用于配置网络的方法

用于配置网络的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于配置包括维护实体和多个节点的网络的方法，所述方法在所述维护实体处包括以下步骤：(a)检测至少一个受限节点在网络中的潜在存在，所述受限节点仅在一些时间段内能够接收数据；(b)确定需要经更新的网络配置参数值，所述网络配置参数为所述至少一个受限节点和所述网络的所述多个节点共有；(c)基于对所述至少一个受限节点在所述网络中的潜在存在的检测，推迟用于更新所述多个节点处的网络配置参数值的信号的传输；(d)传送用于触发经更新的网络配置参数值向受限设备的递送的触发信号；(e)传送所述用于更新所述多个节点处的所述经更新的网络配置参数值的信号。
【专利说明】用于配置网络的方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于配置网络的方法，涉及一种维护实体，且涉及一种包括所述维护实体和多个节点的通信网络。
[0002]本发明例如与无线网络相关，其中需要配置的节点中的某些具有一些较强的操作限制(类似仅受限且不可预测的接收时间窗)。对于ZigBee网络内的ZigBee绿色能源(Green Power)设备来说,情况尤其如此。
【背景技术】
[0003]在网络中，尤其在无线网络中，要求使每个节点保持以网络配置参数的当前使用值来更新，以维持网络的每一节点的正确操作。事实上，由于计划外的事件(如干扰频谱或位置的改变)，或由于计划内的事件(如加密密钥的周期性改变)，维护实体有可能需要为网络配置参数传送新值，如信道识别符、网络识别符、节点识别符或角色、网络内的新协调器/维护实体的识别符、加密密钥或密钥种子。
[0004]然而，在一些网络中，可以存在在接收机会方面受限的一些节点。作为举例说明，在ZigBee网络中，可能存在ZigBee绿色能源设备(ZGPD)，其不具有电池，且只能以计划外的机会接收。举例来说，ZGH)可以是无电池开关，一旦其由用户致动且已传送其信号，就只能接收达较短的时间。ZGPD的另一示例是周期性报告的传感器，其例如借助于光伏电池从其环境采集(harvest)能量。由于其能量预算限制，那些设备也不能够经由主动搜索来发现新的参数。
[0005]假定这些设备无法在任何时间接收配置信号，则如果网络的重新配置在受限设备的两次接收机会之间的间隔中发生，那么此受限设备将不知道参数值的改变。这可能导致所述受限设备被从网络排除，因为其将仍使用先前版本的网络参数，且可能不被其已经更新的邻居收听到。对于待重新集成到网络中的受限设备，它需要某个特殊过程，该特殊过程很可能需要来自用户的手动干预、可能较长，且因此是较大的维护负担。

【发明内容】

[0006]本发明的目的是提出一种用于配置网络的方法，其减轻了上文所提到的问题。
[0007]本发明的另一目的是提出一种用于配置网络的方法，其考虑在网络中操作的受限节点的存在和限制。
[0008]本发明的另一目的是提出一种在不丢失一些节点且维持网络内的正确操作的情况下准许网络的配置的方法。
[0009]具体而言，意在通过所述方法，在不导致网络操作中的任何中断的情况下使所有节点维持最新。
[0010]为此，提出一种用于更新包括维护实体和多个节点的网络中的网络配置参数的方法，所述方法包括在所述维护实体处的以下步骤:
(a) 检测至少一个受限节点在网络中的潜在存在，所述受限节点仅在一些时间段内能够接收数据；
(b)确定需要经更新的网络配置参数值，所述网络配置参数为所述至少一个受限节点和网络的所述多个节点共有；
(c)基于对所述至少一个受限节点在所述网络中的潜在存在的检测，推迟用于更新所述多个节点处的网络配置参数值的信号的传输；
(d)传送用于触发经更新的网络配置参数值向受限设备的递送的触发信号；
(e)传送所述用于更新所述多个节点处的经更新的网络配置参数值的信号。
[0011]因此，维护实体能够考虑网络内一个或多个受限节点的存在，且基于受限节点的存在来推迟网络的其余部分的重新配置，例如直到所有受限节点均已重新配置为止。这避免了 “丢失”受限节点，那将导致需要加入过程。
[0012]本发明还涉及一种维护实体，且涉及一种包括所述维护实体和多个节点的通信网络。
[0013]本发明的这些和其它方面将从下文所述的实施例明白，且将参考下文所述的实施例来阐明。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]现在将参考附图，以示例的方式来更详细地描述本发明，其中:
图1A给出新的ZGP系统维护警告命令的格式；
图1B给出新的ZGP系统维护警告命令的选项字段的格式；
图2A给出ZGP响应命令的格式；
图2B给出ZGP响应命令的ZGPP Tx信道字段的格式；
图3A给出经修改的ZGP响应命令的格式；
图3B给出经修改的ZGP响应命令的选项字段的格式；
图4A给出ZGP参数更新状态命令的格式；以及 图4B给出ZGP参数更新状态命令的选项字段的格式。
【具体实施方式】
[0015]本发明涉及一种包括彼此通信的多个节点的网络。在本发明的示范性实施例中，网络为无线网状网络。将在ZigBee标准且更具体地是在ZigBee绿色能源(ZGP)标准的上下文中描述本发明。
[0016]ZigBee绿色能源设备(ZGPD)(如能量采集开关和无电池传感器)在ZigBee网络中操作。在ZigBee网络中，配置参数(例如密钥、信道、PANId等)可能需要改变。具有其非常有限的能量预算的ZGPD既不能保证在更新生效之前接收到所述更新，也不能够发现改变和进行自调整。结果是有必要手动重新投入使用(recommission),由于ZGPD的受限的通信和用户接口(UI)能力，手动重新投入使用是耗时的、在手动操作方面强度较大的，并且还使能量采集的ZGPD的主要主张(它们的免维护操作)无效。
[0017]本发明提供用于将改变的网络参数高效且可靠地递送到在ZigBee网络中操作的ZGPD的解决方案。为此，由负责的ZigBee维护实体(例如，信任中心、ZigBee PAN协调器或网络管理器)预先将所规划的参数改变告知ZGP基础设施设备(即，能够根据ZGP标准与ZGPD通信的ZigBee设备)，使得其有时间来更新ZGPD。一旦执行更新，ZGP基础设施设备就可向负责的ZigBee维护实体提供更新状态响应。为所述目的而定义了新的帧ZGP格式和帧扩展。
[0018]根据ZigBee 规范，ZigBee 文献 053474rl9，“ZigBee 规范”，修订版 19,2010 年 10月12日，第4.6.3.4节，在两消息方法中进行安全密钥更新。通过第一消息，以单播或广播形式将密钥分发给所有ZigBee设备。通过第二消息，所述设备应切换到使用新的密钥。
[0019]根据ZigBee 规范，ZigBee 文献 053474rl9，“ZigBee 规范”，修订版 19,2010 年 10月12日，第3.10节和附录E，经由来自网络管理器/ZigBee PAN协调器设备的广播来执行信道和PANId更新。在接收到此消息之后的固定时间(nwk网络广播递送时间(nwkNetworkBroadcastDeliveryTime),对应于ZigBee-PRO网络中的几秒)，每一设备切换到新配置。
[0020]缺点是这些机制不给ZGP基础设施设备提供足够的时间来将新参数转发到ZGPD。此外，它们未虑及向管理的ZigBee实体提供关于更新了多少ZGPD和更新了哪些ZGPD的任何反馈，且因此使包含手动重新投入使用的更新后维护变得甚至更加麻烦。具体地说，对于密钥更新，简单地将新值写入到由所有ZGP基础设施设备实施的zgp共享安全密钥(ZgpSharedSecurityKey)属性并未虑及清楚的ZGPD更新控制过程。
[0021]本发明提出在ZigBee维护实体上定义新能力，察觉到网络中的ZGPD设备的潜在或实际的存在，且相应地管理ZigBee参数过程。为此，一旦已做出关于参数改变的决定，且已检测到网络中的ZGPD的潜在或实际的存在，ZigBee维护实体就推迟ZigBee更新。同时，它首先触发ZGPD参数更新过程。它具有用于收集来自ZGP基础设施设备的状态响应，且用于基于某些准则(包含ZGPD更新进展)确定执行ZigBee更新的时间的手段。为此，本发明定义了新的ZGP命令或扩展了现有命令。为了虑及ZGP中的双密钥操作，提出了额外的ZGP 属性，zgp 替换的共享安全密钥(ZgpAlternateSharedSecurityKey)。
[0022]根据如ZigBee文献095499，“ZigBee绿色能源规范草案”，版本0.9，修订版16，2011年5月16日中所定义的ZGP规范，ZGH)如果具有足够的能量预算，那么它可在选定的时间，刚好在其已发送消息之后，接收消息达某个受限的时间。在ZGPD开关的情况下，用于既接收又发送的能量来自由用户来回切换的一个且同一个摇杆(rocker)。由于其能量预算限制，那些设备还不能够经由主动搜索来发现新的参数。ZGH)通过设置RxAfterTx(在传送后接收)旗标，根据用户或传感器或应用或时间或采集器/能量储存触发器，而在其发送的规则的帧中指示接收能力。在此传输之后五(5)ms，ZGI3D打开其无线电以接收达至少0.576 ms且通常不会更久。由于这种时间上非常受约束的机制，发送者不使用具有冲突避免的载波侦听多址接入(CSMA/CA)，以便不浪费传输机会。因此，至关重要的是仅一个设备在向ZGH)传送，否则多个传输将以接近I的概率冲突。为此，ZGP规范定义临时主控者(TempMaster)选择过程,使得由ZGPD控制的接收器(sink)通过使用到始发ZGPD的距离的准则以及ZGP基础设施设备的短地址，从代表此特定ZGPD及其本身进行转发的代理中选择一个设备(如果其处于ZGPD的无线电范围内的话)。然而，此机制缺乏在由同一 ZP⑶控制的多个接收器之间的临时主控者解决方案，尤其是在其将本身委派为临时主控者的情况下。本发明提出改变临时主控者选择过程以及ZGP响应帧以适应所述情况。
[0023]另外，在接收到RxAfterTx子字段被置位的ZGPD命令帧后，立即执行当前的临时主控者/ FirstToForward (首先转发)代理选择。然而，选定的临时主控者的地址和接收器是否在ZGPD的直接无线电范围内的信息当前均不存储在接收器中。对更新帧进行缓冲直到与ZGro的下一次交互，以便首先确定临时主控者且接着准备ZGro更新帧，这引入了额外延迟，且因此可能导致减少的更新成功率。因此，到ZGPD的ad-hoc帧递送(例如，像由ZigBee参数更新触发的一种递送)是难以执行的。为应付此情况，提出将临时主控者相关的信息存储在接收器中。具体地说，提出使接收器额外存储关于每一(有RxAfterTx能力的)经配对的ZGPD的以下信息:
(i) InRange (在范围内)旗标——指示接收器是否能够直接从ZGPD接收，以及 (?)临时主控者字段——指示最后选出的临时主控者或当前的首先转发代理。
(iii)临时主控者距离字段一指示到临时主控者的距离，也指示其是否为接收器本身。这些项目可存储在接收器表格条目中或单独存储；它们的全部或仅仅一些作为强制或任选的项目。
[0024]为了执行ZGPD更新，除ZigBee规范所定义的功能之外，ZigBee维护实体还具有以下功能:
I)其知晓系统/网络中的ZGP设备的潜在存在。
[0025]2)其包含推迟ZigBee参数更新以为ZGPD提供额外的更新机会的策略。
[0026](i)根据实施例，其具有ZGPD中的任何ZGPD是否能够接收的知识。另外，ZigBee维护实体可知晓网络中有多少ZGPD能够接收，还知晓哪些ZGPD具有此能力。
或者，如果其不具有发现ZGPD接收能力的能力/不具有关于ZGPD接收能力的信息，那么ZigBee维护实体可将关于哪一 ZGPD将尝试更新的决定留给ZGP基础设施设备。它们可通过检查此ZGPD的接收开启能力(RxOnCapability )来这样做。这种区分优选地在更新过程中尽可能早地进行，以限制与更新相关联的业务量和/或延迟。
[0027](ii)如果ZigBee维护实体能够维护用于ZGPD的NWK密钥，那么其优选地将知晓用以保护ZGPD通信的密钥是否是从正更新的ZigBee NWK密钥得出的，因此知晓是否需要更新ZGPD和推迟ZigBee参数更新。替换地，如果其不具有发现(特定ZGPD)所使用的ZGPD安全密钥类型的能力/不具有关于该ZGPD安全密钥类型的信息，那么ZGPD维护实体/ZGP基础设施设备通过检查(特定ZGPD)所使用的安全密钥类型来作出此决定。这在更新过程中尽可能早地进行，以限制业务量。
[0028](iii)如果ZigBee维护实体能够维护PANId，那么它优选地将知晓ZGPD中的任一个是否使用PANId值(而不是默认的广播PANId值Oxffff)，且因此知晓是否需要更新ZGPD且推迟ZigBee参数更新。
[0029](iv)推迟可取决于所更新的参数的类型，以及更新它的ZigBee方法。在一个示例中，新参数到ZigBee节点的递送以及新参数的激活两者均可推迟。在另一示例中，仅新参数的激活可推迟；这对于ZigBee网络密钥更新来说是可能的。
[0030]3)其可具有取决于ZGro更新的进展来触发ZigBee参数更新的策略。策略准则由ZigBee维护实体售主、使用其的应用简档、或特定网络的管理人员决定，且可包含:
(i)给予ZGPD固定量的额外时间来更新。
[0031](ii)给定子集的所有ZGPD被更新；该子集定义可以基于ZGPD的一些性质，例如其功能性、位置、能力、优先权等。
[0032](iii) ZGPD(的子集)的给定百分比被更新。[0033]4) ZigBee维护实体具有通过发送以下项来触发ZGPD更新的能力:
(i)ZGP系统维护警告命令；
(ii)和/或ZGP响应命令——如之后所提议的修改。
[0034]5)任选的是，ZigBee维护实体具有为每一 ZGPD委派临时主控者的能力。
[0035]6)任选的是，它具有通过接收ZGP更新状态命令来跟踪ZGPD更新的进展的能力。它可经由更新触发命令中的适当设置来请求/抑制更新确认。
[0036]7)另外，ZigBee维护实体可能能够向用户(例如，网络管理人员)呈现更新结果，例如作为站点图(sitemap),其指示需要手动更新的ZGPD的位置。
[0037]8)任选的是，在参数更新在ZigBee网络中变得有效之后，例如在通过将ZGP响应命令重新发送到选定的临时主控者，指令此临时主控者临时移到旧的操作信道而进行信道更新的情况下，ZigBee维护实体能够为选定的ZGPD重新触发更新过程。
[0038]所有上文提到的功能均可由实际负责的ZigBee维护实体(信任中心、ZigBeePAN协调器、网络管理器)执行。替换地，仅功能I和2在ZigBee维护实体中实施，且实际的ZGPD更新和更新进展跟踪可被委托给另一实体且由所述另一实体执行，所述另一实体是ZGPD维护实体，其有关于ZGPD的更多知识(例如，中央控制器或集中器、ZGP投入使用(commission)工具等)。ZGPD维护实体可为单独的设备或ZigBee维护实体的单独的模块/角色。
[0039]如上文所阐释的，本发明提出用于使能并入有ZGPD的ZigBee网络中的自动参数更新的新消息格式。本发明引入新命令，ZGP系统维护警告命令，其格式在图1A(命令的格式)和IB(命令的选项字段的格式)中描绘。此命令允许ZigBee维护实体向(选定的)ZGP基础设施设备预通告参数改变。我们现在更详细地描述ZGP系统维护警告命令的格式。取决于ZigBee维护设备的知识，以单播形式或以广播形式发送所述命令。对于能够在接收到此命令后动作的代理，其必须能够产生ZGPD更新命令，即ZGPD信道配置和ZGPD投入使用答复命令。
[0040]参数存在字段指示命令中存在哪些运载配置参数的字段。下表中描述参数存在字段的意义。
【权利要求】
1.一种用于配置包括维护实体和多个节点的网络的方法，所述方法在所述维护实体处包括以下步骤: (a)检测至少一个受限节点在所述网络中的潜在存在，所述受限节点仅在一些时间段内能够接收数据； (b)确定需要经更新的网络配置参数值，所述网络配置参数为所述至少一个受限节点和所述网络的所述多个节点共有； (c)基于对所述至少一个受限节点在所述网络中的潜在存在的检测，推迟用于更新所述多个节点处的所述网络配置参数值的信号的传输； (d)传送用于触发所述经更新的网络配置参数值向所述受限设备的递送的触发信号； (e)传送所述用于更新所述多个节点处的所述经更新的网络配置参数值的信号。
2.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中步骤(a)进一步包括所述维护实体在内部寄存器内检查受限节点是否在所述网络中操作。
3.根据权利要求2与权利要求1组合的所述的方法，其中步骤(a)进一步包括查明相应代理节点是否被链接到所述至少一个受限节点，以及决定是否为所述受限节点发起新代理节点选择。
4.根据权利要求3与权利要求2组合的所述的方法，其中相应的代理节点被链接到所述至少一个受限节点，且其中步骤(d)含有子步骤(dl):将用于触发所述经更新的网络配置参数值向所述受限设备的更新递送的触发信号按所述至少一个受限节点中的每一个而传送给正好一个代理节点。
5.根据权利要求3与权利要求2组合的所述的方法，其中步骤(d)包括以下子步骤: (d2)在所述维护实体处向一组第一节点传送用于触发所述经更新的网络配置参数值向所述受限设备的递送的信号，该组第一节点中的每一个节点被安排来与受限节点通信，所述触发信号致使该组第一节点为来自一组受限节点的每一受限节点委派代理节点，所述代理节点负责将所述经更新的网络配置参数递送到所考虑的受限节点。
6.根据权利要求1、2或3中的任一权利要求所述的方法，其中步骤(d)包括以下子步骤: (d3)在所述维护实体处，通过将所述经更新的网络配置参数传送到代理选择设备，而为所述受限设备发起代理节点选择， (d4)在所述代理选择设备处，进行代理节点选择，且将所述经更新的网络配置参数值转发到该组选定的代理，所述转发使所述代理负责将所述经更新的网络配置参数递送到其所代理的受限节点。
7.根据权利要求4、5或6所述的方法，其进一步包括以下子步骤: (c6)推迟将所述经更新的网络配置参数值转发到所述多个节点，直到满足与受限节点的更新有关的至少一个更新准则为止。
8.根据权利要求1或7所述的方法，所述更新准则至少部分地基于所述维护实体处更新确认消息的接收，所述更新确认消息指示由所述受限节点对所述经更新的网络配置参数值的成功接收。
9.根据权利要求1、7或8所述的方法，所述更新准则至少部分地基于以下准则中的至少一个:自步骤(b)起逝去的时间量；自步骤(d)起逝去的时间量；网络配置参数更新的优先权等级；包含应用功能、位置、能力或报告行为的所述受限设备的性质；为其接收更新确认消息的受限设备的数目/性质；为其发送指示更新被发送/递送过程被触发的更新确认消息的受限设备的数目/性质；为其接收指示经更新的参数被使用的更新确认消息的受限设备的数目/性质。
10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述受限节点为无电池设备，其包括能量采集装置，所述设备能够仅在所述能量采集装置由用户致动之后的时间窗内或在从环境采集能量之后的时间窗内接收数据消息。
11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述经更新的网络配置参数值包含信道识别符、安全密钥、安全密钥类型、网络识别符、报告间隔、操作模式、维护实体识别符中的至少一个。
12.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中如果在步骤(a)或步骤(b)中满足以下条件中的至少一个，那么省略步骤(c)和步骤(d):所述网络中不存在受限节点，所述网络中不存在能够通过空中接收经更新的网络配置参数的受限节点，所述经更新的网络配置参数不适用于所述受限节点，所述经更新的网络配置参数不适用于能够通过空中进行参数接收的所述受限节点。
13.根据权利要求1所述的方法，其中将所述维护实体分为两个部分，第一部分位于第一协调实体中，且进行至少步骤(a)、(b)、(c)和(e)，而第二部分位于用于受限节点的第二协调实体中，且进行至 少步骤(d)。
14.一种用于配置包括多个节点的网络的维护实体，所述维护实体包括: (a)用于检测至少一个受限节点在所述网络中的潜在存在的装置，所述受限节点仅在一些时间段内能够接收数据； (b)用于确定需要经更新的网络配置参数值的装置，所述网络配置参数为所述至少一个受限节点和所述网络的所述多个节点共有； (C)用于基于对所述至少一个受限节点在所述网络中的潜在存在的检测而推迟用于更新所述多个节点处的所述网络配置参数值的信号的传输的装置； (d)用于传送用以触发所述经更新的网络配置参数值向所述受限设备的递送的触发信号的装置； (e)用于传送所述用以更新所述多个节点处的所述经更新的网络配置参数值的信号的装直。
15.一种包括根据权利要求14所述的维护实体以及多个节点的通信网络。
【文档编号】H04L12/24GK103583017SQ201280028152
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年5月25日 优先权日:2011年6月9日
【发明者】B.埃德曼恩, L.M.G.M.托休伊泽恩, A.M.M.勒肯斯 申请人:皇家飞利浦有限公司