СПОСОБ СВЯЗИ ВНУТРИ КЛАСТЕРА ДИНАМИЧЕСКОЙ ГЛУБИНЫ ОБМЕНИВАЮЩИХСЯ ДАННЫМИ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ, СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ ОБМЕНИВАЮЩЕЕСЯ ДАННЫМИ ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩЕЕ УПОМЯНУТЫЙ СПОСОБ, И СООТВЕТСТВУЮЩАЯ СИСТЕМА
METHOD FOR COMMUNICATION WITHIN A CLUSTER OF DYNAMIC DEPTH OF ELECTRONIC DEVICES EXCHANGING DATA, CORRESPONDING TO AN ELECTRONIC DEVICE COMMUNICATING WITH SAID DEVICE, AND A CORRESPONDING SYSTEM

Изобретение относится к способу присоединения к кластеру обменивающихся данными электронных устройств, при этом упомянутый способ осуществляют при помощи блока обработки одного из упомянутых электронных устройств, обменивающихся данными с родственными устройствами через сеть беспроводной связи.
Кроме того, изобретение относится к системе, содержащей множество обменивающихся данными электронных устройств, осуществляющих такой способ присоединения.
В качестве предпочтительного, но не ограничительного примера применения изобретение будет описано для 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 с грузами, или, в целом, контейнеров. Согласно упомянутому примеру применения, упомянутые контейнеры объединены и/или 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 обменивающихся данными устройств. Последние предназначены для сбора и передачи упомянутых величин при помощи служебных сообщений в родственные устройства, действующие в качестве «головных узлов» или ʺheadsʺ в англо-саксонской терминологии. Одной из функций обменивающегося данными электронного устройства, действующего в качестве головного узла, является выполнение определенной услуги. Такая услуга может состоять, например, в объединении данных, собираемых обменивающимися данными устройствами, и в передаче упомянутых данных после их объединения в удаленный объект при помощи дальней связи или связи дальнего действия типа спутниковой связи или радиотелефонной связи. Однако изобретение не ограничивается только этим примером применения. В целом, головной узел выполняет данную услугу, связанную с данными, собираемыми и передаваемыми родственными ему устройствами, при этом упомянутая данная услуга может касаться мониторинга или управления тревожными сигналами, вместо или дополнительно к осуществлению связи с удаленным объектом.
В настоящее время существуют многие топологии или конфигурации сетей обменивающихся данными объектов. Так, на фиг. 1 схематично показана сеть N1 беспроводной связи. Независимо от используемой сети, каждое электронное обменивающееся данными устройство, которое обычно называют также «узлом» упомянутой сети, осуществляет способ связи, позволяющий ему обмениваться сообщениями данных и/или служебными сообщениями с узлом третьей стороны или родственным узлом. Так, сеть N1 включает в себя сорок обменивающихся данными электронных устройств, соответственно обозначенных на фиг. 1: а1-а8, b1-b8, c1-c8, d1-d8 и е1-е8.
Такую сеть обычно называют многозвенной сетью или ʺmulti-hop networkʺ в англо-саксонской терминологии. Согласно этой типологии, первый узел, который будет называться «источником», вырабатывает 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 передачи во второй узел, называемый «адресатом».
В отличие от связи, которая должна быть только прямой между двумя узлами однозвенной сети (или ʺsingle-hop networkʺ в англо-саксонской терминологии), связь между первым и вторым узлами многозвенной сети, такой как сеть N1, показанная на фиг. 1, может быть прямой или опосредованной. Так, при опосредованной связи сообщение, передаваемое из узла-источника может быть ретранслировано одним или более узлами третьей стороны или промежуточными узлами, соответствующие роли которых состоят в ретрансляции упомянутого сообщения, исходящего из узла-источника, чтобы в конечном итоге оно дошло и было принято узлом-адресатом. Такие узлы образуют кластеры или ʺclustersʺ в англо-саксонской терминологии. Например, кластер Сl1 показан на фиг. 1 окаймленным пунктирной линией. Путь, по которому служебное сообщение, передаваемое из узла-источника в направлении узла-адресата через один или более 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.
Как правило, связь внутри многозвенных сетей связи осуществляют по каналам радиосвязи. Как правило, такая связь является связью короткого радиуса действия, то есть примерно от нескольких метров до нескольких десятков метров, поэтому служебные сообщения 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 (ʺGlobal System for Mobile Communicationsʺ в англо-саксонской терминологии) или GPRS (ʺGeneral Packet Radio Serviceʺ в англо-саксонской терминологии) и даже по спутниковой связи.
Как показано на фиг. 2 в качестве предпочтительного примера, узел в целом и в основном представляет собой обменивающееся данными электронное устройство 10, содержащее блок 11 обработки, например, в виде микроконтроллера, взаимодействующего 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 шин связи, показанных на фиг. 2 в виде двойных стрелок из одной линии. Как правило, обменивающееся данными электронное устройство 10 содержит один или более датчиков 15 измерения физической величины, относящейся к окружающей среде упомянутого устройства 10. Такой датчик может измерять окружающую температуру, влажность или присутствие и/или отсутствие света. Устройство 10 содержит также первые средства 13 связи, взаимодействующие с блоком 11 обработки и обеспечивающие ближнюю беспроводную связь с любым другим обменивающимся данными электронным устройством 10i, находящимся в пределах действия связи. Кроме того, оно может содержать вторые средства 16 связи типа «дальнего действия», тоже 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 более батарей. Способность узла осуществлять связь или просто работать связана напрямую с остающейся и имеющейся в наличии энергетической емкостью упомянутого узла. Действительно, 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 обменивающихся данными устройств, представляют собой действия, требующие потребления электрической энергии.
Некоторые конструкторы или операторы предприняли 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. Второй подход состоит в распределении потребления 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 или назначить как «головной узел сети» или, по крайней мере, как «головной узел кластера». На фиг. 1 устройство, работающее как головной узел, выделено кружком в виде жирной линии. Речь идет об узле d2 для сети N1. Таким образом, узел d2 действует как головной узел кластера Сl1. 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 соответственно головными узлами 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. Chandrakasan, H. Balakrishnan - 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 соответственно 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 N1 головной узел d2 сообщается напрямую с узлами c1-c4, d1, d3 и d4, а также с узлами e1-e4. Через узел-член с1 головной узел d2 сообщается напрямую с членом-узлом b1, который, в свою очередь, может ретранслировать сообщения в направлении узла-члена а1. Головной узел d2 собирает упомянутые данные, передаваемые различными узлами-членами, обрабатывает их, объединяет и даже уплотняет и производит, например, передачу на дальнее расстояние в удаленный объект, такой как сервер RS, описанный со ссылками на фиг. 2. Согласно этому известному способу, как только узел выполнил роль головного узла, он не может опять обеспечивать эту роль до истечения определенного периода. В этом случае произвольно в качестве головного узла назначается новый узел-член, что позволяет обеспечить непрерывность выполнения услуги. 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 «присоединиться» к головному узлу и образовать таким образом новый кластер или объединиться с уже существующим кластером, свободный узел, находящийся в пределах действия радиосвязи по отношению к узлу, выбранному или назначенному головным узлом, выполнен с возможностью приема сообщения прикрепления 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 головного узла. Фиг. 1 позволяет описать при помощи сети N1 результирующую передачу сообщения МН, переданного из узла d2, назначенного действовать в качестве головного узла, при этом сообщение МН передано в циркулярном режиме Broadcast короткого радиуса действия в узлы, находящиеся в пределах действия связи. При получении такого сообщения МН прикрепления свободный узел, например, узел е2, обновляет свою память данных, при этом упомянутая память взаимодействует с его блоком обработки, чтобы сообщить ему координаты или значение идентификатора головного узла, то есть идентификатор узла d2 на фиг. 1. Бывшее до этого свободным устройство е2 становится членом кластера Сl1. Оно показано кружком в виде тонкой линии на фиг. 1. Устройство d2, действующее в качестве головного узла, становится адресатом любого служебного сообщения MS, содержащего данные, собранные устройством е2, ставшего новым членом кластера Сl1, аналогично другим устройствами-членам упомянутого кластера. Передача узлом d2 сообщения МН ограничена по дальности. Поэтому узлы, находящиеся за пределами радиуса действия, не принимают сообщение МН как удобочитаемое сообщение и даже не принимают его вообще. Узлы, находящиеся за пределами действия узла d2, такие как узлы а5-а8 или узлы b5-b8, остаются свободными узлами, показанными кружками в виде двойной линии. Кластер Сl1 содержит только узел d2, действующий как головной, и узлы-члены, то есть принявшие прикрепление к головному узлу d2.
Если транспонировать способ LEACH для многозвенной сети, такой как сеть N1, описанная со ссылками на фиг. 1, то можно предположить, что узлы, ставшие членами кластера, содержащего узел, действующий в качестве головного узла, могли бы зарегистрировать в своих соответствующих запоминающих устройствах маршрут, то есть значение идентификатора узла, действующего в качестве головного, и по меньшей мере значение идентификатора узла, ретранслировавшего сообщение прикрепления от упомянутого головного узла, и даже в варианте соответствующие значения идентификаторов промежуточных узлов или ретрансляторов, отделяющих его от упомянутого головного узла. Так, например, узел с2 записывает значение идентификатора головного узла d2, получив напрямую сообщение прикрепления МН от упомянутого узла d2. Что же касается узла b2, то, кроме значения идентификатора узла d2, он записывает значение идентификатора узла c2, ретранслировавшего сообщение прикрепления МН от d2 для узла b2.
Такой подход позволяет теоретически или, по крайней мере, в идеальном варианте применения сберечь общие энергетические ресурсы сети связи, содержащей множество обменивающихся данными узлов. На практике или в реальности, в частности, в зависимости от областей применения или использования такой сети связи для транспортировки контейнеров, взаимодействующих с обменивающимися данными электронными устройствами, такое решение остается не релевантным или по крайней мере малоэффективным.
Действительно, 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 или товарами. Предположим, что каждый контейнер связан с обменивающимся данными электронным устройством, осуществляющим способ связи, такой как LEACH или его эквивалент многозвенного типа. При этом предположении каждое обменивающееся данными электронное устройство, связанное с контейнером, действует как узел внутри беспроводной сети, такой как сеть N1, 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 выполнять свою задачу, которая состоит, например, в передаче объединенных данных в удаленный объект, например, просто по причине своего положения 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 затрат для «оживления» кластера, головной узел которого не может эффективно выполнить свою функцию или услугу. Этот риск повышается еще больше в случае, когда случайные последовательные назначения головных узлов не приводят к надлежащему «выбору». Для решения таких проблем заявители разработали инновационную и исключительно эффективную сеть беспроводной связи для любого относительного расположения узлов и для любой области применения или эксплуатации упомянутой сети, как однозвенной, так и многозвенной. Такая сеть позволяет оптимизировать общую способность сети выполнять определенную услугу на основании данных, собранных различными узлами. В основном она опирается на способ присоединения к кластеру обменивающихся данными устройств в зависимости от способности головного узла обеспечивать такую роль, например, для передачи данных в режиме связи дальнего действия. Каждый узел, осуществляющий такой способ, может принять решение действовать в качестве головного узла, если он обладает для этого способностью. Соответственно, любой свободный узел может принять решение о присоединении или не присоединении к кластеру в зависимости от способности головного узла, предпочтительно назначившего самого себя головным узлом. Дополнительно заявители разработали исключительно инновационную и надежную сеть беспроводной связи, в том числе когда узлы, образующие упомянутую сеть, являются подвижными относительно друг друга или когда топология упомянутой сети оказывается особенно изменяющейся. Согласно этой инновации, любой свободный узел может начать по запросу процедуру присоединения к члену кластера. Такая процедура присоединения может вытекать из адаптации описанной выше сети, представленной выше со ссылками на фиг. 1. Запрос на присоединение свободного узла показан стрелкой в виде двойной линии. В данном случае речь идет о ранее свободном узле а4, который запрашивает присоединение к узлу b4, являющемуся членом кластера Сl1, головным узлом которого является узел d2. Узел а4 становится присоединенным к кластеру Сl1 и показан в виде пунктирного кружка. Таким образом, когда а4 не в состоянии принять сообщение МН прикрепления, исходящее от головного узла d2, он может присоединиться по своему запросу к кластеру Сl1. Каждый узел, применяющий такую процедуру присоединения, может, в целом, по запросу и независимо от политики прикрепления головных узлов, запросить присоединение к члену кластера и передавать, таким образом, служебные сообщения в головной узел, в частности, через узел-член, согласившийся на процедуру присоединения. Это позволяет расширить кластеры, образованные после процедуры прикрепления, и даже трансформировать сеть типа однозвенной в «псевдо-многозвенную сеть» или, более конкретно, адаптировать однозвенную сеть, один кластер которой становится структурой многозвенного типа, при этом узел-член, согласившийся на запрос присоединения, работает как узел-ретранслятор для присоединившегося узла, чтобы передавать служебные сообщения.
Независимо от типа используемой сети, соответствующие способности узлов, осуществляющих способ присоединения и/или подсоединения к кластеру, с течением времени меняются.
Такое решение, хотя и отличается значительным улучшением, все же имеет, как и ранее упомянутые решения, некоторые ограничения или недостатки, в частности, если такую сеть связи используют в контексте применения, в котором топология упомянутой сети может часто меняться. Действительно, какой бы ни была выбранная сеть связи, маршруты или топологии, то есть образование или расформирование кластеров указанной сети, не обновляются достаточно регулярно или с достаточной частотой, чтобы учитывать динамику упомянутой сети. При применении известных решений, если такое обновление производить очень часто, то число сообщений прикрепления, расформирования кластера или служебных сообщений увеличилось бы многократно, следовательно, главная задача сокращения потребления энергии не была бы решена.
Кроме того, образование кластера большой глубины, то есть в котором узел-член может находиться на соответствующем расстоянии по количеству звеньев, может привести к соответствующему насыщенному трафику сообщений, например, связанному с ретрансляциями сообщений МН прикрепления или служебных сообщений MS членами-ретрансляторами. Такие ретрансляции, повторяемые с большой частотой, тем более многочисленными членами, могут крайне отрицательно сказаться на энергетических способностях упомянутых членов-ретрансляторов собирать данные, формировать и передавать в направлении головного узла свои собственные служебные сообщения. Для однозвенной сети глубина установлена в одно звено. Для многозвенной сети не существует известного метода, позволяющего намеренно ограничивать и даже динамически, равномерно и контролируемо регулировать глубину кластера.
Изобретение позволяет преодолеть все или часть недостатков известных решений. За счет создания исключительно инновационной и эффективной сети беспроводной связи, независимо от относительного расположения узлов и от рамок применения или эксплуатации упомянутой сети, изобретение позволяет оптимизировать общую способность сети выполнять услугу, определяемую на основании данных, собираемых различными узлами. Главным оригинальным признаком способа присоединения к кластеру обменивающихся данными электронных устройств является порядок выбора головных узлов и/или обеспечиваемая любому узлу способность принимать или модулировать свою функцию узла-ретранслятора. Каждый узел, осуществляющий заявленный способ, может принять решение действовать в качестве головного узла, уточняя необходимую ему глубину кластера. Кроме того, в зависимости от своей способности выделить часть своих ресурсов для ретрансляции сообщений прикрепления или служебных сообщений, каждый узел может также поддерживать или ограничивать это действие. Такое ограничение позволяет уменьшить глубину кластера, членом которого является узел, или, по крайней мере, ограничить нисходящий маршрут, к которому принадлежит упомянутый узел.
Среди многочисленных преимуществ, обеспечиваемых изобретением, можно упомянуть, что оно позволяет:
- регулировать надлежащим образом энергетические затраты среди узлов сети, что позволяет намного продлить способность упомянутой сети выполнять свою услугу по сравнению с известными решениями;
- разработать сеть или, по крайней мере, структуру 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 своевременно определять свою роль внутри сети.
В связи с этим объектом изобретения прежде всего является способ связи внутри сети, содержащей множество обменивающихся данными электронных устройств, при этом упомянутый способ осуществляет блок обработки первого обменивающегося данными электронного устройства среди упомянутых обменивающихся данными электронных устройств внутри сети, при этом упомянутое первое обменивающееся данными электронное устройство дополнительно содержит упомянутый блок обработки, память данных, первые средства связи, обеспечивающие ближнюю беспроводную связь с обменивающимся данными электронным устройством третьей стороны сети, находящимся в пределах действия связи, при этом упомянутая память данных и упомянутые средства связи взаимодействуют с упомянутым блоком обработки, при этом память данных содержит значение идентификатора, присвоенного упомянутому первому обменивающемуся данными электронному устройству, и регистр для сохранения текущего значения идентификатора второго обменивающегося данными электронного устройства, действующего в качестве головного узла кластера. Такой способ содержит:
- этап, на котором через первые средства связи принимают сообщение прикрепления, сгенерированное и переданное обменивающимся данными электронным устройством внутри сети, при этом в упомянутом сообщении прикрепления закодирован идентификатор второго обменивающегося данными электронного устройства, действующего в качестве головного узла кластера;
- этап, на котором декодируют упомянутое сообщение прикрепления и выделяют из него значение упомянутого идентификатора второго обменивающегося данными электронного устройства, действующего в качестве головного узла кластера, и, в случае необходимости, значение идентификатора обменивающегося данными электронного устройства третьей стороны, ретранслировавшего упомянутое сообщение прикрепления;
- этап, на котором обновляют регистр, чтобы внести в него в качестве текущего значения идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера, упомянутое значение идентификатора второго устройства, действующего в качестве головного узла кластера, выделенное из декодированного сообщения прикрепления, и, в случае необходимости, чтобы дополнительно внести в упомянутый регистр в качестве восходящего маршрута в направлении упомянутого второго обменивающегося данными электронного устройства, действующего в качестве головного узла кластера, значение идентификатора обменивающегося данными электронного устройства третьей  стороны.
Чтобы контролировать глубину кластера, изобретением предусмотрено следующее:
- в упомянутом сообщении прикрепления закодирована также данная TTL, отображающая способность обменивающегося данными электронного устройства, принявшего упомянутое сообщение прикрепления, ретранслировать это сообщение;
- на этапе декодирования упомянутого сообщения прикрепления из него выделяют также значение упомянутой данной TTL;
- этап обновления регистра адаптируют таким образом, чтобы сохранить в упомянутом регистре текущее значение упомянутой данной TTL, предварительно декрементированное на одну единицу.
Согласно изобретению, заявленный способ связи дополнительно содержит:
- этап, на котором получают ретранслируемое сообщение прикрепления, при этом упомянутое сообщение содержит:
- первое поле, в котором закодировано записанное в регистре текущее значение идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера;
- второе поле, которое характеризует восходящий маршрут в направлении второго обменивающегося данными электронного устройства, действующего в качестве головного узла кластера, и в котором закодирован идентификатор первого обменивающегося данными электронного устройства;
- третье поле, в котором закодировано записанное в регистре текущее значение данной TTL;
- этап, на котором запускают передачу через первые средства связи упомянутого ретранслируемого сообщения, если предварительный этап, на котором записанное в регистре текущее значение данной TTL сравнивают с определенным нижним предельным значением, удостоверяет, что упомянутое текущее значение TTL строго превышает упомянутую нижнюю предельную данную.
Чтобы проверить, что второе обменивающееся данными электронное устройство в состоянии действовать в качестве головного узла кластера:
- принятое сообщение прикрепления может содержать данную, отображающую способность второго обменивающегося данными электронного устройства, действующего в качестве головного узла кластера, выполнять данную услугу;
- на этапе декодирования упомянутого сообщения прикрепления можно из упомянутого сообщения прикрепления дополнительно выделить упомянутую данную, отображающую упомянутую способность;
- на этапе обновления регистра можно дополнительно внести в упомянутый регистр значение упомянутой данной, отображающей способность устройства, действующего в качестве головного узла кластера.
Согласно этому предпочтительному варианту осуществления, первое обменивающееся данными электронное устройство может принять решение о своем присоединении к кластеру второго обменивающегося данными электронного устройства в зависимости от определенных способностей последнего. Для этого этап, на котором обновляют регистр и вносят в нее текущее значение идентификатора обменивающегося данными электронного устройства, действующего в качестве головного узла кластера, предпочтительно осуществляют, только если данная, характеризующая упомянутую способность, превышает или равна определенному минимальному порогу потребности.
Для обеспечения уменьшения глубины кластера заявленный способ связи может содержать:
- этап, на котором принимают сообщение конца ретрансляции, сгенерированное и переданное обменивающимся данными электронным устройством третьей стороны, при этом упомянутое сообщение конца ретрансляции содержит идентификатор упомянутого обменивающегося данными электронного устройства третьей стороны;
- этап, на котором декодируют упомянутое сообщение конца ретрансляции и выделяют из него значение упомянутого идентификатора;
- этап, на котором обновляют регистр, содержащий текущее значение идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера, путем удаления упомянутого текущего значения или его замены заранее определенным значением, отображающим отсутствие идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера, при этом упомянутое обновление регистра осуществляют, только если значение идентификатора, выделенного из сообщения конца ретрансляции, включено в регистр в качестве восходящего маршрута в направлении упомянутого устройства, действующего в качестве головного узла кластера.
Чтобы член кластера мог сам прекратить выполнять свою роль члена-ретранслятора и сохранить, таким образом, свою способность вырабатывать и передавать служебное сообщение в направлении устройства, действующего в качестве головного узла кластера, на этапе сравнения записанного в регистре текущего значения TTL с определенным нижним предельным значением можно дополнительно определить возможность ретранслировать сообщения для обменивающихся данными электронных устройств, при этом упомянутые обменивающиеся данными электронные устройства принадлежат к нисходящему маршруту от первого обменивающегося данными электронного устройства, в зависимости от рабочего параметра упомянутого устройства, и сравнить упомянутую определенную возможность с заранее определенным минимальным функциональным порогом. При этом этап запуска передачи упомянутого ретранслируемого сообщения первыми средствами связи осуществляют, только если упомянутая определенная возможность строго превышает упомянутый заранее определенный минимальный функциональный порог.
Для регулирования глубины кластера, задаваемой при приеме сообщения прикрепления, кодирующего данную TTL, меньшую данной в предыдущем сообщении прикрепления, изобретением предусмотрен первый вариант осуществления, согласно которому на этапе обновления регистра после декодирования сообщения прикрепления дополнительно одновременно с обновлением регистра запускают средства измерения времени, при этом упомянутый способ связи содержит этап, на котором сравнивают упомянутое время с заранее определенным максимальным периодом ожидания и на котором обновляют упомянутый регистр, стирая или заменяя текущее значение идентификатора обменивающегося данными электронного устройства, действующего в качестве головного узла кластера, заранее определенным значением, отображающем отсутствие идентификатора обменивающегося данными электронного устройства, действующего в качестве головного узла кластера.
Согласно второму варианту осуществления, сообщение прикрепления может содержать поле, в котором закодирована данная TTL-е, характеризующая максимальную глубину кластера, необходимую для второго обменивающегося данными электронного устройства, действующего в качестве головного узла кластера, и поле, в котором закодирована данная DST, характеризующая расстояние, отделяющее обменивающееся данными электронное устройство, передающее упомянутое сообщение прикрепления на нисходящем маршруте, от обменивающегося данными электронного устройства (d2), действующего в качестве головного узла кластера. Согласно этому второму варианту осуществления, на этапе декодирования упомянутого сообщения прикрепления из него можно выделить значения упомянутых данных TTL-е и DST. Этап обновления регистра можно также адаптировать таким образом, чтобы упомянутый регистр содержал значение данной TTL-е и значение данной DST, предварительно инкрементированное на единицу. При этом, согласно изобретению, упомянутый способ связи может дополнительно содержать этап, на котором сравнивают упомянутые значения TTL-е и DST, записанные в регистре, и на котором обновляют упомянутый регистр, стирая или заменяя текущее значение идентификатора обменивающегося данными электронного устройства, действующего в качестве головного узла кластера, заранее определенным значением, отображающем отсутствие идентификатора обменивающегося данными электронного устройства, действующего в качестве головного узла кластера.
Независимо от варианта осуществления заявленного способа связи, первое обменивающееся данными электронное устройство может динамично определять надлежащую глубину кластера, в котором оно собирается действовать в качестве головного узла кластера. В связи с этим заявленный способ связи предпочтительно может содержать:
- этап, на котором определяют максимальную глубину кластера, в котором первое обменивающееся данными электронное устройство намеревается стать головным узлом кластера, в зависимости от рабочего параметра упомянутого устройства;
- этап, на котором кодируют сообщение прикрепления и запускают передачу упомянутого сообщения первыми средствами связи, при этом упомянутое сообщение содержит первое поле, в котором закодирован идентификатор упомянутого первого обменивающегося данными электронного устройства, и второе поле, в котором закодирована данная TTL, значение которой устанавливают по значению определенной максимальной глубины кластера.
В варианте такое способ связи может содержать:
- этап определения максимальной глубины кластера, в котором первое обменивающееся данными электронное устройство намеревается стать головным узлом кластера, в зависимости от рабочего параметра упомянутого устройства;
- этап, на котором кодируют сообщение прикрепления и запускают передачу упомянутого сообщения первыми средствами связи, при этом упомянутое сообщение содержит поля, в которых соответственно закодированы:
- идентификатор упомянутого устройства;
- данная TTL, значение которой записано в регистре;
- данная TTL, значение которое установлено по значению определенной максимальной глубины кластера;
- данная DST, значение которой установлено по значению, указывающему нулевое расстояние по количеству звеньев.
Чтобы не запускать передачу сообщений прикрепления, пока первое обменивающееся данными электронное устройство не может быть в состоянии полностью обеспечивать роль головного узла кластера, заявленный способ предпочтительно может содержать этап, на котором оценивают способность первого обменивающегося данными электронного устройства выполнять определенную услугу, при этом упомянутый этап включает в себя оценку рабочего параметра упомянутого устройства и выдачу данной, характеризующей способность упомянутого устройства выполнять определенную услугу, при этом на этапе кодирования сообщения прикрепления внутри упомянутого сообщения прикрепления предусматривают поле, в котором кодируют данную, отображающую упомянутую способность, до передачи упомянутого сообщения первыми средствами связи.
Такой способ может содержать этап, на котором сравнивают данную, характеризующую упомянутую способность, с минимальным функциональным порогом потребности, при этом этап запуска передачи сообщения прикрепления осуществляют, только если данная, характеризующая упомянутую способность, превышает или равна упомянутому минимальному функциональному порогу потребности.
Вторым объектом изобретения является компьютерный программный продукт, содержащие команды программы, которые, когда они:
- предварительно записаны в память программ обменивающегося данными электронного устройства, дополнительно содержащего блок обработки, первые средства связи, обеспечивающие ближнюю беспроводную связь с любым другим электронным устройством, находящимся в пределах действия связи, память данных, которая содержит значение идентификатора, присвоенного устройству, и регистр для записи текущего значения идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера, при этом упомянутые памяти и упомянутые первые средства связи взаимодействуют с упомянутым блоком обработки;
- исполняются или интерпретируются упомянутым блоком обработки;
запускают осуществление заявленного способа связи.
Третьим объектом изобретения является обменивающееся данными электронное устройство, содержащее блок обработки, память данных, память программ, первые средства связи, обеспечивающие ближнюю беспроводную связь с любым другим обменивающимся данными электронным устройством, находящимся в пределах действия связи, при этом упомянутые памяти и упомянутые первые средства связи взаимодействуют с упомянутым блоком обработки, при этом память данных содержит значение идентификатора, присвоенного обменивающемуся данными электронному устройству, и регистр для записи текущего значения идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера. Такое обменивающееся данными электронное устройство содержит в памяти программ команды вышеупомянутого заявленного компьютерного программного продукта.
Четвертым объектом изобретения является система, содержащая множество обменивающихся данными электронных устройств в соответствии с настоящим изобретением.
Согласно предпочтительному варианту выполнения, такая система предпочтительно может содержать множество контейнеров с твердыми, текучими или жидкими грузами, при этом упомянутые контейнеры соответственно взаимодействуют с обменивающимися данными 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 пример конфигурации многозвенной сети беспроводной связи.
Фиг. 2 (уже частично описана) иллюстрирует функциональную архитектуру известного обменивающегося данными электронного устройства и заявленного обменивающегося данными электронного устройства, когда последнее выполнено с возможностью осуществления заявленного способа присоединения к кластеру устройств, обменивающихся данными с родственными устройствами через сеть беспроводной связи.
Фиг. 3 и 4 - две ситуации, соответственно которым можно динамично регулировать глубину кластера согласно изобретению.
Фиг. 5 - функциональное описание такого заявленного способа присоединения.
Обменивающееся данными электронное устройство в соответствии с изобретением подобно известному устройству 10, описанному выше со ссылками на фиг. 2.
Обменивающееся данными электронное устройство в соответствии с изобретением содержит блок 11 обработки, представляющий собой один или более микроконтроллеров, предназначенных для осуществления обработки, в частности, данных. Предпочтительно упомянутые данные полностью или частично записаны в одной или более памятях 12 данных, как правило, представляющих собой электрически стираемые и перезаписываемые запоминающие устройства. Предпочтительно память 12 данных может содержать нестираемую секцию, физически изолированную или просто расположенную таким образом, чтобы доступ к ней для записи или для стирания был закрыт. В варианте такой доступ может потребовать выполнения процедуры аутентификации. Такая секция памяти 12 данных, доступ к которой для изменения является ограниченным, позволяет записывать в нее, в частности, значение идентификатора ID, присвоенного обменивающемуся данными электронному устройству. Предпочтительно, но не обязательно устройство 10 может дополнительно содержать одну или более памятей 14 программ для записи одной или более программ Р или, в целом, одного или более 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 связи 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. Существуют разные типы сообщений. Среди них можно упомянуть сообщения данных MS, относящиеся к конкретной услуге S, сообщения прикрепления МН, сообщения расформирования кластера MR.
Некоторые обменивающиеся данными устройства могут использовать электромагнитное поле, создаваемое сетью, чтобы извлекать из него электрическую энергию, достаточную 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 обменивающееся данными 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 более батарей. В предпочтительном контексте применения, в частности, связанном с мониторингом контейнеров, хотя этот частный контекст и не ограничивает область применения изобретения, обменивающееся данными электронное устройство 10 может содержать один или более датчиков 15, взаимодействующих с блоком 11 обработки. Такой датчик может измерять одну или более 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 обменивающихся данными электронных устройств, последние могут содержать дополнительные и факультативные средства. Например, но не ограничительно услуга включает в себя:
- сбор данных от узлов сети обменивающихся данными электронных устройств в соответствии с изобретением, например, относящихся к величинам, измеряемым упомянутыми узлами;
- объединение упомянутых данных, собранных из нескольких узлов, затем генерирование 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 примеру 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. 5. Предпочтительный вариант адаптации предусматривает программу или, в целом, программные команды для осуществления упомянутого способа во время исполнения или интерпретации упомянутых программных команд блоком обработки. Предпочтительно упомянутую программу Р загружают в память 14 программ во время сборки упомянутого устройства или посредством дистанционной загрузки упомянутой программы в память 14 после упомянутой фазы сборки устройства.
Изобретение главным образом основано на применении предпочтительно многозвенной сети, в которой каждый узел представляет собой обменивающееся данными электронное устройство, такое как описанное выше устройство 10.
Узел такой сети в целом выполнен с возможностью осуществления способа присоединения и/или подсоединения к кластеру устройств. Кроме значения идентификатора ID, присвоенного обменивающемуся данными электронному устройству, память 12 данных содержит регистр RH, выполненный с возможностью записи в него текущего значения IDHc идентификатора IDH обменивающегося данными электронного устройства, действующего в качестве головного узла кластера, такого как узел d2 на фиг. 1.
Когда устройство принимает решение присоединиться к кластеру, один из узлов которого действует в качестве головного узла кластера, это присоединение, как правило, является эксклюзивным. Иначе говоря, узел не может быть членом разных кластеров, то есть кластеров, имеющих соответственно разные головные узлы, для одной и той же услуги. В этом случае говорят о не перекрывающихся кластерах. Узел, присоединяющийся к кластеру, выбирает «наилучший» головной узел для упомянутой услуги. Такой выбор может происходить в зависимости от конкретной мощности, необходимой для выполнения определенной услуги.
Вместе с тем, узел может быть также связан с несколькими головными узлами, если упомянутые головные узлы предназначены для выполнения разных услуг: например, первый головной узел для передачи данных на дальнее расстояние (услуга Si) и второй головной узел для выполнения услуги управления тревожными сигналами (услуга Sj) на месте.
В связи с этим, аналогично вышеупомянутому решению LEACH, кластеры обменивающихся данными электронных устройств, такие как кластер Сl1 сети N1, описанной со ссылками на фиг. 1, содержат устройство, действующее в качестве головного узла, такое как узел d2, описанный со ссылками на фиг. 1. Другие устройства действуют как члены упомянутого кластера, такие, но не ограничительно, как узел с2, описанный 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, обладающего способностью выполнять 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.
Служебное сообщение MS, направляемое от члена кластера в головной узел, структурно скомпоновано таким образом, что содержит:
- информацию, характеризующую тип сообщения;
- значение идентификатора узла-источника, который, как правило, является узлом-членом;
- значение идентификатора узла-адресата, в данном случае головного узла, и даже идентификатор члена-ретранслятора 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 узлу, принимающему такое служебное сообщение MS, декодировать его, использовать или ретранслировать.
Сообщение MS, как и любое другое сообщение, передаваемое внутри сети, может потребовать направления сообщений подтверждения получения МАСК, передаваемых получателем сообщения в узел-источник. 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 которой узел-источник считает, что «маршрут» или связь с адресатом отсутствует или прекращена. Такой узел-источник может принять решение выйти из кластера и вернуться к статусу свободного узла или попытаться присоединиться к другому кластеру.
Присоединение свободного узла к узлу, действующему в качестве головного узла кластера, похоже на присоединение, осуществляемое в рамках решения LEACH. Вместе с тем, условия выбора головного узла и условия присоединения свободного узла, чтобы стать членом кластера, могут быть самыми разными, как это предусматривает, например, вариант, совместно предложенный заявителями. Согласно этому варианту, только узлы, реально способные выполнять определенную услугу, могут самостоятельно определить себя как головные узлы. Со своей стороны, другие узлы могут сделать выбор среди конкурирующих головных узлов и выбирать из них наилучшего кандидата для осуществления услуги, в выполнении которой они участвуют.
Независимо от варианта выбора головных узлов, первый вариант выполнения обменивающихся данными устройств может состоять в том, что эти устройства непрерывно прослушивают частоты радиосвязи, чтобы проверять наличие сообщений, исходящих от родственных устройств. Такой подход предполагает большие энергетические затраты и отрицательно сказывается на автономии всей сети. Другой подход, известный под названием Wake On Radio (WOR) в англо-саксонской терминологии, состоит в погружении узлов в относительное спящее состояние в течение большей части времени их соответствующей работы. В частности, радиосвязь деактивируют, так как она потребляет слишком много электрической энергии. Однако такие узлы могут продолжать осуществлять внутренние обработки, не требующие много энергии. Такие узлы циклически могут пробуждаться, чтобы прослушать возможные сообщения, поступающие от родственных устройств, или чтобы передать, в свою очередь, сообщения прикрепления, служебные сообщения и т.д.
На фиг. 5 представлен способ Р100 связи, осуществляемый первым заявленным устройством, например, таким как устройство 10, описанное со ссылками на фиг. 2.
Такой способ связи является результатом первой обработки 100 блоком 11 обработки устройства 10 в ответ на получение сообщения прикрепления МН.
Как показано на фиг. 5, сообщение прикрепления МН содержит первое поле МН-1, в котором закодирован идентификатор IDH устройства, выбранного, чтобы действовать в качестве головного узла. Такое сообщение прикрепления может также содержать поле МН-3, в котором закодирована данная СН, характеризующая способность упомянутого головного узла выполнять определенную услугу S. Упомянутое сообщение может дополнительно содержать поле МН-7, в котором закодированы различные атрибуты или дополнительные данные AD, из которых в качестве не ограничительного и факультативного примера можно указать данную, характеризующую услугу S, с которой связана возможная данная СН.
В рамках многозвенной сети, структуры или кластера сообщение прикрепления может быть ретранслировано узлом-членом. Если такое сообщение прикрепления уже было распространено узлом-членом (ретрансляция такого сообщения будет рассмотрена ниже, в частности, в связи с этапом 106), это значит, что узел-член сгенерировал и затем передал новое сообщение прикрепления. Обозначим МН' ретранслированное сообщение прикрепления, чтобы отличать его от оригинального сообщения прикрепления МН, переданного головным узлом. Такое сообщение МН' может содержать поле МН-2, в котором закодирована данная Ru, характеризующая восходящий маршрут, то есть по меньшей мере идентификатор ID' члена, ретранслирующего и передающего упомянутое сообщение МН'. В варианте упомянутый маршрут Ru может содержать идентификаторы различных членов-ретрансляторов на входе, отделяющих последовательно узел, принимающий сообщение МН', от головного узла, от которого исходит оригинальное сообщение прикрепления МН.
Чтобы контролировать глубину кластера, который головной узел намеревается образовать, изобретением предусмотрено, чтобы такое сообщение МН или МН' содержало поле МН-4, в котором закодирована данная TTL, характеризующая способность, по числу звеньев, узла-члена, принимающего упомянутое сообщение МН или МН', ретранслировать его и, таким образом, распространить сообщение прикрепления внутри сети. В дальнейшем в связи с обработкой 110 способа Р100 будет рассмотрено генерирование сообщения прикрепления МН устройством, назначающем себя в качестве головного узла, таким как заявленное устройство 10 на фиг. 2. Предпочтительно данная TTL сообщения МН или МН' может представлять собой целое значение. Таким образом, когда головной узел передает сообщение МН, кодирующее значение TTL, равное одному, это значит, что требуемая максимальная глубина соответствует максимум одному звену. Значение TTL равное трем значит, что два разных узла-члена на нисходящем маршруте могли бы последовательно ретранслировать упомянутое сообщение прикрепления внутри сети.
Так, обработка 100 в соответствии с изобретением содержит первый этап 101 приема сообщения прикрепления МН или МН', сгенерированного и переданного обменивающимся данными электронным устройством, таким как узел d2 или узел с3, описанные со ссылками на фиг. 1. Кроме того, обработка 100 содержит этап 102 декодирования упомянутого сообщения прикрепления МН или МН' и выделения из него идентификатора IDH головного узла и даже идентификатора ID' члена-ретранслятора (Ru). Кроме того, на этапе 102 выводят данную TTL и декрементируют ее на единицу. Если декодированное сообщение МН или МН' содержит данную СН, характеризующую способность головного узла обеспечивать данную услугу S, на этапе 102 декодирования упомянутого сообщения прикрепления МН или МН' выводят упомянутую данную СН и даже любую другую представляющую интерес данную, закодированную в упомянутом сообщении.
Обработка 100 содержит также этап 103 обновления регистра RH, находящегося в памяти 12 данных устройства, такого как устройство 10, описанное со ссылками на фиг. 2. Упомянутый регистр RH предусмотрен, чтобы задавать значение идентификатора IDH в качестве текущего значения IDHc идентификатора устройства, выбранного, чтобы действовать в качестве головного узла, например, устройства d2, показанного на фиг. 1. Если сообщение прикрепления МН' содержит поле МН-2, в регистр RH вносят восходящий маршрут Ru, содержащий идентификатор ID' устройства, выступившего в качестве члена-ретранслятора. Во время обновления регистра RH в упомянутый регистр RH можно также записать значение параметра CH, отображающей текущую способность передающего устройства обеспечивать упомянутую услугу S. Записанное значение обозначено СНс, чтобы отобразить текущую способность головного узла выполнять услугу. В сети, такой как сеть N1, описанная со ссылками на фиг. 1, устройство 10, осуществившее такой способ Р100, становится членом кластера, в котором устройство, передавшее сообщение МН, действует в качестве головного узла. Например, это относится к случаю устройств, действующих в качестве узлов-членов, с1-с3, d1, d3 и е1-е3 кластера Сl1, описанного со ссылками на фиг. 1. Возможное запоминание способности упомянутого головного узла в регистре RH позволяет при получении нового сообщения МН или МН', исходящего от другого передающего устройства, сравнить, в случае необходимости, способность текущего головного узла со способностью нового кандидата. В дальнейшем будет рассмотрен случай конкуренции между головными узлами, при которой арбитрами выступают узлы-члены или свободные узлы.
Кроме того, изобретением предусмотрено, чтобы узел, который уже является членом кластера и/или является свободным, мог присоединиться к кластеру, членом которого является узел, передавший сообщение МН. Таким образом, согласно предпочтительному варианту, этап 103 обработки 100 способ Р100 связи, предусмотренный для обновления регистра RH, может быть осуществлен, только если данная СН, отображающая способность узла, намеревающегося действовать в качестве головного узла, превышает или равна определенному минимальному порогу потребности. Так, упомянутая обработка 100 содержит этап 104, на котором сравнивают данную, отображающую способность, выведенную на этапе 102 из сообщения МH, с упомянутым минимальным порогом потребности. Таким образом, узел 10, являющийся кандидатом на присоединение к кластеру, может иметь более значительные потребности или может быть более селективным, чем это предусмотрено минимальными критериями выбора головного узла. 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 передаваться одним или более обменивающимися данными электронными устройствами, находящимися в пределах действия радиосвязи, такими как устройство 10i, описанное со ссылками на фиг. 2. Устройство 10, действующее в качестве узла-члена кластера, может находиться в состоянии принимать и декодировать сообщение прикрепления МН или МН', тогда как упомянутое устройство 10 уже является членом кластера, инициированного головным узлом.
В этом случае можно рассмотреть два случая. Согласно первой ситуации, устройство 10 уже использовало сообщение прикрепления МН или МН', исходящее от одного и того же устройства, действующего в качестве головного узла. Значение идентификатора IDH этого последнего устройства является, таким образом, идентичным сообщению IDHс, записанному в регистре RH, при этом упомянутый регистр находится в памяти 12 данных устройства 10. Согласно второй ситуации, значение идентификатора IDH, выделенное из сообщения МН или МН', отличается от значения IDHс. Устройство-член находится в этом случае в ситуации выполнять роль арбитра при конкуренции между двумя устройствами третьей стороны, способными выполнять одну и ту же услугу.
В случае, когда заявленная сеть предусматривает представление внутри сообщений МН или МН' способности головного узла эффективно выполнять свою роль, способ Р100 предпочтительно содержит этап 105 после этапа 102 декодирования сообщения прикрепления МН и перед этапом 103 обновления регистра RH, содержащего текущее значение IDHс идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла кластера. Предпочтительно этот этап может включать в себя считывание 1051 упомянутого текущего значения IDHс в упомянутом регистре RH. Затем этап 105 включает в себя сравнение 1052 упомянутого текущего значения IDHс со значением IDH идентификатора устройства, передавшего сообщение прикрепления МН, декодированное на этапе 102. В случае вышеупомянутой первой ситуации упомянутые значения IDHс и IDH являются идентичными (ситуация показана в виде ссылки 1052-у на фиг. 5). Таким образом, регистр RH можно обновить на этапе 103. Это действие позволяет, в частности, обновить данную СН внутри регистра RH. Действительно, в зависимости от изменения контекста работы головного узла способность последнего выполнять услугу может измениться. Она может снизиться, например, по причине меньшего энергетического резерва. Она может улучшиться по причине исчезновения препятствия, которое отрицательно действует на мощность передачи по каналу GPRS.
С другой стороны, в случае, когда значения IDH и IDHс являются разными (ситуация показана в виде ссылки 1052-n на фиг.5), устройство, способное действовать в качестве головного узла кластера, входит в конкуренцию с устройством, которое с точки зрения узла-члена является устройством, действующим в данный момент в качестве головного узла кластера. Согласно изобретению, этап 105 может включать в себя этап 1053, чтобы сравнить данную СН, отображающую способность устройства, передавшего сообщение прикрепления МН, с параметра CHс, хранящейся в регистре RH и отображающей способность выполнять эту же услугу S устройством, которое в настоящее время действует в качестве головного узла. Согласно предпочтительному варианту осуществления, если значение параметра CH, выведенной из нового сообщения прикрепления, превышает значение СНс (ситуация показана в виде ссылки 1053-у на фиг. 5), то осуществляют этап 103 для обновления регистра RH. Значение IDHс принимает значение идентификатора передатчика сообщения прикрепления. Таким образом, устройство 10 покидает предыдущий кластер, чтобы присоединиться к кластеру, в котором устройство, передавшее сообщение МН, действует в качестве головного узла. С этого момента служебные сообщения, вырабатываемые устройством 10, будут адресоваться новому головному узлу. В обратной ситуации, если значение параметра CH, выведенное из нового сообщения прикрепления, меньше или равно значению СНс (ситуация показана в виде ссылки 1053-n), то этап 103 не осуществляют, так как устройство-передатчик сообщения прикрепления является менее эффективным, чем головной уел кластера на данный момент.
Чтобы ограничить частоту присоединения к различным конкурирующим головным узлам и сохранить, таким образом, общую энергетическую емкость сети, в частности, если данные СН и СНс, характеризующие соответствующие способности осуществлять одну и ту же услугу, являются очень близкими, изобретением предусмотрено отдавать приоритет определенной «верности», хотя являющейся лишь очень относительной, устройству, действующему в данный момент в качестве головного узла, даже если это устройство оказывается менее эффективным, чем конкурирующее с ним устройство. Таким образом, если значения идентификаторов IDH и IDHс являются разными (ситуация показана в виде ссылки 1052-n), то этап 103 обновления регистра RH осуществляют, только если (ситуация показана в виде ссылки 1053-у на фиг. 5) в пользу устройства, передавшего сообщение прикрепления, отмечено значительное отклонение, равное заранее определенной не равной нулю константе. Следовательно, этап 1053 можно адаптировать, чтобы осуществлять обновление 103 регистра RH, только если данная СН, отображающая способность устройства, передавшего сообщение прикрепления МН, превышает или равна данной, хранящейся в регистре RH, увеличенной на значение упомянутого отклонения.
Чтобы обеспечить возможность ретрансляции сообщения прикрепления МН за пределы действия передачи устройства, назначенного головным узлом, согласно изобретению, способ присоединения Р100 может содержать этап 106, следующий после этапа 103, для обновления регистра RH устройства, осуществляющего упомянутый способ Р100. На этом дополнительном этапе 106 кодируют и передают через средства 13 связи сообщение прикрепления МН', содержащее в поле МН-1 идентификатор IDH устройства, значение IDHс которого записано в регистре RH. Предпочтительно, если данная СНс, отображающая способность упомянутого устройства выполнять определенную услугу S, записана в RH, то такое сообщение кодирует дополнительно в поле МН-3 данную, отображающую упомянутую способность СН. Сообщение МН', производимое на этапе 106, дополнительно кодирует (поле МН-2, Ru) идентификатор ID устройства, осуществляющего способ Р100 и действующего в качестве узла-члена кластера, ретранслирующего сообщение прикрепления МН, исходящее от устройства, действующего в качестве головного узла. Перед возможным осуществлением такого этапа 106 обработка 100 содержит этап 109, на котором проверяют, что устройство, осуществляющее способ Р100, способно ретранслировать сообщение МН или МН', ранее декодированное на этапе 102.
На таком этапе 109 сравнивают текущее значение данной TTL с определенным нижним предельным значением, например, нулевым значением. Упомянутое текущее значение TTL соответствует полю МН-4 сообщения МН или МН', предпочтительно предварительно декодированного или декрементированного на этапе 102. Если текущее значение TTL строго превышает упомянутое нижнее предельное значение (ситуация показана в виде ссылки 109у на фиг. 5), сообщение прикрепления может быть ретранслировано. В этом случае можно осуществлять описанный выше этап 106. В противном случае (ситуация показана в виде ссылки 109n на фиг.5), этап 106 не осуществляют, и устройство не ретранслирует сообщение прикрепления.
Чтобы регулировать глубину кластера, задаваемую приемом сообщения МН или МН', кодирующего данную TTL, меньшую данной предыдущего сообщения прикрепления, изобретением предусмотрено несколько вариантов осуществления.
В первом варианте осуществления, одновременно с обработкой, осуществляемой на этапе 109, сравнивают время, исходная точка которого совпадает с обновлением регистра RH на этапе 103, с заранее определенным максимальным периодом ожидания, в течение которого не было принято никакого другого сообщения прикрепления. Такое время можно измерить, например, запустив таймер или инициализируя счетчик, инкрементируемый в каждую заранее определенную единицу времени. Если упомянутое время превышает или равно упомянутому заранее определенному максимальному периоду ожидания, изобретением предусмотрено, что устройство перестает быть в состоянии передавать сообщение прикрепления в текущий головной узел, учитывая его молчание. В этом случае устройство осуществляет этап 107, на котором оно возвращается к статусу свободного узла. В частности, на таком этапе внутри регистра RH стирают данные, связанные со старым текущим головным узлом.
Фиг. 1 и 4 иллюстрируют этот первый вариант осуществления. Что касается фиг. 1, первое сообщение прикрепления МН, поступающее от узла d2, содержит первоначальное значение TTL, равное трем. Таким образом, упомянутое оригинальное сообщение МН ретранслируется в виде сообщений МН' узлами-членами, удаленными не более чем на два звена от головного узла d2. Узлы а1-а4, удаленные от головного узла d2 на три звена, смогли присоединиться к кластеру Cl1 посредством действия членов-ретрансляторов, соответственно b1-b4. На фиг. 4 показана ситуация этой же сети N1, возникшая после ситуации, показанной на фиг. 1. Такая ситуация вытекает из новой передачи сообщения МН узлом d2, в котором теперь закодировано значение TTL, равное двум. Согласно первому варианту осуществления изобретения, упомянутое сообщение прикрепления МН может быть ретранслировано в виде сообщений МН' только узлами, удаленными от головного узла d2 не более чем на одно звено. Узлы а1-а4, бывшие до этого членами кластера Cl1 и больше не получающие сообщений прикрепления МН' от узлов b1-b4, возвращаются к статусу свободных узлов. Вместо кластера Cl1 образовался новый кластер Cl3, в котором узел d2 действует в качестве головного узла.
В варианте или дополнительно изобретением предусмотрен второй вариант осуществления, в котором кодируют и затем передают сообщение MF конца ретрансляции сообщений в направлении устройств, находящихся в пределах действия радиосвязи. Такое сообщение MF предназначено для узлов, принадлежащих к нисходящему маршруту. Ниже со ссылками на фиг. 3 и 5 будет рассмотрена обработка 130 в рамках заявленного способа Р100, в соответствии с которой узел-член использует такое сообщение MF конца ретрансляции, чтобы вернуть себе статус свободного узла. Такое сообщение MF содержит идентификатор, обозначаемый IDF, упомянутого передающего устройства и информацию, характеризующую сообщение MF как сообщение конца ретрансляции. Так, обработка 100 включает в себя этап 107, чтобы кодировать и запустить передачу упомянутого сообщения MF, предпочтительно в циркулярном режиме, средствами связи 13 устройства по команде блока 11 обработки, осуществляющего способ Р100. Такие сообщения MF показаны на фиг. 3 стрелкой в виде двойной линии. Согласно этому примеру, узел-член с3 производит передачу в направлении узлов, находящихся в пределах действия связи, в частности, узлов b3 и b4, принадлежащих соответственно к маршрутам, нисходящим от с3. Таким образом, вместо кластера Cl1, показанного на фиг. 3, создан новый кластер Cl2.
Таким образом, согласно описанным выше первому и второму вариантам осуществления, изобретением предложена первая возможность для ограничения глубины кластера за счет регулирования распространения таких сообщений прикрепления. Кроме того, можно отметить, что такое регулирование является исключительно динамичным. Действительно, как было указано выше в связи с фиг. 3 и 4, головной узел может передать новое сообщение прикрепления, содержащее меньшую данную TTL, если он намеревается уменьшить глубину кластера, в котором он является головным узлом. С другой стороны, чтобы увеличить упомянутую глубину, он может передать новое сообщение прикрепления с увеличенной данной TTL. В дальнейшем эта возможность будет рассмотрена в связи с обработкой 110 способа Р100 связи в соответствии с изобретением.
Изобретением предусмотрена вторая возможность регулирования глубины кластера. Согласно упомянутой второй возможности, узлы, осуществляющие заявленный способ Р100, не производят сравнения времени, предусмотренного ранее на этапе 109, в отношении максимального времени ожидания. Чтобы отказаться от повторяющегося управления передачами сообщений прикрепления и сохранить, таким образом, потребление энергии, связанное с использованием таких сообщений МН или МН' сетью, согласно изобретению, сообщение прикрепления МН или МН' содержит первое дополнительное поле МН-5, в котором закодирована данная TTL-е, эксплицитно характеризующая максимальную глубину, необходимую для передающего головного узла. Предпочтительно такая данная представляет собой целое значение. Так, значение TTL-е, равное «единице», значит, что головной узел не нуждается в распространении (или в ретрансляции) сообщения прикрепления. Таким образом, TTL-е описывает в виде количества звеньев максимальное расстояние для того, чтобы узел мог претендовать на роль члена кластера. Иначе говоря, значение TTL, будучи увеличенным на единицу, описывает максимальное число допустимых ретрансляций на одном и том же нисходящем маршруте при помощи одного или более членов-ретрансляторов. Согласно изобретению, дополнительно к полю МН-5 оригинальные МН или ретранслируемые МН' сообщения прикрепления содержат второе дополнительное поле МН-6. Такое поле кодирует данную DST, которая характеризует расстояние по количеству звеньев, отделяющее передатчик сообщения прикрепления МН или МН' на нисходящем маршруте от головного узла, сгенерировавшего оригинальное сообщение прикрепления МН. Таким образом, согласно этому варианту, если сообщение МН ретранслируется один раз, информация DST внутри ретранслируемого сообщения МН' равна «1». Если упомянутое сообщение прикрепления ретранслируется три раза, информация DST внутри сообщения прикрепления, ретранслируемого наиболее удаленным узлом-членом, принимает значение «3». Для этого обработка 100 заявленного способа Р100 связи предпочтительно может быть адаптирована таким образом, чтобы на описанном выше этапе 102 из упомянутого декодированного сообщения МН или МН' можно было вывести значения данных TTL-е и DST. Предпочтительно на ранее описанном этапе 103, позволяющем обновить регистр RH, связанный с текущим головным узлом и находящийся в памяти 12 данных устройства, принявшего сообщение прикрепления МН или МН', можно дополнительно записать в упомянутый регистр RH данную DST, предварительно инкрементированную на единицу, а также значение данной TTL-е. Таким образом, благодаря содержимому регистра RH, каждое устройство сети знает расстояние по количеству звеньев, которое отделяет его от головного узла на данном восходящем маршруте Ru.
Чтобы регулировать глубину кластера, инициированного головным узлом, на этапе 109 обработки 100 заявленного способа связи Р100 аналогично вышесказанному сравнивают текущее значение данной TTL с определенным нижним предельным значением, например, с нулевым значением. Упомянутое текущее значение TTL соответствует полю МН-4 сообщения МН или МН', декодированного и предпочтительно декрементированного на этапе 102. Если текущее значение TTL строго превышает упомянутое нижнее предельное значение (ситуация показана в виде ссылки 109у на фиг. 5), сообщение прикрепления может быть ретранслировано. Можно осуществлять описанный ранее этап 106. В противном случае (ситуация показана в виде ссылки 109n на фиг. 5) этап 106 не осуществляют, и упомянутое сообщение прикрепления не может быть ретранслировано устройством. Теперь на этапе 109 сравнивают соответствующие значения данных TTL-е и DST, записанные в регистре RH. Если значение данной DST превышает значение данной TTL-е, это значит, что устройство больше не в состоянии передавать служебное сообщение в текущий головной узел, так как последний слишком удален по количеству звеньев от головного узла с учетом максимальной глубины, необходимой для этого головного узла. Этот случай соответствует уменьшению глубины кластера, инициированного текущим головным узлом. Кроме того, обработка 100 состоит в запуске ранее описанного этапа 107, который состоит в возвращении статуса свободного узла. Следовательно, данные, связанные со старым текущим узлом внутри регистра RH, стираются. Кроме того, на упомянутом этапе 107 кодируют и затем запускают передачу сообщения MF, предпочтительно в циркулярном режиме, средствами 13 связи устройством по команде блока 11 обработки, осуществляющего способ Р100. Такая ситуация представлена также на фиг. 3, где узел с3 передает сообщение конца ретрансляции MF.
Далее следует описание действий, предпринимаемых заявленным электронным обменивающимся данными устройством, которое само назначает себя головным узлом кластера. Для этого способ связи Р100 в соответствии с настоящим изобретением содержит обработку 110. Предпочтительно, но не обязательно последняя может включать в себя первый этап оценки 111 способности устройства 10 обеспечивать определенную услугу S, чтобы, в случае необходимости, назначить себя или выбрать себя головным узлом кластера. Такой этап 111 может состоять сначала в оценке на подэтапе 1111 одного или более рабочих параметров устройства 10, чтобы проверить его способность правильно выполнять упомянутую услугу. Например, предположим, что упомянутая услуга состоит в объединении данных, собранных и выделенных из служебных сообщений MS, в уплотнении упомянутых данных, в кодировании сообщения МС и в его передаче через средства 16 дальней связи в направлении удаленного сервера, задачей которого является мониторинг контейнеров, взаимодействующих с обменивающимися данными 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 даже просто для инициирования связи. Следовательно, необходимо, чтобы устройство, действующее в качестве головного узла, располагало достаточным энергетическим резервом, чтобы выдерживать такую нагрузку. Кроме того, предпочтительно также, чтобы мощность передачи сигнала по каналу GPRS была самой оптимальной. Действительно, низкая мощность передачи может привести к замедлениям, то есть к увеличению продолжительности передачи и к большому расходу электрической энергии и даже может потребовать новых последовательных попыток передачи в случае срыва, а также может привести просто к потерям сообщений МС.
Этап 1111 может также включать в себя этап авто-проверки или авто-оценки устройства, например, проверки устройством уровня заряда батареи 17 и даже мощности передачи сигнала по каналу GPRS. Упомянутый этап 1111 позволяет также оценить другие рабочие параметры устройства, например, число передач сообщений МС. Для этого блок 11 обработки может применять счетчик передач сообщений МС, значение которого можно записать в память 12 данных. Оценка нагрузки устройства 10, действующего в качестве головного узла, может состоять в считывании упомянутого счетчика в памяти 12 данных.
Предпочтительно обработка 110 содержит этап 1112 генерирования данной СН, характеризующей способность упомянутого устройства 10 выполнять определенную услугу S. Например, генерирование такой данной СН блоком обработки может состоять в оценке уравнения или заранее определенной функции, выдающей метрику, включающую в себя упомянутые оценочные параметры, возможно, предпочтительно взвешенные, чтобы отдать предпочтение 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 мощность в оптимальных условиях передачи.
Что касается уровня заряда батареи или, в целом, источника 17 энергии устройства, этап 1112 может потребовать от блока обработки вычисления соотношения, соответствующего имеющейся в наличии оценочной энергии по отношению к энергии при полной нагрузке.
1
1
2
2
i
i
i
1
2
i
1
2
i
В целом, такую метрику СН, характеризующую способность устройства действовать в качестве головного узла, можно не ограничительно вычислять путем оценки уравнения, такого как CH=K.f(p1)+K.f(p2)+… K.f(p), где i является целым числом, превышающим или равным 1, K1, K2,…, Ki представляют собой весовые коэффициенты, возможно, разные, f(), f(), …, f() являются функциями вычисления, возможно, разными, например, выработки соотношения, и p, p, …, pявляются рабочими параметрами устройства, например, но не ограничительно представляют собой уровень электрической энергии источника 17, мощность передачи на дальнее расстояние, размер памяти в наличии для записи данных, мощность вычисления и т.д.
Таким образом, данная СН может соответствовать реальному значению. Она может быть также композитной, то есть структурированной данной, содержащей каждый рабочий параметр устройства или содержащей вместо одного из упомянутых рабочих параметров определенную функцию одного из упомянутых рабочих параметров.
Поскольку данную СН получают, в случае необходимости, на этапе 1112, заявленный способ содержит этап 112 сравнения этой параметра CH с минимальным функциональным порогом потребности. В случае, когда данная СН является структурированной, ее тоже сравнивают с упомянутым порогом. При этом сравнение 112 может представлять собой независимые сравнения рабочего параметра с отдельными минимальными функциональными порогами потребности, к которым можно применить комбинаторную логику (типа И, ИЛИ и т.д.).
1
1
2
2
i
i
i
1
2
i
1
2
i
Если этап 112 показывает, что данная СН превышает или равна упомянутому минимальному функциональному порогу потребности (ссылка 112-у на фиг. 3), способ Р100 предпочтительно содержит этап 113 кодирования и передачи сообщения прикрепления МН. Перед такой передачей, согласно изобретению, на упомянутом этапе 112 предусмотрено определение максимальной глубины кластера, в котором устройство намеревается стать головным узлом. Наподобие способности СН, получаемой на этапе 1112, это определение может вытекать из отношения, учитывающего один или более рабочих параметров устройства, такого как Dp=Q.g(p1)+Q.g(p2)+… Q.g(p), где i является целым числом, превышающим или равным 1, Q1, Q2,…, Qi являются весовыми коэффициентами, возможно разными, g(), g(), …, g() являются функциями вычисления, возможно, разными, например, выработки соотношения, и p, p, …, pявляются рабочими параметрами устройства. В варианте значение упомянутой глубины Dp можно также определить заранее и сохранить в средствах 12 или можно получить в результате параметризации. Наподобие головного узла сети типа LEACH устройство, осуществляющее заявленный способ связи Р100, может обойтись без этапов 111 и 112 и самостоятельно назначить себя и даже автоматически или произвольно назначить себя головным узлом, независимо от своих возможностей обеспечивать эту роль. Вместе с тем, в отличие от известных решений головной узел в соответствии с изобретением контролирует глубину кластера, который он инициирует, при помощи данной Dp.
Как было упомянуто выше в связи с не ограничительным примером, представленным на фиг. 5, и обработкой 100, сообщение прикрепления МН, закодированное на этапе 113, содержит первое поле МН-1, кодирующее идентификатор устройства, который мы обозначаем как IDH, в качестве идентификатора устройства, выбранного, чтобы действовать в качестве головного узла. Оно может также содержать поле МН-3, кодирующее данную СН, характеризующую способность упомянутого устройства выполнять определенную услугу S, если она была определена на этапе 1112. Кроме того, сообщение МН может также содержать поле МН-7, кодирующее различные атрибуты или дополнительные данные AD, из которых в качестве не ограничительного и факультативного примера можно указать данную, характеризующую услугу S, с которой связана возможная данная СН.
Чтобы контролировать глубину Dp кластера, который намеревается образовать головной узел, такое сообщение МН содержит в поле МН-4 данную TTL, характеризующую способность, по количеству звеньев, узла-члена, принимающего упомянутое сообщение прикрепления, ретранслировать это сообщение и распространить, таким образом, внутри сети упомянутое сообщение прикрепления. Как было указано выше в связи с обработкой 100, описанной в качестве не ограничительного примера со ссылками на фиг. 5, предпочтительно такая данная TTL может представлять собой целое значение. Таким образом, если головной узел передает сообщение МН, кодирующее значение TTL, равное единице, это значит, что требуемая максимальная глубина представляет собой максимум одно звено. Значение TTL, равное трем, значит, что упомянутое сообщение прикрепления может быть последовательно ретранслировано двумя разными узлами-членами на нисходящем маршруте.
Согласно первой возможности, описанной в связи с упомянутой обработкой 100, значение TTL, закодированное на этапе 113 в поле МН-4, устанавливают по значению Dp. Оригинальное сообщение МН, сгенерированное на этапе 113, распространяют, например, в циркулярном режиме ʺbroadcastʺ, через первые средства 13 связи упомянутого устройства под управлением блока 11 обработки, осуществляющего упомянутый способ Р100. Любое обменивающееся данными устройство, находящееся в пределах действия связи, такое как устройство 10i, описанное со ссылками на фиг. 2, может принять упомянутое сообщение МН.
Чтобы соблюдать заранее определенный максимальный период ожидания, протестированный на этапе 109, обработку 110 осуществляют итеративно с периодичностью, меньшей упомянутого заранее определенного максимального периода ожидания. Когда обработка 100 предпочтительно содержит этап 111 оценки способности выполнять данную услугу S, упомянутую способность СН пересматривают, кодируют, затем передают на этапе 113. Ее можно увеличить, чтобы отобразить лучшую способность, или в противном случае уменьшить. Если сравнение 112 показывает, что рабочие параметры устройства не удовлетворяют функциональным минимумам на этапе 112, передачу сообщения прикрепления МН не производят. Таким образом, любое электронное устройство, которое не способно выполнять данную услугу, даже если оно теоретически располагает для этого аппаратными или программными средствами, не может назначить себя головным узлом или образовать кластер обменивающихся данными устройств с небольшой амплитудой или глубиной. Действительно, это же касается глубины Dp кластера, которую можно пересмотреть в сторону увеличения или уменьшения, как было указано выше. Таким образом, данную TTL, закодированную в поле МН-4 каждого оригинального сообщения МН, переданного на этапе 113, можно инициализировать по разным значениям от одной итерации обработки 110 к другой. Как было указано выше в связи с обработкой 100, информация TTL различных сообщений МН выступает в качестве регулятора максимальной глубины кластера и, следовательно, энергетических затрат сети при обработке сообщений, обмениваемых внутри упомянутой сети.
Обработка 110 может содержать этап 114, возможно, объединенный с этапом 112, для сравнения параметра CH, полученной на этапе 1112, с функциональным минимумом, свидетельствующим о недостаточной способности выполнять услугу. Такой минимальный порог можно заранее определить и сохранить в памяти 12 данных наподобие порогу, используемому на этапе 112. Этот этап 114 и тем более возможно вытекающий из него этап 115 предпочтительно могут следовать за передачей 113 сообщения прикрепления МН. Если сравнение 114 подтверждает (ссылка 114-у на фиг. 5), что устройство больше не обладает способностью выполнять услугу S, обработка 110 заявленного способа связи Р100 предпочтительно может содержать этап 115 кодирования и передачи сообщения MR расформирования кластера, предпочтительно в циркулярном режиме. Эту передачу сообщения MR могут произвести средства 12 связи устройства под управлением блока 11 обработки, осуществляющего способ связи Р100. Аналогично сообщению прикрепления МН, сообщение MR расформирования кластера, переданное из устройства, ранее действовавшего в качестве головного узла, но больше не способного эффективно выполнять определенную услугу S, содержит идентификатор упомянутого устройства, обозначаемый IDR. Оно может также содержать данную СН, характеризующую способность или, в данном случае, неспособность выполнять услугу. В варианте такое сообщение МН может просто связывать с идентификатором передающего устройства информацию, характеризующую сообщение MR как сообщение расформирования кластера. Такое сообщение MR может также представлять собой сообщение прикрепления МН, содержащее данную TTL, равную нулю. Предпочтительно этот этап 115 можно запустить, только если передающее устройство ранее действовало в качестве головного узла, чтобы бесполезно не передавать ненадлежащие сообщения расформирования кластера, а также предупреждать любое ненадлежащее использование таких сообщений принимающими узлами. Чтобы заявленное устройство могло обнаружить, что ранее оно было в состоянии выполнять роль головного узла, блок 11 обработки упомянутого устройство может, например, записать в памяти 12 данных значение Dp, выраженное в поле МН-4 (данную TTL) последнего сообщения МН, переданного на этапе 113. Упомянутую запись производят одновременно с запуском передачи упомянутого сообщения МН. Не равное нулю значение упомянутой данной Dp, записанной в памяти 12 данных, показывает, что устройство действовало в качестве головного узла во время предыдущей итерации обработки 110. Предпочтительно такое значение переустанавливают на нулевое значение или в варианте на любое другое заранее определенное значение, характеризующее нулевую глубину кластера, во время кодирования и передачи сообщения расформирования кластера на этапе 115. В варианте или дополнительно упомянутый блок 11 обработки может использовать вышеупомянутый счетчик передач сообщений МС, записанный в памяти 12 данных. Во время сравнения 114 значение упомянутого счетчика, превышающее его первоначальное значение, показывает, что упомянутое устройство действовало в качестве головного узла. После передачи сообщения MR счетчик можно опять установить на его начальное значение. Вместе с тем, блок обработки 11 может предпринимать любое другое действие, чтобы подтвердить 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, исходящего от устройства третьей стороны, тоже действующего в качестве головного узла, для которого данная, отображающая его способность выполнять ту же услугу, превышает его собственную способность. В этом случае блок 11 обработки устройства, осуществляющий способ Р100, запускает этап 115, уступая свое место лучшему устройству. Согласно этому последнему варианту, изобретение предусматривает ограничение числа передач сообщений MR расформирования кластера, что является прямым следствием исключительно динамичного и колеблющегося изменения способностей узлов действовать в качестве головных узлов, что приводит к постоянной конкуренции между многочисленными узлами. Такая ситуация может встретиться, например, во время железнодорожной перевозки множества контейнеров, каждый из которых взаимодействует с заявленным обменивающимся данными устройством, для которого определенная услуга состоит в регулярной передаче по каналу GPRS информации, связанной с содержимым контейнеров. Способность головных узлов осуществлять передачу по каналу дальней связи может быть очень изменчивой. Чтобы преодолеть эту трудность изобретением предусмотрено ввести на этапе 114 «коэффициент конкуренции», например, реальное положительное число, превышающее «1», значение которого можно записать в памяти 12 различных узлов. Таким образом, головной узел, принимающий сообщение прикрепления МН, исходящее от узла третьей стороны, не сравнивает на этапе 114 строго данные СН, характеризующие соответствующие способности выполнять одну и ту же услугу. На этапе 144 сравнивают данную СН, выделенную из сообщения прикрепления МН, умноженную на коэффициент конкуренции. Так, если упомянутый коэффициент превышает «1», например, равен «1,25», то узел, осуществляющий этап 114, при использовании упомянутого коэффициента теряет свое преимущество перед конкурентом. Таким образом, даже если данная СН упомянутого узла выражает лучшую способность, чем способность головного узла, передавшего сообщение МН, применение коэффициента конкуренции виртуально улучшает способность конкурента. В этом случае узел осуществляет этап 115, передает сообщение MR расформирования кластера и присоединяется в кластеру конкурента в качестве члена-узла. Такое решение позволяет ограничить слишком многочисленные создания и/или расформирования кластеров, отрицательно сказывающиеся на энергетической емкости сети. Кроме того, оно позволяет ограничить число узлов, способных одновременно действовать в качестве головных узлов. Действительно, в зависимости от предусмотренной услуги S, например, содержащей передачу на дальнее расстояние, слишком большое число узлов, одновременно действующих в качеств головных, слишком быстро тратили бы энергетические ресурсы сети. Следовательно, коэффициент конкуренции можно рассматривать как параметр регулирования числа головных узлов и динамики адаптации сети к окружающей ее среде.
Для осуществления второй возможности регулирования, упомянутой выше в связи с обработкой 100, описанной со ссылками на фиг. 5, сообщение, закодированное на этапе 113, содержит первое дополнительное поле МН-5, в котором закодирована данная TTL-е, эксплицитно характеризующая максимальную глубину кластера, требуемую для головного узла, передающего сообщение прикрепления. Предпочтительно такая данная TTL-е представляет собой целое значение. Так, значение TTL-е, равное «одному», значит, что головной узел не требует распространения (или ретрансляции) сообщения прикрепления. Значение, строго превышающее «единицу» описывает в виде числа звеньев, увеличенного на единицу, число допустимых ретрансляций для одного исходящего маршрута через несколько узлов-ретрансляторов. Согласно изобретению, дополнительно к полю МН-5 оригинальное сообщение прикрепления МН содержит второе дополнительное поле МН-6. Такое поле кодирует данную DST, которая характеризует расстояние по числу звеньев, отделяющее передатчик сообщения прикрепления МН или МН', на нисходящем маршруте от головного узла, сгенерировавшего оригинальное сообщение прикрепления МН, от упомянутого головного узла. Таким образом, согласно этому варианту, если сообщение МН ретранслируется один раз, информация DST внутри ретранслируемого сообщения MH', равна «одному». Если упомянутое сообщение прикрепления ретранслируют три раза, информация DST внутри сообщения прикрепления, ретранслируемого наиболее удаленным узлом-членом, равна «трем». Для осуществления этой второй возможности на этапе 113 значение TTL-е, закодированное в поле МН-5, инициализируют по значению Dp, сгенерированному на этапе 112. Данную TTL инициализируют со значением, записанным в памяти 12 данных. Она соответствует максимальной глубине кластера, полученной перед передачей сообщения прикрепления, запущенной во время предыдущей итерации обработки 110. Следовательно, данную TTL кодируют в поле МН-4 сообщения МН, готового к передаче устройством. Что касается данной DST, закодированной в поле МН-6 упомянутого сообщения МН, то ее устанавливают на нулевое значение или любое другое заранее определенное значение, указывающее на нулевое расстояние. Действительно, головной узел удален сам от себя на нулевое расстояние по количеству звеньев. После запуска передачи сообщения МН в памяти 12 данных обновляют текущее значение Dp. Одновременное сосуществование полей МН-4, МН-5 и МН-6 внутри сообщения МН позволяет, как было указано выше в связи с обработкой 100, описанной со ссылками на фиг. 5, распространять упомянутое сообщение прикрепления при помощи сообщений MH', ретранслируемых внутри кластера. Таким образом, члены-узлы, принимающие такое сообщение МН или МН', могут проверить, являются ли они способными ретранслировать, в частности, служебные сообщения или вернуться к статусу свободного узла. Таким образом, изобретение позволяет легко регулировать глубину кластера под действием его головного узла. Это позволяет поддерживать, увеличивать или уменьшать упомянутую глубину при помощи комбинации данных TTL, TTL-е и DST.
1
1
2
2
i
i
i
1
2
i
1
2
i
Изобретение позволяет также узлу-члену кластера регулировать свою возможную функцию члена-ретранслятора в зависимости от своих собственных энергетических возможностей или от возможностей связи. Соблюдая команды головного узла посредством обработок 100 и 110 в соответствии с первой и второй возможностями, узел-член может ограничивать свою функцию ретранслятора в пользу других узлов-членов или присоединившихся членов, принадлежащих к восходящему маршруту. Для этого, согласно изобретению, на этапе 109 можно вырабатывать, наподобие возможного этапа 111 и этапа 109, способность СН назначать себя головным узлом и глубину кластера Dp, вырабатывать соответственно способность CR ретранслировать служебные или другие сообщения для устройств третьей стороны, принадлежащих к нисходящему маршруту. Предпочтительно такую способность CR можно вычислять как CR=R.h(p1)+R.h(p2)+… R.h(p), где i является целым числом, превышающим или равным 1, R1, R2,…, Ri являются весовыми коэффициентами, возможно разными, h(), h(),…, h() являются функциями вычисления, возможно, разными, например, выработки соотношения, и p, p, …, pявляются рабочими параметрами устройства-члена. В зависимости от содержания CR и посредством сравнения с одним или более заранее определенными функциональными минимальными порогами, например, записанными в памяти 12 данных, осуществляют этапы 106 или 107. Таким образом, член-ретранслятор при получении сообщения МН или МН', исходящего от головного узла кластера, к которому он принадлежит, может не распространять автоматически упомянутое сообщение прикрепления относительно CR, тогда как элементы, закодированные на этапе 102 (TTL, даже TTL-е и DST), указывают на то, что он должен распространять упомянутое сообщение прикрепления. Независимо от того, отдается предпочтение вышеупомянутым первой возможности или второй возможности, изобретение гарантирует непрерывность выполнения услуги, автоматически распределяя надлежащие роли среди различных узлов сети обменивающихся данными электронных устройств. За счет этого многократно повышается робастность такой сети.
Чтобы доставлять служебные сообщения, исходящие от узла-члена или присоединившегося узла, способ Р100 дополнительно содержит обработку 120, например, но не ограничительно, запускаемую при получении служебного сообщения, переданного устройством третьей стороны, или в ответ на осуществление устройством измерения окружающей среды. Внутри регистра RH, находящегося в памяти 12 данных, пара идентификаторов устройств-членов кластера и головного узла (Head) кластера образует маршрутную информацию, необходимую для ретрансляции служебного сообщения MS в направлении упомянутого головного узла. Действительно, такая обработка 120 содержит этап 123 передачи служебного сообщения MS в направлении устройства, действующего в качестве головного узла, для определенной услуги S. Такой этап 123 осуществляют после предварительного этапа, необходимого, например, для получения от датчика 15 измерения температуры внутри контейнера, на котором установлено устройство 10, осуществляющее способ связи Р100. Разумеется, такой этап 123 обусловлен также присутствием (этап 122 на фиг. 5) регистра RH, содержащего значение IDHc идентификатора устройства или узла, действующего в качестве головного узла (ситуация показана ссылкой 122-у на фиг. 3). В зависимости от того, содержит ли упомянутый регистр RH прямой восходящий маршрут Ru, то есть в регистре RH присутствует только значение идентификатора головного узла, или опосредованный восходящий маршрут, то есть регистр RH дополнительно содержит значение идентификатора узла-ретранслятора, сообщение MS передается напрямую в упомянутый головной узел или в упомянутый узел-член.
Как было указано выше, такую передачу 123 служебного сообщения MS можно запустить также при приеме 121 служебного сообщения MS, исходящего от члена этого же кластера и адресованного устройству 10, которое осуществляет упомянутый способ присоединения Р100 и действует в качестве члена-ретранслятора. После получения такого служебного сообщения от узла-члена этого же кластера этап 121 может, таким образом, содержать этап приема и декодирования такого сообщения MS и даже временной записи данных, содержащихся в упомянутом декодированном служебном сообщении MS, в памяти 12 данных. Таким образом, ретрансляция упомянутого сообщения MS может представлять собой отложенную передачу в записи.
Заявленный способ связи Р100 дополнительно содержит обработку 130 для использования вышеупомянутого сообщения MR расформирования кластера, переданного от головного узла, и/или для интерпретации сообщения MF конца ретрансляции, переданного от узла-члена, который больше не в состоянии обеспечивать свою функцию ретранслятора с учетом своей собственной способности CR или при строгом применении запроса на уменьшение глубины кластера, исходящего от головного узла, передавшего сообщение прикрепления МН. Такая обработка 130 заявленного способа связи Р100 содержит первый этап 131 приема сообщения MR расформирования кластера или MF конца ретрансляции, сгенерированного и переданного обменивающимся данными электронным устройством третьей стороны, например, устройством 10i, до этого обладавшим способностью действовать в качестве головного узла или члена-ретранслятора.
Как было упомянуто выше в связи с этапами 114 и 115, сообщение MR расформирования кластера содержит идентификатор IDR устройства, передавшего упомянутое сообщение MR расформирования кластера. При этом обработка 130 содержит этап 132 декодирования упомянутого сообщения MR расформирования кластера и выделения из него значения упомянутого идентификатора IDR устройства, передавшего сообщение расформирования кластера. Получение такого сообщения MR устройством, действующим в качестве узла-члена кластера, которого касается сообщение расформирования, указывает на строгую команду покинуть кластер, при этом упомянутый узел-член возвращает себе статус свободного узла. Для этого обработка 130 заявленного способа Р100 предпочтительно содержит этап 133 обновления регистра RH, содержащего текущее значение IDНс идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла, чтобы стереть упомянутое текущее значение или заменить его заранее определенным значением, отображающим отсутствие идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла. Разумеется, упомянутое обновление 133 регистра RH происходит, только если (ситуация показана в виде ссылки 134-у на фиг. 5) значение идентификатора IDR, выделенное из сообщения MR расформирования кластера, идентично текущему значению IDНс, записанному в упомянутом регистре RH. Таким образом, перед этапом 133 обработка содержит этап 134 для осуществления упомянутого сравнения значений идентификаторов IDR и IDНс.
В рамках использования многозвенной сети, аналогично сообщению прикрепления МН, предпочтительно сообщение MR расформирования кластера может быть ретранслировано узлом-членом, который становится свободным при осуществлении этапа 133, путем запуска передачи такого сообщения MR, ретранслируемого в направлении других возможных членов кластера в ходе расформирования.
Что касается сообщения MF конца ретрансляции, на этапе 131 выделяют идентификатор, который будет обозначаться IDF, упомянутого передающего устройства и обнаруживают информацию, характеризующую сообщение MF как сообщение конца ретрансляции. Получение такого сообщения MF устройством, действующим в качестве члена этого же кластера и принадлежащим к нисходящему маршруту от устройства, передавшего сообщение MF, отображает строгую команду покинуть кластер, при этом упомянутый узел-член возвращает свой статус свободного узла. При этом на этапе 133 производят обновление регистра RH в памяти 12 данных, в частности стирают текущее значение IDHc или заменяют его заранее определенным значением, отображающим отсутствие идентификатора устройства, действующего в качестве головного узла. Разумеется, упомянутое обновление 133 регистра RH происходит (этап 134), только если (ситуация показана в виде ссылки 134-у на фиг. 5) значение идентификатора IDF, выделенное из сообщения MF конца ретрансляции, включено в восходящий маршрут Ru, записанный в упомянутом регистре RH.
Независимо от конфигурации заявленного способа связи Р100, предпочтительный вариант адаптации обменивающегося данными электронного устройства, такого как устройство 10, описанное со ссылками на фиг. 2 и осуществляющее такой способ Р100, состоит в записи или в дистанционной загрузке в память 14 программ компьютерной программы Р, содержащей множество программных команд, которые обеспечивают осуществление упомянутого способа связи Р100, когда их исполняет или интерпретирует блок 11 обработки упомянутого устройства 10.
Изобретение было представлено на предпочтительном примере применения для мониторинга контейнеров с твердыми, текучими или жидкими грузами, при этом упомянутые контейнеры взаимодействуют соответственно с обменивающимися данными электронными устройствами, такими как устройства 10 и 10i, показанные на фиг. 2, осуществляющие способ связи, такой как способ Р100, представленный на фиг. 5, при этом упомянутые устройства содержат, каждое, датчик 15, взаимодействующий с блоком 11 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 более других услуг. Для этого, как было указано выше, память 12 данных каждого устройства 10 может содержать не один регистр RH, предназначенный для определенной услуги S, а множество регистров RHn, образующих, например, таблицу и предназначенных для разных услуг Sn. Согласно этому варианту, сообщения прикрепления МН или МН', служебные сообщения MS и даже сообщения MR расформирования кластера или MF конца ретрансляции 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 обменивающихся данными 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 одним или более из упомянутых устройств, 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.