[发明专利]窄频带无线网络中具有网格划分能力的网络协议方法

说明书

本发明公开了一种窄频带无线数据网络的形成方法以及一种设置与操作窄频带无线数据网络的方法，其中，窄频带无线数据网络包括中央供应服务器，中央供应服务器用于向网络提供指令和控制数据，以保留网络的网格树状结构，以及管理和保留所有传感器数据和新连接请求。网关装置连接到中央供应服务器，以通过第一和第二无线电接收器/传送器与网络进行通讯，无线电接收器或发射器用于在至少一个频率信道上发送和接收数据。为了收集传感器数据，多个装置节点控制相关的传感器装置，并与其进行通讯，使装置节点理解并执行从网关装置或网络上寻址到各个装置节点的其他装置节点所发送的指令。这些指令在没有确认的情况下执行。

技术领域

本发明关于一种网络架构，特别关于配置递归式网格树状网络，甚至关于一种能够自动配置递归式网格树状网络的通讯协议。

背景技术

传感器网络为元件所构成的互连网络，其能感测或测量实体世界中所发生的事件。这些元件提供的传感器包括电场和磁场传感器、调频传感器、光学传感器、光电传感器、红外线传感器、雷达、激光、位置/导航传感器、地震和压力波传感器、环境参数传感器(例如风、湿度、热)，以及国家安全导向的生化传感器。检测到的现象被数字化并保留在电子储存器中，然后根据指令通过无线网络传输到中央处理系统。

传感器元件是低成本、低功耗、不受限制的多功能节点，其连接到中央汇聚节点(central sink node)。有些网络是蜂巢技术，例如窄频带物联网(NB-loT)和远程广域网(LoRa/LoRaWAN)，以及低功耗广域网(LPWAN)，例如法国的Labège的Sigfox构建的技术。蜂巢技术没有所需的网格划分能力，无法将覆盖范围扩展到基地台范围之外。蜂巢技术在将安全功能客制化到其通讯中也有限制。

其他网络是基于互联网协议的组织，例如无线智能公用网络(Wi-SUN)，低速率无线个人局域网(LR-WPAN)和紫蜂(Zigbee)，它们是低成本与低功耗的双向无线通信标准。ZigBee标准是用于实现“物联网”的无线个人局域网(WPAN)中通讯的规范，该规范于2012年9月7日作为ZigBee规范的文件053474r20发布，即ZigBee Alliance，Inc.San Ramon，CA94583。诸如ZigBee的网络具有堆栈体系结构，其中的两个堆栈(媒体访问控制和物理层)符合IEEE 802.15.4技术标准(IEEE标准802.15.4TM-2011，IEEE，纽约，10016-5997，美国，2011年9月5日)。

这些网络结构具有网格划分功能，但是与它们的蜂窝无线电对等装置相比，它们的无线电装置可能无法提供最佳的覆盖范围。这些基于互联网协议(IP)的技术还需要预安装的阶段过程或现场配置。对于电气技术人员和功率计现场安装人员而言，系统安装过程可能会面临挑战。

图1A是于Zigbee标准的网络中使用的星形结构化网络15的示意图。ZigBee标准提供了一个简单的网络层和标准应用程序配置文件(profiles)，可用于产生可互相操作的节点元件。在图1A的配置中，星形网络15由全功能装置(FFD)和简化功能装置(RFD)所形成。可以将全功能装置中的至少一个指定为个人局域网(PAN)协调器。PAN协调器(FFD-PC)与网关装置10无线通信，网关装置10又与中央计算机系统5通讯。在一些实施方式中，网关装置10被整合在中央计算机系统5内，而在其他实施方式中，中央计算机系统5通过诸如以太网络或互联网协议之类的另一网络协议远程连接至网关装置10。

图1B是于Zigbee标准的网络中使用的端点对端点(peer-to-peer)结构化网络30的示意图。在端点对端点(peer-to-peer)结构化网络30中，每个FFD与其他FFD无线通信。FFD的其中之一被指定为FFD-PC，并且与网关装置25通讯。如上所述，网关装置25与中央计算机系统20进行通讯。因为不允许RFD与其他FFD通讯，所以任何RFD都可作为叶片装置连接到其中的一FFD。