CN117499870A - 用于气体检测系统中的LoRa专用网的自动配置的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

用于在气体检测系统内建立各种网络配置的方法、装置和系统。所述方法包括：由与网关相关联的计算设备对树形网络的根节点进行初始化；针对信标请求广播进行监视，其中所述信标请求广播由所述计算设备从一个或多个广播设备中的给定广播设备检测，所述给定广播设备从并行网络配置切换过来以加入所述树形网络；确定支持与所述广播设备的连接的可用能力；基于可用能力的确定来生成信标响应；将所述信标响应传输到所述广播设备；基于加入请求的接收将所述广播设备建立为子节点设备；以及基于所述广播设备作为子节点设备的建立将加入确认传输到所述广播设备。

Description

用于气体检测系统中的LoRa专用网的自动配置的方法、装置 和系统

技术领域

本公开总体上涉及网络架构，并且更具体地，涉及建立针对气体检测系统内的设备的长距离（LoRa）专用网。

背景技术

LoRa是从啁啾扩频（CSS）技术衍生的扩频调制技术。LoRa设备和无线射频技术是长距离低功率无线平台，其已经变为针对全世界物联网（IoT）网络的实际上存在的技术。

发明内容

本文描述的各种实施例涉及用于建立气体检测系统内的设备的各种通信网络的方法、装置和系统。在本公开一个实施例中，提供了一种用于建立气体检测系统内的设备的树形网络的方法，其中所述气体检测系统包括一个或多个广播设备和网关，并且所述方法包括：由与网关相关联的计算设备对树形网络的根节点进行初始化；由所述计算设备针对信标请求广播进行监视，其中所述信标请求广播由所述计算设备从所述一个或多个广播设备中的给定广播设备检测，所述给定广播设备从并行网络配置切换过来以加入所述树形网络；由所述计算设备确定支持与所述广播设备的连接的可用能力；由所述计算设备基于可用能力的确定来生成信标响应；由所述计算设备将所述信标响应传输到所述广播设备；由所述计算设备基于加入请求的接收将所述广播设备建立为子节点设备；以及由所述计算设备基于所述广播设备作为子节点设备的建立将加入确认传输到所述广播设备。

在一些实施例中，所述根节点可以包括：节点设备，被指定为来自所述树形网络中的子节点设备的数据通信的目的地。在一些实施例中，所述计算设备可以进一步被配置成：管理所述树形网络中的分支和所述子节点设备的数据路由。在一些实施例中，所述树形网络可以包括LoRa专用网。在一些实施例中，所述方法可以进一步包括：将所述树形网络连接到中央网络。在一些实施例中，所述中央网络可以耦合到远程服务器，所述远程服务器提供从所述树形网络接收的数据的集中式监视。在一些实施例中，所述信标请求可以包括针对具有与所述广播设备连接的可用能力的设备的请求。在一些实施例中，所述可用能力可以包括表示所述计算设备的用于接受子节点设备连接的容量的资源量。

在一些实施例中，确定所述可用能力可以进一步包括：确定与所述广播设备相对应的子节点设备类型。在一些实施例中，所述加入请求可以包括与所述计算设备连接以加入所述树形网络的请求。在一些实施例中，将所述广播设备建立为子节点设备可以进一步包括：将所述计算设备的能力分配给所述子节点设备；将网络地址指派给所述子节点设备；以及记录所述广播设备的媒体接入控制（MAC）地址，作为所述子节点设备的MAC地址。在一些实施例中，所述加入确认可以包括经由所述计算设备与所述广播设备之间的连接确认到所述树形网络的连接的消息。在一些实施例中，所述加入确认可以包括所指派的网络地址以及表示从所述计算设备分发到所述子节点设备的能力的能力值。

根据另一实施例，提供了一种用于加入气体检测系统内的设备的树形网络的方法，其中所述气体检测系统包括一个或多个广播设备和一个或多个广播信标响应设备，并且所述方法包括：由计算设备在从并行网络配置切换过来以加入树形网络时广播信标请求；由所述计算设备接收包括消息的一个或多个信标响应，所述消息包括接收到所述信标请求的给定设备具有可用能力的指示；由所述计算设备基于一个或多个准则来确定与所述一个或多个信标响应相对应的哪个或哪些信标响应设备请求加入；由所述计算设备基于所述确定将加入请求传输到给定信标响应设备；由所述计算设备从所述给定信标响应设备接收加入确认；以及基于所述加入确认来记录作为父节点设备的用于关联的所述给定信标响应设备的媒体接入控制（MAC）地址和网络地址。

在一些实施例中，所述信标响应设备可以包括网关、连接到网关的路由器、或者连接到与所述网关连接的一个或多个附加路由器的路由器。在一些实施例中，所述一个或多个准则可以包括最小跳数、最佳接收信号强度指示符（RSSI）和信噪比（SNR）。在一些实施例中，所述加入请求可以包括与所述给定信标响应设备连接以加入所述树形网络的请求。在一些实施例中，所述加入确认可以包括经由所述计算设备与所述给定信标响应设备之间的连接确认到所述树形网络的连接的消息。在一些实施例中，所述方法可以进一步包括：将帧传输到所述给定信标响应设备，所述帧包括有效载荷数据和控制信息，所述控制信息包括源网络地址、目的地网络地址、源MAC地址和目的地MAC地址。

根据另一实施例，提供了一种用于建立气体检测系统内的并行网络的方法，所述方法包括：由所述计算设备针对帧广播进行监视，所述帧广播包括帧的传输，所述帧包括用于在所述并行网络内的设备之间分发的控制信息和数据有效载荷；由所述计算设备确定所述帧广播是否是重复的，其中所述帧广播中的非重复帧广播包括可由所述计算设备访问以用于呈送的数据有效载荷；由所述计算设备确定所述帧广播是否包括非零跳量；以及由所述计算设备基于所述帧广播是否包括非零跳量的确定将所述帧广播中给定的一个广播到其他计算设备。

在以下详细描述及其附图中进一步解释以上说明性发明内容、以及本公开的其他示例性目的和/或优势、以及完成它们的方式。

附图说明

可以结合附图而阅读图示性实施例的描述。应当领会，为了图示的简明和清楚起见，图中图示的元件不必然按比例绘制，除非以其他方式描述。例如，元件中的一些的尺寸可以相对于其他元件而夸大，除非以其他方式描述。关于本文呈现的图而示出和描述并入有本公开的教导的实施例。

图1图示了根据本公开各种实施例的示例控制器部件。

图2图示了根据本公开各种实施例的示例气体检测系统的各种部件的示例图。

图3图示了根据本公开各种实施例的示例性树形网络架构的图。

图4图示了根据本公开各种实施例的用于由网关处置子节点连接请求的方法的流程图。

图5图示了根据本公开各种实施例的用于征求以加入树形网络的方法的流程图。

图6图示了根据本公开各种实施例的用于由路由器处置子节点连接请求的方法的流程图。

图7图示了根据本公开各种实施例的在树形网络中广播信标请求的示例图。

图8图示了根据本公开各种实施例的在树形网络中传输信标响应的示例图。

图9图示了根据本公开各种实施例的在树形网络中传输加入请求的示例图。

图10图示了根据本公开各种实施例的使设备加入到树形网络的示例图。

图11图示了根据本公开各种实施例的用于数据传输和路由的示例性节点地址的树形网络图。

图12图示了根据本公开各种实施例的示例性上游传输帧。

图13图示了根据本公开各种实施例的示例性下游传输帧。

图14图示了根据本公开各种实施例的示例性网络模式切换的图。

图15图示了根据本公开一些实施例的在并行网络中配置的示例气体检测系统。

图16图示了图示根据本公开一些实施例的处置帧广播的示例性方法的示例流程图。

图17图示了根据本公开各种实施例的并行网络中的广播设备的图。

图18图示了根据本公开各种实施例的示例性网络模式切换的图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图来更充分地描述本公开一些实施例，在附图中，示出了本公开的一些但不是所有实施例。实际上，这些公开内容可以以许多不同形式体现，而不应当被理解为限于本文阐述的实施例；而是，这些实施例被提供以使得本公开将满足适用的法律要求。自始至终，相似的附图标记指代相似的元件。

短语“在一个实施例中”、“根据一个实施例”等等一般意味着跟在该短语之后的特定特征、结构或特性可以被包括在本公开的至少一个实施例中，且可以被包括在本公开的多于一个实施例中（重要的是，这种短语不必然指代相同实施例）。

本文使用词语“示例”或“示例性”以意指“充当示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实现方式不必然被理解为相比于其他实现方式优选或有利。

如果说明书声明了部件或特征“可以”、“能够”、“能”、“应当”、“将”、“优选地”、“可能地”、“典型地”、“可选地”、“例如”、“经常”或“可能”（或其他这种语言）被包括或具有特性，则具体部件或特征不必须被包括或具有该特性。这种部件或特征可以可选地被包括在一些实施例中，或者它可以被排除。

现在参考图1，示意图描绘了根据本公开各种实施例的示例气体检测设备的示例控制器部件100。如所示的那样，控制器部件100包括处理电路101、通信模块103、输入/输出模块105、存储器107、和/或被配置成执行本文描述的各种操作、过程、功能等等的其他部件。

如所示的那样，控制器部件100（诸如，处理电路101、通信模块103、输入/输出模块105和存储器107）电耦合到感测部件109和/或与感测部件109电子通信。如所描绘的那样，感测部件109可以与控制器部件100的处理电路101交换（例如，发射和接收）数据。例如，感测部件109可以生成气体检测指示并将气体检测指示发射到处理电路101。

处理电路101可以被实现为例如各种设备，包括：具有伴随的数字信号处理器的一个或多个微处理器；没有伴随的数字信号处理器的一个或多个处理器；一个或多个协处理器；一个或多个多核处理器；一个或多个控制器；处理电路；一个或多个计算机；以及各种其他处理元件（包括集成电路（诸如，ASIC或FPGA）或其某个组合）。在一些实施例中，处理电路101可以包括一个或多个处理器。在一个示例性实施例中，处理电路101被配置成执行存储器107中存储或以其他方式可由处理电路101访问的指令。在由处理电路101执行时，这些指令可以使控制器部件100能够执行如本文描述的一个或多个功能。不论它是被硬件、固件/软件方法、还是其组合配置，处理电路101都可以包括能够在被对应地配置时执行根据本发明实施例的操作的实体。因此，例如，当处理电路101被实现为ASIC、FPGA等等时，处理电路101可以包括用于实现本文描述的一个或多个操作的特殊配置的硬件。可替换地，作为另一示例，当处理电路101被实现为指令（诸如，可被存储在存储器107中的那些指令）的促动器时，指令可以将处理电路101具体配置成执行本文描述的一个或多个算法和操作。

存储器107可以包括例如易失性存储器、非易失性存储器或者其某个组合。尽管在图1中被图示为单个存储器，但存储器107可以包括多个存储器部件。在各种实施例中，存储器107可以包括例如硬盘驱动器、随机存取存储器、高速缓冲存储器、闪速存储器、致密盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能盘只读存储器（DVD-ROM）、光盘、被配置成存储信息的电路、或者其某个组合。存储器107可以被配置成存储信息、数据、应用程序、指令等，使得控制器部件100可以执行根据本公开实施例的各种功能。例如，在至少一些实施例中，存储器107被配置成对输入数据进行高速缓存以供处理电路101处理。另外或可替换地，在至少一些实施例中，存储器107被配置成存储程序指令以供处理电路101执行。存储器107可以存储以静态和/或动态信息的形式存在的信息。当功能被执行时，所存储的信息可以由控制器部件100存储和/或使用。

通信模块103可以被实现为电路、硬件、计算机程序产品或其组合中包括的被配置成从/向另一部件或装置接收和/或发射数据的任何装置。计算机程序产品包括计算机可读介质（例如，存储器107）上存储且由控制器部件100（例如，处理电路101）执行的计算机可读程序指令。在一些实施例中，通信模块103（如本文讨论的其他部件那样）可以至少部分地被实现为处理电路101或以其他方式由处理电路101控制。在这点上，通信模块103可以与处理电路101通信，例如通过总线。通信模块103可以包括例如天线、发射机、接收机、收发器、网络接口卡和/或支持硬件和/或固件/软件，且用于与另一装置建立通信。通信模块103可以被配置成通过使用可以用于装置之间的通信的任何协议来接收和/或发射可由存储器107存储的任何数据。通信模块103可以另外或可替换地与存储器107、输入/输出模块105和/或控制器部件100的任何其他部件通信，例如通过总线。

在一些实施例中，控制器部件100可以包括输入/输出模块105。输入/输出模块105可以与处理电路101通信，以接收由用户输入的指令和/或将可听、视觉、机械或其他输出提供给用户。因此，输入/输出模块105可以包括支持设备，诸如键盘、鼠标、显示器、触摸屏显示器和/或其他输入/输出机构。可替换地，输入/输出模块105的至少一些方面可以被实现在被用户使用以与控制器部件100通信的设备上。输入/输出模块105可以与存储器107、通信模块103和/或任何其他部件通信，例如通过总线。一个或多个输入/输出模块和/或其他部件可以被包括在控制器部件100中。

根据各种实施例，所公开的气体检测设备可以被部署用于潜在地危险的环境的实时远程监视。例如，所公开的气体检测设备可以是在它对维持气体威胁上的可见性（诸如，保护产业工人和第一响应者或者在危险品事件期间建立周界）来说关键的情况下使用的。在一些实施例中，多个所公开的气体检测设备可以被配置在网络中以与彼此通信以及支持长距离远程监视。因此，存在针对提供稳定性、安全性和支持组警报功能的网络方案的需要。

根据本公开各种示例，提供了针对用于通信的多个所公开的气体检测设备的气体检测网络。气体检测网络可以包括：LoRa专用网，包括两个网络拓扑操作模式。作为示例，气体检测网络可以允许该多个所公开的气体检测设备在树形网络模式或并行网络模式中使用LoRa来进行通信。该多个所公开的气体检测设备可以基于网关的存在来在树形网络模式与并行网络模式之间切换。也就是说，该多个所公开的气体检测设备在树形网络模式中配置时可以基于网关设备从树形网络的移除（例如，失效、丢失连接、超出范围、离线）来离线且启用广播以建立并行网络。相反，该多个所公开的气体检测设备在并行网络模式中配置时可以基于网络设备到气体检测网络的添加或连接来停止广播且加入树形网络。

现在参考图2，示出了示例气体检测系统。特别地，图2描绘了气体检测系统200，包括根据本文公开的各种实施例的LoRa专用网中连接的各种部件。气体检测系统200包括气体检测设备202和204、路由器206、网关208以及中央网络210。在所图示的实施例中，气体检测设备202和204、路由器206和网关208可以根据树形网络模式而在LoRa专用网中连接。气体检测设备202和204可以包括用于与路由器206或网关208通信的数据传输功能。

路由器206可以包括：无线基础设施设备，其可以操作为接入点以在LoRa专用网内（诸如，在气体检测设备202、204与网关208之间）传送和递送数据。在一些实施例中，路由器206可以包括所公开的气体检测设备的功能。根据另一实施例，路由器206可以包括用于中继无线信号的专用设备。作为示例，路由器206可以操作为量程扩展器以增大气体检测设备202和204的无线传输距离。路由器206可以支持多跳路由以提供更好的网络覆盖并增强连接稳定性。路由器206还可以管理树形网络模式中的子节点设备（例如，气体检测设备204）的数据路由，且可以触发警报通知设备。

网关208可以包括：网络设备，其将气体检测系统200的LoRa专用网部分（例如，气体检测设备202、204、路由器206和网关208自身）连接到中央网络210。网关208可以包括诸如网络接口卡之类的硬件和用于对从LoRa专用网到中央网络210的通信进行接口连接的软件。网关208还可以管理树形网络模式中的所有子节点设备和分支（例如，气体检测设备202、204和路由器206）的数据路由。

中央网络210可以包括气体检测设备202、204、路由器206和网关208可最终与之通信的端点。例如，可以通过LoRa专用网的各种层节点（例如，从底层到顶层）将来自气体检测设备202、204和路由器206的实时检测数据传播到中央网络210。

根据一些实施例，中央网络210可以耦合到远程服务器，以提供从LoRa专用网中连接的设备接收的数据（诸如，每个设备的实时威胁读数、警报状态、位置）的集中式监视。作为示例，中央网络210可以接收气体检测设备202、204和路由器206的检测读数和位置数据，并监视气体检测设备202、204和路由器206的状态。相应地，可以使用对气体检测设备202、204和路由器206的实时数据和位置的访问，以监视工人以及确定威胁的位置和严重性。

如上所讨论，气体检测系统内的设备可以基于树形网络配置而连接到LoRa专用网。图3呈现了根据本公开各种实施例的示例性树形网络架构的图。所图示的实施例包括树形网络300，树形网络300包括属于多个层（层0至4）的节点。每个层包括表示根据树形层级而连接的气体检测设备、路由器和网关的节点。层可以表示气体检测设备、路由器和网关的父子节点关系。可以基于一个或多个因素（诸如，功能、能力、距离、信号强度或网络业务量负载）来建立父和子节点连接。在本公开各种实施例中，最顶层（诸如，层0）被指派给网关。

层0包括网关302。网关302直接连接到层1中的子节点，包括路由器310、气体检测设备312、路由器314和气体检测设备316。路由器310和路由器314进一步连接到层2中的子节点。特别地，路由器310直接连接到路由器320、气体检测设备322和气体检测设备324，并且路由器314直接连接到路由器326和气体检测设备328。路由器320进一步连接到层3中的子节点，包括路由器330、气体检测设备332和气体检测设备334。路由器330进一步连接到层4中的子节点，包括路由器340、气体检测设备342和气体检测设备344。

网关302以及路由器310、314、320、326、330和340可以具有某些属性，例如，如表1中所描绘。

层	能力	RTR_Alloc	RTR_MAX	层中的RTR MAX数
					0	192	17	8	0
1	16	6	2	8
					2	5	3	1	16
3	2	1	0	16
					4	0	0	0	0

表1

“能力”属性可以被分配给网关和路由器。能力可以包括：资源量，表示网关的或路由器的用于基于层级别接受与路由器或气体检测设备的子节点连接的容量。路由器的能力可以由其父节点（网关或路由器）在连接时分配。作为根节点的网关302可以被预先分配有给定量的能力。一般地，树形网络300的较高层中的网关/路由器被分配有比较低层中的路由器更大的能力。例如，层0中的网关302被分配有最大量的能力（‘192’），而层4中的路由器340未被分配有能力。

父路由器可以接受来自子节点路由器或气体检测设备的连接。另外，当子路由器连接到父节点时，父的能力可以被分配给子路由器。如果路由器连接到给定层处的父节点，则“RTR_Alloc”属性可以包括能力成本。如果父节点具有足够能力（例如，能力 > RTR_Alloc），则可以从父节点的剩余能力给子路由器分配等于RTR_Alloc的能力。然而，如果父节点具有大于‘1’但小于RTR_Alloc的剩余能力，则可以将该剩余能力分配给子路由器。网关或路由器可以接受连接直到其能力被耗尽。也就是说，可以针对每个设备连接而分配能力直到能力被耗尽（即，能力 = 0）。“RTR_MAX”属性可以定义被允许连接到给定层处的父节点的子路由器的最大量。在某些实例中，诸如在所图示的实施例中，路由器340可以被允许连接到具有RTR_MAX = 0的路由器330，只要路由器340被配置为检测器设备且不起路由器的作用即可。“层中的RTR MAX数”属性可以定义给定层中的路由器的最大数目。

现在参考图4、图5和图6，提供了图示根据本公开一些示例实施例的设立树形网络的示例性方法的示例流程图。应当注意，流程图的每个框和流程图中的框的组合可以由各种装置实现，该各种装置诸如是与包括一个或多个计算机程序指令的软件的执行相关联的硬件、固件、电路和/或其他设备。例如，在图4、图5和图6中描述的步骤/操作中的一个或多个可以由计算机程序指令体现，该计算机程序指令可以由采用本公开实施例的装置的非瞬变存储器存储且由装置中的处理器部件（诸如但不限于气体检测设备、路由器、网关、可编程处理器、客户端计算设备、远程计算服务器等等）执行。例如，这些计算机程序指令可以引导处理器部件按特定方式起作用，使得计算机可读储存存储器中存储的指令产生制造品，该制造品的执行实现（一个或多个）流程图框中指定的功能。

在图4中，根据本公开一些实施例，示例方法400可以由与网关相关联的计算设备执行，该网关用于处置来自请求加入树形网络的广播设备的子节点连接请求。根据与此一起描述的各种实施例，加入树形网络的请求可以响应于网关的检测。作为示例，广播设备可以从并行网络配置切换过来到树形网络配置。

在步骤402处，由计算设备对树形网络的根节点进行初始化。根节点可以包括：节点设备，其被指定为来自树形网络中的所有其他节点设备的数据通信的目的地。作为示例，计算设备可以起子节点设备可直接或经由中间设备节点将数据传送到的目的地设备节点的作用。计算设备可以管理树形网络中的所有子节点设备和分支的数据路由。

树形网络可以包括例如能够在气体检测系统内进行无线通信的设备的网络。在一些实施例中，树形网络可以包括LoRa专用网或者使用互联网协议地址的专用地址空间的任何局域计算机网络。计算设备可以将树形网络连接到处于树形网络外部的另一网络，诸如中央网络。

在一些实施例中，在步骤402之后，示例方法前进到步骤404，其中计算设备针对信标请求广播进行监视。针对信标请求广播进行监视可以包括：检测来自广播设备的信标请求广播。信标请求可以包括来自广播设备的针对具有与广播设备连接的可用能力的设备的请求。可以从例如从并行网络配置切换过来且搜索要与之连接的父节点设备以便加入树形网络的气体检测设备或路由器广播信标请求。图7呈现了网关702针对从路由器704广播的信标请求进行监视的示例性描绘。

参考回图4，在一些实施例中，在步骤404之后，示例方法前进到步骤406，其中计算设备确定支持与广播设备的连接的可用能力。能力可以包括表示计算设备的（即，网关的）用于接受子节点设备连接的容量的资源量。计算设备可以被预先分配有给定量的能力，其可以是进一步从计算设备分配给子节点设备的。确定可用能力可以进一步包括：确定与广播设备相对应的子节点设备类型。不同类型的子节点设备可能要求不同量的能力。例如，与路由器的连接可能要求来自计算设备的比气体检测设备更大的能力。

在一些实施例中，在步骤406之后，示例方法前进到步骤408，其中计算设备基于可用能力来生成信标响应。信标响应可以包括下述消息：该消息包括计算设备具有可用能力的指示或者可用能力的值。在一些实施例中，在步骤408之后，示例方法前进到步骤410，其中计算设备将信标响应传输到广播设备。图8描绘了信标响应的示例性传输，诸如从网关702到路由器704。

参考回图4，在一些实施例中，在步骤410之后，示例方法前进到步骤412，其中计算设备确定是否已经从广播设备接收到加入请求。加入请求可以包括与计算设备连接以加入树形网络的请求。在某些实施例中，广播设备可以被给予预定量的响应时间。在一些实施例中，在步骤412之后，如果未从广播设备接收到加入请求，则示例方法前进到步骤404，其中计算设备继续针对附加信标请求广播进行监视。根据另一实施例，计算设备可以继续在不确定是否已经从广播设备接收到加入请求的情况下针对其他信标请求广播进行监视。也就是说，计算设备可以在先来先服务的基础上通告可用性并完成加入请求，而不论信标响应被计算设备传输的定时如何。

在一些实施例中，在步骤412之后，如果从广播设备接收到加入请求，则示例方法前进到步骤414，其中计算设备将广播设备建立为子节点设备。图9描绘了加入请求的示例性接收。例如，来自路由器704的加入请求由网关702接收。将广播设备建立为子节点设备可以包括：将计算设备的能力分配给子节点设备；将网络地址指派给子节点设备；以及记录广播设备的媒体接入控制（MAC）地址，作为子节点设备的MAC地址。

参考回图4，在一些实施例中，在步骤414之后，示例方法前进到步骤416，其中计算设备基于广播设备作为子节点设备的建立将加入确认传输到广播设备。加入确认可以包括经由计算设备与广播设备之间的连接确认到树形网络的连接的消息。加入确认可以包括所指派的网络地址以及表示从计算设备分发到子节点设备的能力的能力值。能力值可以被分配给子节点设备，其可以确定子节点设备（例如，如果子节点设备是路由器）是否能够作为父节点设备接受与另一子节点设备的连接。如图10中所示，网关702将加入确认传输到路由器704。

在图5中，根据本公开一些实施例，示例方法500可以由与用于征求以加入树形网络的气体检测设备或路由器相关联的计算设备执行。在步骤502处，计算设备广播信标请求，以搜索要与之连接以便加入树形网络的父节点设备。例如，计算设备可以包括：气体检测设备或路由器，其从并行网络配置切换过来并搜索要与之连接以便加入树形网络的父节点设备。父节点设备可以包括网关、连接到网关的路由器、或者连接到与网关连接的一个或多个附加路由器的路由器。信标请求可以包括来自计算设备的针对具有与计算设备连接的可用能力的设备的请求。信标请求可以被广播到设备，例如，计算设备的无线通信范围内的网关或路由器。图7呈现了下述各项的示例性描绘：路由器704将信标请求广播到包括网关702、路由器706和路由器710的多个设备；以及设备712将信标请求广播到包括路由器706、路由器708和路由器710的多个设备。

在一些实施例中，在步骤502之后，示例方法前进到步骤504，其中由计算设备接收一个或多个信标响应。信标响应可以包括下述消息：该消息包括接收到信标请求的给定设备具有可用能力的指示。计算设备可以从计算设备的传输范围内且具有添加计算设备作为子节点设备的能力的任何信标响应设备（例如，网关、连接到网关的路由器、或者连接到与网关连接的一个或多个附加路由器的路由器）接收信标响应。例如，参考图8，路由器704从网关702、路由器706和路由器710接收信标响应，并且设备712从路由器706、路由器708和路由器710接收信标响应。

在一些实施例中，在步骤504之后，示例方法前进到步骤506，其中计算设备基于一个或多个准则来确定与该一个或多个信标响应相对应的哪个或哪些信标响应设备请求加入。该一个或多个准则可以包括最小跳数、最佳接收信号强度指示符（RSSI）和信噪比（SNR）。根据各种实施例，最小跳数可以被给予高优先级。

在一些实施例中，在步骤506之后，示例方法前进到步骤508，其中计算设备基于该确定将加入请求传输到给定信标响应设备。加入请求可以包括与信标响应设备连接以加入树形网络的请求。也就是说，加入请求可以表示给定信标响应设备作为父节点设备的选择。可以忽略且不针对连接而选择来自未被请求加入的信标响应设备的信标响应。图9描绘了从路由器704到网关702的加入请求和从设备712到路由器708的加入请求的示例性传输。

在一些实施例中，在步骤508之后，示例方法前进到步骤510，其中计算设备从给定信标响应设备接收加入确认。在某些实施例中，如果未在给定时间段内从给定信标响应设备接收到加入确认，则计算设备可以将加入请求重新发送到给定信标响应设备。根据另一实施例，如果在将加入请求重新发送到给定信标响应设备之后未从给定信标响应设备接收到加入确认，则计算设备可以返回到步骤506。

加入确认可以包括经由计算设备与给定信标响应设备之间的连接确认到树形网络的连接的消息。加入确认可以包括所指派的网络地址以及表示从给定信标响应设备（父节点设备）分发到计算设备的能力的能力值。能力值可以被分配给计算设备，其可以确定计算设备是否能够作为父节点设备而与子节点设备建立连接。参考图10，加入确认的示例性接收由路由器704从网关702接收加入确认以及设备712从路由器708接收加入确认描绘。

在一些实施例中，在步骤510之后，示例方法前进到步骤512，其中计算设备基于加入确认来记录作为父节点设备的用于关联的给定信标响应设备的MAC地址和网络地址。例如，计算设备（现在为充当父节点设备的给定信标响应设备的子节点设备）可以将给定信标响应设备的MAC地址和网络地址用于与给定信标响应设备的通信和路由。参考图10，在接收到加入确认时，路由器704连接到树形网络并记录网关702的MAC地址和网络地址。

在图6中，根据本公开一些实施例，示例方法600可以由与用于处置来自请求加入树形网络的广播设备的子节点连接请求的树形网络中的路由器相关联的计算设备执行。根据与此一起描述的各种实施例，加入树形网络的请求可以响应于网关的检测。作为示例，广播设备可以从并行网络配置切换过来到树形网络配置。在各种实施例中，路由器可以被配置为连接到父节点设备的子节点设备。父节点设备可以包括网关、连接到网关的路由器、或者连接到与网关连接的一个或多个附加路由器的路由器。

在步骤602处，计算设备针对信标请求广播进行监视。信标请求可以包括来自广播设备的针对具有与广播设备连接的可用能力的设备的请求。针对信标请求广播进行监视可以包括：检测来自广播设备的信标请求广播。可以从例如从并行网络配置切换过来且搜索要与之连接以便加入树形网络的父节点设备的气体检测设备或路由器广播信标请求。

图7呈现了路由器针对信标请求广播进行监视的示例。如所图示的实施例中所示，路由器706、路由器708和路由器710被配置成针对信标请求进行监视。信标请求可以由路由器706、路由器708和路由器710基于诸如距离、广播信号强度和信号噪声之类的因素来检测。路由器706和路由器710能够接收从路由器704和设备712广播的信标请求，而路由器708仅能够接收从设备712广播的信标请求。

参考回图6，在一些实施例中，在步骤602之后，示例方法前进到步骤604，其中计算设备确定支持与广播设备的连接的可用能力。能力可以包括表示计算设备的（路由器的）用于接受子节点设备连接的容量的资源量。计算设备可以被分配有给定量的能力（例如，从父节点设备），该给定量的能力可以是进一步从计算设备分配给子节点设备的。确定可用能力可以进一步包括：确定与广播设备相对应的子节点设备类型。不同类型的子节点设备可能要求不同量的能力。例如，与路由器的连接可能要求来自计算设备的比气体检测设备更大的能力。

在一些实施例中，在步骤604之后，示例方法前进到步骤606，其中计算设备基于可用能力来生成信标响应。信标响应可以包括下述消息：该消息包括计算设备具有可用能力的指示或者可用能力的值。在一些实施例中，在步骤606之后，示例方法前进到步骤608，其中计算设备将信标响应传输到广播设备。图8描绘了信标响应的示例性传输。路由器706和路由器720将信标响应传输到路由器704和设备712，并且路由器708将信标响应传输到设备712。

参考回图6，在一些实施例中，在步骤608之后，示例方法前进到步骤610，其中计算设备确定是否已经从广播设备接收到加入请求。加入请求可以包括与计算设备连接以加入树形网络的请求。图9描绘了由路由器708从设备712对加入请求的示例性接收。

在某些实施例中，广播设备可以被给予预定量的响应时间。在一些实施例中，在步骤610之后，如果未从广播设备接收到加入请求，则示例方法前进到步骤602，其中计算设备继续针对附加信标请求广播进行监视。根据另一实施例，计算设备可以继续在不确定是否已经从广播设备接收到加入请求的情况下针对其他信标请求广播进行监视。也就是说，计算设备可以在先来先服务的基础上通告可用性并完成加入请求，而不论信标响应被计算设备传输的定时如何。

在一些实施例中，在步骤610之后，如果从广播设备接收到加入请求，则示例方法前进到步骤612，其中计算设备将广播设备建立为子节点设备。将广播设备建立为子节点设备可以包括：将计算设备的能力分配给子节点设备；将网络地址指派给子节点设备；以及记录广播设备的媒体接入控制（MAC）地址，作为子节点设备的MAC地址。

参考回图6，在一些实施例中，在步骤612之后，示例方法前进到步骤614，其中计算设备基于广播设备作为子节点设备的建立将加入确认传输到广播设备。加入确认可以包括经由计算设备与广播设备之间的连接确认到树形网络的连接的消息。加入确认可以包括所指派的网络地址以及表示从计算设备分发到子节点设备的能力的能力值。能力值可以被分配给子节点设备，其可以确定子节点设备（例如，如果子节点设备是路由器）是否能够作为父节点设备接受与另一子节点设备的连接。如图10中所示，路由器708将加入确认传输到设备712。

图11呈现了根据本公开各种实施例的用于数据传输和路由的示例性节点地址的树形网络图。树形网络1100包括属于多个层（层0至4）的多个节点。节点1102包括层4上的气体检测设备，其包括MAC地址‘4’和网络地址‘4’。节点1104包括层3上的路由器，其包括MAC地址‘3’和网络地址‘3’。节点1106包括层2上的路由器，其包括MAC地址‘2’和网络地址‘2’。节点1108包括层1上的路由器，其包括MAC地址‘1’和网络地址‘1’。节点1110包括层0上的网关，其包括MAC地址‘0’和网络地址‘0’。节点1112包括层1上的路由器，其包括MAC地址‘5’和网络地址‘5’。节点1110可以包括：根节点设备，其被指定为来自树形网络1100内的所有节点设备的数据通信的目的地。作为示例，节点1110可以起子节点设备可直接或经由中间设备节点将数据传送到的目的地设备节点的作用。

来自给定节点的数据可以被传输到目的地节点。可以在树形网络1100的节点之间传输帧以促进数据传输。帧可以包括数据传输单元，该数据传输单元包括控制信息和数据有效载荷。在一些实施例中，给定节点可能需要将帧转发到一个或多个中间节点，以便将数据发送到目的地节点。

图12呈现了根据本公开各种实施例的示例性上游传输帧。帧1202A、1202B、1202C和1202D表示通过从节点1102到节点1110的多个节点向上游传输的帧的控制信息部分。每个帧可以包括：针对“SRC”的“NWK”值，标示帧的发端源节点的网络地址；以及针对“Des”的“NWK”值，标示帧的目的地的网络地址。针对“NWK”的“Des”值可以被帧的接收者节点使用，以确定下一节点来传输帧，以到达具有等于“Des”的“NWK”的节点。针对“NWK”的“SRC”值可以被目的地节点使用以确定帧的发端。帧可以进一步包括：针对“SRC”的“MAC”值，标示传输帧的当前节点的MAC地址；以及针对“Des”的“MAC”值，标示当前节点正在将帧传输到的节点的MAC地址。

节点1102可以通过经过节点1104、1106和1108传输帧，将数据传送到节点1110。节点1102生成帧1202A。帧1202A包括“SRC”值‘4’（对应于节点1110）和针对“NWK”的“Des”值‘0’（对应于节点1102）。针对“NWK”的“Des”值可以被帧1202A的接收节点使用，以确定下一节点来传输帧1202A，以便到达具有等于“Des”值的“NWK”值的目的地节点（例如，具有“NWK”值‘0’的节点1110）。针对“NWK”的“SRC”值可以被帧1202A的目的地节点（节点1110）使用，以将节点1102（具有“NWK”值4）标识为帧1202A的源。帧1202A还包括：针对“MAC”的“SRC”值‘4’和“Des”值‘3’，对应于帧1202A从节点1102（具有“MAC”‘4’）到节点1104（具有“MAC”‘3’）的传输。节点1102将帧1202A传输到节点1104。

节点1104接收帧1202A并将‘0’识别为针对“NWK”的“Des”值。基于该识别，节点1104通过将“MAC”的“SRC”改变到‘3’（与当前节点1104相关联）且将“MAC”的“Des”改变到‘2’（与节点1106相关联）以供下一跳到达节点1110，来将帧1202A修改成帧1202B。帧1202B后续被传输到节点1106。

节点1106接收帧1202B并将‘0’识别为针对“NWK”的“Des”值。基于该识别，节点1106通过将“MAC”的“SRC”改变到‘2’（与当前节点1106相关联）且将“MAC”的“Des”改变到‘1’（与节点1108相关联）以供下一跳到达节点1110，来将帧1202B修改成帧1202C。帧1202C后续被传输到节点1108。

节点1108接收帧1202C并将‘0’识别为针对“NWK”的“Des”值。基于该识别，节点1108通过将“MAC”的“SRC”改变到‘1’（与当前节点1108相关联）且将“MAC”的“Des”改变到‘0’（与节点1110相关联）（其为目的地节点），来将帧1202C修改成帧1202D。帧1202D后续被传输到节点1110。

当节点未直接从其子节点接收到帧时，它可以记录“NWK”的“SRC”值，作为与来自该帧的“MAC”的“SRC”值相对应的节点的分支。例如，节点1110可以记录NWK‘4’作为节点1108的分支，节点1108可以记录NWK‘4’作为节点1106的分支，并且节点1106可以记录NWK‘4’作为节点1104的分支。所记录的分支可以用于下游帧路由。

图13呈现了根据本公开各种实施例的示例性下游传输帧。帧1302A、1302B、1302C和1302D表示通过从节点1110到节点1102的多个节点向下游传输的帧的控制信息部分。对于下游数据通信，节点可以在其子节点和分支列表中搜索“NWK”的“Des”值，以识别用于传输帧的“MAC”的“Des”的值。根据所图示的示例，节点1110生成用于传输到节点1102的帧1302A。帧1302A包括“SRC”值‘0’（对应于节点1110）和针对“NWK”的“Des”值‘4’（对应于节点1102）。节点1110可以确定针对“NWK”的“Des”值‘4’是节点1108的分支，并将“Des”值‘1’指派给帧1302A的“MAC”。节点1110将帧1302A传输到节点1108。

节点1108接收帧1302A，且可以确定针对“NWK”的“Des”值‘4’是节点1106的分支，并将“Des”值‘2’指派给“MAC”，且创建帧1302B。节点1108将帧1302B传输到节点1106。

节点1106接收帧1302B，且可以确定针对“NWK”的“Des”值‘4’是节点1104的分支，并将“Des”值‘3’指派给“MAC”，且创建帧1302C。节点1106将帧1302C传输到节点1104。

节点1104接收帧1302C，且可以确定针对“NWK”的“Des”值‘4’是子节点，并将“Des”值‘4’指派给“MAC”，且创建帧1302D。节点1104将帧1302D传输到节点1102。

图14呈现了根据本公开各种实施例的示例性网络模式切换的图。树形网络1402内的节点设备可以在网关从树形网络1402移除时自动地切换过来以在并行网络1406中操作。网关从树形网络1402的移除可能出于各种原因所致，该各种原因诸如是超出从树形网络1402内的所有设备的范围、离线或者丢失连接性。在网关从树形网络1402移除时，节点设备可以离线并切换过来到广播（1404），以便创建并行网络1406。

图15呈现了根据本公开一些实施例的在并行网络中配置的示例气体检测系统。描绘了气体检测系统1500。气体检测系统1500包括在并行网络中通信的设备1502、1504、1506和1508。1502、1504、1506和1508可以包括气体检测设备、路由器或其组合。

图16呈现了图示根据本公开一些实施例的处置来自请求加入并行网络的帧广播设备的帧广播的示例性方法的示例流程图。根据与此一起描述的各种实施例，加入并行网络的请求可以响应于网关从现有树形网络的丢失或移除。作为示例，广播设备可以从树形网络配置切换过来到并行网络配置。

在图16中，示例方法1600可以由与并行网络中的气体检测设备或路由器相关联的计算设备执行。在步骤1602处，针对帧广播进行监视。帧广播可以包括帧的传输，该帧包括用于在并行网络内的设备之间分发的控制信息和数据有效载荷。帧可以是从例如气体检测设备或路由器广播到能够接收帧的附近设备的。

在一些实施例中，在步骤1602之后，示例方法前进到步骤1604，其中计算设备确定是否给定的所广播的帧是重复的。确定是否帧是重复的可以包括：将给定的所广播的帧的控制信息和数据有效载荷与由计算设备接收的先前帧进行比较。在一些实施例中，如果帧是重复的，则计算设备在步骤1602处针对其他帧广播进行监视。非重复帧可以由计算设备根据可由计算设备执行的专用功能来存储或处理。例如，可以访问和呈送来自帧的数据有效载荷以用于显示，或者在气体检测应用中使用来自帧的数据有效载荷以生成警报。

在一些实施例中，在步骤1604之后，如果帧是不重复的，则示例方法前进到步骤1606，其中计算设备确定与帧相关联的跳量是否大于‘0’。跳量可以被包括在每个帧中，且在帧到另一设备的每次中继之后减少‘1’。在一些实施例中，如果跳量不大于‘0’，则计算设备在步骤1602处针对其他帧广播进行监视。在一些实施例中，在步骤1606之后，如果跳量大于‘0’，则示例方法前进到步骤1608，其中计算设备将帧广播到附近设备。

图17呈现了根据本公开各种实施例的并行网络中的广播设备的图。并行网络1700包括设备1702、设备1710、路由器1704、路由器1706、路由器1708、路由器1712和路由器1714。在所图示的实施例中，从并行网络1700省略网关，并且由此，在设备1702、设备1710、路由器1704、路由器1706、路由器1708、路由器1712和路由器1714之间中继数据通信。

例如，来自设备或路由器的帧可以被广播和中继到其他附近设备或路由器。特别地，给定设备或路由器可以发起帧并设置可中继帧的最大跳数。每当帧被中继时，针对帧的所允许的跳的数目可以减‘1’。帧可以继续被中继，直到与帧相关联的所允许的跳的数目被耗尽（例如，跳 =‘0’）。路由器还可以过滤重复帧。例如，路由器1704接收从设备1702广播的帧且还接收从路由器1706中继的相同帧。在该情况下，路由器1704过滤掉已作出最多跳或最少量的所允许的跳的重复帧（即，从路由器1706接收的帧）。类似地，具有跳 =‘1’的从路由器1708传输到1710的帧与具有跳 =‘2’的从1704传输的帧重复，并且具有跳 =‘0’的从路由器1712传输到路由器1714的帧与具有跳 =‘1’的从路由器1708传输到路由器1714的帧重复。可以过滤掉包括最少量的所允许的跳的重复帧。一旦帧已经到达路由器1714，跳量就可以减少到‘0’并且不再从路由器1714中继帧。

图18呈现了根据本公开各种实施例的示例性网络模式切换的图。并行网络1802内的节点设备可以在将网关添加或引入到并行网络1802时自动地切换过来以在树形网络1806中操作。在将网关添加到并行网络1802时，节点设备可以停止广播（1804），开始连接到网关，并构建树形网络1806，如参考图4至10所描述的那样。

如上所描述以及如将基于本公开而领会的那样，本公开实施例可以包括各种装置，该各种装置包括完全硬件或者软件和硬件的任何组合。此外，实施例可以采取具有体现在储存介质中的计算机可读程序指令（例如，计算机软件）的至少一个非瞬变计算机可读储存介质上的计算机程序产品的形式。类似地，实施例可以采取至少一个非瞬变计算机可读储存介质上存储的计算机程序代码的形式。可以利用任何合适计算机可读储存介质，包括非瞬变硬盘、CD-ROM、闪速存储器、光学储存设备或磁储存设备。

应当理解，本公开不应限于所公开的具体实施例，并且意在将修改和其他实施例包括在所附权利要求的范围内。尽管本文采用具体术语，但它们仅是在通用和描述性意义上使用的，而非用于限制的目的，除非以其他方式描述。

Claims (20)

1.一种用于建立气体检测系统内的设备的树形网络的方法，所述气体检测系统包括一个或多个广播设备和网关，所述方法包括：

由与所述网关相关联的计算设备对树形网络的根节点进行初始化；

由所述计算设备针对信标请求广播进行监视，其中所述信标请求广播由所述计算设备从所述一个或多个广播设备中的给定广播设备检测，所述给定广播设备从并行网络配置切换过来以加入所述树形网络；

由所述计算设备确定支持与所述广播设备的连接的可用能力；

由所述计算设备基于可用能力的确定来生成信标响应；

由所述计算设备将所述信标响应传输到所述广播设备；

由所述计算设备基于加入请求的接收将所述广播设备建立为子节点设备；以及

由所述计算设备基于所述广播设备作为子节点设备的建立将加入确认传输到所述广播设备。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述根节点包括：节点设备，被指定为来自所述树形网络中的子节点设备的数据通信的目的地。

3.如权利要求2所述的方法，进一步包括：管理所述树形网络中的分支和所述子节点设备的数据路由。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述树形网络包括LoRa专用网。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：将所述树形网络连接到中央网络。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述中央网络耦合到远程服务器，所述远程服务器提供从所述树形网络接收的数据的集中式监视。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述信标请求包括针对具有与所述广播设备连接的可用能力的设备的请求。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述可用能力包括表示所述计算设备的用于接受子节点设备连接的容量的资源量。

9.如权利要求1所述的方法，其中确定所述可用能力进一步包括：确定与所述广播设备相对应的子节点设备类型。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述加入请求包括与所述计算设备连接以加入所述树形网络的请求。

11.如权利要求1所述的方法，其中将所述广播设备建立为子节点设备进一步包括：

将所述计算设备的能力分配给所述子节点设备；

将网络地址指派给所述子节点设备；以及

记录所述广播设备的媒体接入控制（MAC）地址，作为所述子节点设备的MAC地址。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述加入确认包括经由所述计算设备与所述广播设备之间的连接确认到所述树形网络的连接的消息。

13.如权利要求1所述的方法，其中所述加入确认包括所指派的网络地址以及表示从所述计算设备分发到所述子节点设备的能力的能力值。

14.一种用于加入气体检测系统内的设备的树形网络的方法，所述气体检测系统包括一个或多个广播设备和一个或多个广播信标响应设备，所述方法包括：

由计算设备在从并行网络配置切换过来以加入树形网络时广播信标请求；

由所述计算设备接收包括消息的一个或多个信标响应，所述消息包括接收到所述信标请求的给定设备具有可用能力的指示；

由所述计算设备基于一个或多个准则来确定与所述一个或多个信标响应相对应的哪个或哪些信标响应设备请求加入；

由所述计算设备基于所述确定将加入请求传输到给定信标响应设备；

由所述计算设备从所述给定信标响应设备接收加入确认；以及

基于所述加入确认来记录作为父节点设备的用于关联的所述给定信标响应设备的媒体接入控制（MAC）地址和网络地址。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述信标响应设备包括网关、连接到网关的路由器、或者连接到与所述网关连接的一个或多个附加路由器的路由器。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个准则包括最小跳数、最佳接收信号强度指示符（RSSI）和信噪比（SNR）。

17.如权利要求14所述的方法，其中所述加入请求包括与所述给定信标响应设备连接以加入所述树形网络的请求。

18.如权利要求14所述的方法，其中所述加入确认包括经由所述计算设备与所述给定信标响应设备之间的连接确认到所述树形网络的连接的消息。

19.如权利要求14所述的方法，进一步包括：将帧传输到所述给定信标响应设备，所述帧包括有效载荷数据和控制信息，所述控制信息包括源网络地址、目的地网络地址、源MAC地址和目的地MAC地址。

20.一种用于建立气体检测系统内的并行网络的方法，所述方法包括：

由所述计算设备针对帧广播进行监视，所述帧广播包括帧的传输，所述帧包括用于在所述并行网络内的设备之间分发的控制信息和数据有效载荷；

由所述计算设备确定所述帧广播是否是重复的，其中所述帧广播中的非重复帧广播包括可由所述计算设备访问以用于呈送的数据有效载荷；

由所述计算设备确定所述帧广播是否包括非零跳量；以及

由所述计算设备基于所述帧广播是否包括非零跳量的确定将所述帧广播中给定的一个广播到其他计算设备。