本申请要求于2017年5月1日提交的美国临时申请no.62/492,636的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
本主题涉及用于使无线网络节点能够有效地联合具有预定的物理拓扑的网状无线网络的技术和设备。
背景技术
无线网状网络是一种网络，其中无线网络节点被配置用于通过无线链路网格相互通信。网络管理器通过其相关的接入点与无线网络节点通信，并提供无线网状网络与网状网络外部的元件(例如，外部网络、外部应用等)之间的接口。
网络管理器还被配置为管理网络的操作，包括在节点通过网络进行通信之前向网络添加或加入无线网络节点。加入网络节点通常需要在管理器和每个加入无线网络节点之间交换一系列握手数据包，包括从管理器到加入节点的网络通信时间表的传输。因此，建立无线网状网络可能是一个耗时的过程。
技术实现要素：
本文的教导通过使无线网络节点有效地连接具有预定的物理拓扑的网状无线网络来缓解上述问题。
在具有已知或预定的物理拓扑的无线网状网络中，网络节点或接入点(ap)可以响应于接收到网络广告而立即开始在网络上操作。具体地，节点或ap可以存储网络通信时间表，并且基于从网络管理器接收的网络通告中接收到的参数值来调整网络通信时间表。结果，在调整的通信时间表中，节点或ap可以在接收到网络广告后立即根据网络的通信时间表开始操作，通过使用在通信时间表中分配的通信信道和时隙对发送数据包。由节点或ap存储的网络通信时间表可以采取将网络公告中接收到的参数值作为输入的算法的形式，并且当由节点或ap执行时，将适当调整的网络通信时间表。
在一个示例性实施方案中，一种用于在无线网状网络中能够快速加入的方法，可包括：在无线网络节点中，接收所述无线网状网络的管理器发送的数据包。数据包包括所述无线网状网络的管理器发送的参数值。基于所述数据包中接收到的参数值和所述无线网络节点存储的预定通信时间表，在所述无线网络节点中确定所述无线网状网络的调整的通信时间表。所述调整的通信时间表将多个无线网络节点的每个相应节点与一个或多个通信信道-时隙对相关联，每个通信信道-时隙对指示多个通信信道的通信信道，并且多个时隙的时隙被相应节点用来在所述无线网状网络上传输数据包。在调整的通信时间表中，从所述无线网络节点在通信信道上传送数据包，并在与所述无线网络节点相关联的时隙内传送数据包。
在另外示例性实施方案中，无线网络节点，配置为快速加入无线网状网络，可包括无线收发器、处理器和非暂时性存储器。无线收发器被配置为与无线网状网络的无线网络节点和接入点进行无线通信。处理器通信地连接到所述无线收发器。非暂时性存储器装置存储程序指令，所述程序指令在由所述处理器执行时使所述无线网络节点：通过所述无线收发器，接收所述无线网状网络的管理器发送的数据包，所述数据包包括所述无线网状网络的管理器发送的参数值。所述指令进一步使无线网络节点基于所述数据包中接收到的参数值和所述无线网络节点的非暂时性存储器中存储的预定通信时间表，确定所述无线网状网络的调整的通信时间表。调整的通信时间表将多个无线网络节点的每个相应节点与一个或多个通信信道-时隙对相关联，每个通信信道-时隙对指示多个通信信道的通信信道，并且多个时隙的时隙被相应节点用来在所述无线网状网络上传输数据包。所述指令进一步使无线网络节点在调整的通信时间表中，通过所述无线收发器，在通信信道上传送数据包，并在与所述无线网络节点相关联的时隙内传送数据包。
附加的优点和新颖的特征将在下面的描述中部分阐述，并且对于本领域技术人员在研究以下和附图时将部分地变得显而易见，或者可以通过示例的生产或操作来了解。本教导的优点可以通过实践或使用下面讨论的详细示例中阐述的方法，手段和组合的各个方面来实现和获得。
附图说明
附图仅通过举例而非限制的方式描绘了根据本教导的一个或多个实施方式。在附图中，相同的附图标记指代相同或相似的元件。
图1a是提供快速网络加入能力的无线网状网络系统的高级功能框图。
图1b是具有已知物理拓扑结构的无线网状网络的高级功能框图。
图2a是示出用于无线网状网络的说明性通信时间表的示意图，如图1a或1b所示。图2b是图2a的说明性通信时间表的一部分的详细视图。
图3是示出由无线网状网络中的无线节点进行快速加入的示例性方法的流程图，如图1所示。
图4是示出用于确定诸如图1中所示的无线网状网络中的快速加入无线节点的身份的说明性方法的流程图。
图5是示出由网络管理器在无线网状网络中进行快速加入的例示性方法的流程图，如图1所示。
图6是可用于图1a和/或1b的无线网状网络中和/或图3、4和/或5的方法中的说明性无线网络节点的高级功能框图。
图7是可用于图1a和/或1b的无线网状网络中和/或图3、4和/或5的方法中的说明性接入点(ap)的高级功能框图。
图8是可用于图1a和/或1b的无线网状网络中和/或图3、4和/或5的方法中的说明性网络管理器的高级功能框图。
具体实施方式
在以下详细描述中，通过示例阐述了许多具体细节，以便提供对相关教导的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些细节的情况下实践本教导。在其他情况下，为了避免不必要地模糊本教导的方面，已经在相对较高的级别上没有详细地描述了众所周知的方法、过程、组件和/或电路。
本文公开的各种方法和系统通过使无线网络节点能够基于从网络管理器接收的参数来确定或调整网络通信时间表来提高建立无线网状网络的效率。例如，每个节点可以仅基于在网络广告中接收到的参数值和存储在节点中的预定的通信时间表信息来确定通信时间表。结果，无线网状网络的节点可以在接收到网络广告后立即开始操作(例如，在10秒内)。此外，节点和网络管理器都不需要进行耗时的网络发现或多数据包握手，从而提供使用最小网络带宽的简化网络加入和形成过程。
在操作中，无线网络节点可以在启动时监听网络广告。网络广告是网络管理器直接或通过加入网状网络的一个或多个无线网络节点广播的数据包，其包括网络标识符(例如，网络id)和无线网络节点用来加入网状网络的一个或多个参数值。参数值可以包括指示网格网络特性(例如，网格网络大小，诸如节点数量、网格网络拓扑等)的参数值等。响应于接收到网络广告，无线网络节点根据接收到的网络广告和无线网络节点存储的预定通信时间表中的参数值，确定或调整网状网络的网络通信时间表。例如，无线网络节点可以计算关联具有一个或多个通信信道-时隙对的网络的各个相应节点的网络通信时间表，每个通信信道-时隙对指示通信信道和时隙，该通道信道和时隙被分配用于由相应节点在无线网状网络上传送数据包。网络通信时间表可以通过执行由无线网络节点存储的算法来确定，并且将接收到的参数值作为输入。无线网络节点可以基于通信时间表开始操作，例如通过在确定的网络通信时间表中标识的通信信道-时隙对期间发送网络加入或其他消息作为分配给无线网络节点。
这样，网络管理器和网络中的每个无线网络节点都可以根据传输的参数值，根据每个无线网络节点确定的相同网络通信时间表，快速开始操作。例如，网络管理器和无线网络节点即使在网络管理器从每个节点接收到网络加入消息之前，也可以基于相同的网络通信时间表开始操作。
每个节点基于从网络管理器接收的参数值确定网络通信时间表，包括以下中的一个或多个：(i)随机数；(ii)网络特性，例如网络中预期的多个节点；(iii)调度特性，诸如网络的调度算法的标识；(iv)诸如当前时隙号码之类的定时特性；和/或(v)通信信道特性，例如网络未使用的通信信道-通信信道黑名单。
在参数值包含随机数的情况下，网络通信时间表是随机选择的。然而，由于所有无线网络节点都接收相同的随机数作为参数值，因此所有无线网络节点都确定相同/共同的通信时间表，并且因此可以根据随机选择的相同/共同时间表来相互通信。
当无线网络节点开始操作并确定网络通信时间表时(例如，基于从网络管理器接收到的参数值)，无线网络节点可能不知道网络通信时间表的哪个节点相对应。在这种情况下，无线网络节点选择(例如，随机地)在网络通信时间表中分配给不同节点的多个通信信道-时隙对。网络节点继续在选定的通信信道-时隙对话上通过无线网状网络进行通信。接下来，响应于从网络管理器接收到包括校正的节点标识的响应，节点确定其对应于所识别的校正节点，并使用分配给网络通信时间表中识别的校正节点的通信信道/时隙对在网络上传输未来数据包。
快速加入的方法使得网络节点在接收无线网状网络的网络广告10秒或更短的时间内开始在无线网状网络上运行。具体地，通过使加入节点仅基于包括在网络广告中的参数值和存储的通信时间表信息(例如用于确定通信时间表的算法)来确定网络的通信时间表，节点可以根据网络的通信时间表立即开始工作。此外，使用最小的网络带宽连接节点，从而减少将节点加入网络所需的网络资源。
本文描述的快速加入系统和方法可以有利地用于无线网状网络，其需要在启动后立即开始的操作，诸如用于无线电池监控系统(wbms)、有轨车厢监控等中的无线网状网络。在这种应用中，无线网状网络可能需要在车辆(例如电动车、机车等)启动后立即开始操作。
以下将结合附图中所示的示例来详细讨论其他特征。
图1示出了提供快速加入的无线网状网络系统100的示例。如图所示，无线网状网络系统100包括无线网状网络101，其包括多个无线节点103(例如，传感器节点或微粒)和通过无线通信链路彼此无线通信(示例性地以虚线示出)的一个或多个接入点(ap)105。接入点105通信地连接到一个或多个无线网络管理器107。网络管理器107可以形成与相关接入点105相同的物理设备的一部分，或者可以通过通信链路(例如，有线连接)与相关联的ap105通信，如图1a所示。
一方面在无线网状网络101和另一方面网络管理器107和无线网状网络101外部的元件之间桥接ap105。例如，ap105和网络管理器107可以在无线网状网络101和无线网状网络外部的通信网络111之间提供网桥或网关，诸如有线通信网络(例如，因特网)和/或无线网络(例如，wi-fi网络)。ap105和网络管理器107还可以在无线网状网络101和主机应用109之间提供桥接或网关(例如，可以通过通信网络111访问)。
在操作中，无线网状网络101的每个节点103或ap105可以生成“上游”数据包并将其发送到在其通信范围内的任何其他节点103或ap105，并且数据包可以继而由接收节点103或ap105中继并重传到网络中的另外的节点或ap。这样，由节点103发送的数据包可以通过无线网状网络101传播到任何网络管理器107或外部主机应用程序109。相反，节点103可以接收和处理“下游”数据包，该“下游”数据包已经从任何管理器107或主机应用程序109通过网状无线网络101传播。数据包可以包含数据(例如，来自传感器节点的传感器数据、用于致动器节点的控制数据)和/或用于建立或维护网络的操作数据(例如，用于将新节点加入网络的连接数据包)。
无线网络管理器107除了在无线网状网络101和网络外部的元件之间提供桥接之外，还管理无线网状网络101。因此，无线网络管理器107可以使一个或多个关联的ap105发送或广播无线网状网络101的网络广告，并且可以进而加入网状无线网络101节点103和接收网络加入消息的ap105。
无线网络管理器107还为网状无线网络101设置网络通信时间表。网络通信时间表将与具有一对或多对通信信道和时隙的网络连接的每个相应节点相关联。通信时间表中的每个通信信道-时隙对指示通信信道和时隙，该通信信道和时隙被分配用于由关联节点103在无线网状网络101上传送数据包。关联节点103因此可以在分配给其的每个通信信道-时隙对期间将数据包传输到在其通信范围内的无线网状网络101的一个或多个其他节点。此外，每个节点103可以在分配给相邻节点的通信信道-时隙对期间从其通信范围内的相邻节点接收数据包。通信信道-时隙对可以被称为节点之间的通信链路，并且数据包通过无线网状网络101的流量可以至少部分地由包括在网络的通信时间表中的通信链路来确定，以启用成对的相邻节点103和ap105之间的通信。
无线网络管理器107还负责通过认证结合或通过网络进行通信的节点103、ap105和其他管理器107以及通过对通过网络101传送的数据包进行加密来提供网络安全。为了这些目的，无线网络管理器107保持认证数据。认证数据可以包括用于数据包的加密/解密和用于无线网状网络101中的设备的认证的安全密钥(例如，加密和解密密钥)和计数器(例如，数据包计数器)。每个网络节点103和/或ap105类似地存储和利用包括认证密钥(例如，加密和/或解密密钥)和数据包计数器的补充认证数据。基于认证数据，数据包因此可以在被通过无线网络网络101发送到可以解密数据包的网络节点103或ap105之前由任何网络管理器107加密，并且可以在通过无线网状网络101从网络节点103或ap105接收时由任何网络管理器107解密。
网络节点103和ap105在无线网状网络101中彼此相对的物理或位置/地理布置被称为网络的物理拓扑。网络的拓扑结构可以是随机的，如图1a所示，其中网络节点103相对于彼此具有非系统的位置排列。或者，可以规则地排列网络节点103以形成具有高度组织的物理拓扑的网络101'，图1b中示出了其一个说明性示例。网络的物理拓扑确定哪个网络节点103和ap105处于彼此的通信范围内，以及哪些网络节点103和ap105因此能够直接与彼此无线通信。
除了网络的物理拓扑之外，网络的通信时间表还决定哪些节点有机会彼此通信，并进一步确定这些机会的时间。在这方面，网络的通信时间表决定了网络的链路拓扑结构。具体来说，网络的通信时间表通过分配通信信道-时隙对，确定哪些节点分配了通信链路或与其他节点通信范围的机会。
在网络最初建立时和/或网络的物理拓扑结构可变(例如，由于可移动节点)的情况下，网络的物理拓扑结构未知的情况下，网络可参与网络发现以确定网络中的哪些节点103和ap105处于彼此的通信范围内。通过网络发现，网络管理器可以被提供关于在整个设施(例如建筑物或工厂)中分布的设备(例如，节点103和ap105)的位置的信息。然后网络管理器107可以基于网络发现的结果来建立适合于特定网络部署的通信时间表。此网络发现需要时间并消耗网络资源。
在其他情况下，网络的物理拓扑结构可以在建立通信网络之前预先确定或已知。例如，在无线电池监控系统(wbms)中，设备位置可能是已知的并且是固定的：例如，所有设备可能位于电池外壳内，并且可能基本上处于彼此的通信范围内。在另一个示例中，在列车监控系统中，设备位置可以是已知的并且沿列车的长度固定，使得每个设备可以在沿列车长度的仅少数几个相邻设备的通信范围内。在这些情况下，可以利用已知的网络物理拓扑结构来加速网络形成过程，以便对管理器107、节点103和ap105中的第一拓扑适合的固定链路拓扑结构和/或一个或多个网络通信时间表进行预编程。
固定链路拓扑可以指网络101的节点103和ap105之间的通信链路的预定布置，使得网络可以在每次建立时自动建立与通信链路相同/预定布置的自身。事实上，这种使用案例可能使网络能够在几秒钟内形成或改革。如下所述，所提出的解决方案涉及对这些网络使用通信时间表，其由少量参数确定并且可以由网络中的任何设备来计算。
有利的是，使用通信时间表可以由网络中的任何设备基于少量参数有效地计算，使得节点103和ap105能够在每个设备的单个握手数据包中加入网络，使得在每个设备上快速添加大量的最佳计划带宽，并且可以在发送到/来自加入节点的所有数据包上维护认证和安全性。例如，在包含八个节点的wbms实现中，每个节点通过两个ap向两个管理器发送每秒十个数据包，在未配置快速加入的网络中重新加入网络的节点可能需要一整分钟才能重新加入网络。相反，通过使用这里详述的快速加入方法，节点可以在短短的一秒内重新加入网络。
在具有已知物理拓扑的网络的一个说明性示例中，图1b的无线网状网络101'可以形成无线电池监视系统(wbms)的一部分。注意，这里描述的wbms示例仅用于说明性目的，并且wbms用例的特性不限制公开的范围。在说明性的wbms使用情况下，所有节点103和ap105被包含在单个电池外壳(例如，汽车或其它车辆中的电池的外壳)中，并且所有八个节点103和两个ap105因此在彼此的通信距离或范围内。然而，为了最小化网络通信中的等待时间，通信时间表可以从每个节点103向网络的任何一个ap105分配高带宽链路(例如，以虚线示出)，并分配低带宽的链路环(例如，用虚线示出)以用于围绕网络101的节点103的环传送数据包。
在图1b的示例中，每次网络重建时，都以相同的物理拓扑(例如，图1b的说明性拓扑)来重建。因此，可以使用相同的链路拓扑，并且因此可以将每个设备分配到相同父设备的链路。此外，如果单个节点重置，则可以使用之前拥有的父母重新加入网络。
考虑到网络的固定物理拓扑结构，网络的通信时间表可以确定性地创建，例如提供时间同步的信道跳频时间表，允许数据收集被协调并且无冲突。通信时间表的创建可以涉及在特定时间(即，在时隙帧中的特定时隙处)和特定信道或时隙中的偏移量在时间表中提供无线链路。确定性创建的通信时间表可以在每次网络改革时重新使用。
图2a是示出如图1b所示的用于无线网状网络的说明性通信时间表的示意图，并且图2b是图2a的通信时间表的部分a的详细视图。
如图2a所示，通信时间表可以表示为通信信道-时隙对的帧、时隙或数组。在所示的示例中，时隙沿x轴顺序绘制，通信信道沿y轴绘制，并且帧或阵列中的单元各自对应于可以分配给无线网络节点103进行通信的通信信道-时隙对。在操作中，例如在具有帧的长度的时段周期性地重复帧，以为无线网状网络提供连续的通信时间表。
在图2a所示的例子中，帧的长度为120时隙，并且11个通信信道偏移提供高达1320个单元或通信信道-时隙对。该帧表征具有八个无线节点103或ap105的无线网状网络的通信时间表。如图所示，分配给特定发射节点或ap的单元用与特定发射节点或ap相关联的阴影来表示。另外，在图2b所示的详细视图中，分配给特定发送节点或ap的每个单元具有标识在那里显示的指定节点或ap的字母(a-h)。此外，白色单元(图2b中的标识符'y')标识为网络广告分配的通信信道-时隙对，并且黑色单元(图2b中标识符'z')标识通信信道-时隙对被分配用于来自网络的ap105的下游传输。在说明性的通信时间表中，为无线节点和ap之间的通信分配的通信信道-时隙对间隔5时隙，并且一组通信信道-时隙对分配给节点对之间的通信发生在帧的开始处。
图2a和2b的说明性通信时间表可以有利地用于图1b的无线网状网络101'中，例如在wbms应用中。在时间表中，节点和ap之间的链路优选地均匀间隔以最小化延迟尾部。例如，每个节点(ah)可以具有到时隙0、10、20、...上的第一ap(例如，ap1)的发射链路，并且可以具有到时隙5、15、25、......上的第二ap(例如，ap2)的发射链路。这样，每个节点(a-h)都有机会每5个时隙发送给ap105。链路以重复帧结构收集，例如图1b的120时隙帧时间表。
作为使通信时间表能够基于少量参数由网络中的任何设备有效地计算的部分，可以使用关于图3-5描述的以下方法300、400和500。
图3是示出用于节点103到无线网状网络101的快速加入的说明性方法300的流程图。相同的方法300也可以用于ap105到网络101的快速加入。该方法包括用于基于在节点103中接收到的参数值和由节点103存储的预定信息有效地确定无线网状网络的通信时间表的步骤。
用于快速加入节点103到无线网状网络101的方法300在步骤301中开始，其中节点103从网络管理器107接收包括一个或多个参数值的数据包，所述数据包包括用于确定网络通信时间表的一个或多个参数值。数据包通常是由网络管理器107通过其相关接入点(ap)105发送的网络广告。数据包可以通过网络管理器的ap105和节点103之间的直接无线通信来接收，或者通过经由形成无线网状网络101的一部分的一个或多个其他节点103和/或ap(一个或多个)105中继的间接无线通信来接收。网络广告通常包括用于唯一地识别网状无线网络101的定时信息的网络标识符(网络id)，使寻求加入网络的节点能够同步到网络时间参考和参数值。如果在步骤301中接收的数据包是网络广告，则网络节点103可以使用数据包中包括的定时信息将其自身与网络时间参考同步。
响应于接收到数据包，网络节点103在步骤303中根据接收到的参数值确定无线网状网络101的调整的通信时间表。调整的通信时间表额外地基于无线网络节点存储的预定通信时间表来确定。
在一些例子中，预定的通信时间表可以采用存储在网络节点103中的算法的形式，并将接收到的参数值作为输入。在这样的例子中，网络节点103在步骤303中执行该算法，从而计算无线网状网络101的调整的通信时间表，作为该算法的输出。在这样的例子中，当不同的参数值被提供作为输入时，该算法输出不同的调整的通信时间表。
在一些例子中，预定的通信时间表可以采取存储在节点103的存储器中的一个或多个通信时间表的形式。在这样的例子中，在步骤303中对通信时间表的调整可以涉及改变一个或多个预定的通信时间表的通信信道-时隙对，以提供调整的通信时间表。例如，预定的通信时间表中只有部分通信信道-时隙对可能会发生变化，而其他通信信道-时隙对可能保持不变。一个或多个通信信道-时隙对可以基于在步骤301中接收的一个或多个参数值而被确定性地识别，并且可以基于在步骤301中接收的一个或多个参数值以确定性方式改变。通过这种方式，可以使得接收相同的一个或多个参数值的所有节点103或ap105以相同的方式调整预定的通信时间表，如以在所有节点103和ap105中获得相同的调整的通信时间表。
一旦确定了调整后的网络时间表，网络节点103就根据所确定的通信时间表在步骤305中继续在无线网状网络101上传送数据包。具体地，无线网状网络101在调整的通信时间表中在通信信道上以及与无线网络节点103关联的时隙期间发送数据包。
虽然方法300的前述描述集中在无线网状网络101的一个网络节点103的功能上，但方法300在无线网状网络101的所有网络节点103和/或所有寻求加入无线网状网络101的网络节点103中执行。例如，接收步骤301的数据包的所有网络节点103都可以执行该方法，例如在无线网状网101的通信范围内的所有网络节点103(例如，当前加入到无线网状网络101的节点103或ap105的通信范围内的所有网络节点103)。
由于方法300在无线网状网络101的各个网络节点103(和/或ap105)中执行，因此在每个节点103和ap105中确定的调整的通信时间表优选彼此兼容。具体地说，调整的通信时间表最好不会引起彼此之间的冲突，例如通过向同一通信信道-时隙对分配给无线网状网络101的两个不同节点。为了避免这样的冲突，无线通信网络101的所有网络节点103通常基于接收到的参数值来确定相同的通信时间表。为此，所有网络节点103通常存储相同的预定的通信时间表，例如用于为无线网状网络101确定通信时间表的相同算法。这样，并且因为所有无线网状网络101中的网络节点103从网络管理器107接收相同的参数值，所有节点103可以确定并使用相同的调整后的网络调度。
用于确定调整的网络时间表的参数可以包括以下一项或多项：
随机数或种子；
表征无线网状网络101的参数，例如网络中预期的节点、ap或设备的数量(例如，最大数量)；
用于在网络中使用的通信时间表或算法的索引，诸如用于从多个预定的通信时间表或由网络的节点103和ap105存储的算法中进行选择的索引；
当前时间以网络的绝对时隙号表示；和/或
不包括在用于网络的网络通信时间表中的通信信道黑名单。
在确定网络调度所使用的参数包括随机数或种子的情况下，网络中的所有节点103从网络管理器107接收相同的随机数或种子，以确定或计算网络通信时间表。具体地说，一个网络管理器107产生随机种子(例如，从adc的低位上的高熵噪声)，并且管理器107初始化其ap105以发送包含随机种子的网络通告。这样，所有节点都会收到相同的随机种子，并确定相同的调整的通信时间表。
前面对步骤301-305的描述集中在加入无线网状网络101的网络节点103或ap105的使用情况。步骤301-305可以附加地或可选地用于在网络运行期间对网络的通信时间表进行调整，使得已经加入到网络101的所有网络节点103和ap105根据调整后的网络通信时间表开始操作。在这种情况下，网络管理器107可以在步骤301中以网络广告、发送到所有节点和ap等的广播数据包的形式发送包括一个或多个参数值的通信。接下来，在步骤303中，所有节点103和ap105可以确定调整的通信时间表，并且可以根据先前的通信时间表从操作转换到在适当的时间根据调整的时间表开始操作(例如，在下一个时隙帧的开始)。
方法300使得无线节点103能够确定无线网状网络101的调整的通信时间表(例如，步骤303)并且根据确定的通信时间表继续发送数据包(例如，步骤305)。然而，在一些例子中，无线节点103可能不知道其对应于调整的通信时间表的哪个节点，因此可能不知道通信时间表的哪个通信信道-时隙对被分配给它。在这种情况下，无线节点103可以继续图4的方法400。
图4是示出用于使网络节点103或ap105能够确定其对应于通信时间表的哪个节点/ap的说明性方法400的流程图。方法400可以由已经为无线网状网络101(例如，已经完成方法300的步骤303的节点103)确定了调整的通信时间表的节点103执行。
方法400从步骤401开始，其中节点103在调整的通信时间表中选择与多个不同无线网络节点相关联的多个通信信道-时隙对。例如，可以随机选择通信信道-时隙对，例如包括通信信道-时隙对从通信时间表中的所有节点中分配给不同节点的随机选择。
多个通信信道-时隙对被选择为包括分配给多个不同节点的对，使得节点103在选择对上传输的数据包不会持久地冲突或干扰来自已加入网络的同一其他节点103的传输。此外，可以有利地随机地选择多个通信信道-时隙对，使得不同的加入节点选择通信信道-时隙对的不同随机混合，从而降低来自网络101中两个加入节点的传输之间的持续冲突或干扰的可能性。
一旦做出选择，节点103就在步骤403中使用选择的通信信道-时隙对发送数据包。例如，节点可以在选择的通信信道-时隙对之一期间将单个连接数据包发送到无线网状网络101的网络管理器107，并且可以继续在所选择的通信信道-时隙对的后续选择期间重传该连接数据包，直到从网络管理器107接收到响应为止。
在步骤405中，节点103从网络管理器107接收包括该节点的唯一标识符的通信。响应于在步骤403中发送的加入数据包可以接收通信，并且可以采取管理器107发送的包括用于节点103的正确节点标识(例如，标识符节点id)的单个数据包的形式。通信还可以包括安全密钥，例如加密和/或解密密钥、用于节点103的用于加密和/或解密在无线网状网络101上发送或从无线网状网络101接收的数据包。安全密钥还可以包括节点103的安全计数器值。
一旦节点103被告知其唯一标识符，节点103可以使用网络通信时间表中关联的通信信道-时隙对与节点的唯一标识符传送所有未来的数据包(步骤407，并且可能包括步骤305)。因此，根据方法400，即使在节点103不知道其对应哪个通信时间表的节点的情况下，节点103也可以使用少至发送到管理器107(例如，在步骤403中)的单个数据包和从管理器107接收的单个数据包(例如，在步骤405中)来确定其正确的节点标识(例如，节点id)。
尽管方法400已经集中于节点103不知道其对应通信时间表的哪个节点的情况，但节点103可以替代地将其身份存储在非暂时性存储器中。在这种情况下，在完成步骤303之后，节点103可以在通信信道-时隙对分配期间立即开始发送数据包。在又一示例中，不知道对应于通信时间表的哪个节点的节点103可以使用通信信道-时隙对传输步骤403的单个连接数据包(例如，网络连接数据包)到网络管理器107，该通信信道-时隙对被分配给网络通信时间表中加入请求数据包的通信。在这样的例子中，处理然后可以进行到如上所述的步骤405和407。
尽管方法300和400已经描述了将网络节点103用于快速加入到无线网状网络101中的方法，但是这些方法可以相同地应用于快速加入无线网状网络101的接入点(ap)105。因此，，在方法300和400的以上描述中对节点103的引用应当被理解为适用于ap105。此外，对网络设备的引用应该被理解为指的是网络节点(一个或多个)103和/或ap105。
前述方法已经描述了在无线网状网络101的节点103和ap105中执行的操作。结合这些方法，图5的以下方法500可以由无线网状网络101的网络管理器107执行。
图5是示出在网络管理器107中执行的用于使网络节点103或ap105能够参与快速加入到无线网状网络101的说明性方法500的流程图。方法500包括用于将节点103或ap105加入到无线网状网络101并触发节点103或ap105的快速加入的步骤。
方法500开始于步骤501，其中网络管理器107为无线网状网络101建立唯一标识符(例如，网络id)。管理器107进一步为网络建立通信时间表，例如将通信信道-时隙分配给不同的网络节点的通信时间表。通信信道可以对应于分配给网络101中的通信的频带。通信时间表通常包括对应于时隙和通信信道的组合的至少一个网络加入时间间隔，在该期间网络加入消息可以由寻求加入网络的节点传送。
作为确定网络的通信时间表的一部分，网络管理器107可以确定建立的无线网状网络101是否具有已知或预定的物理拓扑，或者确定建立的无线网状网络101是否与网络节点103和彼此具有未知位置关系的ap一起形成。如果基于已知或预定的物理拓扑来建立网络101，则网络管理器107可以进一步确定网络的链路拓扑，并且为链路拓扑确定适当的通信时间表。特别适当的通信时间表可以从以下选项中选择一个或多个参数值来确定：
表征无线网状网络101的参数，例如网络中预期的节点、ap或设备的数量(例如，最大数量)
用于在网络中使用的通信时间表或算法的索引，诸如用于从多个预定的通信时间表或由网络的节点103和ap105存储的算法中进行选择的索引；和/或
当前时间以网络的绝对插槽编号表示。
网络管理器107确定用于生成网络通信时间表的其他参数值，例如随机数或种子，和/或确定用于网络的网络通信时间表中不包含的通信信道黑名单(例如，已知具有低可靠性的频道列表)。
一旦选择了用于生成网络通信时间表的参数值，网络管理器107就基于确定的参数值为无线网状网络101确定调整的通信时间表。调整的通信时间表额外地基于无线网络节点存储的预定通信时间表，诸如网络管理器107中存储的算法并且将接收到的参数值作为输入来确定。
在步骤503中，网络管理器107通过其关联的接入点(ap)105发送网络通告。网络通告通常包括网络标识符(例如网络id)、使寻求加入网络的节点能够同步到网络时间基准的定时信息、以及无线网络节点用于加入网状网络的一个或多个参数值。网络广告通过网络管理器的ap105无线传输到位于ap105的通信范围内的任何节点103，并且已经由加入到网络101的任何节点103通过无线网状网络101进行中继。
步骤503中的网络公告的传输可以触发方法300和可选的方法400在已经接收广告的一个或多个节点103或ap105中执行。作为执行这些方法的一部分，节点103或ap可以传送可以由管理器107的ap105直接无线地接收的网络加入请求数据包(例如，步骤403)，或者可以通过无线网状网络101传播到管理器107。
网络节点103发送的网络加入请求通过无线网状网络101传播，直到它到达ap105和网络管理器107。网络管理器107在步骤505通过其ap105接收网络加入请求，并继续在步骤507中认证该节点。
作为寻求加入无线网络的网络节点103的认证的一部分，网络管理器107可从接收到的加入请求中检索节点103的标识符，并确定所标识的节点是否被授权在无线网状网络101上进行通信。如果加入网络节点103的认证成功，则操作进行到步骤509。
在步骤509中，网络管理器107将节点103加入网络。部分加入过程可以包括例如通过确定加入节点103的节点标识符(例如，节点id)来识别加入节点103对应于包括在网络通信时间表中的节点之中的哪个节点。可选地，在步骤509中，网络管理器107生成并存储用于加入节点103的认证数据，例如一组加密/解密会话密钥(例如，用于加入节点103的单播会话密钥)，以用于与加入节点103的所有后续通信。网络管理器107可以进一步发起(或重置)用于在与加入节点103的后续通信中用于认证和安全目的的计数器，诸如用于防止重放攻击的计数器。
一旦节点103已经加入到网络中，网络管理器107就在步骤511继续向加入的网络节点103发送加入响应数据包。加入响应数据包通过ap105和无线网状网络101传送给加入的网络节点103。加入响应数据包包括加入节点103的网络标识符(例如，网络id)。加入响应数据包可以另外包括加入网络节点103的认证数据，包括加密和/或解密会话密钥。
在无线网状网络101的进一步操作中，无线网状网络101的网络节点103和ap根据在每个网络节点103和ap105中确定的通信时间表基于网络管理器107通信的参数值交换数据包。具体地，当节点103或ap105具有要发送的数据包时，节点103或ap105可以等待直到通信时间表的下一个时隙，在该时间期间节点103或ap105被分配通信链路。当达到指定的时隙时，节点103或ap105随后可以在与网络通信时间表中的时隙关联的通信信道上发送数据包。
在这里讨论的说明性wbms示例中，用于确定网络的通信时间表的一个参数可以是随机数或种子。在一个示例中，用作参数值的随机数或种子可以固定由各个节点103使用的时隙，从而通过改变每个链路的信道偏移来获得调度中的随机性。在图2a和2b的帧中，例如，说明性通信时间表仅使用偶数信道偏移，并且每时隙最多使用三个使用的单元。通信时间表计算算法可以在每个时隙为第一个使用的信道选取一个随机的偶数信道偏移量，然后加两个得到第二个使用信道，另外两个得到第三个使用信道。所有的加法都是模块化的(例如，模数通道的总数，例如模11)。
前面的描述已经描述了由无线网状网络101的各种节点103、ap105和管理器107执行的功能。下面详细描述的图6、7和8示出了节点103、ap105和网络管理器107，其可以用于实现和执行上述功能。
图6示出了图1的网络系统100中使用的说明性节点103的高级功能框图。节点103包括提供处理能力的处理器603(例如，微处理器)和存储器605。存储器605存储用于控制节点103的操作的应用程序和指令，并且处理器603被配置为执行存储器605中存储的应用程序和指令。具体地，通过执行存储器605中存储的应用程序，处理器603可以使节点103执行诸如在本公开中描述的那些功能的功能，包括用于基于从网络管理器接收的参数值来确定通信时间表的功能。
另外，节点103可以包括产生感测或测量数据的传感器609，其被提供给处理器603和/或存储在存储器605中。节点103可以附加地或可选地包括致动器(例如，马达、阀等)或由处理器603控制的其他操作输出(例如，显示器)。节点103还包括收发器601，其使得能够通过网络(例如，无线网状网络)与其他节点103或ap105进行通信。如图6所示，收发器601为无线收发器601，与天线相连，用于无线通信；其他实施方案中，收发器601可以是有线收发器。节点103的各种组件彼此通信连接(例如，经由总线或其他通信线路)。
如上面详细描述的，节点103在存储器605中存储预定的通信时间表，该预定的通信时间表可以采用用于基于接收到的参数值确定通信时间表的算法的形式。节点103的处理器603可以执行基于预定的通信时间表的处理，例如通过执行所存储的算法并将接收到的参数值作为输入提供给算法，以确定通信时间表。进而，处理器603可以使节点根据所确定的通信时间表通过无线网状网络101进行通信。上面详细描述了与节点操作相关的其他功能，例如关于方法300、400和500。
图7示出了图1的网络系统100中使用的说明性ap105的高级功能框图。ap105包括基本上类似于节点103的组件的部件，包括网状网络收发器701、处理器705(例如，微处理器)和存储器707。ap105的这些组件基本上类似于节点103的对应组件，以及可以参考节点103的描述以获得关于组件及其功能的详细信息。例如，存储器707可以存储应用程序，所述应用程序当由处理器705执行时，促使ap105执行诸如本公开中描述的那些功能的功能，包括用于基于从网络管理器接收的参数值来确定通信时间表的功能。类似于节点103，ap105可选地包括由处理器705控制的传感器、致动器或其他操作输出。
如上面详细描述的，ap105在存储器707中存储预定的通信时间表，该预定的通信时间表可以采取用于基于接收到的参数值来确定通信时间表的算法的形式。ap105的处理器705可以执行基于预定的通信时间表的处理，诸如通过执行所存储的算法并将从网络管理器107接收的参数值作为输入提供给算法，以确定通信时间表。进而，处理器705可以根据所确定的通信时间表使ap通过无线网状网络101进行通信。上面详细描述了与ap操作相关的其他功能，例如关于方法300、400和500。
另外，ap105可以包括双通信接口：被配置为与网络101的节点103进行通信的第一通信接口(例如，网状网络收发器701)以及第二通信接口703(例如，wan收发器)，第二通信接口703被配置为在网状网络之外进行通信，例如与网络管理器107或与应用109和/或通信网络111通信(例如，经由网络管理器107)。在我们的示例中，网状网络收发器701可以是无线收发器，而第二通信接口703可以是直接与网络管理器107配置用于有线通信的收发器(例如，与以太网标准兼容的收发器)，或者经由一个或多个网络间接配置。虽然图7中示出了两个通信接口，但是一些实施例可以包括执行两种通信功能的单个收发器，而在其他实施例中，与网络管理器107的通信可以经由直接有线链路。
图8示出了图1的网络系统100中使用的说明性网络管理器107的高级功能框图。网络管理器107控制网状网络的操作，并且充当网络与外部之间的接口(例如，作为无线网状网络101和外部网络111、外部应用109等之间的接口)。具体而言，网状网络与外部应用109或外部网络111之间的所有通信可以流过网络管理器107，或者由网络管理器107控制。
网络管理器107在图1中被示出为与ap105分开的实体，并且与任何ap105在物理上分开。在这样的实施例中，网络管理器107和ap105是分离的实体并且可以通过通信电缆(如图所示)、一个或多个有线或无线网络和/或一个或多个无线通信链路可通信地连接。在其他实施方案中，网络管理器107可以与一个ap105共处一处，例如在相同的装置外壳内。在这样的实施例中，网络管理器107和ap105可以具有不同的处理器，可以安装在不同的电路板上，并且可以通过电路板之间的导线迹线通信地连接。在另一实施方案中，网络管理器107可以在与ap105相同的处理器上执行。
网络管理器107包括提供处理能力的处理器803(例如，微处理器)和存储器805。存储器805存储用于控制网络管理器107的操作的应用程序和指令，并且处理器803被配置为执行存储器805中存储的应用程序和指令并控制管理器107的操作。特别地，通过执行存储在存储器805中的应用程序，处理器803可以使网络管理器107执行诸如在本公开中描述的那些功能。
如上面详细描述的，网络管理器107在存储器805中保存预定的通信时间表，其可以采取用于基于接收到的参数值确定通信时间表的算法的形式。网络管理器107的处理器803可以执行处理以确定在建立网络通信时间表时要使用的适当的参数和对应的参数值。处理器803可以进一步基于存储在存储器中的预定的通信时间表执行处理，诸如通过执行所存储的算法并且提供所确定的参数值作为算法的输入以确定通信时间表。进而，处理器803可以使与管理器107相关联的ap105在包括所确定的参数值的无线网状网络101上传输网络广告。上面详细描述了与网络管理器操作相关的其他功能，例如关于方法500以及方法300和400。
另外，网络管理器107包括通信接口801，例如用于通过网络111进行通信的收发器。虽然图8中示出了单个通信接口801，但网络管理器107可以包括多个收发器，例如在网络管理器107使用不同的通信标准或协议进行通信的情况下，或使用不同的网络或通信链路与其关联的ap105、应用109和/或网络111或服务器通信的情况。例如，可以包括专用通信接口(例如，专用端口)用于与网状网络101的ap105进行通信。如图8所示，通信接口801可以是连接到网络111的有线收发器；在其他实施方案中，网络管理器107包括一个或多个连接到天线并被配置用于无线通信的无线收发器。
网络管理器107的各种组件彼此通信连接(例如，经由总线或其他通信线路)，并且电连接到电源以接收操作功率。
网络管理器107提供对网状网络的监控，并且可以控制网络的操作。例如，网络管理器107将节点加入到网络中，设置网络时间和/或设置网络通信时间表，并且基于存储在存储器805中并在处理器803上执行的程序指令执行其他网络管理。另外，作为加入节点和ap到网络的一部分，网络管理器107可以从节点103和ap105接收识别信息，并且可以基于识别信息来认证节点和ap。在一些例子中，通过向认证服务器发送标识信息并从服务器获得认证确认或认证拒绝，与认证服务器协同执行认证。在其他示例中，认证由网络管理器107基于标识信息在本地执行。此外，在网络操作期间，网络管理器可在通过无线网状网络101发送数据包之前对数据包进行加密，和/或在将它们中继到主机应用程序109和/或外部网络111之前，对通过无线网状网络101接收到的数据包进行解密。
根据以上描述，当无线网络设备(例如，新节点103或ap105)引导(或重启)时，设备监听网络广告。在听到网络广告包括固定拓扑实现中使用的一个或多个参数值时，设备可以立即计算通信时间表，而不是等待一组握手数据包来建立网络拓扑和通信时间表。如果加入设备知道其节点id，则其可以使用适当的网络通信时间表立即开始网络操作(例如发送数据包)。否则，加入设备可以等待，直到收到包括节点id的网络加入响应，以在网络通信时间表中分配给节点id的通信信道-时隙对期间开始发送数据包。
在这里讨论的说明性wbms用例中，所有节点103连接到图1b中的两个ap105，并且所有节点103具有相同的带宽要求。在更一般的情况下，可以建立链路拓扑以提供不同的连接并且向不同的节点103提供不同数量的传输链路以满足其数据发布要求。如果该信息是先验已知的，则可以创建类似于wbms调度的适当网络通信时间表并将其存储到网络中的所有节点103和ap105中。例如，不是直接向图1b的接入点105、ap1和ap2发送的第一节点“a”，第一节点可以改为向具有五个链路的第二节点'b'发射并且向具有五个链路的第三节点'c'发射，并且第二和第三节点随后可以向具有二十个链路的两个ap发射。在任何这些情况下，节点103和ap105网络的连通性优选地是众所周知的。事实上，在这样的例子中，如果第一节点在第二和第三节点的范围之外，它可能不能够通过无线网状网络101'加入或通信。
如果设备(例如，节点103和ap105)要支持几个可能的连接模式，但是直到部署才知道，则针对每个模式的一个算法可以针对所有设备上的每个模式被预先编程。在运行时，管理器107可以被告知要广告哪个算法索引。同样，可以使用不同的算法索引为网络中的所有节点分配不同数量的同质带宽。
在一个wbms的例子中，随机种子可以用来随机化通道偏移量，但不是时隙。通常，算法可以使用随机种子来随时除去时隙分配，或者替代通道偏移。
虽然为了说明的目的，前述内容已经集中于特定的wbms示例，但是本文中所描述的概念可以更一般地用于进一步的示例中，以基于网络管理器传输的网络广告类型在常规设备操作和快速加入/固定拓扑操作之间切换，并通过加入设备接收。另外地或可选地，用于创建新时间表的算法可以通过空中供应(otap)过程被传输到网络中的设备。设备可以接收并存储通过otap过程接收到的新调度算法，以用于将来的快速加入操作。使用这样的过程，整个网络可以在未来一次切换到不同的确定性时间表，例如，克服测量的干扰。对于多跳网络，节点可以将算法调度分配给通过它们加入的子节点，而不是一直到达网络管理器。
对于较小的网络，网络通告可以包含每个节点的mac地址到节点id的映射，因此它可以立即知道它的调度，其中每个节点的mac地址是八个字节，因此可能需要使用压缩才能在内存有限的设备上实现。
上面详细描述的系统和方法使得能够快速加入具有众所周知的连接性的网络中的节点。这些方法利用网络广告结构在一组确定性时间表内随机化网络通信时间表。另外，可以使用单个下游(管理器-节点)数据包来执行节点到网络的连接，使得可以在不使用之前用于提供用于在特定管理器和节点之间加入握手数据包的专用管道的下游传输会话的情况下执行加入。由于不需要下游传输会话，因此可以使用多个独立管理器进行连接，从而提供冗余并降低带宽限制。
除非另有说明，否则本说明书(包括在随后的权利要求书中)中提出的所有测量值、值、等级、位置、量值、尺寸和其他规格都是近似的，而不是精确的。它们旨在具有合理的范围，该范围与它们所涉及的功能以及它们所属领域的惯例相一致。
保护范围仅限于现在所遵循的权利要求。当根据本说明书和随后的起诉历史进行解释并且涵盖所有结构和功能等同物时，该范围意图并且应该被解释为与在权利要求中使用的语言的普通含义一致的范围。尽管如此，没有一项权利要求旨在涵盖不符合专利法第101、102或103条要求的主题，也不应该以这种方式解释。在此放弃任何意外的此类主题。
除上文所述之外，任何陈述或说明的内容都不打算或应被解释为致力于任何组件、步骤、特征、对象、利益、优势或与公众等同的内容，而不管它是否在权利要求中列举。
应该理解，这里使用的术语和表达具有与这些术语和表达相对于它们相应的各自的查询和研究领域一致的普通含义，除非在此另外阐述了特定的含义。诸如第一和第二等的关系术语可以仅用于区分一个实体或动作与另一个实体或动作，而不必要求或暗示这些实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包括”、“包含”或其任何其他变型旨在覆盖非排他性包含，使得包括元素列表的过程、方法、物品或设备不仅包括那些元素，而是可以包括没有明确列出或者这样的过程、方法、物品或装置固有的其他要素。在没有进一步限制的情况下，由“一”或“一个”开头的元素不排除在包括该元素的过程、方法、物品或装置中存在另外的相同元素。
提供了披露摘要以允许读者快速确定技术公开的性质。提交时的理解是，它不会被用来解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在前面的详细描述中，可以看出，出于简化本公开的目的，各种特征在各种实施例中被组合在一起。本公开的方法不应被解释为反映所要求保护的实施例需要比每个权利要求中明确记载的更多特征的意图。而是，如以下权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求在此被并入到具体实施方式中，其中每个权利要求本身作为单独要求保护的主题。
尽管前文已经描述了被认为是最佳模式和/或其他示例的内容，但是应该理解，可以在其中进行各种修改，并且本文公开的主题可以以各种形式和示例来实现，并且可以教导应用于许多应用中，这里仅描述了其中的一些。所附权利要求旨在要求落入本教导的真实范围内的任何和所有应用、修改和变化。