ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПЛОТНЫХ БОЛЬШИХ СЕТЕЙ (МАСШТАБИРОВАНИЕ ПРОКСИ-ТАБЛИЦЫ)
ENVIRONMENTALLY FRIENDLY ENERGY SOURCE FOR DENSE LARGE NETWORKS (PROXY TABLE SCALING)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к области сетей связи, где прокси-устройства работают как релейные устройства для пересылки сообщений от устройств с ограниченными ресурсами, таких как, но не в ограничительном смысле, Устройства Экологически Чистой Энергии ZigBee, к их устройствам назначения, в частности, изобретение относится к эффективному назначению прокси-устройства в пределах этих сетей связи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В беспроводных сетях могут быть использованы устройства с ограниченными ресурсами, включая устройства с ограниченной энергией, такие как устройства со сбором энергии. Такие устройства сильно ограничены в доступном количестве энергии, что ограничивает их предлагаемую функциональность и влияет на работу сети, ввод в эксплуатацию и техническое обслуживание.
Одним из примеров такой технологии является развивающийся Стандарт Экологически Чистой Энергии (GP) ZigBee. Устройство Экологически Чистой Энергии ZigBee (ZGPD) представляет собой устройство с ограниченными ресурсами, которое может питаться за счет сбора энергии и которое может не иметь батареи или которое может иметь лишь небольшую емкость. Таким образом, устройство с ограниченными ресурсами может передавать и/или принимать только в незапланированных случаях. Одним из примеров такого устройства с ограниченными ресурсами является переключатель без батареи, который может передавать лишь в течение короткого времени после того, как он был приведен в действие пользователем, но не имеет возможности приема. Другим примером устройства с ограниченными ресурсами является коммутатор без батареи, который может принимать в течение короткого времени после того, как он передал сигнал при приведении в действие пользователем. Еще одним примером устройства с ограниченными ресурсами является периодически передающий датчик, собирающий энергию из его окружающей среды, например, с помощью фотоэлемента, с или без возможности приема. Если устройство с ограниченной энергией находится за пределами диапазона устройства, которым оно сконфигурировано управлять (устройство, которое должно управляться, называют устройством назначения), используется промежуточное устройство (называемое прокси-устройством) для пересылки информации в целевое устройство. Как правило, любое устройство в пределах сети, которое имеет возможность пересылки, может действовать как прокси-устройство, включая целевое устройство. Беспроводные связи между прокси-устройством и устройством с ограниченными ресурсами могут появляться и исчезать в ходе периода эксплуатации сети, например, из-за изменений в условиях распространения или в относительном местоположении устройств, и/или из-за добавляемых и удаляемых устройств. По соображениям безопасности и производительности, прокси-устройства могут потребоваться, чтобы только осуществлять пересылку для устройств с ограниченными ресурсами, для которых они имеют запись в таблице (например, запись в прокси-таблице), например, чтобы иметь возможность выполнить проверку свежести и/или безопасности (аутентификация, декодирование), направить сообщение в соответствующее устройство(а) назначения и т. д. Для надежности связи может использоваться более чем одно прокси-устройство для пересылки информации от имени одного устройства с ограниченными ресурсами.
Описанный выше принцип, например, принцип Экологически Чистой Энергии ZigBee, был разработан, имея в виду домашние сети с ограниченным числом устройств, довольно редко распределенных и самоорганизующихся (способных работать в случае временного отсутствия какого-либо из устройств). Принцип может в большинстве случаев использоваться в управляемой сети, где любая само-конфигурация или само-обнаружение отключено, и определена функциональность управления, которая может выполняться центральным устройством или совместно использоваться рядом устройств, принимая ответственность за правильную конфигурацию и работу. Однако, предложенные решения не масштабируются хорошо в больших, плотных сетях, особенно назначение прокси-устройства, например, управление записями прокси-таблицы может стать критическим для больших, плотных сетей.
Международная патентная заявка WO 2013121339 A2 описывает несколько методов для управления содержимым прокси-таблиц способами, которые оптимизируют производительность, задержку и надежность для сетей связи, таких как сети Экологически Чистой Энергии ZigBee, при этом обеспечивая определенное число действующих на ранней стадии прокси в расчете на ограниченное устройство. Узлу разрешено сохранять требуемое количество прокси в расчете на устройство с ограниченными ресурсами путем удаления или добавления записей прокси-таблицы.
Спецификация ZigBee GP определяет два способа управления назначением прокси-устройства, например, управлением записями прокси-таблицы: глобальный и локальный подход.
В глобальном подходе функциональность управления, выполняемая посредством, например, центрального устройства, например, Эксплуатирующего Инструмента (CT), концентратора или устройства назначения, либо выполняемая посредством ряда устройств, например, устройства приема, отвечает за управление пересылкой прокси-устройств от имени конкретного устройства с ограниченными ресурсами путем непосредственного конфигурирования их прокси-таблиц. Автоматическая конфигурация и обнаружение самими прокси может быть выключена. Этот подход может требовать анализа топологии сети, характеристик распространения сигнала и т. д. Кроме того, вмешательство в функциональность управления требуется не только во время ввода в эксплуатацию, когда каждая прокси-таблица изначально настроена, но также во время работы, поскольку условия распространения могут меняться, когда устройство с ограниченными ресурсами, целевое устройство или прокси-устройство перемещается, удаляется или добавляется.
В локальном подходе при создании сопряжения между устройством с ограниченными ресурсами и устройством назначения, целевое устройство только передает команду сопряжения GP, и все прокси-устройства с пустой записью прокси-таблицы могут добавить соответствующую запись. Если прокси-устройство не знает устройство с ограниченными ресурсами, от которого принимает кадры (т.е., не имеет записи в таблице для этого устройства с ограниченными ресурсами), оно может обнаружить устройство с ограниченными ресурсами путем рассылки команды Поиска Сопряжения GP и/или рассылки команды Оповещения GP. В то время как это работает в небольших, разреженных сетях, такой самоорганизующийся подход не будет масштабироваться до крупномасштабных плотных сетей, таких как, например, профессиональные приложения освещения. Такое профессиональное приложение освещения может использоваться для управления светом во множестве комнат, расположенных, например, на этаже офисного здания. Предполагая, что есть двадцать комнат в крыле этажа офиса, каждая оборудована только двумя лампами (которая находится на низкой стороне), и только одним устройством с ограниченными ресурсами в форме коммутатора в расчете на комнату офиса, скажем, 3 на 3 метра (опять же, это на низкой стороне), будет около сорока прокси-устройств в пределах диапазона беспроводной связи каждого из устройств с ограниченными ресурсами, а также девятнадцать других устройств с ограниченными ресурсами, конкурирующих за это же пространство прокси-таблицы и эфирное время. Минимальное требование, сделанное стандартом Экологически Чистой Энергии v1.0 (документ ZigBee 095499r26), заключается в том, чтобы прокси-устройство имело десять записей прокси-таблицы. Наличие большего количества записей увеличивает использование памяти, поскольку каждая запись может составлять несколько десятков байт в длину, и стандарт Экологически Чистой Энергии v1.0 (документ ZigBee 095499r26) требует, чтобы они хранились постоянно между циклами питания устройства. Таким образом, результирующая сеть должна иметь дело с большим количеством прокси-устройств в расчете на устройство с ограниченными ресурсами, что приводит, среди прочего, к очень высокому трафику вследствие избыточной пересылки сигналов с большим количеством обнаружений в расчете на устройство с ограниченными ресурсами, поскольку не все устройства будут вмещаться в таблицы всех прокси. Результатами являются высокий трафик и переполнения записей таблиц. Следовательно, в распределенном случае не может быть гарантировано, что есть по крайней мере одна запись в прокси-таблице в расчете на устройство с ограниченными ресурсами.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить эффективное управление назначениями прокси-устройств в сети таким образом, чтобы достичь по меньшей одного из избежания переполнения прокси-таблицы, избежания слишком большого количества активных прокси в расчете на устройство с ограниченными ресурсами (особенно в плотных сетях), гарантии по меньшей одного прокси-устройства в расчете на устройство с ограниченными ресурсами (в плотных сетях) и оптимальной надежности прокси-устройства.
Соответственно, предлагаются решения для управления назначением прокси-устройств в беспроводной сети связи способами, которые оптимизируют производительность, задержку и надежность для рассматриваемой сети(ей), при этом оптимизируя для определенного количества прокси-устройств в расчете на одно устройство с ограниченными ресурсами.
В одном из аспектов изобретения предложен способ управления назначением прокси-устройств в беспроводной сети связи, где прокси-устройства в беспроводной сети связи работают как релейные устройства, пересылающие сигналы от по меньшей мере одного устройства с ограниченными ресурсами в целевое устройство. Способ содержит этапы, на которых делят пространство идентификатора, доступное устройству с ограниченными ресурсами, на по меньшей мере две части и назначают по меньшей мере одну из по меньшей мере двух частей пространства идентификатора по меньшей мере одному прокси-устройству беспроводной сети связи, где прокси-устройство, назначенное по меньшей мере одной из по меньшей мере двух частей пространства идентификатора, является ответственным за устройство с ограниченными ресурсами, передающее сигнал, содержащий идентификатор, попадающий в первую часть пространства идентификатора.
Пространство идентификатора содержит все возможные варианты или комбинации идентификатора. Передачи сигналов в беспроводной сети требуют предопределенного формата, в котором сообщения передаются из устройства с ограниченными ресурсами в целевое устройство через прокси-устройство. Как правило, любая информация, содержащаяся в передаче сигнала, может быть использована в качестве идентификатора. Примерами могут служить аппаратный адрес устройства с ограниченными ресурсами, сетевой адрес устройства с ограниченными ресурсами (т.е. идентификатор, назначенный устройству при присоединении к конкретной сети, обычно более короткий, чем аппаратный адрес), серийный номер, счетчик кадров, ID команды, тип устройства, ID производителя или относящаяся к производителю часть из ID источника или их части или комбинации. Альтернативно, в частности для создания прокси-таблицы, любая информация назначения может быть использована взамен, включая аппаратный адрес, сетевой адрес, серийный номер, счетчик кадров, тип устройства, ID производителя или относящаяся к производителю часть из адреса или их части или комбинации. Результирующее пространство идентификатора разделяется на по меньшей мере две части, и по меньшей мере одна часть назначается по меньшей мере одному прокси-устройству в пределах сети. Чтобы обеспечить покрытие всего пространства идентификатора, каждая часть должна быть назначена по меньшей мере одному прокси-устройству в пределах сети. Прокси-устройство, которое было назначено по меньшей мере одной части пространства идентификатора, затем отвечает за по меньшей мере одну из выбранных задач, связанных с пересылкой сигналов, относящихся к устройству с ограниченными ресурсами, содержащему идентификатор, попадающий в первую часть пространства идентификатора. Задачи могут включать в себя пересылку кадров, пересылку эксплуатационных и конфигурационных кадров; от/к известным или неизвестным устройствам, от имени двунаправленных или только передающих устройств, и/или в конкретном режиме связи; с конкретной задержкой; с/без псевдонима; буферизацию информации об устройстве с ограниченными ресурсами, например, его возможностях, описании, информации о производителе/режиме, последних сообщенных значениях; обработку запросов для устройства с ограниченными ресурсами, буферизацию информации для устройства с ограниченными ресурсами; сохранение записи прокси-таблицы, относящейся к устройству, и т. д. Могут быть определены различные правила для каждой категории сообщений или задачи, связанной с пересылкой. Может потребоваться, чтобы некоторые задачи выполнялись каждым прокси, вне зависимости от назначения идентификатора пространства; это может быть реализовано путем назначения этих задач всем подходящим прокси или путем освобождения задачи от правила проверки пространства идентификатора. Задачи могут быть предопределенными или конфигурируемыми. Например, чтобы ограничить размеры таблицы, только прокси с совпадающим пулом адресов могут хранить записи таблицы; в другом примере, чтобы ограничить размер трафика, все прокси могут хранить записи таблицы, но они пересылают только от имени устройств с ограниченными ресурсами с идентификатором, совпадающим с пулом адресов и переданным командам с порядковым номером, совпадающим с пулом порядковых номеров. В еще одном другом примере ограничение пула адресов может быть применено только к устройствам, допускающим двунаправленную связь, и кадрам, указывающим возможность приема (что может не допускать использование стратегий сокращения трафика, таких как использование псевдонимов), в то время как кадры, не указывающие способность приема, могут быть пересланы всеми прокси. В еще одном другом примере ограничение пула адресов может быть применено только к устройству с ограниченными ресурсами, требующему однонаправленной связи, тогда как групповая информация может быть переслана всеми прокси. Каждое прокси-устройство может быть сделано ответственным за выбранную часть(и) пространства идентификатора, где ответственность означает обработку задач, таких как участие в вводе в эксплуатацию, сохранение записей прокси-таблицы, которые относятся к устройству с ограниченными ресурсами, пересылка от имени и/или обнаружение сопряжений для устройства с ограниченными ресурсами с идентификатором в пределах соответствующей части(ей) пространства идентификатора; пересылка блоков данных, пересылка эксплуатационных и конфигурационных кадров; от или к известным или неизвестным устройствам; могут быть определены различные правила для каждой категории сообщений. В качестве примера разделения идентификатора, идентификатор может быть числом между 0 и 99. Простой способ разделения пространства идентификатора заключается в том, чтобы назначать все четные числа первой части и все нечетные числа второй части. В том случае, если желательно разделение на большее количество частей, разделение на четыре части может быть достигнуто путем назначения всех чисел с двумя четными цифрами первой части, чисел с первой четной и второй нечетной цифрой второй части, чисел с первой нечетной и второй четной цифрой третьей части и чисел с двумя нечетными цифрами четвертой части. То, является ли распределение однородным или будет иметь результатом равные части пространства идентификатора, зависит от критерия разделения, который может быть свободно выбран в зависимости от потребностей конкретного применения. Кроме того, количество частей может быть фиксированным по всей сети или изменяться локально. Оно может меняться, например, с плотностью прокси, с плотностью устройства с ограниченными ресурсами и/или с количеством трафика, генерируемого в сети и/или устройствами с ограниченными ресурсами. Оно также может изменяться в ходе периода эксплуатации сети. Каждому прокси-устройству может быть назначены ноль, одна или более частей в зависимости от топологии сети и распространения сигнала. Сохранение только тех записей таблицы в таблице прокси-устройства, которые попадают в пределы частей пространства идентификатора, назначенного прокси-устройству, может повысить емкость прокси-таблицы множества N-прокси устройств до N раз. Таким образом, можно избежать переполнения прокси-таблицы, что помогает гарантировать, что каждое устройство с ограниченными ресурсами в пределах сети имеет запись в таблице в прокси-устройстве. Путем назначения выделенных прокси-устройств выбранной части(ям) пространства идентификатора, количество избыточного трафика может уменьшено, что эффективно улучшает производительность системы. Различные правила для каждой категории сообщений могут быть определены по отношению к частям идентификатора. Например, прокси-устройства могут пересылать обмен данными к и от известных устройств с ограниченными ресурсами с идентификатором, попадающим в пространство идентификатора, назначенное этому прокси-устройству. Они могут дополнительно быть в состоянии передавать эксплуатационные/конфигурационные данные или выполнять обнаружение от имени любого устройства с ограниченными ресурсами, вне зависимости от идентификатора, чтобы увеличить вероятность того, что информация о вводе в эксплуатацию или информация о неизвестных устройствах с ограниченными ресурсами своевременно принята. Альтернативно, прокси-устройство может пересылать обмен данными к и от любого устройства с ограниченными ресурсами, для которого оно имеет запись в таблице, вне зависимости от идентификатора, и пересылать только эксплуатационные/конфигурационные данные или выполнять обнаружение от имени устройства с ограниченными ресурсами с идентификатором, попадающим в пространство идентификатора, назначенное этому прокси-устройству, чтобы уменьшить количество трафика, относящееся к вводу в эксплуатацию или обнаружению неизвестных устройств. Последнее также позволило бы сочетать преимущества глобального и распределенного ведения прокси-таблицы, например, позволяя функциональности управления предоставлять первоначальную конфигурацию прокси-таблиц и позволяя прокси-устройству сообщать о любых изменениях и, таким образом, запускать адаптацию прокси-таблицы.
Применение разделения пространства идентификатора к двунаправленной связи с устройством с ограниченными ресурсами потенциально освобождает устройство(а) назначения от задачи выбора одного конкретного прокси-устройства, которое должно отправлять сообщение устройству с ограниченными ресурсами, где выбор только одного прокси может быть продиктован ограничениями ресурсов устройства с ограниченными ресурсами, например, очень коротким периодом, в течение которого оно будет способно находится в режиме приема, его неспособностью отправлять подтверждение при получении сообщения и т. д.; и от необходимости знать/сохранять сущности прокси-устройств, участвующих в пересылке устройств с ограниченными ресурсами.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения идентификатор представляет собой статический идентификатор, в частности, адрес устройства с ограниченными ресурсами, и деление пространства идентификатора, доступного устройству с ограниченными ресурсами, основано на предопределенном количестве наименее значащих битов статического идентификатора. Деление адресного пространства с использованием предопределенного количества наименее значащих битов обеспечивает равномерное распределение, которое охватывает все адресное пространство. Количество наименее значащих бит, используемых для деления, управляет гранулярностью деления, например, если используются последние 2 бита, создаются четыре части, соответствующие битам 00, 01, 10 и 11, соответственно. Восемь частей могут быть реализованы путем использования последних 3 бит и т.д.
В альтернативном варианте осуществления идентификатор представляет собой не-статический идентификатор, в частности, порядковый номер, используемый устройством с ограниченными ресурсами, и деление пространства идентификатора устройства с ограниченными ресурсами основано на предопределенном количестве наименее значащих битов меняющегося идентификатора. Примерами не-статических идентификаторов являются, например, порядковый номер счетчика кадров. Этот подход может повысить надежность связи к и от устройств с ограниченными ресурсами и/или быть выгодным для мобильных устройств с ограниченными ресурсами.
В одном из вариантов осуществления изобретения назначение по меньшей мере одной части пространства идентификатора по меньшей мере одному прокси-устройству беспроводной сети связи состоит в том, что случайным образом выбирают прокси-устройство, которому назначается по меньшей мере одна часть пространства идентификатора. Путем выбора прокси-устройства случайным образом, минимум взаимодействия с пользователем требуется для настройки и обслуживания системы.
В одном из вариантов осуществления изобретения назначение по меньшей мере одной части пространства идентификатора по меньшей мере одному прокси-устройству беспроводной сети связи выполняется на основе предопределенной взаимосвязи между идентификатором прокси-устройства и частью пространства идентификатора. Примерная взаимосвязь может быть установлена с использованием комбинации битов в собственном идентификаторе прокси-устройств, например, его адреса IEEE, чтобы назначить конкретную часть разделенного пространства идентификатора. Могут быть использованы другие фиксированные идентификаторы, например, ID модели или короткий (сетевой) адрес. Это выгодно для сценариев, в которых назначение прокси-устройства устройству с ограниченными ресурсами должно быть статическим, например потому, что записи прокси-таблицы должны храниться, команды устройства с ограниченными ресурсами являются критическими с точки зрения времени или устройство с ограниченными ресурсами находится в фиксированном местоположении. Альтернативно, меняющийся параметр, например, порядковый номер или счетчик кадров, может использоваться для назначения частей адресного пространства конкретному прокси-устройству или конкретным прокси-устройствам. Это может повысить надежность связи к и от устройств с ограниченными ресурсами и/или быть выгодным для мобильных устройств с ограниченными ресурсами. Путем явного назначения части пространства идентификатора конкретным прокси-устройствам, количество прокси в расчете на устройства с ограниченными ресурсами может лучше управляться, в частности, в случае фиксированных местоположений устройства.
В одном из вариантов осуществления изобретения разделение пространства идентификатора динамически адаптируется. Таким образом, сеть может компенсировать локальные или временные колебания. Адаптация может выполняться посредством протокола управления, выполняемого либо устройством управления, либо распределенного по меньшей мере по двум из прокси-устройств. Следует отметить, что прокси-устройство может взять на себя роль устройства управления в примерном варианте осуществления.
В соответствии с дополнительным аспектом изобретения, предложен энергонезависимый машинно-читаемый носитель, содержащий машинно-читаемую программу, где машинно-читаемая программа при ее исполнении на компьютере приводит к тому, что компьютер выполняет способ управления назначением прокси-устройства в беспроводной сети связи, где прокси-устройства работают как релейные устройства, пересылающие сигналы от устройства с ограниченными ресурсами в целевое устройство, как описано выше в материалах настоящей заявки.
В соответствии с дополнительным аспектом изобретения, предложено прокси-устройство, приспособленное для работы в качестве релейного устройства между устройством с ограниченными ресурсами и целевым устройством. Прокси-устройство содержит контроллер, предназначенный для определения того, является ли прокси-устройство ответственным за по меньшей мере одну часть пространства идентификатора, доступного устройству с ограниченными ресурсами, при этом упомянутая часть пространства идентификатора определяет по меньшей мере одну выбранную задачу, связанную с пересылкой сигналов, относящихся к устройству с ограниченными ресурсами, содержащему идентификатор, принадлежащий определенной части пространства идентификатора. Прокси-устройство дополнительно содержит модуль связи, приспособленный для выполнения выбранных задач для по меньшей мере одного устройства с ограниченными ресурсами, имеющего идентификатор, принадлежащий определенной части пространства идентификатора.
В соответствии с дополнительным аспектом изобретения, предложена система для беспроводной связи между устройством с ограниченными ресурсами и устройством назначения. Система содержит по меньшей мере одно устройство с ограниченными ресурсами, по меньшей мере одно целевое устройство и множество прокси-устройств для работы в качестве релейных устройств, пересылающих сигналы между по меньшей мере одним устройством с ограниченными ресурсами и по меньшей мере одним целевым устройством. Система содержит дополнительно по меньшей мере один блок управления, приспособленный для деления пространства идентификатора, доступного устройству с ограниченными ресурсами, на по меньшей мере две части, при этом упомянутый блок управления дополнительно приспособлен для по меньшей мере одного из: назначения по меньшей мере одной из по меньшей мере двух частей пространства идентификатора по меньшей мере одному первому прокси-устройству из множества прокси-устройств и/или назначения по меньшей мере одному первому прокси-устройству или по меньшей мере одной из по меньшей мере двух частей пространства идентификатора по меньшей мере выбранных задач, связанных с пересылкой сигналов, относящихся к устройству с ограниченными ресурсами, содержащему идентификатор, принадлежащий упомянутой одной из по меньшей мере двух частей пространства идентификатора, так что первое прокси-устройство является ответственным за по меньшей мере задачи, связанные с пересылкой сигналов, относящихся к устройству с ограниченными ресурсами, содержащему идентификатор, попадающий в пределы первой части пространства идентификатора.
В одном из вариантов осуществления изобретения, первое прокси-устройство, назначенное первой части пространства идентификатора, приспособлено для отслеживания пересылки, выполненной другими прокси-устройствами, ответственными за передачи с идентификаторами, находящимися за пределами первой части пространства идентификатора. Таким образом, прокси-устройство в кластере может гарантировать, что все ID устройств с ограниченными ресурсами обрабатываются в ходе периода эксплуатации для сети. Отслеживание может включать в себя обмен данными друг с другом, например, когда часть адресного пространства соответствует IEEE адресу прокси-устройства, появление/исчезновение прокси-устройства и результирующее воздействие пересылки сигнала может быть определено на основе регулярных сетевых коммуникаций, например, сообщений статуса связи, наблюдения за пересылаемыми сообщениями, анализа статуса прокси-таблицы, и т. д.
Соответственно, предлагаются решения для управления назначением прокси-устройств в беспроводной сети связи способами, которые оптимизируют производительность, задержку и надежность для рассматриваемой сети(ей), при этом оптимизируя для определенного количества прокси-устройств в расчете на устройство с ограниченными ресурсами.
Все решения, как это определено в независимом способе, компьютерная программа и свойства системы относятся к взаимосвязанным продуктам или альтернативным решениям упомянутого выше объекта, которые связаны посредством общей концепции балансировки использования прокси-устройств для устройств с ограниченными ресурсами путем управления записями прокси-таблицы для устройств с ограниченными ресурсами на основе разделения пространства идентификатора, доступного устройству с ограниченными ресурсами, и выборочного назначения выделенным прокси-устройствам в рамках сети.
Должно быть понятно, что способ для управления назначением прокси-устройства по п. 1, энергонезависимый машинно-читаемый носитель, содержащий машинно-читаемую программу для управления назначением прокси-устройства по п. 7, и система для беспроводной связи между устройством с ограниченными ресурсами и устройством назначения по п. 8, имеют одинаковые и/или идентичные варианты осуществления, в частности, как определено в зависимых пунктах формулы изобретения.
Должно быть понятно, что предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения может также быть любой комбинацией зависимых пунктов формулы изобретения или приведенных выше вариантов осуществления с соответствующей зависимой формулой изобретения.
Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из и разъяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные в дальнейшем.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 показывает примерный вариант осуществления настоящего изобретения.
Фигура 2 показывает примерную диаграмму последовательности состояний в ходе режима ввода в эксплуатацию.
Фигура 3 показывает примерную диаграмму последовательности состояний в ходе рабочего режима для устройства с ограниченными ресурсами (RRD).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Варианты осуществления теперь описаны на основе смешанной (ячеистой) сети, содержащей одно или более устройств с ограниченными ресурсами, которые могут отправлять сообщения путем помещения их в пакеты для беспроводной связи, но ограничены в их способности отправлять много или длинные беспроводные пакеты и ограничены в их способности слушать пакеты в течение длительного времени или вообще принимать (например, устройства, питаемые механизмами энергосбережения), одно или более целевых устройств, которые должны принимать и действовать в соответствии с сообщениями от устройства с ограниченными ресурсами, где сообщения могут быть закодированы в один или более пакетов, и кодирование сообщения в пакете может меняться на пошаговой основе, и сообщения могут быть доставлены в режиме связи с произвольным адресом, одним адресом, многими адресами, групповым адресом или широковещательным адресом, одно или более прокси-устройств, которые помогают доставлять сообщения из устройства с ограниченными ресурсами за пределами (радио) диапазона устройства с ограниченными ресурсами и/или помогают доставлять их в требуемом формате сообщения и/или более надежным способом путем принятия специальных мер (например, доставляя сообщение дальше к устройству назначения), когда они принимают пакет из устройства с ограниченными ресурсами. Прокси-устройства обычно имеют более высокую мощность, чем устройства с ограниченными ресурсами, так что они могут выполнять дополнительную обработку сообщений, использовать различные форматы сообщений с более длинными сообщениями, способны форматировать сообщения в соответствии с другим протоколом, повторно выполнять действия или маршрутизировать действия обнаружения от имени устройства с ограниченными ресурсами и т.д. Опционально, может быть предоставлено одно или более маршрутизирующих устройств, которые не могут действовать в качестве прокси-устройства, но могут маршрутизировать сообщения, отправленные прокси-устройством по направлению к целевому устройству. Сеть называется 'смешанной' сетью, чтобы указать, что узлы, участвующие в сети, способны использовать по меньшей мере одно устройство, которое способно действовать в качестве релейного устройства для сообщения; прокси и маршрутизатор представляют собой примеры такой релейной функциональности.
Фигура 1 показывает беспроводную сеть связи (например, сеть, включающую в себя устройства, поддерживающие протокол Экологически Чистой Энергии (ZGP) ZigBee), в которой устройство 1 с ограниченными ресурсами обменивается данными с целевым устройством 6 через прокси-устройство 3. Прокси-устройства 2, 4 и 5, которые также расположены в пределах диапазона связи устройства 1 с ограниченными ресурсами, не пересылают какого-либо сообщения в целевое устройство 6 от имени устройства 1 с ограниченными ресурсами. Такое назначение прокси-устройства может быть достигнуто с помощью ID устройства с ограниченными ресурсами, например, ID источника или IEEE адреса. Результирующее адресное пространство, доступное любому устройству с ограниченными ресурсами в пределах сети, затем стало бы пространством всех адресов, представимых заданным числом битов. Это адресное пространство может быть разделено с использованием наименее значащих битов ID устройства с ограниченными ресурсами. Если используются последние 2 бита ID, может быть создано 4 части, соответствующие комбинациям 0b00, 0b01, 0b10 и 0b11, соответственно. Каждому прокси-устройству 2, 3, 4 и 5 может быть назначена одна из этих частей, что приводит к тому, что 4 прокси-устройства покрывают все адресное пространство, и предоставляют четырехкратную емкость, например, в терминах количества записей прокси-таблицы, при этом каждая запись записывает сведения для конкретного устройства с ограниченными ресурсами, которое может быть представлено в системе в целом. Соответственно, только одно прокси-устройство, здесь прокси-устройство 3, будет хранить запись для устройства 1 с ограниченными ресурсами и, соответственно, пересылать сообщение в устройство 6 назначения от имени устройства 1 с ограниченными ресурсами.
Прокси-устройство может хранить запись таблицы во время ввода в эксплуатацию, как показано на фигуре 2, где целевое устройство или средство ввода в эксплуатацию отправляет объявление управления, информирующее прокси-устройство(а) о создании новой взаимосвязи управления, включающей в себя, по меньшей мере, идентификатор устройства с ограниченными ресурсами и соответствующих целевого устройства или устройств. Это объявление управления может быть отправлено посредством (ограниченной по диапазону) широковещательной рассылки; если ID устройства с ограниченными ресурсами, указанное в объявлении управления, попадает в адресное пространство прокси-устройства, принимающего объявление управления, то прокси-устройство добавит запись таблицы. Это освобождает передатчик от задачи выбора количества прокси и адресации их в одноадресной рассылке. Это поведение может быть предварительно запрограммировано, где прокси по умолчанию только хранят объявления управления с ID устройства с ограниченными ресурсами, совпадающим с адресным пространством прокси. Альтернативно, объявление управления может быть расширено указателем(ями) действия для прокси-устройств. В зависимости от того, попадает ID устройства с ограниченными ресурсами в объявлении управления в пределы и/или за пределы адресного пространства прокси-устройства, может быть выполнено конкретное действие. Пример таких указателей действия изображен на фигуре 2. Прокси-устройствам с совпадающим адресным пространством может быть дана команда добавить запись в таблицу, или хранить ее если запись в таблице уже существует. Прокси-устройствам с несовпадающим адресным пространством может быть предложено удалить соответствующую запись в таблице; одно или более сообщений могут быть использованы для этой цели. В дополнение, такие указатели также могут быть предоставлены в других командах, например, действиях по запуску ввода в эксплуатацию/технического обслуживания и т.д. Таким образом, могут быть реализованы более сложные стратегии, например, позволяющие всем прокси-устройствам участвовать в вводе в эксплуатацию и затем ограничении количества записей прокси-таблицы. Кроме того, это дает возможность для гибкого выбора количества пересылающих прокси-устройств в расчете на одно устройство с ограниченными ресурсами, что может быть основано на способности, важности, местоположении, применении, частоты связи, используемой модели безопасности, требованиях к эксплуатации в режиме реального времени, требованиях к мобильности устройства и т. д. Таким образом, некоторые устройства с ограниченными ресурсами могут, например, быть представлены всеми прокси-устройствами, тогда как некоторые другие могут, например, быть представлены одной прокси-группой, соответствующей одному адресному пулу. В дополнение, прокси-устройства могут использовать дополнительные критерии (например, текущая заполненность таблицы, факт нахождения в радиодиапазоне этого устройства, наличие связи с другими сетевыми устройствами, режим связи, запрошенный адресатом, количество адресатов и т.д.), чтобы оказывать влияние на их решение по добавлению записи в прокси-таблицу.
Во время работы, создание записи прокси-таблицы может быть достигнуто в прокси-устройстве путем приема незапрашиваемых объявлений управления или путем приема сообщений от неизвестного устройства с ограниченными ресурсами и путем видения других прокси-устройств(а), пересылающих его, или путем приема сообщений от неизвестного устройства с ограниченными ресурсами и создания запроса для взаимосвязи управления (например, команды Поиска Сопряжения GP или широковещательной команды Уведомления GP). Этот процесс также называют обнаружением неизвестного устройства с ограниченными ресурсами. Он может произойти, например, из-за того, что устройство с ограниченными ресурсами является новым или перемещено, прокси-устройство является новым, перезапущено, перезагружено или перемещено, изменились условия распространения, и т.д.
Наличие выделенных прокси-устройств, назначенных связкам устройств с ограниченными ресурсами и целевых устройств, не только повышает емкость записи таблицы в пределах кластера прокси-устройств, это также значительно уменьшает количество трафика, в частности, в случае одноадресной пересылки или регулярной обычной групповой рассылки (когда каждое прокси-устройство запускает отдельное групповое/широковещательное сообщение). Это будет выгодно даже если используются другие методы по ограничению пересылки трафика, например, те, которые предложены спецификацией ZigBee GP, такие как использование псевдонимов (замена исходной информации отдельных прокси-устройств адресом-псевдонимом, полученным предопределенным способом из идентификатора устройства с ограниченными ресурсами или предварительно сконфигурированным, таким образом приводя к одному групповому сообщению, несмотря на множество независимо пересылающих прокси) или удаление запланированной пересылки при приеме того же сообщения, которое пересылается другим прокси. Примерная диаграмма последовательности состояний на фигуре 3 иллюстрирует описанное выше выгодное уменьшение трафика. Как правило, все прокси-устройства, уже имеющее запись в прокси-таблице для конкретного устройства с ограниченными ресурсами, могут пересылать сообщения от имени этого устройства с ограниченными ресурсами вне зависимости от того, попадает ли ID устройства с ограниченными ресурсами в адресный пул этого конкретного устройства с ограниченными ресурсами. Это может быть необходимо, например, если средство ввода в эксплуатацию выбирает выделенные прокси-устройства для конкретного устройства с ограниченными ресурсами, например, из-за их местоположения, характеристик, качества линии связи к устройству с ограниченными ресурсами и т.д.; и ограничение пересылки трафика может быть учтено с помощью других средств, упомянутых выше, таких как использование псевдонимов, или путем процесса выбора прокси-устройств. Когда прокси-устройство, однако, принимает сообщение от неизвестного устройства с ограниченными ресурсами, т.е. устройства с ограниченными ресурсами, для которого прокси-устройство не имеет запись в таблице, прокси-устройство может быть выполнено с возможностью начать процесс обнаружения, только если ID устройства с ограниченными ресурсами попадает в адресный пул конкретного прокси-устройства; таким образом, количество сообщений обнаружений уменьшается.
Все прокси-устройства пересылают команду в идентичных кадрах ZigBee с одним и тем же адресом источника и порядковым номером, полученными из командного кадра Экологически Чистой Энергии ZigBee. Это позволяет прокси-устройству принимать пересланную команду Экологически Чистой Энергии ZigBee от другого прокси-устройства, чтобы распознать ее как дубликат и игнорировать ее. Наличие только выделенных прокси, таких как прокси-устройство 3, пересылающее от имени устройства 1 с ограниченными ресурсами (RRD), уменьшает избыточные передачи туннелированных команд, а также передачу туннельной команды остановки, предшествующей одноадресной пересылке в полном одноадресном режиме связи.
Чтобы гарантировать, что все устройства с ограниченными ресурсами обрабатываются в течение всего периода эксплуатации сети, прокси-устройства 2, 4 и 5 могут контролировать пересылку, выполняемую прокси-устройством 3, и наоборот. Когда часть адресного пространства, назначенного прокси-устройству 3, соответствует IEEE адресу прокси-устройства, появление/исчезновение прокси-устройств(а) и результирующее воздействие на пересылку сообщения может быть определено на основе регулярных сообщений ZigBee, например, сообщений Статуса Связи. Альтернативно, другое прокси (не показано на фигуре 1), например, то, которому не поставлена задача по пересылке от имени любого адресного пула, может выступать в этой роли.
В первом варианте описанных выше вариантов осуществления, прокси-устройства предварительно сконфигурированы так, чтобы выборочно выполнять задачи, связанные с пересылкой. Предварительная конфигурация может покрывать по меньшей мере один из следующих аспектов: разделение пространства идентификатора, назначение частей пространства идентификатора конкретным прокси и назначение задач, связанных с пересылкой сигналов, относящихся к устройству с ограниченными ресурсами, для конкретного прокси и/или пространства идентификатора. Предварительная конфигурация может быть выполнена инсталлятором или производителем, при проектировании сети. В другом примере, разделение сети определяется и управляется центральным устройством, например, центром управления безопасностью или сетевым контроллером. В этом случае, решение о разделении пространства идентификатора может быть принято, например, при обнаружении того, что отношение числа прокси-устройств к числу устройств с ограниченными ресурсами выше порогового значения. Например, если пороговое значение находится в интервале [3-4] (т.е., 3-4 прокси-устройства для устройства с ограниченными ресурсами), может быть принято решение о разделении пространства идентификатора на 2 подпространства идентификатора. Несколько пороговых значений могут соответствовать разному разделению пространства идентификатора. Например, если обнаруживается, что среднее соотношение меняется от [2-4] до более чем 4, пространство идентификатора может быть снова разделено. Решение может быть основано на среднем соотношении всей сети или на высоких значениях локализованного соотношения. В этом последнем случае, пространство идентификатора может быть разделено только локально, вокруг зоны обнаруженного высокого значения соотношения. Другие критерии принятия решения могут быть приняты во внимание по отдельности или в сочетании с указанным выше критерием принятия решения. Назначение задач, связанных с пересылкой сигналов, относящихся к устройству с ограниченными ресурсами, может быть сделано путем обновления прошивки конкретного прокси, путем отправки команд управления, путем активации предварительно определенных задач, например, через битовую карту функций, и т.д.; прокси могут быть адресованы по отдельности или в группах, например, все прокси, ответственные/не ответственные за конкретную часть пространства идентификатора.
В другом примере, могут быть фиксированные правила, определяющие назначение, например, в стандарте или в реализации. Например, пространство идентификатора может всегда быть разделено на две части, идентификатор, попадающий в пространство идентификатора, назначенное этому прокси-устройству, может быть определен как наименее значащий бит IEEE адреса прокси, совпадающий с наименее значащим битом идентификатора устройства с ограниченными ресурсами, и фиксированная задача включает в себя отправку сообщений обнаружения только от имени неизвестных устройств с ограниченными ресурсами с идентификатором, попадающим в пространство идентификатора, назначенное этому прокси-устройству.
В еще одном другом примере, прокси-узлы принимают решение коллективно или индивидуально о разделении сети, без вмешательства центрального устройства. Это решение адаптировано, например, в некоторых вариантах осуществления смешанных сетей. В этом случае, прокси-узел содержит контроллер, который соединен с его модулем связи. Контроллер прокси-узла может, например, обнаруживать, что количество обнаруженных записей в прокси-таблице выше порогового значения. В этом случае, прокси-узел может в качестве примера проинформировать другие прокси-узлы о ситуации для того, чтобы вызвать разделение пространства идентификатора для всех прокси-узлов в непосредственной близости от обнаружения. В другом примере, каждый прокси-узел, сталкивающийся с ситуацией, может самостоятельно решить взять на себя ответственность только за часть пространства идентификатора. Выбор пространства идентификатора может быть определен, например, случайным образом (например, путем сравнения его наименее значащего бита(ов) (LSB) собственного адреса), или путем выбора пространства идентификатора, в котором прокси-узел все еще имеет наибольшее количество записей.
Как обсуждалось выше, критерий принятия решения может быть различным или быть объединенным с другими критериями принятия решений, например, отношением количества прокси-устройств к количеству устройств с ограниченными ресурсами.
В промежуточном примере, прокси-устройства могут передавать сигнал в центральное устройство, что их прокси-таблица получает большое количество записей. В первом варианте, центральное устройство может принять решение сконфигурировать прокси-устройства для управления разделением пространства идентификатора после приема этого сигнала (или приема достаточного количества сигналов). Во втором варианте, первое прокси устройство принимает решение выполнить разделение пространства идентификатора и сигнализирует такое решение в центральное устройство, которое может информировать другие прокси-устройства вокруг первого прокси-устройства, чтобы те действовали соответствующим образом.
Следует отметить, что в примерах всех вышеописанных вариантов осуществления, целевые устройства также могут выступать в роли прокси-устройства в сети для соседних ограниченных устройств. С другой стороны, прокси-устройства могут также быть целевыми устройствами для некоторых сообщений.
Несмотря на то, что изобретение было подробно проиллюстрировано и описано на чертежах и в предшествующем описании, такая иллюстрация и описание должны считаться иллюстративными или примерными, а не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие изменения в отношении раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и реализованы специалистами в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения на практике при изучении чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а единственное число не исключает множественности. Простое обстоятельство, что определенные критерии перечислены во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не служит признаком того, что сочетание этих критериев не может быть использовано с выгодой. Никакие ссылочные позиции в формуле изобретения не должны истолковываться в качестве ограничивающих объем.