端节点个性定义和管理的制作方法

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年5月6日提交的美国专利申请no.61/988,985的优先权。上述申请的内容通过引用整体上被结合于此。

本文档一般而言涉及端节点个性定义和管理。更具体而言，本文档涉及用于管理无线网络中的端节点的集合的系统和方法。

背景技术：

涉及低成本、低占空比端节点的无线传感器网络传统上将大多数灵活性需求(行为模式的可变性)，就这种可变性存在的程度而言，放在管理端节点的集合的更高功能接入点/网关/网络协调器当中，而不是端节点本身当中。在这种网络中，端节点具有定义其行为的简单软件应用、传感器、传感器过滤程序、报告等的单个集合。即，端节点是静态的。近年来，在一些高级网络中，一些可变性被引入到端节点的行为中(例如，利用可以经由无线引导加载而改变的固件)。这些端节点就其行为可以被改变的意义来说是动态的，但是在管理这些行为时存在大量复杂性，并且一般而言改变保持非常简单。

技术实现要素：

本公开内容涉及实现用于动态管理网络节点的功能配置的系统和方法。该方法涉及由无线网络的第一端节点根据第一功能配置执行操作。第一端节点具有存储在其上的、指定第一功能配置的第一软件模块。第一软件模块包括确定网络节点在给定时间段内如何表现的代码和函数的总集合。

其后某个时间，第一端节点探测用于触发第一端节点的操作从第一功能配置过渡到第二功能配置的第一触发事件。响应于该第一触发事件，第一端节点自动且动态地从远程网络节点获得与第一软件模块不同的第二软件模块。远程网络节点包括第二端节点、云计算设备或所述无线网络的数据存储。然后，用第二软件模块替换(存储在第一端节点上的)第一软件模块。在这个时候，第一端节点执行第二软件模块，使得其根据第二功能配置操作。

在一些情况下，第一触发事件包括：由第一端节点或另一网络节点对周围环境中的紧急情况的探测；和/或在第二端节点和第三端节点之间传送的报警消息的拦截。报警消息由第一端节点处理，以推断报警状况。报警状况是基于以下至少一个来推断的：第一端节点与报警消息的起点的估计的接近度；在一段时间内被拦截的报警消息的数量；由所述无线网络的至少一个接入点广播到所述网络节点中至少一个的阻尼因子；以及通过对过去的假阳性和假阴性报警事件进行操作的优化算法导出的调谐因子。

在那些或其它情况下，触发事件包括：确定至少一个邻居节点不与无线网络的子协调器节点通信，并且第二功能配置包括子协调器功能配置；确定无线网络内子网络的当前数量降至低于阈值，并且第二功能配置包括子协调器功能配置；探测到根据第二功能配置操作的相邻节点的总数超过第一阈值；和/或第一端节点与无线网络的另一网络节点之间的通信链路故障。

附图说明

实施例将参照以下附图来描述，其中在所有附图中相同的数字表示相同的项，并且其中：

图1是对理解本发明有用的示例性传感器系统的示意图。

图2a-2c(统称为“图2”)提供了用于动态管理无线网络的端节点的功能配置的示例性方法的流程图。

具体实施方式

将容易理解，如在本文中一般性描述并在附图中示出的实施例的部件可以以各种各样的不同配置来布置和设计。因此，如图中所表示的，以下各种实施例的更详细描述不意在限制本公开内容的范围，而是仅仅表示各种实施例。虽然在附图中示出了实施例的各个方面，但是除非特别指出，否则附图不一定是按比例绘制的。

在不背离本发明的精神或基本特点的情况下，本发明可以以其它具体形式体现。所描述的实施例在所有方面都应当被认为仅仅是说明性而不是限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是由该详细描述来指示。在权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变都应当被包括在其范围内。

贯穿整个说明书对特征、优点的引用或类似语言并不意味着可以利用本发明实现的所有特征和优点都应当在或者在本发明的任何单个实施例中。相反，提到特征和优点的语言被理解为意味着结合实施例描述的具体特征、优点或特点要被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书对特征和优点的讨论以及类似语言可以但不一定指代相同的实施例。

此外，本发明的所述特征、优点和特点可以以任何合适的方式在一个或多个实施例中组合。根据本文的描述，相关领域的技术人员将认识到，本发明可以在没有特定实施例的一个或多个具体特征或优点的情况下实践。在其它情况下，可能在本发明的所有实施例中都不存在的附加特征和优点可以在某些实施例中被承认。

贯穿本说明书对“一个实施例”、“实施例”或类似语言的引用意味着结合所指示的实施例描述的特定特征、结构或特点包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书，短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似语言可以但不一定全都指代相同的实施例。

如在本文档中所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代。除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语都具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。如本文档中所使用的，术语“包括”是指“包括，但不限于”。

本公开内容涉及用于管理无线传感器网络(“wsn”)中端节点的集合的系统和方法，其中端节点的角色和基本组成必须依赖于上下文。这种管理技术超越了管理端节点的“状态”(就像端节点的操作由状态机管理的情况一样)。相反，这种管理技术涉及利用开关改变端节点的整个规则和能力集合。开关可以以如下所述的多种方式被控制。为了促进这一点，用于每个端节点的功能配置(或角色)被定义为包括(1)利用具体规则(例如，传感器数据过滤器)处理传感器数据的可执行功能的集合、(2)经由消息向其它网络节点发送的具体代码和报告，及(3)在获得对那些消息的网络接入的竞争性过程中确定端节点优先级的具体接入代码和协议。换句话说，端节点的功能配置(或角色)是确定其在给定时间段内如何表现的代码和功能的总集合。值得注意的是，功能配置(或角色)不包括无变化地始终对wsn中所有节点共用的代码、协议和可执行文件。管理功能的特殊集合可以被加载到每个端节点的固件中或加载到远程软件代理中，该远程软件代理包括用于从一个功能配置(或角色)转换(或过渡)到另一个功能配置(或角色)的规则和既定触发事件。每次功能配置过渡要发生时，指定新功能配置的软件模块被提供给端节点。软件模块可以从云计算设备、wsn的集中式数据存储或wsn的另一节点(例如，端节点的父(协调器或子协调器)节点或相邻的端节点)提供。

现在参考图1，提供了示例性传感器系统100的示意图。传感器系统100一般被配置为充当安全和接入控制系统、火灾监测系统、人员或资产定位系统等。在这点上，传感器系统100包括多个端节点104、134、136、138以及wsn102。wsn102可以包括，但不限于，网状网络。网状网络在本领域中是众所周知的，因此在本文不再描述。仍然应当理解，网状网络包括多个子网络。如果端节点与特定子网络的通信链路发生故障，则该端节点可以自动加入wsn102内的另一子网络。

端节点可以包括，但不限于，电子窗锁、电子门锁、运动传感器(例如，耦合到设备)、区域安全设备(例如，接近传感器和/或摄像机)、火灾探测器和/或雇员佩戴的电子门禁卡。所列出的每种类型的端节点在本领域中都是众所周知的，因此在这里不再详细描述。

每个端节点可以是任何类型。

在图1中，端节点104被示为包括由雇员佩戴的电子门禁卡。本发明在这方面不受限制。由于端节点104包括电子门禁卡，因此它包括天线106、收发器108、控制器110、加速度计112、温度传感器114、发光二极管(“led”)116、支持电路系统118以及电源(例如，电池)120。天线106和收发器108促进经由相应的无线通信链路130、140-146与wsn102和/或其它端节点的通信。

在任何给定的时间，端节点104被配置为执行其已被配置为的指定功能(例如，收集传感器数据、捕获图像、收集音频、发射光、过滤数据、分析数据、发送数据、输出指示符、执行算法、充当子协调器等)。功能在存储在其中的功能配置软件模块(“fcsm”)122中指定并由其控制器110执行。控制器110可以构成机器可读介质。

术语“机器可读介质”应当被认为包括能够存储、编码或携带用于由机器执行的一组指令并且使机器执行本公开内容的任何一个或多个方法的任何介质。

在操作期间，端节点104可以探测触发事件，用于触发其从当前功能配置到新功能配置的过渡。触发事件可以包括但不限于：由端节点或另一网络节点对周围环境中的紧急情况(例如，建筑物中的火灾)的探测；在至少两个其它端节点(例如，端节点134-138)之间传送的报警消息的拦截；探测根据相同的功能配置(不同于端节点104的当前功能配置)操作的相邻节点的数量超过阈值；通信链路故障(例如，与父节点)；确定子网络的当前数量超过或低于阈值；在控制器110的输入引脚上的中断发生；和/或定时器到期。

在发生触发事件时，端节点104执行用于从其当前功能配置过渡到新功能配置的操作。过渡是通过响应于触发事件的探测而获得指定来自另一网络设备(例如，另一端节点134、136或138)、云设备(未示出)或fcsm数据存储144的新功能配置的fcsm124或126实现的。在这种情况下，fcsm124或126替换端节点104内的fcsm122。照此，端节点104在任何给定时间都包括单个fcsm。因此，端节点104的功能配置可以是响应于触发事件的发生而动态可修改的。这对于其它端节点134-138也是如此。

例如，让我们假设端节点104具有用于在第一时间段期间存储在其中的第一功能配置的fcsm和用于在第二时间段期间存储在其中的第二功能配置的fcsm。根据第一功能配置，除了不频繁的能力测试(例如，每周一次的损坏检查)之外，端节点104在第一时间段期间从不使用温度传感器114或加速度计112。而且，端节点104发送相对不频繁的消息(例如，每小时一次)，以便向wsn102报道并且确定该端节点在设施内的位置。端节点的位置可以基于由位于整个设施中的无线网络中继器/接入点132的集合感测的信号强度来确定。led116在整个第一时间段期间关闭。控制器110几乎在所有时间(当不执行上面提到的任务时)都处于睡眠模式。根据第二功能配置，控制器110持续地测量温度并频繁地从加速度计112下载数据(例如，每秒10-100次)。led116在整个第二时间段期间开启或闪烁。节点位置和状态消息被频繁地从端节点104发送到最近的中继器/接入点132的集合(例如，每分钟许多次)。节点位置可以利用三角测量、加速度计数据和/或信号强度来确定。本发明不限于这个例子的细节。

作为角色改变的组成部分，改变的节点可以从一个或多个周围的本地和/或云设备(包括尤其是wsn中的其它节点)请求在考虑其新授权和无线网络安全许可时被允许的具体代码模块。那些新的软件功能可以被安装和运行，而无需节点重新引导，使得角色变化快速发生。这种动态编程可以通过特定的软件操作系统特点来促进，其允许在没有传统引导加载的情况下安装和运行小型或中型尺寸的功能。这是方案的一部分，其允许wsn中所有、大多数或一些节点的大规模、受控和快速的角色改变，其中，由于新需要的软件功能被靠近可能在角色改变期间需要它们的端节点分阶段执行(或高速缓存)的事实，网络带宽得以节约。

现在参考图2a-2c，提供了用于动态管理无线网络的端节点的功能配置的示例性方法200的流程图。方法200以步骤202开始并以步骤204继续，其中wsn(例如，图1的wsn102)的第一端节点(例如，图1的端节点104)根据第一功能配置执行操作。在这点上，第一端节点具有存储在其上的、指定第一功能配置的第一软件模块(例如，图1的fcsm122)。第一软件模块由第一端节点执行，使得其根据第一功能配置操作。在一些情况下，第一软件模块包括固件。

其后某个时间，第一网络节点探测用于将其操作从第一功能配置过渡到第二功能配置的触发事件，如步骤206所示。触发事件包括对周围环境中紧急情况(例如，例如，建筑物中的火灾)的探测。响应于触发事件的探测，第一端节点在步骤208中执行操作，以从位于远处的网络节点获得用于第二功能配置的第二软件模块(例如，图1的fcsm124或126)。第二软件模块可以从另一端节点(例如，图1的端节点134)、云计算设备(图1中未示出)或数据存储(例如，图1的fcsm数据存储144)获得。在下一步骤210中，第一软件模块被第一端节点上的第二软件模块替换。因此，如步骤212所示，第一端节点通过执行第二软件模块来根据第二功能配置开始操作。

随后在步骤214中，第一端节点拦截从第二网络节点(例如，图1的端节点134)发送到第三网络节点(例如，图1的端节点136或138)的报警消息。然后，端节点处理该报警消息，以推断报警状况，如步骤216所示。报警状况可以基于以下来推断：第一端节点与消息起点(即，第二网络节点)的估计的接近性；在一段时间内这样拦截的消息的数量；由网络中的(一个或多个)接入点广播到端节点的全部或一些子集的阻尼因子；和/或由对过去的假阳性和假阴性报警事件进行操作的优化算法导出的调谐因子。

如果报警状况不构成用于过渡功能配置的触发[218：否]，则执行步骤220，其中方法200结束或执行其它操作。例如，方法200可以返回到步骤206或216。作为替代，方法200可以继续到图2b的步骤228，这将在下面讨论。

相反，如果报警状况确实构成用于过渡功能配置的触发[218：是]，则方法200继续图2b的步骤第一端节点222。步骤222涉及由第一端节点执行操作，以从位于远处的网络节点(例如，另一端节点、云计算设备或数据存储)获得用于第三功能配置的第三软件模块。第三软件模块替换第一网络节点上的第二软件模块，如步骤224所示。照此，在下一步骤226中，第一端节点执行第三软件模块，借此它根据第三功能配置来操作。

其后，在步骤228中，第一端节点监听从邻居节点发送的讯息。如果所有邻居节点都不与子协调器通信[230：否]，则执行步骤232-238。这些步骤涉及：由第一端节点执行操作，以从位于远处的网络节点(例如，另一端节点、云计算设备或数据存储等)获得用于第四功能配置(例如，子协调器功能配置)的第四软件模块；在第一端节点上用第四软件模块替换第三软件模块；以及由第一端节点通过执行第四软件模块来根据第四功能配置执行操作，借此第一端节点充当子协调器。子协调器操作在本领域中是众所周知的，因此在本文不再详细描述。仍然应当理解的是，子协调器节点充当路由器。照此，子协调器节点可以具有地址指派权力，以及子协调器节点将来自其它网络节点的讯息指向子协调器节点和将讯息从子协调器节点指向其它网络节点的一个或多个子节点。其后，方法200结束或执行其它操作(例如，返回到步骤206)。

相反，如果所有邻居节点都与子协调器通信[230：是]，则方法200继续图2c的可选步骤238，其中第一端节点探测它与wsn的主通信链路(例如，图1的通信链路130)的故障。响应于所述探测，第一网络节点经辅助通信链路(例如，图1的通信链路146)与其邻居节点通信，如步骤240所示。执行这些通信是为了确定邻居节点的功能配置。

如果一定数量的邻居节点没有根据除第三功能配置之外的其它功能配置操作[244：否]，则方法200继续下面将描述的步骤252。相反，如果一定数量的邻居节点根据除第三功能配置之外的其它功能配置操作[244：是]，则执行步骤246-250。这些步骤涉及：由第一端节点执行操作，以从其中一个邻居节点获得用于第五功能配置的第五软件模块；在第一端节点上用第五软件模块替换第三软件模块；以及由第一端节点通过执行第五软件模块来根据第五功能配置执行操作。

在完成步骤250之后，执行步骤252，其中第一端节点经辅助通信链路与邻居节点通信，以确定它或其中一个邻居节点是否应当切换到另一功能配置。如果第一网络节点不应当切换其功能配置[254：否]，则方法200继续下面将描述的步骤258。相反，如果第一网络节点应当切换其功能配置[254：是]，则执行步骤256，其中第一网络节点从第五功能配置过渡到第六功能配置。随后，执行步骤258，其中方法200结束或执行其它操作(例如，返回到步骤206)。

如从以上讨论显而易见的，本公开内容覆盖其中节点硬件被一般化(即，给定许多类型的传感器)的情形并且可用于端节点的功能配置(或角色)集合覆盖许多类型的固定基础设施节点(特别是用于运动感测、温度感测、消息重复、消息嗅探/干扰探测、语音识别和探测、静止图像快速处理等)。这些非常不同的节点行为当中的每一个作为具体功能配置(或角色)被指定和管理，并且由给定的网络节点选择或由另一网络节点分配给该网络节点的功能配置(或角色)是由上下文敏感的事件过滤器确定的。

根据本公开内容，可以进行和执行本文公开并要求保护的所有装置、方法和算法，而无需过多的实验。虽然已经根据优选实施例描述了本发明，但是对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不背离本发明的概念、精神和范围的情况下，可以对本方法的装置、方法和方法的步骤顺序进行变化。更具体而言，显而易见的是，某些部件可以添加到本文所述的部件、与其组合或代替其，同时将实现相同或类似的结果。对本领域普通技术人员显而易见的所有这些类似的替代和修改都被认为在所定义的本发明的精神、范围和概念之内。

上面公开的特征和功能以及替代方案可以被组合到许多其它不同的系统或应用中。本领域技术人员可以进行各种当前未预见的或未预期的替代、修改、变化或改进，其中每个也意在被所公开的实施例涵盖。