使用约束动态多跳网络进行流传输的制作方法

本发明涉及使用动态多跳通信系统和方法进行数据流传输，更具体地，本发明涉及用于在无线网状网络上对流传输协议进行广播传输的系统和方法。更具体地，本发明涉及一种系统和方法，该系统和方法用于在数据源处(网络边界处)降低用于例如照明控制的流传输协议的采样率以及在无线多跳网络中的数据宿处对所述协议(或类似协议格式)进行重构。

背景技术：

网状网络是一种本地网络拓扑，其中基础设施节点直接动态且非分层地连接到尽可能多的其它节点(基于包括在节点之间交换信息的通信模式的多种因素)，并相互协作以高效地从客户端路由数据/将数据路由到客户端。每个节点可以是源或宿。

在网络中对数据或信息进行中继时，每个节点进行协作。路由技术或泛洪技术是指关于网状拓扑在网络中如何工作的设计。来自源的消息通过简单地经过逐个节点直到到达匹配的宿，从而被中继通过路径。使用路由方法，可确保所有节点即使在其中某些节点坏掉时也可在传输时使用，此过程被称为自愈算法，该算法减少了需要网络工程师对数据传播问题进行故障排除。

其它拓扑包括星型网络拓扑，即，其中所有节点都独立地连接到一个中央单元的数据或通信网络。该拓扑需要比线性拓扑更长的线缆长度。当集线器、交换机或集中器发生故障时，所附接的节点会被禁用。由于中间设备(例如，交换机、路由器和集线器等)的成本，该星型拓扑比线性总线拓扑更昂贵。另一种网络拓扑被称为环形拓扑。它的运作方式是：通过使来自源的数据在单个方向上循环整个网络直到该数据到达其指定位置，从而将数据传输到指定的宿。但是，这种类型的网络拓扑可能不适用于包括多个外围设备的地方。无法运行的节点可能会停止该传输过程。

每个网络拓扑与其它网络相比都可能具有优点和缺点。当尝试流传输数据时，星形拓扑或环形拓扑可能具有比网状网络更大的数据吞吐量，因为网状网络要求多个中间节点共用同一冲突域中的媒介而重复接收的数据。由于网状网络中的多个节点各自都用流传输数据来泛洪其它节点，因此网状网络的吞吐容量可能受到约束并且不利地影响所传输数据的保真度。

由于网状网络具有有利的特征，因此在行业内需要提供网状网络而不是其他网络拓扑。

技术实现要素：

本发明的目的是改善网状网络的流传输吞吐容量，相对于前述方面或其它方面，其提供优于已知解决方案和技术的优点。

本发明由独立权利要求来限定。本发明的实施例由从属权利要求来限定。

本发明公开了一种用于提高网状网络的有效流传输吞吐容量的系统和方法。提供以下发明内容以利于理解与以下系统和方法有关的一些技术特征，该系统和方法用于在无线多跳网络中在数据源(位于网络的边界)处降低用于控制(例如照明控制)的流传输协议的采样率以及在数据宿处对所述协议(或类似协议格式)进行重构，并且该发明内容不旨在作为对本发明的完整描述。通过将整个说明书、权利要求书、附图和说明书摘要作为整体，可以获得对本发明各个方面的全面理解。本发明适用于使用其它无线多跳网络拓扑的其它数据流传输。

本发明的实施例可以包括：将完整的输入数据流传送到多跳网络(例如，网状网络)的边界路由器中，故意丢弃或产生一组导出的样本以产生具有该网络可以处理的采样率(消息量)的节点间数据传输；以及在宿中响应于样本而内插、重构或生成最终数据，以尽可能地或必要地模拟网络的每个节点上的原始完整输入数据流。

本发明的实施例可以在样本或关键帧之间采用内插。实施例可以实现一个或多个不同的内插以模拟原始的完整输入数据流。

本发明的实施例可以包括接收原始输入的完整数据流的网状型网络的原始节点，其创建、产生或形成较低数据速率的关键数据，该实施例还可以确定哪种重构/重现机制是用于将关键数据恢复或转换为期望的最终用户结构的最佳或期望的拟合。该原始节点可以向其它节点传达足够的信息(诸如通过使用网络或其它信道外机制传输参数数据)，即，用于选择和/或实现优选的恢复(以及例如适当的变量)以在宿中产生期望的结果的信息。

在一些实施例中，对最佳/期望的拟合恢复机制的特定选择可以取决于输入数据流的分析或参数化。一个示例是线性内插。

本发明的实施例可以解决与安装事宜有关的基本问题(其可能由采用星形网络的传统无线dmx系统引起)，即，从一个节点到可以听到它的每个节点的流传输。这需要大量的单元规划，并使得安装复杂且耗时。相反，网状网络可以允许每个无线固定设施重复传播数据信号，从而产生很大的覆盖范围，其中，到数据源的视线和距离受到的关注减少(如果有关注的话)。然而，当使用网状网络植入dmx控制时，网状网络发生泛洪，其中网络没有带宽(由于数据速度和每个数据包多次重传的冲突域)。因此，本发明的实施例包括dmx控制实现，其流传输控制信息由接收节点进行采样以产生在网络上广播的关键样本帧，用于在每个寻址的网状宿节点处对控制数据流进行重构/重建/内插。并且，接收节点可以将重构参数/选择选项传达给宿节点，以在宿节点处产生期望的结果。

不要求本发明的实施例以100％保真度来期望地再现/重构所接收的输入数据流。在一些情况下，实施例可以选择重构选项，以有意地以不同于已知变型中的接收数据的方式在节点处调整重构流。并且，当需要或期望时，不同的宿可以进行不同的重构以在不同的节点处产生不同的重构。

宽泛而言，本发明的实施例可以包括以下一种或两者：a)减少数据(例如，降低采样率/丢弃帧)以解决网状网络中数据流传输的带宽限制；b)在接收到的样本或关键帧之间进行内插(诸如在数据宿中)以复制原始流。

在一些实施例中，可以使用适当的内插方法来执行该内插，其包括使用线性、三次样条或任何其它内插公式。实施例可以根据当前需要动态地改变采用哪种内插、模拟或再生机制，诸如当前最适合于输入完整数据流的内插/模拟/再生。这可以通过从外部世界接收输入数据流并将其发送到网络的数据源(网关)进行计算，因为其知道输入数据流的完整情况。可以对其进行模式匹配以确定最佳拟合方案，并将某些度量、参数数据集或其它引导特征与模拟数据一起传输，以作为在内插、重构、模拟和/或再生中使用的元数据。

本文描述的任何实施例可以单独使用或以任何组合彼此一起使用。在本说明书中包含的发明还可以包括在此发明内容或说明书摘要中仅部分提及或暗示或完全没有提及或暗示的实施例。尽管本发明的各种实施例可能是由现有技术的各种缺陷促成的，这些缺陷可能在说明书中的一个或多个地方进行讨论或暗示，但是本发明的实施例不一定解决这些缺陷中的任何一个缺陷。换句话说，本发明的不同实施例可以解决在说明书中可能进行讨论的不同缺陷。一些实施例可能仅部分地解决在说明书中可能进行讨论的一些缺陷或者仅一个缺陷，并且一些实施例可能不解决这些缺陷中的任何一个缺陷。

通过阅读包括说明书、附图和权利要求书的本公开内容，将容易明白本发明的其它特征、益处和优点。

附图说明

附图进一步说明了本发明,并与本发明的详细说明一起用于解释本发明的原理,在该附图中，相同附图标记在单独的视图中始终指代相同或功能相似的元件，并且被并入说明书中并形成说明书的一部分。

图1示出了以太网络的示例；

图2示出了无线网状网络的示例；

图3示出了所命令的调光与宿节点处的低采样调光的比较；以及

图4示出了所命令的调光与使用所选恢复机制的宿节点处的重构的比较。

图5示出了根据本发明的用于降低网状网络中的采样率的方法的流程图。

具体实施方式

本发明的实施例提供一种用于例如在实现dmx控制的精确重构(诸如调光)时改善网状网络的有效流传输吞吐容量的系统和方法。呈现以下描述以使得本领域的普通技术人员能够制造和使用本发明，并且在专利申请及其要求的上下文中提供以下描述。

对本文所描述的优选实施例以及一般原理和特征的各种修改对于本领域技术人员是容易明白的。因此，本发明不旨在受限于所示出的实施例，而是被赋予与本文所描述的原理和特征一致的最广泛的范围。

定义

除非另外定义，否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明总体构思所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。将进一步理解，术语，诸如在常用字典中定义的那些术语，应被解释为具有与其在相关领域和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且除非在本文中明确定义，否则不会以理想化或过于正式的意义进行解释。

以下定义适用于关于本发明的一些实施例而描述的一些方面。这些定义同样可以在本文中进行扩展。

如本文所用，术语“或”包括“和/或”，且术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个项目的任何组合和所有组合。当在元件列表之前时，诸如“...中的至少一个”的表达修饰整个元件列表而不修饰列表中的各个元件。

如本文所用，除非上下文另外明确指示，否则单数术语“一个(a)”、“一种(an)”和“该”包括复数指代物。因此，例如，除非上下文另外明确指示，否则对一个对象的引用可以包括多个对象。

另外，除非上下文另外明确指示，如在本文的说明书中和后面的权利要求书全文中所使用的，“在……中”的含义包含“在……中”和“在……上”。应当理解，当元件被称为“在另一元件上”时，其可以直接在另一元件上，或者也可以在其间存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一元件上”时，则不存在中间元件。

如本文所用，术语“组”是指一个或多个对象的集合。因此，例如，一组对象可以包括单个对象或多个对象。组的对象也可以指该组的成员。组的对象可以相同或不同。在某些情况下，组的对象可以共享一个或多个公共属性。

如本文所用，术语“相邻”是指接近或邻接。相邻的对象可以彼此隔开，或者可以彼此实际或直接接触。在某些情况下，相邻的对象可以彼此联接或可以彼此一体地形成。

如本文所用，术语“连接(connect)”、“连接(connected)”和“连接(connecting)”是指直接附接或链接。如上下文所示，连接的对象不具有中间对象或对象组或不具有实质性的中间对象或对象组。

如本文所用，术语“联接(couple)”、“联接(coupled)”和“联接(coupling)”是指操作连接或链接。联接的对象可以彼此直接连接，或者可以诸如经由中间对象组间接地彼此连接。

术语“约”的使用适用于所有数值，无论是否明确指出。该术语通常是指本领域普通技术人员会认为是所述数值的合理偏差量的数字范围(即具有等效功能或结果)。例如，该术语可以解释为包括给定数值的±10％的偏差，前提是此偏差不会改变结束函数或值的结果。因此，约1％的值可以解释为从0.9％至1.1％的范围。

如本文所用，术语“基本上”和“基本”是指相当的程度或级别。当与事件或情况结合使用时，该术语可以指其中事件或状况准确发生的情况以及其中事件或状况发生得非常接近的情况，诸如考虑了本文描述的实施例的典型耐受水平或可变性。

如本文所用，术语“可选的”和“可选地”是指随后描述的事件或状况可能发生或可能不发生，并且该描述包括其中事件或状况发生的情况以及其中事件或状况没有发生的情况。

图1示出了以太网络100的示例，其中，多个交换机105按照标准将数据从数据源110重传到一组数据宿115。

具有少对多分配的流传输数据协议(可以是行业标准协议，诸如streamingacn、artnet、dmx或类似协议，但并非必须如此)的传送非常适合硬连线连接(诸如，如图1中所示的以太网络)，其中每个可能的数据链路包括其自己的冲突域。数据包可以被轻松转发而不发生冲突。此外，在网络中发送的数据包的数量为o(n)，其中n是节点(数据源、基础设施节点、数据宿)之间的硬连线链路的数量。

在图1的以太网络中，源110仅需要向第一交换机发送一个广播消息。此交换机将消息重复发送到其(活动)端口中的每一个端口，且第二交换机将执行相同的操作。由于保证每个链路都具有其自己的冲突域并且不会发生冲突，因此无需重复消息。

图2示出了无线网状网络200的示例，其中，共享同一冲突域的多个节点205(一些节点是源，其它节点可以是宿，并且一些节点可以是中间重传节点)和链路以及网络没有定义的物理层次。

每个节点205可能需要帮助转发消息，以使得消息到达在网络200中联接到节点205的所有设备，每个节点205将多次接收消息，并且因此需要：a)多次重传消息以处理冲突；以及b)抑制重传以避免/减少网络200的泛洪。

可以使用涓流算法来解决广播消息在诸如网络200的有损无线网状网络中的传播(ietfrfc6206：datatracker.ietf.org/doc/rfc6206/，其出于所有目的通过引用明确地合并在此)。可能还有其它类似的算法。

然而，由于广播泛洪的性质，进入网络200内部的数据量从由数据源发送到宿的流传输协议的输入数据倍增。此外，这些网络由受约束的设备组成，链路的数据速率低且有损，并且会发生冲突。这些因素导致网络的性能不足以以全刷新和/或如在源节点205接收到的原始输入数据流处的可用的采样率将流传输协议传送到所有数据宿。

在有数据压缩或没有数据压缩的情况下，通过将由源节点发送到网络的样本数量降低到足够低的水平，可以使网络性能足以传输所选的经降低的“保真度”样本，在本文中有时可以将其称为关键帧或样本帧(这些样本的“帧”可以被称为关键帧)。

然而，例如对于建筑照明应用，用户期望从一种颜色到另一种颜色的褪色是平滑的。遗憾的是，减少数据流中的样本数量将被认为是不希望的和不令人满意的。这种感知限制了在本应用中使用网状网络传输这种类型的数据的商业可行性，从而限制了任何人享受将网状网络用于控制应用和其它数据流传输需求所带来的优势。

图3示出了所命令的调光流305与宿节点处的低样本调光流310的比较300。命令流305提供从100％到0％的非线性调光曲线。用户将不利地感知到低样本曲线310中的急剧的不相交的过渡。

可以尝试通过实现在运动图像压缩中常用的解决方案(诸如mpeg)来纠正这一问题。人们可以试图更进一步地减少关键帧的数量，并增加从一个关键帧到另一关键帧的间隙差异的传输，其目的是仅传输小的增量信息数据包。

这被认为不是理想的，并且可能具有一些缺点，包括：a)当传输中的增量下降时，任何错误都累积至下一个关键帧；以及b)在无线网状网络中，需要发送的多个数据包是比要广播的实际数据量更具限制性的因素，这使得增量传输的意义和影响较小。

该方法在某些应用中可能是有效的，相信至少对于图3所示的数据流传输应用而言，可以优选地将完整的输入数据流接收到网状网络的边界路由器/设备中，丢弃样本以产生网状网络可以处理的采样率(消息量)；以及在宿中，诸如通过内插来重构/产生所接收数据的传真，从而在宿节点中尽可能/必要/期望地对原始数据产生足够接近的数据流，或从其产生变化。根据输入信号的情况，可以使用不同的内插。一个示例是线性内插。

图4示出了所命令的调光305(与图3相同)与在使用所选恢复机制(例如，线性内插)的宿节点处的重构流410的比较400。

本发明的一些实施例专门针对一种系统和方法，该系统和方法用于在数据源处(在网络边界处)降低用于控制(例如照明控制)的流传输协议的采样率以及在无线多跳网络中的数据宿处对所述协议(或类似协议格式)进行重构。基于使用由网状网络充分处理并产生的低数据率数据包的操作进行重构，诸如通过使用来自接收节点的附加签名参数，该附加签名参数定义所需重构模式的选择/实现。

节点可以包括存储程序计算系统，其具有一个或多个处理器，该处理器实现从存储器接收的计算机指令以定义系统并实现本文所述的一种或多种方法。此外，节点可以包括处理系统以接收关键数据和元数据并从关键数据和任何元数据重构足够准确的数据流。对于包括此类特征的任何实施例，每个节点可以进一步包括用于元数据的任何信道外通信的任何附加接收器。

图5示出了根据本发明的用于降低网状网络中的采样率的方法的流程图。该方法包括：通过网状网络中的源节点接收(501)输入数据流，通过源节点从所接收的输入数据流中生成(502)多个样本帧，多个样本帧中的每一个样本帧具有可以由网状网络处理的采样率，将多个样本帧传输(503)到一个或多个宿节点，以及从多个样本帧重构(504)输入数据流。源节点将多个样本帧与包括与输入数据流相关联的一个或多个重构参数的元数据一起传输到一个或多个宿节点。通过使用元数据中包括的一个或多个重构参数对多个样本帧进行内插来执行输入数据流的重构。该方法还包括通过一个或多个宿节点选择重构选项，从而以不同于所接收的输入数据流的模式来调整输入流的重构。

根据一些实施例，接收输入数据流的步骤还包括从网状网络外部的外部应用接收输入数据流。已经结合图3和图4示例了外部应用的示例。

根据一些实施例，接收输入数据流的步骤还包括从源节点中的内部应用接收输入数据流。内部应用的示例是在节点中实现的音频会议系统，其中，在源节点中生成音频信号并将其传输到网状网络中的其它节点。

已经概括地描述上面的系统和方法以帮助理解本发明的优选实施例的细节。在本文的描述中，提供了许多具体细节(诸如组件和/或方法的示例)以提供对本发明实施例的透彻理解。本发明的一些特征和益处是以此类模式实现的，并且并非在每种情况下都需要。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个特定细节的情况下，或者在具有其它装置、系统、组装件、方法、组件、材料和/或部件等的情况下实践本发明的实施例。在其它情况下，未详细示出或描述已知的结构、材料或操作，以避免使本发明的实施例的方面模糊。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”或“特定实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构、操作或特性被包括在本发明的至少一个实施例中，并且不一定在所有实施例中。因此，在整个说明书中的各处相应出现的“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在特定实施例中”的短语不一定是指相同的实施例。此外，本发明的任何特定实施例的特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式与一个或多个其它实施例组合。应当理解，根据本文的教导，本文所述和所示的本发明的实施例的其它变型和修改是可能的，并且被认为是本发明的精神和范围的一部分。

还应理解，在图示/附图中描绘的一个或多个元件也可以以更分离或集成的方式来实现，或者甚至在某些情况下被删除或被呈现为不可操作，如根据特定应用所可用的。

另外，除非另外特别指出，否则图示/附图中的任何信号箭头应仅被视为示例性的而非限制性的。在术语被预见为进行分离或组合的能力尚不清楚的情况下，组件或步骤的结合也将被认为是被提及到的。

本发明的说明性实施例的上述描述(包括在说明书摘要中描述的内容)不旨在是穷举性的或者将本发明限制于本文所公开的确切形式。尽管本文中仅出于示例性目的描述了本发明的特定实施例和示例，但是如本领域技术人员将认识和理解的，在本发明的精神和范围内可进行各种等同修改。如所指出，可以根据本发明的例示实施例的前述描述对本发明进行这些修改，并且这些修改包括在本发明的精神和范围之内。

当在本说明书和权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”及其变型意味着包括指定的特征、步骤或组合。这些术语不应被解释为排除其它特征、步骤或部件的存在。

以特定的形式或根据用于执行所公开的功能的装置或根据用于获得所公开的结果的方法或过程适当表达的，在前述描述或以下权利要求或附图中公开的特征可以单独地或在这些特征的任何组合中用于以不同形式来实现本发明。

本发明不限于本文所述的实施例。应当参考所附权利要求。