CN114467318A - 用于针对ad-hoc数据需要来控制临时网关的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可以成为某些应用——例如在需要跳跃的区域（例如在家里）中到（多个）区域的娱乐流——的瓶颈的Zigbee或其他多跳网络。通过本地利用正好存在于大流量数据的区域中的临时网关（50），可以提高跨网络的整体性能。使用这个临时网关（50），（部分）数据可以直接路由到目的地/源节点（10，40）或者从目的地/源节点（10，40）直接路由，从而释放网络剩余部分中的能力。

Description

用于针对AD-HOC数据需要来控制临时网关的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种连接的设备系统——例如连接的照明或自动化系统——其适于在多个设备之间形成带宽受限的无线网状网络。本发明还涉及一种在连接的设备系统中使用的连接设备（例如，家庭自动化、或者照明控制桥接器或网关），以及涉及一种用于控制连接的设备系统之上的传送的控制方法。

背景技术

在连接的照明系统中，多个照明设备可以经由无线网络连接到控制器设备（诸如桥接器设备）。照明设备——其通常可以包括发光二极管（LED）——的光输出可以经由控制器设备无线控制，例如关于它们的色调、饱和度和/或亮度。为此，可以连接到控制器设备的智能手机可以执行软件应用程序（例如，app），以便经由控制器设备无线控制照明设备。

在许多情况下，这种连接的照明系统基于带宽受限的无线网状网络（诸如基于IEEE 802.15.4的Zigbee网络）。这种网络一般被设计成仅承载较小量的数据。

（无线）照明自动化和控制系统在消费者和专业空间两者中变得更加流行。这种系统的集中式应用程序架构适合最初的用例，但对于一些新的用例来说可以成为瓶颈。

WO2018228883 A1涉及一种通过在无线多跳网络（例如ZigBee网状网络）上中继无线单跳网络的消息来扩展无线单跳网络（例如BLE网络）的覆盖范围的方法，其受益于无线组合设备的组合单跳/多跳（例如BLE/ZigBee）能力，该无线组合设备可以在两个无线网络之间无缝桥接。

WO2019048278 A1涉及通过使用点对点连接来控制多跳网络中组合网络设备的入网初始化。

发明内容

本发明的目的是改善连接的设备系统中具体用例的吞吐量和/或等待时间。

这个目的通过如权利要求1所述的装置、如权利要求14所述的网络设备、如权利要求15所述的网络系统、如权利要求16所述的方法、以及如权利要求17所述的计算机程序产品来实现。

因此，多跳网络中连接设备（例如，桥接器、网关、集线器、路由器、桥路器、中继器、交换机等）和至少一个目标设备之间的连接或者直接到至少一个目标设备的连接的设置通过以下来控制：检测至少一个临时网关的可用性，该至少一个临时网关能够利用单跳连接连接到至少一个目标设备或者连接到提供对至少一个目标设备访问的代理设备；以及根据至少一个网络或设备相关的参数，决定是经由至少一个临时网关中所选择的一个临时网关建立到至少一个目标设备或到代理设备的旁路连接，还是通过多跳网络建立到至少一个目标设备或代理设备的连接。在网络设备上提供附加接口（例如用于多跳连接（例如Zigbee、Wi-Fi等）和单跳连接（例如BLE等）的组合设备）或使用为娱乐或具有更高数据速率的对应服务开发的技术被用来实现更低的等待时间（更好的同步）和/或多跳网络的更低占用。所提议的经由以太网/Wi-Fi/LTE/5G和/或BLE和/或其他网络技术的旁路连接的使用提供了经由多跳网络发送较少消息或者仅在较短距离之上发送的优点。

根据第一选项，具有单跳和多跳连接的组合设备可以被激活为位于至少一个目标设备附近的代理设备，用于帮助连接到至少一个目标设备。因此，具有单跳连接的接口可以靠近至少一个目标设备而建立，从而减少多跳网络的等待时间和/或负载。

根据可以与第一选项相组合的第二选项，可以经由以太网或Wi-Fi或Thread或BLE连接来控制所选择的临时网关。这种类型的连接通常在连接设备（诸如桥接器设备等）处可用，使得可以建立所提出的旁路连接，而不对连接设备进行实质性的重新配置。

根据可以与第一或第二选项相组合的第三选项，可以控制所选择的临时网关以接管代理设备的功能，并且向至少一个目标设备发送单跳消息和/或从至少一个目标设备接收单跳消息。这个选项提供了一个简单的解决方案，以在很少的重新配置工作量的情况下建立旁路连接。在具体示例中，可以控制所选择的临时网关以将从连接设备接收的命令打包在广播或单播消息中，以用作单跳消息。

根据可以与第一至第三选项中的任何一个相组合的第四选项，至少一个目标设备的角色可以被改变为变成多跳网络的终端设备或者在旁路连接的会话期间启用单跳连接。由此，可以以有效的方式建立从所选择的临时网关到至少一个目标设备的单跳连接。

根据可以与第一至第四选项中的任何一个相组合的第五选项，所选择的临时网关和至少一个目标设备，或者所选择的临时网关、代理设备和至少一个目标设备可以例如由网关设备指令使用旁路连接并经由所选择的临时网关发送消息。因此，可以快速实现旁路连接的建立，而不需要所选择的临时网关和目标设备之间的准备信令。

根据可以与第一至第五选项中的任何一个相组合的第六选项，可以基于在装置处从代理设备接收的信息来检测至少一个临时网关的可用性，以停止通过多跳网络发送单播消息。这提供了检测临时网关的简单方式。

根据可以与第一至第六选项中的任何一个组合的第七选项，可以基于经由临时网关已经观察到的代理信标、由临时网关的用户已经执行的控制动作、临时网关以及至少一个目标设备或代理设备之间的接近度检测的结果、或者明确的用户指示中的至少一个来检测至少一个临时网关的可用性。因此，临时网关的检测不需要连接设备以及临时网关或其他网络设备之间的任何具体的双向信令。

根据可以与第一至第七选项中的任何一个相组合的第八选项，第一蜂窝设备（例如，智能手机或IoT设备）可以被选择作为所选择的临时网关，并且可以使用第二蜂窝设备（例如，智能手机或IoT设备）来建立旁路连接。这提供了快速蜂窝通信信道可以用作旁路连接的一部分的优点。

根据可以与第一至第八选项中的任何一个相组合的第九选项，关于使用旁路连接的决定可以根据以下中的至少一个来做出：多跳网络的网络负载、多跳网络在至少一个目标设备处的本地繁忙度、在包括至少一个目标设备的集群中不支持所需特征的网络设备的数量、预期在单位时间内发送的消息的数量、消息的长度、在代理设备的一跳范围内的目标设备的数量、在连接设备的一跳范围内的目标设备的数量、从连接设备到至少一个目标设备或代理设备的跳数、或者要通过要建立的连接发送的消息的重要性。因此，可以确保旁路连接的选择减少了等待时间和/或提高了多跳网络的吞吐量。

根据可以与第一至第九选项中的任何一个相组合的第十选项，语音控制设备（例如，诸如Google Home或Amazon Alexa的语音助理）或网状路由器（例如，WiFi网状路由器）可以被选择作为所选择的临时网关，并且被通知关于至少一个目标设备以及如何控制至少一个目标设备的技术细节。这提供了语音系统可以用于直接控制照明系统的灯具设备的优点。

根据可以与第一到第十选项中的任何一个相组合的第十一选项，多跳网络的代理设备可以被选择作为所选择的临时网关，其中用于至少一个目标设备的控制命令在单个单播消息中被打包并被发送到代理设备，并且其中代理设备被控制以经由单跳传送将单播消息传播到至少一个目标设备。因此，通过首先在单个单播消息中携带多个控制命令并然后在单跳传送中将控制命令转发到目标设备，经由多跳网络的连接可以被用作更有效的旁路连接。

可以在连接设备处或其他网络设备（例如，潜在的临时网关、目标设备、代理设备或另一网络设备）处进行关于临时网关的检测和/或决定。也就是说，可以在连接设备处、临时网关处、目标设备处、代理设备处、或多跳网络的另一网络设备处提供该装置。注意，上述装置可以基于具有分立硬件组件的分立硬件电路、集成芯片、或芯片模块的布置来实施，或者基于由存储在存储器中、写在计算机可读介质上、或从网络（诸如互联网）下载的软件例程或程序控制的信号处理设备或芯片来实施。

应当理解，权利要求1的装置、权利要求14的网络设备、权利要求15的网络系统、权利要求16的方法和权利要求17的计算机程序产品可以具有类似和/或相同的优选实施例，特别是如从属权利要求中所限定的。

应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或上述实施例与相应独立权利要求的任何组合。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是清楚的并得到阐述。

附图说明

在下列附图中：

图1示出了结合各种实施例使用的多跳照明网络的示意性架构；

图2示出了根据第一实施例的具有临时网关的多跳照明网络的示意性架构；

图3示出了根据第二实施例的其中临时网关作为代理的多跳照明网络的示意性架构；

图4示出了根据各种实施例的连接设备的示意性框图；

图5示出了根据各种实施例的网关控制过程的流程图；

图6示出了根据第三实施例的其中语音控制系统作为临时网关的多跳照明网络的示意性架构；以及

图7示出了根据第四实施例的其中代理设备作为临时网关的多跳照明网络的示意性架构。

具体实施方式

现在基于作为多跳技术网络示例的Zigbee网络来描述本发明的实施例。此外，在一些实施例中，蓝牙低能量（BLE）连接被用作基于单跳技术的点对点连接的示例。根据各种实施例，可以通过利用从“真实”网关到临时“短暂”网关的旁路连接来提高具体用例（例如娱乐流）的数据吞吐量（和/或等待时间），该临时“短暂”网关连接到与真实网关相同的无线网络的另一个节点。

在本发明的各种实施例中，BLE和Zigbee组合的无线电被用作提供改进的吞吐量和/或等待时间的示例。然而，本发明同样适用于单跳技术（例如，BLE、红外（IR）、近场通信（NFC）、无线局域通信（Wi-Fi）、蜂窝通信（例如，5G）、超宽带（UWB）技术等）与多跳技术（例如Zigbee、Thread、蓝牙网格、Wi-Fi网格、无线HART、智能RF、CityTouch、IP500、和任何其他基于网格或树的技术）的任何其他组合。

图1示出了多跳Zigbee照明网络的示意性架构，其中连接设备（B）20（诸如桥接器或网关或集线器或交换机或路由器或桥路器等）经由各种灯具设备（L）30上的单播跳跃链路连接到代理设备44，该代理设备44也可以是灯具设备并且被配置为提供对集群的其他灯具设备40的访问。

连接的照明系统可以包括至少一个智能灯具设备（例如灯泡）40和连接设备20，该连接设备20例如用作Zigbee收发器以与灯具设备30、40通信。连接设备20可以经由以太网或Wi-Fi连接到家庭路由器（未示出）。可以使用常规的灯开关（未示出）物理地打开和关闭连接的灯具设备30、40。为了打开或关闭以及为了改变灯的颜色和亮度，可能需要移动设备（未示出）（或计算机（未示出））上的制造商或第三方app。用户可以使用该app经由互联网和/或家用路由器向桥接器发送命令，该桥接器将命令转换成Zigbee命令帧并且将它们传送灯具设备30、40。

作为示例，可以提供从娱乐源10（即数据源）到家庭的多个区域（其中可能需要跳跃到所涉及的代理设备44）的娱乐流，并且可以设置有语音控制系统（其中尽管语音助理设备位于灯具设备40附近，但是命令可能必须通过连接设备20传播）。这也可以应用于将固件升级（通常图像大小大于或等于200 KB）从连接设备20推送到网络的偏远角落中的（多个）设备。另一个需要大量带宽的用例是设备（例如，整个商业建筑中的所有设备）的重大重新配置。

在各种实施例中，连接设备可以是中央桥接器，其可以将照明控制信息（即，娱乐信息）流式传输到处于无线多跳网络中的灯具设备。

在娱乐情况下，娱乐区域中的集群的灯具设备40之一被分配为“代理节点”，例如图1中的代理设备44。连接设备20在单播消息中向代理44发送用于集群的照明命令（例如，如果需要，则使用正常的Zigbee单播路由）。代理设备44然后向集群中的灯具设备40发送（多个）Inter-PAN（个人区域网）消息。Inter-PAN信令是一种不由灯具设备40或其他类型的节点重新广播的广播形式（即，单跳广播）。因此，该消息到达代理设备44的射频（RF）范围内的所有灯具设备40或其他节点，但是仅占用一个RF消息。如果单跳广播应当包含不属于该集群的设备，则可以提供一些组寻址，以允许灯具设备40在接收时进行过滤。

如果集群和代理设备44距连接设备20有几跳的距离，则将建立相当长的等待时间（以及还有所有所涉及的消息的总RF传送时间）。

附加的问题是，由于所有报头和安全性的开销，要传递到指定代理设备44的单播Zigbee消息的可用有效载荷比Inter-PAN消息中可用的有效载荷小得多。因此，如果连接设备20本身不可以是代理设备，但是需要通过Zigbee网络将消息隧传（tunnel）到代理设备44，则它只可以提供较小的数据块。这将导致更小的集群、或者更小的每集群控制粒度、或者消息分段，从而导致娱乐流的质量降低（例如，就可靠性、同步性、和/或效果丰富性而言）。

集成电路设计的最新进展已经使得在单个无线电芯片上组合蓝牙低能量（BLE）和Zigbee技术成为可能，从而允许低功率/低成本设备同时作为BLE网络和Zigbee网络两者的一部分操作，其利用了单个无线的无线电模块。这可以通过随时间快速切换BLE和Zigbee设备操作来实现，使得设备保持连接并且同时在两个网络中操作。提供同时在BLE和Zigbee网络上操作的具有组合的Zigbee和BLE RF功能的受限设备（即Zigbee/BLE组合设备）的可能性开辟了新的解决方案来改善这些现有技术的局限性。BLE网络的示例可以包括作为主设备的移动电话设备，其可以向资源受限设备（诸如灯具设备30、40，传感器，可穿戴设备，和建筑自动化设备）的生态系统提供互联网连接。

如下面更详细描述的，通过激活Zigbee-BLE组合设备作为需要被控制的设备（例如，集群的灯具设备）附近的代理设备，连接设备20可以适于提供蓝牙上的单跳连接（点对点连接）。如果代理设备已经是可操作的，则连接设备20可以只连接到它并使用它。由此，多跳路径可以经由单跳连接（“虫洞（wormhole）信道”）绕过或隧传到短暂（即临时）网关。

图2示出了根据第一实施例的具有短暂网关（GW）50的多跳照明网络的示意性架构。

注意，这里不再描述具有相同附图标记的网络组件。它们具有与上述结构和功能相同或相似的结构和功能。

短暂网关50经由以太网或Wi-Fi连接或链路100连接到连接设备20并受其控制，并且经由单跳BLE连接或链路110连接到代理设备44。它可以在处于娱乐区域中的用户的智能手机上实施，使得流式命令由连接设备20经由作为短暂网关50的该智能手机通过BLE连接110发送到代理设备44，该代理设备44然后在Zigbee Inter-PAN消息中将对应的照明命令转发到灯具设备40。因此，灯具设备40接收与之前相同的照明命令（参见图1），但是将以太网或Wi-Fi链路100绕过或隧传到短暂网关50以及将后续BLE链路110绕过或隧传到代理设备44取代了经由灯具设备30的Zigbee跳。连接设备20可以决定使用用户的智能手机，因为它很可能处于用户正在欣赏娱乐内容的区域，从而减少等待时间和网络负载。

如果灯具设备30、40经由Wi-Fi网格、或Thread、或蓝牙网格、或者任何其他广播或直接连接类型而不是Zigbee网络来连接，则可以使用类似的设置，其中至少一个灯具设备40具有网格组合RF能力（例如，Wi-Fi/BLE组合设备）并且充当代理设备44，并且短暂网关50（例如智能手机）使用到该代理设备44的单跳BLE链路110来在连接设备20的控制下将数据馈送到灯具设备40的集群中。

作为替代，对于这种情况，如果作为短暂网关50的智能手机、和代理设备44两者都具有Wi-Fi能力，则可以使用Wi-Fi连接来代替链路110的BLE。

连接设备20可以指定代理设备44来执行特定任务（例如，从特定节点或一组节点获得最近两年的能耗历史），并且经由另一接口（例如，BLE）发送结果。

图3示出了根据第二实施例的其中短暂网关作为代理的多跳照明网络的示意性架构。

在第二实施例中，短暂网关50（例如，智能手机）本身接管代理设备44的功能（其因此不再是必需的），即，它由连接设备20控制以直接向灯具设备40的集群发送出消息120（例如，Zigbee Inter-PAN（或Wi-Fi网格、Thread或蓝牙网格，或者任何其他广播或直接连接类型）命令）。该特定实施例将需要在短暂网关50（例如，智能手机）上的Zigbee或Wi-Fi接口。

其中短暂网关50接管代理设备44的功能的另一种方法（假设娱乐区域中的所有灯具设备40都是能够BLE（BLE-capable）的）将是使用BLE消息作为消息120，例如将从连接设备20接收的命令打包在BLE通告中（使得集群中的所有灯具设备40可以经由短暂网关50从连接设备20接收相同的消息），或者从短暂网关50向每个灯具设备40发送单独的BLE消息（单播）作为消息120。

为了给予灯具设备40足够的“空中时间”来监听BLE通告/消息，例如在连接设备20的控制下或者在短暂网关50的控制下，它们可以在娱乐会话的持续时间内切换为变成Zigbee终端设备。或者，灯具设备40可以是仅BLE（BLE-only）设备。或者，灯具设备40可以是Zigbee/BLE组合设备（当娱乐流开始响应时，虫洞连接由连接设备20启用），该Zigbee/BLE组合设备在在娱乐会话期间禁用它们的Zigbee部分并且作为仅BLE的设备运行——要么直到接收到一些“结束”消息，要么具有一些超时（看门狗）功能——其中如果在虫洞信道之上没有接收到消息，则恢复正常操作（Zigbee）。或者，灯具设备40可以保留它们的Zigbee角色，但是以花费在Zigbee网络上的时间为代价来延长花费在BLE连接上的时间。

图4示出了根据各种实施例的连接设备20的示意性框图，其可以在图2、图3、图6和图7中的架构中的任何一个中提供。

连接设备20包括收发器（TRX）42，用于向多跳网络（例如Wi-Fi、Zigbee等）的（多个）灯具设备传送消息/以及从多跳网络（例如Wi-Fi、Zigbee等）的（多个）灯具设备接收消息，并且经由单跳连接（例如，Wi-Fi、以太网等）向短暂网关50传送消息/以及经由单跳连接（例如，Wi-Fi、以太网等）从短暂网关50接收消息。作为示例，收发器42可以包括几个RF单元，用于经由不同的有线和/或无线单跳或多跳连接来启用通信。

此外，连接设备包括网关发现单元（GD）43，用于基于经由收发器42从短暂网关50或多跳网络接收的信息来发现或检测短暂网关50的可用性（例如，存在和/或位置）。当网关发现单元43检测到短暂网关（例如短暂网关50）的可用性时，它向网关选择单元（GS）41提供对应的信息，该网关选择单元41适于选择经由短暂网关50到灯具设备40的集群的至少一个目标设备的快速旁路或隧传连接（即虫洞信道），或者经由灯具设备30的更受约束的常规多跳连接。

如果连接设备20的网关发现单元43检测到短暂网关50的存在和/或位置（相对于多跳照明网络中的灯具设备30、40和/或相对于连接设备20），则连接设备20的网关选择单元41可以指令短暂网关50和灯具设备40和/或代理设备44使用虫洞信道，经由BLE连接到多跳网络，并且经由该短暂网关50而不是以传统方式经由从连接设备20经由代理设备44到灯具设备40的集群的集中式多跳路径来发送用于灯具设备40的集群的消息。以此方式，消息以一种可能的方式发送。

由网关发现单元43检测到短暂网关50的另一种方式可以基于在连接设备20处从代理设备44接收的信息。当代理设备44经由BLE（或其他技术）接收到例如流命令时，它可以通知连接设备20停止通过多跳网络（例如Zigbee）发送单播消息，以防止双重流量。由于Inter-PAN消息的内容实际上在这些消息中被隧传（例如，在Zigbee上以及经由短暂网关50两者），因此两条路径之间的任何转变将是完全无缝的，因为重复的消息可以被标识和丢弃。

由网关发现单元43检测到短暂网关50的又一种方式可以基于在连接设备20处从代理设备44接收的信息。例如，当代理设备44建立到短暂网关50的BLE连接时，代理设备44可以将其通知给连接设备20；替代地，在代理设备44和短暂网关50之间建立的BLE连接可以允许短暂网关50经由多跳网络直接通知连接设备20关于其到达和/或其虫洞能力（例如，通过包括接口的列表等）；通过BLE连接到多跳网络的行为可以自动触发短暂网关50例如通过Wi-Fi搜索连接设备20。如果存在多种方法将短暂网关或连接设备的多个接口标识为可用于连接到同一网络——例如经由另一个连接提供一个连接的描述，使用具有定义的关系（例如地址的一部分是相同的或以已知方式导出）的多个接口之上的地址或者具有定义的关系（例如地址的一部分是相同的或以已知方式导出）的多个连接之上的网络标识符——则可以简化虫洞机会的发现。此外，虫洞连接的建立可以通过连接设备20和短暂网关50交换关于相关设备的信息来帮助，例如，短暂网关50共享它可以通过BLE直接到达的设备的列表或者连接设备20指令短暂网关50发现一些设备。

网关发现单元43可以基于以下中的至少一个来确定短暂网关50的位置：由（潜在的）（多个）短暂网关已经观察到的（一个或多个）代理信标、由（潜在的）（多个）短暂网关的用户已经执行的控制动作、（潜在的）（多个）短暂网关以及至少一个目标设备或代理设备之中的接近度检测的结果、或者例如位置的明确的用户指示。代理信标是由网络中的节点发送的诸如BLE通告的消息，或者其他等效消息（例如Zigbee信标或者链路状态消息）。潜在的短暂网关可以监听这些信标，以确定哪些节点在附近，以及它们的状态。接近度可以例如被确定为在（无线电）范围内，或者在范围内并且具有高于预定阈值的接收信号强度指示符（RSSI）或者链路质量指示符。该信息（接近度和/或状态）可以被潜在的短暂网关、连接设备20、代理设备44、或目标设备40之一、或另一设备使用，以确定使用哪个设备作为短暂网关来向/从一些节点发送信息（或者根本不使用这样的网关，并且使用现有网络）。为了帮助该确定，信标可以包含相关信息，诸如本地网络负载、节点特性（诸如可用特征和/或剩余能力（处理、存储、联网、电池等））等。

如果短暂网关50是电池供电的，则可以向用户提供选择加入/退出所提议的隧传或旁路服务的选项。

如果短暂网关50是可以从其当前位置移除的便携式设备，则可以向用户提供选择加入/退出所提议的隧传或旁路服务的选项。

作为另一选项，连接设备20的网关发现单元43可以适于检测短暂网关50的移除/消失（计划的/宣布的和未计划的/无声地）。

此外，连接设备20的网关发现单元43可以适于在多个可用的短暂网关50（例如，娱乐区域或所有当前家庭成员的其他潜在网关使用区域中的不同智能手机（例如，家庭成员的智能手机））之间进行仲裁。

作为另外的选项，两个智能手机可以用作同一网络中的短暂网关50。两个智能手机都可以经由蜂窝通信信道（例如5G）、Wi-Fi或BLE连接。因此，由于到基站的蜂窝通信信道具有非常低的等待时间，所以在一些情形下，经由蜂窝通信信道将实时数据从第一智能手机（第一短暂网关）发送到服务使用区域的不同部分（例如，住宅或其他娱乐区域）中的第二智能手机（第二短暂网关）可能是有利的。第二智能手机然后可以建立虫洞信道（例如，经由BLE或Inter-PAN信令）并且在照明网络或其他目标网络中本地注入虫洞数据。这也可能与增强现实应用相关，其中照明在更大的空间（诸如开放式办公室或贸易展览大厅）中发挥作用，或者对于街道照明基础设施，经由一组街灯（例如，经由多个投影设备描绘汽车即将到来的路径）向行人发信号，该信号是出现在同一可视区域中的多辆自动驾驶汽车的意图。

使用经由蜂窝通信连接的两个或更多个短暂网关50提供了以下优点：

短暂网关50之间的蜂窝通信信道为（Zigbee）网状网络的一部分提供了扩展或增强的旁路，连接设备20和目标设备（例如目标集群的灯具设备40）不需要知道该部分；

从连接设备20到短暂网关50的旁路连接（虫洞信道）可以各自处理一部分流量，并且短暂网关甚至可以通过分流流量负载来服务同一区域中的目标设备。

在智能手机被用作短暂网关50并且用户带着智能手机移动到另一个位置（例如家中的另一个房间）的情况下，由于新位置中的灯具设备30、40现在在移动时进入用户的范围内，因此流（streaming）可以容易地随着用户移动。这同样适用于上述街道照明用例，其中街灯向用户发出自动驾驶汽车的意图的信号。在这种情况下，自动驾驶汽车和智能手机可以连接到同一个蜂窝网络（例如5G），而街灯则连接到更便宜的具有低数据速率的网络，诸如窄带物联网（NB-IoT）。利用传统的娱乐设置，连接设备20将不得不选择新房间中的灯具设备40之一作为新的代理设备44，并且在该灯具设备40的集群中设置流以取代原始房间/集群中的流。

使用短暂网关50的另一个好处可以是体验的丰富性。如果连接设备20直接控制所有的娱乐区，则它可能需要减少控制流量流动（例如，就更新频率和/或表示颜色或光强度的比特数和/或每个区域独立控制的灯的数量等而言）。或者，如果连接设备20经由位于几跳之外的集线器（例如，其他连接设备）控制某个娱乐区，则同样的限制可能适用。或者，连接设备20可以具有其可以朝向多跳网状网络（例如Zigbee）的接口分发（dispatch）多少消息的内部限制，但是当消息通过以太网/Wi-Fi连接100被发送到短暂网关50时没有这样的限制。

由网关发现单元43发现短暂网关50的存在可以允许连接设备20通过短暂网关50重定向一些流量，从而减少多跳网状网络中流量的总量，并且因此连接设备20还可以能够为新重定向的娱乐区域和/或其他娱乐区域提升控制流量。

在简单的实施例中，连接设备20和（多个）短暂网关50可以利用网络中可用的代理设备44。在更详细的实施例中，连接设备20可以经由多跳网络（例如Zigbee）控制节点（例如灯具设备30、40）的代理行为，例如通过启用和禁用它。

然而，注意，图4中所示的框也可以在其他网络设备中提供，例如在目标设备40之一中、在代理设备44中、在短暂网关50中、或连接到多跳网络的另一网络设备中。

图5示出了根据各种实施例的网关控制过程（例如，在连接设备20、短暂网关50、代理设备44或另一网络设备处）的概括流程图。

该过程开始于步骤S500，其中连接设备20是激活的，或者其中娱乐源10请求流量密集型动作（例如娱乐服务或软件更新）。

在步骤S501中，发起网关发现过程以检测至少一个短暂网关50的可用性（即，存在和/或位置），例如基于从（多个）潜在的短暂网关或从多跳网络的（多个）代理设备44获得的信息，这如上所解释。

然后，在步骤S502中，该过程检查并决定对于当前服务或通信情况是否需要网关使用。更具体地，可以对每个广播消息做出决定，是使用经由多跳路径的沿着灯具设备30的旧有方法，还是使用经由（多个）短暂网关50提议的新方法。替代地，可以针对多个消息——例如，对应于特定服务（娱乐流）、寻址于特定设备、针对给定持续时间等——做出决定。

该决定可以基于以下中的至少一个：例如多跳网络的负载（例如，节点（例如，灯具设备30）中的广播缓冲器有多满，或者最近已经发送了多少广播），多跳网络的本地繁忙度（例如，用于存在感测或资产跟踪），预期在单位时间内/发送的消息的数量，消息的长度，在需要被控制的集群中不支持所需特征（例如，用于建立到短暂网关50的连接的组合无线电设备，或者重播能力等）的灯具设备数量，在代理设备44的一跳范围内的目标灯具设备40的数量（相同的消息可以从两个代理设备发送以覆盖更大的区域），在连接设备20的一跳范围内的目标灯具设备40的数量（这里连接设备20可以自己发送Inter-PAN消息，其具有与旧有广播相同的等待时间），从连接设备20到至少一个目标设备40或代理设备44的跳数，或者发送的消息的重要性（例如，如果涉及安全性，则经由多跳旧有方法和新网关方法两者发送消息，以最大化消息被传递的可能性）。

如果在步骤S502中决定使用短暂网关50，则该过程分支到步骤S504，并且通过虫洞信道经由短暂网关50绕过数据。如果不是，则过程在步骤S503继续，并且数据经由常规的多跳路径被转发。

最后，该过程跳回到步骤S501并再次开始。

作为步骤S501中虫洞连接的主动建立的替代，甚至对短暂网关50的搜索也可以是有条件的，例如，取决于要控制的集群的大小或者到该集群的距离。

在又一个替代中，当娱乐会话已经在进行中时——例如作为网络拥塞的结果——可以反应性地建立虫洞连接。

在又一实施方式中，建立虫洞连接的决定可以由用户触发。

在又一实施方式中，当娱乐会话已经在进行中时，该决定可以由短暂网关的出现（例如，如所宣布的）来触发。

在常规系统中，语音控制设备（例如，语音助理或语音控制器）与连接设备20通信（可能通过云系统）。这些都导致延迟（即等待时间）。在涉及云的情况下，云连接的可靠性可以影响性能。然而，这种语音控制设备通常位于待控制的目标灯具设备40所在的房间/区域中。因此，经由连接设备20将语音控制设备与照明系统集成的常规方式对于等待时间以及空中消息的数量（即，RF负载）来说不是高效的。

在下面的实施例中，语音控制设备或其他直接连接设备（例如网状路由器）可以用于建立旁路或虫洞连接，并且从而提高效率并减少与使用语音控制设备或可以建立直接连接的其他设备相连的等待时间。

图6示出了根据第三实施例的其中语音控制设备（例如，语音控制器或语音助理（诸如Google Home或Amazon Alexa））作为短暂网关50的多跳照明网络的示意性架构。语音控制设备或语音命令设备包括语音用户接口，以允许与多跳网络的设备（例如，灯具设备40）进行口头人类交互，从而使用言语识别来理解口头命令并且可选地回答可能导致需要发送到设备的消息的问题。

在第三实施例中，作为短暂网关50的语音控制设备或系统适于直接控制灯具设备40，例如，它经由单跳连接110（例如，通过BLE）向代理设备44发送照明命令，该代理设备44在Inter-PAN消息中将它们发送到所涉及的灯具设备40的集群。请注意，可能只需要发送单个这种格式的消息，这与上述娱乐情况中使用的这种消息流不同。

作为替代，可以使用更通用的代理方法，其中Zigbee消息（例如具有场景回忆的组播）在BLE中被打包（即Zigbee/BLE隧传方法）。

又一种替代机制是使用上面结合图3的娱乐情况解释的BLE通告/消息120。

在所有方法中，通过经由以太网或Wi-Fi连接100与连接设备20通信，或者通过使用单跳连接110（例如，BLE、BLE隧传之上的Zigbee等）经由控制机制与要被控制的设备（例如，灯具设备40）通信，语音控制设备（其充当短暂网关50）可以被通知关于语音控制设备的语音用户接口所需要的灯具设备40、组、场景等，以及如何控制照明设备40的技术细节（例如，Zigbee组地址和场景ID）。

可选地，因为连接设备20可以被通知关于由语音控制设备（短暂网关50）向灯具设备40发出的光命令，所以连接设备20知道灯具设备40的当前状态（这比轮询灯具设备状态更快且更有效）。为了实现这一点，连接设备20可以由语音设备直接通知，或者它可以经由多跳网络（例如Zigbee）从灯具设备40接收状态改变报告。

一个类似的用例可以是仓库应用，其中叉车驾驶员携带一个永久开启的语音控制设备（例如语音助理设备），并可以使用它来告诉系统他的意图（例如“我现在要开车去B岛”）。然后，叉车上的语音控制装置经由通过正在靠近的叉车的周围灯具设备传送的信号来警告邻近空间中的其他仓库工作人员。在自动驾驶叉车或移动机器人的情况下，即将到来的操纵可以被传达给空间中存在的人。

在制造中，由于金属物体的存在或移动以及由制造过程产生的干扰（例如，汽车工厂中的焊接扰乱无线通信），可靠的低等待时间通信可能被扰乱。因此，期望所提出的没有到“正常”网关（例如连接设备20）的往返的本地通信来确保低等待时间。

作为另一方面，多跳网状网络（诸如Zigbee和Wi-Fi）中的组播和广播消息可能具有每个消息通常被每个节点重播的缺点。对于大型网络，这导致非常大的网络负载，这甚至可以限制网络的可能规模以便保证某些性能要求（除非采取具体的措施，诸如在一些节点上禁用转播）。例如，如果要在距连接设备两跳远的某个房间中的五十个节点的网络中寻址十个灯具设备，则可以发送（作为网络级消息）十个单播消息（占用二十个传送）或者一个广播/组播消息（占用至少五十个传送或者甚至更多，这取决于节点的被动确认策略）。

然而，由于设备中缓冲器的大小和网络规范中处理非常分散（spread-out）的网络的要求，广播的数量是有限的，这限制了发送消息的自由。即使平均保持这一限制，峰值偏移也可能导致消息延迟或丢失。

单播方法在传送数量上可能是有利的，但是具有以下应用缺点：所有涉及的灯具设备都一个接一个地接收消息（“爆米花效应”）。

另一个方面是，广播“仅工作”，并且不需要预先建立任何类型的信息或拓扑知识。它也不受拓扑变化的影响。为了使单播通信工作，单播路由必须就位（这可能需要在先的路由发现广播）。如果在命令将被发送时路由没有就位（取决于对底层堆栈的应用请求），则在接收到来自下一个更高层的发送帧的请求时，可以执行路由发现广播，从而潜在地干扰其他设备的单播传送，并导致不存在路由的设备的长得多的整体执行延迟以及导致网络上更大数量的消息。

注意，先前建立的路由可能由于节点不存在于网络中（例如，由于断电或中断）和/或由于变化的传播条件（金属门关闭）、干扰（在网络的一个角落开始流会话）而被中断，并且它们不是前摄地（当问题发生时）、而是反应性地（当需要发送使用该路由的下一帧时）被修复。

例如，在灯具设备40之一的驱动器具有硬件问题的情况下，可能需要能耗的历史。跨越多跳将该数量的数据推送到连接设备20可以是网络的负担。

在另一个示例中，由于网络性能问题，可能有必要读出在一些或所有灯具设备40的诊断集群中收集的统计数据，以识别问题的可能原因。在已经恶化的网络流量情形的情况下推送大量数据不仅可以导致网络的进一步恶化，而且接收所请求信息的概率是低的。

在上述情况下，虫洞连接可以在上游方向使用，即用于灯具设备40向连接设备20报告，例如，以推送该诊断或能耗数据。

图7示出了根据第四实施例的其中代理设备作为短暂网关的多跳照明网络的示意性架构。

在第四实施例中，提出了单播和基于代理的单跳传送（例如，Inter-PAN）的组合，作为上述常规广播构思的替代方案。连接设备20打包光控制命令，并且经由单播消息将它们发送到代理设备44，该代理设备44例如经由Inter-PAN将单播消息传播到需要接收它的灯具设备40（例如在房间中）。

对于以上示例，这将导致仅三次Zigbee传送，即两次用于到代理设备44的单播消息，并且一次用于Inter-PAN消息。与上述两种旧有单播/广播的替代方案相比显著减少。

代理设备44的角色可以是静态角色，例如给定它们的物理位置（通过它们可以到达其他设备）或它们的能力（例如需要特殊的硬件/软件）。

取决于当前的网络拓扑（例如，考虑便携式设备的当前位置），也可以动态地指定代理设备44。

网络中可以有代理设备44中的多个代理设备。

作为另外的选项，假设连接设备20推送到多跳网络中的通信内容实际上来自云或互联网，那么云或互联网可以选择多个可用的短暂网关中的至少一个（例如，取决于它们的位置）来最佳地将通信内容传递到目标灯具设备40的集群。

即使连接设备20想要将广播消息传递到整个网络，它仍然可以经由代理设备（诸如代理设备44）将其作为若干代理消息来发送。

给定具有五十个节点的网络的上述示例，如果五十个节点可以被分组为三组（每组五个节点，距连接设备20一跳距离）以及七组（每组五个节点，距连接设备20两跳距离），则网络级消息的总数将是三个单播消息和三个一跳广播消息加上十四个（七乘以二）单播消息和七个一跳广播消息，即总共二十七个消息（相比之下，在上述常规广播方法的情况下至少有五十个消息）。

此外，连接设备20可能想要影响旁路或虫洞拓扑，例如通过明确指令短暂网关50它应该通过哪个代理设备经由BLE连接到网络中。对于该决定，它还可以考虑代理设备的邻居表，例如以防止重叠。然后，通过多种方式（例如，经由多跳网络直接从连接设备20并经由虫洞连接通过代理设备44，或者经由两个虫洞连接从两个代理设备）到达灯具设备40的消息可能需要允许将它们标识为同一个消息，以允许去重复（即，限制处理负载），而且避免不利影响，尤其是在相对命令（例如，切换（toggle）、逐步增加）的情况下。这可以例如通过标识消息——该消息作为相同服务的一部分通过那些多个信道传播——并向它们提供可链接的序列号来实现。

此外，连接设备20可能还需要控制代理行为，例如启用处于战略位置的节点上的（多个）其他接口。该节点可以是感兴趣节点的邻居节点，或者是感兴趣节点本身。通过为代理设备44规定任务，连接设备20限制了代理设备44可以通过（多个）其他接口发送（展示）的数据量。

相同的构思可以用于向设备发送大量数据，例如改变设备上的若干绑定和场景，或者执行软件更新（空中更新（OTAU））。如果命令/消息对于每个设备都是唯一的，则作为短暂网关的代理设备44可以使用到区域中每个节点的单播。如果命令/消息在多个设备之间共享，则它可以使用Inter-PAN机制（或半径为1的组播）。

在上述实施例中的各种实施例中，连接设备20可能能够发现感兴趣的节点附近的节点（例如，灯具设备30、40）的代理能力。

作为潜在的短暂网关检测到节点（例如灯具设备40）的上述信标方法的替代，节点本身可以检测潜在的短暂网关的存在并通知连接设备20，或者连接设备20可以检测短暂网关50的存在。

连接设备20和短暂网关50之间的连接100可以是Wi-Fi或BLE连接、5G连接、UWB连接。然而，其他“助手”设备可以经由以太网（或以太网供电（PoE））连接，并且位于目标设备（例如，目标灯具设备40或代理设备44）附近，并且用作短暂网关50。

如果连接设备20和短暂网关50之间的连接100是BLE连接，则可以有两个BLE连接，一个在连接设备20和短暂网关50之间，并且一个在短暂网关50以及目标设备40或代理设备44之间，这可以被优化为连接设备20和目标/代理设备40/44之间的单个BLE连接。

利用各种实施例，可以实现多跳网络的更低的等待时间（更好的同步）和/或更低的占用，这在所有功能性灯具设备30、40变成连接的（例如，美国住宅平均具有四十五个灯具设备）并且另外提供新的装饰性照明和更多空间分布的用户接口按钮时变得尤其重要。经由短暂网关对虫洞信道使用以太网/Wi-Fi和/或BLE和/或其他网络技术意味着经由多跳网络发送更少的消息或者仅在更短的距离之上发送，使得更多（其他）消息可以适合于多跳网络，例如用于剩余灯的光控制。此外，可以并行启用多个娱乐会话（在家的不同区域中）。

总的来说，Zigbee或其他多跳网络可以变成某些应用——例如在需要跳跃的区域（例如在家里）中到（多个）区域的娱乐流——的瓶颈。通过利用正好存在于大流量数据的区域中的短暂网关50，可以提高跨网络的整体性能。使用这个短暂网关50，可以将（部分）数据直接路由到目的地/源节点10、40或者从目的地/源节点10、40直接路由，从而释放网络剩余部分中的能力。短暂网关50以及代理设备44或目标设备40之间的连接可以是到（多个）目标设备40或目标集群的任何类型的单跳广播或其他直接通信。

虽然已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这种说明和描述应被认为是说明性的或示例性的，并且不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。所提出的连接建立过程可以应用于其他类型的多跳网络并且可能在其他类型的多跳网络中标准化，并且具有其他类型的消息和单跳连接。此外，本发明可以在经由单跳连接（例如，BLE或其他）提供对多跳网络（例如，Zigbee或其他）的访问的任何产品或系统中应用。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”（“a”或“an”）不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的几个项目的功能。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的纯粹事实不指示这些措施的组合不可以被有利地使用。

前面的描述详细描述了本发明的某些实施例。然而，将领会，无论上文在文本中出现得多么详细，本发明都可以以多种方式实践，并因此不限于所公开的实施例。应该注意的是，当描述本发明的某些特征或方面时，特定术语的使用不应该被理解为表明该术语在本文被重新定义，以被限制为包括与该术语相关联的本发明的特征或方面的任何具体特性。

单个单元或设备可以实现权利要求中列举的几个项目的功能。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的纯粹事实不指示这些措施的组合不可以被有利地使用。

所描述的操作——类似于图5中指示的操作，或者由图2、图3、图4、图6和图7的设备或框或单元执行的操作——可以被实施为计算机程序的程序代码装置和/或实施为专用硬件。计算机程序可以存储和/或分布在合适的介质上，诸如光学存储介质或固态介质，与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供；但是也可以以其他形式分布，诸如经由互联网或者其他有线或无线电信系统。

Claims (17)

1.一种用于在多跳网络中建立到至少一个目标设备（40）的连接的装置，所述装置包括：

-发现单元（43），用于检测至少一个临时网关（50）的可用性，所述至少一个临时网关能够使用另一种网络技术而不是所述多跳网络连接到连接设备（B）并且经由单跳连接（110；120）连接到所述至少一个目标设备（40）或代理设备（44），其中所述代理设备（44）提供对位于所述代理设备（44）的一跳范围内的所述至少一个目标设备（40）的访问；和

-选择单元（41），用于根据至少一个网络或设备相关的参数，决定是经由所述至少一个临时网关（50）中所选择的一个临时网关建立到所述至少一个目标设备（40）或所述代理设备（44）的旁路连接，还是通过所述多跳网络建立到所述至少一个目标设备（40）或所述代理设备（44）的连接；

并且其中所述装置包括在所述连接设备、所述临时网关、所述至少一个目标设备（40）、所述代理设备（44）或所述多跳网络中的另一个网络设备中。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置适于将提供单跳和多跳连接两者的组合设备激活为代理设备（44），并且其中所述代理设备（44）位于所述至少一个目标设备（40）附近，用于帮助连接到所述至少一个目标设备（40）。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置适于经由以太网或Wi-Fi或Thread或BLE连接（100）来控制所选择的临时网关（50）。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置适于控制所选择的临时网关（50）接管所述代理设备（44）的功能，并且向所述至少一个目标设备（40）发送单跳消息和/或从所述至少一个目标设备（40）接收单跳消息。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置适于控制所选择的临时网关（50）将从所述连接设备（20）接收的命令打包在广播或单播消息中，以用作单跳消息。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置适于改变所述至少一个目标设备（40）的角色，以成为所述多跳网络的终端设备，或者在所述旁路连接的会话期间使所述至少一个目标设备（40）能够具有单跳连接。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述装置适于指示

-所选择的临时网关（50）和所述至少一个目标设备（40），或者

-所选择的临时网关（50）、所述代理设备（44）和所述至少一个目标设备（40）使用旁路连接并经由所选择的临时网关（50）交换消息。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述网关发现单元（43）适于基于在所述装置处从所述代理设备（44）接收的信息来检测所述至少一个临时网关（50）的可用性，以停止通过所述多跳网络发送单播消息。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述网关发现单元（43）适于基于传送到所述网关发现单元（43）的信息来检测所述至少一个临时网关（50）的可用性，所述信息指示以下中的至少一个：

-由所述临时网关（50）已经观察到代理信标，

-由所述临时网关（50）的用户已经执行的控制动作，

-所述临时网关（50）以及至少一个目标设备（40）或所述代理设备（44）之间的接近度检测的结果，或者

-明确的用户指示。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述选择单元（41）适于选择第一蜂窝网络设备作为所选择的临时网关（50）并使用第二蜂窝网络设备来建立所述旁路连接，所述第二蜂窝网络设备具有到所述至少一个目标设备（40）或所述代理设备（44）的单跳连接（110；120），其中所述第一蜂窝网络设备和所述第二蜂窝网络设备经由蜂窝通信信道连接。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述选择单元（43）适于根据以下中的至少一个来决定：所述多跳网络的网络负载、所述多跳网络在所述至少一个目标设备（40）处的本地繁忙度、在包括所述至少一个目标设备（40）的集群中不支持所需特征的网络设备的数量、预期在单位时间内发送的消息的数量、消息的长度，在所述代理设备（44）的一跳范围内的目标设备（40）的数量、在所述连接设备（20）的一跳范围内的目标设备（40）的数量、从所述连接设备（20）到所述至少一个目标设备（40）或所述代理设备（44）的跳数、或者要通过要建立的连接发送的消息的重要性。

12.根据权利要求1所述的装置，其中所述网关发现单元（43）适于选择语音控制设备或网格路由器作为所选择的临时网关（50），并向所述语音控制设备或所述网格路由器通知关于所述至少一个目标设备（40）以及如何控制所述至少一个目标设备（40）的技术细节。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置适于选择代理设备（44）作为所选择的临时网关，在单个单播消息中打包控制命令并将控制命令发送到所述代理设备（44），并且控制所述代理设备（44）经由单跳传送将所述单播消息传播到所述至少一个目标设备（40）。

14.一种在多跳网络系统中使用的网络设备（20，40，44），该网络设备（20，40，44）包括如权利要求1所述的装置。

15.一种网络系统，包括如权利要求14所述的至少一个网络设备（20，40，44）。

16.一种在多跳网络中建立到至少一个目标设备（40）的连接的方法，该方法包括：

-检测至少一个临时网关（50；44）的可用性，所述至少一个临时网关（50；44）能够经由单跳连接（110；120）而连接到所述至少一个目标设备（40）或代理设备（44），其中所述代理设备（44）提供对位于所述代理设备的一跳范围内的所述至少一个目标设备（40）的访问；和

-根据至少一个网络或设备相关的参数，决定是经由所述至少一个临时网关（50；44）中所选择的一个临时网关建立到至少一个目标设备（40）或代理设备（44）的旁路连接，还是通过所述多跳网络建立到所述至少一个目标设备（40）或所述代理设备（44）的连接。

17.一种计算机程序产品，包括当在计算机设备上运行时用于产生权利要求16的步骤的代码装置。

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