[發明專利]窄頻帶無線網絡中具有網格劃分能力的網絡協議方法

在審

• 申請號: 202010108088.4
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN112217662A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 湯瑪士關
• 申請（專利權）人: 關秉輝
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 侯奇慧

本發明公開了一種窄頻帶無線數據網絡的形成方法以及一種設置與操作窄頻帶無線數據網絡的方法，其中，窄頻帶無線數據網絡包括中央供應服務器，中央供應服務器用于向網絡提供指令和控制數據，以保留網絡的網格樹狀結構，以及管理和保留所有傳感器數據和新連接請求。網關裝置連接到中央供應服務器，以通過第一和第二無線電接收器/傳送器與網絡進行通訊，無線電接收器或發射器用于在至少一個頻率信道上發送和接收數據。為了收集傳感器數據，多個裝置節點控制相關的傳感器裝置，并與其進行通訊，使裝置節點理解并執行從網關裝置或網絡上尋址到各個裝置節點的其他裝置節點所發送的指令。這些指令在沒有確認的情況下執行。

技術領域

本發明關于一種網絡架構，特別關于配置遞歸式網格樹狀網絡，甚至關于一種能夠自動配置遞歸式網格樹狀網絡的通訊協議。

背景技術

傳感器網絡為元件所構成的互連網絡，其能感測或測量實體世界中所發生的事件。這些元件提供的傳感器包括電場和磁場傳感器、調頻傳感器、光學傳感器、光電傳感器、紅外線傳感器、雷達、激光、位置/導航傳感器、地震和壓力波傳感器、環境參數傳感器(例如風、濕度、熱)，以及國家安全導向的生化傳感器。檢測到的現象被數字化并保留在電子儲存器中，然后根據指令通過無線網絡傳輸到中央處理系統。

傳感器元件是低成本、低功耗、不受限制的多功能節點，其連接到中央匯聚節點(central sink node)。有些網絡是蜂巢技術，例如窄頻帶物聯網(NB-loT)和遠程廣域網(LoRa/LoRaWAN)，以及低功耗廣域網(LPWAN)，例如法國的Labège的Sigfox構建的技術。蜂巢技術沒有所需的網格劃分能力，無法將覆蓋范圍擴展到基地臺范圍之外。蜂巢技術在將安全功能客制化到其通訊中也有限制。

其他網絡是基于互聯網協議的組織，例如無線智能公用網絡(Wi-SUN)，低速率無線個人局域網(LR-WPAN)和紫蜂(Zigbee)，它們是低成本與低功耗的雙向無線通信標準。ZigBee標準是用于實現“物聯網”的無線個人局域網(WPAN)中通訊的規范，該規范于2012年9月7日作為ZigBee規范的文件053474r20發布，即ZigBee Alliance，Inc.San Ramon，CA94583。諸如ZigBee的網絡具有堆棧體系結構，其中的兩個堆棧(媒體訪問控制和物理層)符合IEEE 802.15.4技術標準(IEEE標準802.15.4TM-2011，IEEE，紐約，10016-5997，美國，2011年9月5日)。

這些網絡結構具有網格劃分功能，但是與它們的蜂窩無線電對等裝置相比，它們的無線電裝置可能無法提供最佳的覆蓋范圍。這些基于互聯網協議(IP)的技術還需要預安裝的階段過程或現場配置。對于電氣技術人員和功率計現場安裝人員而言，系統安裝過程可能會面臨挑戰。

圖1A是于Zigbee標準的網絡中使用的星形結構化網絡15的示意圖。ZigBee標準提供了一個簡單的網絡層和標準應用程序配置文件(profiles)，可用于產生可互相操作的節點元件。在圖1A的配置中，星形網絡15由全功能裝置(FFD)和簡化功能裝置(RFD)所形成。可以將全功能裝置中的至少一個指定為個人局域網(PAN)協調器。PAN協調器(FFD-PC)與網關裝置10無線通信，網關裝置10又與中央計算機系統5通訊。在一些實施方式中，網關裝置10被整合在中央計算機系統5內，而在其他實施方式中，中央計算機系統5通過諸如以太網絡或互聯網協議之類的另一網絡協議遠程連接至網關裝置10。

圖1B是于Zigbee標準的網絡中使用的端點對端點(peer-to-peer)結構化網絡30的示意圖。在端點對端點(peer-to-peer)結構化網絡30中，每個FFD與其他FFD無線通信。FFD的其中之一被指定為FFD-PC，并且與網關裝置25通訊。如上所述，網關裝置25與中央計算機系統20進行通訊。因為不允許RFD與其他FFD通訊，所以任何RFD都可作為葉片裝置連接到其中的一FFD。