CN111095992B - 带信标的无线网络 - Google Patents

Abstract

一种无线网络包括根据网络协议通信的节点，所述节点包括具有树形通信拓扑的路由器和终端装置，其中所述路由器在周期性信标间隔内的相应时隙中传输信标，被动扫描消息，并且响应于接收到消息，传输其对所述接收到的消息的确认。具有为待传输的消息的终端装置被动扫描从任一路由器传输的信标；且响应于此，传输所述消息，且被动扫描确认，如果未接收到确认，则重复那些步骤。这提供在具有迅速改变的传播路径的环境中的响应性。为了减少功率消耗，所述终端装置不被动扫描信标，除了当其具有为待传输的消息时，和除了用于接收下游消息的预定时间时。当需要无线静默时，所述路由器不传输信标。

Description

带信标的无线网络

技术领域

本发明涉及一种允许终端装置通过无线通信传输消息的无线网络。

背景技术

本发明的第一方面特别关于一种网络，其被设计成提供来自在具有在消息的传输之间的典型时标内易于改变的用于无线传输的传播路径的环境中的端装置的可靠且响应性传输消息，同时使终端装置之功率要求最小化。这些因素对网络设置矛盾约束，且难以平衡。

仅仅通过实例，需要针对来自终端装置的消息的上游传输的相对高可靠性及响应性程度的应用是，终端装置包括传感器单元，用于感测需要以低延时传递的参数。在此类应用中，为了安全性原因或为了提供机械的监控，可需要通信。举例来说，传感器单元可感测需要以低延时传递的相应可旋转元件的旋转位置。

终端装置包括传感器单元的应用典型地也是需要将终端装置的功率要求最小化的实例。举例来说，在此类实例中，终端装置可具有有限容量的电源，例如，电池。除了对于具有低上游延时的通信的需求之外，响应性可有助于藉由限制终端装置的传输时间来减少终端装置的功率消耗。

在用于无线传输的传播路径易于改变的环境中，这些要求难以符合。一般来说，这可包括终端装置和/或金属和其它物件以影响传播路径的方式移动的环境。此类环境的实例包括典型海上环境(例如，在轮船或其它船舶或平台上)、在油气工业中的设施中或在工厂中。在此类环境中，已知响应于接收质量更改针对终端装置与路由器之间的点对点通信的关联。然而，这更改通常涉及以增大功率消耗的方式对接收质量和端点与路由器之间的通信的进行中的监控。

发明内容

本发明的第一方面特别关于一种网络，其被设计成提供来自在具有在消息的传输之间的典型时标内易于改变的用于无线传输的传播路径的环境中的端装置的可靠且响应性传输消息，同时使终端装置之功率要求最小化。

根据本发明的第一方面，提供一种无线网络，其包括包含多个路由器和多个终端装置的多个节点，所述节点各包括用于无线通信的无线接口，所述网络的所述节点被布置成根据网络协议通信，根据所述协议：所述路由器在周期性信标间隔内的相应时隙中传输信标，被动扫描消息，且响应于接收到消息，传输对所述接收的消息的确认；并且当终端装置具有为待传输的消息时，所述终端装置(a)被动扫描从任一路由器传输的信标；和(b)响应于接收到信标，传输所述消息，且被动扫描确认，如果未接收到确认，则所述终端装置重复步骤(a)和(b)。

随着所述终端装置在其具有为待传输的消息时被动扫描从任一路由器传输的信标，并响应于此来传输所述消息，所述终端装置不需要考虑改变可改变其能够与其通信的所述路由器的传播路径。可将这看作所述终端装置与所述网络总体相关联，而非与所述网络内的特定路由器相关联。明确地说，所述终端装置不必监控接收质量和更改与特定路由器的关联。这使功率消耗最小化，因为所述终端装置在其实际上具有为待传输的消息时仅需要扫描和传输。

此外，通过响应于消息的接收来自路由器的确定到所述终端装置的所述传输，达成可靠性，如果未接收到这确认，则所述终端装置继续传输所述消息。因此，甚至在用于无线传输的传播路径已在消息的所述传输之间的典型时标内改变的情况中，仍达成可靠且响应性的传输。

举例来说，所述终端装置可被布置成不被动扫描信标，除了当其具有为待传输的消息时，和任选地，除了用于接收下游消息的预定时间时。

有利地，所述终端装置可在接收的信标的时隙中传输消息，并且所述路由器可在自身的信标的相应时隙中被动扫描消息。类似地，所述路由器可在自身的信标的时隙中传输对所述接收的消息的确认，并且所述终端装置可在接收的信标的时隙中被动扫描确认。因而，消息和/或确认的传递在特定时隙内发生于终端装置与路由器之间，因此，所述路由器不需要在其它时间扫描消息，这减少了路由器的功率消耗，并且还减少了争用。

本发明的第二方面是关于一种能够在有时需要无线静默的环境中操作的网络。可为了安全原因需要无线静默，例如，在存在无线传输可产生危险的时间的环境中，或为了需要为诸如呼救信号的其它通信腾出的无线信道的原因而需要无线静默。通过实例，所述环境可有时经受无线传输产生着火的风险的潜在爆炸性气氛。此类环境的实例包括典型海上环境(例如，在轮船或其它船舶或平台上)、在油气工业中的设施中或在工厂中。

根据本发明的第二方面，提供一种无线网络，其包括包含多个路由器和多个终端装置的多个节点，所述节点各包括用于无线通信的无线接口，所述网络的所述节点被布置成根据网络协议通信，根据所述协议：所述路由器在周期性信标间隔内的相应时隙中传输信标，并且响应于此被动扫描消息，除了响应于确定需要无线静默，所述路由器被布置成不传输信标；并且所述终端装置被动扫描信标并响应于此传输消息。

随着终端装置被动扫描信标并响应于此传输消息，信标的传输的停止也引起由所述终端装置进行的传输的停止。因此，使用响应于确定需要无线静默而停止信标的传输来引起来自全部网络的无线静默。

本发明的第一与第二方面可组合在一起。因此，在本发明的第一方面中，响应于确定需要无线静默，所述路由器可被布置成不传输信标。

网络的以下特征可应用于本发明的第一或第二方面，或应用于其组合。

所述路由器可包括协调器和多个网关路由器，在所述情况中，所述网关路由器将其接收的消息传输到所述协调器。

在一个实例中，所述协调器可在初始时隙中传输信标，并且每一网关路由器可被动扫描从另一路由器传输的信标，且响应于按照此前预定的周期接收到信标，仅在其相应时隙中传输信标。

以这方式，由所述协调器进行的信标的传输的停止引起由其它路由器进行的信标的传输的停止，和因此由终端装置进行的传输的停止。这可用来提供无线静默。即，响应于确定需要无线静默，所述协调器可被布置成不在所述初始时隙中传输信标，从而使所述网关路由器也不传输信标。

所述路由器具有树形通信拓扑，所述树形通信拓扑包括各与所述协调器相关联的第一层网关路由器，和任选地，各与下层的网关路由器相关联的一个或多个其他层的网关路由器。因此，与所述终端装置大不相同，所述路由器可协商关联性。

在这情况中，所述网关路由器可将其接收的消息传输到其与其相关联的所述路由器。

类似地，当网关路由器具有为待传输的消息时，所述网关路由器可响应于从与其相关联的路由器接收到信标在接收的信标的时隙中传输所述消息，且被动扫描确认，如果未接收到确认，则所述网关路由器重复进行所述传输。

并且，每一网关路由器可被动扫描从其与其相关联的路由器传输的信标，且响应于在这之前的预定周期内从其与其相关联的路由器接收到信标，仅在其相应时隙中传输信标。

本发明的两个方面可有利地应用于终端装置，所述终端装置各包括用于感测相应可旋转元件的旋转位置的传感器单元，且被布置成产生指示所述感测的旋转位置的消息。在许多应用中，需要感测可旋转元件的朝向，例如，以在可旋转元件的操作期间提供安全。在机械故障或在用于可旋转元件的致动系统(其可例如为气动式)中的故障的情况中，则所述可旋转元件可不处于可产生安全问题的期望位置中。

终端装置可安装于相应可旋转元件上。所述传感器单元可包括朝向传感器，其进行取决于传感器单元的朝向的测量。此类测量允许所述可旋转元件的旋转位置的简单且可靠检测。明确地说，其允许使用比具有充分可靠感测的典型外部传感器简单的传感器单元。类似地，所述传感器单元可具有相对低的功率消耗，从而准许使用诸如电池的内部电源。虽然这传感器单元可能够在相对长的时间周期内运行，但需要使功率消耗最小化以便延长使用期限。

根据本发明的其他方面，提供在无线网络的节点之间的通信方法，其中所述节点按类似于本发明的第一和第二方面的方式操作。

根据本发明的又其他方面，提供能够在根据本发明的第一和第二方面的网络内使用的路由器和终端装置。

附图说明

现将通过参考附图的非限制性实例来描述本发明的实施例，在附图中

图1是网关路由器的示意图；

图2是网关路由器的示意图；

图3是终端装置的示意图；

图4是网络的逻辑通信拓扑的图；

图5是用于在图4的网络中的信标的时序图；

图6是与在图4的网络中的消息从端节点到网关路由器的传输相关联的通信的图；

图7是与在图4的网络中的消息从网关路由器到协调器和消息从协调器到端节点的传输相关联的通信的图；

图8是传输包的版本标头的图；

图9是传输包的路由标头的图；

图10是传输包的数据标头的图；

图11是信标帧结构的图；

图12是数据帧结构的图；且

图13是安装于可旋转元件上的终端装置的侧视图。

具体实施方式

图1展示包括控制单元12和无线接口13的网关路由器10。控制单元12总体控制包括无线接口13的网关路由器10，且可通过处理器执行适当程序来形成。无线接口13包括物理(PHY)层14、媒体访问控制(MAC)层15和网络层16。

图2展示协调器20，其可被称作PAN(个人区域网)协调器。协调器20是具有与在网关路由器10中类似的构造的路由器，包括控制单元22和无线接口23，所述无线接口包括物理层24、媒体访问控制层25和网络层26，这些与网关路由器10的对应元件相同。协调器20还包括通信接口20，用于与外部计算机系统通信。通信接口20可提供例如有线接口，例如，包括以太网链路。

图3展示包括传感器单元31、控制单元32和无线接口33的终端装置30。以下描述传感器单元31的实例。控制单元32总体控制包括无线接口33的终端装置30，且可通过处理器执行适当程序来形成。无线接口33包括物理(PHY)层34、媒体访问控制(MAC)层35和网络层36。终端装置30进一步包括可为电池的电源37。

网关路由器10、协调器20和终端装置30中的物理层14、24和34各包括射频收发器，并通过物理信道处置实际无线传输和接收。可根据定义低速率无线个人区域网(LR-WPAN)的操作的IEEE 802.15.4技术标准来布置物理层14、24和34。

网关路由器10、协调器20和终端装置30中的媒体访问控制层15、25和35各实现通过使用物理信道来传输MAC帧。还可根据IEEE 802.15.4技术标准来布置媒体访问控制层15、25和35。

网关路由器10、协调器20和终端装置30中的网络层16、26和36一起实施网络协议，如下进一步描述。

网络40(例如，如在图4中展示)是由各形成网络40的节点的协调器20、多个网关路由器10和多个终端装置30形成。协调器20使用通信接口21与在网络40外部的计算机系统50通信。计算机系统50可为运行适当软件的常规计算机。

在网络40中，由网关路由器10、协调器20和终端装置30中的网络层16和36实施的网络协议提供在网络的这些节点之间的通信。网络协议被设计成提供以下能力。网络协议被设计成提供在具有用于无线传输的传播路径的环境中消息从终端装置30到协调器20的可靠且响应性上游传输，所述传播路径易于在消息的传输之间的典型时标内改变。同时，网络协议被设计成使终端装置30的功率要求最小化，但协调器20和网关路由器10不受功率约束。网络协议还被设计成能够响应于需要确定无线静默而提供迅速且稳固的无线静默，例如，针对安全原因或针对需要为其它通信腾出的无线信道的原因。举例来说，网络40可应用于海上环境中(例如，在轮船或其它船舶或平台上)、油气工业中的设施中或工厂中。

图4通过图示展示在一个特定实例中的由网络协议使用的逻辑通信拓扑。

综上，网络40如下布置。协调器20协调协调整个网络并传输安排所有信标的基本时序的信标的装置，如下所描述。在网络40外的所有通信是从协调器(其也可被称作集中器)，即，通过通信接口21。网关路由器10在终端装置30与协调器20之间的任一方向上传输信标和路由消息。终端装置30传输和接收消息，但不传输信标且不路由消息。现将更详细地描述这种实施。

所述通信拓扑是树形，如下。第一层网关路由器10各与协调器20相关联。在图4的实例中，标注为路由器A和B的网关路由器10形成此第一层41。此外，其他层的网关路由器10各与下层中的网关路由器10相关联。在图4的实例中，标注为路由器C、D和E的网关路由器10形成第二层42，路由器C和D与路由器A相关联，且路由器E与标注为路由器A的网关路由器10相关联。虽然在图4的实例中未图示，但可形成与第二层42中的网关路由器10相关联的其他层的网关路由器10。一般来说，在每一层中可存在任一数目个网关路由器10，但每一网关路由器10作为子节点与一个亲节点(为协调器20或下层中的网关路由器10)相关联。

所有网关路由器10和协调器20始终被动扫描寻址到它们的消息。它们不实施任何功率节省。

协调器20和网关路由器10的通信拓扑由协调器20协调。通信拓扑可基于在初始化阶段期间的接收质量来设定，且其后为静态，或通信拓扑可基于接收质量的进行中的监控而为动态。

在图4中展示的通信拓扑的实例中，标注为A到G的终端装置30展示为与单个节点(为协调器20或网关路由器10)通信。这说明用于终端装置30的不同通信路线，但如以下更详细地描述，终端装置30可事实上与协调器20或网关路由器10中的任一个通信是网络协议的特征。

网络40是经典信标树的变化。将信标实施为广播消息，而非根据IEEE802.15.4技术标准的信标。通过图示，图5展示用于图4中展示的通信拓扑的信标的传输和接收的实例。

协调器20和网关路由器10在周期性信标间隔61内的相应时隙60的开始时传输信标，所述周期性信标间隔可具有合适的长度，例如，250ms。协调器20在初始时隙60中传输信标，所述初始时隙因此安排信标间隔61。每一网关路由器10被动扫描从另一路由器(其可为协调器20或网关路由器10)传输的信标。然后，网关路由器10响应于接收到信标仅在自身的相应时隙中传输信标，使得基于来自协调器20的信标安排自身的信标。

在图4中展示的实例中，协调器20在初始时隙中传输由标注为路由器A和B的网关路由器10而非标注为C到E的网关路由器10接收的信标。因此，标注为路由器A和B的网关路由器10分别在第二和第三时隙60中响应于接收到来自协调器20的信标而传输信标。标注为路由器C和D的网关路由器10接收由标注为路由器A的网关路由器传输的信标，因此标注为路由器C和D的网关路由器10响应于分别在第四和第五时隙60中接收到信标而传输信标。另一方面，标注为路由器E的网关路由器10接收由标注为路由器B的网关路由器10传输的信标，因此标注为路由器E的网关路由器10响应于分别在第六时隙60中接收到信标而传输信标。

图5仅展示实例，并且一般来说，网关路由器10可接收多于一个信标和/或来自与图5中展示的节点不同的节点的信标。

在一个类型的实施中，网关路由器10各被动扫描仅在其与其相关联的协调器20或网关路由器10的时隙60中传输的信标，并且响应于从其接收到信标而仅在其相应时隙60中传输信标。在这个实例中，网关路由器10的功率消耗减少了，因为无必要扫描在其它时间传输的信标。

在另一类型的实施中，网关路由器10被动扫描仅在任一时隙60中传输的信标，并且响应于接收到任一信标而仅在其相应时隙60中传输信标。这增加了网络40对信标故障(例如，在改变传播路径的情况中)的稳固性。这是以增加的功率消耗为代价，但那具有对网关路由器10的较少关注，特别如果其可被定位成接收来自外部电源的电力。

通过这些类型的实施中的任一个，用于每一网关路由器10的时隙60的时序由协调器20设定。这允许协调器20在不同时序提供时隙60以减少争用。时隙60可具有相等或不同持续时间。

响应于确定需要无线静默，协调器20停止在初始时隙60中传输信标，并且也不响应确认接收到任何消息。计算机系统50产生确定需要无线静默，并将其供应到协调器。计算机系统50可基于用户输入或基于从其它来源输入的数据的分析产生需要无线静默的确定。这输入数据可来自监控网络40周围的环境的传感器系统，例如，指示无线传输将不安全的条件，诸如，有危险的爆炸气氛。类似地，这输入数据可来自另一无线通信系统，例如，指示需要无线静默允许呼救信号的传输。

停止在初始时隙60中传输信标的协调器20具有以下效应：网关路由器10也不传输信标，自身的信标传输只响应于接收到信标而发生。如下论述，终端装置30只响应于接收到信标而传输消息也是这个情况。因柴鸡，在取决于网关路由器10的层数和由网关路由器10使用的预定周期的滞后后，达成无线静默，如下所论述。

网关路由器10响应于按照此前预定的周期接收到信标而在自身的时隙中传输信标。预定周期可为周期性信标间隔61的长度，或可更长。预定周期的使用提供针对信标传输故障的一些稳固性，但增大了在于停止来自协调器的信标的传输后达成无线静默时的滞后。因此，选择平衡这两个因素的预定周期，通常为周期性信标间隔61的长度的两倍或小数目倍数。

无线静默是通过协调器20开始再一次传输周期性信标而结束。这将由网关路由器10接收，且网络40将重新形成。网关路由器10然后将开始传输规则信标。

网络40的健康监控可通过节点定期传输消息来执行。合适的安排可为，协调器20每250ms将消息发送到计算机系统50，网关路由器10每5秒将消息发送到计算机系统50，且终端装置30每10分钟将消息发送到计算机系统50。在那情况中，如果在1秒内尚未从协调器20或在11秒内尚未从网关路由器10接收到消息，则计算机系统50可产生网络警报，以便允许在警报前有一条错失的消息。类似地，如果在10分钟的若干倍内尚未从终端装置30接收到消息，则计算机系统50可产生网络警报，以便提供多次再试来给出针对接收的高置信度。

现将描述终端装置30的操作。

终端装置30完全不传输信标。

终端装置30可周期性地产生消息供传输。举例来说，消息可指示传感器单元31的输出，例如，指示在传感器单元31检测到可旋转元件的旋转位置的情况中的感测到的旋转位置。

终端装置30如下处置消息的上游传输。当终端装置30具有为待传输的消息时，其被动扫描信标。

除了当终端装置30具有为待传输的消息时和任选地在用于如下论述的下游消息的接收的预定时间，终端装置30不被动扫描且不传输消息，例如，以协商与协调器20或网关路由器10的关联性。这通过减少无线接口11操作的时间量来使终端装置30的功率消耗最小化。

另一方面，这也意味着在具有易于在消息的传输之间的典型时标内改变的用于无线传输的传播路径的环境中，终端装置30则可能不能够与其先前与其通信的协调器20或网关路由器10通信。为了应对这情况，以也提供低上游延时的方式，终端装置30不与特定上游节点相关联，而取而代之，被动扫描来自任一节点(包括协调器20或网关路由器10)的信标，且类似地当其接收到来自任一个这节点的信标时，传输为待传输的消息。

协调器20和网关路由器10扫描以这种方式从终端装置30传输的消息。

在优选实施中，终端装置30在接收的信标的时隙60中传输消息。在那种情况中，协调器20和网关路由器10可在自身的信标的相应时隙60中扫描消息，这减少了争用且避免在其它时间扫描来自终端装置30的消息的需求，从而减少功率消耗。然而，这并非必要。一个替代方案是，终端装置30可响应于接收的信标但在不同时间传输消息，例如，在接收到接收的信标后的随机时间长度，这增加了协调器20和网关路由器10执行被动扫描的时间长度。另一替代方案是，协调器20和网关路由器10中的每一个被动扫描来自任一终端装置30的消息。这增加了稳固性，但需要协调器20和网关路由器10在每一时隙60中执行被动扫描，以及在多于一个节点接收消息的情况中产生消息的复制。

当协调器20或所述网关路由器10中的一个接收到消息时，其传输对接收的消息的确认。类似地，终端装置30被动扫描所述确认。在终端装置30在接收的信标的时隙60中传输消息的优选实施中，由终端装置30进行的确认的传输和被动扫描也在同一时隙60中发生。

如果终端装置30不接收确认，则终端装置30重复扫描信标、传输消息和扫描确认的步骤。这通过在上游传输的故障的情况中重复所述过程来增加稳固性。

通过图示，图6展示针对图4中展示的网络40的部分从终端装置传输信标和消息的过程的实例，所述部分包括标注为路由器A和B的网关路由器10和标注为F的终端装置30。在这个实例中，终端装置30从标注为路由器A和B的两个网关路由器10接收信标，但一开始在消息的传输中存在故障。发生以下步骤。

协调器20在初始时隙60中传输信标。

标注为路由器A和B的网关路由器10从协调器20接收信标，并在其相应时隙60中传输信标。

终端装置30不接收来自协调器20的信标，但却接收来自标注为路由器A和B的网关路由器10的信标。

响应于接收到来自标注为路由器A的网关路由器10的信标，终端装置30在标注为路由器A的网关路由器10的时隙60中传输消息。

在这个实例中，消息不由标注为路由器A的网关路由器10接收，因此无确认被传输或由终端装置30接收，终端装置30因此重复所述过程。

因此，响应于接收到来自标注为路由器B的网关路由器10的信标，终端装置30再次但在标注为路由器B的网关路由器10的时隙60中传输消息。

在这个实例中，消息由标注为路由器B的网关路由器10接收，所述网关路由器响应性地传输确认。所述确认由终端装置30接收，终端装置30然后不尝试重复那条消息的传输。那就是图6中图示的实例的结尾。

在终端装置30将消息传输到网关路由器10而非协调器20的情况中，消息的进一步上游传输如下发生，以将消息传输到协调器20。明确地说，网关路由器10将消息传输到其与其相关联的路由器，所述路由器可为协调器20或下层中的网关路由器10。在后者情况中，下层中的网关路由器10重复所述过程，这通过所述层发生，直到消息到达协调器20。协调器20将消息传输到计算机系统50，用于以适当方式处置，例如，通过将其对用户显示或激活警报。

按与针对消息从终端装置30的传输类似的方式使用确认。即，协调器20和网关路由器10被动扫描此类消息，并响应于此传输确认。类似地，已传输消息的网关路由器10被动扫描所述确认，且在不存在接收到确认的情况下，重复响应于随后接收的信标传输消息并扫描确认的步骤。

在网络40的优选实施中，消息从网关路由器10的传输以及确认的传输和因此被动扫描发生于从其与其相关联的路由器接收的信标的时隙60中，所述路由器可为协调器20或下层中的网关路由器10。

通过图示，图7展示针对与在图6的实例相同的网络部分从网关路由器10上游传输消息的过程的实例。在这个实例中，标注为路由器B的网关路由器10已接收到消息，并将其传输到协调器20。发生以下步骤。

如在图6中，协调器20在初始时隙60中传输信标，标注为路由器A和B的网关路由器10接收所述信标并在其相应时隙60中传输信标。

响应于来自协调器20的信标，标注为路由器B的网关路由器10在协调器20的时隙60中传输消息。

在这个实例中，消息由协调器20接收，所述协调器响应性地传输确认。所述确认由标注为路由器B的网关路由器10接收，网关路由器10然后不尝试重复那条消息的传输。

协调器然后还传输寻址到终端装置30的下游消息。

下游消息由标注为路由器B的网关路由器10接收，所述网关路由器响应性地将确认传输到协调器20。协调器20接收所述确认并且不采取进一步动作。

为终端装置30的亲代的标注为路由器B的网关路由器10存储消息，并等待来自终端装置30的请求。

终端装置30被布置成在接收到确认后(即，在图6中展示的实例的末尾)睡眠预定时间，例如，约1秒，并且然后执行对下游消息的接收的被动扫描，如下。具体地说，终端装置30被动扫描来自其先前将上游消息传输到的标注为路由器B的网关路由器10的信标的接收。

响应于接收到来自标注为路由器B的网关路由器10的信标，终端装置30传输为请求消息的轮询请求的消息。

标注为路由器B的网关路由器10响应于接收到轮询请求将消息传输到终端装置30。

终端装置30响应于接收到消息，将确认传输到标注为路由器B的网关路由器10。标注为路由器B的网关路由器10可在无接收到确认的情况下再试传输预定次数，但在成功接收到确认后，将指示到终端装置30的成功传输的消息传输到协调器20。

终端装置20响应于接收到指示到终端装置30的成功传输的消息，自身将确认传输到标注为路由器B的网关路由器10。标注为路由器B的网关路由器10可在无接收到确认的情况下再试传输预定次数。那就是图7中图示的实例的结尾。

关于网关路由器10的操作的一些额外点如下指出。虽然终端装置30不执行对消息的被动扫描，除了在发送了请求消息后，但在优选实施中，网关路由器10(1)针对其与其相关联的亲节点的信标在时隙60中被动扫描来自所述亲节点的消息，所述亲节点可为协调器20或下层中的网关路由器10，和(2)在自身的信标中的时隙60中被动扫描来自终端装置的消息。终端装置30类似地在那些时隙中传输消息。消息的目的地由存储于网关路由器10中的路由表指示。

接收的寻址到协调器20或另一网关路由器10的任何消息立即被发送，且可经受到争用。然而，所有消息传输经受以下限制：仅在已在预定周期内接收到信标的情况下发送消息。

接收的寻址到终端装置30的任何消息由为终端装置30的亲代的网关路由器10存储，直到其由终端装置30在下一次其与网关路由器10通信时请求为止。

将删除在预定窗口内未成功传输的用于终端装置30的任何消息。

将用于在上游传输的来自网关路由器10的消息放在消息队列中，并尽可能快地发送。这队列将基于先入先出操作，其中最早的消息首先发送。如果在队列中存在多于10个项，则网关路由器10将停止传输其信标以阻止来自终端装置30的额外上游消息。当队列具有零个项目时，网关路由器10可重新开始传输信标。在第一次未能传输的任何消息将经受后退再试，例如，在后面每隔100ms到150ms(具有随机延迟)有四个紧跟的再试。如果最早的消息大于500ms，则这次无上游消息已被成功地传递到其亲节点，因此网关路由器10可停止传输信标，并搜索替代亲代。如果队列中的任何消息比预定时限(例如，11分钟)早，那么可将其删除。

网络40的安装可如下发生。安装过程开始于协调器20的安装。通过计算机系统50设定唯一网络ID。如果需要单信道操作，则设定通道编号。通过初始化消息的传输，使网关路由器10和端节点30与网络40相关联。如果这是终端装置30，那么其通过其序号识别并分配到协调器20中的查找表中的区、行和指(finger)，且终端装置30进入正常操作模式。如果它是网关路由器10，那么对其分配时隙，且其进入正常操作模式。

在初始化模式中，网关路由器10和端节点30可扫描通道且传输初始化消息。在与网络关联后，网关路由器10和端节点30以通过监视器重置持续的非易失性方式存储网络ID和通道编号，且因此然后将仅响应所述网络ID和紧急网络ID。

协调器20可将分离消息发送到网络40中的任一网关路由器10或端节点30，所述任一网关路由器10或端节点30然后删除网路ID且可返回到初始化模式。

网关路由器10和端节点30在网络40中的寻址可使用对于所述节点唯一的64位的长地址来执行，且因此不需要在制造时编程。协调器20和所有网关路由器10将按其长地址来寻址。为了路由，协调器20可使用地址0x0000000000000001来寻址，且计算机系统50可使用地址0x0000000000000002来寻址。

信标间隔61的长度和时隙60的编号和时序由协调器20设定。信标间隔61的长度被选择以允许网关路由器10的数目和时隙60的长度(超级帧持续时间)配合。为了避免时隙60之间的冲突，可在其间添加间隙。

协调器20可如下分配时隙60。协调器20将初始时隙60分配给自身。当网关路由器10请求与网络40的关联时，协调器20检查其亲节点的时隙60并在其后分配下一个自由时隙60。

可如下实施消息的路由。每一网关路由器10存储到其它网关路由器10的路线列表，其中下一跳地址基于已穿过其的包。如果表溢出，则将丢掉最早的路线。具有0x1或0x2的路由目的地的包将被路由到关注的节点的亲节点。如果节点是协调器20，则寻址到0x1的包将被剖析和响应，并且寻址到0x2的包将被路由到计算机设备50。首先，所述节点将包发送到0x1，所述包将穿过协调器20，且一旦这样做了，则当已更新路由表时，所有紧接的步骤是已知的。具有未知目的地的任何包将被丢掉。

如果网关路由器10需要改变其亲代，则其将立即停止广播信标。其然后将延迟1s以允许所有其子代网关路由器10停止信标，且然后扫描新的亲节点。网关路由器10一失去来自其亲代的信标，则在这个网关路由器10上的所有子网关路由器10将遵循相同逻辑。因此如果网关路由器10抬高网络需求以改变其亲代，则在其下的整个网络将停止工作一段周期。

网络上的包可具有以下其结构。

根据IEEE 802.15.4技术标准设定MAC和安全包标头。

版式标头呈图8中展示的形式，且放置于包中，作为用于信标有效负载或数据有效负载的来自MAC层的任何消息的前三个字节。

如果包并非信标有效负载的部分，则将包括路由标头。路由标头呈图9中展示的形式，且包括如下资料。使用长度来允许每MAC包使用多于一个路由包。长度是有效负载中的所有字节。源是包的源。目的地是将包路由到的地方。每次跳跃应增加跳跃计数。TTL是每次跳跃减少的使用期限。如果这变成零，则装置将作出响应，指示TTL期满。第一跳槽和LQI由路由包的第一装置填入。发送装置将第一跳跃设定到0xFF以指示其需要在接收到包后加以填入。

数据标头呈图10中展示的形式。数据包可放置于装置包内部(装置标头)，或直接放置在广播中。

完全信标帧结构展示于图11中，其中可多次重复数据段。

完全数据帧结构展示于图12中，其中可多次重复数据段。

消息是如上阐述的数据包的部分。

协调器20基于从节点接收的最后消息维持路由表。路由表限于在最后11秒中接收的节点，因为所有网关路由器10至少每隔5秒将消息传输到协调器20，且来自终端装置30的所有消息应在1秒中得到响应。

网关路由器10基于从作为子节点的与其相关联的节点接收的最后消息维持路由表。这路由表限于在最后11秒中接收的节点，所述节点将包括任何子网关路由器10，且来自终端装置30的所有消息应在1秒中得到响应。

终端装置30不维持路由表，因为其不路由消息。通过协调器20最后接收信标消息所来自的亲节点将所有消息寻址到所述协调器。

通过非限制性实例，传感器单元31可感测可旋转元件的旋转位置。在那情况中，终端装置30可产生指示感测的旋转位置的消息。

终端装置30可安装于可旋转元件上。在那情况中，所述传感器单元31可包括朝向传感器，其进行取决于传感器单元的朝向的测量。此类测量允许所述可旋转元件的旋转位置的简单且可靠检测。图13展示安装于可旋转地安装于托架61上的元件60上的终端装置30的实例，但这是非限制性的，并且传感器单元31可安装于广泛范围类型的可旋转元件5上。

在传感器单元31包括进行取决于终端装置30的朝向的测量的朝向传感器18的情况下，一般来说，朝向传感器18可为适合于那种用途的任一类型的传感器，但可优选地是诸如MEMS传感器的低功率传感器，其可例如补配置为倾斜仪、加速度计、磁力计或陀螺仪。可使用的替代类型的传感器的实例包括：倾斜球传感器；红外线；激光；光学、数字成像、声学；电容性；磁性、天线极化或霍尔效应(Hall Effect)传感器。传感器单元31可进一步包括处理器52，其处理从朝向传感器供应的测量结果以导出表示可旋转元件的旋转位置的旋转位置信号，例如，通过表示跨移动范围的旋转位置的绝对值或简单地表示可旋转元件5的旋转位置是多个状态中的一个。可如在进行参考的国际专利申请第PCT/2017/052494号中更详细描述地布置传感器单元31。

传感器单元31可感测的可旋转元件的非限制性实例包括：

·开口、柄、轮或防水门，其用来提供在船舶周围的舱室的海上完整性，以便监控其位置和状况以证实船舶是安全的；

·在海上应用或任一其它工程设计应用中的轮阀；

·在位置和如压力、流量和温度的其它方面的监控可为关键的应用中的阀或加压线路(例如，液压、气动)；

·铰链、闸道、门、百叶窗和/或托架，可需要关于其朝向或状态的回馈以用于完整性或安全监控；

·升降机，其用来处置可在其顶部轨道与底部轨道之间可变得不对准的管；

·指板闩锁总成中的闩锁；

·爪，其用来在管处置期间夹紧或紧固管状物，以确保已知位置(打开/闭合状态)，和监控诸如应变、振动和温度的其它特性；

·夹钳，其用来紧固大、重装备件(诸如，防爆器、滑行器、卡车、移动车或泵)；

·夹紧箍，其用来保持绞车或顶部驱动机中的管状物；

·吊车或吊车臂，其提供关于朝向的回馈和监控安全操作和/或设计参数内的操作，例如，提升在公海中的负载；

·窗口托架和/或门，其提供关于货物的安全和完整性的数据；

·绞车、冠状部、顶部驱动机或滑车，其用来在钻孔时将负载和扭矩施加到管状物，以便监控其状况和位置、振动、震荡、磨损和温度；

·皮带、吊索或托架，其用来提升负载或紧固物体，以监控其朝向、振动或震荡，并且在不安全操作、危险状况、过度摇摆、皮带的磨破或负载超过指定规模的情况中提供警报或回馈，例如，监控装置的集成以在提升或紧固负载时监控皮带的朝向；

·测力计或应变仪；

·船体监控、裂缝检测、腐蚀监控；

·千斤顶、机架、轨道、转子、轴承或密封件。

其他变化是可能的。终端装置30可包括可通常为任一类型的传感器的另一传感器，所述传感器用来监控待与可旋转元件的旋转位置并行监控的其另一特性。替代地，终端装置30可包括感测不同于旋转位置的任一参数的传感器单元31，或可为不包括传感器单元31的装置类型。

如先前提到，终端装置30包括电源37，所述电源可为电池，或更通常地，可提供能够将电力提供到传感器单元31的所属领域中已知任一类型的独立电源。举例来说，电源可包括电池、太阳能电池、燃料电池、超级电容器或电容器。电源可任选地包括能量收获装置，所述能量收获装置被配置成收获来自周围(诸如，终端装置30安装于其上的总成)或来自电磁源的能量。举例来说，电源37可被配置成收获来自终端装置30安装于其上的可旋转元件的运动、冲击或振动的能量。电源37可与终端装置30成整体地提供，或可去除式地附接到终端装置30。

在电源37是电池的实例中，优选地，电池具有长寿命特性。电池理想地在格式上是紧凑的以配合于终端装置30内。任选地，电池可为锂亚硫酰氯电池，所述电池已被选择和配置成使装备的使用期限持续下去。

Claims (16)

1.一种无线网络，其包括包含多个路由器和多个终端装置的多个节点，所述节点各包括用于无线通信的无线接口，所述网络的所述节点被布置成根据网络协议通信，根据所述协议：

所述路由器在周期性信标间隔内的相应时隙中传输信标，被动扫描消息，且响应于接收到消息，传输对所述接收的消息的确认；且

当终端装置具有待传输的消息时，所述终端装置(a)被动扫描从任一路由器传输的信标；和(b)响应于接收到信标，传输所述消息，且被动扫描确认，如果未接收到确认，则所述终端装置重复步骤(a)和(b)。

2.根据权利要求1所述的无线网络，其中，根据所述网络协议，所述路由器在自身的信标的所述相应时隙中被动扫描消息，并且所述终端装置在所述接收的信标的所述时隙中传输所述消息。

3.根据权利要求2所述的无线网络，其中，根据所述网络协议，所述路由器在自身的信标的所述时隙中传输对所述接收的消息的确认，并且所述终端装置在所述接收的信标的所述时隙中被动扫描确认。

4.根据前述权利要求中任一项所述的无线网络，其中所述路由器包括协调器和多个网关路由器，其中，根据所述网络协议，所述网关路由器将其接收的消息传输到所述协调器。

5.根据权利要求4所述的无线网络，其中，根据所述网络协议：

所述协调器在初始时隙中传输信标；

每一网关路由器被动扫描从另一路由器传输的信标，且响应于按照此前预定的周期接收到信标，仅在其相应时隙中传输信标。

6.根据权利要求5所述的无线网络，其中，根据所述网络协议，响应于确定需要无线静默，所述协调器被布置成不在所述初始时隙中传输信标，从而使所述网关路由器也不传输信标。

7.根据权利要求4所述的无线网络，其中，根据所述网络协议，所述路由器具有树形通信拓扑，所述树形通信拓扑包括各与所述协调器相关联的第一层网关路由器，和任选地，各与下层的网关路由器相关联的一个或多个其他层的网关路由器。

8.根据权利要求7所述的无线网络，其中，根据所述网络协议，所述网关路由器将其接收的消息传输到其与其相关联的所述路由器。

9.根据权利要求7所述的无线网络，其中，根据所述网络协议，当网关路由器具有待传输的消息时，所述网关路由器响应于从与其相关联的所述路由器接收到信标，在所述接收的信标的所述时隙中传输所述消息，且被动扫描确认，如果未接收到确认，则所述网关路由器重复进行所述传输。

10.根据权利要求7所述的无线网络，其中每一网关路由器被动扫描从其与其相关联的所述路由器传输的信标，且响应于在这之前的预定周期内从与其相关联的所述路由器接收到信标，仅在其相应时隙中传输信标。

11.根据权利要求1所述的无线网络，其中，响应于确定需要无线静默，所述路由器被布置成不传输信标。

12.根据权利要求1所述的无线网络，其中所述终端装置不被动扫描信标，除了当其具有待传输的消息时，和任选地，除了用于接收下游消息的预定时间时。

13.根据权利要求1所述的无线网络，其中所述终端装置各包括用于感测相应可旋转元件的旋转位置的传感器单元，且被布置成产生指示所述感测的旋转位置的消息。

14.根据权利要求13所述的无线网络，其中所述终端装置各自安装于所述相应可旋转元件上。

15.一种在无线网络的节点之间的通信方法，所述节点包括多个路由器和多个终端装置，所述节点各包括用于无线通信的无线接口，所述方法包括：

所述路由器在周期性信标间隔内的相应时隙中传输信标，被动扫描消息，且响应于接收到消息，传输对所述消息的确认；且

当终端装置具有待传输的消息时，所述终端装置(a)被动扫描从任一路由器传输的信标；和(b)响应于接收到信标，传输所述消息，且被动扫描确认，如果未接收到确认，则所述终端装置重复步骤(a)和(b)。

16.一种用作无线网络中的节点的终端装置，所述无线网络进一步包括多个路由器，所述终端装置包括用于与所述路由器无线通信的无线接口，其中所述终端装置被布置成当其具有待传输的消息时，(a)在周期性信标间隔内的相应时隙中被动扫描从任一路由器传输的信标；和(b)响应于接收到信标，传输所述消息，且被动扫描确认，如果未接收到确认，则所述终端装置被布置成重复步骤(a)和(b)。

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