传感器网关的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线传感器。更具体地，本发明设及传感器网关，其管理到传感器的无 线通信W及传感器和到后端的连接之间的数据交换。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络提供了收集数据的有效方式，并且也开启了新的传感机会。如果 数据可W从传感器网络被有效地检索，无线传感器网络可W更加有用。然而，运样的网络通 常工作在Wi-Fi频带并受到干扰。
[0003] Wi-Fi干扰是一个常见而且麻烦的问题。缺乏电线使得无线局域网(WLAN)具有如 此大的吸引力，也是运个特征使得其它消费者装置能够导致Wi-Fi干扰。因为空气是由所有 发射器共享的，由任何装置在与接入点(AP)的无线电设备的相同频率上的传输可W造成干 扰。802.11无线网络操作在许多技术所使用的未授权频段上，如微波炉、视频监视摄像机、 无绳电话，它们受到干扰。此外，共享相同信道的无线接入点可能互相干扰。干扰的影响是 高度依赖于传输的强度和与干扰者的距离。最接近于干扰者并与干扰者在相同信道上的接 入点受到的影响大于那些距离较远的。同信道干扰或相邻信道干扰可能是由于将无线电设 备设置为具有重叠信道的频带。信道可能不都是被网络正在使用的一一邻近的信号也可能 导致干扰。
[0004] 虽然已知各种共存技术用于减轻运种干扰的负面影响（参见于2013年11月25日提 交的共同转让的美国专利申请序列号14/089,680,标题为"Channel Steering for Implementing Coexistence of Multiple Homogeneous Radios"(用于实现多个同构无线 电设备的共存的信道导引）），运行物理共存总线并不总是可能的。
[000引希望提供提高无线网络带宽、减少无线网络干扰，并减少传感器功耗的技术。
【发明内容】
[0006] 本发明的实施方式提供传感器网关，其管理到传感器的通信W及传感器和到后 端，例如因特网，的连接之间的数据交换。传感器网关处理器运行网络和无线协议找，自动 选择与家庭接入点(AP)或网关相同的信道，并运行传感器软件W为传感器提供低功率、无 线支持和深度睡眠支持。传感器网关通过跟随最强信标，或者如果存在一个W上的强信标 时，通过跟随家庭AP服务集标识符(SSID)，选择与家庭AP或网关相同的信道。如果家庭接入 点或网关和传感器网关被靠近放置并且在2.4GHz的不同信道上，在运两个装置之间存在破 坏性的干扰。通过在传感器网关上使用与家庭AP或网关相同的信道，运两个装置可W在相 同的频带中共存而没有破坏性的干扰。
【附图说明】
[0007] 图1示出了根据本发明的传感器网关和家庭AP的方框示意图；
[000引图2示出了在2.4G的IE邸20MHz掩模(mask)的曲线图；
[0009] 图3示出了信道11到信道6的带内干扰的图表；
[0010] 图4是示出了信道巧Ij信道6的带内干扰的图表；
[0011] 图5示出了根据本发明的无线传感器网关配置的方框示意图；
[0012] 图6-9示出了对于家庭AP和/或网关W及传感器网关的不同布置的情形的方框示 意图；
[0013] 图10示出了 W计算机系统的示例性形式的机器的方框示意图，其中用于使得机器 实行一个或多个在本文中描述的方法的一组指令可W被执行。 具体实施例
[0014] 本发明的实施方式提供了传感器网关，其管理到传感器的无线通信W及传感器和 与后端，例如因特网，的连接之间的数据的交换。图1示出了根据本发明的传感器网关、相关 联的传感器19和家庭AP或网关的方框示意图。在图1中，传感器网关10包括2.4GHz的无线电 设备12和处理器11，其运行网络和无线协议找，自动选择与家庭接入点(AP)或网关相同的 信道，并运行传感器软件W为传感器提供低功率、无线支持和深度睡眠支持。在图1所述的 本发明的实施方式中，W太网电缆13将传感器网关连接到家庭AP 14用于其间的传感器数 据的交换。
[0015] 在本发明的一些实施方式中，传感器网关通过电缆被连接到家庭AP。本发明的其 它实施方式使用在不同于传感器频带的一频带上的Wi-Fi W连接传感器网关到家庭AP。例 如，5G化频带可被用于连接至家庭AP，并且2.4G化频带可被用于连接到传感器。在本发明的 其他实施方式中，传感器工作在5GHz频带的低部并且到家庭AP的连接存在在5GHz频带的高 部，反之亦然。在5GHz频带，共存总线是没有必要的，因为5G化频带是宽带，可W使用滤波器 W避免干扰。
[0016] 家庭AP通常包括2.4G化的无线电设备17、处理器16,和W太网交换机18。家庭AP或 网关还可W包括额外的无线电设备，如5G化无线电设备15。虽然在此描述的本发明是结合 2.4G化频带，本领域技术人员将理解，本发明可W在任何频带的情况下实施，并因此，并不 限制在2.4G化频带。
[0017] 传感器网关通过跟随最强信标，或者如果存在一个W上的强信标时跟随家庭AP或 网关服务集标识符(SSID)，选择与家庭AP或网关相同的信道。如果家庭AP或网关和网关传 感器被靠近放置并且在2.4G化频带的不同信道上，在运两个装置之间存在破坏性的干扰。 通过在传感器网关上使用与家庭AP或网关相同的信道，运两个装置可W在相同的频带中共 存而没有破坏性的干扰。
[0018] 传感器网关和家庭AP或网关都放置在相同的信道的一个关键原因是，他们可W互 相监听。如果传感器网关和家庭AP或网关知道他们是在相同的信道上，他们可W发射回退 信号来共享频带。如果他们在不同的信道上，例如一个是在信道6上而一个是在信道11上， 那么它们不能监听到彼此。在运样的情况下，它们彼此干扰，因为发射时间没有被安排。然 而，如果两者都在信道6上并且一个正在发射，则另一个可W监听到传输并回退。
[0019] 传感器网关的实施方式还提供功率节省功能。例如，当网关在传感器和外部世界 之间交换数据时，与传感器相关的软件在传感器网关上运行。在传感器网关上运行的软件 管理在低功率传感器上所需的超功率节省功能，如低功率照相机。一些在传感器网关上被 支持的低功率软件功能，在正常的AP上不被支持。例如，传感器网关只转发对传感器节点所 必需的数据包并滤去那些不必要的数据包。在本发明的其它实施方式中，传感器网关不需 要通常的保持活动化eep-alive)的数据包和其它周期性事务处理，其可能在正常的AP上是 需要的，用于保持链路活动，从而在低功率传感器上节省电池电量。
[0020] 传感器网关还缓冲来自传感器的数据，然后将数据发送到云后端。在本发明的实 施方式中，云后端包括任何不同类型的服务器，如亚马逊弹性云计算化C2)服务。因此，传感 器不需要具有所有所需的软件API W直接连接到云后端。相反地，它仅需要将其数据发送到 本地传感器网关。运节省了传感器上的功率并且也简化了传感器上的软件。
[0021] 在本发明的实施方式中，传感器网关控制传感器将数据发送到网关的速率和/或 网关发送数据到云后端的速率。如果传感器网关发现在网关中队列正被建立起来，并且它 无法发送数据到云后端，因此，清除队列，传感器网关可W发送命令到传感器，并要求它们 减慢它们将数据发送到网关的速率。该网关还可W选择丢弃来自一些传感器中的一些不必 要的数据。例如，如果传感器是照相机，基于其发现的在网关和云后端之间的因特网管道， 传感器网关可W告诉照相机使用哪个压缩参数来发送视频。网关可W改变的参数包括，例 如，帖每秒(fps)、图象组(G0P)的大小、目标输出比特速率等等用于H264编解码器和/或用 于其他视频编解码器的其他参数。
[0022] 2.4G化频带通常是操作的优选频带，因为出于范围和RF功率消耗方面的考虑。一 些常见的家庭AP或网关实现并不支持传感器的睡眠要求。在本发明的实施方式中，传感器 网关主机软件(守护进程(daemon)等等)从家或办公室内的传感器处接收传感信息，处理该 信息，并发送所选择的处理信息到外部世界(云、点对点等等）。在本发明的实施方式中，在 传感器网关上的软件与外部世界后端通信和/或包括API实现W与外部世界通信。
[0023] 具有更适合于在基站上运行，而不适合在低功率传感器上运行的云管理方面，例 如建立连接、管理连接参数、软件升级，当因特网连接速度较慢时缓冲，当服务器没有响应 时缓冲，等等。此外，对于相对低成本的传感器，管理所有后端连接的软件的存储和处理的 占用区过大。在此公开的网关消除了来自传感器的复杂性，并将其放到基站中。本发明的实 施方式在现代家庭中提供了中央控制器，即网关，在该现代家庭中有多个传感器和控制器， 被称为物联网（I0T)。在运样的设置中，网关处理否则将需要在每个传感器中实现的复杂的 事务。
[0024] 实施本发明还设及安全和隐私。因为网关管理到云后端的连接，在家庭中存在中 屯、点能够管理哪些数据出去到云后端W及哪些数据不到云后端。该网关还管理哪些控制和 命令来自云后