蓝牙低功耗自动化网格网络的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求享有2014年9月19日提交的名为"Bluetooth Low Energy Automation Mesh"的美国临时专利申请第62/053, 058号的权益，在此通过引用将其全部内 容结合于此。
技术领域
[0003] 本说明书总体上涉及无线通信，包括蓝牙低功耗自动化网格网络。
【背景技术】
[0004] 蓝牙低功耗（BLE)设备可以具有（例如）少于一百米的通信范围。因此，来自BLE 设备的传输可能达不到位于超过大约五十米远的其它BLE设备。
【发明内容】
[0005] 根据本发明的实施例包括一种网格网络的第一设备，所述第一设备包括：至少一 个处理器电路，所述处理器电路被配置为：接收包括与所述网格网络的第二设备相关联的 第一标识符的网格分组，所述第一设备已经被所述第二设备选择以作为所述第二设备的代 理设备进行操作；接收来自所述第二设备的第一询问分组，其中，所述第一询问分组包括与 所述第一设备相关联的第二标识符，并且接收所述第一询问分组是独立于接收所述网格分 组的；以及当接收到所述第一询问分组时，将用于传输的所述网格分组提供给所述第二设 备。
[0006] 所述至少一个处理器电路被进一步配置为：确定所述第一设备是否接收到发送到 所述第二设备的多个网格分组；其中，所述多个网格分组包括所述网格分组；以及当所述 第一设备接收到发送到所述第二设备的所述多个网格分组时，在所述网格分组中将标记设 置为第一预定值；否则，当所述第一设备仅接收到发送到所述第二设备的所述网格分组时， 在所述网格分组中将所述标记设置为第二预定值。
[0007] 所述至少一个处理器电路被进一步配置为：当所述网格分组中的所述标记被设置 为所述第一预定值时，接收来自所述第二设备的第二询问分组，其中，所述第二询问分组包 括所述网格分组的确认；以及当接收到所述第二询问分组时，将用于传输的所述多个网格 分组的另一个网格分组提供给所述第二设备。
[0008] 所述至少一个处理器电路被进一步配置为：当接收到所述网格分组时，将与所述 第二设备相关联的地址加载到所述第一设备的白名单中。
[0009] 所述至少一个处理器电路被进一步配置为：将所述网格分组存储到缓冲器中，直 到已经从所述第二设备接收到所述网格分组的确认。
[0010] 所述网格分组包括蓝牙低功耗（BLE)链路层分组。
[0011] 所述网格分组是所述第一设备从所述网格网络的第三设备接收到的。
[0012] 所述至少一个处理器电路被进一步配置为：接收来自所述第二设备的第二询问分 组，其中，所述第二询问分组包括不同于所述第一标识符和所述第二标识符的第三标识符； 将第一响应分组发送给所述第二设备，其中，所述第一响应分组包括与所述第二询问分组 相关联的功率值；以及接收来自所述第二设备的第三询问分组，其中，所述第三询问分组包 括所述第二标识符。
[0013] 所述第二询问分组的接收优先于所述第一询问分组。
[0014] 所述第二询问分组包括被设置为指示与所述第一设备相比所述第二设备与较低 的接收机占空比相关联的值的标记。
[0015] 根据本发明的实施例包括一种方法，所述方法包括：由网格网络的第一设备发送 代理询问分组；从所述网格网络的多个设备的每个设备接收相应的代理响应分组，其中，所 述相应的代理响应分组分别与对应于所述多个设备的每个设备的功率值相关联；至少基于 从所述多个设备的每个设备接收到的所述相应的代理响应分组，来选择所述多个设备的第 二设备以作为所述第一设备的代理设备。
[0016] 所述的方法进一步包括：在选择所述多个设备的所述第二设备以作为所述代理设 备之后，所述第一设备转变为低功耗状态。
[0017] 所述的方法进一步包括：在第一时段流逝之后，所述第一设备从所述低功耗状态 转变为较高功耗状态；所述第一设备将第一询问分组发送到所述多个设备的所述第二设 备，其中，所述第一询问分组包括与所述第二设备相关联的第一标识符；当自发送所述第一 询问分组的第二时段之后没有从所述第二设备接收到网格分组时，所述第一设备转变回所 述低功耗状态；以及当自发送所述第一询问分组的所述第二时段之内从所述第二设备接收 到所述网格分组时，将第二询问分组发送到所述第二设备；其中，所述第二询问分组包括所 述第一标识符和所述网格分组的确认。
[0018] 所述的方法进一步包括：所述第一设备，响应于接收所述网格分组，并且至少部分 地基于所述网格分组的指示位来确定所述第二设备随后是否将至少一个额外的网格分组 发送到所述第一设备；以及当所述第二设备随后将所述至少一个额外的网格分组发送到所 述第一设备时，所述第一设备保持在较高功耗状态；否则，所述第一设备转变回所述低功耗 状态。
[0019] 所述的方法进一步包括：至少部分地基于所述网格分组的所述指示位来调整所述 第一设备的接收机占空比。
[0020] 所述的方法，其中，所述调整包括：当所述网格分组的所述指示位被设置为第一值 时，增加所述第一设备的所述接收机占空比，所述第一值指示所述第二设备随后将所述至 少一个额外的网格分组发送到所述第一设备。
[0021] 所述的方法，其中，所述调整包括：当所述指示位被设置为不同于所述第一值的第 二值时，降低所述第一设备的所述接收机占空比。
[0022] 所述的方法，进一步包括：所述第一设备至少基于从所述网格网络的所述多个设 备的每个设备接收到的所述相应的响应分组，来确定包括所述网格网络的有效的线上设备 的信息的地图。
[0023] 所述的方法，其中，所述信息包括所述网格网络的所述有效的线上设备，其中所述 网格网络的所述有效的线上设备是所述第一设备的第一跳设备。
[0024] 根据本发明的实施例包括一种包括存储在有形可读计算机存储介质中的指令的 计算机程序产品，所述指令包括：用于由网格网络的第一设备接收包括与所述网格网络的 第二设备相关联的第一标识符的网格分组的指令；用于当接收到所述网格分组时将所述第 二设备的地址添加到所述第一设备的白名单的指令；用于在收到所述网格分组之后，由所 述第一设备从所述第二设备接收第一询问分组的指令；以及用于至少部分地基于已经将所 述第二设备的所述地址添加到所述第一设备的所述白名单，响应于所述第一询问分组的接 收，来自动地触发所述网格分组到所述第二设备的传输的指令。
[0025] 所述的计算机程序产品，其中，用于自动地触发所述网格分组到所述第二设备的 传输的所述指令进一步包括：用于当接收到所述第一询问分组时并且至少部分地基于已经 将所述第二设备的所述地址添加到所述第一设备的所述白名单，来自动地建立与所述第二 设备的蓝牙低功耗（BLE)连接的指令，其中，通过所述BLE连接向所述第二设备提供用于传 输的所述网格分组。
[0026] 所述的计算机程序产品，其中，所述指令进一步包括：用于由所述第一设备从所述 第二设备接收第二询问分组的指令，其中，所述第二询问分组包括所述网格分组的确认；用 于由所述第一设备确定是否已经接收到包括与所述第二设备相关联的所述第一标识符的 另一个网格分组的指令；以及用于当已经接收到所述另一个网格分组时将用于传输的所述 另一个网格分组提供给所述第二设备，否则将所述第二设备的所述地址从所述第一设备的 所述白名单移除的指令。
[0027] 所述的计算机程序产品，其中，所述指令进一步包括：用于当还没有从所述第二设 备接收到所述网格分组的确认时，将网格分组存储在与所述第一设备相关联的缓冲器中的 指令。
[0028] 所述的计算机程序产品，其中，所述指令进一步包括：用于由所述第一设备从所述 第二设备接收代理询问分组的指令，其中，所述代理询问分组包括不同于所述第一标识符 的第二标识符；用于由所述第一设备将代理响应分组发送给所述第二设备的指令，其中，所 述代理响应分组包括与所述代理询问分组相关联的功率值；以及用于由所述第一设备从所 述第二设备接收第二询问分组的指令，其中，所述第二询问分组包括指示所述第一设备已 经被选为所述第二设备的代理设备的第一标识符。
[0029] 所述的计算机程序产品，其中，所述网格分组与保护机制相关联。
【附图说明】
[0030] 在所附权利要求中阐述了该主题技术的特定特征。然而，出于解释的目的，在后续 的附图中阐述了该主题技术的若干实施例。
[0031] 图1示出了根据一个或多个实施的包括BLE自动化网格网络的示例性的网络环 境。
[0032] 图2至图4示出了根据一个或多个实施的在BLE自动化网格网络中的代理设备选 择的示例性过程的流程图。
[0033] 图5至图9示出了根据一个或多个实施的在BLE自动化网格网络中的网格分组的 转发的示例性过程的流程图。
[0034] 图10示出了根据一个或多个实施的承载BLE自动化网格协议数据单元结构的BLE 链路层分组结构的示例。
[0035] 图11示出了根据一个或多个实施的网格通告数据类型报头的示例。
[0036] 图12和图13示出了根据一个或多个实施的可以作为网格分组中的有效载荷被包 括的示例性的分组。
[0037] 图14示出了具有彼此孤立的两个设备岛的网络的示例。
[0038] 图15示出了根据一个或多个实施的具有额外的形成BLE自动化网格网络的设备 的图14的网络。
[0039] 图16和图17示出了根据一个或多个实施的针对BLE自动化网格网络中的设备的 可见示意图。
[0040] 图18至图22示出了根据一个或多个实施的可以作为网格分组中的有效载荷被包 括的分组的示例。
[0041] 图23示出了根据一个或多个实施的使用网格密钥来保护网格网络的示例性的 BLE自动化网格网络。
[0042] 图24概念性地示出了该主题技术的一个或多个实施可以利用其进行实施的电子 系统。
【具体实施方式】
[0043] 在下面阐述的【具体实施方式】旨在作为该主题技术的各种配置的说明，并不旨在表 示在其中可以实践该主题技术的唯一配置。将附图并入到本文中并且组成该【具体实施方式】 的一部分。出于提供对该主题技术的全面理解的目的，【具体实施方式】包括具体细节。然而， 该主题技术不受限于本文所阐述的具体细节，并且可以使用一种或多种实施方式来实践。 在一个或多个实例中，以框图的形式示出了结构和部件以避免对该主题技术的这些概念造 成模糊。
[0044] 该主题技术考虑到利用BLE来通过网格网络进行通信。可以使用该主题技术来 (例如）提供通过网格网络传送自动化协议的网格感知环境和/或来保护网格网络避免其 受到未经授权的访问。
[0045] 图1示出了根据一个或多个实施的包括BLE自动化网格网络101的示例性的网络 环境100。然而，并非所有所描绘的部件都会被用到，并且一个或多个实施可以包括未在图 中示出的额外的部件。在不背离本文所阐述的权利要求的精神或范围的情况下，可以作出 在布置或部件类型中的变型。此外，可以提供更少的和/或不同的部件。
[0046] BLE自动化网格网络101可以包括BLE设备102A-G。BLE设备102A-G可以是参与 BLE通信的任何设备。这种设备可以是、可以包括、或可以是以下各项中的一部分（通过非 限制性例子的方式）：移动电话、平板电脑、计算机、个人数字助理（PDA)、视频游戏设备、车 库门、车库开门器、告警面板、照明开关、个体内部或外部照明、采暖通风及空调（HVAC)系 统、家庭安全系统、多媒体设备（例如，电视、机顶盒、接收机等）、宠物牌、器具（例如，咖啡 机、冰箱、洗衣机等）、窗户、自动化遮阳、锁、健身设备、医疗设备、监控设备、婴儿监视器、烟 雾探测器、一氧化碳检测器、二氧化碳检测器、和/或嵌入在任何设备内或耦合到任何设备 的芯片。尽管BLE自动化网格网络101包括七个BLE设备102A-G，但是BLE自动化网格网 络101可以包括更多的、更少的、和/或不同的BLE设备。BLE设备102A-G的一个或多个 BLE设备可以被认为是BLE自动化网格网络101的节点。如本文所使用的，BLE自动化网格 网络101的节点/成员可以是被称为设备、网格设备、网格网络设备、节点、网格节点、或BLE 自动化网格网络101的网格网络节点。
[0047] 作为一个示例，BLE设备102A可包括智能电话，或者可以是智能电话的部分，而 BLE设备102B和102C可以是发光设备（或者嵌入发光设备中的传感器），或者可包括发 光设备。在这种情况下，BLE设备102A可以与BLE设备102B和102C通信并且提供指令至 BLE设备102B和102C，当BLE设备102B和102C执行指令时，打开或者关闭发光设备。
[0048] 作为另一示例，BLE设备102A可以是计算机，可包括计算机，或者可以是计算机的 一部分，BLE设备102F和102G可以是健康监测设备，而BLE设备102D可以是用于分析并处 理从BLE设备102F和102G接收的信息的设备，例如，健康监测设备。在该情况下，BLE设 备102F和BLE设备102G可以将与患者相关联的信息（例如，心律、血糖水平、温度等）提 供至BLE设备102D。BLE设备102D可以处理来自BLE设备102F和102G的信息以生成通 过BLE设备102A可以显示的输出（例如，与患者相关联的信息随着时间的曲线图）。
[0049] BLE设备102A至102G的一个或多个，诸如BLE设备102A，可以同时保持与一个或 多个其他BLE设备102B至102G的直接连接。在一个或多个实施方式中，保持同时连接的 数量可以受对BLE设备102A至102G可用的资源，诸如用于调度、信号交换、保存内存的数 据等的资源的限制。在图1中示出的每个BLE设备102A至102G可以在网络环境100中与 其他BLE设备102A至102G的任一个通信。例如，如果源于BLE设备102A的数据分组可以 被传输至BLE设备102G，那么可以认为BLE设备102A和102G彼此通信，反之亦然，无论有 或者没有一个或多个转发数据分组的中间设备（例如，BLE设备102D)。BLE自动化网格网 络101的用于转发数据分组的中间设备的利用允许BLE自动化网格网络101的彼此相距多 个跃距的设备之间的通信。因此，用于数据分组的发起者节点（例如，BLE设备102A)与数 据分组的终节点（例如，目的节点，诸如BLE设备102G)之间的成功传输的距离可以延伸超 出通常通过直接BLE连接能实现的距离（例如，大约一百米）。
[0050] 在一个或多个实施方式中，网络环境100中的BLE设备102A至102G根据低功耗 蓝牙标准，诸如蓝牙4. 1规范操作。
[0051] 在一个或多个实施方式中，提供系统和方法以促进用于使用BLE作为物理运输的 自动化目的安全的、优先化的、集群化的、自组织网格网络的实施方式。BLE自动化网格网络 101可以是这种网格网络，可包括这种网格网络，或者可以是这种网格网络的一部分。群集 可以表示一组彼此可以确认的BLE启动设备，例如，BLE设备102A至102G，并且可以作为路 由节点参与以提供用于彼此将脱离BLE传输范围的任何两个参与的BLE设备，诸如BLE设 备102A和BLE设备102G的范围扩展。
[0052] 在一个或多个实施方式中，自组织网格网络可以利用未使用中心协调节点的网格 联动机制和/或可以不取决于单个破坏点。安全的网格网络可以利用准入政策，设备为了 成为网格网络的成员（例如，节点）并参与网格网络内的流量转发需要满足该准入政策。 安全特性可包括在网格网络的任何两个末端设备之间的基于消息的认证和128位高级加 密标准（AES-128)网络加密的使用。自动化网格网络可以利用小消息有效载荷，诸如15字 节。优先化的网格网络可以允许末端设备组织为组。
[0053] BLE自动化网格网络101可以由用户设置以允许各种BLE启动设备，例如，BLE设 备102A至102G之间的连接。在一个或多个实施方式中，BLE自动化网格网络101包括至少 一个控制设备和至少一个管理设备。管理设备和控制设备可以是相同的设备或者单独的设 备。控制设备可以是在BLE自动化网格网络101内发送命令和/或控制其他设备的BLE自 动化网格网络101的设备。控制设备可以与传感器设备通信，传感器设备是BLE自动化网 格网络101的可以接收来自控制设备的命令（例如，读/写命令）和/或可以向控制设备 发送警报/通知（例如，基于感测的数据）的设备。例如，BLE设备102B和BLE设备102C 可以是通过BLE设备102A可控制的发光设备。BLE设备102A可以发送指令来打开或者关 闭BLE设备102B和BLE设备102C的一个或者两个。
[0054] 管理设备可以是BLE自动化网格网络101的有权访问中央权威数据库的设备并且 可以向BLE自动化网格网络101增加设备并且从BLE自动化网格网络101去除设备。中央 权威数据库是BLE自动化网格网络101的所有的管理设备可访问的并且可以通过单个管理 设备存储，通过一个或多个管理设备存储，和/或存储在云上并且利用适当的凭据可访问。 在一些情况下，诸如当中央权威数据库存储在远离BLE自动化网格网络101的一个或多个 管理设备的云上时，应用（例如，在一个或多个管理设备上运行的）可能需要使用带外方法 (例如，WiFi)访问中央权威数据库。中央权威数据库通常是安全的，其安全性反过来促进 为BLE自动化网格网络101提供安全性。例如，可以使用单独的密钥数据库来保护中央权 威数据库，尽管可以利用其他方式来保护中央权威数据库。
[0055] 分组含中央权威数据库的信息可包括（通过非限制性示例的方式）共用网格密 钥、所有参与的设备和相关的操作特性的列表、设备组成员名单、和CCM数据分组计数器分 布。例如，可以利用中央安全数据库来持有设备的安全性和网络凭据，设备是BLE自动化网 格网络101的成员。参与的设备的列表可以将每个单独的设备识别为墙开关、门传感器、远 程控制等，以及通过每个单独的设备的分配的节点标识符（ID)和任何相关联的组ID对其 进行识别。
[0056] 参考图1，BLE设备102A可以是存储中央权威数据库的管理设备。例如，BLE设备 102A可以是可以通过网络120访问存储在服务器122上的中央权威数据库的管理设备。在 该情况下，BLE设备102A可以本地存储中央权威数据库或者可以不本地存储中央权威数据 库。网络120可包括局域网络（"LAN"）、广域网络（"WAN"）、或者内联网、或者多个网络 的网络，诸如互联网。可以利用智能设备（诸如智能电话或者平板电脑）作为使设备与BLE 自动化网格网络101相关联的管理设备。在一个或多个实施方式中，可以利用任何认证的 设备（例如，认证的智能设备）作为将设备与给出适当的安全性凭据（例如，访问控制）的 BLE自动化网格网络101相关联的管理员节点。
[0057] 在一些情况下，管理设备可以通过建立与设备的BLE连接并且交换从中央权威数 据库检索的凭据使设备与BLE自动化网格网络101相关联。可以通过用户引入与BLE自动 化网格网络101相关联的设备。例如，设备可以是用户安装的发光设备，诸如智能电灯泡。 用户可以利用应用来将发光设备连接至BLE自动化网格网络101。
[0058] 当设备与BLE自动化网格网络101相关联时，BLE自动化网格网络101的管理设 备向设备分配节点ID作为关联的部分。BLE自动化网格网络101的每个设备，诸如图1中 的BLE设备102A至102G的每个，具有分配的节点ID。可以向设备的指定的组分配组ID。 例如，BLE设备102B和102C可以是通过BLE设备102A控制的发光设备，或者可包括发光 设备。管理设备可以向BLE设备102B和102C分配组ID以促进通过使用分配的组ID控制 BLE设备102B和102C。例如，用户可以利用应用来将BLE设备102B和102C连接至BLE设 备102A使得BLE设备102A可以控制BLE设备102B和102C的操作。用户的连接可以引起 管理设备将组ID分配至BLE设备102B和102C。
[0059] 节点ID和组ID可以共享可寻址空间。可寻址空间可以使用1字节数据表示以允 许支持255单个的ID。例如，节点ID可以由0开始并且可以升序分配，而组ID可以由254 开始并且可以降序分配。ID可以不重叠。BLE自动化网格网络101的设备可以与多个组ID 相关联。在一些情况下，可寻址空间可以利用数据的大于或者小于1字节使得支持的单个 的ID的数量可以分别高于255单个的ID或者低于255单个的ID。数量255可以保留用于 其他目的并且可以不用作节点ID或者组ID，例如，如以下关于图2的进一步论述。在一些 情况下，BLE自动化网格网络101的每个设备可以分配多个节点ID。例如，设备可以具有用 于与设备相关联的不同的应用（例如，音量控制、婴儿监视器孔径设置）的不同的节点ID。
[0060] 在一个或多个实施方式中，BLE自动化网格网络101是基于广播的网格网络。每个 网格设备可以是网格意识（例如，意识到其为BLE自动化网格网络101的部分）。因此，不 支持参与网格网络的传统BLE设备可能与这种网格网络不相符。可以使用节点ID和/或 组ID对设备和/或设备的组进行编址。数据分组可以源于BLE自动化网格网络101的任 何设备并且可能潜在地从设备重播。BLE自动化网格网络101的任何设备可以广播每个数 据分组多次以增加数据分组被与设备相距一个跃距的每个设备接收至少一次的可能性。然 而，抖动可以利用BLE自动化网格网络101中的每个重发（例如，数据分组转发