。而且，IoT网络设备不必直接连接至边界路由器，但是也可以经由其他IoT网络设备连接至边界路由器。IoT网络的建筑物技术设备、即IoT网络设备可以用于向边界路由器转发其他IoT网络设备的标识符信息数据。
最后，边界路由器可以收集所有标识符信息数据并且还能够将标识符信息数据分类成特定顺序。这种顺序可以例如基于信号强度(RSSI)、响应时间和/或其他参数。然后，标识符信息数据被直接发送至远程服务器、例如云系统，或者被发送至调试设备或由其获得，所述调试设备优选地是运行调试应用的移动通信设备，可以特别是通过无线通信与远程服务器/云系统通信。
这意味着标识信息数据可以经由边界路由器被直接发送至调试设备和/或调试应用。具体地，边界路由器优选地不是标识信息数据的最终目的地。这还意味着调试应用可以通过使用调试设备的如通信模块等硬件资源来获得标识信息数据，优选地通过与边界路由器和/或远程服务器/云系统的无线通信。
然后，远程服务器、调试应用、调试设备和/或云系统识别与相应授权数据一起提交的标识符信息数据，并且在与相应授权数据一起提交的标识符信息数据在远程服务器上或在云系统中被识别的情况下，将授权数据发送至边界路由器、移动通信设备和/或调试应用。可以通过不同的安全实施方式、例如通过SSL保护对标识符信息数据和/或授权数据的传输。边界路由器、调试设备和/或调试应用可以使用授权数据来调试通过设备标识符信息数据识别的IoT网络设备。
对于对IoT网络设备的大型安装的管理，不同IoT网络设备可以被组织成IoT网络子网，所述IoT网络子网一起包括应当在作为建筑物技术设备通信系统的一部分的IoT网络中被寻址和控制的所有设备。
为了允许普通请求可到达不同子网中的IoT网络设备，IoT网络的边界路由器和IoT网络设备具有可配置网络接口。例如，IoT网络设备、包括边界路由器可以被配置用于接收特定多播消息和/或仅将特定多播消息转发至其连接的子网。这种实施方式的一个特定优点在于应当被转发的多播消息优选地在边界路由器中以及在IoT网络设备中被静态地定义。因此，清楚的是：在边界路由器处接受哪些消息，在边界路由器处转发哪些消息，以及在IoT网络设备处接受和/或转发哪些消息。因此，在IoT网络中发送的多播消息到达不同子网中的不同IoT网络设备，因为多播消息被转发至对应IoT网络设备并且仅由其接受。通过对路由器和/或IoT网络设备、即可配置接口的配置，定义了用于这种类型的通用控制的控制组。这还允许避免引起大量网络流量和消息传递的多播通告消息中的任何一个存在于IPv6网络中。所以原则上，多播结构是在通过对接口的一次配置而对设备进行调试之后静态地定义的。
进一步地，对组织内部的设备的分组以及组织内部的设备优选地通过外部网络与其他组织的通信。具体地，所呈现的解决方案允许为每个设备分配可全局访问的IP地址，而且可替代地或另外地，允许分配本地地址、优选地允许与IoT网络设备通信的IPv6地址。设备特别地通过地址分配进行分组。因此，如果例如一组IoT网络设备应当被寻址，则控制信息可以转发至一系列本地地址。
具体地，边界路由器满足能够实现与另一个边界路由器交换应用管理消息的LWM2M客户端要求。进一步地，IoT网络可以被置于自组织模式，优选地通过设定路由器硬件指纹类型长度值(TLV)或例如在包括边界路由器、IoT路由器、REED和客户端的IoT网络设备未被调试(这可以通过调试标记来指示)时或在不存在已配置或可用链路的情况下。
图4示出了更详细的示例。当IoT网络N被设置到自组织通信模式中(其可以通过在IoT网络N上传输的IoT网络数据指示)时，然后IoT网络设备1能够使用其标识符信息数据、优选地EUI-64标识数据向链路本地邻居2注册。优选地，IoT网络设备在上电之后处于自组织模式。现在，调试设备7能够查询任何已调试的IoT网络设备1至6以获得其链路本地邻居的标识符信息数据(例如，EUI-64地址)的列表，优选地具有对邻居的RSSI的指示。例如，IoT网络设备2可以是IoT路由器，而IoT网络设备3可以是边界路由器。
因此，IoT网络设备1至6、并且特别是IoT网络设备3(例如，边界路由器)可以逐渐收集并且添加由被添加到IoT网络N中的其他IoT网络设备1、2、4至6接收到的标识符信息数据。在例如调试设备7之后查询IoT网络设备3时，在IoT网络设备3处收集的IoT网络设备3的调试信息、即标识符信息数据(例如，其他IoT网络设备的RSSI)可以由调试设备读取，然后，所述调试信息包括来自进一步远离的IoT网络设备的标识符信息数据。最终，所有IoT网络设备都在IoT网络设备3处被添加并且因此可以被查询。在此示例中，边界路由器接收直接从相邻IoT网络设备1、2、4至6接收到和/或经由这些设备间接接收到的标识符信息数据。虽然相邻IoT网络设备1、2、4至6不一定是直接邻居，但是因为中间IoT网络设备、例如IoT网络设备5、1和2中继其他IoT网络设备、例如IoT网络设备6的标识符信息数据，所以最终边界路由器(IoT网络设备3)随着时间推移接收所有其他IoT网络设备的标识符信息数据。
进一步地，调试应用和/或调试设备7被配置用于得到与IoT网络N中的每个IoT网络设备的标识符信息数据相匹配的授权数据，例如，密码。而且，信标通信动作或NFC标签可用于输入授权数据。对远程服务器的或云系统8的云查找可以用于查找与标识符信息数据相关联的授权数据，例如，密码。可以在制造时存储这些授权数据。
边界路由器3被调试为IoT网络N的初始领导者。进一步地，调试应用或调试设备7可以将边界路由器3设置为自组织操作模式。边界路由器3可以得到其链路本地邻居(在这种情况下，IoT网络设备2)的标识符信息数据、优选地EUI-64地址的列表。边界路由器3维持已经调试的IoT网络设备的链路本地邻居的标识符信息数据以及接收信号强度指示(RSSI)的列表。每当已经根据传输到边界路由器3的数据将IoT网络设备调试到IoT网络N上时，边界路由器3更新标识符信息数据/邻居列表。调试设备7还可以顺序地使用过滤器、例如布隆过滤器(bloom filter)来允许设备基于RSSI加入已经调试的IoT网络设备的链路本地邻居列表。
紧接着在IoT网络1设备已经被调试之后，调试设备7、边界路由器3和/或调试应用向IoT网络N设备1提供照明管理系统(LMS)的IPv6ULA以实现LWM2M自展和注册。在所有IoT网络设备已经被添加到IoT网络N中之后，IoT网络N被配置用于从自组织通信模式改变为经调试模式。可以例如通过以下方式来促进这种操作：被选为领导者的IoT路由器/边界路由器2、3向IoT网络设备1至6发出特定配置数据以将其置于调试模式。
边界路由器3还从上行路由器处获取ULA前缀。如果上行路由器不可用于或不能够提供ULA，则边界路由器3随机生成IoT网络N或IoT网络N的子网的ULA前缀。边界路由器3向请求ULA前缀的所有IoT网络1、2、4至6设备提供此ULA前缀。每个IoT网络设备1、2、4至6都通过使用其标识符信息数据来从站点本地唯一地址请求ULA前缀。
在LWM2M注册过程期间，IoT网络设备1至6、包括边界路由器3使用ULA来向LMS注册。包括在调试数据集中的网络设置(例如，信道、网格本地前缀、个域网(PAN)ID以及(每个IoT网络子网的)主密钥是IoT网络的一部分)可以由调试应用或调试设备7改变。IoT网络设备1、2、4至6可以从IoT网络N中移除，并且可以重新连接至与不同边界路由器连接的IoT网络或IoT网络子网，同时维持连接性。
在限定了IoT网络N的多于一个IoT网络子网被的情况下，边界路由器或IoT网络设备的可配置接口可以由IoT网络设备1至6用于注册其有兴趣接收目的地为特定IPv6多播地址或地址范围的流量。边界路由器3可以在边界路由器3处配置过滤策略以允许仅某些IPv6多播包到IoT网络N上。这种配置可以通过调试设备7和/或调试应用来驱动。当IoT网络设备1至6已经被添加到控制组(或应用组)中并且接收到此控制组的多播地址时，IoT网络设备1至6使用可配置接口来将多播转发地址添加到边界路由器过滤器中。边界路由器3默认转发源于具有比其主干网络接口上的领域本地多播范围更大的多播范围的IoT网络中的多播网络包。
对于源于IoT网络之外的MPL(低功耗和有损网络多播协议，Multicast Protocolfor Low power and Lossy Networks，IETF RFC 7731)网络包，优选地不使用IP中IP封装(IP-in-IP encapsulation)。每个REED都可以提供可配置过滤以允许仅某些IPv6多播流量被转发并且丢弃其他多播网络包。当然，这对于所有IoT网络设备是成立的。网络设备的可配置网络接口可以由照明管理系统用于优化多播流量或组通信。
IoT网络设备1至6可以持久地存储关于链路和邻居的调试信息和数据。但是，所述IoT网络设备还可以提供用于存储数据的易失性缓冲存储器。IoT网络设备1至6还可以包括可以用于在彼此之间传输数据的信标设备。

Claims (28)

1.一种建筑物技术设备通信系统，包括：
至少一个边界路由器(3)，包括被配置用于连接至外部网络的第一网络接口以及被配置用于连接至IoT网络(N)的第二网络接口，其中，所述边界路由器(3)被配置用于将所述外部网络逻辑地和/或物理地连接至所述IoT网络(N)，以及
所述IoT网络(N)中的多个IoT网络设备(1至6)，通过有线和/或无线连接直接地和/或间接地连接至所述至少一个边界路由器(3)，其中，所述多个IoT网络设备(1至6)被适配用于选择性地以自组织通信模式进行操作；其中，所述多个IoT网络设备(1至6)中的至少一个IoT网络设备(1)包括标识符信息数据，并且其中，所述至少一个IoT网络设备(1)被配置用于将所述标识符信息数据直接地或间接地发送至所述边界路由器(3)；
其中，所述边界路由器(3)被配置用于根据特定参数对所述标识符信息数据进行分类和/或分组，并且将所分类和/或所分组的标识符信息数据发送至远程服务器和/或云系统(8)；
其中，所述边界路由器(3)被配置用于在所述IoT网络(N)上发出网络数据，所述网络数据向接收到所述网络数据的IoT网络设备指示应开始在所述自组织通信模式下的操作。
2.根据权利要求1所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述IoT网络(N)是无线网格网络。
3.根据权利要求1所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述至少一个IoT网络设备(1)被配置用于以一定间隔或在特定时间点和/或通过信标的通信动作将所述标识符信息数据直接地或间接地发送至所述边界路由器(3)。
4.根据权利要求1所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述特定参数包括信号强度和/或响应时间。
5.根据权利要求1所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述多个IoT网络设备(1至6)中的所述至少一个IoT网络设备(1)被配置用于将所述标识符信息数据发送至所述多个IoT网络设备中的至少一个第二IoT网络设备(2)，并且其中，所述多个IoT网络设备(1，2，4，5，6)中的所述至少一个第二IoT网络设备(2)将所述至少一个IoT网络设备(1)的所接收的标识符信息数据直接地或间接地发送至所述边界路由器(3)，和/或其中，所述至少一个IoT网络设备(1)被配置用于将另一个网络设备(6)的所接收的信息转发至至少一个第二IoT网络设备(2)，和/或其中，所述至少一个第二IoT网络设备(2)是所述边界路由器(3)。
6.根据权利要求5所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述至少一个第二IoT网络设备(2)是邻居IoT网络设备。
7.根据权利要求5所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述多个IoT网络设备(1至6)中的所述至少一个IoT网络设备(1)被配置用于，根据连接质量指示，将所述标识符信息数据发送至所述多个IoT网络设备中的至少一个第二IoT网络设备(2)。
8.根据权利要求5所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述另一个网络设备(6)的所接收的信息是所述标识符信息数据。
9.根据权利要求1所述的建筑物技术设备通信系统，
其中，所述远程服务器和/或所述云系统(8)被配置用于接收所述标识符信息数据，以及将所接收的标识符信息数据与存储在所述远程服务器处和/或在所述云系统(8)中的相应授权数据相关联。
10.根据权利要求1所述的建筑物技术设备通信系统，其中，
所述建筑物技术设备通信系统进一步包括调试设备(7)，其中，所述调试设备(7)被配置用于执行调试应用，
其中，所述调试设备(7)被配置用于从所述边界路由器(3)处获得所述标识符信息数据和/或用于从所述至少一个IoT网络设备(1)处接收邻居设备的所述标识符信息数据。
11.根据权利要求10所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述调试设备(7)是移动通信设备。
12.根据权利要求10所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述调试设备(7)被配置用于通过无线通信与所述远程服务器和/或所述云系统(8)通信。
13.根据权利要求10所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述调试设备(7)被配置用于从所述边界路由器(3)处接收邻居设备的所述标识符信息数据。
14.根据权利要求1所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述远程服务器和/或所述云系统(8)被配置用于将授权数据发送至所述边界路由器(3)、调试设备(7)和/或调试应用。
15.根据权利要求14所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述授权数据是与所接收的标识符信息数据相关联的。
16.根据权利要求1所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述边界路由器(3)、调试设备(7)和/或调试应用被配置用于使用所收集的标识符信息数据和/或从所述远程服务器和/或所述云系统(8)处接收到的授权数据来对所述多个IoT网络设备(1至6)进行调试。
17.根据权利要求1所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述IoT网络(N)中的所述多个IoT网络设备(1至6)被分组成至少两个子网，并且其中，不同子网的所述多个IoT网络设备(1至6)中的至少两个IoT网络设备被分组到包括至少两个IoT网络设备的至少一个控制组中。
18.根据权利要求1所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述边界路由器(3)连接至至少一个子网并且包括至少一个可配置网络接口，所述至少一个可配置网络接口被配置用于仅评估、接收和/或转发寻址到所述边界路由器(3)所连接至的至少一个指定子网和/或寻址到其成员位于所述至少一个子网中的控制组的数据包。
19.根据权利要求1所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述至少一个IoT网络设备(1)是至少一个子网的成员并且包括至少一个可配置网络接口，所述至少一个可配置网络接口被配置用于仅评估、接收和/或转发寻址到所述至少一个IoT网络设备(1)是其成员的所述至少一个子网、寻址到所述至少一个IoT网络设备(1)和/或寻址到所述至少一个IoT网络设备(1)是其成员的控制组的数据包。
20.根据权利要求1所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述边界路由器(3)的和/或所述至少一个IoT网络设备(1)的至少一个可配置网络接口被静态地配置，和/或其中，数据包为多播包。
21.根据权利要求1所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述IoT网络(N)是无线网格网络，其中，所述外部网络是基于IEEE 802.15.4、以太网、无线和/或IP的网络。
22.根据权利要求21所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述IoT网络(N)是基于IPv6的可寻址网络。
23.根据权利要求21所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述IoT网络(N)使用6LoWPAN和/或基于IEEE 802.15.4的协议。
24.根据权利要求1所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述多个IoT网络设备(1至6)是建筑物技术设备。
25.根据权利要求24所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述建筑物技术设备是传感器和/或致动器。
26.根据权利要求25所述的建筑物技术设备通信系统，其中，所述传感器和/或致动器是照明装置和/或灯具。
27.一种用于建筑物技术设备通信系统中的无线网格网络的边界路由器(3)，其中，所述边界路由器(3)包括：
被配置用于外部网络的第一网络接口，以及
被配置用于IoT网络(N)的第二网络接口，并且其中，所述边界路由器(3)被配置用于将所述外部网络逻辑地和/或物理地连接至所述IoT网络(N)，其中，
所述边界路由器(3)是LWM2M客户端设备并且被配置用于：
实现应用管理信息交换，
通过有线和/或无线连接直接地和/或间接地连接至所述IoT网络(N)中的多个IoT网络设备(1至6)，
接收从所述多个IoT网络设备(1至6)的至少一个IoT网络设备(1)发送的标识符信息数据，
根据特定参数对所述标识符信息数据进行分类和/或分组，以及
将所分类和/或所分组的标识符信息数据发送至远程服务器和/或云系统(8)；
其中，所述边界路由器(3)被配置用于在所述IoT网络(N)上发出网络数据，所述网络数据向接收到所述网络数据的IoT网络设备指示应开始在自组织通信模式下的操作。
28.根据权利要求27所述的边界路由器(3)，其中，所述特定参数包括信号强度和/或响应时间。
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