СПОСОБ ПОДСОЕДИНЕНИЯ К КЛАСТЕРУ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИХ СВЯЗЬ ЧЕРЕЗ БЕСПРОВОДНУЮ СЕТЬ, СООТВЕТСТВУЮЩАЯ СИСТЕМА И ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩЕЕ УПОМЯНУТЫЙ СПОСОБ
METHOD OF CONNECTING TO A CLUSTER OF ELECTRONIC DEVICES COMMUNICATING VIA A WIRELESS NETWORK, A CORRESPONDING SYSTEM AND AN ELECTRONIC DEVICE WHICH PERFORMS SAID METHOD

Изобретение относится к способу подсоединения к кластеру электронных устройств связи, при этом упомянутый способ осуществляют при помощи блока обработки одного из упомянутых электронных устройств, сообщающихся с родственными устройствами через сеть беспроводной связи.
Кроме того, изобретение относится к системе, содержащей множество устройств, осуществляющих такой способ подсоединения.
В качестве предпочтительного, но не ограничительного примера применения изобретение будет описано для случая применения в связи со сбором измерений величин, например, таких как температура, влажность, вибрация, удар и т.д., относящихся к внутренней и/или окружающей среде контейнеров (или containers в англо-саксонской терминологии) с товарами или грузами. Согласно упомянутому примеру применения, упомянутые контейнеры объединены и установлены штабелем на складской площадке или перевозятся на транспортной платформе, такой как морской контейнеровоз, товарный поезд или любая другая соответствующая транспортная платформа. Каждый контейнер взаимодействует с одним из упомянутых сообщающихся устройств. Последние предназначены для сбора и передачи упомянутых величин при помощи служебных сообщений в родственные устройства, действующие в качестве «головного узла», дополнительной функцией которого является также выполнение определенной задачи. Такая задача состоит, например, в объединении данных, собираемых сообщающимися устройствами, и в передаче упомянутых данных после их объединения в удаленный блок при помощи дальней связи или связи дальнего действия типа спутниковой связи или радиотелефонной связи. Однако изобретение не ограничивается только этим примером применения. В целом, устройство, действующее как «головное устройство», выполняет данную задачу, связанную с данными, собираемыми и передаваемыми родственными устройствами, при этом упомянутая данная задача может касаться мониторинга или управления тревожными сигналами вместо или дополнительно к осуществлению связи с удаленным объектом.
Существуют многие топологии или конфигурации сетей сообщающихся объектов. Так, на фиг. 1 схематично показаны две сети R1 и R2 беспроводной связи. Независимо от используемой сети, каждое сообщающееся устройство, которое обычно называют также «узлом» внутри такой сети, осуществляет способ связи, позволяющий ему обмениваться сообщениями данных и/или служебными сообщениями с узлом третьей стороны или родственным узлом. Так, сеть R1 включает в себя сорок сообщающихся электронных устройств, соответственно обозначенных на фиг. 1: а1-а8, b1-b8, c1-c8, d1-d8 и е1-е8. В свою очередь, сеть R2 включает в себя двадцать пять сообщающихся электронных устройств, соответственно обозначенных на фиг. 1: f1-f5, g1-g5, h1-h5, i1-i5 и j1-j5.
single-hop network
multi-hop network
Независимо от того, используют ли однозвенную сеть (или ʺʺ в англосаксонской терминологии), такую, например, как сеть R2, описанная со ссылками на фиг. 1, или многозвенную сеть (или ʺʺ в англосаксонской терминологии), такую, например, как сеть R1, описанная со ссылками на фиг. 1, первый узел, который будет называться «источником», может подготовить служебное сообщение, показанное на фиг. 1 двойной стрелкой и содержащее данные, связанные, например, но не ограничительно, с величиной, измеряемой датчиком, взаимодействующим с упомянутым первым узлом, для второго узла, называемого «адресатом».
В случае однозвенной сети связь между первым и вторым узлами является прямой. В случае же многозвенной сети такая связь может быть опосредованной. Так, сообщение, передаваемое из узла «источника» может ретранслироваться одним или более «узлами третьей стороны или промежуточными» узлами, соответствующие функции которых состоят в ретрансляции упомянутого сообщения, исходящего из узла «источника», чтобы в конечном итоге оно дошло и было принято узлом «адресата». В этом случае узлы образуют кластеры или ʺclustersʺ в англо-саксонской терминологии, такие, например, как кластеры С1 и С2, показанные окаймленными пунктирной линией на фиг. 1. Путь, по которому служебное сообщение, передаваемое из узла «источника» в направлении второго узла «адресата» через один или несколько узлов «ретрансляторов», обычно называют «маршрутом». Таким образом, как показано на фиг. 1, сообщение, исходящее от узла а4 в направлении узла d2, последовательно ретранслируется промежуточными узлами b4 и с3.
Global System for Mobile Communications
General Packet Radio Service
Как правило, связь внутри однозвенных или многозвенных сетей связи осуществляют по каналам радиосвязи. Как правило, связь является связью короткого радиуса действия, то есть примерно от нескольких метров до нескольких десятков метров, поэтому служебные сообщения последовательно передаются между различными узлами от одного узла к другому. Если данные необходимо передать в сервер или, в целом, в удаленный объект, применяют второй способ связи, например, по каналам GSM (ʺʺ в англо-саксонской терминологии) или GPRS (ʺʺ в англо-саксонской терминологии) и даже по спутниковой связи.
Обмены между узлами и применяемые ими обработки или вычисления, основанные на обмениваемых данных, а также возможная удаленная передача собираемых данных внутри сети или внутри кластера сообщающихся устройств, представляют собой действия, требующие потребления электрической энергии.
Как показано на фиг. 2 в качестве предпочтительного примера, узел в целом и в основном представляет собой электронное устройство 10, содержащее блок 11 обработки, например, в виде одного или более микроконтроллеров, взаимодействующих с памятью 12 данных и, в случае необходимости, с памятью 14 программ, причем упомянутые памяти могут быть не связанными друг с другом. Блок 11 обработки взаимодействует с упомянутыми памятями 12 и 14 при помощи внутренних проводных шин связи или через соединение. Как правило, электронное устройство 10 содержит один или несколько датчиков 15 измерения физической величины, относящейся к окружающей среде устройства 10. Такой датчик может измерять окружающую температуру, степень влажности и/или присутствие/отсутствие/силу света. Устройство 10 содержит также первые средства 13 связи, взаимодействующие с блоком 11 обработки и обеспечивающие ближнюю беспроводную связь с любым другим электронным устройством 10i, находящимся в пределах действия связи. Кроме того, оно может содержать вторые средства 16 связи типа «дальнего действия», взаимодействующие с блоком 11 обработки. Эти вторые средства связи позволяют такому устройству 10 передавать в удаленный объект, например, в сервер RS, данные при помощи сообщений МС, проходящих через сеть RR, использующую технологии GSM, GPRS или спутниковую связь. Для обеспечения работы, то есть, чтобы блок 11 обработки осуществлял способ, вытекающий из интерпретации или исполнения упомянутым блоком обработки команд программы Р, записанных в памяти 14 программ, устройство 10 содержит источник 17 электрической энергии, например, в виде одной или нескольких батарей. Способность узла осуществлять связь или просто работать связана напрямую с остающейся и имеющейся в наличии энергетической емкостью упомянутого узла.
Были сделаны попытки разработать сети или способы связи, осуществляемые узлами внутри сети или кластера, чтобы в целом сохранять емкость электрической энергии сети или кластера. Первый подход в основном состоит в распределении энергетической нагрузки в ходе обменов между узлами на все упомянутые узлы сети или кластера. Были также сделаны попытки распределить потребление энергии в ходе обработок, применяемых на собираемых данных, например, при передаче на дальнее расстояние, на большинство узлов, объединяя таким образом электрическое потребление на множестве узлов. Таким образом, независимо от того, находится ли сеть бесконтактной связи в однозвенной или в многозвенной конфигурации, узел можно произвольно использовать как «головной узел сети» или, по крайней мере, как «головной узел кластера», который можно называть также англо-саксонским термином ʺheadʺ. На фиг. 1 устройство, работающее как «головной узел», выделено кружком в виде жирной линии. Речь идет об узле d2 для сети R1 и об узле h3 для сети R2. Таким образом, узлы d2 и h3 действуют как головные узлы соответственно кластеров С1 и С2. Энергия, потребляемая, в частности, для передачи на расстояние собираемых данных внутри сети, является общей для множества узлов. В варианте головные узлы можно назначать случайно или, точнее, они могут сами назначать себя при условии, что они располагают достаточными аппаратными и/или программными средствами для выполнения определенной услуги.
broadcast
Например, способ ʺLEACHʺ, описанный, в частности, в документе под названием ʺAn Application-Specific Protocol Architecture for Wireless Microsensor Networksʺ (W. Heinzelman, A. Chandrakasah, H. Balakrishan - IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS, VOL. 1, NO. 4, OCT. 2002), позволяет в однозвенной сети произвольно назначать узел, чтобы он стал головным узлом. Другие узлы, принадлежащие к кластеру упомянутого головного узла, которые будут называться «членом» или ʺmemberʺ в англо-саксонской терминологии, адресуют свои служебные сообщения в головной узел кластера. На фиг. 1 каждый узел-член выделен кружком в виде тонкой линии. Таким образом, внутри сети R2 головной узел h3 сообщается напрямую с узлами g2-g4, h2 и h3, а также с узлами i2-i4. Головной узел собирает упомянутые данные, передаваемые различными узлами-членами, обрабатывает их, объединяет и даже уплотняет и производит, например, передачу на дальнее расстояние в удаленный блок, такой как сервер RS, описанный со ссылками на фиг. 2. Согласно этому известному способу, выполнив один раз роль головного узла, такой узел не может опять обеспечивать эту роль до истечения определенного периода. Для того, чтобы узел, который в дальнейшем будет называться «свободным» или ʺlooseʺ в англо-саксонской терминологии и который показан кружком в виде двойной линии на фиг. 1, мог подсоединиться к головному узлу и образовать таким образом новый кластер или объединиться с уже существующим кластером, свободный узел, находящийся в пределах действия радиосвязи, выполнен с возможностью приема сообщения о прикреплении МН от упомянутого головного узла, обычно передаваемого в виде недифференцированной передачи (известной также под англо-саксонским названием ʺʺ) сообщений прикрепления МН в направлении любого узла, находящегося в пределах действия радиосвязи от головного узла. Фиг. 1 позволяет описать при помощи сети R2 результирующую передачи сообщения МН, переданного из узла h3, назначенного действовать в качестве головного узла, при этом сообщение передано в режиме Broadcast короткого радиуса действия в узлы, находящиеся в пределах действия связи, в данном случае в узлы g2-g4, h2 и h4, а также в узлы i2-i4, первоначально являвшиеся свободными наподобие других узлов, например, f1-f5, показанных на фиг. 1 двойными кружками. При получении такого сообщения МН прикрепления свободный узел, например, узел h4, обновляет свою память данных, при этом упомянутая память взаимодействует с его блоком обработки, чтобы сообщить ему координаты или идентификатор головного узла, то есть идентификатор узла h3 на фиг. 1. Ранее свободное устройство h4 или свободный узел становится членом кластера С2, то есть узлом-членом, показанным тонким кружком. Устройство h3, действующее как головной узел кластера, становится адресатом для любого служебного сообщения MS, содержащего данные, собранные устройством h4, ставшим новым членом кластера С2 наподобие других устройств-членов упомянутого кластера, то есть g2, g3, g4, i2, i3 и i4. Таким образом, упомянутые узлы g2-g4, h2 и h4, а также i2-i4, ранее бывшие свободными узлами, становятся узлами-членами, показанными кружками в виде простой линии на фиг. 1. Передача сообщения МН из узла h3 ограничена по дальности. Поэтому узлы, находящиеся за пределами радиуса действия, не принимают сообщение МН как удобочитаемое и даже не принимают его вообще. Поскольку сеть R2 является однозвенной, узлы, находящиеся за пределами действия узла h3, такие как узлы f1-f5, g1, g5, h1, h5, i1, i5 или j1-j5 остаются свободными узлами, показанными двойным кружком. Кластер С2 содержит только узел h3, действующий как головной, и узлы-члены (то есть принявшие прикрепление к h3).
Если транспонировать способ LEACH для многозвенной сети, такой как сеть R1, описанная со ссылками на фиг. 1, то можно предположить, что узлы, ставшие членами кластера, содержащего узел, действующий в качестве головного узла кластера, могли бы зарегистрировать в своих соответствующих запоминающих устройствах маршрут, то есть идентификатор узла, действующего в качестве головного, и по меньшей мере идентификатор узла, ретранслировавшего сообщение прикрепления от упомянутого головного узла, и даже в варианте идентификаторы промежуточных узлов, отделяющих его от упомянутого головного узла. Так, например, узел с2 мог бы записать идентификатор головного узла d2, получив напрямую сообщение прикрепления МН от упомянутого узла d2. Что же касается узла b2, то, кроме идентификатора узла d2, он может сохранить идентификатор узла c2, ретранслировавшего сообщение прикрепления МН от d2 для узла b2.
Такой подход позволяет теоретически или, по крайней мере, в идеальном варианте применения сохранить общие энергетические ресурсы сети связи, содержащей множество сообщающихся узлов. На практике или в реальности, в частности, в зависимости от областей применения или использования такой сети связи для транспортировки контейнеров, взаимодействующих с сообщающимися электронными устройствами, такое решение остается не релевантным или по крайней мере малоэффективным.
В качестве предпочтительного, но не ограничительного примера применения приведем использование сети беспроводной связи, узлы в которой задают, собирают и передают измерения, связанные с множеством контейнеров, таких как контейнеры с грузами. Предположим, что каждый контейнер связан с сообщающимся электронным устройством, осуществляющим способ связи, такой как LEACH. При этом предположении каждое сообщающееся электронное устройство, связанное с контейнером, действует как узел внутри беспроводной сети, такой как сеть R2, описанная со ссылками на фиг. 1. Предположим, что связь между узлами является радиосвязью. Кроме того, что способ связи типа LEACH предполагает однозвенное решение, при котором каждый узел может напрямую сообщаться с головным узлом, относительное расположение контейнеров, например, на судне, на складской площадке или на любой автомобильной или железнодорожной транспортной платформе, создает контекст применения, в котором узел, назначенный головным, может быть не в состоянии обеспечивать свою задачу, которая состоит, например, в передаче объединенных данных в удаленный объект, например, по причине его положение в штабеле контейнеров. Действительно, на транспортной платформе и/или в складском помещении существует много препятствий с учетом наличия перегородок или частичной изоляции, связанных с самой структурой размещения контейнеров или с взаимодействиями между самими контейнерами, расположение которых в виде штабеля может стать причиной ухудшения и даже потери способности передавать данные на дальнее расстояние со стороны головного узла. Существует большой риск потери данных, замедления прохождения упомянутых данных, а также бесполезных энергетических потерь для «оживления» кластера, головной узел которого не может эффективно обеспечить свою функцию или услугу. Этот риск повышается еще больше в случае, когда случайное назначение последовательных головных узлов не приводит к надлежащему «выбору». Транспонирование такого метода для многозвенной сети не может достичь цели. Действительно, несмотря на возможность увеличения размера кластера, то есть числа узлов-членов упомянутого кластера, случайное назначение, не зависящее от относительного положения по отношению к родственным узлам, может увеличить энергетические затраты при попытке создания кластеров, которые в конечном итоге не обеспечивают нормальной связи, по мере назначений головных узлов.
Изобретение позволяет преодолеть большинство недостатков, отмечаемых в известных решениях. За счет создания исключительно инновационной и эффективной сети беспроводной связи, независимо от относительного расположения узлов и от контекста применения или использования упомянутой сети, как однозвенной, так и многозвенной, изобретение позволяет оптимизировать общую способность сети обеспечивать определенную услугу при помощи данных, собираемых различными узлами. Оригинальный подход способа подсоединения к кластеру сообщающихся устройств состоит в особенностях назначения головных узлов, если и только если последние способны реально выполнять свою роль головного узла кластера, например, с целью передачи данных на дальнее расстояние. Каждый узел, осуществляющий заявленный способ, может принимать решение действовать в качестве головного узла, начиная с момента, когда упомянутый узел знает, что находится в ситуации, позволяющей ему эффективно выполнять свою роль. Кроме того, любой свободный узел может принять решение о подсоединении или не подсоединении к кластеру узлов, при этом упомянутый кластер содержит упомянутый головной узел, предпочтительно назначивший себя самостоятельно.
Среди многочисленных преимуществ изобретения можно упомянуть, что оно позволяет:
- объединить надлежащим образом энергетические затраты на узлах сети, что позволяет намного продлить способность упомянутой сети выполнять свою услугу по сравнению с известными решениями;
- разработать сеть узлов, автоматически адаптируемую и функциональную, несмотря на изменение относительных положений между узлами или на изменение условий использования упомянутых узлов, например, во время погрузочно-разгрузочных работ, складирования или транспортировки контейнеров, каждый из которых связан с электронным устройством в соответствии с изобретением;
- обеспечивать надежность работы (например, передачи данных на дальнее расстояние), за счет того, что каждый узел может в соответствии с изобретением своевременно определять свою роль внутри сети и обращаться в каждый момент к головному узлу, наиболее подходящему для рассматриваемой услуги, сводя при этом к минимуму конфликты или изменение кластеров во время совпадающих выборов несколько головных узлов, находящихся в пределах действия радиосвязи общих узлов.
В связи с этим объектом изобретения является способ подсоединения к кластеру, содержащему множество сообщающихся электронных устройств, при этом упомянутый способ осуществляет блок обработки одного из упомянутых сообщающихся электронных устройств или сообщающегося электронного устройства, постороннего для упомянутого кластера. Кроме упомянутого блока обработки упомянутое электронное устройство содержит память данных, первые средства связи, обеспечивающие ближнюю беспроводную связь с любым другим электронным устройством, находящимся в пределах действия связи, при этом упомянутая память и упомянутые средства связи взаимодействуют с упомянутым блоком обработки. Память данных содержит значение идентификатора, присвоенного сообщающемуся электронному устройству, и запись, которая может содержать текущее значение идентификатора сообщающегося электронного устройства, действующего в качестве головного узла кластера. Чтобы устройство, осуществляющее такой способ, могло подсоединиться к кластеру, содержащему устройство, действующее в качестве головного узла кластера, упомянутый способ содержит:
- этап, на котором принимают сообщение прикрепления, сгенерированное и переданное сообщающимся электронным устройством третьей стороны, обладающим способностью действовать в качестве головного узла кластера, при этом упомянутое сообщение прикрепления содержит идентификатор устройства, передавшего упомянутое сообщение прикрепления, и данную, характеризующую способность упомянутого передавшего устройства обеспечивать данную услугу;
- этап, на котором декодируют упомянутое сообщение прикрепления, чтобы выделить из него упомянутый идентификатор упомянутого устройства, передавшего сообщение прикрепления, и данную, характеризующую упомянутую способность;
- этап, на котором обновляют запись, чтобы внести в упомянутую запись в качестве текущего значения идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла, значение идентификатора устройства, передавшего декодированное сообщение прикрепления, и значение данной, характеризующей способность передавшего устройства обеспечивать упомянутую услугу, при этом упомянутое устройство, осуществляющее упомянутый способ, становится членом кластера.
В частности, чтобы объединить надлежащим образом энергетические затраты на всех узлах исключительно надежной сети и продлить способность выполнения услуги упомянутой сетью, этап способа, на котором обновляют запись, осуществляют, только если данная, характеризующая упомянутую способность, превышает или равна определенному минимальному порогу потребности, при этом упомянутое устройство, осуществляющее упомянутый способ, становится членом кластера, в котором устройство, действующее в качестве головного узла кластера, имеет идентификатор, значение которого равно текущему значению идентификатора, сохраненному в упомянутой записи.
Чтобы устройство, осуществляющее заявленный способ подсоединения, могло выбрать надлежащего кандидата среди множества устройств, передавших сообщение прикрепления, и даже выступить в качеств арбитра между двумя или несколькими конкурирующими устройствами, назначенными действовать в качестве головных узлов кластера, заявленный способ подсоединения может содержать этап, следующий после этапа декодирования сообщения прикрепления и предшествующий этапу обновления записи, содержащей текущее значение идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера. Такой этап состоит в том, что:
- в упомянутой записи считывают текущее значение идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера;
- упомянутое текущее значение сравнивают со значением идентификатора устройства, передавшего декодированное сообщение прикрепления.
Если упомянутые значения идентификатора различаются, этап обновления записи может быть осуществлен, только если данная, характеризующая способность устройства, передавшего сообщение прикрепления, обеспечивать одну и ту же услугу, превышает или равна значению данной, характеризующей текущую способность устройства, действующего в качестве головного узла кластера, увеличенному на определенную константу.
В рамках осуществления изобретения в многозвенной сети заявленный способ подсоединения может содержать этап, следующий после этапа обновления записи, для кодирования и передачи через средства связи ретранслируемого сообщения прикрепления, содержащего идентификатор устройства, внесенный в запись, содержащую текущее значение идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера, данную, характеризующую способность упомянутого устройства обеспечивать услугу, а также идентификатор устройства, осуществляющего упомянутый способ подсоединения и действующий в качестве члена кластера, ретранслирующего сообщение прикрепления.
Согласно этому варианту, этап декодирования ретранслированного сообщения прикрепления предпочтительно состоит в выделении из упомянутого сообщения значения идентификатора устройства, действующего в качестве члена кластера, ретранслирующего сообщение прикрепления. Что касается этапа обновления записи, то он дополнительно может включать в себя сохранение в упомянутой записи упомянутого идентификатора устройства-члена кластера, ретранслирующего сообщение прикрепления, при этом пара идентификаторов устройств, члена кластера и головного узла кластера, образует таким образом информацию маршрута.
Чтобы способствовать выполнению определенной услуги, заявленный способ подсоединения, осуществляемый узлом-членом кластера, может содержать этап, на котором передают служебное сообщение в устройство, действующее в качестве головного узла кластера, для рассматриваемой услуги.
Когда устройство, действующее в качестве головного узла кластера, решает перестать действовать в этом качестве, оно может передать сообщение расформирования кластера. Заявленный способ подсоединения может содержать:
- этап, на котором принимают сообщение расформирования кластера, сгенерированное и переданное сообщающимся электронным устройством третьей стороны, ранее имевшим способность действовать в качестве головного узла кластера, при этом упомянутое сообщение расформирования кластера содержит идентификатор упомянутого устройства, передавшего сообщение расформирования кластера;
- этап, на котором декодируют упомянутое сообщение расформирования кластера и выделяют из него упомянутый идентификатор упомянутого устройства, передавшего сообщение расформирования кластера;
- этап, на котором обновляют запись, содержащую текущее значение идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера, путем удаления упомянутого текущего значения или его замены заранее определенным значением, характеризующим отсутствие идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера, при этом упомянутое обновление записи осуществляют, только если значение идентификатора, выделенного из сообщения расформирования кластера, является идентичным текущему значению, содержащемуся в упомянутой записи.
Заявленный способ подсоединения позволяет любому осуществляющему его устройству самостоятельно назначать себя или выбирать себя узлом, действующим в качестве головного узла кластера, независимо от особенностей подсоединения к кластеру. Вместе с тем, чтобы такой выбор был надлежащим при любых условиях использования упомянутой сети, такой способ может содержать:
- этап, на котором оценивают способность устройства, осуществляющего упомянутый способ, выполнять определенную услугу, при этом упомянутый этап включает в себя оценку одного или более рабочих параметров упомянутого устройства и выдачу данной, характеризующей способность упомянутого устройства обеспечивать определенную услугу;
- этап, на котором сравнивают данную, характеризующую упомянутую способность, с минимальным функциональным порогом потребности;
- этап, на котором кодируют и передают сообщение прикрепления, содержащее идентификатор упомянутого устройства, а также данную, характеризующую способность упомянутого устройства обеспечивать упомянутую определенную услугу, в любое сообщающееся устройство, находящееся в пределах действия связи, при этом упомянутый этап осуществляют, только если данная, характеризующая упомянутую способность, превышает или равна упомянутому минимальному функциональному порогу потребности.
Как было указано выше, устройство, действующее в качестве головного узла кластера и осуществляющее заявленный способ, может обнаружить, что оно больше не соответствует условиям, необходимым для эффективного обеспечения определенной услуги. Следовательно, прежде чем оно сделает безуспешную попытку работы, оно может отказаться от своей роли головного узла кластера, при этом такой отказ приводит к расформированию соответствующего кластера узлов.
В связи с этим вышеупомянутый этап оценки способности устройства может быть итеративным.
Кроме того, упомянутый способ может содержать этап, следующий за передачей сообщения прикрепления, на котором кодируют и передают сообщение расформирования кластера, при этом упомянутое сообщение содержит идентификатор упомянутого устройства, в любое сообщающееся устройство, находящееся в пределах действия связи, как только на этапе оценки способности устройства обеспечивать определенную услугу определяют, что один параметр из рабочих параметров упомянутого устройства меньше требуемого функционального минимума, что свидетельствует о недостаточной способности обеспечивать услугу.
Как в случае самостоятельного назначения устройства, способного действовать в качестве головного узла кластера, так и для прекращения такого действия, способ подсоединения позволяет сравнивать рабочие параметры с порогами или минимумами. В зависимости от того, содержит ли устройство источник электрической энергии, питающий блок обработки, память данных, средства связи, изобретением предусмотрено, что один из упомянутых рабочих параметров может относиться к уровню доступной электрической энергии источника электрической энергии.
В варианте или дополнительно, когда упомянутое устройство содержит вторые средства связи дальнего действия, взаимодействующие с блоком обработки, при этом упомянутая услуга состоит в передаче данных в удаленный объект через упомянутые средства связи дальнего действия, изобретением предусмотрено, чтобы один из упомянутых рабочих параметров мог характеризовать мощность передачи сигнала средствами связи дальнего действия.
Независимо от варианта осуществления заявленного способа подсоединения и чтобы адаптировать сообщающееся электронное устройство для осуществления такого способа, изобретением предусмотрена компьютерная программа, содержащая множество программных команд, которые, когда они:
- предварительно записаны в памяти программ электронного устройства, содержащего, кроме блока обработки, первые средства связи, обеспечивающие ближнюю беспроводную связь с любым другим электронным устройством, находящимся в пределах действия связи, память данных, в которой записаны значение идентификатора, присвоенного устройству, и запись, содержащая текущее значение идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера, при этом упомянутые памяти и средства связи взаимодействуют с упомянутым блоком обработки,
- исполняются или интерпретируются упомянутым блоком обработки,
позволяют осуществлять заявленный способ подсоединения.
Третьим объектом изобретения является электронное устройство, содержащее блок обработки, память данных, память программ, первые средства связи, обеспечивающие ближнюю беспроводную связь с любым электронным устройством, находящимся в пределах действия связи, при этом упомянутые памяти и средства связи взаимодействуют с упомянутым блоком обработки, при этом память данных содержит значение идентификатора, присвоенного устройству, и запись, содержащую текущее значение идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера. Чтобы устройство могло работать в сети в соответствии с изобретением, память программ упомянутого устройство содержит команды вышеупомянутой программы.
Четвертым объектом изобретения является система, содержащая множество сообщающихся электронных устройств в соответствии с изобретением, то есть устройств, осуществляющих заявленный способ подсоединения.
Согласно предпочтительному варианту применения, такая система может предпочтительно содержать множество контейнеров с твердыми, текучими или жидкими грузами, при этом упомянутые контейнеры соответственно взаимодействуют с сообщающимися электронными устройствами, которые содержат, каждое, датчик, взаимодействующий с блоком обработки, для измерения и сбора величины, относящейся к внутренней и/или внешней окружающей среде упомянутых контейнеров.
Другие отличительные признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания не ограничительного примера осуществления со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:
Фиг. 1 (уже описана) иллюстрирует два примера конфигураций сети беспроводной связи, соответственно однозвенной и многозвенной.
Фиг. 2 (уже описана) иллюстрирует функциональную структуру известного сообщающегося электронного устройства и заявленного сообщающегося электронного устройства, когда последнее выполнено с возможностью осуществления заявленного способа подсоединения к кластеру устройств, сообщающихся с родственными устройствами через сеть беспроводной связи.
Фиг. 3 - функциональное описание такого заявленного способа подсоединения.
Сообщающееся электронное устройство в соответствии с изобретением подобно известному устройству 10, описанному выше со ссылками на фиг. 2.
Сообщающееся электронное устройство в соответствии с изобретением содержит блок 11 обработки, представляющий собой один или несколько микроконтроллеров, предназначенных для осуществления обработки, в частности, данных. Предпочтительно упомянутые данные полностью или частично записаны в одной или нескольких памятях 12 данных, как правило, представляющих собой электрически стираемые и перезаписываемые запоминающие устройства. Предпочтительно память 12 может содержать нестираемую секцию, физически изолированную или просто расположенную таким образом, чтобы доступ к ней для записи или для стирания был закрыт, или требующую выполнения процедуры аутентификации. Такая секция памяти 12, доступ к которой для изменения является ограниченным, позволяет записывать в нее, в частности, идентификатор ID, присвоенный сообщающемуся электронному устройству. Предпочтительно, но не обязательно устройство 10 может дополнительно содержать одну или несколько памятей 14 программ для записи одной или нескольких программ Р или, в целом, один или несколько наборов программных команд, при этом блок 11 обработки может считывать упомянутые программные команды, исполнение или интерпретация которых упомянутым блоком обработки позволяет осуществлять способ обработки данных или работы устройства 10. Это устройство содержит также первые средства 13 связи, обеспечивающие ближнюю беспроводную связь с любым другим электронным устройством, таким как устройство 10i, при условии, что последнее находится в пределах действия связи. Через упомянутые средства 13 устройство 10 или, в частности, его блок 11 обработки может передавать и/или принимать сообщения в направлении или от устройств третьей стороны, расположенных в пределах действия связи. Согласно изобретению, существуют разные типы сообщений, среди которых можно упомянуть сообщения данных MS, относящиеся к конкретной услуге S, сообщения прикрепления МН, сообщения расформирования кластера MR.
Некоторые сообщающиеся устройства могут использовать электромагнитное поле, создаваемое сетью, чтобы извлекать из него достаточную электрическую энергию для обеспечения своей работы по крайней мере в течение короткого временного периода. Однако, чтобы обеспечивать непрерывную работу и/или чтобы осуществлять обработки, требующие больше энергии, предпочтительно сообщающееся электронное устройство 10 в соответствии с изобретением может содержать собственный источник 17 электрической энергии, питающий, в частности, блок 11 обработки и даже любой другой элемент упомянутого устройства в случае необходимости. Такой источник 17, как правило, представляет собой батарею или несколько батарей. В предпочтительном контексте применения, в частности, связанного с мониторингом контейнеров, хотя это и не ограничивает область применения изобретения, сообщающееся электронное устройство 10 может содержать один или несколько датчиков 15, взаимодействующих с блоком 11 обработки. Такой датчик может измерять одну или несколько величин, связанных с внутренней и/или внешней окружающей средой упомянутых контейнеров, и выдавать соответствующие данные. Например, как показано на фиг.2, датчик может измерять температуру и/или влажность внутри контейнера, затемнение или потерю затемнения внутри замкнутого пространства, свидетельствующую о случайном открывании контейнера, и даже удары. В случае необходимости, датчик или датчики могут взаимодействовать с зондами или проводящими слоями, в частности, когда устройство 10 устанавливают на наружной стенке контейнера, тогда как при помощи упомянутого устройства 10 необходимо отслеживать внутреннюю среду упомянутого контейнера. Такое устройство 10 может дополнительно содержать часовой механизм, позволяющий отмечать дату и время собираемых измерений, при этом упомянутый часовой механизм на фиг. 2 не показан.
В зависимости от услуги или услуг, которые необходимо выполнять при помощи заявленных сообщающихся электронных устройств, последние могут содержать дополнительные и факультативные средства. Например, услуга включает в себя:
- сбор данных от узлов сети сообщающихся электронных устройств в соответствии с изобретением, например, относящихся к величинам, измеряемым упомянутыми узлами;
- объединение упомянутых данных, собранных из нескольких узлов, затем выработка сообщений МС, кодирующих объединенные служебные данные и предназначенных для удаленного объекта, такого как сервер RS.
Для передачи таких сообщений МС предпочтительно устройство 10 содержит вторые средства 16 дальней связи, взаимодействующие с блоком 11 обработки. Такую связь можно осуществлять через сеть RR по каналам GPRS и даже по каналам спутниковой связи и по любому другому соответствующему каналу связи. Различные внутренние компоненты электронного устройства взаимодействуют с блоком обработки предпочтительно через проводные шины или соединения. Устройство 10 содержит корпус, в котором находятся упомянутые компоненты, при этом упомянутый корпус предпочтительно содержит средства крепления для установки устройства 10 на опоре, для которой необходимо производить мониторинг, в данном случае на контейнере согласно предпочтительному варианту применения.
Для осуществления изобретения необходимо использовать работу блока обработки, в частности, способ связи, осуществляемый упомянутым блоком обработки. Такой способ будет описан ниже со ссылками на фиг. 3. Предпочтительный способ адаптации предусматривает программу или, в целом, программные команды для осуществления упомянутого способа во время исполнения или интерпретации программы блоком обработки. Предпочтительно упомянутую программу Р загружают в память 15 программ во время сборки упомянутого устройства или посредством дистанционной загрузки упомянутой программы в память 15 после упомянутой фазы сборки устройства.
Изобретение главным образом основано на применении однозвенной или предпочтительно многозвенной сети, в которой каждый узел представляет собой описанное выше сообщающееся электронное устройство. Узел такой сети выполнен с возможностью осуществления способа подсоединения к кластеру устройств, такого как способ Р100, описанный ниже со ссылками на фиг. 3. Для этого осуществления изобретением предусмотрено, чтобы, кроме идентификатора ID, присвоенного сообщающемуся электронному устройству, память 12 данных содержала запись RH, содержащую текущее значение IDHc идентификатора сообщающегося электронного устройства, действующего в качестве головного узла кластера, такого как узлы d2 или h3 на фиг. 1.
Согласно изобретению, если устройство принимает решение подсоединиться к кластеру, один из узлов которого действует в качестве головного узла кластера, это подсоединение является эксклюзивным. Иначе говоря, узел не может быть членом разных кластеров, то есть имеющих соответственно разные головные узлы, для одной и той же услуги. Согласно изобретению, как будет показано ниже, узел, подсоединяющийся к кластеру, выбирает наилучший головной узел для упомянутой услуги.
С другой стороны, изобретением предусмотрена возможность объединения узла с несколькими головными узлами, если упомянутые головные узлы предназначены для выполнения разных услуг: например, один головной узел для передачи данных на дальнее расстояние (услуга Si) и второй головной узел для услуги управления тревожными сигналами (услуга Sj) на месте.
В связи с этим, наподобие вышеупомянутому решению LEACH, изобретение позволяет создавать кластеры сообщающихся электронных устройств, такие как кластеры С1 и С2 сетей R1 и R2, описанных со ссылками на фиг. 1, при этом упомянутые кластеры содержат устройство, действующее в качестве головного узла кластера, такое как узлы d2 или h3, описанные со ссылками на фиг. 1, при этом другие устройства действуют как члены упомянутого кластера, такие, но не ограничительно, как узлы с2 или i3, описанные со ссылками на фиг. 1. Роль члена в основном состоит в сборе информации, например, такой как измерения величин окружающей среды, в ее преобразовании в данные, затем в кодировании упомянутых данных в виде служебного сообщения MS, предназначенного для головного узла кластера, обладающего способностью обеспечивать определенную услугу. Этот головной узел распознает упомянутые служебные сообщения MS, затем осуществляет определенную услугу S. Например, такая услуга может состоять в объединении данных, переданных в головной узел от нескольких членов при помощи сообщений MS, затем в передаче на дальнее расстояние упомянутых объединенных и даже уплотненных данных в виде сообщений МС, предназначенных для удаленного объекта RS.
Классически служебное сообщение MS, направляемое от члена кластера в головной узел, скомпоновано таким образом, что содержит информацию, характеризующую тип сообщения (MS, MH, MR и т.д.), идентификатор узла источника, который, как правило, является членом, идентификатор узла адресата, в данном случае головного узла, и даже идентификатор промежуточного узла в случае многозвенной сети, данные, например, относящиеся к величинам, измеряемым датчиком устройства, в случае необходимости, избыточный код и даже криптограмму или любую другую контрольную информацию, позволяющую принимающему узлу декодировать такое служебное сообщение, использовать его или ретранслировать. Сообщение MS, как и любое другое сообщение, передаваемое внутри сети, может потребовать направления сообщений подтверждения получения МАСК, передаваемых приемником сообщения в узел источника. По истечении определенного периода или ʺtime-outʺ в англо-саксонской терминологии, если не принято никакого сообщения МАСК, происходит новая передача сообщения MS, причем при ограниченном числе итераций, после которых узел источника считает, что «маршрут» или связь с адресатом отсутствует или прекращена. Такой узел источника может принять решение выйти из кластера и вернуться к статусу свободного узла.
Подсоединение свободного узла к узлу, действующему в качестве головного узла кластера, похоже на подсоединение, осуществляемое в рамках решения LEACH. Вместе с тем, условия выбора головного узла и условия подсоединения свободного узла, чтобы стать членом кластера, являются самыми разными.
В отличие от известного решения выбор сообщающегося электронного устройства не является случайным. Наоборот, согласно изобретению, только узлы, реально способные обеспечивать определенную услугу, могут назначить себя головными узлами. При этом другие узлы могут сделать выбор среди конкурирующих головных узлов и выбирать из них наилучшего кандидата для осуществления услуги, в которой они участвуют.
На фиг. 3 представлен способ Р100 связи, осуществляемый заявленным устройством, например, таким как устройство 10, описанное со ссылками на фиг. 2.
Сначала будет описана обработка 110, производимая заявленным сообщающимся электронным устройством 10, осуществляющим способ Р100. Этот способ содержит этап 111 оценки способности устройства 10 обеспечивать определенную услугу S и, в случае необходимости, назначить или выбрать себя головным узлом. Такой этап 111 состоит сначала в оценке на подэтапе 1111 одного или более рабочих параметров устройства 10, чтобы проверить его способность нормально обеспечивать упомянутую услугу. В качестве предпочтительного примера предположим, что упомянутая услуга состоит в объединении собираемых данных, выделяемых из служебных сообщений MS, в уплотнении упомянутых данных, в кодировании сообщения МС и в его передаче при помощи средств 16 дальней связи в направлении удаленного сервера, который отслеживает контейнеры, взаимодействующие с сообщающимися устройствами. Для обеспечения этой услуги устройство должно, разумеется, содержать соответствующие средства связи, такие как средства 16. Кроме того, такая связь, например, типа GPRS, мобилизует большое количество электрической энергии хотя бы для инициации связи. Следовательно, устройство, действующее в качестве головного узла кластера, должно располагать достаточным запасом энергии для выполнения такого действия. Кроме того, предпочтительно мощность передачи сигнала по каналу GPRS должна быть оптимальной. Действительно, слабая мощность передачи приводит к замедлениям, то есть к увеличению продолжительности передачи и к повышенному расходу электрической энергии и даже к повторению попыток передачи в случае неудачи или просто к потерям сообщений МС.
Согласно первому варианту осуществления, подэтап 1111 может представлять собой этап самотестирования или самооценки устройства, например, на уровне батареи 17. Кроме того, блок 11 обработки может, например, тестировать мощность передачи сигнала по каналу GPRS. Упомянутый блок обработки может также проверить на подэтапе 1111 другие функциональные параметры устройства, например, число передач сообщений МС. Например, блок 11 обработки может применять счетчик отправок сообщений МС, значение которого может быть записано в памяти 12. Оценка работы устройства 10 в качестве головного узла кластера может состоять в считывании упомянутого счетчика в памяти 12.
Предпочтительно способ Р100 содержит осуществление блоком обработки устройства 10 этапа 112 для сравнения оценочных функциональных параметров с заранее определенными функциональными минимумами. Предварительно на подэтапе 1112 получают параметр, характеризующий способность упомянутого устройства 10 обеспечить определенную услугу S. Например, получение такого параметра CH блоком обработки может состоять в оценке уравнения или заранее определенной функции, выдающей метрику, включающую в себя упомянутые оценочные параметры, в случае необходимости, соответственно взвешиваемые, чтобы отдать приоритет одному параметру по отношению к другому. Например, оценка мощности передачи GPRS может состоять в вычислении соотношения, соответствующего оценочной мощности передачи тестового сигнала, поделенной на константу, описывающую типовую максимальную мощность, то есть при оптимальных условиях передачи.
Что касается уровня батареи или, в целом, энергетического источника 17 устройства, блок обработки вычисляет на подэтапе 1112 соотношение, соответствующее оценочной наличной энергии относительно энергии полной нагрузки.
В целом, такую метрику CH, характеризующую способность устройства действовать в качестве головного узла кластера, не ограничительно можно вычислить при помощи уравнения:
1
1
1
2
2
2
i
i
i
CH=K.f(p)+K.f(p)+… K.f(p),
1
2
i
1
2
i
в котором К1, К2, …, Ki являются весовыми коэффициентами, возможно разными, f(), f(), …, f() являются функциями вычисления, возможно разными, например, определения соотношения, и р, р, …, p являются функциональными параметрами устройства, в качестве не ограничительного примера которых можно указать уровень электрической энергии источника 17, мощность передачи на дальнее расстояние, размер имеющегося в наличии объема памяти, необходимого для записи данных, вычислительная мощность и т.д.
Таким образом, параметр CH может соответствовать реальному параметру. Он может быть также композитным, то есть может быть структурированным параметром, содержащим каждый функциональный параметр устройства или содержащим вместо одного из упомянутых функциональных параметров определенную функцию одного из упомянутых функциональных параметров.
После получения параметра CH на подэтапе 1112 заявленный способ предпочтительно содержит этап 112 сравнения упомянутого параметра CH, который характеризует способность устройства обеспечивать определенную услугу, с минимальным функциональным порогом потребности. В случае, когда параметр CH является структурированным, упомянутый порог тоже является структурированным. При этом сравнение 112 представляет собой соответствующее число независимых сравнений функционального параметра с отдельными минимальными функциональными порогами потребности, к которым можно применить комбинаторную логику (типа И, ИЛИ и т.д.).
Если этап 112 показывает, что параметр CH превышает или равен упомянутому минимальному функциональному порогу потребности (ссылка 112-у на фиг. 3), способ Р100 предпочтительно содержит этап 113 кодирования и передачи сообщения прикрепления МН. Такое сообщение МН содержит идентификатор устройства, обозначаемый IDH, в качестве идентификатора устройства, выбранного в качестве головного узла, а также параметр CH, характеризующий способность упомянутого устройства обеспечивать определенную услугу S. Это сообщение МН может содержать параметр, характеризующий упомянутую услугу S. Сообщение МН, сгенерированное на этапе 113, передают (например, в циркулярном режиме ʺbroadcastʺ) при помощи первых средств 13 связи упомянутого устройства, применяемых блоком обработки, осуществляющим упомянутый способ. Любое сообщающееся устройство, находящееся в пределах действия связи, такое как устройство 10i, описанное со ссылками на фиг. 2, может принимать упомянутое сообщение МН.
Этап 111 оценки способности обеспечивать данную услугу можно осуществлять итеративно, например, через заранее определенные временные периоды, или в связи с любым событием, которое приводит к его запуску. Таким событием может быть, например, достижение заранее определенного числа передач сообщений МС. Продолжительность такого периода оценки определяют, в частности, в зависимости от числа узлов, образующих сеть. Действительно, слишком большой период повышает риск того, что устройства, действующие в качестве головных узлов, будут ими оставаться, тогда как они больше не обладают способностью эффективно обеспечивать услугу. Слишком короткий период увеличивает, разумеется, возможность сети использовать эффективные головные узлы, но требует большого числа передач и приемов сообщений прикрепления, а также многочисленных образований и расформирований кластеров, что приводит к уменьшению общей энергетической емкости упомянутой сети.
После получения параметра CH на подэтапе 1112, если функциональные минимумы на этапе 112 отвечают требованиям, передают новое сообщение прикрепления МН. В дальнейшем будет показано, каким образом заявленное устройство использует прием такого сообщения прикрепления МН, в частности, чтобы подсоединиться к кластеру или остаться членом такого кластера.
Если же сравнение 112 показывает, что функциональные параметры устройства не удовлетворяют функциональным минимумам, сообщение прикрепления не передается. Таким образом, любое заявленное электронное устройство, которое не способно обеспечивать данную услугу, хотя теоретически располагает для этого аппаратными или программными средствами, не может быть выбрано в качестве головного узла и образовать кластер сообщающихся устройств.
Кроме того, согласно изобретению, способ Р100 может содержать этап 114, в случае необходимости, объединенный с этапом 112, на котором параметр, полученный на 1112, сравнивают с функциональным минимумом, свидетельствующим о недостаточной способности обеспечивать услугу. Такой минимальный порог можно определить заранее и записать в память 12 наподобие порога, используемого на этапе 112. Этот этап 114 и тем более вытекающий из него этап 115 предпочтительно могут следовать за передачей 113 сообщения прикрепления МН. Если сравнение 114 подтверждает (ссылка 114-у на фиг. 3), что устройство больше не способно обеспечивать услугу S, заявленный способ Р100 предпочтительно может содержать этап 115 кодирования и передачи сообщения MR о расформировании кластера, предпочтительно передаваемого в циркулярном режиме ʺbroadcastʺ. Эту передачу сообщения MR могут осуществлять средства 13 связи устройства по команде блока 11 обработки, осуществляющего способ Р100. Как и сообщение прикрепления МН, это сообщение MR расформирования кластера, передаваемое из устройства, ранее действовавшего в качестве головного узла кластера, но не способного дальше эффективно обеспечивать определенную услугу S, содержит идентификатор упомянутого устройства, обозначаемый IDR. Оно может также содержать параметр CH, характеризующий способность или в данном случае неспособность обеспечивать услугу. В варианте такое сообщение MR может просто присоединить к идентификатору передающего устройства информацию, характеризующую сообщение MR как сообщение расформирования кластера. В дальнейшем будет показано, как одно или несколько устройств-членов кластера используют прием такого сообщения MR. Предпочтительно этот этап 115 может начаться, только если передающее устройство действовало до этого в качестве головного узла, чтобы избегать бесполезной передачи ненадлежащих сообщений расформирования кластера, а также любого ненадлежащего использования таких сообщений принимающими узлами. Чтобы заявленное устройство могло обнаружить, что оно ранее могло обеспечивать роль головного узла, блок 11 обработки упомянутого устройства может, например, применять вышеупомянутый счетчик передач сообщений МС, записанный в памяти 12. Во время сравнения 114 значение упомянутого счетчика, превышающее его первоначальное значение, показывает, что упомянутое устройство действовало в качестве головного узла кластера. После завершения передачи сообщения MR упомянутый счетчик можно вернуть к его первоначальному значению. Вместе с тем, блок 11 обработки может предусматривать любое другое действие для подтверждения осуществления этапа 115 вместо использования счетчика передач сообщений МС. Например, но не ограничительно, такое действие может вытекать из приема устройством, действующим в качестве головного узла, сообщения прикрепления от устройства третьей стороны, которое тоже действует в качестве головного узла и параметр которого, характеризующий способность обеспечивать ту же услугу, превышает его параметр. В этом случае устройство запускает этап 115, чтобы уступить эту функцию лучшему устройству. Согласно этому последнему варианту, изобретением предусмотрено ограничивать число передач сообщений MR расформирования кластера, что является прямым следствием исключительно динамичного и колеблющегося изменения способности узлов действовать в качестве головных и приводит к постоянной конкуренции между многочисленными головными узлами. Такая ситуация может, например, встречаться во время железнодорожной перевозки контейнеров, каждый из которых взаимодействует с заявленным сообщающимся устройством и для которого определенная услуга состоит в регулярной передаче по каналу GPRS информации, касающейся содержимого контейнеров. Способность головных узлов передавать по каналу дальней связи может быть очень изменчивой. Чтобы преодолеть эту проблему, изобретение предусматривает использование на этапе 114 «коэффициента конкурентоспособности», например, являющегося реальным положительным числом, превышающим «1», значение которого может быть записано в памяти 12 различных узлов. Таким образом, головной узел, получающий сообщение прикрепления МН от узла третьей стороны, не сравнивает на этапе 114 строго параметры CH, характеризующие соответствующие способности обеспечивать одну и ту же услугу. На этапе 114 сравнивают параметр, полученный из сообщения прикрепления МН, умноженный на коэффициент конкурентоспособности. Так, если упомянутый коэффициент превышает «1», например, равен «1,25», узел, осуществляющий этап 114, не может соперничать при использовании этого коэффициента с конкурентом. Таким образом, если даже параметр CH упомянутого узла отображает лучшую способность, чем у узла, передавшего сообщение МН, применение коэффициента конкурентоспособности виртуально повышает способность конкурента. В этом случае узел осуществляет этап 115, передает сообщение MR расформирования кластера и подсоединяется к кластеру конкурента в качестве члена. Такое решение позволяет ограничивать слишком частые создания/расформирования кластеров, влияющие на энергетическую емкость сети. Кроме того, оно позволяет ограничить число узлов, способных одновременно действовать в качестве головных узлов. Действительно, в зависимости от предусматриваемой услуги S, например, включающей в себя передачу на дальнее расстояние, слишком большое число узлов, действующих вместе как головные узлы, привело бы к слишком большому расходованию энергетических ресурсов сети. Следовательно, коэффициент конкурентоспособности можно рассматривать как параметр регулирования числа головных узлов и динамики способности сети адаптироваться к ее окружающей среде.
Рассмотрим теперь обработку 100, производимую блоком 11 обработки устройства 10 во время осуществления способа подсоединения Р100, в ответ на получение сообщения прикрепления МН.
Независимо от обработки 110, производимой блоком 11 обработки устройства 10 для его самостоятельного выбора или назначения в качестве головного узла, упомянутый блок 11 обработки заявленного устройства осуществляет обработку 100, содержащую первый этап 101, на котором принимают сообщение прикрепления МН, составленное и переданное сообщающимся электронным устройством, таким как узел d2 или узел h3, описанные со ссылками на фиг. 2. Такое сообщение прикрепления МН содержит идентификатор IDH устройства, передавшего упомянутое сообщение прикрепления. Способ Р100 содержит также этап 102 декодирования упомянутого сообщения прикрепления МН и выделения из него упомянутого идентификатора IDH. Он содержит также этап 103 обновления записи RH внутри памяти 12 данных, при этом упомянутая запись предусмотрена для назначения значения идентификатора IDH в качестве текущего значения IDHc идентификатора устройства, выбранного в качестве головного узла кластера, например, устройства d3 или устройства h3, показанных на фиг. 1 и 2.
Декодированное сообщение МН содержит также параметр CH, характеризующий способность упомянутого предавшего устройства обеспечивать данную услугу S. На этапе 102 декодирования упомянутого сообщения МН прикрепления из него выводят также упомянутый параметр CH. Согласно изобретению, во время обновления 103 записи RH значение параметра CH, характеризующего способность предавшего устройства обеспечивать упомянутую услугу S, тоже сохраняют в упомянутой записи RH. Записанное значение обозначают CHс для отображения текущей способности головного узла обеспечивать услугу. В сети, такой как сеть R2, описанная со ссылками на фиг.1, то есть однозвенная сеть, устройство 10, осуществляющее такой способ Р100, становится членом кластера, в котором устройство, передавшее сообщение МН, действует в качестве головного узла кластера. Например, это относится к случаю устройств, действующих в качестве узлов-членов кластера С2, описанного со ссылками на фиг. 1. В отличие от узлов, осуществляющих, например, способ LEACH, члены кластера в соответствии с изобретением точно знают, что узел, действующий в качестве головного, способен выполнять данную услугу. Сохранение способности упомянутого головного узла в записи RH позволяет ему при получении нового сообщения МН, переданного другим передающим устройством, сравнить способность текущего головного узла со способностью нового кандидата. Ниже будет рассмотрен случай конкуренции между головными узлами, арбитром при которой выступают узлы-члены или свободные узлы.
Кроме того, согласно изобретению, узел, уже являющийся членом кластера, и/или в варианте свободный узел может принять решение о подсоединении к узлу, передавшему сообщение МН. Так, согласно предпочтительному варианту, этап 103 способа подсоединения Р100 для обновления записи RH может быть осуществлен, только если параметр CH, характеризующий способность узла, намеренного действовать в качестве головного узла кластера, превышает или равна определенному минимальному порогу потребности. Таким образом, способ Р100 содержит этап 104 сравнения параметра, характеризующего способность и выделенного на этапе 102 из сообщения RH, с упомянутым минимальным порогом потребности. Так узел 10, являющийся кандидатом на подсоединение к кластеру, может быть более востребованным и быть более селективным, чем предусмотрено минимальными критериями выбора головного узла. Упомянутый минимальный порог потребности, применяемый узлом-кандидатом на подсоединение, может иметь структуру, аналогичную структуре порога, применяемого головным узлом во время его самостоятельного выбора. Предпочтительно упомянутый минимальный порог потребности записан в памяти 12 данных и даже является заранее определенной константой, зафиксированной в памяти 14 программ. Предпочтительно он может быть идентичным для всех узлов.
Как было указано выше, сообщения прикрепления МН могут регулярно инициироваться и передаваться одним или несколькими сообщающимися устройствами, находящимися в пределах действия радиосвязи, такими как устройство 10i, описанное со ссылками на фиг. 2. Таким образом, устройство 10, действующее в качестве члена кластера, может находиться в ситуации приема и декодирования сообщений прикрепления МН, тогда как упомянутое устройство 10 уже подсоединено к головному узлу.
Можно рассмотреть два случая. В первой ситуации устройство 10 уже использовало сообщение прикрепления МН, переданное одним и тем же устройством, действующим в качестве головного. Следовательно, значение идентификатора IDH последнего идентично значению IDHc, сохраненному в записи RH, при этом упомянутая запись находится в памяти 12 данных устройства 10. Во второй ситуации значение идентификатора IDH, выведенное из сообщения МН, отличается от значения IDHc. Устройство-член оказывается в ситуации арбитра при конкуренции между двумя устройствами третьей стороны, способными выполнять одну и ту же услугу.
Способ Р100 содержит также этап 105, следующий за этапом 102 декодирования сообщения прикрепления МН и предшествующий этапу 103 обновления записи RH, содержащей текущее значение IDHc идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера. Предпочтительно в рамках этого этапа 105 на подэтапе 1051 внутри упомянутой записи RH считывают упомянутое текущее значение IDHc. Затем на подэтапе 1052 этапа 105 упомянутое текущее значение IDHc сравнивают со значением IDH идентификатора устройства, передавшего сообщение прикрепления МН, декодированное на этапе 102. В случае вышеупомянутой первой ситуации упомянутые значения IDHc и IDH являются идентичными (ситуация символично показана ссылкой 1052-у на фиг. 3). Таким образом, на этапе 103 можно обновить запись RH. Это действие позволяет также обновить параметр CH в записи RH. Действительно, в зависимости от изменения контекста работы головного узла способность последнего обеспечивать услугу может измениться. Она может ухудшиться, например, по причине уменьшения энергетического запаса. Она может улучшиться по причине исчезновения препятствия, которое влияло на мощность передачи сигнала по каналу GPRS.
С другой стороны, в случае, когда значения IDH и IDHc являются разными (ситуация показана на фиг. 3 в виде ссылки 1052-n), устройство, способное действовать в качестве головного узла, конкурирует с устройством, которое с точки зрения члена 10 в настоящее время действует в качестве головного узла кластера. Согласно изобретению, этап 105 может содержать подэтап 1052 сравнения параметра CH, характеризующего способность устройства, передавшего сообщение прикрепления МН, с параметром CHс, сохраненным в записи RH и характеризующим способность выполнять эту же услугу S устройством, действующим в настоящее время в качестве головного узла кластера. Согласно первому варианту осуществления, если значение параметра CH, выделенного из нового сообщения прикрепления, превышает значение CHс (ситуация показана в виде ссылки 1053-у), то осуществляют этап 103 для обновления записи RH. Значение IDHc принимает значение идентификатора передатчика сообщения прикрепления. Таким образом, устройство 10 покидает предыдущий кластер и подсоединяется к кластеру, в котором устройство, передавшее сообщение МН, действует как головной узел. Служебные сообщения, составляемые устройством 10, будут теперь адресованы в новый головной узел. В противоположной ситуации, если значение параметра CH, выделенного из нового сообщения прикрепления, меньше или равно значению CHс (ситуация показана ссылкой 1053-n), этап 103 не осуществляют, так как передатчик сообщения прикрепления является менее эффективным, чем новый головной узел кластера.
Изобретением предусмотрен второй вариант осуществления, предназначенный для ограничения слишком частых смен головных узлов. Действительно, как будет показано ниже, в частности, при применении многозвенной сети в соответствии с изобретением, смена узла может привести к передаче многочисленных сообщений внутри сети и к перегрузке общей энергетической емкости сети. Чтобы ограничить число ненадлежащих изменений подсоединения, в частности, если параметры CH и CHс, характеризующие соответствующие способности выполнять одну и ту же услугу, являются очень близкими, изобретением предусмотрен приоритет в пользу определенной «надежности», хотя и очень относительной, устройства, действующего в данный момент в качестве головного узла кластера, хотя это устройство и является менее эффективным, чем конкурирующее с ним устройство. Таким образом, если значения идентификатора IDH и IDHc являются разными (ситуация показана ссылкой 1052-n), этап 103 обновления записи RH осуществляют, только если существует (ситуация показана на фиг. 3 ссылкой 1053-у) значительное отклонение, равное заранее определенной константе, предпочтительно, но не ограничительно не нулевой, в пользу устройства, передающего сообщение прикрепления. Следовательно, этап 1053 можно адаптировать таким образом, чтобы производить обновление 103 записи RH, только если параметр CH, характеризующий способность устройства-передатчика сообщения прикрепления МН, превышает или равен параметру, сохраненному в записи RH, увеличенной на упомянутое отклонение. В варианте или дополнительно в рамках многозвенной сети подэтап 1053 может также включать в себя использование информации DST, характеризующей, с одной стороны, расстояние по числу звеньев между членом и узлом-претендентом и расстояние, отделяющее упомянутый член от настоящего узла, действующего в качестве головного узла кластера. Такую информацию DST можно закодировать в сообщении МН, передаваемом в многозвенной цепи, что будет показано ниже. В этом случае этап 102 адаптируют, чтобы выделить упомянутую информацию DST из сообщения МН. Это же относится и к этапу 103, чтобы производить сохранение информации DST в записи RH вместе с параметром CH. Подэтап 1053 может предусматривать применение любой функции, использующей параметр CH и информацию DST, возможно во взвешенном виде. Таким образом, головной узел, параметр CH которого является менее благоприятным, чем у второго головного узла, конкурирующего с первым, может получить приоритет, если он находится ближе (по числу звеньев), чем упомянутый второй узел. Это позволит, например, уменьшить число служебных сообщений. Таким образом, информация DST регулирует размер кластеров внутри многозвенной сети.
Изобретение позволяет оперировать однозвенной сетью или многозвенной сетью, такой как сеть R1, описанная со ссылками на фиг. 1. В такой сети необходимо предусматривать ретрансляцию сообщения прикрепления МН за пределы дальности передачи устройства, определившего себя как способное действовать в качестве головного узла кластера. При этом следует предусмотреть, чтобы такое сообщение МН могло быть использовано свободным устройством или устройством-членом возможного другого кластера, чтобы создавать большее число членов по сравнению с кластером внутри однозвенной сети, при аналогичной дальности передачи ближнего действия.
Согласно изобретению, способ подсоединения Р100 может содержать этап 106, следующий за этапом 103, для обновления записи RH устройства, осуществляющего упомянутый способ Р100. Этот дополнительный этап заключается в кодировании и в передаче через средства 13 связи ретранслируемого сообщения прикрепления МН, содержащего идентификатор устройства, сохраненный в записи RH, которая содержит текущее значение IDHc устройства, действующего в качестве головного узла кластера, параметр CHс, характеризующий способность упомянутого устройства, действующего в качестве головного узла, обеспечивать определенную услугу, а также идентификатор устройства, действующего в качестве члена кластера, ретранслирующего сообщение прикрепления МН, исходящее от устройства, действующего в качестве головного узла. В дальнейшем тексте документа речь пойдет о «передатчике сообщения прикрепления» для обозначения устройства, претендующего на роль или действующего в качестве головного узла. Будут также использованы термины «член-ретранслятор» или просто «ретранслятор» для обозначения устройства, не действующего в качестве головного узла, а просто ретранслирующего сообщение прикрепления, «переданное», то есть в рамках документа инициированное головным узлом. Ретранслированное таким образом сообщение прикрепления, то есть сообщение, опять переданное ретранслятором, называется «ретранслированным сообщением прикрепления» и обозначается MHʹ, чтобы отличать его от оригинального «сообщения прикрепления» МН, переданного головным узлом. Как было указано выше, согласно изобретению, упомянутое ретранслированное сообщение МНʹ может содержать информацию DST, указывающую на расстояние по числу звеньев, отделяющее узел-ретранслятор от головного узла, передавшего сообщение прикрепления МН. Так, например, если сообщение МН ретранслировано один раз, информация DST равна «2». Если сообщение ретранслировано 3 раза, информация DST принимает значение «4».
Согласно этом варианту, в рамках заявленного способа подсоединения Р100 на этапе 102 декодирования сообщения прикрепления МН или МНʹ дополнительно выделяют из упомянутого декодированного сообщения значение идентификатора устройства, действующего в качестве члена кластера, ретранслирующего сообщение прикрепления и, возможно, информацию DST при ее наличии. Кроме того, на этапе 103 обновления записи RH в памяти 12 устройства, принявшего ретранслированное сообщение МНʹ, в упомянутой записи сохраняют упомянутый идентификатор устройства-члена кластера, ретранслирующего сообщение прикрепления и даже информацию DST о расстоянии. Таким образом, пара идентификаторов устройств членов кластера и головных узлов кластера образует информацию маршрута, сохраняемую в записи RH.
Эту информацию маршрута можно использовать для передачи служебных сообщений MS в головной узел. Действительно, заявленный способ подсоединения может содержать этап 123 передачи служебного сообщения MS в направлении устройства, действующего в качестве головного узла кластера, для определенной услуги S. Такой этап 123 является частью обработки 120, производимой для обеспечения упомянутой услуги S. Этап 123 осуществляют после предварительного этапа, на котором, например, от датчика 15 получают измерение температуры внутри контейнера, на котором установлено устройство 10, осуществляющее способ Р100. Разумеется, такой этап 123 обусловлен также присутствием (этап 122 на фиг. 3) регистра RH, содержащего значение IDHc идентификатора устройства или узла, действующего в качестве головного узла кластера (ситуация показана на фиг. 3 ссылкой 122-у). В зависимости то того, содержит ли упомянутая запись прямой маршрут, то есть в записи присутствует только значение идентификатора головного узла, или опосредованный маршрут, то есть упомянутая запись дополнительно содержит значение идентификатора члена-ретранслятора, сообщение напрямую передается в упомянутый головной узел или в упомянутый член-ретранслятор.
Кроме того, такая передача 123 служебного сообщения MS может быть также начата при приеме 121 служебного сообщения MS, исходящего от члена этого же кластера и адресованного устройству 10, которое осуществляет упомянутый способ подсоединения Р100 и действует в качестве члена-ретранслятора. После получения такого служебного сообщения от члена этого же кластера этап 121 может содержать подэтап приема и декодирования такого сообщения MS и даже временного сохранения в памяти 12 данных, содержащихся в упомянутом декодированном служебном сообщении MS. Таким образом, ретрансляция упомянутого служебного сообщения MS может представлять собой повторную передачу в записи.
Далее следует описание заявленного способа подсоединения Р100, включающего в себя обработку 130 для использования вышеупомянутого сообщения MR расформирования кластера.
Такая обработка 130 в рамках заявленного способа подсоединения Р100 включает в себя первый этап 131 приема сообщения MR расформирования кластера, составленного и переданного сообщающимся электронным устройством третьей стороны, например, устройством 101, которое до этого могло действовать в качестве головного узла кластера. Как было указано выше для этапов 114 и 115, сообщение MR расформирования кластера содержит идентификатор IDR устройства, передавшего упомянутое сообщение MR расформирования кластера. Кроме того, обработка 130 содержит этап 132 декодирования упомянутого сообщения расформирования кластера и выделения из него значения упомянутого идентификатора IDR устройства, передавшего сообщение расформирования кластера. Получение такого сообщения MR устройством, действующим в качестве члена кластера, к которому относится сообщение расформирования, представляет собой строгую команду на выход из кластера, при этом упомянутый член принимает статус свободного узла. Для этого способ Р100 предпочтительно содержит этап 133 обновления записи RH, содержащей текущее значение IDHc идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера, на котором упомянутое текущее значение стирают или заменяют заранее определенным значением, выражающим отсутствие идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера. Разумеется, упомянутое обновление 133 записи RH происходит, только если (ситуация показана на фиг. 3 ссылкой 134-у) значение идентификатора IDR, выделенное из сообщения MR расформирования кластера, является идентичным текущему значению IDHc, находящемуся в упомянутой записи RH. Таким образом, перед этапом 133 способ Р100 содержит этап 134 осуществления упомянутого сравнения значений идентификаторов IDR и IDHc.
В рамках использования многозвенной сети, так же как и сообщение прикрепления МН, сообщение MR расформирования кластера может быть ретранслировано членом, который стал свободным в результате осуществления этапа 133, что приводит к запуску передачи такого ретранслируемого сообщения МНʹ в направлении других возможных членов кластера в ходе расформирования.
Независимо от конфигурации заявленного способа Р100 подсоединения к кластеру, предпочтительный вариант адаптации сообщающегося электронного устройства, описанного со ссылками на фиг. 2, состоит в записи или в дистанционной загрузке в память 14 программ компьютерной программы Р, содержащей множество программных команд, которые обеспечивают осуществление упомянутого способа Р100, когда их исполняет или интерпретирует блок обработки упомянутого устройства.
Изобретение было представлено на предпочтительном примере применения для мониторинга контейнеров с твердыми, текучими или жидкими грузами, при этом упомянутые контейнеры взаимодействуют соответственно с сообщающимися электронными устройствами, такими как устройства 10 и 10i, показанные на фиг. 2, с осуществлением способа подсоединения, такого как способ Р100, представленный на фиг. 3, при этом упомянутые устройства содержат, каждое, датчик, взаимодействующий с блоком обработки, для измерения и сбора величины, относящейся к внутренней и/или внешней окружающей среде упомянутых контейнеров.
Такие устройства можно использовать для любого другого назначения, отличного от передачи собранных данных по связи дальнего действия. В варианте или дополнительно они могут обеспечивать одну или несколько других служебных задач. Для этого, как было указано выше, память 12 данных каждого устройства может содержать не одну запись RH, предназначенную для определенной услуги S, а множество записей RHn, образующих таблицу, при этом каждая запись предназначена для конкретной услуги Sn. Согласно этому варианту, сообщения прикрепления МН, МНʹ, служебные сообщения MS и даже сообщения MR расформирования кластера могут содержать информацию, позволяющую идентифицировать определенную услугу S, к которой относится каждое из упомянутых сообщений.
Кроме того, изобретение относится к любой системе, содержащей множество заявленных сообщающихся электронных устройств. В частности, изобретение относится к любой системе отслеживания контейнеров на складской площадке или на транспортной платформе, при этом упомянутая система дополнительно включает в себя удаленный объект для сбора и использования сообщений МС, передаваемых упомянутым одним или несколькими устройствами, когда они действуют в качестве головного узла кластера. Такая система имеет характеристики с точки зрения энергетической автономии, надежности и способности адаптироваться к условиям использования, не сравнимые с характеристиками, обеспечиваемыми известными решениями, например, такими как способ LEACH. Действительно, благодаря изобретению, использование головных узлов кластеров, начиная от их назначения и до реализации действия или действий, необходимых для определенной услуги, является оптимальным и позволяет избегать любого лишнего или неэффективного установления связи внутри сети или с объектами третьей стороны.