CN114762389A - 具有组合节点的网络中的路由发现 - Google Patents

Abstract

具有组合节点的网络中的路由发现。本发明涉及无线网状通信网络的领域，并且特别涉及供在这样的无线网状网络（100）中使用的方法、网络和节点（101），用于通过由无线网络节点（101）以随机化间隔主动地有规律地发送多对一路由请求来在无线网状网络（100）中建立路由，该无线网络节点（101）可以作为使用第一无线通信协议通信的移动无线设备（104）和使用第二无线通信协议通信的无线网状网络（100）中的另外节点（102，103）的代理节点来操作。

Description

具有组合节点的网络中的路由发现

技术领域

本发明涉及无线通信网络领域，并且特别是涉及用于使用多对一路由请求在无线网状网络中建立路由的无线网络、无线网络节点和方法。

背景技术

专业照明市场中存在的正在进行的趋势是越来越多地转向连接的照明系统，其使能实现所有种类的新特征，像（远程）调度、能源监视、基于传感器的照明控制和资产管理。

在许多情况下，这些系统安装在现有建筑物中，在这种情况下，无线网络是优选的，以避免必须通过天花板部署新的线缆（用于照明控制）。在当前实践中广泛使用的这样的无线网络协议的示例是开放标准协议，像Zigbee、Thread、蓝牙低能量（BLE）、BLE网格、Wi-Fi、Wi-Fi direct，以及在IEEE 802.15.4、IEEE 802.15.1或IEEE 802.11标准顶上构建的各种专有网络实现。

最近，我们看到所谓的组合芯片在照明网络中的使用有所增加。组合芯片实际上是一种让照明网络中的节点使用不同的通信协议进行通信的成本高效的方式。替代地，可以使用背靠背放置的两个芯片，以便桥接两个不同的无线网络。

本发明旨在解决在Zigbee/BLE节点的情境中物质化的问题。

发明内容

在典型的Zigbee网络中，智能电话上的应用通过互联网连接的网关、例如使用Wi-Fi连接连接到Zigbee网络。网关确保预先建立到网络中每个Zigbee节点的路由。这将使得智能电话上的应用能够与网络中的每个节点快速通信，因为从网关到网络中其他节点的路由已经被发现——因为网关保持连接到网络，即使智能电话断开连接。在没有建立到节点的路由并且智能电话（或网关）意图以单播方式与该节点通信的情况下，必须首先发现该路由。

路由发现需要时间，并增加了应用的延迟，此外，它创建广播突发，这可暂时对网络性能产生负面影响。在Zigbee网络中，路由发现可能花费直到1到2秒。此外，Zigbee网络中节点的路由发现表（即，临时存储正在进行的路由发现的结果的表，以在10秒的时间段内保持跟踪路由请求帧的重传和改变的成本）是有限的资源（Zigbee r22 PICS仅需要最小4个路由发现表）。出于这两个原因，应该避免同时发送多个AODV路由。

作为另外的观点，发明人注意到在独立的Zigbee网络中没有固定的网关。结果，没有固定的/单个的进入Zigbee网络的入口，智能电话可以从该入口到达所有其他节点。取而代之的是，发明人设想了一种独立的Zigbee网络，该独立的Zigbee网络包括多个Zigbee/BLE代理，电话可以随机地连接到该独立的Zigbee网络，仍然具有通过它连接到的代理与Zigbee网络上的其他节点通话的意图。

通过一个选择的代理与这样的Zigbee网络上的多个节点进行通信具有多个优点：它允许用户避免在建立1∶1 BLE连接之前对个体节点进行繁琐的标识，它消除了前述的重复连接时间（取决于所使用的发现和安全方法，该前述的重复连接时间可以在每个节点每个连接1到2秒的范围内），并且允许通过并行化网络上的操作而不是一个接一个地读取节点状态来进一步节省时间。为此，智能电话可以通过广播向所有节点请求状态更新，或者通过单播从多个节点请求状态更新，并在他们接收到响应时收集响应。

然而，发明人设想的典型Zigbee独立网络系统包括几个支持BLE/Zigbee的代理节点，并且可选地，该网络还可以包括一个或多个仅支持Zigbee的网络节点。在电话连接到代理时建立到网络中所有其他节点的路由将导致长的路由发现时间，并且从而导致不良的用户体验。

本发明旨在减少从任意代理节点向网络中的其他Zigbee节点发送消息时的总体网络时延。该目的是通过如权利要求7和8中所要求保护的无线网状网络、如权利要求1和2中所要求保护的无线网络节点以及如权利要求15中所要求保护的无线网状网络中的路由发现方法来实现的。

根据第一方面，提供了包括第一多个无线网络节点的无线网状网络，其中所述第一多个无线网络节点中的每个无线网络节点被布置成既作为代理又作为集中器进行操作，并且包括第一收发器，以使用第一无线通信协议进行通信，并且使用用于无线网状网络的第二无线通信协议进行通信，其中所述第一多个无线网络节点中的每个被布置成：使用第一通信协议与移动无线设备进行通信；使用第二无线通信协议与无线网络中的无线节点通信并且，在作为集中器使用第二无线通信协议进行通信的准备中，在无线网状网络中以随机化间隔发出多对一路由请求，以防止当无线网状网络中的多个无线节点同时加电时的广播风暴。

根据第二方面，提供了一种包括第一多个无线网络节点的无线网状网络，其中第一多个无线网络节点中的每个无线网络节点被布置成既作为代理又作为集中器进行操作，并且包括：使用第一无线通信协议进行通信的第一收发器，以及使用用于无线网状网络的第二无线通信协议进行通信的第二收发器，其中第一多个无线网络节点中的每个被布置成：使用第一通信协议与移动无线设备进行通信；使用第二无线通信协议与无线网络中的无线节点通信并且，

在作为集中器使用第二无线通信协议进行通信的准备中，在无线网状网络上以随机化间隔发出多对一路由请求，以防止当无线网状网络中的多个无线节点同时加电时的广播风暴。

优选地，第一和第二方面的第一多个网络节点持续保持跟踪网络中的路由，为使用第二无线通信协议的通信做准备。

根据第一和/或第二方面的无线网络的优点在于，无线网络节点被布置成以一种方式执行路由发现，该方式为使用能够“自组织”连接到无线网络的移动设备的通信做准备。这是通过使用能够使用第一和第二通信协议二者进行通信的无线节点来完成的，所谓的组合无线节点或简称为组合节点。以这种方式，可以有可能的是提供选择的组合节点，其“打开”无线网状网络用于（例如，控制）通信。因此，即使在房间中仅提供有限数量的组合节点时，这些组合节点也可以使能接入无线网状网络。在第一通信协议是BLE协议的情况下，发现可以通过BLE广告，这允许移动设备在连接之后控制房间中的组合节点以及非组合节点，因为路由已经被发现。

发明人注意到，在第二通信协议是Zigbee协议的实践网络中，消息通过网格脉动可能花费如1秒钟一样多。与此一致，网络中的多对一路由请求应该在时间上充分间隔开，使得网络拓扑与应用的要求一致而更新，但是由MTORR产生的网络负载保持被牵制。根据office应用的经验法则，可以优选的是将网络中的MTORR数量限制到使得网络中平均每5秒钟不多于一个MTORR的水平。值得注意的是，这仍然引起相当多的MTORR开销，并且平均MTORR发生次数可以降低到每10秒一次，这已经降低了开销。具有平均每15秒一MTORR的选项似乎是办公室照明网络的优选参数。

本领域技术人员将清楚，不同的应用可能需要不同的参数。如果拓扑的改变的数量高，则可能合期望的是以更大的MTORR开销为代价将数量增加到平均每10秒一次。相反，如果拓扑的改变的数量较低，则较大的MTORR之间的平均时间可能是可接受的，并且随机化间隔可能是平均每30秒一MTORR或者每分钟一MTORR。

在上述第一和第二方面的示例性实现中，第一多个无线网络节点中的每一个都是Zigbee网状网络中的BLE/Zigbee代理节点，其中代理将充当集中器，并且以随机化间隔有规律地发出多对一路由请求MTORR。例如，可以使用随机退避时段来实现随机化，该随机退避时段可以被设置在预定值（最大退避时段）内。

优选地，基于网络中的大小/网络中代理的数量来选择随机化间隔（例如预定值）。由于MTORR在网络中生成负载，因此联翩发出MTORR引起大量的消息开销。如果MTORR通常花费小于一秒钟来完成，则每10秒钟具有一条消息引起大量的网络负载。因此，具有在网络中MTORR之间平均15秒是优选的，但是根据经验法则，具有网络中平均每10-30秒一个MTORR应该是可行的。具有在接连的MTORR之间的平均较长时间将是有效的，但是将导致在所有路由设立/更新之前的较长时间。

例如，在具有250个路由器节点的网络中，具有平均每15秒一个MTORR意味着所有路由然后可以在近似250×15秒内被映射。

当节点接收到MTORR时，它在其路由表中存储指示发出MTORR的另一个节点是集中器节点的条目。当所有代理节点都发送了MTORR时，每个节点具有完整的路由表，其具有到网络中任何其他代理节点的已知路由。

一旦路由表被填满，当智能电话连接到任意代理节点时，它可以使用代理节点的路由表中已经存在的信息来到达任何Zigbee节点。

此外，注意，Zigbee无线网格中充当路由器的Zigbee路由器也可以充当集中器，并且以与如上文针对代理描述类似的方式发出多对一路由请求。如对于普通技术人员来说将清楚的是，这可以与上面提及的两个方面相组合。

第一和/或第二方面的无线网状网络的随机化间隔优选地基于在网络大小基础上的预定值，或者更优选地基于无线网状网络中代理的数量，并且是随机化的。底层思想是，具有更大数量节点或更大数量代理/集中器的网络将导致更多的MTORR消息开销。因此，通过降低频率来展开这些信息将减少影响。此外，随机化将有助于减少高峰拥堵的可能性。

优选地，无线网状网络由第一多个无线网络节点和第二多个无线网络节点组成，并且第二多个无线网络节点中的每个无线网络节点包括第二收发器，用于：使用第二无线通信协议进行通信，并且第二多个网络节点中的每个被布置成：使用第二无线通信协议与无线网状网络中的节点进行通信，并且其中第一多个中的无线路由器节点的数量大于无线网状网络中无线路由器节点总数的30%。可选地，第一多个中的无线路由器节点的数量大于无线网状网络中无线路由器节点总数的40%或者甚至大于50%。

当大量无线节点是组合/双协议节点时，路由发现对网络流量的影响可能增加，因此，展开MTORR消息的益处随着时间推移也增加。事实上，发明人预见到，如果人们想要实现主要使用组合/双协议节点的网络，则这将是将特别受益于本发明的网络。

当大量无线节点将是组合/双协议节点时，特别是在密集网络中，考虑将一些组合/双协议节点切换到仅第二网格协议操作，或者甚至切换到非路由器角色可能是有利的。这样做的优点在于，在密集网络中，将节点切换到非路由器角色，例如Zigbee终端设备或ZED角色是可能的，而不显著影响网络/路由可靠性。结果，可以减少将需要路径发现的节点数量，从而进一步对减少网络中的MTORR消息负载有贡献。

将无线网络节点切换到ZED角色（仅第二网格协议操作）可以在安装之前例如基于安装计划完成，并且借助于软件配置（例如使用NFC）或者借助于硬件配置（例如使用拨码开关）来实现。替代地，这样的切换可以在调试期间基于安装计划和/或现场无线电测量来完成，并且使用硬件配置或使用利用了调试工具的软件配置来实现。最后，这样的切换可以在操作阶段期间完成，此时使用第二无线通信协议的基于软件的配置将是优选的。

由于无线网络可能具有不同的特性，所述特性可能影响网络中的路由，因此可能需要相应地稍稍调整随机化间隔。例如，如果网络路由/拓扑中仅有的变型是设备缺陷或非网络源的偶然RF干扰，则随机化间隔可以被设置成由此映射路由器平均花费多于一个或多个小时的值。替代地，如果网络包含可以在有规律的基础上进入省电模式的无线节点，或者在需要低时延的情况下，可以选择随机化间隔，使得在15分钟到一个小时的范围内完成网络内的路由映射。在这些场景中，网络拓扑/路由的时间特性或时间属性被用于配置随机化间隔。

有利地，根据第一或第二方面的无线网状网络是没有固定网关的网络（诸如没有固定网关的Zigbee网络）。

根据第三方面，提供了一种供在无线网状网络中使用的无线网络节点，该无线网络节点被布置成在无线网状网络中作为代理进行操作，该无线网络节点包括第一收发器，该第一收发器使用第一无线通信协议进行通信，并且使用第二无线通信协议进行通信以用于无线网状网络，并且其中无线网络节点被布置成：使用第一通信协议与移动无线设备通信；使用第二无线通信协议与无线网络中的无线节点通信，并且在作为集中器使用第二无线通信协议进行通信的准备中，在无线网状网络中以随机化间隔发出多对一路由请求，以防止当无线网状网络中的多个无线节点同时加电时的广播风暴。

根据第四方面，提供了一种供在无线网状网络中使用的无线网络节点，该无线网络节点被布置成在无线网状网络中作为代理进行操作，该无线网络节点包括：使用第一无线通信协议进行通信的第一收发器，以及使用用于无线网状网络的第二无线通信协议进行通信的第二收发器，并且其中该无线网络节点被布置成：使用第一通信协议与移动无线设备进行通信；使用第二无线通信协议与无线网络中的无线节点通信，在作为集中器使用第二无线通信协议进行通信的准备中，在无线网状网络中以随机化间隔发出多对一路由请求MTORR，以防止当无线网状网络中的多个无线节点同时加电时的广播风暴。

优选地，根据第三和第四方面的无线网络节点持续保持跟踪网络中的路由，为使用第二无线通信协议的通信做准备。

随机化间隔可以与上文针对第一和第二方面讨论的那些一致地来选择。

根据第三/第四方面的无线网络节点被布置成使用第一通信协议与移动无线设备通信。无线网络节点可以进一步被布置成准备这样的通信，如集中器使用第二无线通信协议以随机化间隔有规律地发出MTORR，例如使用可以被设置在预定值内的随机退避时段，该预定值优选地基于网络的大小/网络中代理的数量来选择。

优选地，网络节点是照明网络节点，是存在传感器、光传感器、照明开关、改型灯、照明设备和/或无线网络控制器之一。

优选地，第一无线协议是BLE协议。

优选地，第二无线协议是Zigbee协议。

根据第五方面，提供了一种无线网状网络中的路由发现方法，该方法包括第一多个无线网络节点，第一多个无线网络节点中的每个无线网络节点被布置成作为无线网状网络中的代理进行操作，并且包括：第一收发器，其使用第一无线通信协议进行通信，并且使用用于无线网状网络的第二无线通信协议进行通信，或者替代地，使用第一无线通信协议进行通信的第一收发器，以及使用用于无线网状网络的第二无线通信协议进行通信的第二收发器，该方法包括：第一多个无线网络节点中的每个无线网络节点：在作为集中器使用第二无线通信协议进行通信的准备中，相应无线网格节点在无线网状网络中以随机化间隔有规律地发出多对一路由请求，以防止当无线网状网络中的多个无线节点同时加电时的广播风暴。

还公开了一种包括代码装置的计算机程序，当程序由包括处理装置的无线组合节点执行时，该代码装置使得处理装置实行本发明的任何一种方法。

附图说明

在附图中，遍及不同的图，相同的附图标记通常指代相同的部分。此外，附图不一定按比例绘制，取而代之的是，重点通常放在说明本发明的原理上。

图1描绘了系统的概况，其中移动设备通过组合节点与无线网络交互；

图2-5示出了加电后节点中的路由表如何建立的示例；

图6A和图6B示出了无线网络节点的示意性框图；

图7示出了无线网状网络中的路由发现方法的流程图；

图8示出了示出多个MTORR随时间推移的传输的图表，以及

图9示出了包括照明网络节点的无线网络。

具体实施方式

遍及本专利申请，使用了利用Zigbee网络的示例，并且实际上本发明特别有益于Zigbee网络，然而本发明的概念不限于Zigbee，并且可以结合其他网络使用，其他网络诸如是Thread、BT Mesh、Wi-Fi Mesh、JupiterMesh或其他网状拓扑。

当考虑无线网络时，“独立连接”无线网络的概念是无需网关工作的命题。这样的Zigbee网络和其中的设备的设置和配置可以通过移动设备104（诸如图1中所示的智能电话）上的应用、使用从智能电话到Zigbee/BLE组合节点101（这里是改型灯）的BLE连接来进行。智能电话经由BLE与之连接的Zigbee/BLE组合节点101被用作Zigbee网络的代理：通过连接到BLE上的单个Zigbee/BLE组合节点，智能电话可以连接到并控制Zigbee网状网络中的任何节点。

以这种方式，移动设备104可以用于与支持Zigbee/BLE协议的无线网格节点101、103直接通信。然而，为了与代理之外的网络节点通信，需要路由发现。

在实施例中，组合节点是Zigbee/BLE组合设备，其可以使用组合芯片，其中该芯片被布置成一次根据两种协议中的一种来操作，在这样的设备中，部分处理资源可以被重新使用，并且更具成本效益的解决方案是可能的。在图6A中描绘了示例无线网络节点WN1，该示例无线网络节点WN1包括第一收发器XCV1，以使用第一无线通信协议进行通信，并且使用用于无线网状网络的第二无线通信协议进行通信，当第一和第二无线通信协议在相似的频带中操作时，这将工作得最好，因为然后可以重新使用天线基础设施的部分。这样，无线网络节点WN1可以被布置成：使用第一通信协议（例如BLE）与移动无线设备104通信，并且使用第二无线通信协议（例如Zigbee）与图1中所示的无线网络100中的无线节点102、103通信。无线网络节点WN1可以可选地包括用于存储（一个或多个）其路由表的存储器MEM和/或控制器CTRL。本领域技术人员将理解，这样的MEM和CTRL可以是无线网络节点WN1内的单独物理实体，或者可以表示逻辑实体，例如在功能在专用集成电路或ASIC中实现的情况下。

替代地，Zigbee/BLE组合芯片可以配备一个或多个芯片或收发器，使得设备能够在两个网络中并行操作。图6B中描绘了对应的示例无线网络WN2。无线网络节点WN2包括使用第一无线通信协议进行通信的第一收发器XCV1，以及使用用于无线网状网络的第二无线通信协议进行通信的第二收发器XCV2。无线网络节点可以以这种方式被布置成使用第一通信协议与移动无线设备通信，并且使用第二无线通信协议与无线网络中的无线节点（102，103）通信。这将允许两个无线电的并行操作，并且当协议使用RF频谱的不同部分时，这可能是相关的。

无线网络节点WN2还可以可选地包括用于存储（一个或多个）其路由表的存储器MEM和/或控制器CTRL。本领域技术人员将理解，这样的MEM和CTRL可以是无线网络节点WN2内的单独物理实体，或者可以表示逻辑实体，例如，在诸如借助于专用集成电路或ASIC在单个物理实体中实现功能的情况下。

Zigbee支持“多对一路由请求”（MTORR）的概念，其中集中器（通常是网关）周期性地广播MTORR。当节点接收到该MTORR时，它在其路由表中存储条目，该条目指示发起节点是集中器节点，以及它从哪个其他节点接收到最低成本的MTORR帧，这建立了从该节点到集中器的路由——并且当MTORR被网络上的每个路由器节点从每个路由器节点到集中器转播时。

仍然需要建立从集中器到Zigbee节点的反向路由。存在多种方式可以做到此。Zigbee具有两个其他路由方法，源路由和AODV路由。通常，MTORR与源路由组合使用，但也可以与AODV路由组合使用。通常，Zigbee网络中仅存在一个集中器节点是网关/网桥。类似的情形也适用于其他网状网络协议。

在常规的Zigbee网络中，每个Zigbee路由器节点将近似每15秒发送一条链路消息。在该链路状态消息的情况下，邻居节点将能够用如那些邻居测量的它们邻居的正确链路成本（传出链路成本）来更新它们的邻居表。链路状态消息是单跳广播消息。

考虑没有固定网关的独立Zigbee网络。结果，没有固定的/单个的进入Zigbee网络的入口，智能电话可以从该入口到达所有其他节点。考虑由多个Zigbee/BLE代理组成的独立Zigbee网络，电话可以随机连接到该网络——仍然具有通过它连接的代理与网络上的其他节点通话的意图。

通过一个所选的代理与Zigbee网络上的多个节点进行通信具有多个优点：允许用户在建立1∶1 BLE连接之前避免对个体节点进行繁琐的标识，消除重复的连接时间（每个节点每个连接可以在1到2秒的范围内，取决于所使用的发现和安全方法），并且归因于在网络上并行化操作而允许进一步节省时间：智能电话可以通过广播从所有节点请求状态更新，或者通过单播从多个节点请求状态更新，并在它们接收到响应时收集响应，而不是逐一读取节点状态。

上述Zigbee独立网络系统可以由所有能够BLE/Zigbee的代理节点组成。仅在电话连接到代理时建立到网络中所有其他节点的路由将导致长的路由发现时间，并且从而导致不良的用户体验。当从任意代理节点向网络中的一个或多个其他Zigbee节点发送消息时，本发明显著减少了总体的网络时延。

尽管在独立的Zigbee网络中特别有利，但是相同的原理也可以应用于具有多个集中器的其他网状网络中。在具有大量集中器/代理节点的网络中，保持跟踪网络中的可用路由是相关的。当这样做时，移动设备将有可能自组织地连接到网络，并且不仅能够与代理通信，而且还能够与网状网络中的其他节点通信，而不必等待路由发现完成。

所提出的方法也可以用在无线网状网络中，其中除了较早描述的Zigbee/BLE节点之外，还存在仅支持第二协议的其他节点。这样的节点可以是“传统的”仅Zigbee的节点，或者可以是可以已经被配置（在安装之前、在调试期间或在操作期间）作为仅Zigbee的节点操作的能够Zigbee/BLE的节点。例如，在具有紧密接近的许多Zigbee/BLE节点的网络中，可以可建议的是将一些Zigbee/BLE路由器节点配置为Zigbee终端设备ZED，以便简化网络拓扑并减少对路由发现的需求。

在具有仅Zigbee节点和Zigbee/BLE节点的混合网络中，组合设备可以用作集中器和/或代理。然后，能够Zigbee/BLE的设备将已经主动地执行路由发现，类似于上面的示例，其中网络仅包括能够Zigbee/BLE的节点。底层的想法是混合配置中能够Zigbee/BLE的设备也可以为移动节点提供对Zigbee网络的访问权。

优选地，所描述的代理节点和路由器节点的行为表示优选的默认行为。

在另一实施例中，当节点在路由器/代理节点的数量或密度超过特定阈值的网络中操作时，或者当节点加入特定生态系统的特定类型的网络（例如，具有分布式安全或集中式安全模式）时，或者当网络中存在特定集群的客户端/服务器时，可以触发该行为。

此外，当具有网关节点的网络上的代理/路由器失去与该网关节点的连接时，或者如果用于替换该网关节点的程序被触发（例如，经由Zigbee信任中心交换方法），它可以被自动触发。

替代地，它可以在特定的动作或配置模式下触发。

此外，在与代理节点相关的方法中，如果代理经由BLE接口被委托，如果代理节点的BLE接口保持/变得对来自智能电话的BLE连接开放，等等，则可以触发下述行为。它可以经由配置参数/命令来激活。

类似地，下述行为可以在检测到上述任何触发的缺失或改变时被去激活。

在加电之后，Zigbee节点广播MTORR。它以随机延迟发出MTORR，以防止多个节点同时上电时出的广播风暴，这在照明系统中常见。

网络地址冲突导致移除冲突地址的路由表。因此，当从地址冲突中恢复时，具有新地址的节点也应该主动地发送MTORR，以重新建立到自身的路由。

类似地，网络参数的任何改变、即信道、PANID或网络密钥改变都可能导致节点错过更新并暂时失去连接，从而导致网络拓扑的改变。同样，使用新参数集重新加入的节点可能需要重新发送MTORR，以使用新链路重新建立路由。在来自参数更新命令的某个定义的延迟之后这样做可能是有益的，以便给其他节点一些时间来找到新网络，而不是被迫多次重复MTORR。

由于参与路由的节点可能消失（断电）或者传播条件可能改变，致使沿路由选择的链路不太可靠（例如，由于移动金属件，例如金属门），因此每个节点不仅在加电后发出MTORR而且周期性地重复发出MTORR是很重要的。该方法类似于Zigbee路由器节点周期性地发送链路状态消息，除了链路状态消息是单跳广播而MTORR是多跳广播消息的事实。由于这种差异，以比链路状态消息更低的频率发出MTORR以避免拥塞网络是很重要的。链路状态消息用于填充可及范围内节点的邻居表。MTORR消息用于填充网络中路由器节点的路由表。

在加电时，Zigbee节点广播设备通告来宣布它在网络上的存在。其他节点可以使用该设备通告作为触发器来发送下一个MTORR，以（尽可能快地）填充新通告的节点的空路由表节点可以在新节点加入时智能地发送它们的MTORR：新加入者节点的直接范围内的节点不需要在该节点加入时发送它们的MTORR，因为它们将能够基于单跳链路状态广播建立通信。此外，节点可以分析接收到的Device_annce的能力字段中的设备类型标志：如果加入设备是缩减功能设备（RFD），则不需要建立路由，因为加入者RFD的父代将代表它进行路由，并且该路由应该已经在位。类似地，代表添加到网络的绿色电力设备（GPD）发送的Device_annce命令不应触发任何附加的MTORR；代表GPD的Device_annces由设置为0xffffffffffffffff的IEEE地址来标识。

通过有规律地发送由随机化间隔隔开的MTORR，可以减少广播风暴。这里，随机化被理解为表示可以基于物理随机现象的变型，但也包括更常见的伪随机变型，诸如使用LFSR或其他伪随机发生器实现的那些。随机化间隔背后的底层思想是，MTORR将以高于某个预定值的平均延迟展开。以这种方式，可以以使得代理的MTORR的网络负载随时间分布的方式选择随机化间隔。从而降低广播风暴的可能性。

图8示出了图示来自单个集中器/代理节点的多个MTORR随时间推移的传输的图表，每个MTORR标记为三角形。如可以看到的，集中器/代理节点有规律地传输MTORR，但是MTORR不是以固定的距离间隔开的。MTORR由相应的时段T1、T2、T3等隔开。平均而言，MTORR由Tavg间隔开，通过控制Tavg，降低了多个集中器/代理同时发布MTORR的可能性。

本领域技术人员将清楚，这在集中器/代理节点数量很大的无线网络中特别相关。在这样的网络中，如果管理不当，路由发现网络负载将变得很大。所要求保护的发明提出了一种主动发现路由的方式，使得集中器/代理节点可以向网络中的移动节点提供快速网络接入。为了避免许多节点同时广播它们的MTORR，发送MTORR的频率可以适应于网络的大小，或者更优选地适应于该网络上的代理和/或路由器的数量（对于大型网络使用较低的频率以避免拥塞）。

在简单的非限制性示例中，可以可能的是集中器/代理节点将T _n 持续时间（后续随机化间隔持续时间）确定为：

T _n = 比例∙（（（网络节点或代理节点）的数量））∙RAND（种子）+ 偏移）

这里，RAND（种子）是使用seed作为其种子的种子伪随机函数，其返回范围[0，1]内的伪随机值，并且优选地具有均匀概率密度函数。比例因子允许稍稍调整平均间隔持续时间，以便为所有集中器创建足够的MTORR展开。可选地，可以添加偏移，以保证最小间隔长度。使用上述内容，集中器/路由器节点可以生成随机化的MTORR之间的间隔。上述持续时间可以用于实现相应MTORR之间的“随机退避”时段。

如图9中图示的，优选地，Zigbee/BLE组合节点是照明网络中的无线节点。图9示出了具有照明网络600的照明网络节点子集的房间。照明网络可以例如包括传感器形式的照明网络节点，诸如存在传感器SNS1或光传感器SNS2。在网络中还提供了无线灯开关SW、具有无线功能和光源的照门设备/照明器材LUM1以及具有无线功能和光源的改型灯泡LUM2。此外，提供了两个独立的照明控制器，每个都具有无线功能，一个是远程控制设备REM，并且第二个是照明控制器LC，例如以集线器或建筑物控制器的形式。

值得注意的是，虚线所示的无线移动设备104不是照明网络的部分，而取而代之是可以使用第一无线通信协议（诸如BLE）与无线照明网络中的组合节点之一进行通信。

可选地，网络可以是家庭自动化网络，其不限于照明应用，而是可以包括其他节点，诸如用于HVAC和/或资产跟踪的节点。然而，本领域的技术人员将清楚，特别是对于照明控制，利用组合节点作为终端用户设备是有益的，所述终端用户设备诸如是可以用于照明控制的移动电话和平板计算机，通常不支持Zigbee，但是例如支持BLE。

节点可以使用它们自己的路由表中的（MTORR）路由表条目的数量来确定网络大小。他们可以进一步使用Device_annces或本地nwkAddressMap。它可能是另一个配置参数，在调试时设置，或者一旦网络运行。例如：链路状态间隔为15秒。如果意图的MTORR间隔是30秒，并且该网络上存在200个代理/路由器节点，则那些代理/路由器节点中的每一个都应该每6000秒发送一次MTORR。

此外，节点可以跟踪每对接连的MTORR之间的间隔，并基于此适配它们自己的MTORR间隔。

优化MTORR数量的另一种方法将是分析MTORR路由错误和/或导致的无序路由请求、MTORR或AODV的数量。这可能是网络的某些部分中不稳定性的指示，例如，由于改变的传播条件等，并可能要求暂时增加MTORR频率。

在又一扩展中，特定节点发送其MTORR的频率对于该节点是单独的，并且例如取决于其在网络中的位置、其可能具有的RFD子节点的数量、代理连接的历史等。

接下来，基于节点的短地址的调度方案可以用于MTORR发送：经由路由表条目和/或nwkAddressMap知道网络中的其他节点，短地址的排序列表可以用于确定节点自己在该列表中的位置，并且导出何时发出下一个MTORR，使得它将不与任何其他节点的MTORR冲突。这也有助于在一段时间内平均划分该周期性MTORR机制的网络开销。

此外，该方法可以与其他路由方法组合使用，诸如AODV路由和源路由，但不限于仅这两种方法。

图2-5示出了加电后节点中的路由表如何建立的示例。这些图中的线表征节点之间存在链路，即节点B与节点A和C具有直接链路，但与节点D没有。

开始时，所有节点的路由表TA、TB、TC、TD都是空的。

图2示出了在节点A发送它的MTORR之后的情形，这里节点B、C和D接收MTORR并将到节点A的路由添加到它们相应的路由表（TB、TC、TD）。

图3示出了在节点B发送其MTORR之后的情形，这里节点A、C和D接收MTORR并将到节点B的路由添加到它们相应的路由表（TA、TC、TD）。

图4示出了在节点C发送其MTORR之后的情形，这里，节点A、B和D接收MTORR并将到节点C的路由添加到它们相应的路由表（TA、TB、TD）。

图5示出了在节点D发送其MTORR之后的情形，这里，节点A、B和C接收MTORR并将到节点D的路由添加到它们相应的路由表（TA、TB、TC）。

图7示出了无线网状网络中的路由发现方法的流程图。该无线网状网络包括第一多个无线网络节点，该第一多个无线网络节点中的每个无线网络节点被布置成既作为代理又作为集中器来操作。每个无线网络节点包括使用第一无线通信协议进行通信并使用用于无线网状网络的第二无线通信协议进行通信的第一收发器，或者替代地，使用第一无线通信协议进行通信的第一收发器，以及使用用于无线网状网络的第二无线通信协议进行通信的第二收发器。

该方法包括第一多个无线网络节点中的每个无线网络节点在作为集中器使用第二无线通信协议进行通信做准备中，相应的无线网格节点在无线网状网络中以随机化间隔有规律地发出S2多对一路由请求，以防止广播风暴。其中优选地，随机化间隔平均超过1分钟。

根据本发明的方法可以作为计算机实现的方法在计算机上实现，或者在专用硬件中实现，或者在两者的组合中实现。

根据本发明的方法的可执行代码可以存储在计算机/机器可读存储装置上。计算机/机器可读存储装置的示例包括非易失性存储器设备、光存储介质/设备、固态介质、集成电路、服务器等。优选地，计算机程序产品包括存储在计算机可读介质上的非暂时性程序代码装置，用于当所述程序产品在计算机或包括在节点或网络或调试设备中的处理装置上执行时，执行根据本发明的方法，如在上述实施例中公开的。

还可以提供方法、系统和计算机可读介质（暂时的和非暂时的）来实现上述实施例的所选方面。

术语“控制器”在本文一般用于描述与一个或多个网络设备或协调器的操作以及其他功能相关的各种装置。控制器可以以多种方式（例如，诸如用专用硬件）实现，以执行本文讨论的各种功能。“处理器”是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，该微处理器可以使用软件（例如微码）编程以执行本文讨论的各种功能。控制器可以采用或不采用处理器来实现，并且也可以实现为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器（例如，一个或多个编程的微处理器和相关联电路）的组合。可以在本公开的各种实施例中采用的控制器部件的示例包括但不限于常规的微处理器、专用集成电路（ASIC）和现场可编程门阵列（FPGA）。

在各种实现中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质（本文一般称为“存储器”）相关联，例如易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM、高密度磁盘、光盘等）。在一些实现中，存储介质可以编码有一个或多个程序，一个或多个程序当在一个或多个处理器和/或控制器上执行时，执行本文讨论的至少一些功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内，或者可以是可移动的，使得存储在其上的一个或多个程序可以加载到处理器或控制器中，以便实现本文讨论的本发明的各个方面。术语“程序”或“计算机程序”在本文中以一般意义使用，指代可以用于对一个或多个处理器或控制器编程的任何类型的计算机代码（例如，软件或微码）。

如本文使用的术语“网络”是指两个或更多个设备（包括控制器或处理器）的任何互连，其促进在任何两个或更多个设备之间和/或在耦合到网络的多个设备之间的信息传送（例如，用于设备控制、数据存储、数据交换等）。

如说明书和权利要求书中所使用的，“或”应该理解为具有与上面定义的“和/或”相同的含义。例如，当分隔列表中的项目时，“或”或“和/或”应被解释为包含性的，即包括至少一个，但也包括多于一个的多个或元素列表，以及可选地，附加的未列出的项目。

Claims (15)

1.一种无线网状网络（100），包括第一多个无线网络节点（101，103），

所述第一多个无线网络节点（101）中的每个无线网络节点（101）被布置为既作为代理又作为集中器进行操作，并且包括第一收发器，以使用第一无线通信协议进行通信，并且使用用于无线网状网络的第二无线通信协议进行通信，

其中所述第一多个无线网络节点中的每一个被布置成：

-使用第一通信协议与移动无线设备（104）通信；

-使用第二无线通信协议与无线网络中的无线节点（102）通信，以及

-在作为集中器使用第二无线通信协议进行通信的准备中，在无线网状网络（100）中以随机间隔发出多对一路由请求，以防止当无线网状网络中的多个无线节点同时加电时的广播风暴。

2.一种无线网状网络（100），包括第一多个无线网络节点（101，103），

第一多个无线网络节点中的每个无线网络节点（101）被布置成既作为代理又作为集中器操作，并且包括：

-使用第一无线通信协议进行通信的第一收发器，以及

-使用用于无线网状网络的第二无线通信协议进行通信的第二收发器，

其中所述第一多个无线网络节点中的每一个被布置成：

-使用第一通信协议与移动无线设备（104）通信；

-使用第二无线通信协议与无线网络中的无线节点（102）通信，以及

-在作为集中器使用第二无线通信协议进行通信的准备中，以随机间隔在无线网状网络（100）上发出多对一路由请求，以防止当无线网状网络中的多个无线节点同时加电时的广播风暴。

3.根据任一前述权利要求所述的无线网状网络（100），其中所述随机化间隔基于预定值，所述预定值基于网络的大小或网络中代理的数量并且被随机化。

4.根据任一前述权利要求所述的无线网状网络（100），其中所述无线网状网络由第一多个无线网络节点（101，103）和第二多个无线网络节点（102）组成，并且

第二多个无线网络节点中的每个无线网络节点包括第二收发器，用于：

-使用第二无线通信协议进行通信，

并且其中第二多个网络节点中的每一个被布置成：

-使用第二无线通信协议与无线网状网络中的节点通信，并且其中

第一多个中的无线路由器节点的数量大于无线网状网络中无线路由器节点总数的30%。

5.根据权利要求4所述的无线网状网络（100），其中所述第二多个无线网络节点的一些或所有节点是可配置的，并且在结构上具有与所述第一多个节点相同的通信能力，但是其中所述第二多个无线网络节点的一些或所有节点已经被配置为禁止使用所述第一无线通信协议进行通信。

6.根据前述权利要求中任一项所述的无线网状网络（100），其中，随机化间隔在15分钟以上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的无线网状网络（100），其中，所述第一多个无线网络节点被布置成：

-作为移动设备（104）的代理节点进行操作，该移动设备想要与无线网状网络中的另外无线网络节点（102，103）进行通信，

-使用第一通信协议连接到移动设备（104 ），以及

-转发来自以下各项中的至少一项的信息：

-使用第二通信协议将移动设备（104）连接到另外无线网络节点（102，103），并且

-使用第一通信协议将另外无线网络节点（102，103）连接到移动设备（104）。

8.根据前述权利要求中任一项所述的无线网状网络（100），其中，所述无线网状网络节点是没有固定网关的网络。

9.一种供在无线网状网络（100）中使用的无线网络节点（WN1），所述无线网络节点被布置成在无线网状网络中作为代理来操作，所述无线网络节点包括第一收发器（XCV1），第一收发器使用第一无线通信协议进行通信，并且使用用于无线网状网络的第二无线通信协议进行通信，

并且其中无线网络节点被布置成：

-使用第一通信协议与移动无线设备通信；

-使用第二无线通信协议与无线网络中的无线节点通信，以及

-在作为集中器使用第二无线通信协议进行通信的准备中，在无线网状网络（100）中以随机化间隔发出多对一路由请求，以防止当无线网状网络中的多个无线节点同时加电时的广播风暴。

10.一种供在无线网状网络（100）中使用的无线网络节点（WN2），所述无线网络节点被布置成在无线网状网络中既作为代理又作为集中器来操作，所述无线网络节点包括：

-使用第一无线通信协议进行通信的第一收发器（XCV1），以及

-使用用于无线网状网络的第二无线通信协议进行通信的第二收发器（XCV2），

并且其中无线网络节点被布置成：

-使用第一通信协议与移动无线设备通信；

-使用第二无线通信协议与无线网络中的无线节点通信，以及

-在作为集中器使用第二无线通信协议进行通信的准备中，在无线网状网络中以随机化间隔发出多对一路由请求MTORR，以防止当无线网状网络中的多个无线节点同时加电时的广播风暴。

11.根据权利要求9或10所述的无线网络节点（WN1，WN2），其中，第一无线通信协议是蓝牙低能量BLE；蓝牙Mesh；线程；Z-wave、WirelessHart和IEEE802.11之一。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的无线网络节点（WN1，WN2），其中，第二无线通信协议是Zigbee协议。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的无线网络节点（WN1，WN2），其中，所述随机化是借助于在传输相应的多对一路由请求MTORR之前的随机化退避时段来进行的。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的无线网络节点（WN1，WN2），其中，所述无线网络节点是照明网络节点，是以下各项中的至少一项：存在传感器（SNS1）、光传感器（SNS2）、照明开关（SW）、改型灯（LUM2）、照明设备（LUM1）和无线照明控制器（LC）。

15.一种无线网状网络中的路由发现方法，所述无线网状网络包括第一多个无线网络节点，第一多个无线网络节点中的每个无线网络节点被布置成既作为代理又作为集中器进行操作，并且包括第一收发器，第一收发器使用第一无线通信协议进行通信，并且使用用于无线网状网络的第二无线通信协议进行通信，

所述方法包括：

-第一多个无线网络节点中的每个无线网络节点；

-在作为集中器使用第二无线通信协议进行通信的准备中，相应的无线网格节点用在无线网状网络中以随机化间隔发出（S1）多对一路由请求，以防止当无线网状网络中的多个无线节点同时加电时的广播风暴。

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