[發明專利]建立無線多跳網絡的方法

有效

• 申請號: 200980120701.6
• 申請日: 2009-05-27
• 公開（公告）號: CN102057731A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: B·埃爾德曼;A·M·M·萊爾肯斯
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: H04W48/20
• 分類號: H04W48/20;H04W84/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李舒;劉鵬

發明領域

本發明描述建立包括在設備布置(device?arrangement)中的多個設備的無線多跳網絡--優選地是網狀網絡，尤其是ZigBee型網絡--的方法。本發明還描述包括用于連接無線多跳網絡的網絡接口的設備。

發明背景

在商業(商務的、工業的、社會公共機構的)以及還有消費者市場中，對于各種設備布置的自動控制，無線網的使用正變得越來越廣泛。例子是例如用于照明、供暖與通風、安全等等的大樓自動化系統，包括諸如燈鎮流器、開關、調光器或其它控制單元、日光/占用傳感器(occupancy?sensor)、致動器、計量器等等那樣的設備。無線控制的使用使得自動化設備獨立于作為控制媒介的主電源，因為設備的控制不再依賴于電源線和電源插座，因此允許設備放置的自由度，并且至少是對于可以由電池供電的那些設備，諸如開關和傳感器而言，允許更大的設備便攜性。這樣的無線個人網(WPAN)的典型例子是ZigBee(IEEE?802.15.4)、藍牙、HomeRF或Wi-Fi網絡。

在許多情形下，在設備之間的空中接口的發射范圍小于網絡的尺度，并且對于應用級別連接，第一設備可能必須經由若干第三設備建立到第二設備的網絡路徑(在下面也稱為“路由”)，該第三設備把消息從第一設備傳遞到第二設備。這樣的網絡--其中在應用級別上，發送設備通過使用作為中間站的其它設備而傳送消息到接收設備--被稱為“多跳”網絡。由此，在發送設備與接收設備之間的網絡路徑可以按照相關的網絡標準的規則以自組織的方式被建立。對于它，使用了物理連接和邏輯連接，物理連接即設備直接處在相互的無線電范圍中的事實，特別是在網狀網絡中；而邏輯連接即在節點之間的特殊關系，特別是在基于樹的拓撲中。在設備之間的物理連接和邏輯連接可以在初始化過程中，例如當設備加入網絡時被建立。在另一個例子中，網絡路徑可以在需要它時以ad-hoc方式被建立，特別是當先前的網絡路徑例如由于路徑上的中間設備的故障而被破壞時。

當前，ZigBee是僅有的標準低功率、低覆蓋區(low-footprint)WPAN技術，它在很大程度上允許自組織。ZigBee提供兩種建立網絡拓撲的方式：‘DirectJoin(直接加入)’和自由關聯，由此在這兩種情形下可以建立樹結構，這對于較小的網絡是優選的配置，或者可以建立隨機結構，這對于較大的網絡可以是有利的解決方案。新設備通過其來加入的設備被稱為該加入設備(‘子設備’)的‘母設備(parent?device)’。

DirectJoin方法需要用戶為網絡中的所有設備預先定義母子關系。除了給用戶增加較大負擔以外(特別是在具有幾千節點的大網絡中)，這還需要專家工具來測量無線電范圍和/或關于無線傳播的專家知識，以及當必須對網絡作出更改或適配時，這還與高維護努力相關聯。這在不穩定的、易受多徑影響的無線環境下是不合需要的。

自由關聯過程允許打算加入網絡的探尋設備(seeking?device)(或者是完全新的設備，或者是以前在網絡中的設備)按照預定義的準則選擇母節點。在ZigBee標準中，功能減少的ZigBee終端設備(在下面也稱為‘ZED’)和ZigBee路由器(在下面也稱為‘ZR’)都試圖選擇這樣的路由器作為母設備，即：對于該路由器以下所有條件均成立：

1.路由器屬于由特定的網絡標識符(在ZigBee標準中是‘ExtendedPANId參數’或‘EPID’)標識的網絡；

2.路由器對于有正確設備類型(ZigBee路由器或ZigBee終端設備)的加入請求和告知能力是開放的；

3.宣告的‘更新id’是最近的；

4.對于從這個設備接收的幀的鏈路質量是使得產生至多3的鏈路成本。[ZigBee-2007，053474r17，sec.3.6.1.4.1.1，p.352，1.1ff]，

由此，鏈路成本被計算為：