冗余连接的无线传感器连网方法

专利名称：冗余连接的无线传感器连网方法
技术领域：
本发明涉及无线网络领域。更具体地，本发明涉及将传感器节点冗余连接到基站 的方法。
背景技术：
无线通信系统被考虑用在更广泛的应用中，包括传感器网络和来自第一地点的信 息被路由到基本节点的其它网络。需要对这种系统的新的且可靠的配置。

发明内容
本发明在几个示意实施例中提供了用于操作包括冗余通信的无线网络的方法和 设备。一个说明性的方法实施例使用冗余连接的节点，并且提供若干寻址方法。一些这样 的实施例包括使用成组寻址以及初级和次级冗余连接。另一个说明性的实施例利用与非冗余网络相关联的冗余网络，非冗余网络例如是 所讨论的Zigbee协议网络。一些实施例包括作为数据中继节点操作的设备和作为数据发 送节点操作的设备，其中这些设备特别适于实现它们各自的功能。


图1说明具有基站、若干基础节点、和若干叶子节点的示例无线网络；图2示出发送数据的说明性方法；图3示出增加新设备到网络的说明性方法；图4A-4F示出若干冗余通信方法；图5说明添加新设备到网络的方法；图6说明用于接收和重发数据的基础节点操作；图7说明用于接收方法的分层过滤操作；和图8说明在节点丢失初级通信关联后将节点与网络重新关联的方法。
具体实施例方式应当参考附图来阅读随后详细的描述。这些附图不一定是按比例的，而是描述了 说明性实施例，并且不试图限制本发明的范围。如这里所使用的，术语“关联”以其更通用的意思来使用，如指明两个或更多的设 备变为彼此知晓且采取了步骤去通过识别彼此为“关联的”设备来建立用于彼此通信的协议。除非专门提到，术语“关联”不限于由Zigbee或其它通信协议叙述的专门方法。图1说明具有基站⑶、若干基础节点⑴、和若干叶子节点(L)的示例无线网络。如果不是所有，那么大部分的图1中所示的通信耦合旨在指明无线通信。该网络包括与多 个基础节点(I节点)通信地耦合的基本节点10。一些I节点12、20、22直接与基本节点 10通信，同时其它I节点14、16、18通过多个跳发送数据以到达基本节点10。I节点通信地 耦合到多个叶子节点(L节点)。说明性实施例示出L节点冗余地连接到I节点。其它网络，例如Zigbee协议之下 的网络或根据IEEE802. 15. 4的另外网络不要求冗余连接。如果图1中所示的网络被放置为传感器网络，例如，一些或所有的L节点可以是电 池供电的设备，有时被称为能量受限的设备(E⑶)。E⑶可以具有多个模式，包括低功率睡 眠模式和苏醒模式。在睡眠时，ECD不与其余的网络通信。在苏醒时，ECD能够发送并经常 接收消息。L节点可以被定义为功能简化的设备(RFD)，至少因为一些L节点不总是能用于以 与I节点相同的方式完全通信，并且因此可能不具有与I节点相同的用于数据跳目的的编 程级别。但是，如这里所使用的，术语RFD和全功能设备(FFD)用来指Zigbee或其它非冗 余网络，而L节点和I节点是指为冗余网络配置的设备。一些I节点将进一步被配置为允 许它们在与RFD通信时或在通过跳序列中继由RFD生成的数据时作为FFD操作，并且在与 L节点通信时或在中继由L节点生成的数据时作为I节点。另一组术语可以将叶子节点当作数据发送节点的例子，而基础节点是数据中继节 点。同样，RFD可以是数据发送节点，并且FFD可以是数据中继节点。该术语可用于指明数 据发送节点是发起数据的节点，尽管数据发送节点可以执行接收和重发寻址到其它设备的 数据的任务。数据中继节点可以接收和重发数据，同时在期望时还发起数据。数据发送节 点还可以接收被寻址到它们的数据，例如包括确认、寻址或调度信息等。在一些实施例中，数据发送节点可以是提供从另一个网络层对一个网络层访问的 节点。例如，数据发送节点可以接收在不同网络中收集的数据并在图1所示的网络中发送 数据。例如在无线系统改型为具有较旧的本地传感器网络的现有设施的情况下，这可以是 有用的，其中数据发送节点用于将数据从旧网络移动到新网络。对于说明性的基本节点10，基本节点可以被给予本领域中使用的各种描述性术 语。对于这里的目的，基本节点10可以被当作一个或多个网络的目的地节点，其中目的地 节点用作为网络内被发送的数据的目的地。用于操作具有图1的I节点和L节点的系统的某些方法和例子在2004年6月17日 提交的联合待决的美国专利申请No. 10/870, 295中示出和描述，该申请的题目为WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM WITHCHANNEL HOPPING AND REDUNDANT CONNECTIVITY，以及在 2005 年1月28日提交的联合待决的美国专利申请No. 10/905,971中示出和描述，该申请的题目 为WIRELESS ROUTING SYSTEMS AND METHODS，这些公开在此合并作为参考。例如，在这些专 利申请中讨论的一些实施例中，第一和第二不重叠冗余路径可以被定义为从叶子节点L到 基本节点10。如上所指，I节点和L节点的集合可以配置用于L节点的冗余连接。但是，如图1 进一步所示的，可能存在既不是I节点又不是L节点的附加设备。所说明的网络用于一种以上类型网络的互连。更具体地，示出使用Zigbee协议技术的设备。这些包括直接与基本节 点10通信的FFD30。示出了 FFD30还与RFD32通信。此外，FFD34与I节点16以及RFD36 通信。最后，示出与I节点18通信耦合的RFD38。如图1所示的系统的一个创新方面是在同一网络系统提供一个以上的网络层。例 如I节点18接收来自I节点12、16、22、若干L节点，和RFD38的通信。同样地，I节点18 被配置为接收、识别、过滤和/或处理各种来自这些源的每一个的通信。对待来自L节点的 通信可以与来自RFD38和/或其它I节点12、16、22的通信不同。此外，如果来自FFD34的 通信从I节点16路由到I节 点18，对待该通信也可以与由I节点18从I节点16接收的其 它消息不同。图2示出发送来自冗余连接的数据发送节点的数据的说明性方法。例如，图2所 示的方法可以用于将来自L节点的数据中继到冗余连接的I节点。首先，数据发送节点确 定它准备好发送数据，如在100所示。这可以包括进入“苏醒”状态(与睡眠模式相对)和 /或确定事件标志已经被设置用于确定数据应当被发送，例如，与感测的事件有关的事件标 记或与时间周期期满有关的事件标记。中断或任何其它合适的软件或硬件特征可以用来代 替标记。一旦数据发送节点准备好发送，则下一个步骤将数据发送到冗余连接的节点，如 在102所示。在一些说明性的例子中，冗余连接的节点可以被解析成初级节点和次级节点。 对于一些例子，步骤102可以包括单数据传输，用于接收多个冗余连接的节点。在其它实施 例中，步骤102可以包括将数据发送到第一冗余连接的节点，并在后来，或有些时候同时在 不同的信道将数据发送到第二冗余连接的节点。在发送数据之后，数据发送节点可以等待发送的数据被确认，如在104所示。在一 些实施例中，如果没有接收到确认，则在超时周期之后可以重发数据。该数据可由接收该数 据的节点确认，该节点接着将数据中继到基站，如在106所示。在其它实施例中，一个以上 接收节点可以确认数据。图3示出用于将新的设备冗余添加到网络的说明性方法。当新的设备例如通过发 送探索“信标”、包括地址信息和设备类型信息的消息来启动探索时该方法开始，如108所 示。接收探索信标的设备可以用指明地址信息且有时提供附加信息的信号来应答，附加信 息例如包括所接收的信号强度指示符。新的设备可接着使用响应信号来收集可到达节点的 列表，如在110所示。新的设备接着设法将其本身与来自列表的最好的可到达节点关联，如 在112所示。这可以通过将寻址的消息发送到期望的节点来发生，如果当期望的节点接收 到消息并且是可用时，期望的节点用变为“关联的节点”的确认来应答。例如，新的设备可 以将其本身与指明最高接收信号强度的节点关联。接下来，如在114所示，新的设备发送收集的节点列表到关联的节点。关联的节点 可以接着选择初级/次级节点组合，如在116所示。例如，关联的节点可以与收集的节点列 表中的其它设备通信，以确定哪一个在它与新设备通信中是最便于使用的、具有最可用带 宽、和/或具有最好信号强度或信噪比。关联的节点可以接着指定哪个设备(其本身或其 它选择的设备)将成为初级节点，以及哪个将是次级节点，如116所示。在一些实施例中， 并且如在118所示，关联的节点将识别成组地址或标识符以便在组内寻址通信中使用，并 将此传递到其它选择的节点以及新的设备。例如，在冗余通信中，使用成组地址或标识符允许来自新设备的单个通信由初级和次级节点接收而不引用访问控制列表。在一个实施例中，可以从可用的成组地址集合选择成组地址或成组ID。例如，某些 网络方案例如留出允许大约64000个设备地址在网络内使用的存储器。该存储器可以被再 次划分以包括用于设备地址的域和用于成组地址的域。在一些实施例中，成组地址可以被再次使用，使得若干叶子节点可以使用单个成 组地址与同组的两个I节点设备进行通信。不要求用于每个L节点的单独组，由此网络可 以具有更少的组，并且成组的设备可以仅仅将与发送设备地址相对应的所接收消息的一部 分复制到任何ACK中，以防止多个发送设备的数据冲突。这可以降低对成组地址空间和仅 成组地接收消息的需要。在一些实施例中，两个以上的I节点可以作为组的一部分接收消 息。例如，L节点可以生成由三个或更多I节点接收的数据分组。图4A-4F示出了若干冗余的通信方法。图4A-4F中的例子引用了信道X和Y ；应当 理解，不是指代单个信道，X和Y信道例如可以是指通过信道跳跃序列横越的信道或在CDMA 序列期间使用的多个信道。在每个例子中，信道X和/或Y的使用可以以任何适合方式与附 近节点的收听序列协调，适当的方式包括在2004年6月17日提交的联合待决的美国专利 申请No. 10/870, 295中叙述的一些方法，该申请的题目为WIRELESSCOMMUNICATION SYSTEM WITH CHANNEL HOPPING AND REDUNDANTCONNECTIVITY,以及在 2005 年 1 月 28 日提交的 联合待决的美国专利申请No. 10/905,971中叙述的一些方法，该申请的题目为WIRELESS ROUTINGSYSTEMS AND METHODS，这些公开合并在此作为参考。例如，为传输指定的时间和信 道可以在两个节点之间先前的通信期间来预先选择。这种调度可以发生并以任何适当的方 式通^[曰ο图4A说明了将数据消息从L节点L传递到第一和第二 I节点，II，12。图4A示出 通过L的双信道通信数据消息在信道X发送并寻址到11，并且还在Y信道上发送并寻址到 12。如果Il接收消息，则它在信道X上发送ACK，并且同样，如果12接收消息，则它在信道 Y上发送ACK。因为13不在任何消息中被寻址，所以它不确认任何信号。如所看见的，在图 4A中需要两个传输，增加了设备L上的耗用功率。图4B说明将数据消息从L传递到节点Il和12。节点Il表示用于接收来自L的 消息的初级节点，而节点12是次级节点。初级和次级节点的指定可以如以上图3所示那样 发生；这里应当注意，图4B中所示的实施例不需要图3中的步骤118 (成组地址的指定)。 L在信道X上发送单个消息，该消息由II、12和13中的每一个接收，它们将消息源L(在数 据消息中指明)和每个设备的访问控制列表(ACL)相比较。Il和12发现L在它们相应的 ACL上，并且因此将把数据消息重发到基站(未示出)。13丢弃数据消息，因为没有在它的 ACL上发现发送设备。与ACL的比较在计算上比查看消息所寻址到的指示符更复杂，因为多 个消息包含在ACL中。接下来，初级设备(在该情况下是II)发送ACK到L，同时如果来自 Il的ACK被检测，则次级设备(在该情况下是12)可以简单地不发送ACK，或者可以在发送 ACK之前等待延迟周期以避免与来自Il的ACK冲突。图4C说明合并了成组寻址的方法。对于图4C所示的设备，可以执行图3中的步 骤118以建立组ID或地址。L在信道X上发送寻址到组G的它的消息。Il和12确定该消 息被寻址到G，它们每个都是该组的一部分，而13不是组G的一部分并因此丢弃该消息。再 次，Il确定它是组G中的初级设备并且发送ACK，而12在发送ACK之前延迟以避免数据冲突。可替换地，次级设备12可以根本不发送ACK，或者可以确定初级设备Il发送ACK，使得 12不需要也发送一个。图4D说明一个方法，其中两个子网络被定义为具有单独的信号贡献 (dedication)，第一子网络A使用包括X的定义的频率框，并且子网络B使用不包括X但包 括Y的不同的频率框。L利用两个子网络中的频率来寻址在使用信道X的网络A中的设备 II，和在使用信道Y的网络B中的设备12。来自Il和12的ACK信号不冲突，因为它们在具 有不重叠频率的不同网络上被发送。图4E还通过要求网络A，B的每一个包括用于与L通信的初级和次级设备来扩展 来自图4D的冗余性，初级和次级设备可以是或可以不是分组的设备。更特别地，可以看出， 第一消息由L在信道X上使用网络A来发送。设备II，12可以使用查找表ACL或上面提到 的成组方法来应答该消息，再使用它们作为初级和次级的指定来确定ACK是否被发送以及 何时发送。设备L还在信道Y上使用网络B来发送消息。设备13、14以与Il和12类似的 方式来对它们的配置作适当的应答，尽管13和14在不同的网络B上。这个实施例在两个 网络上给出加倍的冗余性。图4F示出加倍冗余性的另一个形式。在该实施例中，L在X上生成第一消息。Il 和12每一个都接收该消息并确定该消息预期由它们接收。因为Il在使用信道X的网络A 上是初级的，11首先发送ACK并且12在之后发送ACK。如果L接收一个和/或另一个ACK， 则L完成了。如果L没有接收任何ACK (在一些实施例中，两个ACK消息都需要)，L在信道 Y上使用网络B来重复消息。因为12在网络B上是初级的，12用第一 ACK来应答，并且Il 在延迟之后发送ACK。如果第一传输没有产生L接收和处理的ACK，则才出现L的第二传输。 因此，第二传输可以不总是出现，在图4E中示出的实施例上节省能量。第二消息还可以从 L发送到两个不同的I节点而不是再次是Il和12。图5说明将新的设备添加到网络并建立组的另一个方法。首先，如在150所示，L 节点发送关联请求。如在152所示，附近的I节点应答。L节点收集可用I节点的列表并选 择初级I节点，如在154所示。L节点向所选的I节点发送请求，如在156所示。所选的I 节点可以接着接受关联请求(除非因为某些原因，I节点是超载的、过度使用的或者不可用 的)，如在158所示，并且变为指定的初级节点或P节点。如果选择的I节点没有接受P节 点指定，则L节点可以选择不同的P节点。与该事件并行，其它I节点可以记录L节点地址 和接收机信号强度指示符(RSSI)，如在160所示。接下来，P节点广播查询，如在162所示，从接收在步骤156由L节点发送的消息X 的其它I节点请求数据。接收X和在162处发送的消息Y的其它I节点将应答以指明来自 叶子节点的用于消息X的RSSI，如在170所示。从这个数据中，P节点从其它I节点选择次 级节点，如在172所示。接下来，P节点广播信号以通知所选择的I节点它就是次级节点或 S节点，如在174所示。接收了消息X和Y的其它I节点可以将L节点地址和RSSI数据存 储在存储器中，如在176所示。如果P节点或S节点之一变为不可用并且必须被替代，则该 数据可以在以后使用。L节点、P节点和S节点接着进入到网络层运行状态，其中出现通常 的通信，如在178所示。尽管在网络层运行状态中，L节点可以进入到睡眠模式并且周期性 地或偶尔地苏醒以将数据发送到P节点和S节点，例如在图4A-4F之一中所叙述的。根据所使用的配置，可以限定若干实施例。例如，P节点和S节点可以将L节点增加到它们相应的ACL。可替换地，在另一个实施例中，可以为数据传输目的定义成组地址。 尽管在一些实施例中，P节点、S节点或L节点之一可以提供成组地址定义，但在其它实施例中，可以生成请求且将其发送到基本节点以识别成组地址，使得基本节点容易跟踪使用中的成组地址。图6示出用于接收和重发数据的节点操作。首先，数据传输设备(在该实例中，它 是具有FFD能量的I节点)接收数据，如在200所示，可以包括基本数据校验方法，比如奇 偶校验。接下来，确定数据的地址是否匹配介质访问控制(MAC)标识符，如在202所示。该 MAC标识符用于第一网络层。如果查询202是YES，则帧被定向到第一网络层，如在204所 示，并经由第一网络层路由到控制中心或基本节点，如在206所示。再次，还生成来自第一 网络层的ACK，如在208所示。如果步骤202产生了 N0，则帧被定向到子网络层，如在210所示，接下来检查是否 存在成组ID匹配一根据数据传输节点是至少一个通信组中的一部分的实施例，如在212 所述。如果帧不匹配设备的任何组ID，帧被丢弃，如所示的。否则，方法进行到步骤214，其 中确定设备是组中的初级还是次级设备。如果设备是初级设备，则ACK由第二网络层发送， 如在218所示。帧被发送到第二网络层，如在218所示，并且经由第二网络层路由到控制中 心，如在220所示。回到步骤214，如果设备是组的次级设备，那么在方法回到步骤216之 前，出现延迟，如在222所示。对于图6中所示的说明性例子，第一网络层例如可以是Zigbee协议层或任何适合 的通信层。第二网络层可以是使用不同通信协议的网络层。例如，如果第一网络层被配置 为Zigbee协议；第二网络层例如可以使用冗余网络方法，比如在联合待决的美国专利申请 No. 10/870, 295中陈述的方法之一。图7示出用于接收方法的说明性分层过滤操作。当在250接收帧之后，该方法进 行到第一过滤层。帧校验序列(FCS)被考虑，如在252所示，并且如果未通过，则丢弃帧，如 在254所示。FCS例如可以是循环冗余校验、奇偶校验、或用于检验所接收帧中错误的任何 其它适当的方法。如果在步骤252通过FCS，则将帧传递到下一个过滤层。在说明性实施例的第二过滤层中，确定设备是否正在介质访问控制混合模式中操 作，如在256所示。如果是，则在步骤258帧通过以到达第三过滤层。否则，帧被发送到步 骤260，其中确定帧是否是有效的帧。如果不是，则在262丢弃帧。如果在262处帧是有效 的帧，则在步骤264检查目的地址以查看接收设备是否是被访地址。如果不是，则如在262 所示的丢弃帧。如果帧和目的地址都有效，则帧如在258所示的通过到达第三过滤层。当在说明性实施例的第三过滤层中时，首先确定设备是否正在安全模式中操作， 如在266所示。如果不是，则可以确认所接收的数据，如在272所示。如果设备处于安全模 式，则方法包括观察源地址是否在ACL中，如在268所示。如果是，则在272发送ACK，并且 如果不是，则为了安全的原因丢弃帧，如在270所示。图8说明网络丢失初级通信关联之后重新将节点与网络关联的方法。从运行状态 300起，在此期间，任意数量的通信在L节点及其关联的P节点和S节点之间发生，P节点发 生失败，如在302所示，其中L节点不能从P节点接收ACK以响应L节点通信。如果没有接 收这样的ACK，则可以使L节点确定已经存在传输失败，如在304所示(这即使在S节点发 送由L节点接收的ACK时也可以出现，前提是P节点ACK丢失)。如果是，则由L节点确定是否已经存在预定最大数量的通信失败，如在306所示。如果在306的结果是NO，则传输失败计数器就递增，并且设备返回到运行状态300，其中没有被确认的传输可以被重试。相反，如果在308最大通信失败测试是YES，则L节点可能超时，如在308所示，并 且进入孤儿模式，如在310所示。一旦在孤儿模式中，L节点使用广播信号(L节点尽可能 利用有限的能量)来发送孤儿通知，如在312所示。如果为L节点指定的次级节点接收了 孤儿通知，如在314所示，则S节点将重新指定它本身为P节点，如在316所示。新的P节 点将通知L节点P节点的变化。作为响应，L节点与新的P节点关联，如在320所示，而同 时，新的P节点将识别并通知新的S节点。一旦新的P节点和S节点被识别，并且L节点被 配置用于新的P节点和S节点，则系统再次返回到运行状态300。可以注意，在与诸如图8所示的方法有关的时间周期期间，网络中的其它设备优 选地继续在它们的正常模式中操作。I节点层的设备(P节点、新的P节点和新的S节点) 可以继续作为与网络的其它元件和基本节点之间继续的通信有关的数据传输设备操作。在说明性的实施例中，本发明包括操作包括多个适于无线通信的设备的通信系统 的方法。该说明性方法包括提供至少多个基础节点和多个叶子节点，叶子节点适于与基础 节点交换消息，基础节点适于与叶子节点和基础节点交换消息；并且配置叶子节点与至少 两个基础节点关联并且经由第一传输同时发送数据分组到两个基础节点的每一个，其中如 果接收第一传输，则叶子节点的每一个关联的基础节点确定叶子节点是否是关联的叶子节 点，并且如果是，则朝着目的地定向数据分组。另一个说明性方法可以是如此使得通信系统 兼容于符合IEEE802. 15. 4规范的设备。又一个说明性方法还可以是如此使得叶子节点中 的至少一些是能量受限设备。在另一个说明性方法中，与叶子节点关联的至少两个基础节点包括初级节点和次 级节点，并且响应于第一传输，如果第一传输由初级节点接收，则初级节点发送确认；并且 如果第一传输由次级节点接收，则次级节点在发送确认之前等待初级节点发送确认。在另 外的说明性方法中，如果叶子节点没有从初级节点或次级节点接收确认，则叶子节点在第 二传输中重发数据分组。在又另一个示例方法中，与叶子节点关联的两个基础节点包括初级节点和次级节 点；当叶子节点与两个基础节点关联时，叶子节点指明两个基础节点中的初级节点，并且初 级节点选择成组地址且将成组地址传递到叶子节点和次级节点；并且当叶子节点发送第一 传输时，成组地址被包括在第一传输中。在另外的实施例中，如果第一传输被两个基础节点 中的每一个接收，则初级节点生成确认并且次级节点在等待延迟周期之后生成确认。在又 另一个说明性方法中，在第一传输由次级节点接收之后，次级节点等待延迟周期以确定初 级节点是否生成确认，并且如果没有，则次级节点生成确认。在一个说明性方法中，基础节点和叶子节点可以是与第一网络层协同操作的子网 络层的一部分，该方法还包括执行以下序列的至少第一基础节点接收数据信号；确定数 据信号是否包括匹配介质访问控制标识符的地址，并且如果是，则将数据信号定向到第一 网络层，使用第一网络层将数据信号路由到第一网络层的目的地节点，并且生成确认接收 数据信号的信号；如果不是将数据信号定向到子网络层。该方法可还包括确定数据信号 是否包括与关联于第一基础节点的成组标识符相匹配的地址，并且如果不是，则丢弃该数 据信号；而如果是使用子网络层将数据信号路由到子网络层的目的地节点。
在另一个说明性实施例中，本发明包括一种操作包括多个适于无线通信的设备的 通信系统的方法，该方法包括提供至少多个基础节点和多个叶子节点，叶子节点适于与基 础节点交换消息，基础节点适于与叶子节点和基础节点交换消息；且将叶子节点配置为与 至少两个基础节点关联并且按如下发送数据分组在第一传输中，叶子节点通过寻址数据 分组到第一基础节点来将数据分组发送到至少两个基础节点中的第一个；在第二传输中， 叶子节点通过寻址数据分组到第二基础节点来将数据分组发送到至少两个基础节点中的 第二个。该方法可以是如此使得如果第一传输成功地被第一基础节点接收，则第一基础节 点发送第一传输的确认；且只有当叶子节点没有从第一基础节点接收第一传输的确认时， 叶子节点才在第一传输之后执行第二传输。在另外的实施例中，如果第二传输由叶子节点 执行且成功地被第二基础节点接收，则第二基础节点发送第二传输的确认。在又另一个实 施例中，如果叶子节点在执行第一传输和第二传输之后没有接收来自初级节点或次级节点 的确认，则叶子节点重发数据分组。在另一个说明性实施例中，叶子节点可执行第一传输和第二传输而不管第一传输是否被第一基础节点确认。叶子节点可以是能量受限设备。在一些实施例中，通信系统可 以是兼容于符合IEEE802. 15. 4规范的设备。可在第一通信信道上执行第一传输并且可在 第二信道上执行第二传输。在另一个实施例中，在单个通信信道上可执行第一传输和第二 传输两者。本发明的另外附加的实施例可包括配置为执行以上方法的系统。一个这样的实施 例包括一种包括至少多个基础节点和多个叶子节点的通信系统，叶子节点适于与基础节点 交换消息，基础节点适于与叶子节点和基础节点交换消息；其中叶子节点与至少两个基础 节点关联；叶子节点经由第一传输将数据分组同时发送到两个基础节点；且接收第一传输 的叶子节点的每个关联的基础节点确定叶子节点是否是关联的叶子节点，并且如果是，则 朝着目的地定向数据分组。在另一个系统实施例中，与叶子节点关联的两个基础节点包括 初级节点和次级节点，并且响应于单个传输如果单个传输由初级节点接收，则初级节点发 送确认；并且如果单个传输由次级节点接收，则次级节点在发送确认之前等待初级节点发 送确认。在又另一个实施例中，与叶子节点关联的两个基础节点包括初级节点和次级节 点；当叶子节点与两个基础节点关联时，叶子节点指明两个基础节点中的初级节点，并且初 级节点创建成组地址并且将成组地址传递到叶子节点和次级节点；并且当叶子节点发送第 一传输时，成组地址被包括在单个传输中。另一个说明性实施例包括一种包括至少多个基础节点和多个叶子节点的通信系 统，叶子节点适于与基础节点交换消息，基础节点适于与叶子节点和基础节点交换消息，其 中叶子节点与至少两个基础节点关联并且按如下发送数据分组在第一传输中，叶子节点 通过寻址数据分组到第一基础节点来将数据分组发送到至少两个基础节点中的第一个；在 第二传输中，叶子节点通过寻址数据分组到第二基础节点来将数据分组发送到至少两个基 础节点中的第二个。本发明的另一个说明性实施例包括一种操作包括多个适于无线通信的设备的通 信系统的方法，该方法包括提供至少多个基础节点和多个叶子节点，叶子节点适于与基础 节点交换消息，基础节点适于与叶子节点和基础节点交换消息；且将叶子节点配置为与至少两个基础节点关联并且按如下发送数据分组在第一通信信道上的第一传输中，叶子节点发送数据分组到至少两个基础节点；并且在第二通信信道上的第二传输中，叶子节点发 送数据分组到至少两个基础节点。通信系统可兼容于符合IEEE802. 15. 4规范的设备。至少一个关联的基础节点可 包括用于无线通信的第一和第二收发装置，该第一和第二收发装置被配置为同时在不同的 信道上操作。叶子节点中的至少一些可以是能量受限设备。在另外的方法实施例中，与叶子节点关联的至少两个基础节点包括初级节点和次 级节点，并且响应于第一传输如果第一传输由初级节点接收，则初级节点发送确认；并且 如果第一传输由次级节点接收，则次级节点在发送确认之前等待初级节点发送确认。在又 另一个实施例中，叶子节点执行第一传输，并且如果叶子节点没有接收来自初级节点或次 级节点的确认，则叶子节点执行第二传输。在另一个另外的实施例中，至少两个基础节点被配置为发送从叶子节点接收的传 输的确认，其中叶子节点执行第一传输和第二传输，并且如果叶子节点接收第一传输的确 认但没有接收第二传输的确认，则叶子节点再次执行第二传输；如果叶子节点接收第二传 输的确认但没有接收第一传输的确认，叶子节点再次执行第一传输；或者如果叶子节点没 有接收第一传输或第二传输的确认，则叶子节点再次执行第一传输和第二传输。另一个实 施例被如此配置使得与叶子节点关联的两个基础节点包括初级节点和次级节点；并且如 果初级节点接收第一传输，则初级节点发送确认；或者如果次级节点接收第一传输，则次级 节点发送确认，次级节点等待一个延迟周期以允许初级节点首先发送确认。在另一个说明性实施例中，与叶子节点关联的两个基础节点包括初级节点和次级 节点；并且如果初级节点接收第二传输，则初级节点发送确认；并且如果次级节点接收第 二传输，则次级节点发送确认，次级节点等待一个延迟周期以允许初级节点首先发送确认。 在又另一个说明性实施例中，与叶子节点关联的两个基础节点包括初级节点和次级节点； 当叶子节点与两个基础节点关联时，叶子节点指明两个基础节点中的初级节点，并且初级 节点选择成组地址且将成组地址传递到叶子节点和次级节点；并且当叶子节点发送第一传 输时，成组地址被包括在第一传输中。在另外的实施例中，在第一传输由次级节点接收之 后，次级节点等待一个延迟周期以确定初级节点是否生成确认，并且如果不是，则次级节点 生成确认。在另一个说明性方法中，与叶子节点关联的两个基础节点包括初级节点和次级节 点；当叶子节点与两个基础节点关联时，叶子节点指明两个基础节点中的初级节点，并且初 级节点选择成组地址且将成组地址传递到叶子节点和次级节点；并且当叶子节点发送第二 传输时，成组地址被包括在第二传输中。在又另一个实施例中，基础节点和叶子节点是与 第一网络层协同操作的子网络层的一部分，该方法还包括执行以下序列的至少第一基础节 点接收数据信号；确定数据信号是否包括匹配介质访问控制标识符的地址，并且如果是， 则将数据信号定向到第一网络层，使用第一网络层将数据信号路由到第一网络层的目的地 节点，并且生成确认接收数据信号的信号；如果不是将数据信号定向到子网络层；确定数 据信号是否包括与关联于第一基础节点的成组标识符相匹配的地址，并且如果不是，则丢 弃该数据信号；否则，使用子网络层将数据信号路由到子网络层的目的地节点。本发明的另一个说明性实施例包括一种操作包括多个适于无线通信的设备的通信系统的方法，该方法包括提供至少多个基础节点和多个叶子节点，叶子节点适于与基础 节点交换消息，基础节点适于与叶子节点和基础节点交换消息；且将叶子节点配置为与至 少第一基础节点和第二基础节点关联并且按如下发送数据分组在第一通信信道上的第一 传输中，叶子节点通过寻址包含数据分组的消息到第一基础节点来将数据分组发送到第一 基础节点；并且在第二通信信道上的第二传输中，叶子节点通过寻址包含数据分组的消息 到第二基础节点来将数据分组发送到第二基础节点。在另外的实施例中，叶子节点执行第一传输并观察是否从第一基础节点接收确 认，并且如果没有接收确认，则叶子节点执行第二传输。在一个示例实施例中，如果叶子节 点执行第一传输，则叶子节点也执行第二传输。通信系统可以是兼容于符合IEEE802. 15. 4 规范的设备。至少一个关联的基础节点可包括用于无线通信的第一和第二收发装置，该第 一和第二收发装置被配置为同时在不同的信道上操作。叶子节点中的至少一些可以是能量 受限设备。本发明的又另一个说明性实施例包括一种包括至少多个基础节点和多个叶子节 点的通信系统，叶子节点适于与基础节点交换消息，基础节点适于与叶子节点和基础节点 交换消息；其中叶子节点与至少两个基础节点关联；叶子节点按如下发送数据分组在第 一通信信道上的第一传输中，叶子节点发送数据分组到至少两个基础节点；并且在第二通 信信道上的第二传输中，叶子节点发送数据到至少两个基础节点。另一个说明性例子包括一种包括至少多个基础节点和多个叶子节点的通信系统， 叶子节点适于与基础节点交换消息，基础节点适于与叶子节点和基础节点交换消息；其中 叶子节点与第一基础节点和第二基础节点关联；叶子节点按如下发送数据分组在第一通 信信道上的第一传输中，叶子节点通过寻址包含数据分组的消息到第一基础节点来将数据 分组发送到第一基础节点；并且在第二通信信道上的第二传输中，叶子节点通过寻址包含 数据分组的消息到第二基础节点来将数据分组发送到第二基础节点。另一个说明性实施例包括一种在具有多个适于无线通信的节点的通信系统中将 数据发送节点与数据中继节点关联的方法。该说明性关联方法包括数据发送节点通过生 成和发送探索信标来启动探索序列；接收探索信标的至少一个数据中继节点通过发送探索 信号给数据发送节点来应答；数据发送节点收集应答的节点列表，该列表包括与用于应答 数据中继节点的响应信号的一个或多个特性有关的数据；数据发送节点从列表上的数据中 继节点中选择初级节点；数据发送节点向数据中继节点通知它是初级节点并且提供与列表 有关的数据给初级节点；该初级节点分析该列表，选择一个或多个次级节点，并且为它本 身、次级节点和数据发送节点生成成组地址；初级节点向其它数据中继节点通知它们是次 级节点；并且初级节点向次级节点和数据发送节点指明分组地址。另一个说明性实施例包 括一种使用中间数据中继节点将数据从数据发送节点发送到目的地节点的方法，该方法包 括数据发送节点使用上面的说明性关联方法将它本身与第一和第二数据中继节点关联， 数据发送节点通过包括成组地址来发送数据分组给初级和次级节点；并且初级和次级节点 转发数据信号。本领域技术人员将认识到，本发明可以用这里所描述和想到的特定实施例之外的 各种形式来表现。由此，在不偏离如所附权利要求所述的本发明的范围和精神的情况下可 以有形式和细节上的偏差。
权利要求
一种操作包括多个适于无线通信的设备的通信系统的方法，该方法包括提供至少多个基础节点和多个叶子节点，叶子节点适于与基础节点交换消息，基础节点适于与叶子节点和基础节点交换消息；且将叶子节点配置为与至少两个基础节点关联并且经由第一传输将数据分组同时发送到两个基础节点中的每一个，其中如果第一传输被接收，则叶子节点的每个关联的基础节点确定该叶子节点是否是关联的叶子节点，并且如果是，则朝着目的地定向数据分组。
2.权利要求1的方法，其中通信系统兼容于符合IEEE802.15. 4规范的设备。
3.权利要求1的方法，其中叶子节点中的至少一些是能量受限的设备。
4.权利要求1的方法，其中与叶子节点关联的至少两个基础节点包括初级节点和次级 节点，并且响应于第一传输如果第一传输由初级节点接收，则初级节点发送确认；并且 如果第一传输由次级节点接收，则次级节点在发送确认之前等待初级节点发送确认。
5.权利要求4的方法，其中如果叶子节点没有接收来自初级节点或次级节点的确认， 则叶子节点在第二传输中重发数据分组。
6.权利要求1的方法，其中与叶子节点关联的两个基础节点包括初级节点和次级节点；当叶子节点与两个基础节点关联时，叶子节点指明两个基础节点中的初级节点，并且 初级节点选择成组地址并且将成组地址传递到叶子节点和次级节点；并且 当叶子节点发送第一传输时，成组地址被包括在第一传输中。
7.权利要求6的方法，其中如果第一传输被两个基础节点中的每一个接收，则初级节 点生成确认并且次级节点在等待延迟周期之后生成确认。
8.权利要求7的方法，其中，在第一传输由次级节点接收之后，次级节点等待延迟周期 以确定初级节点是否生成确认，并且如果没有，则次级节点生成确认。
9.权利要求1的方法，其中基础节点和叶子节点是与第一网络层协同操作的子网络层 的一部分，该方法还包括执行以下序列的至少第一基础节点接收数据信号；确定数据信号是否包括匹配介质访问控制标识符的地址，并且如果是，则将数据信号 定向到第一网络层，使用第一网络层将数据信号路由到第一网络层的目的地节点，并且生 成确认接收数据信号的信号；如果不是 将数据信号定向到子网络层；确定数据信号是否包括与关联于第一基础节点的成组标识符相匹配的地址，并且如果 不是，则丢弃该数据信号；如果是使用子网络层将数据信号路由到子网络层的目的地节点。
10.一种操作包括多个适于无线通信的设备的通信系统的方法，该方法包括提供至少多个基础节点和多个叶子节点，叶子节点适于与基础节点交换消息，基础节 点适于与叶子节点和基础节点交换消息；且将叶子节点配置为与至少两个基础节点关联并且按如下发送数据分组 在第一传输中，叶子节点通过寻址数据分组到第一基础节点来将数据分组发送到至少 两个基础节点中的第一个；在第二传输中，叶子节点通过寻址数据分组到第二基础节点来将数据分组发送到至少 两个基础节点中的第二个。
11.权利要求10的方法，其中如果第一传输成功地被第一基础节点接收，则第一基础节点发送第一传输的确认；且只有当叶子节点没有从第一基础节点接收第一传输的确认时，叶子节点才在第一传输 之后执行第二传输。
12.权利要求11的方法，其中如果第二传输由叶子节点执行且成功地被第二基础节点 接收，则第二基础节点发送第二传输的确认。
13.权利要求12的方法，其中如果叶子节点在执行第一传输和第二传输之后没有接收 来自初级节点或次级节点的确认，则叶子节点重发数据分组。
14.权利要求10的方法，其中叶子节点执行第一传输和第二传输而不管第一传输是否 被第一基础节点确认。
15.权利要求10的方法，其中叶子节点是能量受限设备。
16.权利要求10的方法，其中通信系统是兼容于符合IEEE802.15. 4规范的设备。
17.权利要求10的方法，其中在第一通信信道上执行第一传输并且在第二信道上执行第二传输。
18.权利要求10的方法，其中在单个通信信道上执行第一传输和第二传输两者。
19.一种包括至少多个基础节点和多个叶子节点的通信系统，叶子节点适于与基础节 点交换消息，基础节点适于与叶子节点和基础节点交换消息；其中叶子节点与至少两个基础节点关联；叶子节点经由第一传输将数据分组同时发送到两个基础节点；且接收第一传输的叶子节点的每个关联的基础节点确定叶子节点是否是关联的叶子节 点，并且如果是，则朝着目的地定向数据分组。
20.权利要求19的通信系统，其中与叶子节点关联的两个基础节点包括初级节点和次 级节点，并且响应于单个传输如果单个传输由初级节点接收，则初级节点发送确认；并且如果单个传输由次级节点接收，则次级节点在发送确认之前等待初级节点发送确认。
21.权利要求19的通信系统，其中与叶子节点关联的两个基础节点包括初级节点和次级节点；当叶子节点与两个基础节点关联时，叶子节点指明两个基础节点中的初级节点，并且 初级节点创建成组地址并且将成组地址传递到叶子节点和次级节点；并且当叶子节点发送第一传输时，成组地址被包括在单个传输中。
22.一种包括至少多个基础节点和多个叶子节点的通信系统，叶子节点适于与基础节 点交换消息，基础节点适于与叶子节点和基础节点交换消息，其中叶子节点与至少两个基础节点关联并且按如下发送数据分组在第一传输中，叶子节点通过寻址数据分组到第一基础节点来将数据分组发送到至少 两个基础节点中的第一个；在第二传输中，叶子节点通过寻址数据分组到第二基础节点来将数据分组发送到至少 两个基础节点中的第二个。
全文摘要
用于操作包括冗余通信的无线网络的方法和设备。所讨论的涉及冗余连接的节点的方法包括寻址方法和/或创建用于这种冗余通信的组的方法。讨论了使用初级和次级冗余连接。并且，讨论了用于实现这种方法的设备。
文档编号H04L12/56GK101809944SQ200680027851
公开日2010年8月18日 申请日期2006年6月2日 优先权日2005年6月3日
发明者P·S·戈尼亚, R·S·布丹帕蒂, S·N·科拉文努, S·纳朗, V·S·科尔 申请人:霍尼韦尔国际公司