网状网络中的跳频扩频通信的制作方法

本发明涉及网状网络中的跳频扩频(fhss)通信。具体来说，本发明涉及使用fhss通信来同步网状网络的方法，尤其涉及在电池供电和/或无线网状网络(例如警报系统)中使用fhss通信来同步网状网络的方法。

技术背景

点对点无线通信本质上是不可靠的。大气条件、阻挡介质和外部干扰都容易发生变化，从而减弱或抑制无线通信路径。减少这些因素影响的一种行之有效的方法是形成网状网络，在任一设备的主路径出现故障时为其提供备用路径。

这种方法的主要缺点则是，所有的设备都必须能够具备接收和发送消息的能力，这就增加了电流的消耗。为减少这种影响，wo2011/009646(texecom)中提出了一种对传输和接收进行时间同步的方法，使处于激活状态的时长保持在最小。

在真正的电池供电的网状网络中，所有节点都转发(即接收和转送)消息，而不仅仅是本地供电的节点转发消息，电池供电的节点在转发消息中不起作用。在这种情况下，需要定期唤醒所有节点，以检查发送器的前导码。为了尽可能降低功耗，这需要很快发生；如果没有要接收到前导码，则必须尽快关闭接收器，以节省电池寿命。

在wo2011/009646中的系统中，单个集线器或“控制设备”与多个安全设备通信，该些安全设备通常每0.5秒同步切换到激活状态并保持在激活状态18ms以相互通信和传输数据。

跳频扩频(fhss)是一种无线电通信方法，它涉及以发送器和接收器都知道的序列通过多个频率信道切换载波。

它的主要优点是比单信道系统具有更好的抗窄带干扰能力。如果某个信道被使用或阻塞，则fhss系统可以跳到下一个信道。fhss系统也非常擅长与其它系统共享带宽，不会给未使用的信道增加明显的噪声。

在任一信道的驻留时间从数据包中的几位(微秒)到几百毫秒不等。有些系统传输的短包占用一个信道，而另一些系统传输的长包则分布在多个信道上。

包括美国联邦通信委员会(fcc)在内的世界各地的认证机构，通常允许使用大量(超过50个)信道的fhss系统进行更高功率传输。

与任何fhss系统相关的一个挑战是发送器和接收器的同步问题。

解决以上问题的一种方法是保证发送器在固定时间段内在前导码期间使用所有的信道。然后，接收器可以通过挑选一个随机的信道并监听该信道上的前导码来找到发送器。虽然这样有效，但它需要来自发送器的长前导码，并需要接收器在相当长的一段时间内处于激活状态以确保监听到发送器。

或者，接收器可以在各信道之间循环，以便在单个信道上挑选出发送器前导码，但这也有同样的缺点。

这两种fhss同步方法都不适用于电池供电的网状网络。例如，在一个50个信道的系统中，每个接收器每次搜索前导码时，需要花费50倍的时间来接收信号，这对电池寿命的影响是灾难性的。

因此，如果需要低功率操作，fhss被认为不适用于具有电池供电节点的网状网络，甚至不适用于本地供电节点。

在安全性很重要的情况下，fhss是有用的，因为数据通过不同的信道发送，所以监听/阻塞设备不能简单地阻塞传输数据的一个信道(与单信道系统不同)。然而，特别是在fhss系统连续地通过信道传输时，这种监听/阻塞设备可以确定跳频序列，并在被监听信道上的数据停止接收时通过切换信道来阻塞/监听正确的信道。

这可以通过将信道之间的切换转换为切换到一个伪随机的新信道来克服。伪随机序列满足一个或多个随机性的统计检验，但实际上伪随机序列是由明确的数学过程产生的。设置网络中的设备以使其遵循相同的伪随机序列是很困难的，特别是当新设备在序列中的不同时间加入网络时。

本发明旨在避免、改善或缓解上述监听消息时功耗高及提供安全网络困难中的一个或多个问题，和/或提供改进的网状网络/方法/设备。

技术实现要素：

本发明的第一方面提供了一种网状网络，包括控制器和多个网状网络设备，所述网状网络设备可操作成与所述控制器进行通信；所述控制器和所述多个网状网络设备均包括计时单元，并且可操作成根据跳频序列进行通信；其中，所述网状网络设备可操作成在发送模式和非激活模式之间切换，在所述发送模式下，所述网状网络设备能够向一个或多个其它网状网络设备和/或所述控制器发送消息，在所述非激活模式下，所述网状网络设备无法向一个或多个其他网状网络设备或所述控制器发送消息或从其接收消息；其中，所述多个网状网络设备的计时单元是同步的，并且所述网状网络设备可操作成以具有伪随机分量的时间间隔切换到所述发送模式。

具有伪随机分量的时间间隔在下文中描述为“伪随机时间间隔”，可以由固定分量(即固定长度的时段)和伪随机分量(即具有可变长度的时段，其满足一个或多个随机性统计检验，但实际上是由明确的数学过程产生的)组成，所述伪随机分量被加到所述固定分量上(或从中扣除)。或者，所述伪随机时间间隔可以完全由伪随机分量组成，但设置在某些阈值之间。

fhss系统比单信道系统更难被截获，特别是在实时情况下，通过在伪随机时间间隔切换状态，并按照跳频序列在各信道之间切换，黑客截获信号的难度更大，尤其是黑客发送假信号(例如，解除系统防护)的难度更大，因为切换时间的伪随机特性使黑客不知道下一次传输/接收将在何时进行，也不知道它将在哪个信道进行。

所述网状网络设备可以在发送模式、非激活模式和接收模式之间进行切换，在该接收模式下，它们能够接收来自一个或多个其它网状网络设备和/或控制器的消息。所述网状网络设备可根据所述跳频序列切换到所述接收模式。

所述伪随机时间间隔平均可为至少30秒、至少1分钟、至少2分钟、至少10分钟或至少15分钟。

所述伪随机时间间隔可有最小阈值和最大阈值。平均伪随机时间间隔可以是最小阈值和最大阈值的平均值。

所述伪随机时间间隔可具有固定时间分量和伪随机时间分量(可以是正的或负的)。平均时间间隔可以是平均伪随机时间分量加上固定时间分量。如果生成伪随机时间分量伪随机取正或负，随着时间的推移，它将增加或减少固定值大约相同的数量，因此，平均而言，所述伪随机时间间隔将等于所述固定时间分量。

当其它网状网络设备处于所述接收模式时，可以同步所述伪随机时间间隔。

所述多个网状网络设备每次改变频率信道时都可以切换到所述接收模式。

跳频序列中每个信道上的时间或“信道时间”可以相同，或者不同信道的信道时间可以不同。在每个信道中花费相同的时间是资源的最佳使用方式，因为在每个信道中可以花费最长的时间段，随着时间的推移，可以在所有信道中实现均匀分布。另一方面，即使序列是循环的，在每个信道中花费不同的时间也会使黑客更难确定序列。所述信道时间可不超过1秒、不超过0.5秒或不超过0.25秒。

所述信道时间可大大短于所述平均伪随机时间间隔，例如至少短10倍、至少短50倍、至少短100倍或至少短200倍。

其中所述计时单元是同步的，并遵循跳频序列，这种安排，意味着不需要花费额外的时间来同步频域中的设备，因为它们已经在时域中同步。

所述多个网状网络设备可操作成切换到所述接收模式并保持在接收模式达第一预定“唤醒”时段，并且如果在该时段内没有收到消息，则返回到所述非激活模式。

所述第一预定“唤醒”周期可以很短，例如小于0.1s、小于0.05s或小于0.02s、小于1ms、小于0.5ms或小于0.25ms。

所述多个网状网络设备可操作成切换到所述接收模式并保持在接收模式达第一预定“唤醒”时段，并且如果在该时段内接收到消息，则可操作成保持在激活(接收或发送)模式达第二预定“消息转发”时段。

所述第二预定“消息转发”时段可长于所述第一预定唤醒时段。所述第二预定消息转发时段可以足够长以接收和转发消息。所述多个网状网络设备可操作成转发消息，其中该些消息包含这样做的操作指令。所述第二预定“消息转发”时段可以足够长，以接收并转发消息到另一设备，并接收和转发来自所述另一设备的确认。所述多个网状网络设备可操作成在所述第二预定“消息转发”时段期间接收并转发消息到另一设备，并接收和转发来自所述另一设备的确认。

所述第二预定“消息转发”时段可小于0.5s、小于0.2s或小于0.05s。所述第一预定“唤醒”时段和所述第二预定“消息转发”时段总共可以不超过1秒或不超过0.5秒。

这种配置(在这种配置中，各设备的计时单元是同步的，并且它们遵循跳频序列)允许网状网络设备唤醒以及在将接收到任何传输的信道上短暂地监听，如果没有接收到此类传输，则返回低功率非激活模式。所述网状网络设备可操作成按照跳频序列进行通信，并根据伪随机时间序列切换到发送模式，这意味着信道的使用是伪随机的。

所述跳频序列可以是循环的，所述跳频序列可以是循环且连续的，在预定时间间隔后跳到(向上或向下)下一个连续的信道。

或者，所述跳频序列可以是循环的，但不是连续的，不一定从一个信道向上或向下切换到下一个频率信道，而是始终遵循从一个信道到下一个预定信道的相同序列(例如，始终从信道1移动到信道4)。

所述跳频序列的周期可比所述伪随机时间间隔的伪随机分量短。

所述跳频序列本身可以是伪随机的(在这种情况下，每个网状网络设备将必须同时遵循相同的伪随机序列)。

对黑客来说攻击伪随机跳频序列非常困难，但也使各设备的同步变得很困难。遵循循环序列并依赖伪随机时间间隔使得同步更加简单。

所述多个网状网络设备可同时遵循相同的跳频序列。

所述网状网络中的所有网状网络设备可同时遵循相同的跳频序列。

所述控制器可包括主时钟，并且所述网状网络设备可以使其定时单元与所述主时钟同步。

所述网状网络设备和所述控制器(可选)可操作成发送包含当前频率信道和信道中剩余时间的确认消息。这有助于同步，因为一旦知道信道和信道中剩余的时间，设备就知道它在信道循环中的位置。

所述网状网络设备可操作成接收包含发送设备的当前频率信道和该信道中剩余时间的确认消息，并可将其与它们的当前信道进行比较，以检测与发送设备的不同步。所述网状网络设备可操作成基于与确认消息中的数据的比较校正其时钟和/或其跳频的时间。

所述网状网络设备可以通过按照伪随机时间序列切换到所述发送模式来实现在伪随机时间间隔切换到所述发送模式。

所述多个网状网络设备可根据相同的伪随机时间序列全部切换到所述发送模式。

所述网状网络设备在被另一个网状网络设备或所述控制器指示转发消息时可额外地切换到所述发送模式。这实际上仍然是伪随机的，因为转发消息的指令将基于来自其它网状网络设备或控制器的伪随机传输。

所述网状网络设备可以由电池供电。

所述网状网络可以是报警网络。

所述网状网络设备可包括传感器。

所述网状网络设备和所述控制器(可选)可操作为仅在同步时发送足够短的数据包，以适合单个信道，例如小于0.5s、小于0.1s或小于50ms。尚未同步到网状网络的设备可发送更长的数据包，以帮助加入网状网络。

所述多个网状网络设备可操作成按照跳频序列进行通信；其中所述网状网络设备被设置成在根据所述序列的信道中切换到接收模式达第一预定“唤醒”时段，并且可选地在根据所述序列的信道中保持激活状态(即在接收或发送模式下)达第二预定“消息转发”时段，以及在至少一个其它预定采集信道中切换到接收模式达第三预定“采集-检查”时段，并且可选地在至少一个其它预定采集信道中保持激活状态(即在接收或发送模式下)达第四预定“配对”时段。

所述采集信道可以是专门用于向网状网络添加或“配对”设备的信道。因此，每次网状网络设备切换到激活模式时，其可以操作成在根据所述跳频序列的信道上首次侦听任何消息，并且如果接收到消息，则保持激活状态以传输消息，并且可选地转发确认；然后，一旦第一预定“唤醒”时段已过(并且可选地，如果接收到消息，第二个预定“消息转发”时段已过)，则该设备可以可操作成切换到所述采集信道达第三预定“采集-检查”时段。

第三预定“采集-检查”时段可以较短，例如小于0.1s、小于0.05s或小于0.02s、小于1ms、小于0.5ms或小于0.25ms。

如果在第三预定“采集-检查”时段期间没有在所述采集信道上接收到任何信息，则所述网状网络设备可返回到所述非激活模式。如果从非同步设备接收到消息，它可以在第四预定“配对”时段内保持激活状态，并向所述非同步设备提供数据，以便所述非同步设备可以加入网状网络。

所述第四预定“配对”时段可以小于1秒、0.5s、小于0.2s或小于0.05s。所述第一预定“唤醒”时段、第二预定“消息转发”时段、第三预定“采集-检查”时段和第四预定“配对”时段总共可不超过1秒，或不超过0.5秒。这可以允许同步或将消息传输到控制器并返回发生在单个信道中。当然，同步或传输和确认也可以在多个信道中较长时段内发生。

所述网状网络设备可操作成请求加入网络并请求包含跳频序列中的当前信道和该信道中剩余时间的数据。

所述网状网络设备可操作成(可选地响应于请求)传输包括跳频序列中的当前信道和该信道中剩余的时间的数据到非同步设备。这允许非同步设备加入网状网络并成为网状网络设备，因为它可以遵循所述跳频序列并与网状网络设备时间同步。它还可以帮助已同步的设备保持同步。

未同步的设备可以是新设备，例如添加到报警网络的新传感器，或已不再同步并重新加入网络的现有设备，例如已更换电池的电池供电设备。

如果没有收到任何信息，使用采集信道将使网状网络设备保持激活状态的时间延长一倍。然而，这种时间上的加倍比如果设备在接收模式下循环通过每个信道查找来自未同步设备的消息、或每次保持激活状态足够长的时间以拾取在发送模式循环通过每个信道的未同步设备的前导码以确保连接所需要的时间都要短得多。

本发明的第二方面，提供了一种用于网状网络中的网状网络设备，所述网状网络包括控制器和多个网状网络设备，所述网状网络设备可操作地与所述控制器进行通信；所述网状网络设备包括计时单元，并且可操作成根据跳频序列进行通信；其中，所述网状网络设备可操作成在发送模式和非激活模式之间切换，在所述发送模式下，所述网状网络设备能够向一个或多个其它网状网络设备和/或所述控制器发送消息，在所述非激活模式下，所述网状网络设备无法向一个或多个其它网状网络设备或所述控制器发送消息或从其接收消息。其中，所述网状网络设备可操作成使其计时单元与所述网状网络设备(和/或控制器)同步，并可操作成以伪随机时间间隔切换到所述发送模式。

本发明第二方面的网状网络设备可以包括本发明第一方面的任何特征。

本发明的第三方面，提供了一种用于控制网状网络中的网状网络设备的控制器；所述控制器包括计时单元，并且可操作成按照跳频序列进行通信；其中所述网状网络设备可操作成在发送模式和非激活模式之间切换，在所述发送模式下，所述网状网络设备能够向一个或多个其它网状网络设备和/或所述控制器发送信息，在所述非激活模式下，它们无法向一个或多个其它网状网络设备或控制器发送消息或从其接收消息；其中所述控制器可操作成将所述网状网络设备的计时单元与其自身的计时单元同步，使得所述网状网络设备可操作成以同步伪随机时间间隔切换到所述发送模式。

所述控制器可操作成发送包含数据的消息，所述数据包括在所述跳频序列中的信道中剩余的时间长度。

所述控制器可操作成发送包括数据的消息，所述数据包括在所述跳频序列中的当前信道。

所述控制器可包括关于本发明第一方面描述的任何特征。

本发明的第四方面，提供了一种操作网状网络设备以在网状网络中传输数据的方法，该网状网络包括控制器和多个网状网络设备，所述网状网络设备可操作成与所述控制器进行通信；该方法包括按照跳频序列通信；借此所述网状网络设备在发送模式和非激活模式之间切换，在所述发送模式下，所述网状网络设备能够向一个或多个其它网状网络化设备和/或所述控制器发送消息，在所述非激活模式下，所述网状网络设备不能向一个或多个其它网状网络化设备或所述控制器发送消息或从其接收消息；所述方法进一步包括将所述网状网络设备的计时单元与其它网状网络设备和/或所述控制器的计时单元同步，该方法还包括以伪随机时间间隔切换到所述发送模式。

所述方法可包括在所述发送模式、所述非激活模式和接收模式之间切换，在该接收模式下，所述网状网络设备能够接收来自一个或多个其它网状网络设备和/或所述控制器的消息。所述方法可包括根据所述跳频序列切换到所述接收模式。

所述伪随机时间间隔可以平均为至少30秒、至少1分钟、至少2分钟、至少10分钟或至少15分钟。

所述方法可包括以伪随机时间间隔发送，所述伪随机时间间隔在其它网状网络设备处于所述接收模式时被同步。这可以通过计算伪随机时间间隔来实现，使伪随机时间间隔始终是每个信道中花费时长的倍数，从而使伪随机时间间隔总是在信道更改时结束(如果网状网络设备总是在信道更改时接收)。替代地，伪随机时间间隔不需要是每个信道所花费时长的倍数，但是设备可以等待伪随机时间间隔，然后进一步延迟传输直到其它网状网络处于接收模式。

所述方法可包括每次在所述频率信道根据跳频序列变化时切换到所述接收模式。

所述跳频序列中的每个信道上的时间量可以相同，或者对于不同的信道，每个信道上的时间量也可以不同。在每个信道中花费相同的时间是资源的最佳利用，因为每个信道都可以使用最长的时间段；随着时间的推移，它还可以在频谱中实现良好的扩展。每个信道上的时间可以不超过1秒、不超过0.5秒或不超过0.25秒。

所述每个信道的时间量可以大大短于平均伪随机时间间隔，例如至少短10倍、至少短50倍、至少短100倍或至少短200倍。

所述方法可包括切换到所述接收模式并保持在接收模式达第一预定“唤醒”时段，并且如果在该时段内没有接收到消息，则返回到所述非激活模式。

所述第一预定“唤醒”时段可以很短，例如小于0.1s、小于0.05s、小于0.02s、小于1ms、小于0.5ms或小于0.25ms。

所述方法可包括切换到所述接收模式并保持在接收模式达第一预定“唤醒”时段，并且如果在该时段内接收到消息，则保持在激活(接收或发送)模式达第二预定“消息转发”时段。

所述第二预定“消息转发”时段可长于所述第一预定“唤醒”时段。所述第二预定“消息转发”时段可以足够长，以便接收和转发消息。所述方法可以包括将消息从一个网状网络设备和/或控制器转发到另一个网状网络设备和/或控制器，在所述消息包含这样做的指令的情况下。所述第二预定“消息转发”时段可以足够长，以接收和转发消息到另一设备，并接收和转发来自所述另一设备的确认。所述方法可包括接收和转发消息到另一设备，以及接收和转发来自所述另一设备的确认。

所述第二预定“消息转发”时段可小于0.5s、小于0.2s或小于0.05s。所述第一预定“唤醒”时段和所述第二预定“消息转发”时段可总共不超过0.5秒或不超过1秒。

所述方法可包括唤醒以及在将接收任何传输的信道上短暂地监听，如果没有接收到此类传输，则返回至所述(低功率)非激活模式。

所述方法可包括按照所述跳频序列在各信道中循环，并可包括通过各信道连续地循环，在预定时间间隔后跳到下一个连续信道(向上或向下)。

所述网状网络设备可以与网状网络中的其它(可选的为所有其它)设备同时遵循相同的跳频序列。

所述方法可包括将所述网状网络设备的计时单元与主时钟同步，该主时钟可以设置在所述控制器中。

所述方法可以包括发送包含当前频率信道和该信道中剩余时间的确认消息。

所述方法可以包括接收一个或多个包含发送设备的当前频率信道和该信道中剩余的时间的确认消息、将其与当前信道中剩余的时间进行比较，以检测与所述发送设备的不同步。所述方法可包括基于与确认消息中的数据的比较来校正内部计时单元和/或其跳频的时机。

所述方法可包括根据伪随机时间序列切换到所述发送模式。

所述方法可以包括根据与网状网络中的其它网状网络设备相同的伪随机时间序列切换到所述发送模式。

所述方法还可包括当另一个网状网络设备或控制器指示转发消息时，额外地切换到所述发送模式。这实际上仍然是伪随机的，因为转发消息的指令将基于来自其它网状网络设备或控制器的伪随机传输。

所述网状网络设备可以由电池供电。

所述网状网络设备可以是报警装置。

所述网状网络设备可以包括一个或多个传感器。

所述方法可包括当所述网状网络设备被同步时，仅发送足够短的数据包以适应单个信道，例如小于0.5s、小于0.1s或小于50ms。

所述方法可包括切换到接收模式达第一预定“唤醒”时段，并且可选地，在根据所述序列的信道中保持激活状态达第二预定“消息转发”时段，以及切换到接收模式达第三预定“采集-检查”时段，并且可选地，在至少一个其它预定采集通道中保持激活状态(即，在接收或发送模式下)达第四预定“配对”时段。

所述采集信道可以是专门用于向网状网络添加设备的信道。因此，所述方法可以包括，每次网状网络设备切换到激活模式时，首先侦听根据所述跳频序列的信道上的任何消息，并且如果接收到消息，则保持激活状态以传输该消息，并且可选地转发确认；然后，一旦所述第一预定“唤醒”时段已过(并且可选地，如果接收到消息，第二预定“消息转发”时段已过)，则切换到所述采集信道达第三预定“采集-检查”时段。

所述第三预定“采集-检查”时段可以较短，例如小于0.1s、小于0.05s或小于0.02s，小于1ms、小于0.5ms或小于0.25ms。

如果在所述第三预定“采集-检查”时段期间没有在采集信道上接收到任何信息，则该方法可包括返回到所述非激活模式。如果从非同步设备接收到消息，该方法可包括在第四预定“配对”时段期间保持激活状态，并向所述非同步设备提供数据，以便所述非同步设备可以加入网状网络。

所述第四预定“配对”时段可小于0.5s、小于0.2s或小于0.05s。所述第一预定“唤醒”时段、所述第二预定“消息转发”时段、所述第三预定“采集-检查”时段和所述第四预定“配对”时段可以总共不超过1秒或不超过0.5秒。这可以允许同步或将消息传输到控制器并返回发生在单个信道中。当然，同步或传输和确认也可以在多个信道中较长时段内发生。

所述方法可包括发送加入网络的请求和请求包括跳频序列中的当前信道和该信道中剩余的时间的数据。

所述方法可包括(可选地响应于请求)将包括跳频序列中的当前信道和该信道中剩余时间的数据发送到非同步设备。

显然，本发明第二方面的网状网络设备可操作成执行本发明第四方面的方法，包括任何可选特征。

事实上，本文中限定的任何特征都可以与任何其它特征组合(除非它们是相互排斥的)，而不论这些组合的特征是否与其它特征相关地限定；也就是说，可选/首选特征可以组合，而不必也包括它们所引用的发明陈述的所有特征——同样，特定描述的任何特征均可以组合到新的权利要求中。

附图简要说明

为了更清楚地理解本发明，现仅以示例的方式，参照附图来描述本发明的实施例，其中：

图1为本发明网状网络的示意图；

图2为图1的网状网络的控制器的示意图；

图3为图1的网状网络设备的示意图；

图4为图1的网状网络中频率信道之间随时间变化的示意图；

图5a和5b为图1的网状网络中设备之间传输示意图；

图6为图1的网状网络中的多个设备和控制器之间传输的示意图；

图7为图1的网状网络中的一个设备和控制器之间传输的示意图；以及

图8为图1的网状网络中的多个设备和控制器之间传输的另一示意图。

具体实施方式

参考附图，特别是图1，示出了本发明的示例性网状网络1。网状网络1是在报警系统的背景下描述的，但是本领域技术人员应当理解，本发明可用于许多其它应用中。

网状网络1包括控制器2和一系列网状网络设备3，或节点。网状网络设备3基于将消息从其转发到控制器2所需的最少设备数量而布置在一系列区域中。因此，区域1中的设备3可以直接与控制器2通信，区域2中的设备3只能通过至少一个其它(区域1中的)网状网络设备与控制器2通信，区域3中的设备3只能通过至少两个其它网状网络设备3(区域2中的一个网状网络设备和区域1中的另一个网状网络设备)与控制器2通信。

网状网络1为一种网络拓扑结构，其中每个节点均为网络中继数据。所有网状网络设备3在网络的数据分发中相互协作。

本发明的网状网络1使用路由技术在控制器和网状网络设备之间传播消息。

在这个实施例中，消息是沿着需要重新传输次数最少的路径发送的——因此，在图中，区域2或区域3中的每个节点3都用实线与更靠内的区域(区域1或区域2)中的节点相连，实线表示首选路径。图中还示出了虚线，表示信号强度足以与其它节点通信，但是除非首选路径出现故障且网状网络自我修复，否则不会使用沿虚线的路径。

控制器2包括集线器4，该集线器4控制网状网络设备3，接收来自它们的定期轮询消息以检查它们是否正常工作、使它们处于待命状态、并接收来自它们的关于状态变化的消息，例如传感器数据，这些信息当然是随机产生的。

控制器2还包括数据接口5，控制器2通过该接口与安全面板6、计算机7、控制应用程序8(例如在智能手机上或类似设备上)通信，以与用户通信，以便例如通过安全面板6、计算机7、控制应用程序8(例如在智能手机或类似设备上)中的任一者接收防护/解除防护信号等，并通过相同的设备向用户发送警报，或通过设备向其它方发送警报(例如通过安全面板向警察局、私人保安公司或外部发声器(未示出)发送警报)。

如图2所示，控制器2中的集线器4包括电源10(典型的是外部电源，内置备用电池/电容器)、编程为处理由控制器2接收和发送的信号的微控制器11、以及缓冲电路12，集线器4通过该缓冲电路12向数据接口5输出信号，并从数据接口5接收信号。

此外，集线器4还包括收发器13，控制器通过收发器13(通过天线14)发送和接收信号，以便与网状网络设备3交换消息。微控制器11还与计时单元15相连，所述计时单元15包括表蒙子(watchcrystal)，以保持主时钟。

与控制器2一样，如图3所示的网状网络设备3包括用于处理由网状网络设备发送和接收的信号的微控制器16、包括表蒙子的计时单元17(以独立地保持时间)、以及收发器18，网状网络设备3通过所述收发器18(通过天线19)发送和接收信号，以便与其它网状网络设备3和/或控制器2交换消息。与控制器2一样，网状网络设备3具有缓冲电路20，但在这种情况下，缓冲电路用于解释从传感器21(例如，光传感器、门传感器等)接收到的信号。

本发明此实施例中的网状网络设备3是电池供电的无线设备，因此，控制器2配备有具有备用电池的外部电源，而网状网络设备3包括电池22。提供电池而不是外部电源，使得设置网状网络1(即安装网状网络设备3)更加简单，而这意味着低功耗是极其合需的。

本发明的网状网络1被设置为使用跳频扩频(fhss)通信技术进行通信。相应地，控制器2和网状网络设备3的微控制器11、16被编程为根据序列在不同信道之间切换，该序列对于网状网络1中的每个网状网络设备3和控制器2相同。设备3和控制器2在预定时间间隔(例如，根据fcc法规，这可以是单信道中允许的最长时间段)后在信道之间切换。

跳频序列可以是循环的。为了便于解释，本发明实施例中的跳频序列是循环且连续的，在预定时间间隔后跳到下一个连续信道上。

图4示出了本发明网状网络1布置的第一个示例，其中每个网状网络设备3和控制器可操作成在10个频率信道之间切换。所示示例通过从ch0到ch9的每个信道在每个信道花费0.5秒并在5秒后返回至信道ch0以重复所述循环来切换循环。

更典型的情况是使用更多的信道，因此，参考附图5所述的第二个示例涉及50个信道的系统。在这个系统中，可以再次看到，每个网状网络设备和控制器在时间t0从信道ch0开始循环通过每个信道。所有网状网络设备3中的计时单元17与控制器2的计时单元15中的相同主时钟同步，因此，时间t0对所有设备而言都是相同的，所有设备都连续地循环通过各信道，在每个信道花费0.5秒，因此在25秒、50秒、75秒等时间后返回信道ch0。当然，本领域技术人员将理解的是所述微控制器可包括集成计时单元，其可以基于相关联的表蒙子保持时间。

图5a示出了10秒后从第一网状网络设备3发送的第一消息传输，其因此在信道ch20上发送，并且因此将被另一个网状网络设备3和/或控制器2接收，因为它将也已切换到信道ch20来接收(因为自t0开始已过去10秒，每0.5秒会增加一个信道)。在伪随机时间间隔之后，从第一网状网络设备3发送第二数据包传输。在本例中，伪随机时间间隔为137.5秒之后(从t0开始的147.5秒处)，因此该些设备在全部50个信道中完成了5个完整循环(在125秒的时间内)，并在额外的12.5秒内增加了另外25个信道。

对于系统之外的那些，第二消息的信道ch45的选择似乎是随机的和不可预测的，因为在不知道跳频序列的情况下(无论是信道被跳过的顺序，还是每个信道的持续时间)，不可能知道为什么137.5秒后传输是在信道ch45上。同样，也不可能知道为什么第二传输发生在137.5秒之后。

设置在比伪随机时间间隔短得多的时间段内完成的跳频周期也使得黑客很难(如果不是不可能的话)计算出周期并跟踪它。

如图5b所示，在一个示例中，伪随机时间间隔具有固定分量a和伪随机变量b，固定分量a在这个特别的示例中具有125秒的时间段，伪随机变量分量b在这个实施例中为+/-20秒。结果与仅具有伪随机分量的伪随机时间间隔相同，但该分量具有105秒的较低阈值和145秒的较高阈值。

在实际应用中，固定分量a或较低阈值应设置得尽可能的高，以使功耗最小，并且该时间段将取决于特定的使用情况。在报警系统中，两次轮询之间的时间间隔可达15分钟。如果伪随机分量b(或较高阈值减去较低阈值)被设置为尽可能低，同时至少等于序列完整周期的长度(在每个信道花费0.5秒的50个信道系统中为25秒)，对于黑客来说，该系统甚至可能看起来是规则的，但存在误差容限(在此示例中具有+/-12.5秒的误差容限)。

图6示出了根据上述第二个示例对消息的成功传输。该消息是自区域3的网状网络设备3发送至控制器2的包含信息的信息消息，包含的信息如为指示设备处于待命状态的状态更新信息；图6还示出了确认消息的返回，该消息将包括发起设备3的地址或另一标识符，以便控制器知道发送该消息的设备，并具有发送确认信息的地址。

虽然本实施例中的所有设备3具有相同的结构，但在本例中，区域1中的设备用3a表示，区域2中的设备用3b表示，区域3中的设备用3c表示。

在本例中，在发送/接收最后一条消息后的伪随机时间，但在切换到新信道后，区域3中的设备3c立即变为激活状态，并向信道ch16中的区域2中的网状网络设备3b发送信息消息，该信道ch16即为由该时间点的跳频序列决定的信道。由于所有计时单元15、17都是同步的，因此区域2中的网状网络设备3b在切换信道时也处于激活状态，监听信道ch16并接收来自区域3中的设备3c的消息。开启之后，区域2中的设备在第一预定“唤醒”时段开始接收消息(即接收到前导码)后，仍保持激活状态达第二预定“消息转发”时段，直到收到完整消息。每个网状网络设备3可操作成如果没有接收到消息则仅在0.5ms的短暂的第一预定“唤醒”时段内保持在接收模式，因此，区域2中的网状网络设备3b不会立即将消息转送到区域1中的网状网络设备3a，因为消息长约50ms(即0.05s)，在区域2中的设备3b接收到消息时区域1中的设备3a将已转换到接收模式、未接收到任何消息并返回到非激活状态。相应地，当区域2中的设备3b和区域1中的设备3a在最后苏醒后的半秒时都被安排成在下一个信道(即信道ch17)上监听时，区域2中的设备3b将消息发送到区域1中的设备3a。

转发消息后，区域3中的设备3c可操作成当其在下一个信道ch17中变为激活状态时，在接收模式下保持在激活状态，以等待确认。同样，在将消息转发到区域1中的设备3a后，区域2中的设备3b也处于接收模式，等待确认。

接收到来自区域2中的设备3b的消息后，区域1中的设备3a将其转发给控制器2。无论是处于发送模式还是接收模式，控制器2都处于激活状态，这是因为它有外部电源10，不需要节能。因此，即使第一预定“唤醒”时段(0.5ms)已过，区域1中的设备仍然转送消息，并保持激活状态以接收确认。

控制器2处理消息并使用适当的指令准备确认。确认消息包括控制器2正在使用的信道和该信道中剩余的时间的指示。区域1中的设备3a接收确认消息并立即将其转发到区域2中的设备3b，还提供其(区域1中的设备3a)所在信道以及该信道中剩余的时间的指示。区域1中的设备3a将控制器2留在信道中的时间与它留在信道中的时间进行比较，并在必要时(即，如果时间不匹配或超出误差范围，例如2毫秒)同步其时钟17，然后切换到非激活状态。

区域2中的设备3b已保持激活状态，因此它在信道ch17上接收确认消息，并立即将其转发到区域3中的设备3c，同时也在消息中加入其(区域2中的设备3b)所在信道和该信道ch17中剩余时间长度的指示。区域2中的设备3b将区域1中的设备3a和/或控制器2留在其信道ch17中的时间与它留在信道ch17中的时间进行比较，并在必要时(即，如果时间不匹配或超出误差范围，例如2ms)同步其计时单元17，然后切换到非激活状态。

区域3中设备3c已保持激活状态，因此它在信道ch17上接收确认消息，并根据来自控制器2的消息中的指示采取必要的动作。它也将区域2中的设备3b和/或控制器2留在其信道中的时间与它留在信道中的时间进行比较，并在必要时(即，如果时间不匹配或超出误差范围，例如2ms)同步其计时单元17，然后切换到非激活状态。

下面参照图7对本发明网状网络1的操作方式的第三个示例进行描述。在此示例中，除了按照第二个示例中所述的方法发送消息外(其中，各信道被循环通过、每0.5秒在新信道中输入接收模式并且以伪随机时间间隔发送消息)，每个网状网络设备3和控制器2在采集信道ch0上监听希望加入网状网络1的任何未同步网状网络设备3。

图7仅示出了控制器2以及控制器2范围内的单个设备3。

在本例中，由于控制器2是外部供电的，因此控制器2被操作为在信道ch0上每隔0.05s进行一次监听(即接收)。另一方面，网状网络设备3仅在每次激活并进入接收模式时(每次根据跳频序列改变信道时)监听信道ch0，并在每当它们不同步时，在信道ch0上发送；发送带有加入请求的消息，以加入网状网络1。在本例中，当控制器在信道ch0上接收到信号时，控制器基于跳频序列在循环周期中处于信道ch35。

在本例中，非同步网状网络设备3在0.175s被打开，并立即在信道ch0上发送加入网络的请求，然后在信道ch0上保持接收模式以等待响应。该请求在下一次控制器2设置为在信道ch0上接收(即0.2秒)时被接收。控制器2收到来自网状网络设备3的加入请求后，通过例如比较id号验证网状网络设备3是否为系统的网状网络设备，并且在验证网状网络设备3之后，控制器2在信道ch0上发送确认消息，该消息再次包括正在使用的信道(ch35)和该信道中剩余的时间长度的指示。

在收到确认消息后，网状网络设备3自行配置，根据信道中剩余的时间设置计时单元17，并将存储在设备3中的跳频序列中的位置设置为控制器2指示的信道ch35。然后，网状网络设备3在跳频序列中的正确信道35上发送确认消息，确认其在时间和频率上同步。

既然网状网络设备3在时间和频率上是同步的，那么它将遵循跳频序列，因此将与网状网络1中的所有其它网状网络设备3(遵循相同的跳频序列)在同一时间处于同一信道上，在本例中，在t＝0.5s时跳到信道ch36(并在信道ch36进入接收模式)，在t＝1s时跳到信道37，以此类推。因此，它可以与范围内的其它网状网络设备3以及控制器2交换消息，因此，被集成到网状网络1中。

现参照图8对网状网络1同步网状网络设备3的操作方式的另一个示例进行描述。在本例中，区域2中的设备3b已变得不同步，例如，因为其电池22已被更换(同样的技术也适用于加入区域2的新设备3)。再次地，在本例中，除了用于在伪随机间隔通信的信道ch1-49外，网状网络1(包括控制器2和所有网状网络设备3)可操作成使用采集信道ch0。

网状网络区域1中的设备(3a)和控制器2正常工作，网状网络设备3a按顺序依次切换信道，短暂进入接收模式，在没有接收到消息时切换到非激活状态；网状网络设备3a每次处于激活状态时，在按顺序收听预定信道之后且在变为非激活状态之前，正如前面所提及的，其也会监听采集信道ch0。在本例中，在t0时，网状网络区域1中的设备3a和控制器2位于信道ch26中。图中所示开始于在区域2中的设备3b打开前不久，因此，在ch0或ch26中未听到任何消息后，设备3a在1ms(ch26中0.5ms，ch0中0.5ms)后变为非激活状态。控制器保持激活状态，在ch26和ch0之间频繁切换，监听消息。

当非同步网状网络设备3b被打开时(t＝0.2s)，它立即在ch0上传输信息，发送加入网络1的请求。由于设备在控制器2的范围外，因此尽管控制器2正在ch0监听，但它不会收到此消息。因此，只有在t＝0.5005s，区域1中的设备3a已被唤醒、在信道ch27中监听(序列中的下一个)并切换到采集信道ch0时，来自非同步的区域2中的设备3b的所述消息才会被区域1中的设备3a接收。收到消息后，区域1中的设备在信道ch0上将其转发给控制器2(当然，网状网络设备3a可以改为使用序列中的信道ch27，因为知道控制器也将在该信道(ch27)中监听)。控制器2验证变得不同步的区域2中的设备3b是否为系统的网状网络设备3，并在信道ch0上发送目的地为(发往)区域2中的设备3b的确认，该确认包括当前信道ch27的详细信息和信道ch27中剩余的时间。区域1中的设备3a接收确认消息并将其转发到区域2中的设备3b。因此，区域2中的设备3b能够更新其内部时钟17并与网状网络1同步。既然区域2中的设备3b已成为同步网状网络设备3，因此它能够与网状网络1中的其它设备3通信、遵循序列、在正确的时间序列中正确的信道上接收来自其它设备3的通信、并在正确的信道上以伪随机间隔发送消息(例如，包括传感器数据或状态数据)。

当然，上面的讨论大体涉及非时间敏感的轮询类型消息(其中的节点采用的是“签入”方式)的传输。然而，特别是在网状网络报警系统中，除时间不敏感且以伪随机间隔发送的消息外，还将存在在随机时间(当传感器被触发时)生成的其它报警消息，当然，这些消息将被直接转发，而无需等待预定的伪随机时间间隔。相反，当网状网络设备被唤醒时，报警消息将在适当的信道中发送。例如，如果信道是ch30，用于接收消息的第一预定“唤醒”时段在该信道中已过期，则所述警报消息将会在每个网状网络设备3变为激活状态以接收消息时的下一个第一预定“唤醒”时段期间在序列中的下一个信道ch31中被发送。

实际上，本领域技术人员可以设想到必须尽快(即在下一时刻将收到该消息)发送时间敏感消息的其它情况，并且本发明(也包括仅以伪随机时间间隔发送的某些消息)将包括在该些系统中。

以上实施例仅以示例的方式描述。在不脱离本发明范围的情况下，可以进行多种变化。