用于保持具有非对称或其他低质量无线链路的无线网络的可靠性的设备及方法

用于保持具有非对称或其他低质量无线链路的无线网络的可靠性的设备及方法
【专利摘要】本发明涉及用于保持具有非对称或其他低质量无线链路的无线网络的可靠性的设备及方法。一种方法包括接收(702-704)与无线网络中的多个无线连接相关联的链路质量信息；该方法还包括利用链路质量信息来识别(706)无线网络中的至少一个非对称的通信路径。链路质量信息可包括用于每个无线连接的统计值。识别至少一个非对称的通信路径可包括分别识别与第一和第二无线连接相关联的第一和第二统计值；以及确定第一和第二统计值之差是否超过阈值。该方法还可包括应用(708)启发式方法，以指示即使第一和第二统计值之差超过阈值，第一和第二无线连接也不形成非对称的通信路径。
【专利说明】用于保持具有非对称或其他低质量无线链路的无线网络的可靠性的设备及方法
[0001]相关申请的交叉引用及优先权
[0002]根据35 U.S.C§ 119(e)，本申请要求2013年6月12日提交的美国临时专利中请号61/834015的优先权，其全部内容在此通过引用结合进来。

【技术领域】
[0003]本公开大致涉及无线通信系统。更具体地，本公开涉及一种用于保持具有非对称或其他低质量无线链路的无线网络的可靠性的设备及方法。

【背景技术】
[0004]无线网络经常用于工业过程控制系统中。例如，过程控制系统通常包括通过无线网络提供测量值的传感器、以及通过无线网络接收控制信号的致动器。过程控制器可利用来自传感器的测量值来生成用于致动器的控制信号。
[0005]当无线网络中的两个节点均工作在相同的功率等级并具有相同增益的天线时，在各节点之间两个方向上的链路质量理论上是相同的。当无线节点的上行链路和下行链路的通信质量不同时，无线网络中就会产生非对称链路。非对称链路可以各种方式形成，例如，由于节点在不同的功率等级或环境因素(例如不同的多路径反射)下传输。无线网络，例如网状网络的可靠性，在存在非对称链路的情况下，会严重下降。


【发明内容】

[0006]本公开提供用于保持具有非对称或其他低质量无线链路的无线网络的可靠性的设备和方法。
[0007]在第一实施例中，一种方法包括接收与无线网络中的多个无线连接相关联的链路质量信息。该方法还包括利用该链路质量信息识别无线网络中的至少一个非对称的通信路径。
[0008]在第二实施例中，一种设备包括接口，其被配置为接收与无线网络中的多个无线连接相关联的链路质量信息。该设备还包括至少一个处理装置，其被配置为利用链路质量信息来识别无线网络中的至少一个非对称的通信路径。
[0009]在第三实施例中，非临时性计算机可读介质收录了计算机程序。该计算机程序包括用于获得与无线网络中的多个无线连接相关联的链路质量信息的计算机可读程序代码。该计算机程序还包括用于利用该链路质量信息来识别无线网络中的至少一个非对称的通信路径的计算机可读程序代码。
[0010]对本领域技术人员来说，从以下附图、说明书和权利要求书中，其他技术特征是显而易见的。

【专利附图】

【附图说明】
[0011]为了更完整理解本发明，现参考以下结合附图的描述，其中:
[0012]图1示出了根据本公开的示例性的工业控制和自动化系统；
[0013]图2示出了根据本公开的示例性的工业控制和自动化系统中的无线设备管理器或执行网络管理算法的其他设备；
[0014]图3和图4示出了根据本公开的用于报告无线网络可靠性的示例性图形显示；
[0015]图5示出了用于根据本公开的公开无线网络的可靠性的示例性报告；
[0016]图6A至6E示出了根据本公开的无线网络中亲代(parent)节点的示例性改变；以及
[0017]图7示了根据本公开的保持具有非对称或其他低质量无线链路的无线网络的可靠性的示例性方法。

【具体实施方式】
[0018]以下讨论的图1到图7，以及用于描述该专利文件中本发明的原理的各种实施例是仅用于说明，而不应解释为以任何方式限制本发明的范围。本领域技术人员将会理解，本发明的原理可以在任何类型适当设置的设备或系统中实现。
[0019]图1示出了根据本公开的示例性的工业控制和自动化系统100。如图1所示，系统100包括一个或多个处理元件102。处理元件102代表处理系统中的执行多种功能的组件。例如，处理元件102可代表传感器、致动器、或处理环境中的任何其他的或额外的工业设备。每个处理元件102包括用于在处理系统中执行一种或多种功能的任何合适的结构。另外，处理系统代表任何被配置成以某种方式处理一种或多种材料的系统或其一部分。
[0020]控制器104被耦合到处理元件102。控制器104控制一个或多个处理元件102的操作。例如，控制器104可接收与处理系统相关联的信息，例如来自某些处理元件102的传感器测量值。控制器104可利用该信息来生成控制信号，用于其他处理元件102，如致动器，从而调节那些处理元件102的操作。控制器104包括用于控制一个或多个处理元件102的任何合适的结构。控制器104,例如,可以表示一种执行Microsoft Windows或适合的实时操作系统的计算设备。
[0021]网络106促进系统100中各组件之间的通信。例如，网络106可在网络地址之间传输网际协议(IP)分组、帧中继帧、异步传输模式(ATM)信元，或其他合适的信息。网络106可包括一个或多个局域网、城域网、广域网，整个或部分全球网络，或者位于一个或多个位置的一个或多个任何其他通信系统。作为一个特定的例子，网络106可包括来自霍尼韦尔国际公司的容错以太网网络。
[0022]系统100还包括一个或多个工业无线网络，用于与无线传感器或其他无线现场设备(field device)进行通信。在图1所示的例子中，工业无线网络包括现场路由器108a-108c、以及骨干路由器110a_110b。现场路由器108a_108c和骨干路由器IlOa-1lOb彼此无线地通信以形成无线网络，例如网状网络。例如，现场路由器108a-108c可接收从现场仪表112a_112e无线传输的数据，并将数据路由到骨干路由器110a_110b。骨干路由器IlOa-1lOb可直接或间接(如通过其他现场路由器)从现场路由器108a-108c、以及直接或间接地从现场仪表112a-112e接收数据以用于通过骨干网络114传输。现场路由器108a-108c和骨干路由器IlOa-1lOb也可将通过骨干网络114接收的数据路由到现场仪表112a-112e。通过这种方式，现场路由器108a_108c和骨干路由器IlOa-1lOb形成一个网络，能够在一个指定的区域内，如大型工业综合设施，提供对现场仪表和其他设备的无线覆盖。该无线网络可支持任何合适的(一个或多个)工业无线网络协议，如ISA100无线或WirelessHART。
[0023]在该示例中，现场路由器108a_108c和骨干路由器IlOa-1lOb通常代表为其他设备存储和转发消息的路由设备。现场路由器108a-108c可能是由电池供电或以其他方式本地供电，并且骨干路由器IlOa-1lOb可以是由线路供电，或从外部源(如交流馈电线)获得工作功率。然而，每个现场和骨干路由器可以任何合适的方式进行供电。现场仪表112a_112e通常代表那些常规地在本地供电的非路由设备，不过现场仪表可提供路由功能，或是由线路供电。
[0024]每个现场路由器108a_108c和骨干路由器IlOa-1lOb包括任何合适的促进无线通信的结构，如射频(RF)跳频扩频(FHSS)或直接序列扩频(DSSS)收发器。每个骨干路由器IlOa-1lOb还包括任何合适的促进通过骨干网络114通信的结构，如以太网收发器。在特定实施例中，现场路由器108a-108c可代表未通过有线以太网连接并且可本地供电的现场设备接入点(FDAP)，并且骨干路由器IlOa-1lOb可代表通过有线以太网连接并且由线路供电的FDAP。骨干网络114包括任何合适的用于传输数据的网络，例如容错以太网，无线网状网络，或者其他有线或无线网络。
[0025]用于过程控制(OPC)服务器116的无线配置和OLE可通过无线设备管理器(WDM) 118配置并控制系统100的各个方面。例如，通过控制器104和通过WDM118，服务器116考虑到对处理元件102的控制，其配置现场路由器108a-108c、骨干路由器IlOa-1lOb以及现场仪表112a-112e的操作。例如通过允许WDMl 18将加密密钥或其他安全性数据分发到各个无线设备或其他组件，服务器116还可支持系统100中的安全。服务器116包括任何合适的用于操作工业控制和自动化系统100的结构。
[0026]WDMl 18支持用于管理无线网络和与无线网络进行交互的各种功能组件。例如，WDMl 18可包括网关120、安全管理器122和系统管理器124。网关120执行各种转换功能，从而允许信息在使用不同协议的网络之间进行交换。例如，网关120可在一个或多个有线以太网协议与一个或多个无线协议之间进行转换。安全管理器122执行各种安全相关的功能，例如，只允许授权业务在网络106、114之间流动的功能。系统管理器124执行各种管理功能来管理无线网络。例如，系统管理器124可收集信息，并识别无线网络中的非对称或其他低质量的链路。系统管理器124还负责为每个设备选择通信路径，并管理通过无线网进行通信所需的任何资源(例如，通过分配通信时隙和协调不同设备之间的时隙分配)。
[0027]WDM118中的每个功能组件120-124可以任何适合的方式来实现。例如，每个功能组件120-124可采用硬件或硬件和软件/固件指令的组合来实现。另外，例如，当相同的处理设备被用于执行功能组件120-124的指令时，硬件可在功能组件120-124之间共享。虽然一个或多个功能组件120-124被示出为形成单个WDM118的部分，但也可实现为单独的组件。
[0028]在特定实施例中，图1的无线网络中的各种设备形成在2.4GHz或5.8GHz通信的网状网络。此外，在特定实施例中，可通过路由器或现场仪表将数据注入到无线网状网络，从而提供用于无线传感、资产定位跟踪、人员跟踪、无线通信，以及所期望的任何其他或附加的功能的通用的、多功能的、工厂范围的覆盖。
[0029]在操作中的一个方面，系统100支持用于使无线网络更加可靠的机制。例如，非对称或其他低质量的链路可被识别，并且然后被网络管理算法考虑，以使无线网络更加可靠。网络管理算法可接收识别无线网络中的链路质量的数据，并识别一对无线节点之间的多个链路质量(例如，在每个方向上的一个链路质量)。该数据可被呈现给操作者，用于自动或手动重新配置无线网络，或以任何其他合适的方式使用。网络管理算法可代表系统100中任何合适的一个或多个组件或由其执行，例如系统管理器124，网络管理算法的额外的细节和功能如下所述。
[0030]虽然图1示出了工业控制和自动化系统100的一个例子，但可对图1进行各种改变。例如，系统100可包括任意数量的各组件。另外，图1所示的功能划分仅用于说明。图1中的各种组件可被组合、细分、或省略，并且可根据特定的需要添加额外的组件。此外，虽然无线网络被示为与有线控制器104和有线处理组件102 —起使用，但一个或多个无线网络可用于没有有线控制元件的系统中。此外，图1示出了一种可执行非对称或其他低质量的链路的识别的示例性操作环境。这种功能可在任何其他合适的系统中使用。
[0031]图2示出了根据本公开的在工业控制和自动化系统中执行网络管理算法的示例性的无线设备管理器(WDM) 118或其他设备。如上面所指出的，网络管理算法可代表或形成系统管理器124的至少一部分。
[0032]如图2所示，该设备包括控制器202，它控制设备的整体操作。例如，控制器202可识别无线网络内的链路的链路质量、并且识别非对称和其他低质量的链路。控制器202也可以产生识别无线网络中的非对称和其他低质量链路的图形显示。控制器202可以任何其他合适的方式利用非对称或其他低质量的链路的标识。控制器202包括用于控制设备操作的任何合适的结构。作为特定的示例，控制器202可表示至少一个处理器、微处理器、微控制器，现场可编程门阵列、数字信号处理器或其他处理或控制设备。
[0033]存储器204耦合到控制器202。存储器204存储由设备使用、收集或生成的任何的各种信息。例如，存储器204可存储由设备生成或接收的链路质量信息。存储器204包括任何合适的(一个或多个)易失性和/或非易失性存储和检索设备。
[0034]该设备还包括被配置成与外部设备和系统进行通信的一个或多个接口 206。例如，接口 206可包括支持通过一个或多个有线网络(如网络106、114)通信的一个或多个以太网或其他有线网络接口。接口 206还可包括支持通过一个或多个无线网络的通信的一个或多个RF或其他无线网络接口。(一个或多个)接口 206可以任何合适的方式来使用，例如，接收识别无线网络中的链路质量的信息，以及发送与所识别的非对称和其他低质量的无线链路相关联的信息。每个接口 206包括任何合适的用于通过网络发送和/或接收信号的结构。
[0035]无线网络中的非对称或其他低质量链路可以任何合适的方式被识别。例如，可为在设备A和设备B之间形成单个通信路径的两个单向连接识别质量统计。该质量统计可代表任何适当的值，如接收信号质量指示器(RSQI)、接收信号强度指示(RSSI)或传输成功/失败比率值。网络管理算法可识别A到B与B到A的连接的质量统计之间的显著差异。如果两个连接的质量统计之差过高(如，大于阈值百分比或量)，通信路径则可被视为非对称的。作为一个特定的例子，如果A到B连接的RSQI值比B到A连接的RSQI值小一定的百分比或量，该通信路径可被视为非对称的。
[0036]每个阈值可代表恒定或可变的阈值，并且每个阈值可以任何适合的方式(例如，通过系统或通过用户)设置。也可使用各种启发式方法，例如，在通信路径被视为是非对称的之前定义所需要满足的要求。例如，如果用于两个单向连接的统计的差异超过阈值但是所述统计大于第二阈值，启发式方法可以指示通信路径将不被视为非对称的(例如，当两个方向上的RSQI值超过200或其他值)。在这种情况下，则不需要采取任何校正动作，因为通信路径中的两个单向连接均具有高质量。
[0037]—旦识别出非对称或其他低质量的链路，该信息可被以任何适当的方式使用。例如，系统管理器124可自动地重新配置该无线网络，以避免使用非对称链路。此外，该系统还可以将数据呈现给用户，并允许用户手动重新配置无线网络。该系统可进一步记录信息，并将信息作为历史数据的一部分呈现给用户，例如，通过报告。此外，例如，在收集了足够的数据以确定新形成的连接是否是非对称的之前，基于历史数据，系统管理124可以防止新形成的无线连接的激活。例如，如果类似的无线连接先前未工作，这可允许系统管理器124阻止或延迟使用新形成的无线连接。
[0038]尽管图2示出了工业控制和自动化系统中执行网络管理算法的WDM118或其他设备的一个例子，但可对图2做各种改变。例如，图2中的各种组件可以被组合、细分或省略，并且可根据特定的需要，增加额外的组件。
[0039]图3和图4示出了根据本公开的用于报告无线网络的可靠性的示例性图形显示300。图形显示300代表一种示例性的方式，其中，非对称或其他低质量的链路可以被识别和使用。图形显示器300可通过任何合适的设备或系统(例如，系统管理器124)来生成、并在任何合适的设备或系统(如控制室显示屏)上呈现。
[0040]如图3所示，图形显示300包括网络图302，其识别无线网络的节点和那些节点之间的通信路径。在此示例中，网络图302包括代表网络节点的各种图标304和代表那些节点之间的通信路径的各种线306。注意，这代表网络图302的一个示例，并且该网络图302可包括任意适当设置的任意数目的节点和任意数目的通信路径。
[0041]表示通信路径的每条线306可包括标签308。在这个例子中，每个标签308包括用于相关联通信路径的一个或多个统计值，例如一个或多个RSQI，RSSI，或传输成功/失败比率值。如果由线306所表示的通信路径是双向的，且相反方向上的统计值之间存在显著差异，该线306的标签308可以识别用于通信路径每个方向的统计值。如图3所示，标签308标识RSQI值，但其他的或额外的统计值也可以在标签308中标识。
[0042]图形显示300还包括被包含在网络图302内的无线设备的列表309。列表309中所标识的每个设备可被选择以突显网络图302中的该设备。
[0043]如果网络图302或列表309中的无线设备之一被用户选择(例如通过鼠标，触摸屏或其他输入设备)，弹出窗口 310可在所选的设备的图标304附近显示。弹出窗口 310显示关于所选择的无线设备及其无线连接(一个或多个)的各种信息。在这个例子中，弹出窗口 310包括所选择的无线设备的传输间隔(30秒)，当前使用的带宽(38%)，电池寿命(“高”)和无线信道。然而，任何其他的或额外的信息也可在弹出窗口 310中呈现。当无线设备之一被用户选择时，控制面板312也可被显示。控制面板312包括各种用于配置相关联的无线设备的控件(control)和与相关联的无线设备相关的信息。
[0044]图形显示300也可提供其他控件。例如，控件314允许用户在网络图302中上、下、左、右导航，以及在网络图302内放大和缩小。控件316允许用户选择不同的网络图302，并控制每个网络图302的多种不同的选项。通过控件316可访问的一些选项可包括创建新的网络图302，编辑或删除现有的网络图302，以及控制在网络图302中包括哪些设备。通过控件316可访问的其他选项可包括控制网络图302的不透明度，控制是否在网络图302中显示网格线，以及控制是否锁定网络图302以防止改变该图。通过控件316可访问的其他更多选项可包括控制在网络图302的标签308中示出哪些统计值(如果有的话)，以及控制在网络图302中示出哪些通信路径(例如，全部、没有、只有路由，或只有时间同步连接)。
[0045]控件318提供了与网络图302和各种过程控制相关功能有关的广泛的控件。可与网络图302 —起使用的控件318的类型的示例包括过滤网络图302中所示(一个或多个)设备的(一个或多个)类型。控件318还允许用户查看与无线网络相关的警报和报告。
[0046]图4图示另一个网络图402的一部分，其可在图形显示300中呈现。如图4所示，网络图402包括代表两个无线设备的两个图标404a-404b和代表设备之间的通信路径的线406。线406包括具有两个统计值(例如两个RSQI值)的标签408。两个弹出窗口410a-410b与两个图标404a_404b相关联。
[0047]如图4中所示，标签408中的两个统计值明显不同。这表示两个无线设备之间在一个方向上的通信与两个无线设备之间沿相反方向的通信的质量相比明显更低。这表示无线网络中的非对称链路。标签408中显示的较低的RSQI或其他值可用作该无线连接的整体RSQI或其他值。如果较低的RSQI或其他值低于阈值(例如127)，该连接可被标记，例如通过将网络图402中相关联的线406用红色显示。
[0048]图5示出了根据本公开的用于公开无线网络的可靠性的示例性报告502。在这里报告502显示为可通过图形显示300的控件318中的“报告”按钮被访问。然而，该报告502可通过任何其他合适的方式被访问。
[0049]如图5所示，报告502代表“连接性”报告。此报告502为用户提供关于具有不佳或不能接受的信号质量的无线连接的详细信息。例如，该报告502可识别具有低于阈值的RSQI (如值为127)的所有无线连接。报告502也可识别所有非对称的无线连接。
[0050]对于报告502中所列出的每个无线连接，该报告502可识别与该无线连接相关联的源和目的地、以及RSSI值、RSQI值和无线连接的状态。报告502还可识别与无线连接相关联的源的位置和目的地的位置。
[0051]图5所不的报告502代表仅仅一个可以为用户生成的报告。可利用菜单504来选择不同的报告。一个，几个或所有这些报告可包括关于非对称或其他低质量的无线连接的信息，或者基于非对称或其他低质量的无线连接的信息。
[0052]虽然图3和图4示出了用于报告无线网络的可靠性的图形显示300的一个示例，但可对图3和图4做各种变化。例如，图形显示300的布局和安排仅用于说明。此外，弹出窗口 310和控制面板312中的内容可以根据具体需要而变化。虽然图5示出了用于公开无线网络的可靠性的报告502的一个示例，可对图5做各种改变。例如，这里所示出的报告502仅用于说明。报告502的内容和安排可根据需要而改变，并且其他的或额外的报告也可包括关于无线网络的可靠性的信息。
[0053]在各种类型的网络中，如在工业自动化和控制网络中，非对称的链路是有问题的。例如，非路由现场设备在发现过程期间可能无法检测到非对称的链路，在该发现过程中现场设备尝试发现相邻节点以便加入工业无线网络。这是因为，非路由现场设备可能能够在发现期间在仅下行链路方向(路由器到现场设备)测量无线连接的接收信号的强度或其他质量。在连接被活动地形成并投入使用之前，可能无法测量上行链路方向(现场设备到路由器)的接收信号强度或其他质量。因此，在尝试使用无线连接之前，现场设备可能无法检测到非对称的链路。
[0054]由于这个原因，现场设备可尝试加入使用非对称的无线连接的无线网络。如果非对称连接很差以至于不可能进行通信，加入尝试可能会失败。现场设备然后需要重新启动发现过程，并且如果发现其他路由器，现场设备可尝试通过不同的路由器重新加入。
[0055]此外，在已经连接到网络的同时，现场设备可尝试激活非对称的无线连接。例如，如果非对称连接看起来比现场设备的(一个或多个)现有链路具有更高的质量，这可能会发生。如果现场设备将其亲代连接性改变到其中一条链路是非对称的冗余链路，现场设备可检测到非对称链路，并试图选择更好的亲代，并且现场设备不会离线。如果现场设备将亲代连接性改变到其中两条链路均非对称的冗余链路，现场设备将很可能离线。如果现场设备将亲代连接性改变到一个非冗余非对称链路，同样现场设备将很可能离线。
[0056]图形显示300和报告502可用来帮助维持或甚至提高无线网络的可靠性。例如，如果现场设备具有非对称的链路，人员可使用图形显示300或报告502来识别该非对称链路，并在现场设备附近添加接入点或路由器。在这种情况下，现场设备然后可自动重新配置它的亲代连接，以远离非对称的无线连接，或者这可以由操作者手动进行。人员也可以使用图形显示300或报告502来识别非对称链路、并且移动现场设备或重新定位现场设备的一个或多个天线。在这种情况下，现场设备处或其附近的环境因素可产生非对称链路，并且移动所述现场设备或改变其天线(一个或多个)的定位可帮助解决该问题。
[0057]操作者还可使用图形显示300或报告502来验证一个或多个阈值被配置为一个或多个适当的值。例如，“链路质量阈值”参数可用来定义对于无线连接而言所允许的最小RSQI或其他值。如果“链路质量阈值”提高到较高的值，系统可防止现场设备改变亲代连接性到其他连接、或以其他方式使用具有低于“链路质量阈值”的RSQI或其他值的连接。然而，在调整“链路质量阈值”时也应谨慎。现场设备可通过具有低于“链路质量阈值”的信号强度的无线连接加入网络，但在加入后，会改变其亲代连接性(如果其他具有高于“链路质量阈值”的信号强度的连接可用)。如果系统阻止现场设备改变亲代连接性到具有可接受的RSQI或其他值的其他连接，现场设备可卡在非对称加入连接。
[0058]需要注意的是，非对称的或其他低质量链路的标识可以任何其他合适的方式来使用。例如，系统可自动地“拉黑”非对称或其他低质量的连接，这意味着这些连接不被系统选择用于在无线网络中的节点之间路由数据。系统还可以减少或最小化无线节点可执行的亲代连接性改变的次数，这可有助于降低无线节点在不知不觉中选择非对称链路用于与亲代节点通信的可能性。
[0059]存在着其中工业网络(如ISA100.1la网络)的行为可在存在非对称或其他低质量链路的情况下被改善的多个其他方面。示例的方面包括Q)将传输失败率显著变化的检测纳入到模型决策中，以及(ii)减少/防止无线网络中的亲代变化。
[0060]对于第一个例子，显著变化检测指的是检查无线连接以确定该无线连接在它的操作特性上是否经历了显著变化(通常是显著退化)的过程。当这种情况发生时，可更新用于管理无线网络的系统管理器(SM)模型。在一些实施例中，在周期性收到健康报告集中器目标(HRCO, health reports concentrator object)邻居诊断公布或其他消息时,该模型可用于检测传输失败的显著变化。考虑到通信速率的变化，诸如由于公布周期和当前请求/响应业务，在总的传输累积到最小数目(如24)之前，可能不会尝试显著变化检测。该最小数目可以包括成功的传输，失败的传输(否定应答)，以及没有成功应答(无应答)的传输(可以排除空闲信道评估或“CCA”退避消息)。一旦满足总的阈值时，传输失败率可被计算为否定应答和无应答传输与传输总数目的比率。然后，累计的采样可被复位并积累用于接下来的显著变化检测尝试。对于高于指定的百分比，如50% (不过这个阈值可根据需求或希望而调整)的传输失败率，可以检测到显著变化。
[0061]传输失败率可以与下行链路(DL)连接性警报不同，如果它在指定的时间(例如I分钟)内以指定的失败率(例如90%或更大)传输指定数量的分组(例如最少10个分组)，其可由设备进行报告。SM模型可不考虑时间段地积累传输失败，这意味着当通信链路不具有频繁通信尝试时，SM模型可以检测出显著的传输失败率。然而，传输失败率显著变化可被与DL连接性警报相同对待，例如，通过移除所述无线连接(通过“黑名单”标志)，除非该无线连接是到一个或多个设备的唯一连接。
[0062]对于第二个例子，在一些实施方式中，无线网络中的节点被安排在分层结构中，其中在某一层中的每个节点与较高层中的一个或多个节点(如果存在较高层)进行通信。较高层中的节点代表较低层中的“子”节点的“亲代”节点。“亲代改变”是指较低层中的子节点改变其亲代节点中的一个或多个的操作，并且一个或多个新的亲代节点无需与旧的一个或多个亲代节点处于相同的一个或多个层。图6A至6E示出了根据本公开的无线网络中亲代节点的示例性改变。
[0063]在一些实施例中，“亲代改变”操作可以通过各种SM模型动作触发，即使“亲代改变”操作可能会或不会导致新的亲代节点的选择。示例性的模型动作包括以下内容。
[0064].由于节点的加入或重新加入而引起的“添加边界”的创建:为亲代的重新评估识别边界(通信路径)的端点节点。
[0065].由于初始邻居候选更新(导致非活动过渡的休眠)而引起的“添加边界”的创建:为亲代的重新评估而识别边界的端点节点。可执行固定半径的搜索来识别可从边界添加中受益的任何非冗余对等/子邻居。
[0066].由于(活动边界)邻居诊断更新、(非活动边界)邻居候选更新，或在节点加入之后设置初始RSQI (或其他)而引起的RSQI (或其他)的显著变化:为亲代的重新评估而识别边界的端点节点。
[0067]?接入点(AP)去除:为亲代的重新评估而识别在其主要路由或替代路由中涉及AP的所有节点。
[0068].由于边界添加或去除而引起的路由层变化:为亲代的重新评估而识别受到路由层变化影响的子节点。
[0069].去除边界:为亲代的重新评估而识别边界的端点节点。
[0070].节点能量类型的改变:为亲代的重新评估而识别受到组改变影响的节点及所有活动的邻居。例如，如果现场设备最初并无意中报告其本身为线路供电，但后来指示它是电池供电的(或反之亦然)，这可能会发生。该触发器用于基于新的能量类型来调整通信资源分配。
[0071]当指定的节点执行“亲代改变”操作时，该指定的节点可选择各种邻居节点作为其亲代节点(一个或多个)的潜在候选。在一些实施例中，如果能通过下列全部验证标准，邻居节点可以是有效的亲代候选。
[0072]?邻居边界已经激活，或指定的邻居节点可为边界激活而支持额外的邻居。
[0073].邻居节点具有与指定节点相同或更低的路由层。
[0074].邻居节点是接入点或路由器(非路由器节点可能不是亲代)。
[0075].邻居节点不将指定节点作为其路由亲代。
[0076].邻居节点不在最大路由深度。
[0077]?邻居节点尚未被选定为指定节点的主亲代(在针对亲代节点的第二遍期间完成)。
[0078]?邻居节点是(i)先前的路由亲代，或(ii)具有用于保证叶接入(GLA GuaranteedLeafAccess)通信的链路和时隙可用性。
[0079].邻居节点具有到替代的接入点的路由(在针对亲代节点的第二遍期间完成)。
[0080]上述第二个标准可以省略，以允许原始的辅亲代可在主亲代改变其路由层(改变大于一次)后继续存在。例如，考虑图6A中的现场路由器FR7。如果执行上述第二个标准，主亲代从第3层变为第I层，将导致原始的辅亲代被宣布无效。结果，现场路由器FR7只有单个亲代，并且将需要识别新的辅亲代。如图6B所示，如果去除上述第二标准，主亲代从第3层变为第I层，将允许原始的辅亲代在主亲代改变后继续存在。
[0081]在一些实施例中，SM模型在两遍中执行亲代选择，一遍用于主亲代和一遍用于辅亲代。在每一遍中，SM模型可通过针对有效的亲代候选而搜索指定节点的所有邻居并且然后选择最好的候选来执行亲代选择。邻居可被分组为没有列入黑名单边界的邻居和具有列入黑名单边界的邻居。亲代选择可以首先尝试寻找没有列入黑名单边界的候选邻居，并且如果没有找到，则搜索具有列入黑名单边界的邻居。一旦一个或多个有效亲代候选被识别，将为每个候选计算到骨干路由器的路由权重。不论是计算主还是辅路由权重，它都可以被计算为新的亲代的权重的总和，以及其余主边界到达骨干路由器的权重的总和。
[0082]邻居候选的列表可减少到两个半决赛列表，如先前的路由亲代(如果找到的话)和具有最低路由权重的邻居。如果只有一个半决赛列表候选存在，它自动成为赢家，并且可被选择作为路由亲代。否则，如果先前的路由亲代和新的路由亲代候选都存在，则倾向是利用以下限制重用先前的路由亲代:
[0083].如果主亲代已经改变，辅亲代可被设置为先前的路由亲代，从而最小化选择两个新亲代并与两者通信困难的风险。
[0084].否则，可选择新的路由亲代候选，如果其权重小于先前的路由亲代的权重加上权重死区(deadband)(如值20)。
[0085]可以采取措施，以减少每次改变多于一个亲代的机会。
[0086]路由重权计算可被设计使得线路供电的路由器优先于电池供电的路由器到，并且使得较短的路由优先于较长的路由(到骨干)。这允许收敛到具有最少电池路由器使用的平面网络。然而，路由重权可在具有相同能量类型和路由层的两个路由器之间变化，造成不必要的亲代改变。结果，仅当其与原始的亲代相比提高了路由层或能量类型，SM模型可添加邻居验证标准来识别邻居作为潜在的候选亲代。这个新的验证标准仅适用于原始的亲代作为候选存在(SM模型可改变，以首先搜索原始的亲代)的情况。换句话说，在去除原始的亲代节点/边界时这个新的验证标准可以被禁用。如果其权重小于先前的路由亲代的权重加上权重死区，SM模型可继续选择新的路由亲代候选，但新的亲代候选的列表限于具有能源类型或路由层改善的候选。
[0087]考虑图6C中所示的例子。现场设备FDlO通过带有连接的现场路由器FR6加入无线网络，该连接在两个方向上均具有RSQI值230。现场设备FDlO然后发现邻居候选:具有RSQI值为220的现场路由器FR3和具有RSQI值190的现场路由器FR9。现场设备FDlO选择现场路由器FR3作为其辅亲代，但然后发现该链路是严重非对称的。现场设备FDlO可能不会改变其辅亲代，直到FR3和FDlO之间的链路被去除，例如，由于DL连接性警报或传输失败率显著变化的检测(这两者都会导致边界去除)。一旦边界被去除，现场设备FDlO就可选择现场路由器FR9作为其新的辅亲代。
[0088]需要注意的是，可能需要延长的时间段(例如I或几分钟)来在亲代改变后重新配置指定节点。理想的情况是，任何未来的亲代改变可被延迟直到为先前的亲代改变而重新配置指定的节点并且该指定的节点具有一定时间以使用新的亲代(例如以查明到新的亲代节点的链路是否非对称)。“改变延迟”计数器可被添加到SM模型数据库中的每个节点实例，以便:
[0089].当改变亲代后以一定延迟值禁用和初始化时，该“改变延迟”计数器设置为零。以五分钟的延迟值为例，可允许2.5分钟用于重新配置和2.5分钟用于邻居诊断收集。
[0090].当执行亲代选择时，当“改变延迟”被启用时原始亲代可自动获胜。
[0091].原始亲代节点或边界的去除会导致选择新的亲代，而不管“改变延迟”计数器是启用还是禁用(因为无法再找到原始亲代)。
[0092].从启用到禁用的“改变延迟”转变可作为新的亲代改变触发，以补偿在延迟期间忽略的任何错过的亲代改变触发。
[0093]需要注意的是，这可引入SM模型的周期性执行。
[0094]“改变延迟”计数器可重用于检测何时到骨干路由器的主路由中的中间节点重新配置了其主亲代。亲代重新配置具有导致短暂通信中断的重要风险。有两个独立的场景以供考虑:
[0095].当原始路由中的中间节点被修改时，改变节点的亲代。
[0096].选择其主路由被修改为亲代候选的邻居。
[0097]图6D涉及第一个场景，其中，现场路由器FRlO发现具有现场路由器FR8的非活动边界。但是，现场路由器FRlO不应改变它的亲代，因为其当前的两个路由具有正在重新配置的中间节点。图6E涉及第二个场景，其中，现场路由器FRlO发现具有线路供电的现场路由器LPFR9的非活动边界。但是，现场路由器FRlO不应改变它的亲代，因为LPFR9到骨干路由器的路由具有正在重新配置的中间节点。
[0098]鉴于此，如果从指定节点到其骨干路由器的两条路由具有启用(为其主亲代)了“改变延迟”计数器的节点，SM模型可能不会尝试对指定节点改变亲代。此外，如果其到骨干路由器的主路由具有禁用(为其主亲代)了 “改变延迟”计数器的所有节点，SM模型可添加邻居验证标准，用于仅识别邻居作为新的亲代候选。这可只适用于原始主和辅亲代均为候选的情况。这加强了恢复通信冗余比最小化亲代改变更为重要(虽然情况无需如此)的设计规范。
[0099]请注意，每个无线节点可被给予在该节点完成其“改变延迟”时期之后需要亲代评估的节点ID的集合。识别出现有或未来路由中的节点启用了“改变延迟”计数器的搜索也可将搜索节点ID添加到在中间节点完成其重新配置之后需要亲代评估的节点的集合中。
[0100]图7示出了根据本公开的保持具有非对称或其他低质量链路的无线网络的可靠性的示例性方法700。如图7所示，在步骤702中，识别用于通信路径中的第一连接的一个或多个统计，在步骤704中，识别用于通信路径中的第二连接的一个或多个统计。这可以包括，例如，由系统管理器124支持的网络管理算法收集或计算用于两个网络节点之间的多个连接的RSQ1、RSS1、或传输成功/失败比率值。系统管理器124可从一个或多个其他设备接收统计，或系统管理器124本身可计算统计。
[0101]在步骤706，做出通信路径是非对称的确定。这可以包括，例如，系统管理器124确定通信路径中的一个方向上的(一个或多个)统计与该通信路径的另一个方向上的(一个或多个)统计相差一定阈值量或百分比。在步骤708，一种或多种启发式方法被应用到该确定。这可能包括，例如，系统管理器124确定用于通信路径的两个方向上的统计是否高于第二阈值，从而指示所述通信路径即使在存在一定非对称的情况下仍具有高的质量。
[0102]在步骤710，结果以某一方式被使用。具体使用取决于应用。例如，该结果可被包含在图形显示300或报告502中。该系统管理器124还可使用该结果来选择无线网络中的设备所使用的通信路径，或在非对称的通信路径周围重新路由无线业务。系统管理器124还可使用该结果来控制无线网络中节点的亲代选择。该结果可以任何其他合适的方式来使用。
[0103]虽然图7示出了一种保持具有非对称或其他低质量链路的无线网络的可靠性示例性方法700，也可对图7做出多种改变。例如，虽然所示的为一连串的步骤，在图7中的各个步骤可以重叠、并行进行，以不同的次序进行，或进行任何次数。此外，尽管被描述为涉及非对称链路的识别，所述方法700也可涉及其他低质量链路的识别。
[0104]在一些实施例中，如上所述的各种功能由计算机程序实现或支持，该程序由计算机可读程序代码形成并被包含在计算机可读介质中。术语“计算机可读程序代码”包括包含源代码、目标代码和可执行代码的任何类型的计算机代码。术语“计算机可读介质”包括能够被计算机访问的任何类型的介质，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)，硬盘驱动器、压缩光盘(CD)、数字视频光盘(DVD)、或者任何其他类型的存储器。“非临时性的”计算机可读介质不包括有线、无线、光学或传输瞬态电信号或其他信号的其他通信链路。非临时性计算机可读介质包括数据可被永久地存储于其中的介质及数据被储存并稍后覆盖的介质，例如可重写光盘或可擦写存储设备。
[0105]详述贯穿本专利文档所使用的特定词语和短语的定义是有利的。术语“耦合”及其派生词是指两个或更多元件之间任何直接或间接的通信，不管这些元件是否彼此物理接触。术语“应用”和“程序”是指一个或多个适于在合适的计算机代码中(包括源代码、目标代码或可执行代码)实施的计算机程序、软件组件、指令集、程序、函数、对象、类、实例、相关数据或其一部分。术语“接收”和“通信”及其派生词包括直接和间接的通信。术语“包括”和“包含”及其派生词，意味着包括但不限于。术语“或”是广义的，表示和/或。措词“关联”
及其派生词，指包括、被包括在内、与......互连、包含、被包含内、连接到或与......连接、耦合到或与……耦合、与……可通信、与……协作、交错、并置、接近、被绑定到或与……绑定、具有、具有……的性质、与……有关等。措词“……中至少一个”，当与项目的列表一起使用时，是指可使用所列出的项目中的一个或多个的不同组合，以及可能仅需要列表中的一个项目。例如，“A，B和C中至少一个”包括以下任一组合:A、B、C，A和B，A和C，B和C，以及A和B和C。
[0106]虽然本公开已经描述了某些实施例和大致相关联的方法，但对技术人员来说，这些实施例和方法的变化和排列是显而易见的。相应地，上述示例性实施例的描述不限定或约束本公开。在不脱离由所附权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下其他变化、替换和改变也是可能的。
【权利要求】
1.一种方法包括: 接收(702-704)与无线网络中的多个无线连接相关联的链路质量信息；以及 利用该链路质量信息来识别(706)无线网络中的至少一个非对称的通信路径。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述多个无线连接包括: 从第一无线设备(108a-108c、110a-110b、112a-112e)到第二无线设备(108a_108c、110a-110b、112a_112e)的第一无线连接；以及 从第二无线设备到第一无线设备的第二无线连接。
3.如权利要求2所述的方法，其中: 链路质量信息包括用于每个无线连接的统计值；以及 识别至少一个非对称的通信路径包括: 分别识别与第一和第二无线连接相关联的第一和第二统计值；以及 确定第一和第二统计值之差是否超过阈值。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述统计值包括以下中的至少一项:接收信号质量指示器(RSQI)值、接收信号强度指示(RSSI)值或传输成功/失败比率值。
5.如权利要求3所述的方法，其中识别至少一个非对称的通信路径还包括: 应用(708)启发式方法，以指示即使第一和第二统计值之差超过阈值，第一和第二无线连接也不形成非对称的通信路径。
6.—种设备,包括: 接口(206)，其被配置为接收与无线网络中的多个无线连接相关联的链路质量信息；以及 至少一个处理装置(202)，其被配置为利用链路质量信息来识别无线网络中的至少一个非对称的通信路径。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述至少一个处理装置进一步被配置为生成图形显示(300)，该图形显示包括标识多个无线设备(108a-108c和110a-110b，112a-112e)以及无线设备之间的多个通信路径的网络图(302)，该网络图被配置为提供识别无线网络中的至少一个非对称的通信路径的指示。
8.如权利要求6所述的设备，其中所述至少一个处理装置进一步被配置为生成报告(502)，该报告包括无线网络中的至少一个非对称的通信路径的标识。
9.如权利要求6所述的设备，其中所述至少一个处理装置进一步被配置为以下至少一个: 阻止所述至少一个非对称的通信路径的使用；以及 延迟所述至少一个非对称的通信路径的使用。
10.一种包含计算机程序的非临时性计算机可读介质，该计算机程序包括用于以下的计算机可读程序代码: 获得(702-704)与无线网络中的多个无线连接相关联的链路质量信息；以及 利用链路质量信息，识别(706)无线网络中的至少一个非对称的通信路径。
11.如权利要求10所述的计算机可读介质，其中: 所述链路质量信息包括用于每个无线连接的统计值；以及 用于识别所述至少一个非对称的通信路径的计算机可读程序代码包括用于以下的计算机可读程序代码: 分别识别与第一和第二无线连接相关联的第一和第二统计值，第一和第二无线连接在无线网络中的两个无线设备(108a-108c、110a-110b、112a-112e)之间形成单个通信路径；以及 确定第一和第二统计值之差是否超过阈值。
12.如权利要求11所述的计算机可读介质，其中:用于识别所述至少一个非对称的通信路径的计算机可读程序代码进一步包括用于以下的计算机可读程序代码: 应用(708)启发式方法，以指示即使第一和第二统计值之差超过阈值，第一和第二无线连接也不形成非对称的通信路径。
【文档编号】H04L1/00GK104244277SQ201410363236
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2013年6月12日
【发明者】C·拉拉维, P·萨穆德拉拉, N·R·斯万森, C·普利尼 申请人:霍尼韦尔国际公司