CN111742528A - 无线网络中节点子网的同步控制 - Google Patents

Abstract

一种用于无线网络中节点子集的同步控制的系统，包括网络控制器和通信耦合到网络控制器的多个节点。网络控制器在接收到用于控制所述节点子集中的一个或多个节点的指令时，向节点子集的被分派为点防护节点的节点传输定制Zigbee单播消息。该点防护节点接收该定制Zigbee单播消息，并基于该定制Zigbee单播消息的有效负载生成InterPAN广播消息。该点防护节点将InterPAN广播消息作为单跳广播消息广播给在点防护节点的无线电范围内的所有节点。其标识符存在于InterPAN广播消息的有效负载中的接收节点根据指令做出动作以改变其状态。

Description

无线网络中节点子网的同步控制

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年1月29日提交的题为“无线网络中节点子集的同步控制（Simultaneous Control of a subset of nodes in a wireless network）”的美国临时专利申请号62/623，343的优先权，该美国临时专利申请的全部内容由此通过引用并入本文中。

技术领域

本公开的实施例总体上涉及无线网络，并且更特别地涉及无线网状网络中节点子网的同步控制。

背景技术

传统上，照明设备使用布线彼此连接并连接到控制开关，从而可以使用控制开关单独地或成组地来控制它们。然而，在具有大量照明设备的环境中，这样的有线安装可能是昂贵的。此外，有线安装对于改变的环境照明要求而言可能是不灵活的。

市场上确实存在具有无线收发器的照明设备，其中照明设备可以被布置成使得它们形成可以被无线控制的网络。例如，照明设备可以形成按照Zigbee协议操作的无线网状网络（本文中是“无线网络”），其中照明设备是无线网络的节点。

目前，在Zigbee协议中，有两种方式向无线网络中的某个节点发送命令（或消息）。向无线网络中的节点发送命令的方式之一是使用单播消息，其中所述消息仅被发送到该节点。因此，如果要同步控制一组N个设备，则必须将N个消息单独地发送到N个设备。由于在所传输的每个单播消息之间存在固有的延迟，并且由于每个照明设备在不同的时间接收到单播消息，所以不同的节点可能在不同的时间响应该消息。在其中节点是照明设备的无线网络的情况下，不同的响应时间造成不期望的爆米花效应。也就是说，因为照明设备在不同时间接收到它们的单播消息，所以它们一个接一个地改变它们的状态，并且不能实现同步控制。

在Zigbee协议中发送命令的另一种方式是Zigbee广播，在Zigbee广播中，消息被发送到已经被订阅到一个组的所有节点。Zigbee广播的性质是使得消息被每个节点重复，以便其通过网络传播。这在网络中造成了不想要的拥塞，并且在快速控制（例如，照明设备节点的快速开启和关闭）期间，网络能够变得如此拥塞，以至于不能发出其他命令。这实质上使得网络不可用，直到广播稳定下来为止。该广播方法的另一个缺点是节点必须知道它们是哪个组/区的一部分，并且每次用户重新配置组/区时，网络控制器/网关必须将该信息传递给设备。

因此，需要一种允许同步且高效地控制无线网状网络中的节点子网的技术。注意，提供该背景信息是为了揭示申请人认为可能与本公开相关的信息。并不一定旨在承认也不应该解释为，任何前述信息构成了针对本公开的现有技术。

发明内容

在一个方面，本公开涉及一种系统，该系统包括网络控制器和被配置在无线网状网络中的多个节点。所述多个节点通信耦合到网络控制器。所述多个节点的节点子集中的节点被分派为点防护节点。该点防护节点被配置为从网络控制器接收定制Zigbee单播消息。所述定制Zigbee单播消息包括有效负载，有效负载包括节点子集中的一个或多个节点的标识符和用于一个或多个节点的控制命令。网络控制器被配置为响应于接收到用于控制节点子集中的一个或多个节点的指令而传输定制Zigbee单播消息，并且其中所述控制命令与所述指令相关联。此外，点防护节点被配置为：使用定制Zigbee单播消息的有效负载来生成InterPAN广播消息；对InterPAN广播消息进行加密以创建加密的InterPAN广播消息；以及将加密的InterPAN广播消息广播到节点子集中的一个或多个节点中在点防护节点的无线电范围内的其余节点。

在另一方面，本公开涉及存储在网络控制器中的计算机可读介质，该网络控制器通信地耦合到形成无线网状网络的多个节点。计算机可读介质包括指令，所述指令在由网络控制器系统的处理器执行时，使得网络控制器执行一种方法，该方法包括接收控制所述多个节点的节点子集中的一个或多个节点的指令。响应于接收到所述指令，该方法包括向节点子集中的节点传输定制Zigbee单播消息。所述定制Zigbee单播消息包括有效负载，有效负载包括指令和与基于该指令被控制的节点子集中的一个或多个节点相关联的标识符。节点子集的节点被分派为点防护节点，点防护节点被配置为使用定制Zigbee单播消息的有效负载来生成InterPAN广播消息，并将InterPAN广播消息作为单跳广播消息来广播到节点子集中的一个或多个节点中在点防护节点的无线电范围内的其余节点。

在又一方面，本公开涉及一种系统，该系统包括形成无线网络并且通信耦合到网络控制器的多个照明设备。所述多个照明设备的照明设备子集中的照明设备被分派为主点防护节点。主点防护节点被配置为从网络控制器接收第一定制Zigbee单播消息。第一定制Zigbee单播消息包括第一有效负载，该第一有效负载包括照明设备子集中的一个或多个照明设备的标识符和控制所述一个或多个照明设备的指令。第一有效负载中的所述一个或多个照明设备的标识符以第一顺序布置。网络控制器被配置为响应于接收到用于控制照明设备子集中的一个或多个照明设备的指令而传输第一定制Zigbee单播消息。此外，主点防护节点被配置为使用第一定制Zigbee单播消息的第一有效负载来生成第一InterPAN广播消息，并且将所述第一InterPAN广播消息广播到照明设备子集的一个或多个照明设备中在主点防护节点的无线电范围内的其余照明设备。选择所述一个或多个照明设备中的其余照明设备中的至少一个，以基于所述一个或多个照明设备中的其余照明设备中的至少一个的标识符在所述第一InterPAN广播消息的第一有效负载中的位置来重新广播所述第一InterPAN广播消息。

从以下描述和所附权利要求中，这些和其他方面、目的、特征和实施例将是显而易见的。

附图说明

当结合随附附图阅读时，参考某些示例实施例的以下描述，可以最好地理解本公开的前述和其他特征和各个方面，其中：

图1图示了根据本公开的示例实施例的用于无线网络中的节点子网的同步控制的示例操作系统；

图2A-2C（统称为“图2”）包括图示根据本公开的示例实施例的无线网络中节点子网的同步控制的示例方法的流程图；

图3图示了根据本公开的示例实施例的用于无线网络中的节点子网的同步控制的另一示例操作系统；和

图4A-4F（统称为“图4”）包括图示根据本公开的示例实施例的无线网络中节点子网的同步控制的另一示例方法的流程图。

附图仅图示了本公开的示例实施例，并且因此不被认为是对其范围的限制，因为本公开可以允许其他同等有效的实施例。附图中所示的元件和特征不一定是按比例的，而是强调清楚地说明示例实施例的原理。此外，某些尺寸或位置可能被放大，以帮助在视觉上传达这样的原理。

具体实施方式

本公开描述了允许对无线网络中的节点子网进行几乎同步控制的系统、装置和方法。本公开的系统、装置和方法最小化了与使用传统控制机制对无线网络中的节点子集进行控制相关联的拥塞、延时和/或无规律性（爆米花效应）。

在一个示例实施例中，用于无线网络中节点子网的同步控制的系统、装置和方法包括：（i）形成无线网络的多个节点，以及（ii）通信耦合到所述多个节点和控制设备的网络控制器。网络控制器作为网关进行操作，控制设备通过网关与所述多个节点通信并控制所述多个节点。网络控制器维护关于所述多个节点和属于要被同步控制的一个或多个组（区）的多个节点的子集的信息。在一个示例中，无线网络的多个节点包括照明设备。

在所述示例实施例中，在接收到用于控制属于一个组的多个节点的子集的请求时，网络控制器生成单播消息，并将其传输到该组中的节点中被分派为点防护节点的一个节点。在一个示例中，点防护节点可以由用户手动分派。在另一示例中，点防护节点由网络控制器随机或自动地分派。在任一情况下，在组中位于基本上中心或最中心的节点被分派为点防护节点。单播消息是包括有效负载的定制Zigbee单播消息，所述有效负载包括控制指令和组中需要根据控制指令做出动作的节点的一个或多个节点的标识符。当接收到单播消息时，点防护节点生成作为单跳广播消息的InterPAN广播消息，并将所述InterPAN广播消息传输/广播到该组中的节点中处于点防护节点的无线电范围内的其余节点中的一个或多个节点。InterPAN广播消息包括802.15.4标准的媒体访问控制层和物理层的报头，以及来自单播消息的有效负载。InterPAN广播消息没有Zigbee网络开销，这减轻了接收InterPAN广播消息的节点满足与Zigbee协议相关联的网络要求和规则的负担，从而最小化了延时和/或拥塞，并且促进了对组中的节点（该组是无线网络中多个节点的子集）进行几乎同步的控制。

如果节点的标识符存在于InterPAN广播消息的有效负载中并且与控制指令相关联，则组中处于点防护节点的无线电范围内并且接收InterPAN广播消息的节点根据控制指令做出动作。此外，从点防护节点接收InterPAN广播消息的节点的一个或多个节点可以基于所述一个或多个节点的标识符在InterPAN广播消息的有效负载中的位置来重新广播InterPAN广播消息。

在一些示例中，除了向该点防护节点（在下文中为“主点防护节点”）发送单播消息之外，网络控制器还向组中被分派为备份点防护节点的另一个节点发送另一个单播消息。除了到备份点防护节点的单播消息的有效负载中节点标识符的顺序不同于到主点防护节点的单播消息的有效负载中节点标识符的顺序之外，发送到备份点防护节点的单播消息基本上类似于发送到主点防护节点的单播消息。到主点防护节点和备份点防护节点的单播消息的有效负载中节点标识符顺序的差异创建了不同的重新广播节点集合，这进而增加了冗余并提高了整体效率。

如果主点防护被禁用或不可操作，则网络控制器停止与主点防护节点的所有通信，直到主点防护节点再次变得可操作，或者直到用户将组中的另一个节点分派为主点防护节点。在网络控制器等待主点防护节点再次变得可操作时或者直到用户将组中的另一个节点分派为主点防护节点时，网络控制器向组中的每个节点发送单播消息作为故障安全机制。

本文中使用的术语“子网”通常可以指代子网络，即无线网络的节点的子集，这些节点将被以几乎同步的方式进行控制。此外，本文中使用的术语“InterPAN广播消息”或“InterPAN消息”通常可以指代从无线个人区域网络中的一个节点发送到另一个节点或者从无线个人区域网络中的一个节点发送到另一个无线个人区域网络（例如，802.15.4网络）中的另一个节点的数据分组。在不脱离本公开的更广泛范围的情况下，InterPAN消息可以互换地称为Inter-PAN消息或个人区域网间消息。本文中描述的InterPAN广播消息可以包括IEEE 802.15.4网络的PHY和MAC层报头，但是没有比Zigbee层更高层的协议，例如网络层、应用层协议等等。

现在转向附图，将结合图1-4描述无线网络中节点子集的同步控制的示例实施例。将结合无线网络中节点子集的同步控制的示例实施例来描述图1和图2，将结合无线网络中节点子集的同步控制的另一示例实施例来描述图3和图4。

参考图1，系统100可以包括被配置成形成无线网络101（例如，无线网状网络）的多个节点104a-p。在图1中图示和本文中描述的示例实施例中，所述多个节点104a-p可以包括具有无线通信能力的照明设备（例如，无线通信无线电/收发器、处理器等）。然而，在其他示例实施例中，所述多个节点104a-p可以包括具有无线通信能力的任何其他合适的设备，诸如但不限于电子设备、窗户窗帘/帷幕控制器、传感器、移动计算设备等。尽管图1图示了某个数量的节点，但是本领域技术人员可以理解，在不脱离本公开的更宽范围的情况下，系统可以包括更多或更少的节点。

如图1中所图示的，多个节点104a-p可以被分类成两个区，例如区1 106和区2108。本文中使用的术语“区”通常可以指代要被一起控制的一组设备。一旦无线网络101被入网初始化，用户（或入网初始化员）就可以基于用户想要一起控制的节点和/或用户想要几乎同步成组地做出动作的节点来创建不同的区。在图1的示例实施例中，用户可以将多个节点的第一子集（例如，节点104a-g）分类到区1 106中，并将节点的第二子集（例如，节点104h-p）分类到区2 108中。尽管图1图示了多个节点104a-p被分类到两个区（106，108）中，但是本领域技术人员可以理解和领会，在其他示例实施例中，在不脱离本描述的更宽范围的情况下，所述多个节点104a-p可以被分类到更少或更多的区中。例如，如图3中所图示的，多个节点104a-p可以被分类到单个区（即，区306）中。下面将结合无线网络中节点子网的同步控制的另一个示例实施例进一步描述图3。

如图1中所图示的，除了被分类在不同的区106和108中的多个节点104a-p之外，系统100还可以包括作为中心网关操作的网络控制器102，通过网络控制器102，通信可以被传输到节点104a-p和/或被从节点104a-p传输。也就是说，用户命令或与节点的交互可以被网络控制器102接收并且被通过网络控制器102传输到节点。例如，如果用户打开开关来控制节点104a-g（例如，照明设备）的子集，则来自开关的信号由网络控制器102接收，并且然后被经由网络控制器102传输到节点104a-g。此外，网络控制器102可以被配置为通过使节点104a-p加入无线网络101来形成无线网络101。更进一步地，网络控制器102可以被配置为选择网络的安全模式、认证新节点、向新节点分发网络密钥等。另外，网络控制器102可以被配置为维护多个节点104a-p（例如，节点标识符列表）、不同区（106，108）以及每个节点104a-p属于哪个区的记录，即，节点104a-p与区（106，108）的关联。因此，节点104a-p不必知道它们所属的（多个）区，并且因此不必被通知所述内容。在一些示例实施例中，网络控制器102可以是类似于Zigbee协调器的设备，并且被配置为执行类似于Zigbee协调器的功能以及上述附加功能。

网络控制器102可以包括用于与节点104a-p进行无线通信的一个或多个无线电设备。在一个示例实施例中，无线电设备可以被配置用于使用IEEE 802.15.4标准进行无线通信。然而，在其他示例实施例中，在不脱离本公开的更宽范围的情况下，无线电设备可以被配置用于基于任何其他合适的无线通信标准进行无线通信。更进一步地，在一些示例实施例中，网络控制器102可以经由有线或无线通信链路与用户接口通信耦合。用户接口可以被配置为接收用户输入以控制所述多个节点104a-p中的一个或多个。在其他示例实施例中，代替用户输入或者除了用户输入之外，可以基于来自另外的（多个）设备的信号来控制节点104a-p，所述另外的（多个）设备诸如一个或多个占用传感器。因此，网络控制器102可以经由有线或无线通信链路与其他设备通信耦合。

下面将结合图2更详细地描述与无线网络101中节点子网的同步控制相关联的示例操作。将通过参照图1来描述图2。图2图示了与用于无线网络101中节点子网的同步控制的系统的操作相关联的流程图。尽管在图2中所图示的流程图中公开了具体的操作，但是这样的操作仅仅是非限制性示例。也就是说，本发明的实施例非常适合于执行流程图中叙述的各种其他操作或操作的变型。应当领会，图2中所图示的流程图中的操作可以以不同于所呈现的顺序来执行，并且不是流程图中的所有操作都可能被执行。

由图2中图示的流程图所描述的实施例的全部或一部分可以使用驻留在例如网络控制器102和/或节点104a-p的存储器或计算机可读介质中的计算机可读和计算机可执行指令来实现。如上所述，在一个实施例中，本公开的某些处理和操作被实现为驻留在计算机系统的计算机可读存储器或计算机可读介质中并由计算机系统的处理器执行的一系列指令（例如，软件程序）。当被执行时，所述指令使得计算机系统实现如下所述的本发明的功能。

参考图2，用于无线网络101中节点子网的同步控制的系统的操作开始于步骤201，并进行到步骤202，在步骤202中，网络控制器接收指令以控制一个区中的一个或多个节点，例如区1中的节点104a-g。在一个示例实施例中，可以基于由用户在移动计算设备上输入的命令，从移动计算设备上的移动应用（网络服务）接收指令。所述指令可以经由网络控制器102可以连接到的网络（诸如互联网、专用网络等）来从移动计算设备接收。在另一示例中，基于其他设备的状态变化，可以从其他设备（诸如占用传感器）接收指令。例如，当占用传感器检测到在由占用传感器监控的区域中存在占用者时，可以由占用传感器发出用于对区域中节点子网进行控制的指令。本领域的普通技术人员可以理解和领会到，在不脱离本公开的更宽范围的情况下，网络控制器可以从任何其他合适的设备或源（诸如墙壁开关等）接收用于控制节点子网的指令。此外，对节点104a-p的示例指令可以包括但不限于，给节点通电、给节点断电、改变节点的状态（调光）、切换到省电模式等。

响应于接收到指令，在步骤203中，网络控制器102选择区106中的节点104a-g之一作为其目的地候选，即网络控制器102与其通信的节点。例如，在图1的示例实施例中，被选择作为区1中的目的地候选的节点是节点104a。类似地，可以被选择作为区2中的目的地候选的节点是节点104h。被网络控制器102选择作为目的地候选的节点可以被称为点防护节点。可替代地，在一些示例实施例中，可以在接收用于控制区中的一个或多个节点的指令之前，选择或分派区的点防护节点。

注意，如图1中所示的区1中的点防护节点104a和区2中的点防护节点104h是示例，并且在其他示例中，在不脱离本公开的更宽范围的情况下，可以选取区内的任何其他合适的节点作为该区的点防护节点。由于区内的任何节点都可以被选取作为该区的点防护节点，所以系统100没有单点故障，因为网络控制器102可以在需要时切换点防护节点。

在一个示例实施例中，网络控制器102被配置为随机选取一个区内的任何节点作为该区的点防护节点。然而，在其他示例实施例中，网络控制器102可以被配置为基于适当的逻辑来选取点防护节点。网络控制器102所基于的示例逻辑可以包括但不限于，基于节点在区内的中心程度或者在其相邻节点中具有最高接收信号强度指示（RSSI）值的节点来选择点防护节点。也就是说，尽管区中的任何节点可以被选择或分派为点防护节点，但是优选地，网络控制器102可以被配置为选择或分派区中位于最中心的节点作为点防护节点。在一些示例实施例中，网络控制器102可以选取在其无线电范围114内具有最多的该区相邻节点的节点作为点防护节点。在其他示例实施例中，用户（或入网初始化员）可以使用被提供给用户以做出如下选择的机制来手动分派区中的节点之一（例如，位于中心的节点）作为该区的点防护节点。

在任一情况下，一旦选择了点防护节点，在步骤204，网络控制器就生成并向点防护节点104a传输单个定制Zigbee单播消息110。如果在接收到指令（控制指令）之前分派了点防护节点，则可以省略在接收到指令之后分派点防护节点的步骤203。定制Zigbee单播消息110的有效负载可以包括但不限于由网络控制器102接收的控制指令（例如，将灯调暗、开灯、关灯等）和应当根据控制指令做出动作的区（例如，区1 106）内所有节点的标识符列表。注意，并非区中的所有节点都需要根据控制指令做出动作。此外，在一些示例实施例中，在不脱离本公开的更宽范围的情况下，可以使用同一单播消息110向区的节点提供多个指令。例如，当在具有由节点104a-f表示的照明设备和由节点104g表示的窗户窗帘控制器的房间中进行投影仪演示时，用户可以指示照明设备和窗帘切换到演示模式。在所述示例中，照明设备节点中的一些，例如节点104e-f，可以在允许日光进入的窗口旁边。因此，在所述示例中，在单播消息中，节点104a-d的标识符可以与将灯调暗至30%的第一指令相关联，而节点104e-f的标识符可以与将灯关闭或调暗至10%的第二指令相关联，并且节点104g的标识符可以与关闭窗户上的窗帘的第三指令相关联。在所述示例中，在接收到将房间的节点104a-g切换到演示模式的指令时，网络控制器102可以被配置为辨别并生成将与不同节点相关联的三个不同指令，并将它们包括在单个定制单播消息110中。网络控制器102的存储器可以包括存储在其中的与演示模式相关联的指令。可替代地，将房间的节点104a-g切换到演示模式的指令可以在其自身内包括用于不同节点的三个指令。在又一示例中，代替在一个单播消息110中发送多个指令，可以针对每个指令发送单独的单播消息110。也就是说，在所述示例中，可以发送三个单播消息110，以用于将所述三个指令传达到该区的不同节点集合。

在步骤205-207中，点防护节点（例如，区1的节点104a）从网络控制器102接收单个定制Zigbee单播消息110，并且将单播消息110的接收确认发送回网络控制器102。在一些示例实施例中，可以省略操作206-207，即，可以没有对单播消息110的接收的确认。在一些示例实施例中，如果不能与所选择的点防护节点104a建立通信，或者如果网络控制器102没有接收到来自点防护节点的确认，或者如果点防护节点104a被禁用或者不可操作，则网络控制器102可以停止到点防护节点104a的所有通信，直到点防护节点104a再次变得可操作，或者用户手动选择/分派该区中的另一个节点作为点防护节点。在一些示例实施例中，代替手动选择或分派，如果点防护节点104a（即，最初分派的点防护节点）被禁用或不可操作，则网络控制器102自动选择或分派该区中的另一个节点作为新的点防护节点来传输单播消息110。

直到该区的新的点防护节点被分派或者直到初始点防护节点104a变得可操作，网络控制器102可以被配置为向该区（例如，区1 106）中的每个节点（例如，节点104a-f）传输单播消息作为故障安全机制。

如果点防护节点104a是可操作的，则响应于接收到单播消息110，在步骤208中，点防护节点104a从单播消息110中剥离有效负载，并生成具有单播消息110的有效负载的InterPAN广播消息112。InterPAN广播消息112是没有Zigbee网络开销的消息。也就是说，InterPAN广播消息112仅使用802.15.4标准的媒体访问控制（MAC）和物理（PHY）层报头，而没有由Zigbee标准专门定义或者针对Zigbee标准定义的更高的开放系统互连（OSI）层（例如网络层、应用层等）的任何协议/规范。本领域技术人员理解并领会到，Zigbee标准通过建立在802.15.4标准定义的PHY层和MAC层上，定义了系统的更高的层。由于InterPAN广播消息112仅使用802.15.4标准的MAC和PHY层报头，并且没有Zigbee网络开销，因此InterPAN广播消息不受制于任何Zigbee网络规则/限制。

一旦生成了InterPAN广播消息，在步骤209中，点防护节点104a就被配置为使用区106中所有节点104a-g已知的网络密钥来加密InterPAN广播消息112。在一个示例实施例中，InterPAN广播消息112由在Zigbee中使用的相同网络密钥来保护，因此不增加附加的安全开销。加密可以是AES加密，然而，在其他示例实施例中，在不脱离本公开的更宽范围的情况下，可以使用任何其他适当的加密来保护InterPAN广播消息112。加密为无线网络101提供了安全性，并且无线网络101不容易遭受由任何（多个）非法设备引入的恶意消息的影响。

在步骤210中，点防护节点104a将加密的InterPAN广播消息112作为单跳广播消息进行广播，因为InterPAN广播消息不属于Zigbee规范。因此，只有在发射机节点的无线电范围内的节点104b-g（即，点防护节点104a）才会听到/接收到InterPAN广播消息112。换句话说，在步骤211中，点防护节点104a的无线电范围114内的所有节点104b-g可以接收InterPAN广播消息112。

作为响应，在步骤212中，接收到InterPAN广播消息112的节点104b-g可以使用网络密钥解密加密的InterPAN广播消息112。如果加密的InterPAN广播消息112不能被解密，或者如果节点确定InterPAN广播消息112已经被破坏（由恶意发射机发送），则广播消息112可以被丢弃。然而，如果广播消息112被解密，则在步骤213-216中，节点104b-g可以快速解析广播消息112的有效负载，以确定节点的标识符是否存在于有效负载中。如果该节点的标识符存在于有效负载中，则相应的节点可以处理该有效负载以确定与该节点的标识符相关联的控制指令。这确保了只有属于相关区域的相关设备才会根据消息做出动作。响应于确定与节点的标识符相关联的控制指令，相应的节点可以根据控制指令做出动作，并且按照控制指令中的指示改变节点的状态。

在如图1所图示的一些示例实施例中，区106的所有其余节点104b-g可以位于区106的点防护节点104a的无线电范围114内。然而，在其他示例实施例中，区（例如，区2 108）的所有其余节点104h-p不位于区2 108的点防护节点104h的无线电范围114内。在区2中，所述节点中的一些（例如节点104n-p）可以位于区108的点防护节点104h的无线电范围114之外。在区2 108的示例实施例中，可以选择在点防护节点104h的无线电范围114中并且从点防护节点104h接收InterPAN广播消息112的特定数量的节点104i-m来将InterPAN广播消息112重新广播一次，使得在点防护节点104h的无线电范围114之外的其余节点104n-p也接收到InterPAN广播消息112。冗余和可靠性是通过重新广播实现的。

由于InterPAN广播消息112不属于Zigbee规范，并且没有Zigbee网络开销，所以接收InterPAN广播消息112的所有节点不需要重新广播InterPAN广播消息112。相反，只有少数所选择的节点必须在所选择的场景中重新广播，并且不是在所有时间都重新广播。在一个示例中，基于有效负载中列表的大小，接收节点104b-g或104i-m检查它们在有效负载中的节点标识符列表中的位置。将选取有效负载中某些位置（例如第10、15和30位置）上的节点以用于重新广播。所有节点都被预编程为基于有效负载列表的大小知道它们在接收到的有效负载列表中的位置。在一些示例实施例中，网络控制器102可以在区内选取多于一个的点防护节点，而不是重新广播。可以基于802.15.4 InterPAN广播消息和/或单播消息的有效负载大小的限制来确定在点防护节点控制下的节点数量。

由于InterPAN广播消息绕过了标准的Zigbee协议，并且没有Zigbee层的开销，所以接收节点不必进行任何关于是否遵循Zigbee规则的Zigbee检查，这进而减少了无线网络101中的延时，并且使得无线网络101比在遵循标准的Zigbee通信协议时更加鲁棒。也就是说，本公开的系统100在网络的延时和鲁棒性方面较之现有的无线网络（例如，无线网状网络）有所改进。此外，减少的延时允许几乎同步控制无线网络101中的节点子网，这将极大地改善视觉反馈（例如，当节点是照明设备时）并增强用户体验。也就是说，当所有节点同步接收广播时，实现了几乎同步的控制。此外，InterPAN广播消息112上的开销显著地比Zigbee消息更少，因此即使进行重新广播，在时间上也非常接近于原始广播。此外，在本公开的系统100中，无线网络101的节点104a-p不需要记住它们的配置，因为它们的配置作为有效负载的一部分被包括，并且可以根据用户的选择在任何点改变。

转向图3-4，无线网络中节点子网的同步控制的另一示例实施例将在以下段落中详细描述。参考图3，系统300可以包括被配置成形成无线网络301（例如，无线网状网络）的多个节点304a-p。系统300可以进一步包括网络控制器302，该网络控制器302通信地耦合到多个无线节点304a-p，并且被配置为作为中心网关来操作，通过该中心网关，可以向和/或从节点304a-p传输通信。图3-4的多个节点304a-p和网络控制器302可以基本上类似于上面结合图1-2详细描述的图1-2的多个节点104a-p和网络控制器102。因此，为了简洁起见，本文中将仅描述图3-4的多个节点304a-p和网络控制器302与图1-2的多个节点104a-p和网络控制器102之间的布置、结构和/或功能的差异。

如图3中所图示的，所述多个节点304a-p可以被分派到单个区，例如区306。将无线网络101的节点304a-p入网初始化的用户或入网初始化员可以基于用户想要一起控制的节点和/或用户想要几乎同步成组地做出动作的节点，将节点304a-p分派到区中。因此，尽管图3图示了多个节点304a-p属于单个区（即区306），但是本领域技术人员可以理解和领会，所述多个节点304a-p可以如用户或入网初始化员的想要的那样被分类到任意数量的区中。

此外，如图3中所图示的，区306中的多个节点304a-p中的两个可以被分派为点防护节点（304a和304h）。所述点防护节点中的一个，例如节点304a，可以被分派为主点防护节点，而另一个点防护节点，例如节点304h，可以被分派为备用点防护节点。在同一区（例如，区306）内分派两个点防护节点（例如，节点304a和304h）而不是仅分派一个点防护节点可以导致网络可靠性和网络中冗余的增加。如上面结合图1-2所描述的，点防护节点（304a，304h）可以由用户手动分派，或者由网络控制器302自动分派。网络控制器302可以基于通信信号参数——例如与该区的节点相关联的接收信号强度指示符（RSSI）——来分派点防护节点。在任一情况下，区306的位于区306内最中心的节点或者在其无线电范围内具有最多数量的相邻节点的节点可以被选取为点防护节点，例如节点306a和306h。

下面将根据需要参考图3结合图4更详细地描述与系统300相关联的用于同步控制无线网络中的节点子网的示例方法。图4图示了与用于同步控制无线网络301中的节点子网的系统300的操作相关联的流程图。尽管在图4中图示的流程图中公开了具体的操作，但是这些操作仅仅是非限制性的示例。也就是说，本发明的实施例非常适合于执行流程图中叙述的各种其他操作或操作的变型。应当领会，图4中所图示的流程图中的操作可以以与所呈现的顺序不同的顺序来执行，并且并非流程图中的所有操作都可能被执行。

由图4中所图示的流程图所描述的实施例的全部或一部分可以使用驻留在例如网络控制器302和/或节点304a-p的存储器或计算机可读介质中的计算机可读和计算机可执行指令来实现。如上所述，在一个实施例中，本公开的某些处理和操作被实现为驻留在计算机系统的计算机可读存储器中并由计算机系统的处理器执行的一系列指令（例如，软件程序）。当被执行时，所述指令使得计算机系统实现如下所述的本发明的功能。

转到图4，用于同步控制无线网络301中的节点子网的系统300的操作开始于步骤401，并进行到步骤403，在步骤403中，网络控制器302接收控制指令（例如，将灯调暗、开灯、关灯等）以控制区中的一个或多个节点，例如区306中的节点304a-p中的一个或多个节点。假设已经分派了主点防护节点和备份点防护节点（304a，304h），则在接收到控制指令时，在步骤404中，网络控制器302可以生成并向区306的主点防护节点304a传输第一定制Zigbee单播消息110a，以及生成并向区306的备份点防护节点304h传输第二定制Zigbee单播消息110b。在一个示例中，到主点防护节点304a的第一定制Zigbee单播消息110a和到备份点防护节点304h的第二定制Zigbee单播消息110b可以被几乎同步传输。然而，在另一示例中，第一定制Zigbee单播消息110a和第二定制Zigbee单播消息110b可以被顺序地传输，其中第一定制Zigbee单播消息110a在将第二定制Zigbee单播消息110b传输到备份点防护节点304h之前被传输到主点防护节点304a。

第一定制Zigbee单播消息110a可以包括但不限于第一有效负载，该第一有效负载包括由网络控制器302接收的控制指令和要基于该控制指令被控制的区306的一个或多个节点304的标识符。在第一定制Zigbee单播消息110a的第一有效负载中，要基于控制指令被控制的所述一个或多个节点304的标识符可以被以第一顺序列出或布置。

第二定制Zigbee单播消息110b可以包括但不限于第二有效负载。第二有效负载可以基本上类似于第一有效负载，除了在第二定制Zigbee单播消息110b的第二有效负载中的内容，要基于控制指令被控制的区306的一个或多个节点304的标识符可以被以不同于第一顺序的第二顺序列出或布置。

注意，从网络控制器302到点防护节点（304a，304h）的定制Zigbee单播消息（110a，110b）的有效负载可以包括一个或多个控制指令，如上面在图1-2中所描述的。此外，如上结合图1-2所描述的，要基于控制指令被控制的一个或多个节点304的标识符可以与控制指令相关联（例如，链接、映射）。例如，如果节点304a-c要根据控制指令_1做出动作，并且节点d-g要根据控制指令_2做出动作，则节点a-c的标识符可以与控制指令_1相关联，并且节点d-g的标识符可以与控制指令_2相关联。

在步骤405-407中，主点防护节点和备份点防护节点（304a，304h）可以分别接收第一定制Zigbee单播消息和第二定制Zigbee单播消息（110a，110b），并且将对单播消息（110a，110b）的接收确认发送回网络控制器302。然而，如果主点防护节点304a被禁用或不可操作，则网络控制器302可以停止到主点防护节点304a和备份点防护节点304b的所有通信，直到主点防护节点304a再次变得可操作，或者用户手动选择/分派该区中的另一个节点作为新的主点防护节点。在一些示例实施例中，代替手动选择或分派，如果主点防护节点304a不可操作，则网络控制器302自动选择或分派该区中的另一个节点作为新的主点防护节点，以传输定制Zigbee单播消息110a。直到该区的新的主点防护节点被分派或者直到初始主点防护节点304a变得可操作，网络控制器302可以被配置为向区306中的每个节点（例如，节点304a-p）传输单播消息，作为故障安全机制和用于冗余目的。

在一些示例实施例中，当主点防护节点304a不可操作时，网络控制器302可以被配置为自动将备份点防护节点304h（假设备份点防护节点304h可操作）重新分派为临时主点防护节点，而不是停止到主点防护节点和备份点防护节点（304a，304h）的所有通信。在所述示例实施例中，网络控制器302可以通过临时主点防护节点304h恢复操作，直到最初分派的主点防护节点304a变得可操作或者用户在该区中分派新的主点防护节点。当最初分派的主点防护节点304a再次变得可操作或者用户在区306中选择新的主点防护节点时，网络控制器302可以将临时主点防护节点304h重新分派为备份点防护节点。

在一个示例中，为了冗余，一旦备份点防护节点304h被重新分派为临时主点防护节点，网络控制器302或用户就可以将区306中的下一个位于最中心的节点（除了不可操作节点304a和新的主点防护节点304h）分派为临时作为新的备份点防护节点操作，直到最初分派的主点防护节点304a再次变得可操作，或者用户在区306中选择新的主点防护节点。可替代地，为了冗余，除了将备份点防护节点304h重新分派为临时主点防护节点之外，网络控制器302还可以向区306中的所有节点304a-p发送单播消息作为故障安全机制，即，直到最初分派的点防护节点304a变得可操作或者用户在区306中分派新的主点防护节点或者直到已经过去预定的时间长度。

如果已经过去预定的时间长度，并且没有发生任何动作，即，最初分派的主要点防护节点304a仍然不可操作，并且用户还没有为区306选择新的主点防护节点，则网络控制器302可以被配置为生成警报并将其传输到与用户相关联的计算设备。该警报可以被配置为通知用户该区中的点防护节点的状态，并请求/提示用户采取适当的行动（例如，分派新的主点防护节点）。在一些示例中，如果已经过去预定的时间长度，假设备份点防护节点304h是可操作的，则网络控制器302可以自动将备份点防护节点304h确定为主点防护节点。

响应于接收到第一定制Zigbee单播消息110a，主点防护节点304a可以被配置为执行操作410-420，操作410-420基本上类似于图2的操作208-218。因此，为了简洁起见，下面将仅更详细地描述图4的操作410-420和图2的操作208-218之间的差异。

如图4中所图示的，在操作410中，响应于接收到第一定制Zigbee单播消息110a，主点防护节点304a从第一客户Zigbee单播消息110a（下文中称为“第一单播消息110a”）中剥离第一有效负载，并生成具有第一单播消息110a的第一有效负载的第一InterPAN广播消息112a。然后，在操作411-412中，主点防护节点304a加密第一InterPAN广播消息112a，并将加密的第一InterPAN广播消息112a作为单跳广播消息传输到主点防护节点304a的无线电范围314a中的所有节点，例如节点304b-g、304h-i和304k。在一些示例实施例中，如图3中所图示的，主点防护节点304a的无线电范围314a中的所有节点可以包括备份点防护节点304h。在其他示例实施例中，该区的备份点防护节点可能不在该区的主点防护节点的无线电范围内。

在任一情况下，在操作413-415中，主点防护节点304a的无线电范围314a中的接收第一InterPAN广播消息112a的节点304b-g、304h-i和304k可以解密加密的第一InterPAN广播消息112a，并解析第一InterPAN广播消息112a的第一有效负载，以确定所述节点的标识符是否存在于第一有效负载中。在操作416-418中，如果节点的标识符存在于第一有效负载中，则相应的节点可以处理第一有效负载以确定与该节点的标识符相关联的控制指令，并根据控制指令做出动作以改变控制指令中指示的节点的状态。

此外，在一些场景中（例如，当区中的所有节点不在点防护节点的无线电范围内时），与图2的操作217类似地，在操作419中，在主点防护节点的无线电范围314a中的接收第一InterPAN广播消息112a的节点304b-g、304h-i和304k的一个或多个节点可以被配置为基于与所述一个或多个节点相关联的标识符在第一InterPAN广播消息112a的第一有效负载中的位置，来将第一InterPAN广播消息112a重新广播一次。如上所述，第一有效负载包括要基于控制指令被控制的节点的标识符列表，其中该列表以第一顺序布置。

返回到操作406和408，响应于接收到第二定制Zigbee单播消息110b（下文中称为“第二单播消息110b”）以及向网络控制器302传输确认，在操作421中，备份点防护节点304h可以从第二单播消息110b中剥离第二有效负载，并生成具有第二单播消息110b的第二有效负载的第二InterPAN广播消息112b。然后，在操作422-423中，备份点防护节点304h加密第二InterPAN广播消息112b，并将加密的第二InterPAN广播消息112b作为单跳广播消息传输到备份点防护节点304h的无线电范围314b中的所有节点，例如节点304a-d和304i-n。

在一些示例实施例中，如图3中所图示的，区306的一个或多个节点，例如304b-d、304i-k和304m-n可以在主点防护节点304a和备用点防护节点304h的无线电范围（314a、314b）内。在其他示例实施例中，主点防护节点304a和备份点防护节点304h可以在主点防护节点304a和备份点防护节点304h的无线电范围（314a，314b）内不具有任何公共节点。此外，在一些示例中，主点防护节点可以在或不在备用点防护节点的无线电范围内。

在接收到加密的第二InterPAN广播消息112b时，在操作424-426中，备份点防护节点304h的无线电范围314b中接收到第二InterPAN广播消息112b的节点304a-d和304i-n可以解密加密的第二InterPAN广播消息112b，并解析第二InterPAN广播消息112b的第二有效负载，以确定所述节点的标识符是否存在于第二有效负载中。在操作427-428中，如果节点的标识符存在于第二有效负载中，则相应的节点可以处理第二有效负载以检索和确定与所述节点的标识符相关联的控制指令。

此外，在操作429中，其标识符存在于第二有效负载中的节点可以确定第二有效负载中的控制指令是否类似于所述节点从第一InterPAN广播消息112a的第一有效负载接收的控制指令，和/或所述节点的状态是否已经基于来自第一InterPAN广播消息112a的第一有效负载的类似命令指令而改变。如果从第二有效负载接收的控制指令与从第一有效负载接收的控制指令相同，并且节点的状态已经根据由第二有效负载中的控制指令所要求的那样被改变，则节点可以忽略控制指令并前进到操作431。然而，如果从第二有效负载接收的控制指令与来自第一有效负载的控制指令不同，和/或节点的状态已经根据由第二有效负载中的控制指令所要求的那样被改变，则在操作430中，其标识符存在于第二有效负载中的节点可以根据控制指令做出动作，以根据由第二有效负载中的控制指令所指示的那样改变节点的状态。

此外，在一些场景中（例如，当区中的所有节点不在点防护节点的无线电范围内时），与操作419类似地，在操作431中，在备份点防护节点304h的无线电范围314b中的接收第二InterPAN广播消息112b的节点304a-d和304i-n中的一个或多个节点可以被配置为将第二InterPAN广播消息112b重新广播一次。备份点防护节点304h的无线电范围314b中的节点304a-d和304i-n的一个或多个节点可以基于与所述一个或多个节点相关联的标识符在第二InterPAN广播消息112b的第二有效负载中的位置来选择，以用于重新广播。如上所述，第二有效负载包括要基于控制指令被控制的节点的标识符列表，其中该列表以第二顺序布置。

由于第一InterPAN广播消息112a的第一有效负载中的标识符的第一顺序不同于第二InterPAN广播消息112的第二有效负载中的标识符的第二顺序，所以被配置用于基于来自主点防护节点304a的第一InterPAN广播消息112a进行重新广播的区的节点可以不同于被配置用于基于来自备份点防护节点304h的第二InterPAN广播消息112b进行重新广播的区的节点。由主点防护节点304a的第一InterPAN广播消息112a和备份点防护节点304h的第二InterPAN广播消息112b产生的不同重新广播节点集合增加了冗余和可靠性。

如在上面结合图1-2所述的，第一InterPAN广播消息112a和第二InterPAN广播消息112b是没有Zigbee网络开销的消息。也就是说，InterPAN广播消息（112a，112b）仅使用802.15.4标准的媒体访问控制（MAC）和物理（PHY）层报头，而不使用由Zigbee标准专门定义或针对Zigbee标准定义的更高的开放系统互连（OSI）层（例如网络层、应用层等）的任何协议/规范。

尽管已经参考具体的示例实施例描述了本实施例，但是很明显，在不脱离各种实施例的更宽的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和改变。例如，本文描述的各种设备和模块可以使用硬件电路（例如，基于CMOS的逻辑电路）、固件、软件或硬件、固件和软件的任何组合（例如，体现在机器可读介质中）来启用和操作。例如，各种电气结构和方法可以使用晶体管、逻辑门和电路（例如，专用集成（ASIC）电路和/或数字信号处理器（DSP）电路）来体现。

本文中使用的术语“发明”、“所述发明”、“该发明”和“本发明”旨在广义地指代所有公开的主题和教导，包含这些术语的叙述不应被误解为限制在本文中教导的主题或限制权利要求的含义或范围。根据示例性实施例的描述，其中示出的元件的等同物对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且构造本发明的其他实施例的方式对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限制。

此外，应当领会，本文中公开的各种操作、处理和方法可以体现在与数据处理系统（例如，计算机系统）兼容的机器可读介质和/或机器可访问介质中，并且可以以任何顺序（例如，包括使用用于实现各种操作的装置）执行。因此，说明书和附图被认为是说明性的，而不是限制性的。

Claims (15)

1. 一种系统，包括：

网络控制器；和

多个节点，其被配置在无线网状网络中并且被通信地耦合到所述网络控制器，其中所述多个节点的节点子集中的节点被分派为点防护节点，并且其中所述点防护节点被配置为：

从所述网络控制器接收定制Zigbee单播消息，所述定制Zigbee单播消息包括有效负载和控制命令，所述有效负载包括所述节点子集中的一个或多个节点的标识符，所述控制命令用于所述一个或多个节点，

其中所述网络控制器被配置为响应于接收到用于控制所述节点子集中的所述一个或多个节点的指令而传输所述定制Zigbee单播消息，并且其中所述控制命令与所述指令相关联；

使用所述定制Zigbee单播消息的有效负载生成InterPAN广播消息；

加密所述InterPAN广播消息以创建加密的InterPAN广播消息；和

将所述加密的InterPAN广播消息广播到所述节点子集中的所述一个或多个节点中处于所述点防护节点的无线电范围内的其余节点。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，使用对于所述多个节点中的每一个节点而言已知的网络密钥来加密所述InterPAN广播消息。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述网络控制器从所述节点子集随机分派节点作为所述点防护节点。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述点防护节点被配置为将所述加密的InterPAN广播消息作为单跳广播消息进行广播。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述网络控制器将来自所述节点子集的具有最高接收信号强度指示（RSSI）值的节点分派为所述点防护节点。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述节点由终端用户手动分派为所述点防护节点。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述InterPAN广播消息包括802.15.4标准的媒体访问控制层和物理层的报头，并且没有Zigbee网络开销。

8. 根据权利要求1所述的系统，

其中所述一个或多个节点中的所述其余节点被配置为接收和解密所述InterPAN广播消息，并且

其中响应于解密所述加密的InterPAN广播消息，如果所述一个或多个节点的标识符存在于所述InterPAN广播消息的有效负载中的标识符之中，则所述一个或多个节点中的所述其余节点根据与所述一个或多个节点中的所述其余节点相关联的控制命令做出动作。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，基于所述一个或多个节点中的所述其余节点中的至少一个节点的标识符在所述InterPAN广播消息的有效负载中的位置，来选择所述一个或多个节点中的所述其余节点中的至少一个节点来重新广播所述InterPAN广播消息。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个节点包括照明设备，所述照明设备包括无线通信模块。

11.一种存储在网络控制器中的计算机可读介质，所述网络控制器通信地耦合到形成无线网状网络的多个节点，所述计算机可读介质包括指令，所述指令在被网络控制器系统的处理器执行时，使得所述网络控制器执行一种方法，所述方法包括：

接收用于控制所述多个节点的节点子集中的一个或多个节点的指令；和

响应于接收到所述指令，向所述节点子集的节点传输定制Zigbee单播消息，所述定制Zigbee单播消息包括有效负载，所述有效负载包括与所述节点子集中的所述一个或多个节点相关联的指令和标识符，所述一个或多个节点要基于所述指令被控制，

其中所述节点子集中的所述节点被分派为点防护节点，所述点防护节点被配置为使用所述定制Zigbee单播消息的有效负载来生成InterPAN广播消息，并且将所述InterPAN广播消息作为单跳广播消息广播给所述节点子集中的所述一个或多个节点中处于所述点防护节点的无线电范围内的其余节点。

12.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中所述网络控制器通信地耦合到节点控制设备，并且其中所述网络控制器被配置为从所述节点控制设备接收所述指令。

13.根据权利要求12所述的计算机可读介质，其中所述节点控制设备包括控制开关和传感器中的至少一个，并且其中所述传感器包括占用传感器。

14.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中所述多个节点包括照明设备。

15.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中所述网络控制器被配置为分派所述点防护节点，并且其中，被分派为所述点防护节点的节点是所述节点子集中位于中心的节点。

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