冗余連接的無線傳感器連網方法

專利名稱：冗余連接的無線傳感器連網方法
技術領域：
本發明涉及無線網絡領域。更具體地，本發明涉及將傳感器節點冗余連接到基站 的方法。
背景技術：
無線通信系統被考慮用在更廣泛的應用中，包括傳感器網絡和來自第一地點的信 息被路由到基本節點的其它網絡。需要對這種系統的新的且可靠的配置。

發明內容
本發明在幾個示意實施例中提供了用于操作包括冗余通信的無線網絡的方法和 設備。一個說明性的方法實施例使用冗余連接的節點，并且提供若干尋址方法。一些這樣 的實施例包括使用成組尋址以及初級和次級冗余連接。另一個說明性的實施例利用與非冗余網絡相關聯的冗余網絡，非冗余網絡例如是 所討論的Zigbee協議網絡。一些實施例包括作為數據中繼節點操作的設備和作為數據發 送節點操作的設備，其中這些設備特別適于實現它們各自的功能。


圖1說明具有基站、若干基礎節點、和若干葉子節點的示例無線網絡；圖2示出發送數據的說明性方法；圖3示出增加新設備到網絡的說明性方法；圖4A-4F示出若干冗余通信方法；圖5說明添加新設備到網絡的方法；圖6說明用于接收和重發數據的基礎節點操作；圖7說明用于接收方法的分層過濾操作；和圖8說明在節點丟失初級通信關聯后將節點與網絡重新關聯的方法。
具體實施例方式應當參考附圖來閱讀隨后詳細的描述。這些附圖不一定是按比例的，而是描述了 說明性實施例，并且不試圖限制本發明的范圍。如這里所使用的，術語“關聯”以其更通用的意思來使用，如指明兩個或更多的設 備變為彼此知曉且采取了步驟去通過識別彼此為“關聯的”設備來建立用于彼此通信的協議。除非專門提到，術語“關聯”不限于由Zigbee或其它通信協議敘述的專門方法。圖1說明具有基站⑶、若干基礎節點⑴、和若干葉子節點(L)的示例無線網絡。如果不是所有，那么大部分的圖1中所示的通信耦合旨在指明無線通信。該網絡包括與多 個基礎節點(I節點)通信地耦合的基本節點10。一些I節點12、20、22直接與基本節點 10通信，同時其它I節點14、16、18通過多個跳發送數據以到達基本節點10。I節點通信地 耦合到多個葉子節點(L節點)。說明性實施例示出L節點冗余地連接到I節點。其它網絡，例如Zigbee協議之下 的網絡或根據IEEE802. 15. 4的另外網絡不要求冗余連接。如果圖1中所示的網絡被放置為傳感器網絡，例如，一些或所有的L節點可以是電 池供電的設備，有時被稱為能量受限的設備(E⑶)。E⑶可以具有多個模式，包括低功率睡 眠模式和蘇醒模式。在睡眠時，ECD不與其余的網絡通信。在蘇醒時，ECD能夠發送并經常 接收消息。L節點可以被定義為功能簡化的設備(RFD)，至少因為一些L節點不總是能用于以 與I節點相同的方式完全通信，并且因此可能不具有與I節點相同的用于數據跳目的的編 程級別。但是，如這里所使用的，術語RFD和全功能設備(FFD)用來指Zigbee或其它非冗 余網絡，而L節點和I節點是指為冗余網絡配置的設備。一些I節點將進一步被配置為允 許它們在與RFD通信時或在通過跳序列中繼由RFD生成的數據時作為FFD操作，并且在與 L節點通信時或在中繼由L節點生成的數據時作為I節點。另一組術語可以將葉子節點當作數據發送節點的例子，而基礎節點是數據中繼節 點。同樣，RFD可以是數據發送節點，并且FFD可以是數據中繼節點。該術語可用于指明數 據發送節點是發起數據的節點，盡管數據發送節點可以執行接收和重發尋址到其它設備的 數據的任務。數據中繼節點可以接收和重發數據，同時在期望時還發起數據。數據發送節 點還可以接收被尋址到它們的數據，例如包括確認、尋址或調度信息等。在一些實施例中，數據發送節點可以是提供從另一個網絡層對一個網絡層訪問的 節點。例如，數據發送節點可以接收在不同網絡中收集的數據并在圖1所示的網絡中發送 數據。例如在無線系統改型為具有較舊的本地傳感器網絡的現有設施的情況下，這可以是 有用的，其中數據發送節點用于將數據從舊網絡移動到新網絡。對于說明性的基本節點10，基本節點可以被給予本領域中使用的各種描述性術 語。對于這里的目的，基本節點10可以被當作一個或多個網絡的目的地節點，其中目的地 節點用作為網絡內被發送的數據的目的地。用于操作具有圖1的I節點和L節點的系統的某些方法和例子在2004年6月17日 提交的聯合待決的美國專利申請No. 10/870, 295中示出和描述，該申請的題目為WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM WITHCHANNEL HOPPING AND REDUNDANT CONNECTIVITY，以及在 2005 年1月28日提交的聯合待決的美國專利申請No. 10/905,971中示出和描述，該申請的題目 為WIRELESS ROUTING SYSTEMS AND METHODS，這些公開在此合并作為參考。例如，在這些專 利申請中討論的一些實施例中，第一和第二不重疊冗余路徑可以被定義為從葉子節點L到 基本節點10。如上所指，I節點和L節點的集合可以配置用于L節點的冗余連接。但是，如圖1 進一步所示的，可能存在既不是I節點又不是L節點的附加設備。所說明的網絡用于一種以上類型網絡的互連。更具體地，示出使用Zigbee協議技術的設備。這些包括直接與基本節 點10通信的FFD30。示出了 FFD30還與RFD32通信。此外，FFD34與I節點16以及RFD36 通信。最后，示出與I節點18通信耦合的RFD38。如圖1所示的系統的一個創新方面是在同一網絡系統提供一個以上的網絡層。例 如I節點18接收來自I節點12、16、22、若干L節點，和RFD38的通信。同樣地，I節點18 被配置為接收、識別、過濾和/或處理各種來自這些源的每一個的通信。對待來自L節點的 通信可以與來自RFD38和/或其它I節點12、16、22的通信不同。此外，如果來自FFD34的 通信從I節點16路由到I節 點18，對待該通信也可以與由I節點18從I節點16接收的其 它消息不同。圖2示出發送來自冗余連接的數據發送節點的數據的說明性方法。例如，圖2所 示的方法可以用于將來自L節點的數據中繼到冗余連接的I節點。首先，數據發送節點確 定它準備好發送數據，如在100所示。這可以包括進入“蘇醒”狀態(與睡眠模式相對)和 /或確定事件標志已經被設置用于確定數據應當被發送，例如，與感測的事件有關的事件標 記或與時間周期期滿有關的事件標記。中斷或任何其它合適的軟件或硬件特征可以用來代 替標記。一旦數據發送節點準備好發送，則下一個步驟將數據發送到冗余連接的節點，如 在102所示。在一些說明性的例子中，冗余連接的節點可以被解析成初級節點和次級節點。 對于一些例子，步驟102可以包括單數據傳輸，用于接收多個冗余連接的節點。在其它實施 例中，步驟102可以包括將數據發送到第一冗余連接的節點，并在后來，或有些時候同時在 不同的信道將數據發送到第二冗余連接的節點。在發送數據之后，數據發送節點可以等待發送的數據被確認，如在104所示。在一 些實施例中，如果沒有接收到確認，則在超時周期之后可以重發數據。該數據可由接收該數 據的節點確認，該節點接著將數據中繼到基站，如在106所示。在其它實施例中，一個以上 接收節點可以確認數據。圖3示出用于將新的設備冗余添加到網絡的說明性方法。當新的設備例如通過發 送探索“信標”、包括地址信息和設備類型信息的消息來啟動探索時該方法開始，如108所 示。接收探索信標的設備可以用指明地址信息且有時提供附加信息的信號來應答，附加信 息例如包括所接收的信號強度指示符。新的設備可接著使用響應信號來收集可到達節點的 列表，如在110所示。新的設備接著設法將其本身與來自列表的最好的可到達節點關聯，如 在112所示。這可以通過將尋址的消息發送到期望的節點來發生，如果當期望的節點接收 到消息并且是可用時，期望的節點用變為“關聯的節點”的確認來應答。例如，新的設備可 以將其本身與指明最高接收信號強度的節點關聯。接下來，如在114所示，新的設備發送收集的節點列表到關聯的節點。關聯的節點 可以接著選擇初級/次級節點組合，如在116所示。例如，關聯的節點可以與收集的節點列 表中的其它設備通信，以確定哪一個在它與新設備通信中是最便于使用的、具有最可用帶 寬、和/或具有最好信號強度或信噪比。關聯的節點可以接著指定哪個設備(其本身或其 它選擇的設備)將成為初級節點，以及哪個將是次級節點，如116所示。在一些實施例中， 并且如在118所示，關聯的節點將識別成組地址或標識符以便在組內尋址通信中使用，并 將此傳遞到其它選擇的節點以及新的設備。例如，在冗余通信中，使用成組地址或標識符允許來自新設備的單個通信由初級和次級節點接收而不引用訪問控制列表。在一個實施例中，可以從可用的成組地址集合選擇成組地址或成組ID。例如，某些 網絡方案例如留出允許大約64000個設備地址在網絡內使用的存儲器。該存儲器可以被再 次劃分以包括用于設備地址的域和用于成組地址的域。在一些實施例中，成組地址可以被再次使用，使得若干葉子節點可以使用單個成 組地址與同組的兩個I節點設備進行通信。不要求用于每個L節點的單獨組，由此網絡可 以具有更少的組，并且成組的設備可以僅僅將與發送設備地址相對應的所接收消息的一部 分復制到任何ACK中，以防止多個發送設備的數據沖突。這可以降低對成組地址空間和僅 成組地接收消息的需要。在一些實施例中，兩個以上的I節點可以作為組的一部分接收消 息。例如，L節點可以生成由三個或更多I節點接收的數據分組。圖4A-4F示出了若干冗余的通信方法。圖4A-4F中的例子引用了信道X和Y ；應當 理解，不是指代單個信道，X和Y信道例如可以是指通過信道跳躍序列橫越的信道或在CDMA 序列期間使用的多個信道。在每個例子中，信道X和/或Y的使用可以以任何適合方式與附 近節點的收聽序列協調，適當的方式包括在2004年6月17日提交的聯合待決的美國專利 申請No. 10/870, 295中敘述的一些方法，該申請的題目為WIRELESSCOMMUNICATION SYSTEM WITH CHANNEL HOPPING AND REDUNDANTCONNECTIVITY,以及在 2005 年 1 月 28 日提交的 聯合待決的美國專利申請No. 10/905,971中敘述的一些方法，該申請的題目為WIRELESS ROUTINGSYSTEMS AND METHODS，這些公開合并在此作為參考。例如，為傳輸指定的時間和信 道可以在兩個節點之間先前的通信期間來預先選擇。這種調度可以發生并以任何適當的方 式通^[曰ο圖4A說明了將數據消息從L節點L傳遞到第一和第二 I節點，II，12。圖4A示出 通過L的雙信道通信數據消息在信道X發送并尋址到11，并且還在Y信道上發送并尋址到 12。如果Il接收消息，則它在信道X上發送ACK，并且同樣，如果12接收消息，則它在信道 Y上發送ACK。因為13不在任何消息中被尋址，所以它不確認任何信號。如所看見的，在圖 4A中需要兩個傳輸，增加了設備L上的耗用功率。圖4B說明將數據消息從L傳遞到節點Il和12。節點Il表示用于接收來自L的 消息的初級節點，而節點12是次級節點。初級和次級節點的指定可以如以上圖3所示那樣 發生；這里應當注意，圖4B中所示的實施例不需要圖3中的步驟118 (成組地址的指定)。 L在信道X上發送單個消息，該消息由II、12和13中的每一個接收，它們將消息源L(在數 據消息中指明)和每個設備的訪問控制列表(ACL)相比較。Il和12發現L在它們相應的 ACL上，并且因此將把數據消息重發到基站(未示出)。13丟棄數據消息，因為沒有在它的 ACL上發現發送設備。與ACL的比較在計算上比查看消息所尋址到的指示符更復雜，因為多 個消息包含在ACL中。接下來，初級設備(在該情況下是II)發送ACK到L，同時如果來自 Il的ACK被檢測，則次級設備(在該情況下是12)可以簡單地不發送ACK，或者可以在發送 ACK之前等待延遲周期以避免與來自Il的ACK沖突。圖4C說明合并了成組尋址的方法。對于圖4C所示的設備，可以執行圖3中的步 驟118以建立組ID或地址。L在信道X上發送尋址到組G的它的消息。Il和12確定該消 息被尋址到G，它們每個都是該組的一部分，而13不是組G的一部分并因此丟棄該消息。再 次，Il確定它是組G中的初級設備并且發送ACK，而12在發送ACK之前延遲以避免數據沖突。可替換地，次級設備12可以根本不發送ACK，或者可以確定初級設備Il發送ACK，使得 12不需要也發送一個。圖4D說明一個方法，其中兩個子網絡被定義為具有單獨的信號貢獻 (dedication)，第一子網絡A使用包括X的定義的頻率框，并且子網絡B使用不包括X但包 括Y的不同的頻率框。L利用兩個子網絡中的頻率來尋址在使用信道X的網絡A中的設備 II，和在使用信道Y的網絡B中的設備12。來自Il和12的ACK信號不沖突，因為它們在具 有不重疊頻率的不同網絡上被發送。圖4E還通過要求網絡A，B的每一個包括用于與L通信的初級和次級設備來擴展 來自圖4D的冗余性，初級和次級設備可以是或可以不是分組的設備。更特別地，可以看出， 第一消息由L在信道X上使用網絡A來發送。設備II，12可以使用查找表ACL或上面提到 的成組方法來應答該消息，再使用它們作為初級和次級的指定來確定ACK是否被發送以及 何時發送。設備L還在信道Y上使用網絡B來發送消息。設備13、14以與Il和12類似的 方式來對它們的配置作適當的應答，盡管13和14在不同的網絡B上。這個實施例在兩個 網絡上給出加倍的冗余性。圖4F示出加倍冗余性的另一個形式。在該實施例中，L在X上生成第一消息。Il 和12每一個都接收該消息并確定該消息預期由它們接收。因為Il在使用信道X的網絡A 上是初級的，11首先發送ACK并且12在之后發送ACK。如果L接收一個和/或另一個ACK， 則L完成了。如果L沒有接收任何ACK (在一些實施例中，兩個ACK消息都需要)，L在信道 Y上使用網絡B來重復消息。因為12在網絡B上是初級的，12用第一 ACK來應答，并且Il 在延遲之后發送ACK。如果第一傳輸沒有產生L接收和處理的ACK，則才出現L的第二傳輸。 因此，第二傳輸可以不總是出現，在圖4E中示出的實施例上節省能量。第二消息還可以從 L發送到兩個不同的I節點而不是再次是Il和12。圖5說明將新的設備添加到網絡并建立組的另一個方法。首先，如在150所示，L 節點發送關聯請求。如在152所示，附近的I節點應答。L節點收集可用I節點的列表并選 擇初級I節點，如在154所示。L節點向所選的I節點發送請求，如在156所示。所選的I 節點可以接著接受關聯請求(除非因為某些原因，I節點是超載的、過度使用的或者不可用 的)，如在158所示，并且變為指定的初級節點或P節點。如果選擇的I節點沒有接受P節 點指定，則L節點可以選擇不同的P節點。與該事件并行，其它I節點可以記錄L節點地址 和接收機信號強度指示符(RSSI)，如在160所示。接下來，P節點廣播查詢，如在162所示，從接收在步驟156由L節點發送的消息X 的其它I節點請求數據。接收X和在162處發送的消息Y的其它I節點將應答以指明來自 葉子節點的用于消息X的RSSI，如在170所示。從這個數據中，P節點從其它I節點選擇次 級節點，如在172所示。接下來，P節點廣播信號以通知所選擇的I節點它就是次級節點或 S節點，如在174所示。接收了消息X和Y的其它I節點可以將L節點地址和RSSI數據存 儲在存儲器中，如在176所示。如果P節點或S節點之一變為不可用并且必須被替代，則該 數據可以在以后使用。L節點、P節點和S節點接著進入到網絡層運行狀態，其中出現通常 的通信，如在178所示。盡管在網絡層運行狀態中，L節點可以進入到睡眠模式并且周期性 地或偶爾地蘇醒以將數據發送到P節點和S節點，例如在圖4A-4F之一中所敘述的。根據所使用的配置，可以限定若干實施例。例如，P節點和S節點可以將L節點增加到它們相應的ACL。可替換地，在另一個實施例中，可以為數據傳輸目的定義成組地址。 盡管在一些實施例中，P節點、S節點或L節點之一可以提供成組地址定義，但在其它實施例中，可以生成請求且將其發送到基本節點以識別成組地址，使得基本節點容易跟蹤使用中的成組地址。圖6示出用于接收和重發數據的節點操作。首先，數據傳輸設備(在該實例中，它 是具有FFD能量的I節點)接收數據，如在200所示，可以包括基本數據校驗方法，比如奇 偶校驗。接下來，確定數據的地址是否匹配介質訪問控制(MAC)標識符，如在202所示。該 MAC標識符用于第一網絡層。如果查詢202是YES，則幀被定向到第一網絡層，如在204所 示，并經由第一網絡層路由到控制中心或基本節點，如在206所示。再次，還生成來自第一 網絡層的ACK，如在208所示。如果步驟202產生了 N0，則幀被定向到子網絡層，如在210所示，接下來檢查是否 存在成組ID匹配一根據數據傳輸節點是至少一個通信組中的一部分的實施例，如在212 所述。如果幀不匹配設備的任何組ID，幀被丟棄，如所示的。否則，方法進行到步驟214，其 中確定設備是組中的初級還是次級設備。如果設備是初級設備，則ACK由第二網絡層發送， 如在218所示。幀被發送到第二網絡層，如在218所示，并且經由第二網絡層路由到控制中 心，如在220所示。回到步驟214，如果設備是組的次級設備，那么在方法回到步驟216之 前，出現延遲，如在222所示。對于圖6中所示的說明性例子，第一網絡層例如可以是Zigbee協議層或任何適合 的通信層。第二網絡層可以是使用不同通信協議的網絡層。例如，如果第一網絡層被配置 為Zigbee協議；第二網絡層例如可以使用冗余網絡方法，比如在聯合待決的美國專利申請 No. 10/870, 295中陳述的方法之一。圖7示出用于接收方法的說明性分層過濾操作。當在250接收幀之后，該方法進 行到第一過濾層。幀校驗序列(FCS)被考慮，如在252所示，并且如果未通過，則丟棄幀，如 在254所示。FCS例如可以是循環冗余校驗、奇偶校驗、或用于檢驗所接收幀中錯誤的任何 其它適當的方法。如果在步驟252通過FCS，則將幀傳遞到下一個過濾層。在說明性實施例的第二過濾層中，確定設備是否正在介質訪問控制混合模式中操 作，如在256所示。如果是，則在步驟258幀通過以到達第三過濾層。否則，幀被發送到步 驟260，其中確定幀是否是有效的幀。如果不是，則在262丟棄幀。如果在262處幀是有效 的幀，則在步驟264檢查目的地址以查看接收設備是否是被訪地址。如果不是，則如在262 所示的丟棄幀。如果幀和目的地址都有效，則幀如在258所示的通過到達第三過濾層。當在說明性實施例的第三過濾層中時，首先確定設備是否正在安全模式中操作， 如在266所示。如果不是，則可以確認所接收的數據，如在272所示。如果設備處于安全模 式，則方法包括觀察源地址是否在ACL中，如在268所示。如果是，則在272發送ACK，并且 如果不是，則為了安全的原因丟棄幀，如在270所示。圖8說明網絡丟失初級通信關聯之后重新將節點與網絡關聯的方法。從運行狀態 300起，在此期間，任意數量的通信在L節點及其關聯的P節點和S節點之間發生，P節點發 生失敗，如在302所示，其中L節點不能從P節點接收ACK以響應L節點通信。如果沒有接 收這樣的ACK，則可以使L節點確定已經存在傳輸失敗，如在304所示(這即使在S節點發 送由L節點接收的ACK時也可以出現，前提是P節點ACK丟失)。如果是，則由L節點確定是否已經存在預定最大數量的通信失敗，如在306所示。如果在306的結果是NO，則傳輸失敗計數器就遞增，并且設備返回到運行狀態300，其中沒有被確認的傳輸可以被重試。相反，如果在308最大通信失敗測試是YES，則L節點可能超時，如在308所示，并 且進入孤兒模式，如在310所示。一旦在孤兒模式中，L節點使用廣播信號(L節點盡可能 利用有限的能量)來發送孤兒通知，如在312所示。如果為L節點指定的次級節點接收了 孤兒通知，如在314所示，則S節點將重新指定它本身為P節點，如在316所示。新的P節 點將通知L節點P節點的變化。作為響應，L節點與新的P節點關聯，如在320所示，而同 時，新的P節點將識別并通知新的S節點。一旦新的P節點和S節點被識別，并且L節點被 配置用于新的P節點和S節點，則系統再次返回到運行狀態300。可以注意，在與諸如圖8所示的方法有關的時間周期期間，網絡中的其它設備優 選地繼續在它們的正常模式中操作。I節點層的設備(P節點、新的P節點和新的S節點) 可以繼續作為與網絡的其它元件和基本節點之間繼續的通信有關的數據傳輸設備操作。在說明性的實施例中，本發明包括操作包括多個適于無線通信的設備的通信系統 的方法。該說明性方法包括提供至少多個基礎節點和多個葉子節點，葉子節點適于與基礎 節點交換消息，基礎節點適于與葉子節點和基礎節點交換消息；并且配置葉子節點與至少 兩個基礎節點關聯并且經由第一傳輸同時發送數據分組到兩個基礎節點的每一個，其中如 果接收第一傳輸，則葉子節點的每一個關聯的基礎節點確定葉子節點是否是關聯的葉子節 點，并且如果是，則朝著目的地定向數據分組。另一個說明性方法可以是如此使得通信系統 兼容于符合IEEE802. 15. 4規范的設備。又一個說明性方法還可以是如此使得葉子節點中 的至少一些是能量受限設備。在另一個說明性方法中，與葉子節點關聯的至少兩個基礎節點包括初級節點和次 級節點，并且響應于第一傳輸，如果第一傳輸由初級節點接收，則初級節點發送確認；并且 如果第一傳輸由次級節點接收，則次級節點在發送確認之前等待初級節點發送確認。在另 外的說明性方法中，如果葉子節點沒有從初級節點或次級節點接收確認，則葉子節點在第 二傳輸中重發數據分組。在又另一個示例方法中，與葉子節點關聯的兩個基礎節點包括初級節點和次級節 點；當葉子節點與兩個基礎節點關聯時，葉子節點指明兩個基礎節點中的初級節點，并且初 級節點選擇成組地址且將成組地址傳遞到葉子節點和次級節點；并且當葉子節點發送第一 傳輸時，成組地址被包括在第一傳輸中。在另外的實施例中，如果第一傳輸被兩個基礎節點 中的每一個接收，則初級節點生成確認并且次級節點在等待延遲周期之后生成確認。在又 另一個說明性方法中，在第一傳輸由次級節點接收之后，次級節點等待延遲周期以確定初 級節點是否生成確認，并且如果沒有，則次級節點生成確認。在一個說明性方法中，基礎節點和葉子節點可以是與第一網絡層協同操作的子網 絡層的一部分，該方法還包括執行以下序列的至少第一基礎節點接收數據信號；確定數 據信號是否包括匹配介質訪問控制標識符的地址，并且如果是，則將數據信號定向到第一 網絡層，使用第一網絡層將數據信號路由到第一網絡層的目的地節點，并且生成確認接收 數據信號的信號；如果不是將數據信號定向到子網絡層。該方法可還包括確定數據信號 是否包括與關聯于第一基礎節點的成組標識符相匹配的地址，并且如果不是，則丟棄該數 據信號；而如果是使用子網絡層將數據信號路由到子網絡層的目的地節點。
在另一個說明性實施例中，本發明包括一種操作包括多個適于無線通信的設備的 通信系統的方法，該方法包括提供至少多個基礎節點和多個葉子節點，葉子節點適于與基 礎節點交換消息，基礎節點適于與葉子節點和基礎節點交換消息；且將葉子節點配置為與 至少兩個基礎節點關聯并且按如下發送數據分組在第一傳輸中，葉子節點通過尋址數據 分組到第一基礎節點來將數據分組發送到至少兩個基礎節點中的第一個；在第二傳輸中， 葉子節點通過尋址數據分組到第二基礎節點來將數據分組發送到至少兩個基礎節點中的 第二個。該方法可以是如此使得如果第一傳輸成功地被第一基礎節點接收，則第一基礎節 點發送第一傳輸的確認；且只有當葉子節點沒有從第一基礎節點接收第一傳輸的確認時， 葉子節點才在第一傳輸之后執行第二傳輸。在另外的實施例中，如果第二傳輸由葉子節點 執行且成功地被第二基礎節點接收，則第二基礎節點發送第二傳輸的確認。在又另一個實 施例中，如果葉子節點在執行第一傳輸和第二傳輸之后沒有接收來自初級節點或次級節點 的確認，則葉子節點重發數據分組。在另一個說明性實施例中，葉子節點可執行第一傳輸和第二傳輸而不管第一傳輸是否被第一基礎節點確認。葉子節點可以是能量受限設備。在一些實施例中，通信系統可 以是兼容于符合IEEE802. 15. 4規范的設備。可在第一通信信道上執行第一傳輸并且可在 第二信道上執行第二傳輸。在另一個實施例中，在單個通信信道上可執行第一傳輸和第二 傳輸兩者。本發明的另外附加的實施例可包括配置為執行以上方法的系統。一個這樣的實施 例包括一種包括至少多個基礎節點和多個葉子節點的通信系統，葉子節點適于與基礎節點 交換消息，基礎節點適于與葉子節點和基礎節點交換消息；其中葉子節點與至少兩個基礎 節點關聯；葉子節點經由第一傳輸將數據分組同時發送到兩個基礎節點；且接收第一傳輸 的葉子節點的每個關聯的基礎節點確定葉子節點是否是關聯的葉子節點，并且如果是，則 朝著目的地定向數據分組。在另一個系統實施例中，與葉子節點關聯的兩個基礎節點包括 初級節點和次級節點，并且響應于單個傳輸如果單個傳輸由初級節點接收，則初級節點發 送確認；并且如果單個傳輸由次級節點接收，則次級節點在發送確認之前等待初級節點發 送確認。在又另一個實施例中，與葉子節點關聯的兩個基礎節點包括初級節點和次級節 點；當葉子節點與兩個基礎節點關聯時，葉子節點指明兩個基礎節點中的初級節點，并且初 級節點創建成組地址并且將成組地址傳遞到葉子節點和次級節點；并且當葉子節點發送第 一傳輸時，成組地址被包括在單個傳輸中。另一個說明性實施例包括一種包括至少多個基礎節點和多個葉子節點的通信系 統，葉子節點適于與基礎節點交換消息，基礎節點適于與葉子節點和基礎節點交換消息，其 中葉子節點與至少兩個基礎節點關聯并且按如下發送數據分組在第一傳輸中，葉子節點 通過尋址數據分組到第一基礎節點來將數據分組發送到至少兩個基礎節點中的第一個；在 第二傳輸中，葉子節點通過尋址數據分組到第二基礎節點來將數據分組發送到至少兩個基 礎節點中的第二個。本發明的另一個說明性實施例包括一種操作包括多個適于無線通信的設備的通 信系統的方法，該方法包括提供至少多個基礎節點和多個葉子節點，葉子節點適于與基礎 節點交換消息，基礎節點適于與葉子節點和基礎節點交換消息；且將葉子節點配置為與至少兩個基礎節點關聯并且按如下發送數據分組在第一通信信道上的第一傳輸中，葉子節點發送數據分組到至少兩個基礎節點；并且在第二通信信道上的第二傳輸中，葉子節點發 送數據分組到至少兩個基礎節點。通信系統可兼容于符合IEEE802. 15. 4規范的設備。至少一個關聯的基礎節點可 包括用于無線通信的第一和第二收發裝置，該第一和第二收發裝置被配置為同時在不同的 信道上操作。葉子節點中的至少一些可以是能量受限設備。在另外的方法實施例中，與葉子節點關聯的至少兩個基礎節點包括初級節點和次 級節點，并且響應于第一傳輸如果第一傳輸由初級節點接收，則初級節點發送確認；并且 如果第一傳輸由次級節點接收，則次級節點在發送確認之前等待初級節點發送確認。在又 另一個實施例中，葉子節點執行第一傳輸，并且如果葉子節點沒有接收來自初級節點或次 級節點的確認，則葉子節點執行第二傳輸。在另一個另外的實施例中，至少兩個基礎節點被配置為發送從葉子節點接收的傳 輸的確認，其中葉子節點執行第一傳輸和第二傳輸，并且如果葉子節點接收第一傳輸的確 認但沒有接收第二傳輸的確認，則葉子節點再次執行第二傳輸；如果葉子節點接收第二傳 輸的確認但沒有接收第一傳輸的確認，葉子節點再次執行第一傳輸；或者如果葉子節點沒 有接收第一傳輸或第二傳輸的確認，則葉子節點再次執行第一傳輸和第二傳輸。另一個實 施例被如此配置使得與葉子節點關聯的兩個基礎節點包括初級節點和次級節點；并且如 果初級節點接收第一傳輸，則初級節點發送確認；或者如果次級節點接收第一傳輸，則次級 節點發送確認，次級節點等待一個延遲周期以允許初級節點首先發送確認。在另一個說明性實施例中，與葉子節點關聯的兩個基礎節點包括初級節點和次級 節點；并且如果初級節點接收第二傳輸，則初級節點發送確認；并且如果次級節點接收第 二傳輸，則次級節點發送確認，次級節點等待一個延遲周期以允許初級節點首先發送確認。 在又另一個說明性實施例中，與葉子節點關聯的兩個基礎節點包括初級節點和次級節點； 當葉子節點與兩個基礎節點關聯時，葉子節點指明兩個基礎節點中的初級節點，并且初級 節點選擇成組地址且將成組地址傳遞到葉子節點和次級節點；并且當葉子節點發送第一傳 輸時，成組地址被包括在第一傳輸中。在另外的實施例中，在第一傳輸由次級節點接收之 后，次級節點等待一個延遲周期以確定初級節點是否生成確認，并且如果不是，則次級節點 生成確認。在另一個說明性方法中，與葉子節點關聯的兩個基礎節點包括初級節點和次級節 點；當葉子節點與兩個基礎節點關聯時，葉子節點指明兩個基礎節點中的初級節點，并且初 級節點選擇成組地址且將成組地址傳遞到葉子節點和次級節點；并且當葉子節點發送第二 傳輸時，成組地址被包括在第二傳輸中。在又另一個實施例中，基礎節點和葉子節點是與 第一網絡層協同操作的子網絡層的一部分，該方法還包括執行以下序列的至少第一基礎節 點接收數據信號；確定數據信號是否包括匹配介質訪問控制標識符的地址，并且如果是， 則將數據信號定向到第一網絡層，使用第一網絡層將數據信號路由到第一網絡層的目的地 節點，并且生成確認接收數據信號的信號；如果不是將數據信號定向到子網絡層；確定數 據信號是否包括與關聯于第一基礎節點的成組標識符相匹配的地址，并且如果不是，則丟 棄該數據信號；否則，使用子網絡層將數據信號路由到子網絡層的目的地節點。本發明的另一個說明性實施例包括一種操作包括多個適于無線通信的設備的通信系統的方法，該方法包括提供至少多個基礎節點和多個葉子節點，葉子節點適于與基礎 節點交換消息，基礎節點適于與葉子節點和基礎節點交換消息；且將葉子節點配置為與至 少第一基礎節點和第二基礎節點關聯并且按如下發送數據分組在第一通信信道上的第一 傳輸中，葉子節點通過尋址包含數據分組的消息到第一基礎節點來將數據分組發送到第一 基礎節點；并且在第二通信信道上的第二傳輸中，葉子節點通過尋址包含數據分組的消息 到第二基礎節點來將數據分組發送到第二基礎節點。在另外的實施例中，葉子節點執行第一傳輸并觀察是否從第一基礎節點接收確 認，并且如果沒有接收確認，則葉子節點執行第二傳輸。在一個示例實施例中，如果葉子節 點執行第一傳輸，則葉子節點也執行第二傳輸。通信系統可以是兼容于符合IEEE802. 15. 4 規范的設備。至少一個關聯的基礎節點可包括用于無線通信的第一和第二收發裝置，該第 一和第二收發裝置被配置為同時在不同的信道上操作。葉子節點中的至少一些可以是能量 受限設備。本發明的又另一個說明性實施例包括一種包括至少多個基礎節點和多個葉子節 點的通信系統，葉子節點適于與基礎節點交換消息，基礎節點適于與葉子節點和基礎節點 交換消息；其中葉子節點與至少兩個基礎節點關聯；葉子節點按如下發送數據分組在第 一通信信道上的第一傳輸中，葉子節點發送數據分組到至少兩個基礎節點；并且在第二通 信信道上的第二傳輸中，葉子節點發送數據到至少兩個基礎節點。另一個說明性例子包括一種包括至少多個基礎節點和多個葉子節點的通信系統， 葉子節點適于與基礎節點交換消息，基礎節點適于與葉子節點和基礎節點交換消息；其中 葉子節點與第一基礎節點和第二基礎節點關聯；葉子節點按如下發送數據分組在第一通 信信道上的第一傳輸中，葉子節點通過尋址包含數據分組的消息到第一基礎節點來將數據 分組發送到第一基礎節點；并且在第二通信信道上的第二傳輸中，葉子節點通過尋址包含 數據分組的消息到第二基礎節點來將數據分組發送到第二基礎節點。另一個說明性實施例包括一種在具有多個適于無線通信的節點的通信系統中將 數據發送節點與數據中繼節點關聯的方法。該說明性關聯方法包括數據發送節點通過生 成和發送探索信標來啟動探索序列；接收探索信標的至少一個數據中繼節點通過發送探索 信號給數據發送節點來應答；數據發送節點收集應答的節點列表，該列表包括與用于應答 數據中繼節點的響應信號的一個或多個特性有關的數據；數據發送節點從列表上的數據中 繼節點中選擇初級節點；數據發送節點向數據中繼節點通知它是初級節點并且提供與列表 有關的數據給初級節點；該初級節點分析該列表，選擇一個或多個次級節點，并且為它本 身、次級節點和數據發送節點生成成組地址；初級節點向其它數據中繼節點通知它們是次 級節點；并且初級節點向次級節點和數據發送節點指明分組地址。另一個說明性實施例包 括一種使用中間數據中繼節點將數據從數據發送節點發送到目的地節點的方法，該方法包 括數據發送節點使用上面的說明性關聯方法將它本身與第一和第二數據中繼節點關聯， 數據發送節點通過包括成組地址來發送數據分組給初級和次級節點；并且初級和次級節點 轉發數據信號。本領域技術人員將認識到，本發明可以用這里所描述和想到的特定實施例之外的 各種形式來表現。由此，在不偏離如所附權利要求所述的本發明的范圍和精神的情況下可 以有形式和細節上的偏差。
權利要求
一種操作包括多個適于無線通信的設備的通信系統的方法，該方法包括提供至少多個基礎節點和多個葉子節點，葉子節點適于與基礎節點交換消息，基礎節點適于與葉子節點和基礎節點交換消息；且將葉子節點配置為與至少兩個基礎節點關聯并且經由第一傳輸將數據分組同時發送到兩個基礎節點中的每一個，其中如果第一傳輸被接收，則葉子節點的每個關聯的基礎節點確定該葉子節點是否是關聯的葉子節點，并且如果是，則朝著目的地定向數據分組。
2.權利要求1的方法，其中通信系統兼容于符合IEEE802.15. 4規范的設備。
3.權利要求1的方法，其中葉子節點中的至少一些是能量受限的設備。
4.權利要求1的方法，其中與葉子節點關聯的至少兩個基礎節點包括初級節點和次級 節點，并且響應于第一傳輸如果第一傳輸由初級節點接收，則初級節點發送確認；并且 如果第一傳輸由次級節點接收，則次級節點在發送確認之前等待初級節點發送確認。
5.權利要求4的方法，其中如果葉子節點沒有接收來自初級節點或次級節點的確認， 則葉子節點在第二傳輸中重發數據分組。
6.權利要求1的方法，其中與葉子節點關聯的兩個基礎節點包括初級節點和次級節點；當葉子節點與兩個基礎節點關聯時，葉子節點指明兩個基礎節點中的初級節點，并且 初級節點選擇成組地址并且將成組地址傳遞到葉子節點和次級節點；并且 當葉子節點發送第一傳輸時，成組地址被包括在第一傳輸中。
7.權利要求6的方法，其中如果第一傳輸被兩個基礎節點中的每一個接收，則初級節 點生成確認并且次級節點在等待延遲周期之后生成確認。
8.權利要求7的方法，其中，在第一傳輸由次級節點接收之后，次級節點等待延遲周期 以確定初級節點是否生成確認，并且如果沒有，則次級節點生成確認。
9.權利要求1的方法，其中基礎節點和葉子節點是與第一網絡層協同操作的子網絡層 的一部分，該方法還包括執行以下序列的至少第一基礎節點接收數據信號；確定數據信號是否包括匹配介質訪問控制標識符的地址，并且如果是，則將數據信號 定向到第一網絡層，使用第一網絡層將數據信號路由到第一網絡層的目的地節點，并且生 成確認接收數據信號的信號；如果不是 將數據信號定向到子網絡層；確定數據信號是否包括與關聯于第一基礎節點的成組標識符相匹配的地址，并且如果 不是，則丟棄該數據信號；如果是使用子網絡層將數據信號路由到子網絡層的目的地節點。
10.一種操作包括多個適于無線通信的設備的通信系統的方法，該方法包括提供至少多個基礎節點和多個葉子節點，葉子節點適于與基礎節點交換消息，基礎節 點適于與葉子節點和基礎節點交換消息；且將葉子節點配置為與至少兩個基礎節點關聯并且按如下發送數據分組 在第一傳輸中，葉子節點通過尋址數據分組到第一基礎節點來將數據分組發送到至少 兩個基礎節點中的第一個；在第二傳輸中，葉子節點通過尋址數據分組到第二基礎節點來將數據分組發送到至少 兩個基礎節點中的第二個。
11.權利要求10的方法，其中如果第一傳輸成功地被第一基礎節點接收，則第一基礎節點發送第一傳輸的確認；且只有當葉子節點沒有從第一基礎節點接收第一傳輸的確認時，葉子節點才在第一傳輸 之后執行第二傳輸。
12.權利要求11的方法，其中如果第二傳輸由葉子節點執行且成功地被第二基礎節點 接收，則第二基礎節點發送第二傳輸的確認。
13.權利要求12的方法，其中如果葉子節點在執行第一傳輸和第二傳輸之后沒有接收 來自初級節點或次級節點的確認，則葉子節點重發數據分組。
14.權利要求10的方法，其中葉子節點執行第一傳輸和第二傳輸而不管第一傳輸是否 被第一基礎節點確認。
15.權利要求10的方法，其中葉子節點是能量受限設備。
16.權利要求10的方法，其中通信系統是兼容于符合IEEE802.15. 4規范的設備。
17.權利要求10的方法，其中在第一通信信道上執行第一傳輸并且在第二信道上執行第二傳輸。
18.權利要求10的方法，其中在單個通信信道上執行第一傳輸和第二傳輸兩者。
19.一種包括至少多個基礎節點和多個葉子節點的通信系統，葉子節點適于與基礎節 點交換消息，基礎節點適于與葉子節點和基礎節點交換消息；其中葉子節點與至少兩個基礎節點關聯；葉子節點經由第一傳輸將數據分組同時發送到兩個基礎節點；且接收第一傳輸的葉子節點的每個關聯的基礎節點確定葉子節點是否是關聯的葉子節 點，并且如果是，則朝著目的地定向數據分組。
20.權利要求19的通信系統，其中與葉子節點關聯的兩個基礎節點包括初級節點和次 級節點，并且響應于單個傳輸如果單個傳輸由初級節點接收，則初級節點發送確認；并且如果單個傳輸由次級節點接收，則次級節點在發送確認之前等待初級節點發送確認。
21.權利要求19的通信系統，其中與葉子節點關聯的兩個基礎節點包括初級節點和次級節點；當葉子節點與兩個基礎節點關聯時，葉子節點指明兩個基礎節點中的初級節點，并且 初級節點創建成組地址并且將成組地址傳遞到葉子節點和次級節點；并且當葉子節點發送第一傳輸時，成組地址被包括在單個傳輸中。
22.一種包括至少多個基礎節點和多個葉子節點的通信系統，葉子節點適于與基礎節 點交換消息，基礎節點適于與葉子節點和基礎節點交換消息，其中葉子節點與至少兩個基礎節點關聯并且按如下發送數據分組在第一傳輸中，葉子節點通過尋址數據分組到第一基礎節點來將數據分組發送到至少 兩個基礎節點中的第一個；在第二傳輸中，葉子節點通過尋址數據分組到第二基礎節點來將數據分組發送到至少 兩個基礎節點中的第二個。
全文摘要
用于操作包括冗余通信的無線網絡的方法和設備。所討論的涉及冗余連接的節點的方法包括尋址方法和/或創建用于這種冗余通信的組的方法。討論了使用初級和次級冗余連接。并且，討論了用于實現這種方法的設備。
文檔編號H04L12/56GK101809944SQ200680027851
公開日2010年8月18日 申請日期2006年6月2日 優先權日2005年6月3日
發明者P·S·戈尼亞, R·S·布丹帕蒂, S·N·科拉文努, S·納朗, V·S·科爾 申請人:霍尼韋爾國際公司