CN102026424A

CN102026424A - 无线通信设备和方法、及包括此设备的***

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Publication number: CN102026424A
Application number: CN2010102833331A
Authority: CN
Inventors: 尼古拉斯·科查德; 吉勒斯·索内特; 奥利维尔·库特鲁
Original assignee: Schneider Electric SE
Current assignee: Schneider Electric SE; Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2030-09-14
Also published as: AU2010219432B2; EP2296405A1; US20110066750A1; CN102026424B; AU2010219432A1; FR2950217A1; FR2950217B1; US8504639B2

Abstract

用于无线通信网络的网关通信设备从低功率发送器(1)接收消息并且与网络(5)通信。在包括多个用于低功率发送器(1)的网关设备的***中，定义主网关设备。主网关设备的定义基于位于由所述低功率发送器(1)发送的消息的所述接收区(A)中的网关设备的接收质量指示符(RQI)。具有最高接收质量指示符(RQI)的网关设备被选择为所述主网关设备(6M)。通信方法也以相同的方式定义主网关设备。然后主网关设备选择备用网关设备(6B)以存储链路表并且在一些情况下发挥主设备的作用。

Description

无线通信设备和方法、及包括此设备的***

技术领域

本发明涉及一种用于无线通信网络的网关通信设备，包括：

-用于接收由低功率发送器发送的通信消息的部件，

-用于发送和接收来自通信网络的消息的部件，和

-用于处理通信消息的部件。

本发明也涉及用于无线通信网络的通信***，包括：

-至少一个通信网络，

-至少一个低功率发送器设备，用于经由所述通信网络向接收设备发送消息，和

-至少两个网关通信设备，能够从所述低功率发送器设备接收消息并且在该通信网络上通信所述消息。

本发明还涉及用于无线通信网络的通信方法，该无线通信网络包括：至少一个低功率发送器设备；和至少两个网关通信设备，能够从所述低功率发送器设备接收消息并且在该通信网络上发送和接收消息。

背景技术

在现有通信网络中(诸如在图1中表示的一个现有通信网络)，低功率无线通信设备1发送针对目标接收设备2的消息。低功率发送器的短范围一般无法使得能够直接达到目标。为了实现在发送器和接收器之间的链路，网关设备3能够在有限接收区4中接收低功率消息以及以较高的发送功率在无线网络5上通信。

作为一般规则，低功率发送器是自供电设备，对电子设备的远程控制尤其如此。它们中的一些无需电池来工作并且在每次外部动作中产生它们自己的电源。网关设备和网络能够具有在专利申请EP 1850203中描述的类型，特别是使用根据称为“ZigBee”(源自“Zigbee联盟”协会)技术的网格网络。

在最新技术的通信网络中，低功率发送器在缩减的接收区中进行发送并且若干网关设备接管以发送或路由该消息到目标或接收设备。接收器因此有可能接收若干次相同的消息。尽管该消息的序列号使得该目标仅处理消息一次，但是此类***可能在网络中产生较大增长的流量。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于无线通信网络的网关设备以及包括此类设备的***，以及一种用于无线通信网络的通信方法。

根据本发明的用于无线通信网络的网关通信设备包括：

-用于接收由低功率发送器发送的通信消息的部件，

-用于在通信网络发送和接收消息的部件，和

-用于处理通信消息的部件，

包括

-用于确定与从低功率发送器接收的每个消息相关联的接收质量指示符的部件，

-用于存储所述接收质量指示符的部件，

-用于接收由接收区的其他网关设备发送的通知消息并且将发送器网关设备标识符、关联的接收质量指示符和所述消息的序列号包括在它们的帧中的部件，和

-用于基于位于由所述低功率发送器发送的消息的所述接收区中的该网关设备的接收质量指示符来定义主网关设备的部件，具有最高接收质量指示符的网关设备被选择为所述主网关设备。

有利地，该通信设备包括：

-作为关于低功率发送器设备的主网关设备用于存储的部件以及用于在网络上优先执行来自所述低功率发送器的消息的发送的部件，

-用于存储位于所述接收区的网关设备的标识符的部件，和

-确认部件，用于向所述接收区的其他网关设备发送该消息已经发送到所述接收设备的确认。

在优选的实施例中，该通信设备包括：

-用于基于位于由所述低功率发送器发送的消息的接收区中的网关设备的接收质量指示符来定义备用网关设备的部件，在所述主网关设备之后具有最高接收质量指示符的网关设备被选择为所述备用网关设备，以及

-存储部件，用于存储在所述主网关设备存储的、位于所述接收区的网关设备的标识符的副本。

在根据本发明的用于无线通信网络的通信***中，包括：

-至少一个通信网络，

-至少两个网关通信设备，能够从所述低功率发送器设备接收消息并且在该通信网络上通信所述消息，

至少两个网关通信设备是如上定义的通信设备，至少一个第一所述网关设备被定义为作为用于至少一个低功率发送器设备的主网关设备。

优选地，在通信***中，至少一个第二所述网关设备被定义作为与所述低功率发送器设备关联的主网关设备的备用网关设备，所述备用网关设备包括所述主网关设备的链路表的副本。

一种根据本发明的用于无线通信网络的通信方法，该通信网络包括：至少一个低功率发送器设备；和至少两个网关通信设备，能够从所述低功率发送器设备接收消息并且发送和接收来自通信网络的消息，该方法包括：

-由低功率发送器设备发送针对至少一个目标接收设备的消息，

-通过至少两个网关设备接收所述消息，

-通过在接收来自所述低功率发送器设备的消息的网关设备中选择具有最高接收质量指示符的网关设备来定义所述低功率发送器设备的主网关设备。

有利地，通信方法包括：当前一主网关设备发生故障时、当前一主网关设备不再具有最佳接收质量指标时或当低功率发送器设备移动时的初始化中进行的新的主网关设备的定义。

在优选的实施例中，通信方法包括备用网关设备的定义，备用网关设备用于存储在所述主网关设备、所述接收设备和低功率发送器设备之间的关联数据。

优选地，备用网关设备的定义包括将主网关设备的关联数据复制到所述备用网关设备的表中。

有利地，通信方法包括在所述主网关设备的故障情况下由备用网关设备发送针对接收设备的消息。

所述通信方法包括冗余处理，其中包括：

-通过主网关设备在其接收区接收由低功率发送器设备发送的第一低功率消息，

-通过所述接收区的网关设备接收所述第一低功率消息，

-由接收区的所述网关设备向所述主网关设备通知所述第一消息，以及

-所述主设备关于发送第一消息到接收设备进行确认。

在优选实施例中，通信方法包括移动性处理，移动性处理包括：

-移动低功率发送器设备，

-在第二接收区接收由所述低功率发送器设备发送的第二消息，

-在接收第二消息的所述第二区的网关设备中定义新的主网关设备，

-向通信网络宣告新的主设备，

-识别先前的主设备，

-由新的主设备重新获得数据，

-发送消息到接收设备，以及

-由新的主网关设备提名新的备用网关设备。

附图说明

通过在附图中表示的本发明的具体实施例的以下描述(仅给出用于非限制性示例的目的)，本发明的其它优点和特征将变得更加清晰明了，其中：

图1表示公知通信网络的图，

图2表示根据本发明的实施例的通信网络的图，

图3表示根据本发明的实施例的网关设备的框图，

图4表示根据本发明的实施例的方法的主网关设备的操作的第一流程图，

图5表示根据本发明的实施例的方法的备用网关设备的操作的第二流程图，

图6表示根据本发明的实施例的方法的接收区的网关设备的操作的第三流程图，

图7表示根据本发明的实施例的方法的主网关设备的定义的流程图，

图8表示根据本发明的实施例的方法的备用网关设备的定义的流程图，

图9表示根据本发明的实施例的方法的低功率发送器设备的移动的处理的流程图，和

图10A到10F说明根据本发明的实施例的方法的低功率发送器设备的移动的处理。

具体实施方式

在图2中示出一种根据本发明的实施例的用于无线通信网络的通信***。该***包括用于向接收设备2发送消息的至少一个低功率发送器设备1和至少两个网关通信设备6、6A、6M、6B。能够从所述低功率发送器设备1接收消息的设备6经由所述无线通信网络5在通信网络上通信所述消息。在网关通信设备中，第一设备6M被定义为关于该低功率发送器设备的主网关设备而第二设备6B被定义为备用网关设备。为了替换与所述低功率发送器设备关联的主网关设备，该备用网关设备包含该主网关设备的链路表的副本。有利地，限制于该备用网关设备的副本使得每个网关设备的存储器尺寸受到限制。

接收区的网关设备6、6A、6M、6B接收来自低功率发送器设备1的消息。然后它们彼此通信以确定具有最佳接收质量的主网关设备6M。该主设备6M将优先地在网络5上与目标接收设备2通信(图2中的链路7)。主设备提名具有第二最佳接收质量的备用网关设备6B。在主设备不可用或故障的情况下，备用设备6B替换主设备以通信消息到接收设备。在主设备和备用设备不发送消息的情况下，接收区的其他网关设备6A定义新的主网关设备以发送消息到该目标。能够在前一主设备不再具有最佳接收质量时或在该低功率发送器移动时触发该定义新的主网关设备的方法。

此类操作也使得接收区的任何一个设备来接收该低功率消息并且将其发送到主设备。没有直接接收信号的主设备然后将发送该消息至该目标。这种可能性使得***的可靠性被显著地增强而不增加太多流量。

为了识别最佳接收质量，每个网关设备具有接收质量指示符RQI，它和接收的每个消息和/或所述低功率消息的序列号SqN以及和设备地址或标识符相关联。该指示符连同用于定义该主网关设备的序列号和标识符被存储和发送到接收区的其他网关设备。在该交换过程中，接收区的网关设备拥有一种具有有关网关设备的地址或标识符以及它们的接收质量指示符RQI的表。具有最高接收质量指示符RQI的网关设备被定义为主设备。如果各设备具有相同的最高RQI，则能够使用诸如它们的地址值(最高或最低)的另外的附加条件。

图3示出根据本发明的实施例的网关设备6的框图。用于无线通信网络的网关通信设备包括由低功率发送器1发送的通信消息的接收模块10、用于与通信网络5通信的消息发送和接收模块11，以及具有帧的通信消息的处理电路12，该帧包括至少一个发送器设备标识符、消息序列号和数据。

此类网关设备还包括用于确定与从低功率发送器接收的每个消息关联的接收质量指示符RQI的模块13和用于存储该接收质量指示符的存储模块14。处理电路12处理由其他网关设备发送的通知消息的接收。该消息在它们的帧中包括发送器网关设备标识符14A、关联的接收质量指示符(RQI)14I，所述消息的序列号(SqN)14S和低功率发送器标识符。电路12将该数据存储在存储模块14的表14T中。处理电路12基于位于由该低功率发送器发送的消息的接收区A中的该网关设备的接收质量指示符来处理主网关设备的定义。具有最高接收质量指示符的网关设备因此被选择为主网关设备。

在图3中，该网关设备包括用于处理序列号SqN的模块15、用于处理标识符的模块16和用于处理在从低功率发送器接收的消息中存在的数据的模块17。

主网关设备在它的存储模块14中具有将其识别为关于低功率发送器设备的主网关设备的数据。它的处理电路12优先于其他设备来优先处理来自所述低功率发送器的消息在网络上的发送。该主网关设备6M的存储模块14还存储位于所述接收区的其他网关设备的标识符。该处理电路因此包括确认功能以向接收区的其他网关设备发送该消息已经发送到所述接收设备2的指示。

根据本发明一个实施例的通信设备也被定义为备用网关设备。备用网关设备的定义也基于位于由所述低功率发送器发送的消息的接收区中的网关设备的接收质量指标RQI。因此，在所述主网关设备6M之后具有最高接收质量指示符的网关设备被选择为所述备用网关设备6B。存储模块14存储在所述主网关设备存储的、位于所述接收区的网关设备的标识符的副本，并且也存储关于该低功率发送器的链路表的副本。备用网关设备的处理电路也包括确认功能以便在所述主网关设备不可用的情况下向接收区的其他网关设备发送该消息已经发送到所述接收设备的指示。

网关设备优选地包括单个无线收发器18以接收来自低功率发送器1的消息和与网络5双向通信。

根据本发明的一个实施例的通信方法设计用于无线通信网络，该网络包括：至少一个低功率发送器设备；和至少两个网关通信设备，能够从低功率发送器设备接收消息并且对于消息的发送和接收与网络通信。在该方法中以下步骤存在于几个操作阶段：

-由低功率发送器设备1发送针对至少一个目标接收设备2的消息，

-由至少两个网关通信设备6、6A、6B、6M接收所述消息，以及

-定义关于所述低功率发送器设备的主网关设备6M。

主网关设备的选择是基于接收质量指示符RQI。在接收来自所述低功率设备的消息的网关设备中具有最高接收质量指示符的设备因此变为主网关设备。

图4表示主网关设备的操作的第一流程图。在步骤20，低功率发送器设备在有限的接收区中发送消息。在步骤21，主网关设备直接地和/或经由另外的网关设备从低功率发送器接收由序列号和识别号码标识的消息。步骤22执行信息处理的检查，检查该消息是否已经被主网关设备处理。如果消息没有被处理，则主设备在步骤23中处理该消息，将其发送到接收器并且向接收区的其他设备(它们的地址或标识符存储在主设备中)通知确认。作为直接或经由区中的其他设备接收消息的设备，根据步骤24和25中的不同接收质量指示符能够触发新的主网关设备的重新选拔。该选拔不是在每个消息中***强制的而是能够由诸如主设备或备用设备的故障的特定事件驱动，或是定时触发的。然后在步骤26中等待新消息。

图5中的第二流程图表示备用网关设备的操作。在步骤30，备用网关设备从低功率发送器接收新消息。然后在步骤31中它向关联的主设备通知该消息。步骤32检查必须由主设备发送的确认的接收。如果没有接收确认，则在步骤33中备用网关设备向接收器发送该消息并且在步骤34中触发新的主网关设备的选拔。如果不这样，则在步骤35中等待新消息。

根据图6所示的流程图低功率发送器的接收区的其他设备以接收冗余方式操作。通过接收区的网关设备的低功率消息的接收在步骤36中执行。在此时间期间，主网关设备也在步骤21中接收该消息。在步骤37中，由接收区的网关设备向关联的主网关设备通知该消息。然后在步骤38，接收区的网关设备接收所述主设备的发送消息到接收设备2的确认。然后在步骤39中等待新消息。

图7表示在根据本发明的实施例的方法中主网关设备的定义的流程图。当前一主网关设备发生故障时、当前一主网关设备不再具有最佳接收质量指标和/或当低功率发送器设备移动时，新的主网关设备的定义能够在初始化中自动执行。

在步骤40，由低功率发送器发送针对至少一个目标设备的消息。在步骤41中至少两个网关设备接收该低功率消息。然后通过在从所述低功率发送器设备接收该消息的网关设备中选择具有最高接收质量指示符的网关设备来执行关于所述低功率发送器设备的主网关设备的定义。在步骤42中，检查前一主设备的存在。步骤43通过存储接收区设备的标识符和对于通过其序列号标识的给定消息的它们的关联接收质量指示符来使能主设备选拔列表被建立。步骤44检查主设备的选拔。如果接收该信号的设备不是新的主设备，则它在步骤45中等待经由网络上发送的通知发出的新主设备的宣告。如果接收该消息信号的设备被定义为新的主设备，则在步骤46中它经由网络将此向区中的其他设备通告。然后，在步骤47，新的主网关设备提名新的备用网关设备。备用网关设备的提名是基于位于由该低功率发送器发送的消息的接收区中的网关设备的接收质量指标的。在所述主网关设备之后具有最高接收质量指示符的网关设备由此被选择为所述备用网关设备。

图8表示根据本发明的实施例的方法的备用网关设备的提名的流程图。备用网关设备的提名被调度来存储在主网关设备、接收设备和低功率发送器设备之间的关联数据。在步骤50中由主网关设备执行备用网关设备的提名。

在步骤51中执行将主网关设备关联数据复制到所述备用网关设备的表中。因此，在步骤52中备用网关设备从低功率发送器接收消息。在步骤53中，它将该消息的接收通知主设备。步骤54检查必须来自主设备的确认的接收。如果没有接收确认，在步骤55中执行新的主网关设备的定义。在这种情况下，备用网关设备在所述主网关设备的故障情况下进行处理来向接收设备发送该消息。如果接收该确认，则等待新的低功率消息。

图9表示根据本发明的实施例的方法的处理低功率发送器设备的移动的流程图。对于移动性处理，步骤60指示低功率发送器设备从第一区A1到第二接收区A2的移动。在步骤61，由所述低功率发送器设备发送的另一消息在第二接收区出现。然后，在步骤62中执行在接收该消息的第二区的网关设备中新的主网关设备的定义。在步骤63，在通信网络上通告新的主网关设备。在步骤64中识别先前的主设备，这允许新的主设备在步骤65中重新获得数据。在步骤66中消息被发送到接收设备。在步骤67中由新的主网关设备执行新的备用网关设备的提名。此种方法使得低功率发送器能够移动而不必执行新的参数设置。即使接收区的改变彼此甚远，适配仍是自动的。

图10A到10F说明根据本发明的实施例的方法的低功率发送器设备的移动的处理。在图10A，低功率发送器位于第一区A1。第一主网关设备6M1被定义且它的备用设备6B1被提名。区A1的另一网关设备6A1将消息通知主设备6M1，主设备6M1发送消息至接收设备2。在图10B，低功率发送器移动到第二区A2，在其中先前的网关设备不能够再接收。图10C示出能够接收低功率发送器1发送的消息的新设备。触发该定义新的主设备6M2、提名新的备用设备6B2和新区冗余设备6A2的方法。在图10D，新的主网关设备6M2从前一主设备经由网络重新获得数据。该数据能够有利地经过网格网络的几个节点9，并且也能够由前一备用设备6B1提供。在图10E，通过网络上的通知将先前的网关设备解除激活。在图10F，新***工作在新的区A2，来自低功率发送器的多数消息经由主网关设备6M2发送到目标接收设备。

自供电的低功率发送器设备发送短消息。这些消息优选地发送多次以增加接收的概率。在消息接收期间，序列号不会改变。

上述的网关通信设备能够采用各种形式，尤其是简单网关或在其他设备的位置处执行某些通信功能的、通常由术语“代理”称呼的设备。

Claims

1.一种用于无线通信网络的网关通信设备，包括：

-用于接收由低功率发送器(1)发送的通信消息的部件(10)，

-用于发送和接收来自通信网络(5)的消息的部件(11，18)，和

-用于处理通信消息的部件(12)，

其特征在于它包括：

-用于确定与从低功率发送器接收的每个消息相关联的接收质量指示符(RQI)的部件(13)，

-用于存储所述接收质量指示符的部件(14，14A)，

-用于接收由接收区(A)的其他网关设备(6，6A，6B)发送的通知消息并且将发送器网关设备标识符、关联的接收质量指示符(RQI)和所述消息的序列号(SqN)包括在它们的帧中的部件(11，12，21，31，37，53)，和

-用于基于位于由所述低功率发送器(1)发送的消息的所述接收区(A)中的网关设备的接收质量指示符(RQI)来定义主网关设备的部件(12，14，25，34，43，44，62)，具有最高接收质量指示符(RQI)的网关设备被选择为所述主网关设备。

2.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于它包括：

-作为关于低功率发送器设备(1)的主网关设备用于存储的部件(14，14M)以及用于在网络上优先执行来自所述低功率发送器的消息的发送的部件(11，18)，

-用于存储位于所述接收区(A)的网关设备(6A，6b，6M)的标识符的部件(14，14A)，和

-确认部件(12，23，32，38)，用于向所述接收区的其他网关设备发送该消息已经发送到所述接收设备的确认。

3.根据权利要求1或2之一所述的通信设备，其特征在于它包括：

-用于基于位于由所述低功率发送器(1)发送的消息的接收区中的网关设备的接收质量指示符(RQI)来定义备用网关设备(6B)的部件，在所述主网关设备(6M)之后具有最高接收质量指示符的网关设备被选择为所述备用网关设备(6B)，以及

-存储部件(14，14B)，用于存储在所述主网关设备(6M)中存储的、位于所述接收区(A)的网关设备的标识符的副本。

4.一种用于无线通信网络的通信***，包括：

-至少一个通信网络(5)，

-至少一个低功率发送器设备(1)，用于经由所述通信网络(5)向接收设备(2)发送消息，和

-至少两个网关通信设备(6，6M，6B)，能够从所述低功率发送器设备(1)接收消息并且在该通信网络(5)上通信所述消息，

其特征在于，至少两个网关通信设备是如权利要求1到3所述的通信设备，至少一个第一所述网关设备被定义作为用于至少一个低功率发送器设备(1)的主网关设备(6M)。

5.根据权利要求4所述的通信***，其特征在于至少一个第二所述网关设备被定义作为与所述低功率发送器设备(1)关联的主网关设备(6M)的备用网关设备(6B)，所述备用网关设备包括所述主网关设备的链路表(14)的副本。

6.一种用于无线通信网络的通信方法，该通信网络包括：至少一个低功率发送器设备(1)；和至少两个网关通信设备(6，6A，6B，6M)，能够从所述低功率发送器设备接收消息并且发送和接收来自通信网络的消息，其特征在于该方法包括：

-由低功率发送器设备(1)发送(20)针对至少一个目标接收设备(2)的消息，

-通过至少两个网关设备接收(21)所述消息，

-通过在接收来自所述低功率发送器设备的消息的网关设备中选择具有最高接收质量指示符(RQI)的网关设备来定义(25，34，43，44，62)所述低功率发送器设备的主网关设备。

7.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于它包括：当前一主网关设备发生故障时、当前一主网关设备不再具有最佳接收质量指标时或当低功率发送器设备移动时，自动初始化中进行的新的主网关设备的定义(25，34，43，44，62)。

8.根据权利要求6或7中一个所述的通信方法，其特征在于它包括备用网关设备的定义(47，67)，备用网关设备用于存储在所述主网关设备(6M)、所述接收设备(2)和低功率发送器设备(1)之间的关联数据。

9.根据权利要求8所述的通信方法，其特征在于备用网关设备的定义包括将主网关设备(6M)的所述关联数据复制到所述备用网关设备(6B)的表中。

10.根据权利要求8或9中一个所述的通信方法，其特征在于它包括在所述主网关设备(6M)的故障情况下由备用网关设备(6B)发送(33)针对接收设备的消息。

11.根据权利要求6到10中任何一个所述的通信方法，其特征在于它包括冗余处理，冗余处理包括：

-通过主网关设备在其接收区接收(21)由低功率发送器设备发送的第一低功率消息，

-通过所述接收区的网关设备接收(30，36)所述第一低功率消息，

-由接收区的所述网关设备向所述主网关设备通知(21，31，37)所述第一消息，以及

-所述主设备确认(23，32，38)发送第一消息到接收设备。

12.根据权利要求6到11中任何一个所述的通信方法，其特征在于它包括移动性处理，移动性处理包括：

-移动(60)低功率发送器设备，

-在第二接收区接收(61)由所述低功率发送器设备发送的第二消息，

-在接收第二消息的所述第二区的网关设备中定义(62)新的主网关设备，

-向通信网络宣告(63)新的主设备，

-识别(64)先前的主设备，

-由新的主设备重新获得(65)数据，

-发送(66)消息到接收设备，以及

-由新的主网关设备提名(67)新的备用网关设备。