CN111684839A - 无线传感器网络中的传感器预置 - Google Patents

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Abstract

一种用于在无线传感器网络中进行传感器预置的方法,包括:在网关处确定未出现邻近的网关;响应于未出现邻近的网关,测量来自多个传感器的信号强度;基于测量到的信号强度,从多个传感器标识要与网关配对的传感器;以及响应于标识传感器,将网关和传感器配对以在网关和传感器之间启用安全连接。

Description

无线传感器网络中的传感器预置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年2月7日提交的美国专利申请号15/891,096的优先权,该申请的全部内容通过引用包含在本文中。
技术领域
本公开涉及无线传感器网络中的传感器预置(provisioning)。
背景技术
无线传感器网络可以包括一个或多个传感器和一个或多个网关,这些网关将这些传感器连接到服务器。在一些情况下,传感器到网关的通信使用短程射频(RF)技术,诸如蓝牙、蓝牙低功耗(BLE)、电气和电子工程师协会(IEEE)802.15(例如,802.15.4)、IEEE802.11(例如IEEE 802.11ah)或SubGHz技术,而网关与服务器的通信使用蜂窝技术,诸如全球移动通信系统(GSM)、通用移动通信系统(UMTS)、长期演进(LTE)或第五代(5G)等。传感器通常由电池供电,而网关可以由电池供电或连接到电源。
附图说明
图1是根据一些实现的用于传感器预置的示例无线通信系统。
图2是示出了针对根据一些实现的传感器预置的第一示例性途径的一种示例方法的流程图。
图3是示出了针对根据一些实现的传感器预置的第一示例性途径的第二示例方法的流程图。
图4是示出了针对根据一些实现的传感器预置的第二示例性途径的一种示例方法的流程图。
图5是示出了根据一些实现的示例装置的示意图。
图6是示出了根据一些实现的示例网络节点的示意图。
各图中相似的附图标记和名称指示相似的元件。
具体实施方式
本公开针对的是无线传感器网络中的传感器预置。无线传感器网络可以包括一个或多个传感器和将传感器与服务器连接的一个或多个网关。当部署或安装传感器时,执行预置过程以使得传感器与网关相关联,并且在传感器和网关之间启用安全通信。在一些情况下,传感器和网关都是由电池供电的,并且以传感器处和网关处经减少的功耗预置传感器是期望的。
在一些实现中,可以以节能的方式预置用电池供电的传感器。例如,资产(asset)(例如,拖车)可以包括一个或多个传感器和网关。传感器执行测量并通过网关将测量数据发送到服务器。传感器预置过程包括在相同资产上关联传感器和网关,并将传感器和网关配对。在配对过程中,在网关和传感器之间启用安全的通信链路(例如,通过交换加密密钥),以便传感器能够安全地将测量数据发送到网关。在传感器预置过程中,网关和传感器可以处于省电模式。
在第一示例性的传感器预置途径中,当网关被隔离时(例如,附近没有拖车),网关标识相关联的传感器(例如,与网关在相同资产上的传感器)。然后,网关从服务器接收传感器白名单,其包括用于启用关联传感器和网关之间安全通信的信息。在接收到白名单后,可以将在相同资产上的网关和传感器配对以建立用于传感器发送测量数据的安全通信链路。在一些情况下,传感器和网关可以在预置过程中进入省电模式。例如,在网关标识出关联的传感器之后,网关和传感器可以在时间上同步,并同时从省电模式唤醒(例如,以网关和传感器之间所限定和约定的节奏)。
在第二示例性的传感器预置途径中,在工厂制造期间,在网关和传感器中嵌入了用于启用安全通信的信息(例如,私钥/公钥或证书)。一旦传感器被安装并上电,使用所嵌入的安全信息,传感器可以验证并建立安全信道,并通过任何网关(例如,与传感器在相同资产上的网关或在附近资产上的网关)安全地将测量数据发送给服务器。在之后的某个时间,服务器可以将网关和传感器与相同资产相关联,例如,这可以在网关与其他网关隔离时进行。如果传感器最初与在不同资产上的网关配对,则可能需要一个以上的配对过程。
在一些情况下,在传感器被初始预置后,在网关的正常操作期间网关可以执行其他预置(例如,添加、删除或替换传感器)。在正常操作期间,网关可以不频繁地(例如,每24小时)连接到服务器。因此,新的传感器可能需要等待长达24小时(或超过24小时)才能被预置。可以使用各种方法来唤醒网关,以使得网关可以从服务器接收消息以触发预置。
图1是用于根据一些实现的传感器预置的示例无线通信系统100。在一些实现中,网关确定未出现邻近的网关。响应于未出现邻近的网关,网关测量来自多个传感器的信号强度。基于测量到的信号强度,网关从多个传感器标识要与网关配对的传感器。响应于标识传感器,将网关与传感器配对以在网关与传感器之间启用安全连接。该安全连接可以使用蓝牙、蓝牙低耗能(BLE)、电气和电子工程师协会(IEEE)802.15(例如,802.15.4)、IEEE802.11(例如,IEEE 802.11ah)或SubGHz技术中的至少一种。在一些情况下,网关还从服务器接收白名单。该白名单包括用于配对网关和传感器的安全信息,并且网关基于白名单中的安全信息与传感器配对。在一些情况下,在传感器预置过程中,网关可以处于第一省电模式,传感器可以处于第二省电模式,第一省电模式和第二省电模式是时间同步的。在第一省电模式下,网关以规律的时间间隔唤醒。在一些情况下,传感器不具有运动检测能力,在第二省电模式下,传感器以与网关相同的时间间隔唤醒。在一些情况下,传感器具有运动检测能力,并且传感器在第二省电模式期间响应于检测到运动事件而唤醒。
在一些实现中,省电模式可以由占空比定义。例如,装置可以进入高功率状态,并启用其无线电组件持续特定时间段以发送或接收数据。在特定时间段之后,装置可以禁用其无线电组件并进入低功率状态。
在一些实现中,在传感器预置过程中,网关可以处于第一省电模式。在第一省电模式下,网关以规律的时间间隔(例如,每15分钟)唤醒其短程RF组件,以与传感器通信,并在短时间唤醒后进入睡眠状态。在第一种省电模式下,网关也会唤醒其蜂窝无线电组件以与服务器通信。例如,网关可以更不频繁地唤醒蜂窝无线电组件,例如,每24小时唤醒一次。
在一些实现中,在传感器预置过程中,传感器可以处于第二省电模式。如果传感器不具有运动检测能力,在第二省电模式期间,传感器可以与网关是时间同步的,并以与网关相同的时间间隔(例如,相同的每15分钟间隔)唤醒其短程RF组件。如果传感器具有运动检测能力,在第二省电模式期间,传感器可以在检测到运动事件时(例如,当传感器开始移动时)唤醒。具有运动检测能力的传感器还与网关是时间同步的,以使得传感器的唤醒与网关的唤醒对齐。例如,在检测到运动事件时,传感器可以等待并在与网关的唤醒对齐的下一个15分钟的间隔处唤醒。
根据本文所述的方法和系统的传感器预置,使得能够以节能的方式预置传感器,并减少针对传感器和网关的功耗。所述途径还减少了传感器预置期间的人工干预。
示例通信系统100包括一个或多个传感器,例如102a和102b,以及将传感器102a和102b连接到服务器106的网关104。传感器102a和102b可以执行测量。测量数据由网关104收集并转发给服务器106。例如,传感器102a和102b可以是测量节流阀位置的温度、压力、湿度(TPH)传感器,测量轮胎压力的轮胎压力监测系统(TPMS)传感器,确定门是否打开的门检测传感器,或者提供位置数据的全球定位系统(GPS)。在一些情况下,如果测量结果指示异常情况,传感器102a和102b也可以产生警报。传感器102a和102b以及网关104可以是电池供电的。在一些情况下,传感器102a和102b以及网关104在相同资产112(例如,拖车)上。在一些情况下,网关104具有运动检测能力。例如,网关104可以具有加速度计以确定网关是移动还是静止。传感器102a和102b可以具有或不具有运动检测能力。
在一些实现中,传感器102a和102b可以分别通过链路108a和108b与网关104通信。链路108a和108b可以是使用短程射频(RF)技术的无线链路,例如蓝牙、BLE、电气和电子工程师协会(IEEE)802.15(例如,802.15.4)、IEEE802.11(例如,IEEE802.11ah)或SubGHz技术。服务器106可以是通过蜂窝网络连接到网关104的远程服务器。网关104可以通过链路110与服务器106通信。链路110可以是使用蜂窝技术的无线链路,蜂窝技术诸如全球移动通信系统(GSM)、通用移动通信系统(UMTS)、长期演进(LTE)或第五代(5G)。总而言之,传感器102a和102b具有支持短程RF技术的无线电组件,而网关104具有同时支持短程RF技术和蜂窝技术的无线电组件。
转到元件的一般描述,传感器102a和102b以及网关104可以提及但不限于无线传感器、无线电表、用户装置、移动电子装置、用户装置、移动站、用户站、便携式电子装置、移动通信装置、无线调制解调器或无线终端。传感器和网关的示例可以包括但不限于智能电表、智能传感器、蜂窝电话、个人数据助理(PDA)、智能手机、膝上型电脑、平板电脑个人计算机(PC)、寻呼机、便携式计算机、便携式游戏装置、可穿戴电子装置、测试装置、赌博机、汽车/车辆、告示板、家用电器或其他具有经由无线通信网络进行数据通信的组件的移动通信装置。无线通信网络可以包括在许可频谱和非许可频谱中的至少一个频谱上的无线链路。在一些情况下,无线链路可以使用一个或多个许可频谱、一个或多个非许可频谱或许可和非许可频谱的组合。传感器和网关的其他示例包括移动或固定电子装置。传感器和网关可以包括移动装备(ME)装置和可移动存储器模块,诸如包括订户身份模块(SIM)、通用SIM(USIM)或可移动用户身份模块(R-UIM)的通用集成电路卡(UICC)。
虽然图1的元件被示出为包括实现各种特征和功能的各种组件部分、部分或模块,然而这些元件可以在适当的情况下代替包括一些子模块、第三方服务、组件、库等。此外,各种组件的特征和功能可以适当地被组合成较少的元件。图2-图6和相关描述为这些实现提供了附加的细节。
在一些情况下,当装置(传感器和网关)在工厂中被组装和编程时,可以运行工厂脚本为每个装置创建证书。该证书可以包括装置的公钥,用于与其他装置建立安全的通信链路。工厂脚本可以将每个装置的信息(例如,证书和装置的国际移动装置标识(IMEI))上传到服务器。工厂脚本还可以将证书复制到装置上。这样,服务器知晓这些装置。
在一些情况下,当客户在资产上安装装置(例如,一个或多个传感器和网关)时,客户可以向调度器应用程序提供资产上的装置列表,以使得装置与资产相关联。例如,客户可以在移动电话上安装调度器应用程序。调度器应用程序允许客户登录到服务器。客户可以使用调度器应用程序扫描或读取每个装置的QR码或条形码,并将信息发送到服务器。可以在不给网关和传感器供电的情况下扫描条形码或QR码。因此,服务器可以将传感器与网关关联起来,也可以将传感器和网关与特定资产关联起来(例如,拖车编号123)。
在一些情况下,网关可以从服务器接收传感器白名单。该白名单可以包括与网关在相同资产上的传感器的标识。白名单还可以包括传感器和网关的安全信息,以使得可以建立网关和传感器之间的安全通信链路。例如,白名单可以包括传感器的公钥或证书,以使得网关可以对传输到传感器的数据进行加密。
用于传感器预置的第一种示例性途径。
图2是示出了针对根据一些实现的传感器预置的第一示例性途径的示例方法200的流程图。为了清楚地说明,接下来的描述通常在本描述中的其它图的上下文中描述方法200。然而,应当理解的是,例如,方法200可以由任何合适的系统、环境、软件和硬件,或适当的系统、环境、软件和硬件的组合来执行。在一些实现中,方法200的各种步骤可以并行、组合、循环或按照任何顺序运行。
在块202处,一个或多个传感器和网关被安装在资产上并上电。在一些实现中,正如将在后面讨论的,从传感器和网关上电到传感器和网关被预置,可能有很长的持续时间(例如,网关发现204和传感器发现208可能需要很长的时间)。因此,为了省电,传感器和网关可以在网关发现204、传感器发现206或两者期间以省电模式运行。在一些实现中,在网关发现204、传感器发现206或两者期间,传感器和网关可以连续保持开机状态(即,无省电模式)。
例如,在上电后,每个传感器可以广告或广播其身份(例如,蓝牙名称或地址)。在网关检测到传感器后(例如,通过检测被广告的身份),网关可以请求或指导传感器进入省电模式。网关也可以进入省电模式。网关和传感器可以是时间同步的,以使得传感器和网关可以同时从省电模式唤醒。例如,网关可以以规律的时间间隔(例如,每15分钟)短时间(例如,5秒)唤醒,并在短时间唤醒后进入睡眠。在唤醒期间,网关可以打开短程RF无线电组件、蜂窝无线电组件或两者,以启用与传感器、服务器或两者的通信。例如,网关可以每15分钟唤醒短程RF组件并且每24小时唤醒蜂窝组件。在一些实现中,不具有运动检测能力的传感器以与网关相同的时间间隔(例如,每15分钟)唤醒,而具有运动检测能力的传感器可以处于深度睡眠状态,并在检测到运动事件(例如,检测到传感器开始移动、传感器处于运动状态或传感器停止)时唤醒。例如,当资产开始移动时,具有运动检测能力的传感器可以在下一个15分钟的间隔中唤醒,以与网关的唤醒对齐。因此,在预置过程中,具有运动检测的传感器可以比没有运动检测的传感器更省电。当传感器唤醒时,传感器打开短程RF无线组件以启用与网关的通信。方法200从块202继续到块204。
在块204处,网关开始网关发现过程以检测附近其他网关的出现。在一些情况下,多个网关可以彼此接近。例如,多个拖车可以在拖车公园中彼此靠近地停放。网关发现过程可以发生在网关的短程RF无线电组件被打开时。网关发现过程可以通过检测来自其他网关的短程RF信号来执行。例如,每个网关可以广告或广播其身份(例如,蓝牙名称或地址)。通过检测被广告的身份,网关可以确定附近是否有其他网关,例如,通过确定检测到的身份是否包括字符串“网关”。在一些情况下,如果其他网关的接收信号强度指标(RSSI)低于阈值,则网关可以确定附近没有网关出现。在块206处,如果网关检测到附近的另一网关,则方法200回到块204。否则,方法200继续到块208。
在块208处,当网关检测到附近没有其他网关时,网关开始传感器发现过程以确定与网关相关联的传感器(例如,与网关在相同资产上的传感器)。例如,拖车可能离开拖车公园,或者邻近的拖车可能离开拖车公园以使得在附近未出现网关。在一些情况下,传感器发现过程用于网关确定与网关在相同资产上的传感器,并确保没有其他附近的或未知的传感器与网关错误地被关联。例如,网关可以确定来自每个传感器的短程RF信号的RSSI。在一些情况下,可以在不同时间获取RSSI。对于特定传感器,如果不同时间的RSSI彼此接近(例如,不同时间的RSSI的方差在阈值内),并且平均RSSI(例如,不同时间的RSSI的平均值)超过某个值,则网关可以确定特定传感器与网关在相同资产上。在一些情况下,如果特定传感器在不同时间的RSSI变得越来越小,则网关可以确定特定传感器与网关不在相同资产上,并且该资产可能正在远离特定传感器移动。通过分析传感器的接收信号强度,网关可以自动确定与网关在相同资产上的传感器。在一些情况下,每个传感器的RSSI可以在工厂进行校准或表征,以缓解(ease)预置过程。
在一些实现中,如果在网关发现或传感器发现期间传感器和网关不处于省电模式,则在网关标识出资产上的传感器后,网关和传感器可以是时间同步的,并且传感器和网关都可以进入省电模式(例如,网关可以指导传感器进入省电模式)。在一些实现中,如果在网关发现期间传感器和网关都处于省电模式,则当资产开始移动时,具有运动检测的传感器可以退出深度睡眠模式并且网关可以测量传感器的RSSI来执行传感器发现。
在块210处,网关基于来自服务器的传感器白名单与传感器配对。传感器白名单可以包括要预置的传感器的身份、无线电信息(例如,无线电技术和工作信道/频段)以及安全信息。例如,安全信息可以包括针对每个传感器的证书(或公钥),网关可以使用该证书来加密被传输给传感器的数据。在配对期间,网关和传感器可以交换密钥(例如,用于数据加密的公钥)以互相认证并启用网关和传感器之间的安全通信链路。在一些情况下,每个传感器和网关具有在工厂制造期间被存储在装置上的公钥和私钥,并通过来自服务器的证书进行认证。
在一些实现中,对于具有运动检测能力的传感器,当资产开始移动时,传感器可以检测到运动事件(例如,资产开始移动)并退出省电模式(例如,在下一个15分钟的时间间隔处唤醒,以与网关的唤醒对齐)。在传感器和网关检测到运动事件后(网关具有运动检测能力),传感器和网关都可以保持短程RF无线组件开启指定持续时间(例如,15分钟),以使得网关能够执行传感器发现(例如,测量传感器RSSI),并进一步地基于白名单与传感器配对。对于没有运动检测的传感器,在网关检测到资产开始移动后,网关可以在传感器唤醒期间向传感器发送消息,并指导传感器保持短程RF无线组件开启指定持续时间,直到传感器与网关配对。在一些情况下,网关还指导传感器以指定的时间间隔唤醒,以节省电力。
在一些情况下,如果资产处于静止状态,则在传感器发现后传感器能够与网关配对。然而,在一些情况下,错误的传感器(例如,与网关不在相同资产上的传感器)可能会与网关同步。在网关从服务器获得白名单后,可以指导错误的传感器与在传感器发现过程期间传感器看到的新网关配对。这样可以保证在资产静止时,传感器也进入省电模式。
在一些实现中,在传感器与网关配对之前,传感器可以唤醒并进入发现模式一定时间段(例如,16分钟),等待来自网关的用于配对的发现请求。如果16分钟到期后没有配对,则传感器再次进入发现模式之前,会睡眠一定时间段(例如,15分钟)。在一些情况下,传感器被配置为不响应除了与传感器相关联的网关之外的网关的发现请求。
在一些实现中,网关可以从服务器接收包括传感器白名单的预置请求。在接收到预置请求后,网关开启短程RF组件并开始搜索白名单上的传感器。在一些情况下,网关可以以一定的时间间隔唤醒以用于搜索传感器。例如,网关每15分钟唤醒一次并且每1分钟搜索一次目标用于配对的传感器。如果网关没有找到任何传感器,网关就会中止该过程,并进入省电模式(例如,每15分钟唤醒5秒)。
在一些实现中,传感器预置也可以在网关和传感器静止时发生。例如,在网关发现204之后,网关和传感器都保持开启一定时间段(例如30分钟)以执行传感器发现206和配对过程210。例如,网关可以指导传感器保持开启30分钟。
在一些实现中,在传感器被预置之后并且在正常操作期间,传感器和网关可以处于省电模式。正常操作中的省电模式可以与传感器预置中使用的省电模式(例如,在网关发现204和传感器发现206期间)相同或不同。例如,在正常操作期间,网关可以在一定时间间隔(例如,每15分钟)处唤醒以接收来自传感器的数据(例如,传感器测量数据或紧急警报)。传感器和网关可以按照15分钟的节奏时间同步,以使得传感器的唤醒与网关的唤醒对齐。当传感器有数据要发送给网关时,传感器可以唤醒(例如,除非传感器有数据要发送,否则传感器可以不在每15分钟处唤醒)。例如,传感器可以将要被发送给网关的数据排队,并等待下一个15分钟的时间间隔来唤醒。在正常操作期间(或当资产静止时),网关可以不频繁地(例如,每24小时)连接到服务器以转发传感器测量数据,除非有紧急警报。例如,网关每15分钟唤醒短程RF无线组件持续很短的时间(例如,<5秒),以听取来自传感器的测量数据和紧急警报(例如,门打开/关闭或TPH超出范围)。当有来自传感器的紧急警报时,网关会唤醒蜂窝无线组件并将紧急警报转发给服务器,而无需等待24小时的间隔。否则,网关每24小时唤醒一次,以转发传感器测量数据。
在一些实现中,可以在工厂制造期间配置网关和传感器。然而,这可能约束将网关和传感器一起运送(ship)给客户。例如,在工厂制造期间,可以为每个装置(传感器或网关)生成并刻录ID(例如,介质访问控制(MAC)地址)以及密钥(例如,公钥/私钥对)。在一些情况下,在工厂处一组传感器和网关可以被配置为要被安装在资产上的组。每个传感器可以利用网关的公钥刻录,而网关可以利用每个传感器的公钥进行刻录。通过这样的方式,传感器可以使用网关的公钥对到网关的数据进行加密,网关也可以使用传感器的公钥对到传感器的数据进行加密。在一些情况下,对于没有与网关一起运送的传感器,或者向资产添加新的传感器并将新的传感器与网关相关联时,服务器可以向网关发送消息以覆写或更新制造时被配置的信息。
在一些实现中,在工厂制造期间,每个装置(传感器或网关)都被配置或刻录有公钥/私钥对。在资产上安装一组传感器和网关后,服务器可以利用传感器的公钥配置网关(例如,服务器可以将传感器的公钥发送给网关)。传感器可以被编程或配置为信任知道其公钥的网关。在一些情况下,可以给传感器提供网关的公钥(例如,网关可以将其公钥发送给传感器)。
图3是示出了针对根据一些实现的传感器预置的第一示例性途径的第二示例性方法300的流程图。为了清楚地说明,下文的描述通常是在本描述中的其他图的上下文中描述方法300。然而,应当理解的是,例如,方法300可以由任何合适的系统、环境、软件和硬件,或适当的系统、环境、软件和硬件的组合来执行。在一些实现中,方法300的各种步骤可以并行、组合、循环或按照任何顺序运行。
在块302处,确定未出现邻近的网关(如在网关发现204中讨论的那样)。在块304处,响应于未出现邻近的网关,网关测量来自多个传感器的信号强度(如在传感器发现208中讨论的那样)。在块306处,基于测量到的信号强度,网关从多个传感器中标识出要与网关配对的传感器(如在传感器发现208中讨论的那样)。在块308处,响应于标识传感器,将网关与传感器配对以启用网关和传感器之间的安全连接(如在配对过程210中讨论的那样)。
用于传感器预置的第二示例性途径
如上所述,出于安全原因,在启用安全通信链路之前,传感器不向网关发送测量数据。在第一示例性途径中,在传感器能够与网关配对并安全地将测量数据发送给网关之前,传感器等待网关从服务器接收白名单。在第二示例性途径中,一旦传感器和网关通电,传感器就可以使用安全链路向网关发送测量数据,而无需等待来自服务器的白名单。
为了在没有来自服务器的白名单的情况下启用安全链路,每个装置(传感器或网关)可以在工厂被配置有公钥和私钥、证书权威公钥(例如,BLACKBERRY证书权威公钥)和证书。在一些情况下,证书包括装置的公钥。证书可以由证书权威签名,向证书接收者确认与接收者通信的装置确实是授权产品(例如,真正的BLACKBERRY产品)。
为了保证从节点2(网关或传感器)到节点1(传感器或网关)的通信安全,节点1可以向节点2提供其证书内的公钥。节点2确认证书是正确签名的(例如,证书是由BLACKBERRY签发的),节点1可以被信任为授权节点(例如,真正的BLACKBERRY节点),并且公钥可以被信任。因此,应用层的完整性保护和保密性是通过节点2使用节点1的公钥向节点1发送数据获得的。节点1收到数据后,使用节点1的私钥进行数据解密和完整性确认。类似的过程反过来发生,以确保节点1到节点2通信的安全。因此,任何传感器都可以与任何网关配对用于安全通信。使用上述证书建立的节点之间的安全通信可以用于约定一个对称密钥,然后在随后的通信中使用该密钥在传感器和网关之间的局域网连接上提供保密性和完整性保护。
在一些实现中,装置(传感器和网关)还可以被配置有装置ID和用于在局域连接(例如,传感器和网关之间的短程RF连接)上的使用的局域连接密钥。可以在所有传感器和所有网关中预先配置相同的局域连接密钥。
图4是示出了针对根据一些实现的传感器预置的第二示例性途径的示例方法400的流程图。为了清楚地说明,下面的描述通常是在本描述中的其他图的上下文中描述方法400。然而,应当理解的是,例如,方法400可以由任何合适的系统、环境、软件和硬件,或适当的系统、环境、软件和硬件的组合来执行。在一些实现中,方法400的各种步骤可以并行、组合、循环或按照任何顺序运行。
在块402处,一个或多个传感器和网关被安装在资产上并上电。在块404处,每个传感器标识用于配对的网关,以便传感器可以使用,例如在工厂被配置的公钥和私钥,通过网关安全地将传感器数据发送给服务器。在一些情况下,传感器可以比较来自周围网关的信号强度,并与具有最强信号强度的网关配对。例如,假设某辆拖车停在拖车公园中,旁边有其他拖车。在特定拖车上安装传感器和网关并上电后,一些传感器可能通过特定拖车上的网关向服务器发送传感器数据报告,并且一些传感器可能通过附近拖车上的网关发送数据。从传感器发送给服务器的传感器数据报告可以被标记有传感器的装置ID(如上所述,每个装置可以被配置有装置ID)。例如,传感器数据报告可以包括装置ID。虽然任何传感器可以与任何网关配对,但针对每个传感器有一个优选网关(例如,优选网关是与传感器附接到相同资产的网关)。如果传感器与非优选网关配对,最终传感器将失去联系并尝试连接到另一网关,并将在某一时刻与优选网关配对,在这之后传感器可以被通知其应与该网关保持配对(例如,如下文将讨论的那样,一旦已经建立传感器和网关的关联,可通知传感器)。
在块406处,服务器标识相关的传感器(例如,与网关在相同资产上的传感器)。在一些情况下,网关可以向服务器提供并更新其位置(即,资产位置)。跟踪所有资产的位置的服务器知道特定网关何时被隔离(例如,附近没有其他资产)。例如,如果在距特定网关的阈值距离内没有其他网关,则服务器确定特定网关被隔离。因此,当特定网关被隔离时,服务器通过特定网关接收的任何传感器数据报告均来自与特定网关在相同资产上的传感器。这样,基于传感器数据报告中的装置ID,服务器可以确定与特定网关相关联并安装在相同资产上的传感器。在一些情况下,服务器可以考虑其他信息,以提高对关联效力的信心。例如,如果服务器经由网关接收传感器数据报告或多个传感器数据报告,同时网关处于速度状态(例如,网关的速度超过阈值),这将极大地增加网关和传感器在相同资产上的可能性。在一些情况下,如果网关或传感器向服务器指示在一段时间内没有检测到其他网关,这也可能指示网关和(多个)传感器在相同资产上。
在一些情况下,可以使用手动方法将网关与资产关联起来。例如,可以使用服务器上的网页登录来将网关条形码与特定资产(例如,拖车编号156)关联。例如,客户可以用移动应用程序登录到服务器。客户可以使用移动应用程序来扫描网关和资产的条形码,以使得服务器将网关和资产关联起来。如前所述,服务器还可以确定相同资产上的传感器和网关。因此,服务器建立了传感器、网关和资产之间的关联。
在一些情况下,在传感器(或传感器的装置ID)与特定资产关联之前,来自该装置ID的传感器数据可以被存储在服务器中的“临时记录”中,其中临时记录包含未与任何特定资产关联的传感器数据。一旦实现了传感器与特定资产之间的关联,服务器可以将“临时记录”复制到“资产记录”(包含针对特定资产的传感器数据的记录)中。
在块408处,网关与安装在相同资产上的相关传感器配对。在一些情况下,一旦服务器已经建立了网关、资产和传感器之间的关联,服务器可以将安装在与网关相同资产上的传感器通知网关,并且该信息也可以传达给传感器(例如,网关可以通知传感器),从那时起,传感器将只与该特定网关配对。
在一些情况下,为了节省电力,一旦传感器和网关被配对,则传感器和网关可以约定唤醒时间和周期。然而,如何以电池高效的方式实现初始配对可能是一个挑战。此外,如果配对丢失(例如,传感器连接到非优选网关,而该网关现在已经移出了范围),则以电池高效的方式建立传感器和新网关之间的配对可能是挑战性的。
为了解决这些挑战,可以有多种选择。例如,传感器和网关可以运行一个共同的实时时钟,并在预定义的时间(例如,每隔几个小时,如1点、4点、7点等)周期性地唤醒,以在传感器和网关处于已知缺乏配对的状态的场合尝试配对。从网关的角度,如果网关已经被预先配置了信息,即网关应该与4个传感器配对,但网关却与3个传感器配对,那么网关可能知道存在“缺乏配对”的情况。传感器知道当前它是否与网关配对。
在一些实现中,网关和传感器可以监测网关和传感器之间的连接,以确定该连接是否仍然存在。网关/传感器可以保持未完成通信尝试的计数(例如,10)。如果连续失败尝试的计数达到阈值,则传感器/网关认为其配对已经失败。在传感器中,这将触发传感器回到配对模式。在网关中,这将触发网关向服务器报告网关已经与传感器失去联系。在一些情况下,外部触发器可以用作同步触发器。例如,光传感器可以检测黄昏或黎明,并引起网关和传感器尝试配对的同步的机会(例如,约每12小时一次)。还可以使用其他外部触发器,例如唤醒无线电、近场通信(NFC)或按钮。
正常操作期间唤醒网关以用于传感器预置。
在一些情况下,客户可能希望在其余传感器和网关正常操作时,添加、删除或替换资产上的一个传感器。然而,在不干扰其他传感器和网关的正常运行的情况下唤醒网关以进行传感器预置可能是一个挑战。
在一些实现中,在传感器已经如图2-图4中所示被预置后的正常操作期间,传感器和网关可以处于省电模式。如上所述,正常操作中的省电模式可以与传感器预置中使用的省电模式相同或不同。在正常操作期间(或资产静止),网关可以不频繁地连接到服务器(例如,每24小时一次),除非网关从传感器接收到紧急警报。在这种情况下,在资产上安装新的传感器后,网关可能会等待长达24小时以从服务器接收新传感器的信息。因此,新传感器可能需要等待长达24小时才能与网关配对。让新传感器开启24小时可能会耗尽新传感器的电池电量。
在一些实现中,使用与网关-传感器链路相同的短程RF技术的应用可以用于唤醒网关以执行预置(例如,添加、删除或替换传感器)。例如,如果网关使用BLE与传感器通信,则可以使用具有授权密钥的BLE应用(例如,使用BLE的移动应用)来唤醒网关,以将新传感器与网关配对。在一些情况下,BLE应用可以保持广告一定时间(例如,长达15分钟)以唤醒网关。在一些情况下,网关唤醒周期可以减少(例如,从15分钟到5分钟)。
在一些实现中,服务器可以唤醒网关以执行预置。当以省电模式(例如,LTE省电模式(PSM))操作时,网关可以唤醒,以利用蜂窝网络执行周期性跟踪区域更新(TAU)进程,并从服务器接收移动终端消息(无论是在连接模式下还是在PSM活动时间期间)。例如,TAU周期可以被配置为一小时,并且网关每隔一小时唤醒蜂窝无线组件并检查来自服务器的消息(例如,短消息服务(SMS))。接收到消息后,网关唤醒短程RF无线电组件并开始传感器预置。
在一些实现中,网关可以被配置为具有最低占空比(例如,每44分钟唤醒一次)的扩展不连续接收(eDRX)模式(例如,LTEeDRX)。在这种情况下,网关可以基于eDRX配置开启蜂窝无线组件,并等待来自服务器的消息。在接收到来自服务器的消息后,网关可以唤醒短程RF组件,以执行传感器的配置。
在一些实现中,甚至在装置处于PSM深度睡眠时,服务器可以向装置(例如,网关)发送互联网协议(IP)消息。例如,IP消息可以长期存储在3GPP服务网关(S-GW)(核心网中的网络节点)中,并在装置唤醒时被推送给装置。在一些情况下,通过3GPP服务能力开放功能(SCEF),服务器可以在蜂窝网络上配置一个事件(例如,装置连接到蜂窝网络时的事件)。换句话说,当装置唤醒并连接到蜂窝网络时,可以通知服务器。在被通知装置唤醒后,服务器可以向装置推送IP消息。
图5是示出了根据一些实现的示例装置500的示意图。装置500可以是网关104或传感器102a或102b。装置500包括处理单元502、计算机可读存储介质504(例如,只读存储器(ROM)或闪存)、无线通信子系统506、用户接口508以及输入/输出(I/O)接口510。处理单元502可以包括一个或多个处理组件(备选地称为“处理器”或“中央处理单元”(CPU)),其被配置为执行与本文所公开的一个或多个实现相关的一个或多个上述过程、步骤或动作的指令。处理单元502还可以包括其他辅助组件,诸如随机存取存储器(RAM)和ROM。计算机可读存储介质504可以由非瞬态介质来实施,该非瞬态介质被配置为存储装置500的操作系统(OS)和用于执行上述一个或多个过程、步骤或动作的各种其它计算机可执行软件程序。
无线通信子系统506可以被配置为向数据信息和由处理单元502提供的控制信息提供无线通信。无线通信子系统506可以包括,例如,一个或多个天线、接收器、发射器、本地振荡器、混频器和数字信号处理(DSP)单元。在一些实现中,子系统506可以支持多输入多输出(MIMO)传输。在一些实现中,无线通信子系统506中的接收器可以是超前接收器或基线接收器。两个接收器可以用相同、相似或不同的接收器处理算法来实现。
用户接口508可以包括,例如,屏幕或触摸屏(例如,液晶显示器(LCD)、发光显示器(LED)、有机发光显示器(OLED)、微机电系统(MEMS)显示器)、键盘或键盘、轨迹球、扬声器和麦克风中的一个或多个。I/O接口510可以包括,例如,通用串行总线(USB)接口。本领域技术人员应当容易理解,示例装置500也可以包括其它各种组件。
图6是示出了根据一些实现的示例网络节点600的示意图。网络节点600可以是服务器106。图示的网络节点600包括处理模块602、有线通信子系统604和无线通信子系统606。无线通信子系统606可以传输和接收数据业务以及控制业务传输给网关和从网关传输。在一些实现中,无线通信子系统606可以包括接收器和发射器。有线通信子系统604可以被配置为通过回程连接在其他网络节点间传输和接收控制信息。处理模块602可以包括一个或多个处理组件(可选地称为“处理器”或“中央处理单元”(CPU)),其能够执行与本文所公开的一个或多个实现相关的一个或多个上述过程、步骤或动作的指令。处理模块602还可以包括其他辅助组件,例如RAM、ROM、次级存储(例如,硬盘驱动器、闪存或其他非瞬态存储介质)。处理模块602可以执行某些指令和命令,使用有线通信子系统604或无线通信子系统606,以提供无线或有线通信。网络节点600中还可以包括各种其它组件。
虽然按照特定的顺序描述了图中的操作,但不应被理解为要求按照所示的特定顺序或按照顺序地执行这些操作,或执行所有图示的操作,以获得期望结果。在某些情况下,可以采用多任务和并行处理。此外,上述实现中各种系统部件的分离不应被理解为要求在所有的实现中都要进行这种分离,应当理解,所描述的程序组件和系统通常可以在一个信号软件产品中集成在一起,或打包成多个软件产品。
另外,在各种实现中被描述和说明为是离散的或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其他系统、模块、技术或方法组合或集成。其他所示出或所讨论为耦合或直接耦合或彼此通信的项可以通过一些接口、装置或中间部件(无论是电气的、机械的或其他的)间接地耦合或通信。改变、替换和更改的其他示例是本领域的技术人员可以确定的,并且可以做出的。
虽然上述详细描述已经显示、描述并指出了应用于各种实现公开的基本新颖特征,但应当理解,本领域的技术人员可以对所示系统的形式和细节进行各种省略、替换和改变。此外,方法步骤的顺序并不由权利要求中显现的顺序暗示。
所描述的传感器预置途径的一些方面在以下编号的条款中列出。
1.一种方法,包括:在服务器处接收多个网关的位置数据;基于位置数据,从多个网关中标识出与其他网关隔离的第一网关;从所标识的第一网关接收传感器数据报告,其中传感器数据报告包括传感器ID,并且传感器数据报告由与传感器ID对应的传感器生成;响应于从第一网关接收传感器数据报告,确定与传感器ID对应的传感器与第一网关关联;以及向第一网关发送指示传感器与第一网关关联的消息。
2.根据条款1所述的方法,还包括在确定传感器与第一网关相关联之前:从第二网关接收第二传感器数据报告,其中第二传感器数据报告由传感器生成,且第二传感器数据报告包括传感器ID;以及将第二传感器数据报告存储在临时记录中。
3.根据条款2所述的方法,还包括:在确定传感器与第一网关相关联之后:将第二传感器数据报告从临时记录复制到与第一网关相关联的资产记录中。
4.根据条款2所述的方法,其中,在确定传感器与第一网关相关联之前,传感器被与第二网关配对。
5.根据条款2所述的方法,其中,在工厂制造阶段期间并且在确定传感器与第一网关相关联之前,第二网关被预置有包括公钥的证书。
6.根据条款5所述的方法,其中,在确定传感器与第一网关相关联之前,第二网关将证书发送给传感器,并且传感器使用证书中的公钥对第二传感器数据报告进行加密。
7.根据条款1所述的方法,其中,在向第一网关发送指示传感器与第一网关相关联的消息后,传感器被通知与第一网关配对。
8.根据条款1所述的方法,其中第一网关和传感器在相同资产上。

Claims (20)

1.一种方法,包括:
在网关处确定未出现邻近的网关;
响应于确定未出现邻近的网关,测量来自多个传感器的信号强度;
基于测量到的所述信号强度,从所述多个传感器标识要与所述网关配对的传感器;以及
响应于标识所述传感器,将所述网关和所述传感器配对,以在所述网关与所述传感器之间建立安全连接。
2.根据权利要求1所述的方法,还包括:
从服务器接收白名单,所述白名单包括用于将所述网关和所述传感器配对的安全信息;以及
响应于接收到所述白名单,基于所述安全信息将所述网关和所述传感器配对。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述网关处于第一省电模式,并且所述传感器处于第二省电模式。
4.根据权利要求3所述的方法,其中所述第一省电模式和所述第二省电模式是时间同步的。
5.根据权利要求3所述的方法,其中在所述第一省电模式期间,所述网关以规律的时间间隔唤醒。
6.根据权利要求5所述的方法,其中所述传感器不具有运动检测能力,并且在所述第二省电模式期间,所述传感器以与所述网关相同的时间间隔唤醒。
7.根据权利要求3所述的方法,其中所述传感器具有运动检测能力,并且在所述第二省电模式期间,所述传感器响应于检测到运动事件而唤醒。
8.根据权利要求1所述的方法,其中所述网关与所述传感器之间的所述安全连接使用蓝牙、蓝牙低功耗(BLE)、电气和电子工程师协会(IEEE)802.15.4、IEEE 802.11或SubGHz技术中的至少一种。
9.一种网关,包括:
存储器;以及
至少一个硬件处理器,与所述存储器通信地耦合,并且被配置为:
确定未出现邻近的网关;
响应于未出现邻近的网关,测量来自多个传感器的信号强度;
基于测量到的所述信号强度,从所述多个传感器标识要与所述网关配对的传感器;以及
响应于标识所述传感器,将所述网关和所述传感器配对,以在所述网关与所述传感器之间启用安全连接。
10.根据权利要求9所述的网关,其中所述至少一个硬件处理器还被配置为:
从服务器接收白名单,所述白名单包括用于将所述网关和所述传感器配对的安全信息;以及
响应于接收到所述白名单,基于所述安全信息将所述网关和所述传感器配对。
11.根据权利要求9所述的网关,其中所述网关处在第一省电模式,并且所述传感器处于第二省电模式,并且所述第一省电模式和所述第二省电模式是时间同步的。
12.根据权利要求11所述的网关,其中在所述第一省电模式期间,所述网关以规律的时间间隔唤醒。
13.根据权利要求12所述的网关,其中所述传感器不具有运动检测能力,并且在所述第二省电模式期间,所述传感器以与所述网关相同的时间间隔唤醒。
14.根据权利要求11所述的网关,其中所述传感器具有运动检测能力,并且在所述第二省电模式期间,所述传感器响应于检测到运动事件而唤醒。
15.一种包含指令的非瞬态计算机可读介质,所述指令在被执行时使网关执行操作,所述操作包括:
确定未出现邻近的网关;
响应于未出现邻近的网关,测量来自多个传感器的信号强度;
基于测量到的所述信号强度,从所述多个传感器标识要与所述网关配对的传感器;以及
响应于标识所述传感器,将所述网关和所述传感器配对,以在所述网关与所述传感器之间启用安全连接。
16.根据权利要求15所述的非瞬态计算机可读介质,其中所述操作还包括:
从服务器接收白名单,所述白名单包括用于将所述网关和所述传感器配对的安全信息;以及
响应于接收到所述白名单,基于所述安全信息将所述网关和所述传感器配对。
17.根据权利要求15所述的非瞬态计算机可读介质,其中所述网关处于第一省电模式,并且所述传感器处于第二省电模式,并且所述第一省电模式和所述第二省电模式是时间同步的。
18.根据权利要求17所述的非瞬态计算机可读介质,其中在所述第一省电模式期间,所述网关以规律的时间间隔唤醒。
19.根据权利要求18所述的非瞬态计算机可读介质,其中所述传感器不具有运动检测能力,并且在所述第二省电模式期间,所述传感器以与所述网关相同的时间间隔唤醒。
20.根据权利要求17所述的非瞬态计算机可读介质,其中所述传感器具有运动检测能力,并且在所述第二省电模式期间,所述传感器响应于检测到运动事件而唤醒。
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