用于网状型网络的委托信道切换的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多信道网状型网络的领域，其可以用于例如照明控制、家庭自动化、患者监控、智能建筑物控制或传感器联网应用，并且其包括用作通信的中继节点的多个网络节点。
【背景技术】
[0002]使用某种形式的无线通信进行通信的设备数目在多个应用领域中快速增加，诸如在照明控制、建筑物或城市管理、高速因特网访问、安全和监视、家庭自动化和工业监控和控制系统中。作为无线联网技术的广泛采用的结果，不同系统之间的干扰日益变为影响这样的联网系统的操作性能的因素。由于许多系统将使用非授权的工业、科学和医学(ISM)频带，比如次1-GHz频带和2.4GHz ISM频带，这尤其如此。例如，在后一种频带中，存在用于不同应用情景的多个系统，例如WiF1、蓝牙和Zigbee。
[0003]用于医学或照明监控和控制应用的系统应当是鲁棒的，并且因此包括干扰敏捷性机制，其可以处置某些水平的干扰。然而，使用无线电通信的系统的性能在无线电干扰存在的情况下可能降级或受阻碍。干扰可能由任何电气设备引起，该电气设备发射具有充足功率的无线电波并且使用近似等于受影响的系统所使用的操作频率的频率。
[0004]随着越来越多数目的设备共享相同频带，应对无线电干扰的问题变得比以前任何时候要更加重要。无线电干扰具有使正在无线通信的任何系统的网络性能严重降级的潜力。这使得发展可以帮助缓解干扰问题的技术至关重要。
[0005]在多信道系统(例如Zigbee和其它基于802.15.4的系统，其具有2.4GHz ISM频带中的16个信道以及次GHz频带中的4-10个频带)中，解决干扰问题的可能解决方案是将系统的工作频率移动到干净的信道。这在单跳网络应用中，例如无线鼠标中，是相对简单的。对等设备之间的简单同步足以确保成功的信道切换。
[0006]在多跳网状拓扑结构中，所有节点用作端到端路由功能的潜在中继(中间)节点。作为任何两个节点之间的路由中的冗余以及自组织本性的结果，网状拓扑结构对于周围环境中的变化是鲁棒的。然而，它们也增加将联网系统切换到不同载波频率的复杂性。
[0007]最容易的方法是引入指定新信道的新系统/网络管理消息。然而，一些节点可能由于消息丢失(例如由于干扰)、节点的临时不可用性(例如因为它们未被切换到接通电源)、消息延迟等缘故没有接收到该消息(或没有及时接收到该消息)。这在网状网络中是重要问题，因为没有接收到“信道切换”消息的节点将不会在指定时间改变到所指示的信道，从而在受影响的(多个)节点处于关键路由路径上时可能导致断开的网络。
[0008]系统如何高效且有效地处置没有切换到新信道的节点(随后被称为“孤体节点”)？系统如何使所有节点(尤其是充当消息的路由器的节点)同步以便一起移动到新信道？系统可以如何保证整个系统移动到新信道？清楚的是，在网状网络环境中要解决许多问题，其涉及信道切换。否则，系统不能适当地工作并且将不会提供足够质量的服务。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种多信道网状型网络，其能够平稳且可靠地将整个网状型网络切换到新信道并且降低干扰的影响。
[0010]该目的通过如权利要求1中所要求保护的控制器设备、通过如权利要求10和11中所要求保护的网络设备、通过如权利要求13和14中所要求保护的方法以及通过如权利要求15中所要求保护的计算机程序产品来实现。
[0011]如以上独立的设备和方法权利要求中所限定的所有解决方案涉及在网状型网络中交互以实现上述目的的相互关联的产品。
[0012]相应地，主信道切换命令被传送到网络节点，并且基于所接收的针对主信道切换命令的响应而选择一个或多个委托节点，例如(多个)孤体节点的(多个)相邻节点。然后，一个或多个本地信道切换命令(在本地)从所述一个或多个委托节点传送到一个或多个孤体节点，从该孤体节点尚未接收到针对第一信道切换响应的响应。因而，在其中某些节点不能够切换信道的第一次尝试的不成功信道切换的情况下，某些节点被选择并指派为委托节点。这些委托节点然后被赋予确保尚未切换信道的孤体节点得以恢复的责任。此外，网络节点可以检查它们是否已经在预定时间段内接收到任何命令(例如信道切换命令或任何其它命令)，并且如果它们尚未在预定时间段内接收到任何命令，则可以扫描可用频带以找到所述网状型网络的操作信道。所有这些措施确保允许大规模网状网络系统平稳地改变到新信道。此外，所提出的委托节点策略降低了未使用的节点的通信业务量和处理功率。而且，它使风险最小化，因为对于该过程而言，最小数目的节点需要切换回到先前的信道。
[0013]根据第一方面，指定网络节点仍应当停留在其当前信道中的时间量的时序参数可以被添加到主信道切换命令。由此，实际信道切换可能被延迟一定的时间段以防止远距离节点由于用作从控制器设备到这些远距离节点的路由上的中继的节点的过早信道切换的缘故而断开。在第一方面的具体示例中，时序参数可以基于网状型网络的所观察到的大小和链路质量中的一个或二者来选择。
[0014]根据可以与第一方面组合的第二方面，可以在控制器设备处保持孤体节点的列表，并且孤体节点的列表可以基于针对本地信道切换命令的响应而更新。因而，向控制器设备连续地通知关于孤体节点的数目和位置的信息，并且可以相应地调适受孤体节点的数目和位置影响的路由决策或其它决策。
[0015]根据可以与第一和第二方面中的一个或两个组合的第三方面，所选委托节点可以基于先前的链路质量或者与孤体节点的地理接近度而按优先级排序。由此，可以增加委托切换过程成功的可能性。根据第三方面的具体示例，所选委托节点的优先级排序可以基于在委托节点和/或孤体节点的调试阶段期间获得的位置信息和/或基于在网络操作时从委托节点和/或孤体节点接收的数据。因而，优先级排序可以基于集中式或分散式方法。
[0016]根据可以与第一到第三方面中的至少一个组合的第四方面，孤体节点可以基于控制器设备与孤体节点之间的路由路径而按优先级排序。由此，可以以较高优先级寻址位于关键路由路径上的孤体节点以确保正确的网络操作。
[0017]根据可以与第一到第四方面中的至少一个组合的第五方面，可以创建已经从其接收到针对第一或本地信道切换命令的响应的网络节点与尚未从其接收到针对第一和本地信道切换命令的响应的孤体节点之间的距离的距离排名表格，并且可以基于距离排名表格中的排名成功地选择孤体节点和委托节点，直到控制器设备已经尝试恢复网状型网络的所有孤体节点为止。该措施确保在按优先级排序接近的节点对时对所有孤体节点进行寻址以增加节点恢复成功的可能性。
[0018]根据可以与第一到第五方面中的至少一个组合的第六方面，委托节点可以在其已经传送第一本地信道切换命令之后切换到先前的信道或默认信道，并且然后可以在先前的信道或默认信道上分别传送第二本地信道切换命令。由此，可以确保的是，信道切换命令可以到达尚未切换到当前信道或新添加到网络的这样的孤体节点。
[0019]要指出的是，控制设备和网络设备各自可以基于具有分立硬件组件、集成芯片或芯片模块的布置的分立硬件电路系统而实现，或者基于由存储在存储器中、写在计算机可读介质上或从诸如因特网之类的网络下载的软件例程或程序控制的信号处理设备或芯片而实现。
[0020]应当理解的是，权利要求1的控制器设备、权利要求10和11的网络节点、权利要求13和14的方法以及权利要求15的计算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，特别是如从属权利要求中所限定的优选实施例。
[0021]应当理解的是，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或以上实施例与相应独立权利要求的任何组合。
[0022]本发明的这些和其它方面将从以下描述的实施例显而易见并且将参照这些实施例进行阐述。
【附图说明】
[0023]在以下附图中:
图1示出无线网状照明控制网络的示意架构，
图2示出同步信道切换过程的示意处理和信令图，
图3示出根据第一实施例的委托信道切换过程的示意处理和信令图，
图4示出具有多个注册孤体节点的示意网络结构，
图5示出孤体和工作节点的示例性距离矩阵，<