ОПТИМИЗАЦИЯ ПЕРЕНАПРАВЛЕНИЯ СООБЩЕНИЙ В БЕСПРОВОДНОЙ ЯЧЕИСТОЙ СЕТИ
OPTIMISING MESSAGE FORWARDING IN WIRELESS MESH NETWORK

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к узлу для беспроводной сети и способу оперирования им, причем и то, и другое в частности подходит для использования в беспроводной ячеистой сети.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В наши дни беспроводные ячеистые сети используются все больше и больше, например, для удаленного управления (дистанционного руководства) системами освещения, автоматизацией зданий, приложениями наблюдения, системами датчиков и медицинскими приложениями. В частности, управление внешними светильниками, такими как уличное освещение, становится все более важным, поскольку системы освещения, устанавливаемые в качестве беспроводных ячеистых сетей, обеспечивают возможность более энергосберегающей операции, например путем приспособления освещения к фактическим требованиям.
В практических применениях, таких как "свет по требованию", блок датчика узла светильника инициируется, например, когда обнаруживается объект. Этот узел будет называться инициированным узлом. В ответ на инициирующее событие узлом выполняется этап приведения в действие, например, включается блок освещения светильника. Дополнительно, инициированный узел информирует непосредственно и/или опосредованно соседние узлы о присутствии объекта путем передачи сообщения инициации с использованием беспроводной межузловой связи так, чтобы соседние узлы могли также выполнить этап приведения в действие. Таким образом, принятие решения, выполнять ли этап приведения в действие, может быть оставлено уровню приложения этих узлов.
В зависимости от того, сколько соседних узлов имеет инициированный узел, за сколько скачков или насколько далеко по географическому расстоянию сообщению обнаружения требуется пройти, и от используемых протоколов связи, единственное обнаружение может дать в результате существенное количество передач одного и того же сообщения. В беспроводных ячеистых сетях, используемых для этих приложений, сообщения доставляются от узла-отправителя к узлу-приемнику посредством использования промежуточных узлов. Это обычно достигается посредством протокола маршрутизации или лавинной адресации.
В W02012/140610 раскрывается механизм иерархической маршрутизации. В этой системе маршрутизация размещения выполняется между группами перекрестков, содержащих по меньшей мере один узел, с использованием протокола маршрутизации на основе позиции, и подслоевая маршрутизация выполняется между узлами сети с использованием маршрутизации на основе линий связи. Для того чтобы осуществлять маршрутизацию, система содержит сетевой узел, содержащий модуль подслоевой маршрутизации, который может сбрасывать или перенаправлять принятые пакеты данных, например на основе счетчика скачков или расстояния, к следующей группе перекрестков.
Когда лавинная адресация используется в качестве протокола связи в сетевом уровне, каждый отдельный узел, который принимает сообщение, будет дополнительно его перенаправлять. Это может быть ограничено случаями, в которых узел принимает это сообщение в первый раз, и счетчик скачков/предел географического расстояния еще не достигнут. Предполагая, в качестве примера, что генерируемое сообщение должно пройти два скачка от инициированного узла и что последний имеет 20 соседних узлов (довольно консервативная оценка реальности), сообщение будет передано 21 раз в сумме. Таким образом, с использованием простой лавинной адресации, в принципе, каждый узел на некоторой географической территории должен (повторно) передать сообщение, даже когда такая передача не достигла бы дополнительных узлов. Это является излишней тратой полосы частот, ограничивая максимальный размер сети в смысле узлов.
Таким образом, оптимизация передачи представляет критическую важность в системах, где множество узлов совместно используют носитель связи, например, для показателя пропускной способности и уменьшения перегрузки. Это также представляет высокую важность в системах, где нормы, касающиеся передач, запрещают узлам осуществлять передачу произвольно (нормы рабочего цикла, например, узлу запрещено занимать канал связи в течение более чем 1% часа). Следовательно, ввиду норм, которые ограничивают процент времени, в течение которого узлу разрешено использовать беспроводной носитель, становится важно уменьшить количество передач на каждый узел. Кроме того, избыточное количество передач создаст более низкие коэффициенты успешного выполнения передачи ввиду возникновения конфликтов. Дополнительно, важно то, что по меньшей мере требуемое множество ламп приводится в действие для впечатлений пользователя и безопасности. В оптимальном случае только это множество ламп должно быть приведено в действие. Уменьшение в передаче не должно, таким образом, достигаться ценой производительности приложения. Несмотря на то, что были предложены оптимизации, они требуют обмена относительно большими количествами информации, что будет недопустимо в сетях с большой плотностью.
В работе "Taking the Louvre approach" ("Принимая подход Лувра", Кевин К. Ли и др., "The Vehicular Technology", март 2009) описано решение маршрутизации с использованием перекрытий наземных ориентиров для городских сред транспортной маршрутизации, причем информация таблицы состояния линии связи используется для маршрутизации между узлами перекрытия, представленными перекрестками.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ввиду вышеописанных недостатков и проблем в предшествующем уровне техники, целью настоящего изобретения является обеспечение узла для беспроводной ячеистой сети и способа управления им, причем обеспечивается надежность передачи данных в беспроводной ячеистой сети, в то время как уменьшается служебное сигнализирование данных передач.
Изобретение основано на идее использования топологических, функциональных и/или характерных для приложения аспектов для решения о перенаправлении в узле приема. В частности, топологическая информация узла может быть использована для того, чтобы принимать решение о повторной передаче принятого сообщения этим узлом. Эта топологическая информация может ссылаться на локальную информацию об окружении узла. В примере внешней системы освещения она может ссылаться на по меньшей мере часть карты города. Это средство обеспечивает возможность того, чтобы простые протоколы передачи, например лавинная адресация, широкое вещание или многоадресное вещание, были оптимизированы, без необходимости использования стратегии передачи на основе линий связи. Таким образом, служебное сигнализирование перенаправления может быть уменьшено, например, в том виде, в каком оно может возникать в условиях инициированной межузловой связи.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения, обеспечен узел для беспроводной сети, который ассоциирован с по меньшей мере одним элементом размещения плана размещения, причем узел выполнен с возможностью принятия решения о том, перенаправлять сообщение или нет, например сообщение инициирования, принятое от узла передачи, на основе одного или нескольких общих элементов размещения плана размещения, которые узел передачи имеет с узлом. Предпочтительно, большинство или все из узлов сети имеют по меньшей мере один элемент размещения, ассоциированный с ними. План размещения может относиться к пространственной компоновке сети. Например, для уличной системы освещения или системы освещения здания, план размещения может включать в себя карту города, план завода и/или план этажа. Соответственно, множество элементов размещения, включенных в план размещения, может относиться к улице, стороне улицы, переходу, перекрестку, парковой зоне, этажу, коридору и/или комнате и т. д. По меньшей мере часть плана размещения может храниться в памяти узла. План размещения и/или элементы размещения могут быть ограничены окружением узла так, чтобы количество информации, которое должно быть сохранено, оставалось минимальным. Таким образом, повторная передача может зависеть от общего элемента размещения. Эти средства обеспечивают возможность того, что общее поведение приложения будет улучшено, посредством использования информации локального размещения и отображения узлов на план размещения.
Предпочтительно, по меньшей мере часть плана размещения с соответствующими элементами размещения загружается в узел в течение ввода в эксплуатацию или инициализации сети. Дополнительно, узел может быть обеспечен по меньшей мере одним из позиции узла относительно плана размещения, первичного элемента размещения, ассоциированного с узлом, и информации окружения. Узел может включать в себя пространственный блок для определения абсолютной позиции узла, например GPS-позиции, и/или относительной позиции в отношении элементов размещения или других узлов. Затем узел может быть выполнен с возможностью определения его первичного элемента размещения и, возможно, также дополнительных вторичных элементов размещения, ассоциированных с узлом. В качестве альтернативы, узел может определять вторичные элементы размещения, например, путем анализа сигнальных сообщений от других узлов. На картинке уличной системы освещения первичный элемент размещения может относиться к улице, на которой расположен узел, и вторичные элементы размещения могут относиться к другим улицам, пересекающимся с этой улицей или другими улицами близко к узлу. Дополнительно, узел может определять или может быть обеспечен информацией о параметрах размещения, например его позицией относительно первичного элемента размещения, стороной улицы, изогнутостью улицы в позиции узла, расстоянием до следующего перехода или других улиц и т. п. Кроме того, узел может быть информирован об абсолютных и/или относительных позициях соседних узлов, возможно, их позиция может быть уже включена в загружаемый план размещения. В качестве альтернативы или дополнения, узел может узнавать о соседних узлах путем обмена информацией окружения, например, с использованием сигнальных сообщений.
В одном варианте осуществления принятое сообщение может быть перенаправлено узлом, только если узел передачи и узел приема имеют по меньшей мере один общий элемент размещения. Иными словами, узел приема может быть сконфигурирован для сброса принятого сообщения, если все элементы размещения, ассоциированные с узлом передачи, отличны от ассоциированных с узлом приема. В дополнительном варианте осуществления сообщение может быть повторно передано, только если узел приема определяет, что узел передачи и/или узел-отправитель имеют тот же самый первичный элемент размещения, что и упомянутый узел приема. В примере уличной системы освещения, когда узел был инициирован событием обнаружения и посылает сообщение инициирования или обнаружения своим соседним узлам, только узлы с той же самой улицы могут перенаправлять сообщение, благодаря чему избегаются избыточные повторные передачи. Это вариант осуществления может комбинироваться с ограничением счетчика скачков или географическим ограничением. Однако чистая лавинная адресация со счетчиком скачков или географически ограниченная лавинная адресация не могут достигать вышеописанного результата, поскольку осуществляется адресация всех узлов в некотором радиусе.
Решение о повторной передаче может основываться на по меньшей мере одном из указателя, включенного в принятое сообщение, параметров размещения узла и информации окружения. Здесь указатель может включать в себя информацию, относящуюся к узлу передачи, например узловой идентификатор узла передачи, по меньшей мере один идентификатор элемента размещения, ассоциированного с узлом передачи, позицию узла передачи и т. п. Указатель может также включать в себя дополнительную информацию размещения или параметры размещения узла передачи. В примере уличной системы освещения это может быть позиция узла передачи относительно элемента размещения узла передачи, например стороны улицы, на которой узел передачи расположен, близости к уличному перекрестку и т. д. Параметры размещения могут также относиться к свойству элемента размещения в позиции узла передачи, например искривленности улицы и т. д. Эти средства обеспечивают возможность фильтрации принятых сообщений на основе стороны улиц и/или формы улицы. Таким образом, узел приема может быть сконфигурирован для определения того, какие элементы размещения у него общие с узлом передачи, на основе указателя, включенного в принятое сообщение. В качестве альтернативы или дополнения, решение о перенаправлении может основываться на параметрах размещения самого узла приема, таких как позиция узла приема относительно элемента размещения, ассоциированного с ним, свойство элемента размещения, ассоциированного с узлом приема в позиции узла приема, и т. д. Также узел приема может принимать решение о повторной передаче на основе сравнения параметров размещения узла приема и узла передачи. Например, узел может быть сконфигурирован для принятия решения для повторной передачи, если он расположен на той же самой стороне улицы, что и узел передачи и/или инициированный узел. Это может обеспечивать преимущества, если только одна сторона улицы должна быть освещена. Затем избыточные повторные передачи избегаются, благодаря чему уменьшается нагрузка данных в сети. В другом примере узел, расположенный близко к изгибу улицы, может также принимать решение перенаправить принятое сообщение, если он расположен на другой стороне улицы относительно узла передачи и/или инициированного узла. Эти средства обеспечивают возможность увеличения надежности передачи данных даже в проблематичных точках сети. Кроме того, информация окружения может храниться в узле, например, включающая в себя по меньшей мере одно из идентификаторов соседних узлов, позиций соседних узлов, идентификаторов элементов размещения, ассоциированных с соответственными соседними узлами, дополнительной информации размещения о соседних узлах и т. п. Эта информация может храниться в виде списка в узле и либо может быть загружена в течение ввода в эксплуатацию, либо ею может осуществляться обмен между соседними узлами с использованием сигнальных сообщений или подобного. Посредством информации окружения узел может определять элементы размещения или параметры размещения узла передачи с использованием идентификатора узла или узловой позиции узла передачи, включенных в принятое сообщение. Это обеспечивает возможность уменьшения количества требуемых данных в сообщении.
В дополнительном варианте осуществления узел может быть сконфигурирован для учета количества элементов размещения, ассоциированных с ним, при принятии решения о повторной передаче. Здесь узел может выбирать режим повторной передачи на основе количества элементов размещения. Предпочтительно, узел сконфигурирован для принятия решения для повторной передачи принятого сообщения, когда упомянутый узел ассоциирован с более чем одним элементом размещения. Это будет, например, актуально для узла светильника на уличном перекрестке. Эти средства обеспечивают возможность распространения повторной передачи сообщения на элементы размещения помимо того (тех), который ассоциирован с инициированным узлом. В случае лишь одного ассоциированного элемента размещения узел приема может выбирать режим повторной передачи на основе вероятностного подхода, т. е. сообщение повторно передается с конкретной вероятностью. Эта вероятность повторной передачи может зависеть от параметров размещения узла приема и/или узла передачи, например расстояния до узла-отправителя, которым сообщение было изначально отправлено, расстояния до элементов размещения, таких как перекресток или подобное, кривизны изгиба улицы в позиции узла, количества ассоциированных элементов размещения и т. п. Например, чем больше расстояние до инициированного узла или узла-отправителя, тем выше может быть вероятность повторной передачи. Схожим образом, чем больше количество элементов размещения, ассоциированных с узлом, тем выше может быть вероятность повторной передачи. Кроме того, количество элементов размещения, ассоциированных с узлом приема, может влиять на вероятность повторной передачи. Дополнительно или в качестве альтернативы к вероятностному подходу, режим повторной передачи может включать в себя подход на основе счетчика, в котором вероятность повторной передачи основана на количестве повторных передач сообщения от соседних узлов, замеченных за предварительно определенный период времени. Этот предварительно определенный период времени может быть установлен на основе параметров размещения этого узла и/или узла передачи, например расстояния до инициированного узла, которым сообщение было изначально отправлено, расстояния до элементов размещения, таких как перекресток или подобное, кривизны изгиба улицы в позиции узла и т. п., и/или на основе количества элементов размещения, ассоциированных с узлом. Например, чем больше элементов размещения ассоциировано с узлом, тем меньше может быть предварительно определенный период времени. Разумеется, это может комбинироваться с другими критериями, такими как ограничение количества скачков или географическое ограничение.
В предпочтительном варианте осуществления узел может дополнительно быть сконфигурирован для учета, в процессе принятия решения о перенаправлении, покрытия передачи и/или повторной передачи принятого сообщения. При приеме повторной передачи сообщения от соседнего узла узел может определять покрытие повторной передачи, например, на основе указателя, включенного в повторно переданное сообщение, и/или на основе сохраненной информации окружения, включающей в себя идентификатор по меньшей мере одного элемента размещения, ассоциированного с соответственным соседним узлом. Также здесь указатель может включать в себя информацию, относящуюся к узлу передачи, например узловой идентификатор узла передачи, по меньшей мере один идентификатор элемента размещения, ассоциированного с узлом передачи, позицию узла передачи и т. п. Например, когда туда включается узловая идентификация соседнего узла, узел может проверять сохраненную информацию окружения на предмет того, сколько элементов размещения ассоциировано с соответственным соседним узлам. Подобным образом, если позиция соседнего узла включена в принятую повторную передачу сообщения, узел может определять количество элементов размещения, ассоциированных с этим соседним узлом, с использованием плана размещения. Если узел не имеет дополнительного элемента размещения, т. е. элемента размещения, не ассоциированного с соседним узлом, он может принять решение сбросить сообщение. В этом случае повторная передача от узла достигнет только тех узлов, которые уже покрыты повторной передачей соседнего узла. Предпочтительно, в случае, когда узел имеет по меньшей мере один элемент размещения, отличный от одного или нескольких элементов размещения соседнего узла, узел может принять решение также повторно передать сообщение. В этом случае узел может повторно передать сообщение, включающее в себя указатель, исключающий общие элементы размещения из дополнительной повторной передачи. Таким образом, эффективность передачи данных увеличивается. В случае, когда узел ассоциирован с более чем одним элементом размещения, только повторные передачи соседних узлов, также ассоциированных с более чем одним элементом размещения, могут учитываться. В одном варианте осуществления более одного элемента размещения может ссылаться на более чем один элемент размещения помимо первичного элемента размещения узла передачи, т. е. помимо того, из которого узел передачи послал сообщение. Узел, ассоциированный с более чем одним элементом размещения, в дальнейшем будет называться ключевым перенаправляющим узлом. Эти средства обеспечивают возможность оптимизации избыточности для дополнительного уменьшения повторных передач в ключевых перенаправляющих узлах.
Кроме того, узел может быть сконфигурирован для определения покрытого расстояния от инициированного узла, которое фактически пройдено сообщением, с использованием плана размещения, т. е. пройденное расстояние. Таким образом, географическое и/или покрытое расстояние могут учитываться узлом при принятии решения о повторной передаче принятого сообщения. Дополнительно или в качестве альтернативы, поле расстояния с покрытым расстоянием может включаться в сообщение и обновляться каждым перенаправляющим узлом. Иначе говоря, узел может прибавлять свое географическое расстояние от узла передачи к значению, включенному в поле расстояния. Таким образом, поле расстояния сообщения может указывать пройденное или покрытое расстояние от инициированного узла. Разумеется, вместо покрытых расстояний, также могут быть использованы географические расстояния, евклидовы расстояния или расстояния прямой видимости. Эти средства обеспечивают возможность учета предела расстояния для повторной передачи.
В предпочтительном варианте осуществления узел ассоциирован со светильником системы освещения, такой как внешняя система освещения или уличная система освещения или внутренняя система освещения, например, используемая в больших зданиях. Предпочтительно, светильник активируется при приеме сообщения инициирования, т. е. блок освещения светильника может загораться. В качестве альтернативы, узел может быть ассоциирован с узлом системы датчиков, например сенсорной системы трафика или аварийной сенсорной системы.
Согласно другому аспекту изобретения, обеспечена система для оперирования беспроводной сетью, причем система включает в себя множество узлов сети согласно какому-либо одному из вышеописанных вариантов осуществления. В частности, система может относиться к системе освещения с дистанционным управлением, установленной в качестве беспроводной ячеистой сети.
Согласно еще одному аспекту изобретения, обеспечен способ управления узлом беспроводной сети, причем этот узел ассоциирован с по меньшей мере одним элементом размещения плана размещения, причем после того как сообщение от узла передачи принимается в узле приема, принимается решение о повторной передаче принятого сообщения на основе того, имеют ли узел передачи и узел приема по меньшей мере один общий элемент размещения. План размещения, включающий в себя элементы размещения, может храниться в узле. Для способа согласно настоящему изобретению любой из вышеупомянутых вариантов осуществления, описанных для узла, может быть применен соответственно. Таким образом, способ может выполняться посредством узла согласно любому из описанных вариантов осуществления. Согласно настоящему изобретению может быть обеспечен надлежащий компромисс между служебным сигнализированием обмена информацией и надежностью передачи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах:
Фиг.1 изображает узел для беспроводной сети согласно одному варианту осуществления изобретения.
Фиг.2 изображает беспроводную сеть согласно одному варианту осуществления изобретения.
Фиг.3 изображает блок-схему, иллюстрирующую способ установки узла согласно настоящему изобретению.
Фиг.4 изображает блок-схему, иллюстрирующую способ принятия решения о перенаправлении или повторной передаче в узле приема согласно одному варианту осуществления изобретения.
Фиг.5A и 5B изображают топологии улиц.
Фиг.6A, 6B и 6C изображают, соответственно, блок-схему способа принятия решения о перенаправлении или повторной передаче в узле приема согласно дополнительным вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7 изображает блок-схему способа принятия решения о перенаправлении или повторной передаче в узле приема согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.8 изображает блок-схему способа принятия решения о перенаправлении или повторной передаче в узле приема согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9 изображает дополнительную топологию улиц.
Фиг.10 изображает различие между географическим расстоянием и евклидовым расстоянием.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Предпочтительными применениями настоящего изобретения являются сети исполнительных средств, сети датчиков или осветительные системы, такие как внешние осветительные системы (например для улиц, автомобильных стоянок и других зон общественного пользования) и внутренние осветительные системы (например торговые центры, спортивные поля, крытые автостоянки, станции и т. д.). Настоящее изобретение, в частности, подходит для беспроводных решений дистанционного управления сетевых внешних/внутренних осветительных систем и/или управления освещением на основе датчиков. Однако другими применениями могут быть интеллектуальные транспортные системы и такие применения, как системы оповещения об аварийных ситуациях. Далее настоящее изобретение будет описано посредством примера внешней системы освещения, т. е. уличной системы освещения, в которой узлы сети ассоциированы со светильниками, распределенными вдоль улиц и на перекрестках. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим применением.
На фиг.1 изображен пример узла 10. Узел включает в себя управляющий блок 110, память 120 для хранения данных в узле 10 и блок 130 передачи/приема для передачи или приема данных внутри сети. Опционально, узел 10 может также включать в себя пространственный блок 140 для определения его узловой позиции, например GPS-позиции. Узел 10 может быть ассоциирован со светильником уличной системы освещения.
На фиг.2 часть беспроводной сети уличной системы освещения изображена в качестве примера посредством двух улиц S1 и S2, которые пересекают друг друга. Узлы 10 находятся с любой стороны обеих улиц, например на верхней стороне S1_a улицы S1 или нижней ее стороне S1_b.
Фиг.3 изображает дополнительный способ изначальной установки узлов 10 согласно настоящему изобретению, например в течение фазы ввода в эксплуатацию или инициализации сети. Сначала план размещения обеспечивается узлу 10 (S300). План размещения может быть ограничен географической близостью узла и, таким образом, не будет требовать существенного объема пространства хранения в узле 10. Дополнительно, узлу 10 может быть обеспечена дополнительная информация размещения, такая как точное или оценочное количество узлов 10, ассоциированных с элементами размещения в его окружении, то есть количество узлов 10 на каждой представленной улице плана размещения. Узел 10 может определять свою позицию на плане размещения (S310), например, с использованием позиции узла, определенной пространственным блоком 140 узла, или с использованием позиции узла, загруженной на узел 10 вместе с планом размещения. Узел 10 затем определяет свой первичный элемент размещения (S320), например улицу, на которой он расположен, или улицу и сторону улицы. Для узла 111 на фиг.2 первичным элементом размещения является улица S1, или когда стороны улицы считаются составляющими элементами размещения, S1_a является первичным элементом размещения. Путем измерения его расстояния по отношению к другим пересекающим улицам, узел могут также определять, должен ли он считать себя ассоциированным с дополнительными вторичными элементами размещения (S330). Это актуально для узлов 100 на фиг.2 (круги с заливкой), которые должны быть ассоциированы с обеими улицами S1 и S2. Если узел 100 ассоциирован с более чем только своим первичным элементом размещения, т. е. если он также ассоциирован со вторичными элементами размещения, он отмечается как ключевой перенаправляющий узел 100 (круги с заливкой на фиг.2). Предпочтительно, чтобы только улицы, пересекающиеся с первичной улицей узла 10, определялись как вторичные элементы размещения. Опционально, выполняется этап S340, на котором узел может определять дополнительные параметры размещения, такие как его позиция относительно его первичного элемента размещения (например относительная позиция на его первичной улице, сторона улицы и т. д.), расстояние до дополнительного элемента размещения (например до следующего перекрестка), свойства его элементов размещения относительно позиции узла (например искривленность или уклон улицы в позиции узла) и т. п. Таким образом, узел 10 может определять, находится ли он в середине улицы или ближе к пересекающей улице (не обязательно являясь ключевым перенаправляющим узлом), или то, на какой стороне улицы он расположен. На следующем этапе S350 узел может получать информацию соседнего узла, например путем обмена локальной информацией окружения между узлами или посредством загруженной информации окружения. Эти средства обеспечивают возможность узлу 10 определять позиции его соседних узлов 10 на плане размещения и определять их ассоциированные элементы размещения. Таким образом, каждый узел 10 сети может хранить список своих соседних узлов и соответствующую информацию, такую как по меньшей мере один из элементов размещения, ассоциированных с соответственным соседним узлом, позиция узла соответственного соседнего узла, идентификатор узла соответственного соседнего узла и дополнительная информация размещения о соседнем узле. В качестве альтернативы узлы 10 определяют элементы размещения своих соседних узлов и дополнительную информацию размещения, соответствующую соседним узлам, с использованием позиции узла соответственного соседнего узла и плана размещения. Дополнительная информация размещения может включать в себя параметры размещения соседнего узла, такие как сторона улицы или искривленность улицы, или то, является ли соседний узел ключевым перенаправляющим узлом. Это обеспечивает возможность быть идентифицированными узлам 10, которые представляют высокую важность в процессах перенаправления сообщений, таким как ключевые перенаправляющие узлы 100. Таким образом, узлы 10 могут быть сгруппированы и могут обмениваться информацией с их соседними узлами о географически близких видимых группах. Эта информация может быть локальным образом использована для того, чтобы удостовериться, все ли известные группы покрыты и необходима ли повторная передача сообщения. Эти средства обеспечивают возможность управления повторной передачи (а также повторного широкого вещания или перенаправления) на основе критериев, таких как принадлежность к улице, то, к какой стороне улицы принадлежит узел 10, вероятностные критерии, расстояние до узла инициирования или последнего узла передачи и т. д.
В приложении "свет по требованию", когда узел 111 (см. фиг.1) инициируется для передачи сообщения инициирования, инициированный узел 111 может принять решение включить туда идентификатор S1 элемента размещения (улицы), к которому он принадлежит. Согласно способу, изображенному на фиг.4, любой узел 10, заметивший сообщение (S400), определяет, является ли элемент размещения, идентифицированный в сообщении, одним из его ассоциированных элементов размещения (S410). Если узел 10 не ассоциирован с идентифицированным элементом размещения, он может затем отфильтровывать сообщение и сбрасывать его (S430), таким образом, избегая дополнительной повторной передачи. Узлы 10 с одним и тем же элементом размещения могут повторно передавать сообщение (S420) и предпочтительно также активируются. Таким образом, повторная передача может быть обусловлена идентификацией элемента размещения. Это может представлять высокую важность, когда улицы идут параллельно друг другу, как показано на фиг.5A, или когда части улиц близки друг к другу, не пересекая друг друга, как показано на фиг.5B, или в случае, когда многоуровневые улицы пересекают друг друга сверху или снизу, которые находятся на непосредственной линии видимости друг для друга, как в случае с развязками, мостами или туннелями. В этом случае только узлы 10 указанной улицы активируются, но активация не распространяется на смежные улицы. Протокол передачи только на основе лавинной адресации с ограничением счетчика скачков или географическим ограничением потерпит неудачу в таком случае, поскольку при этом будет осуществляться адресация всех узлов 10 внутри некоторого радиуса.
На фиг.6A изображен другой способ принятия решения о повторной передаче согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения. В этом подходе, когда узел 10 принимает сообщение (S500), он сначала определит, имеет ли он и узел 10, который передал сообщение, т. е. узел передачи, по меньшей мере один общий элемент размещения (например улицу) (S510). С этой целью узел 10 передачи предпочтительно включает в сообщение свой идентификатор узла. В качестве альтернативы или дополнения, узел 10 передачи может включать в сообщение свою позицию узла и/или идентификаторы его ассоциированных элементов размещения. Затем узел 10 приема может использовать сохраненную информацию окружения и список элементов размещения, которым он принадлежит. В качестве альтернативы, узел 10 может определять элементы размещения узла передачи с использованием плана размещения вместе с узловой позицией узла передачи. Если существует по меньшей мере один общий элемент размещения, узел 10 может принимать решение повторно передать сообщение (S520). Если это не так, узел 10 может сбросить сообщение без дополнительной повторной передачи (S530). Благодаря этим средствам перенаправление сообщения не ограничивается одной улицей, поскольку сообщение может быть перенаправлено ко всем улицам, пересекающимся с первичной улицей, на которых расположен узел 111 инициации. Поскольку в ситуации, когда автомобиль приближается к перекрестку, невозможно решить заранее, в какую сторону автомобиль двинется, преимущества обеспечит активация светильников всех пересекающихся улиц. Однако в варианте этого способа может требоваться повторно передать не только то, что узел передачи имеет общий элемент размещения, но также то, что инициированный узел 111 тоже имеет общий элемент размещения. Это может быть проверено на этапе S510 с использованием идентификатора узла, позиции узла или идентификаторов элементов размещения, ассоциированных с инициированным узел, по меньшей мере один из который может быть включен в сообщение. Этот вариант будет ограничивать повторную передачу к узлам 10, размещенным на улице S1, и к ключевым перенаправляющим узлам 100, ассоциированным с улицей S1, в примере с фиг.2.
Подход, иллюстрируемый на фиг.6A, может дополнительно быть улучшен для включения вероятностной повторной передачи на основе количества элементов размещения, с которыми узел 10 ассоциирован, как показано на фиг.6B. На этапе S600 узел 10 принимает сообщение, такое как сообщение инициирования. Затем он проверяет, имеет ли он общие элементы размещения с узлом передачи (и/или с инициированным узлом 111) на этапе S610. Если так, сообщение будет кандидатом для повторной передачи, если нет, сообщение сбрасывается (S650). На этапе S620 узел 10 определяет, имеет ли он более одного ассоциированного элемента размещения, т. е. является ли он ключевым перенаправляющим узлом 100. Если так, он повторно передаст сообщение (S640). Если он имеет только один ассоциированный элемент размещения, например улицу, на которой находится также и узел передачи (и/или инициированный узел 111), узел 10 может применить вероятностный подход для повторной передачи или не передачи сообщения (S631). Например, узел 10 принимает решение для повторной передачи с вероятностью p, равной 50%. Это может называться эпидемическим подходом. В другом примере вероятность p повторной передачи может быть взвешена на основе параметров размещения узла 10 приема, таких как расстояние до следующего перекрестка, расстояние от инициированного узла 111, расстояние до следующего ключевого перенаправляющего узла 100, степень искривленности улицы в позиции узла и т. п. Тогда вероятность p перенаправления сообщения может быть выше согласно тому, что узел 10 ближе к следующему перекрестку или расстояние от инициированного узла больше, т. е. чем большее расстояние уже пройдено сообщением.
В дополнительном варианте осуществления способа принятия решения о перенаправлении в узле приема, изображенном на фиг.6C, подход на основе счетчика применяется на основе количества элементов размещения, ассоциированных с узлом приема. В этом подходе этапы S600, S610 и S620 могут быть теми же самыми, как описанные для вероятностного подхода, изображенного на фиг.6B. То есть после того как узел 10 принял сообщение (S600), он определяет (S610), имеет ли он по меньшей мере один общий элемент размещения с узлом передачи (и/или инициированным узлом 111). Если так, он определяет, ассоциирован ли он с более чем одним элементом размещения (S620). В случае, когда узел 10 имеет только один ассоциированный элемент размещения, т. е. принадлежит только к одной улице, узел 10 может применить механизм ожидания и отмены: узел 10 ожидает в течение некоторого заданного периода времени dt для того, чтобы принять или не принять повторные передачи сообщения от соседних узлов 10 (S632). Если в течение этого времени dt он замечает, что конкретное определенное количество N его соседних узлов повторно передают сообщение, он не будет переходить к своей попытке перенаправления и сбросит сообщение (S650). Иначе он повторно передаст сообщение на этапе S640. Вместо простой повторной передачи сообщения на этапе S640 также вероятностный подход, описанный выше для этапа S631, может применяться. Параметры dt и N могут регулироваться в каждом узле 10 в зависимости от его параметров размещения, таких как расстояние между узлом и инициированным узлом 111, расстояние до следующего перекрестка, расстояние до следующего ключевого перенаправляющего узла 100, степень искривленности улицы в позиции узла и т. п. Опционально, после того как узел принял повторную передачу от соседнего узла (S632), он может дополнительно определять, является ли соседний узел ключевым перенаправляющим узлом. Если так, узел может моментально сбрасывать сообщение (S650), поскольку тогда достаточное распространение повторной передачи может уже быть достигнуто. Если определяется, что соседний узел не является ключевым перенаправляющим узлом, узел продолжает ожидать (S632).
Блок-схема дополнительного варианта осуществления способа принятия решения о перенаправлении в узле приема изображена на фиг.7, причем избыточность оптимизируется для дополнительного уменьшения повторных передач в ключевых перенаправляющих узлах 100. Количество перенаправления в ключевых перенаправляющих узлах 100 может оставаться существенным, поскольку у них запрашивается повторная передача каждого принятого сообщения, при условии, что другие условия удовлетворены, такие как предел счетчика скачков или географический предел. Для уменьшения нагрузки на ключевых перенаправляющих узлах 100 баланс нагрузок между ключевыми перенаправляющими узлами 100, находящимися на одних и тех же пересечениях улиц, может применяться. С этой целью, каждый ключевой перенаправляющий узел 100 может следить за своими непосредственными соседними узлами и отображать их на свой план размещения для определения, к каким улицам они принадлежат. Дополнительно или в качестве альтернативы, узлы могут также обмениваться информацией окружения для информирования своих соседних узлов об улицах, с которыми они могут контактировать, и о том, со сколькими узлами на этой улице они могут в действительности осуществлять связь. Это может быть выполнено в фазе ввода в эксплуатацию или инициализации.
Таким образом, как описано выше со ссылками на фиг.6A, 6B или 6C, когда узел принимает сообщение (S700) и определил, что он имеет общий элемент размещения с узлом передачи (и/или инициированным узлом 111, S710), он проверяет, существует ли более одного элемента размещения, ассоциированного с ним, т. е. является ли он ключевым перенаправляющим узлом (S720). Если это не так, вероятностный подход, описанный выше для этапа S631, или подход на основе счетчика, описанный выше для этапа S632, могут применяться на этапе S730. Если узел приема является ключевым перенаправляющим узлом, с которым ассоциировано более одного элемента размещения, он ожидает в течение периода времени dt для того, чтобы принять или не принять повторную передачу сообщения от другого ключевого перенаправляющего узла (S740). Если он не принимает какой-либо повторной передачи от другого ключевого перенаправляющего узла, сообщение повторно передается (S780). Если он принимает, узел определяет покрытие повторной передачи от другого ключевого перенаправляющего узла (S750). С этой целью узел может использовать сохраненную информацию окружения или он может определять покрытие с использованием плана размещения и позиции узла другого ключевого перенаправляющего узла. Таким образом, узел может определять, какие элементы размещения, например улицы, покрываются повторной передачей других ключевых перенаправляющих узлов. Если это покрытие достаточно, он сбросит сообщение (S790). Если покрытие недостаточно и если предварительно определенный предел времени T от момента приема сообщения не был превышен (S770), узел может ожидать снова в течение дополнительного промежутка времени dt для того, чтобы принять или не принять повторную передачу от другого ключевого узла передачи (S740). Периоды времени dt могут быть случайным образом установлены и, таким образом, не обязаны быть одними и теми же для каждой итерации. Если узел определяет, что предел времени T был превышен без достаточного распространения повторной передачи, сообщение повторно передается (S780). Опционально, после определения, что распространение повторной передачи другими ключевыми перенаправляющими узлами не является достаточным (S750), узел может определять, на этапе S760, сколько повторных передач сообщения он заметил. Здесь узел может учитывать либо все принятые повторные передачи, либо только повторные передачи от других ключевых перенаправляющих узлов. Если количество повторных передач достигает конкретного количества, т. е. равно N или выше, сообщение сбрасывается (S790). Если количество повторных передач меньше N, узел определяет, прошел ли уже предел времени T (S770).
В дополнительном варианте этих способов узел может ограничивать повторную передачу сообщения (S640, S780) элементами размещения, которые еще не были покрыты другими повторными передачами. Покрытие может быть определено, как описано выше, для определения элементов размещения, ассоциированных с узлом передачи, от которого сообщение было принято. Для ограничения повторной передачи от узла узел может включать в себя при повторной передаче сообщения указатель, указывающий, например, идентификаторы элементов размещения, ассоциированных с узлом, которые все еще должны быть покрыты, или идентификаторы элементов размещения, ассоциированных с узлом, который должен быть исключен из повторной передачи. Затем при приеме этого повторно переданного сообщения, включающего в себя указатель, узел приема может проверять, после определения, что он имеет общий элемент размещения (S610, S710) с узлом передачи, все ли из его ассоциированных элементов размещения исключены из повторной передачи, на основе указателя, включенного в сообщение. Если так, то сообщение сбрасывается (S650, S790). Если нет, узел переходит к дополнительным этапам (S620, S720). Разумеется, узел может в качестве альтернативы определять, указан ли по меньшей мере один из его ассоциированных элементов размещения как тот, который должен быть покрыт. Если это не так, сообщение сбрасывается (S650, S790). Но если это так, узел переходит к дополнительным этапам (S620, S720).
На фиг.8 изображен дополнительный способ принятия решения о перенаправлении в узле приема, причем сообщения могут фильтроваться на основе дополнительных параметров размещения, относящихся к элементу размещения в позиции узла, например, на основе сторон улицы или сторон коридора. Здесь узел-отправитель, из которого сообщение изначально исходит, может сделать выбор включить в сообщение идентификатор элемента размещения, с которым он ассоциирован, и указание дополнительного параметра размещения, например соответствующей стороны улицы или стороны коридора. Например, когда событие инициирования побуждает узел передавать сообщение обнаружения или инициирования, инициированный узел 111 может делать выбор включить в сообщение идентификаторы улицы (например S1), к которой он принадлежит, и стороны улицы (например a). Любой узел, который не находится на этой стороне улицы, сбросит сообщение. Таким образом, при приеме сообщения от узла 10 передачи (S800) узел 10 приема определяет, находится ли он на улице, идентифицированной в сообщении (S810), и если так, находится ли он на стороне улицы, идентифицированной в сообщении (S820). В случае, когда оба условия удовлетворены, он повторно передает сообщение (S830). Если нет, сообщение сбрасывается (S840). Это имеет, например, тот эффект, что количество светильников, которые требуется зажечь, уменьшается до светильников, которые находятся на стороне улицы, где объект обнаружен. В качестве дополнения к тому, что избыточные повторные передачи фильтруются, этот подход также обеспечивает то, что никакие светильники, которые находятся на полностью различных смежных улицах, не будут загораться, благодаря чему уменьшается задействованность уровня приложения в отфильтровывании посторонних сообщений обнаружения. Здесь сторона улицы может считаться параметром размещения узла 10. В качестве альтернативы, сторона улицы конкретной улицы может считаться элементом размещения сама по себе, так, чтобы существовала возможность проводить различие между левой и правой стороной одной и той же улицы. Разумеется, этот вариант осуществления может комбинироваться с любым из предыдущих вариантов осуществления.
Когда элемент размещения, такой как улица или коридор, имеет искривления или изгибы, может быть выгодно обеспечить возможность узлам на противоположных сторонах элемента размещения узла-отправителя 111 также повторно передавать сообщение. Например, на примере изгиба улицы, показанного на фиг.9, здание H может уменьшать вероятность успешной передачи между узлами 10b на одной и той же стороне улицы S1_b. Таким образом, при перенаправлении сообщения от инициированного узла 111 на стороне улицы S1_b, узлы 10b не могут иметь возможности достигать узла назначения D. Таким образом, способ, изображенный на фиг.8, может дополнительно включать в себя этап проверки дополнительных параметров размещения узла 10, например того, расположен ли узел 10 на искривлении элемента размещения. Если узел 10a не расположен на той же самой стороне улицы S1_b, что и инициированный узел 111, но расположен на изгибе, он может повторно передать сообщение, несмотря на нахождение на другой стороне улицы. Эти средства обеспечивают возможность увеличения надежности передачи в проблематичных точках плана размещения. Для того чтобы уменьшить полное количество повторной передачи, узел 10a может применять вероятностный подход для повторной передачи, как описано выше. Вероятность p для повторной передачи может зависеть от степени искривленности элемента размещения и от позиции узла 10 относительно этой искривленности. Вместо вероятностного подхода вышеописанный подход на основе счетчика может применяться для повторной передачи, причем узел 10a может вести подсчет того, сколько раз он заметил одно и то же сообщение, и на основе этого принимать решение, осуществлять ли повторную передачу или сбросить сообщение.
LOS
На фиг.10 изображается различие между расстоянием прямой видимости или евклидовым расстоянием и фактическим расстоянием перенаправления, т. е. покрытым расстоянием. Сообщение может содержать предел расстояния, например, на основе счетчика скачков или на основе расстояния прямой видимости. Тогда требуется покрыть только это расстояние от узла-отправителя 111 и не перенаправлять сообщение дополнительно. С использованием предела расстояния прямой видимости расстояние измеряется относительно узла-отправителя 111 как расстояние прямой видимости или евклидово расстояние (d на фиг.10). Однако фактическая длина пути, который сообщение прошло в течение процесса перенаправления, т. е. покрытое расстояние, вероятно будет отличаться от этого расстояния прямой видимости, например равное d1 плюс d2 на фиг.10. Покрытое расстояние сообщения может, таким образом, скорее относиться к сумме географических расстояний между узлами, которые передали сообщение. Таким образом, согласно настоящему изобретению, узел 10 приема может иметь возможность определения действительного расстояния, которое сообщение прошло от узла-отправителя 111, с использованием его плана размещения. Это значение может затем сравниваться с пределом расстояния, который может быть либо включен в сообщение, либо предварительно определен для узла 10. В качестве альтернативы, сообщение может содержать указатель расстояния, который отслеживает покрытое расстояние. В узле-отправителе 111 указатель расстояния указывает 0. Каждый раз, когда узел 10 определяет, что сообщение должно быть перенаправлено, узел 10 добавляет свое географическое расстояние от узла передачи, от которого он принял сообщение, к указателю расстояния. Разумеется, вместо географического расстояния может быть также использовано евклидово расстояние или счетчик скачков. После приема сообщения каждый узел 10 может сначала проверять, был ли предел расстояния превышен или же нет. Если предел расстояния был превышен, сообщение будет сброшено. Эти этапы могут быть включены в любой из вышеописанных способов принятия решения о перенаправлении в узле приема. Таким образом, все способы могут комбинироваться с ограничением скачков и/или ограничением географического и/или покрытого расстояния распространения передачи, в общем случае потенциально также с другими сетевыми протоколами для оптимизации, например географической адресацией (т. е. лавинной адресацией в географически определенной области).
Если узел 10 сети не может быть ассоциирован с каким-либо элементом размещения, узел 10 может принять решение либо сбросить принятое сообщение, либо повторно передать его на основе информации счетчика скачков или покрытого расстояния, включенной в сообщение. В качестве альтернативы или дополнения, узел 10 может применить вышеописанный вероятностный подход или подход на основе счетчика.
Настоящее изобретение предназначено для, но не обязательно ограничено размещением узлов вдоль топологий улиц, как, например, в сетях внешнего освещения. Таким образом, при использовании локальной информации размещения улицы и локальных характеристик общее поведение приложения может быть улучшено, обеспечивая возможность уменьшения количества требуемых передач или обеспечивая то, что достаточно передач осуществляется в критических географических точках для достижения доставки сообщений. Однако настоящее изобретение также применимо к любому сценарию размещения, где узлы сгруппированы, в зависимости от конкретных критериев.
В общем случае было показано, что посредством обмена ограниченными количествами информации окружения надежность передачи, например, путем лавинной адресации на основе счетчика, может быть увеличена. Эти средства обеспечивают возможность надлежащего компромисса между служебным сигнализированием обмена информацией и надежностью передачи. В частности, настоящее изобретение обеспечивает возможность оптимизировать алгоритмы лавинной адресации в ячеистых сетях, т. е. оптимизировать количество передач для покрытия множества скачков от источника до пункта назначения эффективным образом, благодаря чему улучшается пропускная способность и достигается уменьшение перегрузки. Кроме того, надежность доставки сообщения может быть увеличена по сравнению с другими вероятностными подходами с лавинной адресацией, известными из предшествующего уровня техники, например лавинной адресацией на основе счетчика. Дополнительно, только фиксированный небольшой объем хранения требуется для локальной информации окружения. Способы перенаправления согласно настоящему изобретению имеют достаточно низкое фиксированное служебное сигнализирование протокола по сравнению с другими подходами лавинной адресации и маршрутизации на основе знания об окружении. Кроме того, при локализованной связи широкого вещания и/или (плотного) многоадресного вещания настоящее изобретение обеспечивает возможность уменьшения количества передач по сравнению с лавинной адресацией. Изобретение в частности имеет ценность при наличии норм, которые ограничивают доступ узлов к каналам связи (требований к рабочему циклу, накладываемых на долю времени, в течение которой узлам позволено занимать канал своими передачами), поскольку оно обеспечивает возможность распределения нагрузки передачи равномерным образом (если это возможно) в случае множества отправителей на группу.