СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ СОТОВОЙ СЕТИ Российский патент 2010 года по МПК H04L12/26 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Это изобретение относится, в общем случае, к беспроводной связи и, более подробно, - к системе, способу и устройству для объединения сети беспроводных устройств.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Контроль и управление устройствами, расположенными удаленно от центрального местоположения, исторически обеспечили множество сложных задач. Способность обнаруживать условия в расположенной удаленно позиции или переключать управление в системе (типа включения и выключения устройства) из центрального местоположения была часто ограничена расстоянием центрально-размещенного элемента управления от устройства, которое контролируется или управляется. Например, контроль и управление устройствами в производственном окружении или электростанции может быть достигнут жестко фиксированными датчиками и контроллерами с мониторами, и контроллерами в центральной диспетчерской, которая может быть на расстоянии только в несколько сотен футов. Однако аппаратный контроль и управление устройствами в областях, в которых дистанционно расположенные датчики и контроллеры находятся в нескольких милях от центральной области управления вместо нескольких футов, становится непрактичным из-за неспособности передавать электрические сигналы управления между центральной диспетчерской и удаленно расположенным датчиком или контроллером.

Как пример, сервисные счетчики для электричества, газа и воды, расположенные в жилых домах, рассредоточенных в географической области, исторически собирают данные локально. Но собирая данные, сервисный персонал должен был физически путешествовать к каждому сервисному счетчику всюду по-географически рассеянным счетчикам для того, чтобы физически считать данные счетчиков.

Однако в последние годы были сделаны усилия для того, чтобы разработать автоматические системы считывания счетчиков для сервисных счетчиков типа электрических, газовых и водяных счетчиков, которые избегают чтения счетчиков персоналом, физически осматривающего каждый индивидуальный счетчик в географической области счетчиков. Некоторые такие системы включают в себя низковольтные радиочастотные приемопередатчики в счетчиках для того, чтобы передавать по радио системную информацию, типа данных потребления. Таким образом, область передачи по радио может быть такой, что персонал для чтения счетчика может проезжать около местоположения индивидуального счетчика, для того, чтобы собрать любые данные, сохраненные в счетчике. Как неограничивающий пример, персонал для чтения счетчиков может двигаться по улицам со счетчиками, оборудованными такими радиочастотными приемопередатчиками, которые связываются с приемопередатчиками в транспортном средстве персонала. Мобильные приемопередатчики собирают и хранят информацию потребления и другие данные, полученные от широковещательных сервисных счетчиков.

Однако проблема с этой конфигурацией состоит в том, что данные собираются от индивидуального счетчика в географической области счетчиков, когда сервисный персонал находится в диапазоне передачи индивидуальных счетчиков в каждом местоположении. Поскольку это является усовершенствованием по сравнению с необходимостью для сервисного персонала физически осмотреть и считать каждый индивидуальный счетчик, проблема этой конфигурации состоит в том, что он все еще полагается на человека для сбора данных. Установленный иначе, процесс сбора данных сохраняет по меньшей мере один ручной шаг.

Для того чтобы переместить читающий счетчик в полностью автоматизированный процесс, может быть сделано несколько подходов. Одно предложение вовлекает расположение, в котором коммуникация, например, с электрическими счетчиками, выполняется, используя линию передачи энергии, соединенную с индивидуальной резиденцией или коммерческим местом. В этом неограничивающем примере коммуникация имеет место в электрической линии, и центральное местоположение периодически опрашивает дистанционно расположенный счетчик. Однако трудности в передаче данных по той же самой линии, которая несет электричество высокого напряжения, сталкиваются со многими трудностями, делая, таким образом, это менее практическим подходом. Плюс, в этом неограничивающем примере, другие типы счетчиков, типа водяных и газовых счетчиков, не соединены с сетью вследствие того, что они являются отдельными системами. Так что это решение - ограниченное, в лучшем случае.

Дополнительные попытки включают установленные модемы и другие устройства связи в дистанционно расположенных счетчиках, которые соединяются по телефонным линиям и другие коммуникационные связи в жилом или коммерческом месте. Как неограничивающий пример, такой модем может соединяться с телефонной линией домовладельца для того, чтобы периодически сообщать данные использования и другую информацию по переключенной публично телефонной сети к модему при центральном контроле и размещении элемента управления. Однако проблема с этим предложением состоит в том, что оно вовлекает другие стороны типа телефонной компании для того, чтобы осуществить систему, и также страдает от недостатка приоритета. Например, когда домовладелец использует телефонную линию, модем в счетчике не может использовать линию. Требование сервисных потребителей - обеспечивать вторые телефонные линии для связи счетчика - невыполнимо и все еще страдает от того факта, что требуется уверенность относительно других сторон.

Различные типы беспроводных предложений были выделены как решения этой проблемы. Одно такое предложение вовлекает обеспечение каждого сервисного счетчика возможностью беспроводной коммуникации с другими сервисными счетчиками в пределах предопределенного диапазона связи. Однако эти беспроводные предложения связи страдают от нескольких недостатков и неспособностей. Например, в то время как несколько счетчиков могут связаться друг с другом из-за относительной близости их соответствующих местоположений, вернув данные к центральному устройству управления, и размещение элемента управления оказывается еще одним препятствием. Решения включают в себя расположение портала или другого типа устройства сбора данных около каждого индивидуального счетчика и передачи данных назад к центральному устройству контроля и размещению элемента управления. Это ограничение предварительно подразумевает, что устройство сбора данных должно быть расположено в коротком диапазоне коммуникаций каждого беспроводного приемопередатчика, или что отдельные повторители должны использоваться для того, чтобы повторять данные от дистанционно расположенных счетчиков до портала так, чтобы каждый счетчик смог сообщить свои данные по цепочке к центральному местоположению.

Этим типам решений также досаждают проблемы связи, включая критические узкие места и разрывы в цепочках. Батарея и память делают отображение некоторых дистанционно расположенных счетчиков недоступными, приводя, таким образом, к системе, где все счетчики в данной географической области не могут быть включены в сеть коммуникации.

Следовательно, неспособность к соединению в сеть различных географически распределенных счетчиков в интегрированную систему, в которой данные могут быть контролируемы и также управляться из центрального местоположения, заставляет некоторые из второстепенных решений, обсужденных выше, быть осуществленными, типа требования к считывающим счетчики персоналу двигаться через области, где счетчики оборудованы ограниченными возможностями передачи радио. Кроме того, препятствующие затраты, связанные с установкой большого числа порталов и/или повторителей в области так, чтобы каждый индивидуальный сервисный счетчик мог бы быть связан в сеть, загнали в угол развитие беспроводной сети автоматического считывания счетчиков.

В результате, существует оставленная ранее без внимания потребность в том, чтобы преодолеть неточности и недостатки, описанные выше.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Многие аспекты изобретения будут лучше поняты со ссылкой к следующим чертежам. Компоненты в чертежах не должны обязательно масштабироваться, акцентируя вместо этого внимание на принципах, которые дают ясное проиллюстрированное понимание данного изобретения. Кроме того, в чертежах одинаковыми позициями указаны соответствующие части.

Фиг.1 является диаграммой сотовой сети с узлом доступа и множеством радиоузлов.

Фиг.2 является диаграммой сотовой сети Фиг.1 с двунаправленными связями для всех показанных радиоузлов.

Фиг.3 является диаграммой сотовой сети Фиг.1 с единственным радиоузлом на уровне 3, подробно раскрытым для того, чтобы проиллюстрировать процесс выбора повторителя, осуществленного с помощью радиоузлов.

Фиг.4 является диаграммой блок-схемы процесса, в котором радиоузлы Фиг.1 осуществляют для того, чтобы выбрать повторитель для поддержки коммуникации с узлом доступа Фиг.1.

Фиг.5A и 5B включают в себя диаграмму блок-схемы процесса регистрации, осуществленного радиоузлом Фиг.1.

Фиг.6A-6E является диаграммой сотовой сети подобно сети Фиг.1 со всеми радиоузлами в незарегистрированном состоянии.

Фиг.7 является диаграммой двух сотовых сетей (оба - подобных ячеистой сети Фиг.1), в котором выбранные радиоузлы могут регистрироваться в любой сотовой сети.

Фиг.8 является диаграммой сотовой сети Фиг.7, показывающей динамическую реконфигурацию сетей.

Фиг.9 является диаграммой сотовой сети Фиг.7 с радиоузлами, динамически откорректированными и сбалансированными загрузкой.

Фиг.10 является диаграммой, представляющей распределение слотов времени для связи между узлом доступа и различными радиоузлами сотовой сети Фиг.1.

Фиг.11 является диаграммой сотовой сети, подобной ячеистой сети Фиг.1, иллюстрирующей консолидацию сообщения.

Фиг.12 является диаграммой блок-схемы процесса консолидации сообщения, как показано на Фиг.11.

Фиг.13 является диаграммой процесса для того, чтобы объединять исходящие сообщения, также показанные на Фиг.11.

Фиг.14A и 14B включают в себя диаграммы блок-схемы выполнения шагов радиоузлов для того, чтобы сообщить сигнальные состояния к узлу доступа Фиг.1.

Фиг.15 является диаграммой ячеистой сети, подобной сотовой сети Фиг.1, иллюстрирующей процесс сообщения тревоги фиг.14A и 14B.

Фиг.16A и 16B включают в себя диаграммы блок-схемы процесса для того, чтобы сделать широковещательную радиопередачу всюду по сотовой сети Фиг.1.

Фиг.17 является диаграммой сотовой сети, которая является альтернативным вариантом воплощения сотовой сети Фиг.1.

Фиг.18 является диаграммой множества сотовых сетей, подобных сотовой сети Фиг.1, присоединенных к серверному компьютеру через широкую конечную сеть.

Фиг.19 является диаграммой примерного радиоузла, как показано и описано в этом описании.

Фиг.20 является неограничивающей примерной диаграммой узла доступа, как показано и описано в этом описании.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В дополнение к чертежам, описанным выше, это описание раскрывает один или более вариантов осуществления изобретения, как проиллюстрировано в вышеупомянутых чертежах. Однако нет никакого намерения ограничивать это описание единственным вариантом воплощения или вариантами воплощения изобретения, которые раскрыты в настоящем описании. Напротив, намерение состоит в том, чтобы охватить все альтернативы, модификации и эквиваленты, включенные в объем и возможности этого изобретения и как это определено в соответствии с приложенной формулой изобретения.

Система для узла доступа, соединенного с компьютером по беспроводному соединению с множеством неравномерно расположенных радиоузлов, каждый из которых соединен со счетчиком, или предоставлен другой датчик. Радиоузлы в диапазоне коммуникации узла доступа ориентируют на первый логический уровень для того, чтобы непосредственно связываться с узлом доступа. Дополнительные радиоузлы вне диапазона коммуникации узла доступа косвенно связываются с узлом доступа, обнаруживая коммуникацию от радиоузлов на более низких логических уровнях, которые ближе к узлу доступа, и выбирая радиоузел обнаруженных радиоузлов для того, чтобы он был повторителем. Выбранный узел повторителя имеет доступную вместимость памяти и подходящий уровень мощности для того, чтобы работать как повторитель, который может периодически изменяться. Важные данные непосредственно или косвенно передаются к узлу доступа для дальнейшей передачи на внутренний компьютер.

Фиг.1 является диаграммой сотовой сети 10, включающей узлы 12 доступа и множество радиоузлов, типа радиоузла 14. Радиоузлы могут быть размещены беспорядочно, но логически сгруппированы вокруг узла 12 доступа, который действует как контроллер для группы и так же, как шлюз к серверной системе (см. Фиг.18). Узел 12 доступа может быть соединен с глобальной сетью 359 (Фиг.18), типа сети Интернет, с серверной системой 360 (Фиг.18), которая может быть, кроме этого, соединена с центральным контроллером данных, области сбора и/или управления (типа модулей 362 и 364 из Фиг.18).

Каждый радиоузел (типа радиоузла 14) может связаться с узлом 12 доступа непосредственно или косвенно через другие радиоузлы. В этом неограничивающем примере радиоузлы логически сгруппированы на уровнях в соответствии с числом связей для того, чтобы связываться с узлом 12 доступа. Таким образом, в этом неограничивающем примере на Фиг.1 радиоузлы 14, 16, 18 и 19 находятся на уровне 0, потому что эти радиоузлы имеют прямую двунаправленную связь с узлом 12 доступа.

Каждый из узлов 14, 16, 18, и 19 может беспроводным образом связываться через радиочастотный модем (или другие средства связи, как известно в данной области техники), который сконфигурирован для того, чтобы обеспечивать двухстороннюю радиочастотную связь, как известно в данной области техники. Кроме того, каждый радиоузел включает в себя радиочастотный модем и одно или более зависимых от приложения устройств, которые исполняют функции типа следующих неограничивающих примеров: сбор данных, отображение информации, включение устройства и т.д. Таким образом, как неограничивающий пример радиоузлы, типа радиоузла 14, могут быть соединены с электрическим счетчиком, газовым счетчиком, водяным счетчиком или другим устройством контроля так, что данные, которые проверены и собраны, могут быть переданы радиоузлом к узлу 12 доступа для связи с серверной системой. Аналогично, радиоузлы могут быть соединены с управляемыми устройствами типа насоса, который может быть включен и выключен радиоузлом после команды, переданной узлом 12 доступа.

Как обозначено выше, радиоузлы 14, 16, 18, и 19 расположены на уровне 0 и могут связываться непосредственно с узлом 12 доступа. В по меньшей мере этом неограничивающем примере, как показано на Фиг.1, эти радиоузлы 14, 16, 18, и 19 являются единственными радиоузлами на Фиг.1, которые могут связаться непосредственно с узлом 12 доступа, потому что узел 12 доступа находится в диапазоне коммуникации каждого радиоузла 14, 16, 18 и 19.

Остальные радиоузлы в сотовой сети 10 установлены так, что их соответствующие передачи не могут быть получены узлом 12 доступа. Точно так же передачи от узла 12 доступа не могут быть получены остальными радиоузлами. Поэтому не только радиоузлы 14, 16, 18 и 19 служат устройствами для передачи информации, которая собрана в этом логическом местоположении, но те радиоузлы также повторяют беспроводные передачи, полученные от других радиоузлов в сотовой сети 10.

В этом неограничивающем примере сотовая сеть 10 содержит пять уровней, которые включают в себя уровень 0, уровень 1, уровень 2, уровень 3 и уровень 4. Различные радиоузлы логически расположены на каждом из этих пяти уровней. Но как обозначено выше, только радиоузлы 14, 16, 18 и 19 имеют прямую двунаправленную связь с узлом 12 доступа, поскольку они постоянно находятся на логическом уровне 0.

Другие радиоузлы используют близлежащий радиоузел на логическом уровне, который ближе к узлу 12 доступа для того, чтобы поддерживать коммуникацию с узлом 12 доступа. Радиоузлы на уровне 1 связываются с радиоузлами на уровне 0 для того, чтобы связаться с узлом 12 доступа. Радиоузлы на уровне 2 связываются с радиоузлами на уровне 1 для того, чтобы связаться с узлом 12 доступа. Радиоузлы на уровне 3 связываются с радиоузлами на уровне 2, и радиоузлы на уровне 4 связываются с радиоузлами на уровне 3.

Как неограничивающий пример радиоузел 22 на уровне 1 связывается с узлом 12 доступа через радиоузел 19, который служит повторителем для связи между узлом 12 доступа и радиоузлом 22. Чтобы связываться, радиоузлы 22 и 19 помещены в диапазон связи друг друга.

Подобным способом один или более радиоузлов на уровне 1 могут служить повторителем для радиоузлов на уровне 2. Кроме того, радиоузлы на уровне 2 могут служить повторителями для радиоузлов на уровне 3. Наконец, радиоузлы на уровне 3 могут служить повторителями для одного или более радиоузлов на уровне 4.

Необходимо отметить, что различные уровни сотовой сети 10 необязательно соответствуют расстоянию индивидуального узла от узла 12 доступа или любого другого радиоузла. Вместо этого, уровень обозначен как логическое пространство и не обязательно является физической группировкой радиоузлов. Как неограничивающий пример, радиоузлы на том же самом уровне могут фактически быть расположены на различных физических расстояниях от узла доступа и не обязательно должны группироваться, но могут, все же, иметь одно и то же число переходов или повторений к узлу 12 доступа. Однако коммуникация по двунаправленной связи может быть установлена между любым радиоузлом и узлом 12 доступа из сотовой сети 10.

Как неограничивающий пример коммуникационный путь 20 может быть установлен от радиоузла 17, который находится на уровне 4, к узлу 12 доступа. В этом неограничивающем примере радиоузел 17 связывается с радиоузлом 27 на уровне 3, который также связывается с радиоузлом 24 на уровне 2. Радиоузел 24 на уровне 2 связывается с радиоузлом 22 на уровне 1, который непосредственно связывается с радиоузлом 19 на уровне 0. Как обсуждено выше, радиоузел 19 связывается непосредственно с узлом 12 доступа так, что двунаправленная связь 20 может быть установлена через повторные переходы или передачи через радиоузлы 19, 22, 24, и 27. Эта двунаправленная связь 20 дает возможность данным быть переданными между радиоузлом 17 и узлом 12 доступа.

Как обсуждается более подробно ниже, радиоузел пытается минимизировать свой номер дистанции, предпочитая более короткие маршруты более длинным маршрутам, помещаясь, таким образом, как можно ближе логически к узлу 12 доступа в терминах числа повторений или переходов для того, чтобы поддерживать коммуникацию с узлом 12 доступа. Этим способом каждый из радиоузлов сотовой сети 10 может быть двунаправлено связан с узлом 12 доступа через радиоузлы, логически расположенные на более низком уровне, создавая, таким образом, сотовую сеть 10 из Фиг.1.

Фиг.2 является диаграммой сотовой сети 10 из Фиг.1 с двунаправленными связями для всех радиоузлов в этой показанной ячеистой сети. Как заявлено выше, каждый из радиоузлов на более высоком логическом уровне пытается минимизировать свое расстояние к узлу 12 доступа, ища повторители, установленные более близко логически к узлу 12 доступа. Сфокусируемся на радиоузле 19, он служит повторителем для одиннадцати других радиоузлов в этом неограничивающем примере. Хотя коммуникационная связь 20 уже была описана выше, радиоузел 33 на уровне 3 связывается с радиоузлом 24, который использует радиоузел 22 на уровне 1 как повторитель для того, чтобы поддерживать коммуникацию с радиоузлом 19. Аналогично, радиоузел 38 на уровне 3 связывается с радиоузлом 36 на уровне 2, который непосредственно связывается с радиоузлом 22. И, как обсуждено выше, радиоузел 22 связывается с радиоузлом 19, как описано выше.

Радиоузел 19 поддерживает дополнительную двунаправленную расширенную связь через радиоузлы 39 на уровне 1, 43 на уровне 2 и 44 на уровне 3, к радиоузлу 46 на уровне 4. Следовательно, узел 12 доступа может обслуживать двунаправленные связи с теоретически неограниченным числом радиоузлов, логически сгруппированных вокруг узла 12 доступа, при условии, что достаточное число радиоузлов может служить повторителями для узлов, установленных на расположенных логически ниже уровнях.

Из всех радиоузлов, которые совместно используют уровень одного и того же специфического номера, некоторые могут служить более подходящими, чем другие, повторителями для радиоузлов на уровнях с логически более высоким номером. Чтобы дифференцироваться между радиоузлами, основанными на степени способности служить повторителем, каждый радиоузел в сотовой сети 10 вычисляет или определяет свое значение мощности. В по меньшей мере одном неограничивающем примере радиоузлы с более высокими значениями мощности, как они считают, являются более подходящими как повторители, чем радиоузлы с более низкими значениями мощности. Как обсуждается более подробно ниже, каждый радиоузел вычисляет свое собственное значение мощности и периодически сообщает своим соседним радиоузлам свое определенное значение мощности. Процесс выполнения этого может дать некоторое следующее соображение.

Как неограничивающий пример, значение мощности может быть в диапазоне от 0 до 1 и может быть вычислено, основываясь на следующей формуле:

PN=X_battery · X_buffer.

В этом неограничивающем примере X_battery является коэффициентом в диапазоне от 0 до 1, который соответствует состоянию батареи. Значение 0 соответствует разряженной батарее, в то время как значение 1 соответствует полностью заряженной батарее или постоянному источнику энергии.

Аналогично, X_buffer является коэффициентом в диапазоне от 0 до 1, соответствующим состоянию буфера сообщения, или доступным памяти. Значение 0 соответствует понятию, что буферная память на радиоузле является полной. В этой ситуации радиоузел не может служить повторителем вследствие того, что его память полна. Для того чтобы служить повторителем, экземпляры должны быть такими, чтобы радиоузел сохранял сообщения, полученные от узлов на более высоких уровнях, используя, таким образом, некоторый объем памяти в радиоузле. Таким образом, если радиоузел не имеет никакой доступной памяти для сохранения таких сообщений, он не может действовать как повторитель. Аналогично, значение 1 для буферного состояния означает, что память буфера сообщения пуста и он может хранить сообщения в транзите.

Каждый из радиоузлов сотовой сети 10 имеет ограниченную видимость и возможность в коммуникации в топологии сети. Говоря иначе, каждый радиоузел логически знает о своих самых близких соседях, с которыми он может установить и поддерживать прямую связь. Как описано выше, когда радиоузел готовится посылать сообщение к узлу 12 доступа, радиоузел принимает мгновенное решение о том, какой из его самых близких соседей надо использовать как повторитель для того, чтобы передать сообщение к узлу 12 доступа. Аналогично, радиоузел, который выбран как повторитель, в свою очередь, следует за тем же самым процессом и выбирает одного из своих самых близких соседей на более низком уровне для того, чтобы служить повторителем для достижения узла 12 доступа. Этим способом коммуникация двунаправленной связи, типа связи 20 на Фиг.1, установлена между узлами, которые не могут непосредственно связаться с узлом 12 доступа. Однако каждый из радиоузлов в ячеистой сети 10 делает свое собственное определение относительно того, какой радиоузел использовать как повторитель, что может периодически изменяться, основываясь на значениях мощности и других критериях, как описано ниже.

Фиг.3 является диаграммой сотовой сети 10 из Фиг.1 с радиоузлом 33 на уровне 3, подсвеченным для того, чтобы иллюстрировать процесс выбора повторителя, как описано выше. Радиоузел 33 имеет диапазон коммуникации 49, что означает, что радиоузлы 17, 27, 38, 42, 24 и 36 находятся в пределах диапазона прямых двунаправленных коммуникаций от радиоузла 33. Аналогично, в этом неограничивающем примере каждый из радиоузлов 17, 27, 38, 42, 24 и 36 имеет диапазон передачи, который перекрывается и включает в себя радиоузел 33. (Диапазоны передачи этих соответствующих узлов не показаны для ясности, но в этом неограничивающем примере каждый из их диапазонов передачи охватывают радиоузел 33). В этом неограничивающем примере сотовой сети 10 на Фиг.3 радиоузел 33 должен определить, какой из радиоузлов 17, 27, 38, 42, 24 или 36 выбрать как повторитель для того, чтобы поддерживать коммуникацию с узлом 12 доступа.

Фиг.4 является диаграммой 51 блок-схемы процесса, в котором радиоузел 33 (или любой другой радиоузел в сотовой сети 10) выполняет выбор повторителя для того, чтобы поддерживать коммуникацию с узлом 12 доступа. После открытия процесса для выбора повторителя радиоузел 33 контролирует коммуникации с другими близлежащими радиоузлами, как показано на шаге 54. Этот процесс контроля выполняется периодически радиоузлами, и в по меньшей мере одном неограничивающем примере этот процесс контроля выполняется постоянно. Радиоузел 33 участвует в этом режиме прослушивания, потому что другие близлежащие радиоузлы могут включать в себя и номер уровня, и значение мощности в постоянной радиочастотной передаче. Непрерывно получая эти передачи, радиоузел 33 устанавливает список близлежащих узлов от проверенной коммуникации, как показано на шаге 57. В по меньшей мере одном неограничивающем примере этот список непрерывно корректируется, но список может также быть откорректирован в соответствии с любым предопределенным периодом, что также известно в данной области техники.

Как только установлен список, радиоузел 33 участвует в шаге 58, который является упорядочением списка близлежащих радиоузлов, основываясь на номере уровня по возрастанию, в качестве первичного критерия, и на значении мощности, по убыванию, в качестве вторичного критерия. Следующая Таблица представляет собой упорядоченный список близлежащих узлов для радиоузла 33 (Фиг.3), основываясь на его окружающих соседях в диапазоне коммуникации 49 (Фиг.3).

Таблица 1
Упорядоченный список близлежащих узлов для радиоузла 33 Фиг.3 Номер узла Номер слоя Значение мощности 24 2 1 36 2 0,75 27 3 1 38 3 0,5 17 4 0,9 42 2 0,2

Радиоузел 33 переходит к шагу 61, который передвигает радиоузел 33 для того, чтобы переместить в основание его списка все радиоузлы со значением мощности, меньшей, чем порог с перестраиваемой конфигурацией. Как неограничивающий пример, если радиоузел 33 сконфигурирован так, что любое значение мощности меньше, чем 0.5, считается непригодным как повторитель, радиоузел 42 должен быть перемещен к основанию списка на шаге 61 даже при том, что он находится на более низком по номеру уровне 2. Как обсуждалось выше, радиоузел 42 может иметь значение мощности 0.2 из-за своей разряженной батареи или состояния памяти. Таким образом, из-за этого низкого номера радиоузел 42 нежелателен как повторитель, и он, соответственно, устраняется из дальнейшего рассмотрения как повторитель.

После реорганизации списка радиоузлов радиоузел 33 после этого определяет, является ли значение мощности радиоузла наверху списка выше порога с перестраиваемой конфигурацией. Если нет, то означает, что значение мощности находится ниже 0.5 в этом неограничивающем примере, то радиоузел 33 возвращается назад к шагу 54 и снова начинает контроль для связи с близлежащими узлами ради обнаружения другого радиоузла, который может служить повторителем.

В этом неограничивающем примере и, как показано в Таблице, радиоузел 24 действительно имеет значение мощности, которое больше, чем 0.5. Таблица также показывает, что радиоузел 24 имеет номер уровня 2. Радиоузел 36 в этом неограничивающем примере также имеет номер уровня 2; однако его значение мощности - 0.75, который ниже, чем значение мощности радиоузла 24. Соответственно, радиоузел 36 оценен ниже радиоузла 24 в качестве потенциального повторителя для радиоузла 33.

Радиоузел 27 имеет номер уровня 3, который выше, чем номер уровня радиоузлов 24 и 36. Соответственно, даже при том, что радиоузел 27 имеет более высокое значение мощности, чем радиоузел 36, его оцененный выше номер уровня заставляет его находиться третьим в списке потенциальных узлов повторителя.

Аналогично, радиоузел 38 помещен четвертым в списке потенциальных узлов повторителя позади радиоузлов 24, 36, и 27 вследствие того, что он находится на уровне 3 и имеет значение мощности 0.5, которое находится на минимальном пороге. Наконец, радиоузел 17 помещен последним в списке узлов, которые могут использоваться как повторитель (независимо от дисквалифицированного узла 42) вследствие того, что радиоузел 17 постоянно находится на логическом уровне 4.

После того как радиоузел 33 выполнил шаги 54, 57, 58 и 61 из Фиг.4, радиоузел 33 выбирает узел наверху списка, который в этом неограничивающем примере является радиоузлом 24. Радиоузел 33 выбирает радиоузел 24 как повторитель для того, чтобы поддерживать коммуникацию с узлом 12 доступа, формируя, таким образом, двунаправленную коммуникацию, как показано на Фиг.2. Поскольку каждый радиоузел сотовой сети 10 выполняет этот ряд шагов независимо, повторяющиеся маршруты создаются и изменяются динамически и непрерывно сотовой сетью 10, основываясь, непосредственно, на фактических условиях в области.

Узел 12 доступа, согласно этому неограничивающему примеру, не имеет никакого ввода в программировании или управлении повторяющимися маршрутами, как показано в сотовой сети 10 из Фиг.2. Во времени радиоузлы сотовой сети 10 могут изменять позицию в сети (например, как неограничивающий пример, если радиоузел установлен в плавающее устройство типа бакена, который перемещается в диапазонах связи других различных радиоузлов), приводя, таким образом, к периодическому повторному выполнению этого ряда шагов для того, чтобы выбрать новые маршруты повторения к узлу 12 доступа. Соответственно, список узлов, как показано в Таблице, может периодически изменяться, гарантируя, таким образом, что каждый индивидуальный радиоузел имеет список потенциальных кандидатов, служащих повторителем для того, чтобы поддерживать коммуникацию к узлу 12 доступа.

Как дополнительный неограничивающий пример радиоузел 33 из Фиг.3 может быть узлом, который недавно представлен сотовой сети 10, или радиоузлом, который вновь появился из-за недавнего сбоя питания, и т.д. В этом случае радиоузел 33 сконфигурирован для того, чтобы осуществить процесс регистрации с узлом 12 доступа после включения энергии или потери коммуникации со всеми известными соседями для того, чтобы перейти от незарегистрированного состояния в зарегистрированное состояние.

Фиг.5A - диаграмма 68 блок-схемы процесса регистрации радиоузла к узлу доступа Фиг.1. Как обозначено выше, когда узел первоначально включен или предварительно потерял коммуникацию со всеми известными соседними узлами радио, радиоузел продолжает перерегистрироваться с сетью сети 10.

Шаги 54, 57, 58 и 61 на Фиг.5A выполнены, как описано выше в отношении Фиг.4. После определения, что значение мощности узла наверху списка находится выше порога с перестраиваемой конфигурацией шага 62, который в этом неограничивающем примере является радиоузлом 24 для радиоузла 33 на Фиг.3, радиоузел 33 после этого посылает сообщение запроса регистрации узлу 12 доступа, как показано в шаге 69 Фиг.5A. Более определенно, радиоузел 33, который беспроводным образом передает сообщение запроса регистрации к радиоузлу 24, который служит повторителем для передачи сообщения к радиоузлам 22 и 19, и затем к узлу 12 доступа, как показано на шагах 72 и 74 Фиг.5B. Когда радиоузлы 24, 22 и 19 выполнят шаги 72 и 74 Фиг.5B, каждый из этих узлов вставляет свой собственный адрес в раздел данных сообщения, переданного от радиоузла 33, как показано на шаге 74.

В конечном счете, сообщение достигает узла 12 доступа, неся в своем разделе данных повторяющийся маршрут, через который сообщение путешествовало. Более определенно - сообщение запроса регистрации включило бы в свой раздел данных последовательность повторителей 24, 22 и 19. Узел 12 доступа после этого сохраняет этот маршрут и использует его с другой стороны для того, чтобы передавать будущие сообщения к радиоузлу 33.

На Фиг.5B шаг 77 обеспечивает то, что узел 12 доступа может выбрать, принять или отклонить сообщение запроса регистрации от радиоузла 33, основываясь на требуемом номере DNA узла 33. Номер DNA является идентификатором, который указывает определенную для устройства информацию типа версии, аппаратных возможностей, прикладного идентификатора, идентификатора владельца и т.д. как неограничивающий пример.

Узел 12 доступа может быть сконфигурирован для того, чтобы принять или отклонить классы номеров DNA. Как неограничивающий пример узел 12 доступа может быть сконфигурирован для того, чтобы поддерживать несколько различных типов приложений на той же самой инфраструктуре, или может быть аналогично сконфигурирован для того, чтобы ограничивать использование одним или несколькими выбранными приложениями. Как дальнейший неограничивающий пример узел 12 доступа может быть сконфигурирован, чтобы принять номера DNA, соответствующие приложениям электрического счетчика, приложениям газового счетчика, приложениям поступления воды.

Узел 12 доступа решает, принять или отклонить запрос регистрации от радиоузла 33, основываясь на его номере DNA на шаге 77. Если узел 12 доступа отклоняет запрос регистрации от радиоузла 33, радиоузел 33 возвращается обратно к шагу 54 (Фиг.5A) и снова начинает контролировать коммуникации с близлежащими узлами в попытке найти другой узел доступа для того, чтобы установить связь. Однако, если узел 12 доступа принимает запрос регистрации от радиоузла 33, узел 12 доступа сохраняет повторяющийся маршрут (через радиоузлы 24, 22 и 19), как показано на шаге 79. Кроме того, узел 12 доступа обращается назад к радиоузлу 33 через тот же самый маршрут, но с другой стороны. Более определенно - сообщение о принятии путешествует из узла 12 доступа к радиоузлу 19, к радиоузлу 22, к радиоузлу 24, и наконец к узлу радиоадресата 33.

Как неограничивающий пример, вместо недавно установленного радиоузла, первоначально определенного в режиме контроля для того, чтобы обнаружить коммуникацию от близлежащих соседних радиоузлов, радиоузел может вместо этого начать передавать сигнал инициализации к своим соседним радиоузлам. Соседние радиоузлы в области передачи недавно установленного радиоузла могут быть сконфигурированы так, чтобы после этого ответить на сигнал инициализации передачей ответа. Каждая передача ответа может содержать данные значения мощности вместе с информацией синхронизации времени. Недавно установленный радиоузел может после того выбрать радиоузел повторителя, как описано выше, и регистрироваться с узлом доступа в ячеистой сети.

Дополнительно регистрация радиоузла 33, как показано на Фиг.3 и как описано на Фиг.5А и 5B, может произойти в сотовой сети 10, где другие радиоузлы уже зарегистрированы и включены в сеть, и сеть 10 является операционной сетью. Однако могут возникнуть обстоятельства, когда сотовая сеть 10 составлена из на 100% незарегистрированных радиоузлов вокруг узла 12 доступа. В этой ситуации ни один из радиоузлов не передает запрос регистрации, потому что радиоузлы не переходят дальше шага 54 Фиг.5A вследствие того, что каждый радиоузел остается в бесконечном цикле контроля связи от других радиоузлов. В иначе заявленном способе каждый из радиоузлов слушает друг друга для того, чтобы инициализировать коммуникацию, но поскольку ни один из радиоузлов не зарегистрирован, никакая коммуникация не инициализирована ни от какого радиоузла. Соответственно, Фиг. 6A-6E являются диаграммами части ячеистой сети Фиг.1, сконфигурированной так, что все радиоузлы находятся первоначально по меньшей мере в незарегистрированном состоянии.

Чтобы инициализировать процесс регистрации радиоузлов в ячеистой сети 80 из Фиг.6 A, узел 12 доступа передает сообщение синхронизации, которое расширяется на диапазон 81 радиопередачи. Диапазон 81 радиопередачи охватывает радиоузлы 82, 85 и 87 на уровне 0. Радиоузлы 82, 85 и 87 получают сообщение синхронизации от узла 12 доступа. Поскольку каждый из этих радиоузлов решает, что они могут непосредственно связаться с узлом 12 доступа, они логически ориентируют себя на уровне 0 в ячеистой сети 80. Сообщение синхронизации, переданное по радио узлом 12 доступа, передается по радио периодически узлом 12 доступа, поскольку узел 12 доступа может не осознать любое падение напряжения, заставляющее все радиоузлы перейти в незарегистрированное состояние.

Однако после передачи сообщения синхронизации радиоузлы 82, 85 и 87 регистрируются с узлом 12 доступа, как показано в ячеистой сети 80 на Фиг.6B. Более определенно - эти радиоузлы логически ориентируют себя на уровне 0 и устанавливают прямую двунаправленную связь с узлом 12 доступа.

Как только эти узлы 82, 85 и 87 зарегистрированы, их соответствующие передачи с узлом 12 доступа обнаруживаются радиоузлами 91, 93, 95 и 97, которые находятся в пределах диапазона связи радиоузлов 82, 85 и 87, как показано на Фиг.6C. Эти радиоузлы 91, 93, 95 и 97 позиционированы вне диапазона радиопередачи узла 12 доступа, но не вне диапазона связи узлов уровня 0. Соответственно, каждый из радиоузлов 91, 93, 95 и 97 утверждается как узел на логическом уровне 1 и полагается на узлы 82, 85 и 87 на уровне 0 для того, чтобы поддерживать коммуникацию с узлом 12 доступа, как показано на Фиг.6D.

Как, кроме того, показано на Фиг.6D, беспроводные диапазоны связи радиоузлов 91, 93, 95 и 97 на логическом уровне 1 обнаруживаются радиоузлами 101, 103, 105 и 107. Как аналогично обсуждалось выше, эти радиоузлы 101, 103, 105 и 107 логически ориентированы непосредственно на уровне 2 и используют радиоузлы на уровне 1 и уровне 0 как повторители для того, чтобы поддерживать коммуникацию с узлом 12 доступа. Таким образом, ячеистая сеть 80 из Фиг.6E восстановлена, так как все узлы в ячеистой сети зарегистрированы, и двунаправленные связи установлены с узлом 12 доступа.

Каждое сообщение запроса регистрации, полученное узлом 12 доступа, содержит повторяющийся маршрут. Например, на Фиг.6E сообщение запроса регистрации, посланное радиоузлом 105, содержит в разделе данных сообщения последовательности, имеющую отношение к радиоузлу 95 и радиоузлу 85. Узел 12 доступа сохраняет этот маршрут в таблице и использует его, когда узел 12 доступа посылает сообщение обратно радиоузлу 105.

Каждый раз радиоузел 105 выбирает для использования различные повторители для того, чтобы послать сообщение (принимаем как неограничивающий пример то, что узел появляется на уровне 1 как замена к узлу 95, который не показан на Фиг.6E), новый повторитель вставляет свой адрес в сообщение, сообщая, таким образом, узлу 12 доступа об изменении. Это правило повторяется всеми повторителями на пути между радиоузлом 105 и узлом 12 доступа так, чтобы все изменения в маршруте были зафиксированы в сообщении, сообщая, таким образом, узлу 12 доступа последний маршрут повторителей к радиоузлу 105. Таким образом, как неограничивающий пример, если радиоузел 105 имел запасной маршрут через радиоузел 97 на уровне 1, радиоузел 105 мог использовать маршрут через радиоузел 97 или через радиоузел 95 для того, чтобы поддерживать коммуникацию с узлом 12 доступа, в зависимости от того, какой маршрут был доступен и наиболее желателен в это время. Однако, если бы один из маршрутов терпел неудачу или больше не был доступен радиоузлу 105, радиоузел 105 выбрал бы другой, предполагая, что другой был все еще доступен в это время. Любым путем узел 12 доступа информируется относительно последнего маршрута и после этого обновляет его информацию маршрутизации в отношении радиоузла 105 для будущей обратной связи к радиоузлу 105. Предыдущие маршруты не удаляются, но просто используются как альтернативы в случае, когда предпочтительный маршрут или последний маршрут в конечном счете не работают.

Как дополнительный вариант воплощения для того, чтобы сообщать узлу 12 доступа изменения позиции в радиоузлах сотовой сети 10, определенные сообщения изменения маршрута могут быть выданы радиоузлами каждый раз, когда маршрут связи изменен. Как неограничивающий пример радиоузел 105 может быть сконфигурирован для того, чтобы уведомить узел 12 доступа, что он выбран новым радиоузлом, типа радиоузла 97, как его повторитель, для того, чтобы поддерживать коммуникацию с узлом 12 доступа. После получения этого сообщения узел 12 доступа может быть сконфигурирован так, чтобы сохранять эту новую информацию маршрутизации способом, подобным описанному выше.

Обсуждение к этой точке вовлекало единственный узел доступа с логически установленными радиоузлами вокруг единственного узла доступа типа узла 12 доступа на Фиг.1 сотовой сети 10. Однако может существовать ситуация, где узлы коллективного доступа существуют в географической близости друг к другу так, что один или более радиоузлов могут динамически выровняться от одного узла доступа до другого, в зависимости от относительных логических многоуровневых позиций, которых радиоузлы могут достигнуть по отношению к доступным узлам доступа. Как неограничивающий пример узлы доступа от множества различных сетей могут быть в близости друг к другу, где радиоузлы могут быть способны связаться с узлами коллективного доступа даже при том, что приложения, связанные с каждым узлом доступа, могут быть различны. Однако даже в этой ситуации, пока узлы доступа не отклоняют регистрацию к различным радиоузлам, рассредоточенным в сотовой сети 10, различные радиоузлы могут регистрироваться в каждой из сетей в разное время.

Фиг.7 является диаграммой двух ячеистых сетей, в которых узлы доступа дают возможность выбирать радиоузлы для регистрации в любой из ячеистых сетей, показанных там. На Фиг.7 ячеистые сети 110 состоят из первой сети 114 вокруг узла доступа 116 и второй сотовой сети 118, основываясь на узле доступа 119. В этом неограничивающем примере сотовая сеть 114 включает в себя множество радиоузлов, рассредоточенных по уровням L0, L1, L2, и L3, тогда как сотовая сеть 118 включает в себя множество радиоузлов, распределенных более чем по трем уровням, включая уровни L0, L1 и L2. Как неограничивающий пример радиоузлы 123 и 124 являются первоначально частью сотовой сети 114 и постоянно находятся на уровне L3. Более определенно - радиоузел 123 связывается с узлом доступа 116 через повторный маршрут, который включает в себя радиоузлы 126, 128 и 129. Точно так же радиоузел 124 связывается двунаправленно с узлом доступа 116 в сотовой сети 114 через повторный маршрут, который включает в себя радиоузлы 125, 128 и 129.

В этом неограничивающем примере может возникнуть ситуация, когда сотовая сеть 118 представлена вокруг узла доступа 119 так, что радиоузлы 134 и 136 создают коммуникационную связь для того, чтобы обратиться к узлу 119. После введения две сотовые сети 114, 118 начинают балансировать свои соответствующие загрузки.

Фиг.8 является диаграммой пары сотовых сетей Фиг.7, показывая динамическую реконфигурацию сети. В этом экземпляре передачи от радиоузла 134, который может включать в себя коммуникацию с радиоузлом 136, также проверены и обнаружены радиоузлами 123 и 124 из сотовой сети 114. Как обсуждено выше, радиоузлы периодически корректируют свою таблицу повторителей, как показано в Таблице выше, для того, чтобы определить самый короткий путь к узлу доступа.

Как неограничивающий пример радиоузел 123 установлен как узел уровня 3, который связывается с радиоузлом 126, который является узлом уровня 2, для того, чтобы в конечном счете поддерживать коммуникацию с узлом доступа 116. Аналогично, радиоузел 124 является узлом уровня 3, который поддерживает двунаправленную коммуникацию с радиоузлом 125, который является узлом уровня 2.

После обнаружения коммуникации от радиоузла 134 из сотовой сети 118 определено, что радиоузел 134 является узлом уровня 1 и поэтому находится ближе к узлу доступа, чем радиоузлы 125 или 126. Предположив в этом неограничивающем примере, что значение мощности радиоузла 134 находится выше минимального порога приемлемых значений мощности, как обсуждено выше, радиоузел 134 будет помещен в более высокую позицию в таблице повторителя по радиоузлам 125 и 126 для радиоузлов 124 и 123 соответственно. Даже если значение мощности радиоузла 134 меньше, чем значение мощности радиоузлов 125 и 126, радиоузлы 123 и 124 будут все еще предпочитать радиоузел 134 как повторитель из-за его более близкого позиционирования к узлу доступа. Однако перед перемещением в другой узел доступа сети, процесс регистрации будет выполнен, как описано выше.

Фиг.9 является диаграммой сотовых сетей 110 из Фиг.7, но с радиоузлами с динамически откорректированной и сбалансированной загрузкой. В признании радиоузла 134 как предпочтительного повторителя по повторителю 126, радиоузел 123 устанавливает двунаправленную связь с радиоузлом 134, который связан с радиоузлом 136, для того, чтобы поддерживать коммуникацию для обращения к узлу 119. Точно так же радиоузел 124 устанавливает двунаправленную связь с радиоузлом 134 вместо радиоузла 125 из сотовой сети 114. В каждом случае радиоузлы 123 и 124 теперь общаются с узлом доступа 119 из сотовой сети 118 вместо узла доступа 116 из сотовой сети 114. При создании этой динамической настройки радиоузлы 123 и 124 улучшают свой соответствующий номер уровня от уровня 3 к уровню 2 в каждом экземпляре.

Как дальнейший неограничивающий пример радиоузел 141, который может связываться с узлом доступа 116 через радиоузлы 144, 145 и 129, включенные в маршрут повторителя, может подобно динамически корректировать свой маршрут повторителя от узла доступа 116 к узлу 119 доступа через радиоузел 123. Как неограничивающий пример, если значение мощности радиоузла 123 выше, чем радиоузла 144, радиоузел 141 может корректировать свой маршрут повторителя для того, чтобы установить двунаправленную связь с радиоузлом 123 для того, чтобы поддерживать коммуникацию с узлом доступа 119. В этом случае радиоузел 141 остается узлом уровня 3, поскольку он был бы на один уровень выше, чем радиоузел 123 - узел уровня 2. Таким образом, этот экземпляр является одним из тех, в которых динамическая настройка маршрутов повторителя основана на значении мощности, которое может относиться к состоянию батареи и/или доступности памяти в соответствующих радиоузлах 123 и 144. Поскольку значение мощности каждого из этих узлов корректируется через какое-то время, радиоузел 141 может колебаться назад и вперед между повторными маршрутами в сотовых сетях 114 из вышеупомянутых маршрутов повторителя в сотовых сетях 114 и 118.

Как обозначено выше, сотовые сети 114 и 118 могут фактически быть связанными в сеть для несвязанных приложений; однако радиоузлы 123 и 124 могут выбрать маршруты связи или через сотовую сеть 114, или через 118 из-за подобия протокола сети каждой сети, если узлы доступа принимают их соответствующие запросы о регистрации. Как неограничивающий пример радиоузел 123 может быть соединен с инструментом замера мощности и может быть сконфигурирован для того, чтобы сообщать потребление электричества к централизованному местоположению. Аналогично, сотовая сеть 114 может также включать в себя радиоузлы, присоединенные к электрическим счетчикам для передачи данных потребления электричества, относящихся к приложению.

Сотовая сеть 118 может включать в себя радиоузлы, соединенные с газовыми счетчиками (как неограничивающий пример) для того, чтобы сообщать потребление газа узлу 119 доступа, который перенаправляет или тому же самому, или другому централизованному местоположению, что и узел 116 доступа. Однако даже при том, что эти сети включают в себя радиоузлы, которые передают информацию для различных приложений, подобная конструкция и коммуникабельность сетей дают возможность радиоузлам 123 и 124 связаться или по сотовой сети 114, или по 118 независимо от определенного приложения индивидуальных радиоузлов, которые включаются в сеть. Необходимо также понимать, что каждая из сотовых сетей 114 и 118 периодически перестраивает себя автоматически, поскольку радиоузлы добавляются и удаляются из сетей и поскольку значения мощности соответствующих узлов изменяются.

Эта перестановка или перестройка радиоузлов к другой ячеистой сети может также произойти, если узел доступа терпит неудачу. Как неограничивающий пример радиоузлы сотовой сети 114 могут перестраиваться к сотовой сети 118, если узел доступа 116 дает сбой. В этом неограничивающем примере, радиоузлы сотовой сети 118 переместятся к другим близлежащим сотовым сетям, типа сотовой сети 118, как описано выше. Это самозаживление обеспечивает сетевую избыточность в случае отказа узла доступа.

Возвращаясь к Фиг.2, от перспективы времени, коммуникация организована среди различных радиоузлов и узла 12 доступа в периодических циклах, где каждый цикл имеет входящий и исходящий период. Исходящий период используется для того, чтобы указать поток сообщений, посланных от узла 12 доступа к различным радиоузлам, типа радиоузла 17 на уровне 4. Входящий период используется для того, чтобы указать поток сообщений от радиоузлов, типа от радиоузла 17 к узлу 12 доступа. Каждый уровень сотовой сети 10 сконфигурирован с ее собственным периодом связи и периодом бездействия в течение исходящих и в течение входящих периодов цикла.

Фиг.10 является диаграммой 151, представляющей распределение слотов времени для коммуникации между узлом 12 доступа и различными радиоузлами сотовой сети 10. Как обсуждалось выше, цикл связи разделен на исходящий период 153 и входящий период 155. В пределах исходящих и входящих времен 153, 155, соответственно, узел доступа и каждый уровень радиоузлов имеют определяемое время коммуникации. В пределах времени коммуникации 157 для узла 12 доступа первая часть выделена на получение коммуникации от узлов уровня 0 (показанный на Фиг.10 как T_REC) и вторая часть выделена для того, чтобы передать исходящие сообщения к узлам уровня 0 (показанный на Фиг.10 как T_XMT). Во время передающей части времени коммуникации 157 все узлы уровня 0 находятся в части получения их соответствующего времени коммуникации 159. Этим способом узел 12 доступа передает исходящие сообщения к узлам уровня 0, которые после этого передают сообщения к узлам уровня 1 в течение последней части времени коммуникации передачи 159 к узлу уровня 1 и т.д. Для узлов на уровне N-I, где N является самым высоким уровнем ячеистой сети (N был бы уровнем 4 в ячеистой сети 10 из Фиг.2), время коммуникации 162 для узлов на этом уровне будет включать первую часть получения сообщения от следующих узлов нижнего уровня и затем передающую часть для того, чтобы передать сообщения к узлам на самом внешнем уровне ячеистой сети.

Во время передающей части T_XMT времени связи 162 для предпоследнего уровня узлов узлы на внешнем уровне находятся в получающейся части их времени коммуникации 165. Таким образом, в конце времени получения времени коммуникации 165 все исходящие сообщения были разосланы всюду по сотовой сети 10 из Фиг.2.

Во время последней части времени коммуникации 165 самые внешние узлы уровня начинают входящие передачи обратно к узлу 12 доступа способом, обратным описанному выше. Время коммуникации 164 для узлов уровня N-I включает в себя получающую часть T_REC, которая совпадает с передающей частью T_XMT времени коммуникации 165 для узлов уровня N. Таким образом, внешние уровни продолжают передачу к узлу 12 доступа так, что узлы на уровне 0 имеют время коммуникации 167, которое включает в себя получающую и передающую часть, где передающие части перекрываются со временем коммуникации 169 для узла 12 доступа.

Каждый радиоузел имеет цикл режима работы, который может быть представлен как T_COMM/T_COMM+T_SLEEP. Уменьшая цикл режима работы, средняя потребляемая мощность уменьшается, позволяя продлить жизнь радиоузлов, которые работают от батарей. Чтобы уменьшить цикл режима работы, время связи T_coMM может быть уменьшено, и время бездействия T_SLEEP может быть увеличено, независимо друг от друга. Количество, что время коммуникации может быть уменьшено, связано с минимумом принимающей возможности радиоузла повторить сообщение, которое получено. Говоря иначе, каждый радиоузел имеет минимум предопределенное количество времени передачи для того, чтобы быть способным передать сообщение таким способом, чтобы гарантировать самый высокий уровень вероятности, что сообщение получено узлом, для которого оно предназначено. Сообщения увеличенной длины используют большее время коммуникации T_COMM. Кроме того, скорость коммуникации, или, например, модемной пропускной способности, могут также определить время коммуникации различных радиоузлов и сотовой сети 10.

Однако время бездействия T_SLEEP различных радиоузлов и узла 12 доступа может быть увеличено без ограничения. Таким образом, средняя потребляемая мощность может быть уменьшена, продлевая, таким образом, срок службы аккумулятора любого радиоузла, работающего от батареи. Однако, увеличивая время бездействия T_SLEEP радиоузлов и узла доступа сотовой сети 10, побочным эффектом становится уменьшение общей скорости сети. Соответственно, для каждого практического приложения для сотовой сети 10 достигается разумный компромисс между сроком службы аккумулятора и приемлемой сетевой скоростью. Как обсуждалось выше, время коммуникации состоит из двух компонентов, передающих и получающих времен. В течение передающего времени главная функция радиоузла должна передать сообщения. Аналогично, в течение получающего времени главная функция радиоузла должна получить сообщения или от узла доступа, или от одного из других радиоузлов.

Как неограничивающий пример, каждая передача между радиоузлами и узлом доступа может включать в себя ответ ACK и NACK. Даже в течение передающего периода радиоузел может получить ACK/NACK сообщение как ответ на передачи. Аналогично, радиоузлы, даже в получающий период коммуникации, могут также передать ACK/NACK сообщения как ответ для того, чтобы получить сообщения.

Более определенно - каждая передача от радиоузла до другого радиоузла или узла доступа сопровождается в соответствии с сообщением типа ACK/NACK, переданном стороной получения к стороне передачи. Эта коммуникационное сообщение ACK/NACK представляет собой соглашение или отказ получателя принять ответственность за дальнейшую ретрансляцию и/или обработку сообщения. Это ACK/NACK сообщение может включать в себя значение мощности, как описано выше. Таким образом, это осуществление является по меньшей мере одним неограничивающим примером для того, чтобы периодически сообщать информацию значения мощности к соседним радиоузлам в противоположность регулярной передаче этой информации между радиоузлами, что может потреблять пропускную способность. В любом случае соседние радиоузлы непрерывно контролируют трафик коммуникации, так что получение сообщений ACK/NACK дает возможность радиоузлу корректировать свой список близлежащих радиоузлов, как обсуждено выше.

Так, чтобы различные T_XMT и T_REC периоды между радиоузлами на смежных уровнях были синхронизированы, по меньшей мере один неограничивающий пример включает в себя в передаваемые данные ACK/NACK даты и времени сообщения, которые синхронизированы с узлом доступа. Более определенно - ACK/NACK сообщения, посланные от радиоузла более низкого логического уровня до радиоузла более высокого логического уровня может включать в себя значение даты и времени радиоузла нижнего уровня, который самостоятельно синхронизирован, или к другому радиоузлу нижнего логического уровня или к узлу доступа. Таким образом, значение даты и времени узла доступа распространяется всюду по сети, регулярно использующей постоянный радиочастотный трафик, особенно сообщения коммуникации ACK/NACK, переданные на исходящем пути в этом неограничивающем примере. Поэтому все радиоузлы в сети синхронизируют значение даты и времени с узлом доступа.

Как обсуждено выше и показано на Фиг.10, в течение исходящего периода передачи радиоузел сконфигурирован для того, чтобы связаться с радиоузлами на находящемся выше по порядку уровне. Точно так же, в течение входящего периода передачи 155 радиоузел связывается с радиоузлами на более низком по порядку уровне. Таким образом, коммуникация идет от узла доступа до радиоузлов на наиболее удаленном уровне, и затем назад к узлу доступа.

Как другой неограничивающий пример, отношение времени передачи ко времени получения может быть откорректировано для того, чтобы более или менее распределить пропускную способность для входящего трафика по сравнению с исходящим трафиком. Таким образом, как неограничивающий пример, приложение, выполняющее сбор данных, может иметь передачу для того, чтобы получить отношение меньше, чем 1, в то время как приложение, направленное на управление устройствами, может иметь передачу, чтобы получить отношение больше, чем 1. Аналогично, одинаково сбалансированная сеть в терминах входящего и исходящего трафика может быть сконфигурирована так, что передача получения является точно 1, что показано на Фиг.10.

Чтобы минимизировать радиочастотный трафик и уменьшить коллизии между различными радиоузлами ячеистой сети, радиоузлы могут быть сконфигурированы для того, чтобы объединить сообщения и для входящего, и для исходящего трафика. В случае входящего трафика радиоузел будет группировать сообщения от радиоузлов более высокого уровня в течение получающего периода своего времени коммуникации, как показано на Фиг.10, в одно объединенное сообщение. Это сообщение передается к узлу повторителя нижнего уровня в течение передающего периода этого узла.

Фиг.11 является диаграммой ячеистой сети 175, изображающей объединение входящих и исходящих сообщений. Узел доступа 176 связывается с различными радиоузлами по уровню 0 через уровень 4.

Поскольку сообщения передаются от узлов на внешних уровнях 4 и 3 к узлу 176 доступа через внутренние уровни 2, 1 и 0, сообщения объединены различными узлами в маршруте к узлу 176 доступа. Таким образом, для сообщения, переданного от радиоузла 178 к узлу 176 доступа, сообщение передается к радиоузлам 181, 182 и 184. Однако, если в то же самое время радиоузел 186 также передает входящее сообщение, его передают к радиоузлу 188 и затем к радиоузлу 184. В данный момент радиоузел 184 может объединять содержание сообщения в одно единственное сообщение, которое после этого передают к радиоузлу 191.

В то же самое время в этом неограничивающем примере радиоузлы 194 и 196 могут передать входящие сообщения к радиоузлу 199, который объединяет два отдельно полученных сообщения в единственное сообщение, которое передается и повторяется радиоузлами 201 и 204 до достижения радиоузла 191. Радиоузел 191 объединяет сообщение от радиоузла 204 и сообщения от радиоузла 184 в одно единственное сообщение, которое после этого передается к узлу 176 доступа. Объединяя сообщения, каждый радиоузел посылает меньше сообщений и способен полностью нагружать свою пропускную способность в пределах определенного времени передачи, потому что длина объединенного сообщения не является значительно большим, чем одно сообщение. Каждое сообщение имеет раздел заголовка и раздел данных. Объединяя n сообщений, финальное сообщение будет иметь один раздел заголовка и n разделов данных. Также соответствующий ответ ACK/NACK посылается один раз в случае объединенного сообщения.

Фиг.12 является диаграммой блок-схемы процесса консолидации сообщения, как показано на Фиг.11. В шаге 209 каждый радиоузел определяет в течение времени получения, были ли любые сообщения получены от узла более высокого уровня. В противном случае, радиоузел исполняет шаг 211 и посылает сообщение следующему узлу нижнего уровня и/или узлу доступа, если сообщение нужно действительно послать. Однако, если сообщение получено специфическим радиоузлом в течение времени получения, создается объединенное сообщение, содержащее все полученные сообщения из узлов более высоких уровней, как показано на шаге 214. Как только сообщение создано, радиоузел передает это объединенное сообщение к узлу следующего уровня и/или к узлу доступа, как показано на шаге 216. Наконец, на шаге 218, объединенное сообщение достигает узла доступа. Таким образом, если радиоузел 184 (Фиг.11) получает сообщения от радиоузлов 188 и 182 (оба из Фиг.11) в течение времени получения, радиоузел 184 объединяет эти сообщения и затем передает объединенное сообщение к радиоузлу 191, который непосредственно может объединить сообщение, полученное от радиоузла 204 в своем времени коммуникации к узлу 176 доступа.

В результате объединения сообщений время для того, чтобы инициализировать коммуникацию между радиоузлами одного уровня обособленно значительно уменьшается вследствие того, что радиоузел более высокого уровня передает только единственную преамбулу пакета вместо преамбулы пакета для каждого сообщения, которое он получил непосредственно. Поскольку время инициализации является постоянным для сообщений, посланных между радиоузлами независимо от размера сообщения, сокращение числа сообщений, посланных как результат консолидации сообщения, кроме этого, приводит к сокращению полного трафика радиочастоты. Следовательно, вероятность коллизий сообщений значительно уменьшена.

Консолидация сообщения может также быть осуществлена для исходящего трафика от узла 176 доступа из сотовой сети 175. В случае исходящего трафика узел 176 доступа может группировать вместе исходящие сообщения, которые совместно используют общую последовательность в начальной части соответствующих маршрутов.

Фиг.13 является диаграммой 220 процесса для того, чтобы объединить исходящие сообщения, также показанные на Фиг.11. На шаге 222 узел доступа определяет, содержат ли любые исходящие сообщения общий маршрут. Таким образом, как неограничивающий пример узел 176 доступа может решить, что он имеет сообщение для радиоузлов 261, 266 и 258. В этом неограничивающем примере маршрут сообщения, который является общим между радиоузлами 258, 261 и 266, включает в себя радиоузел 241. Общий маршрут между радиоузлом 261 и радиоузлом 266 включает в себя радиоузлы 241, 246 и 259. Если никакой общий маршрут не определен узлом 176 доступа, узел доступа перейдет к шагу 225 и пошлет необъединенное сообщение по маршруту адресата. Однако в этом неограничивающем примере общие маршруты существуют между узлами 258, 261 и 266 адресата.

Узел 176 доступа выполняет шаг 226, который включает в себя построение объединенного сообщения, содержащего все сообщения, которые путешествуют общим маршрутом наряду с остающимися частями маршрута для каждого сообщения. В этом неограничивающем примере узел 176 доступа конструирует единственное сообщение для радиоузлов 258, 251 и 266, включающее общие маршруты, описанные выше, и индивидуальные сообщения и оставшиеся части маршрутов для каждого из индивидуальных радиоузлов.

Как следующий шаг 229, узел 176 доступа передает объединенное сообщение по общему маршруту, который согласно этому неограниченному примеру включает в себя только радиоузел 241. Когда сообщение достигает конца общего маршрута, как на шаге 231, узел в конце общего маршрута разбивает объединенное сообщение на его оригинальные сообщения, как на шаге 233. Таким образом, радиоузел 241 отделяет компонент сообщения для радиоузла 258 от оставшегося объединенного сообщения для радиоузлов 261 и 266. Так, согласно шагу 235, радиоузел 241 передает отделенное оригинальное сообщение к радиоузлу 258 и все еще объединенное сообщение по общему пути к радиоузлам 261 и 266.

В этом неограничивающем примере сообщение, переданное к радиоузлам 261 и 266, остается объединенным, потому что маршрут является общим для каждого радиоузла 261 и 266. Таким образом, как требуется в шаге 229, объединенное сообщение передается по этому общему маршруту и в шаге 231 достигает радиоузла 259. В этой точке радиоузел 259 разбивает объединенное сообщение на два индивидуальных сообщения, согласно шагу 233, которое после этого передается к радиоузлу 261 на уровне 3 и затем к радиоузлу 264. Радиоузел 264 предает сообщение вперед к радиоузлу 266 на уровне 4, как требуется на шагах 235 и 237 Фиг.13. Объединяя исходящие сообщения этим способом, узкие места могут быть уменьшены или даже устранены, в противоположность тому, когда узел 176 доступа был сконфигурирован иначе для того, чтобы передавать одно сообщение одновременно к радиоузлам, имеющим общие маршруты.

Сотовая сеть 10 может быть сконфигурирована так, что радиоузлы могут обнаружить и прерывать сообщения, которые определяют, что радиоузел является повторителем или конечным получателем. Если радиоузел способен обнаруживать и получать коммуникацию от радиоузла на два или более уровня ближе к узлу доступа, и сообщение включает в себя радиоузел прерывания как повторитель или получатель, то радиоузлу прерывания можно разрешить немедленно получить и выполнить сообщение вместо того, чтобы ждать, чтобы получить сообщение согласно предыдущему маршруту.

Как неограничивающий пример, если в узле 176 доступа Фиг.11 передает исходящее сообщение, к которому обращаются для радиоузла 255 на логическом уровне 3, предыдущий маршрут может запретить, чтобы сообщение было передано от узла 176 доступа к радиоузлу 241, к радиоузлу 247, к радиоузлу 253 и затем наконец к радиоузлу адресата 253. Однако, если радиоузел 255 способен обнаружить и получить передачи от радиоузла 247 на логическом уровне 3, радиоузел 255 получит коммуникацию от радиоузла 247, которая иначе предназначалась для радиоузла 253. После получения передачи от радиоузла 247 радиоузел 255 распознает, что он является предназначенным получателем для коммуникации. Таким образом, вместо того, чтобы ждать получения коммуникации второй раз от повторения радиоузла 253, радиоузел 255 вместо этого переходит к выполнению субъекта коммуникации. Таким образом, радиоузел 255 по существу поднимает свою логическую позицию к логическому уровню 2.

Подобным способом, если радиоузел прерывает коммуникацию от радиоузла 247, но вместо этого распознает, что предназначенный получатель является, как другой неограничивающий пример, радиоузлом 258 на логическом уровне 4, радиоузел 255 может все же прервать коммуникацию. В этом экземпляре радиоузел 255 может прервать коммуникацию и отправить сообщение предназначенному получателю вместо того, чтобы ждать, чтобы получить передачу от радиоузла 253, который соответствует предыдущему коммуникационному пути. Этот процесс сокращает время передачи коммуникации от узла доступа до конечного адресата. Так, контролируя всю коммуникацию этим способом, радиоузлы могут улучшить эффективность сотовой сети.

Радиоузлы сотовой сети 10 на Фиг.1 могут быть сконфигурированы для того, чтобы распознать и сообщать о различных сигнальных состояниях типа падений напряжения, пожарной тревоги и т.д. Когда сигнальное состояние затрагивает несколько радиоузлов или устройств, соединенных сразу с радиоузлами, они могут попытаться послать сигнальное сообщение, передающее состояние. Так как сигнальное состояние может случиться в или существенно близко к тому же самому времени для каждого радиоузла, каждый радиоузел пытается послать сигнальные сообщения одновременно. Однако массовая передача фактически идентичных сигнальных сообщений состояния может создать критические узкие места и коллизии сообщений между общими радиоузлами и узлом доступа.

Соответственно, крупномасштабный сигнальный процесс 240 на Фиг.14A и 14B формулирует шаги, которые выполняются в радиоузлах для того, чтобы передать сигнальные состояния к узлу 12 доступа из Фиг.1. Как сформулировано в процессе 240, каждый радиоузел сотовой сети 10 из Фиг.1 осуществляет следующий набор шагов перед посылкой сигнального сообщения к узлу 12 доступа. На шаге 241 радиоузел первоначально оценивает сигнальное состояние, и на шаге 244 радиоузел после этого готовит сигнальное сообщение, включающее сигнальный код и адрес радиоузла-узла сообщения.

На шаге 246 радиоузел ждет своего следующего периода T_REC получения (Фиг.11) своего времени коммуникации T_COMM для возможного получения сигнальных сообщений от радиоузлов уровня выше, которые связываются с тем специфическим радиоузлом. На шаге 249 радиоузел получает такие сигнальные сообщения от узлов уровня выше (в этом неограничивающем примере). Как только все сигнальные сообщения получены, радиоузел на шаге 251 фильтрует все полученные сигнальные сообщения с тем же самым сигнальным кодом и той же самой временной меткой, что и сообщение, подготовленное на шаге 241. Необходимо отметить, что конфигурированное отклонение времени позволяет приспособиться для различий в синхронизации часов между различными радиоузлами сотовой сети 10 на Фиг.1. На шаге 254 радиоузел извлекает адресат отправителя из всех полученных сообщений, переходит на шаг 251 и затем включает извлеченные адреса в готовое сигнальное сообщение, которое радиоузел создал на шаге 244.

Как только все адреса были включены в готовое сигнальное сообщение шага 254, шаг 259 (Фиг.14B) предписывает, что полученные сигнальные сообщения от устройств узла уровня выше отвергнуты. Радиоузел после того ждет следующего передающего период коммуникации T_XMT (Фиг.11) для этого радиоузла, как предписано на шаге 261, так чтобы радиоузел смог после этого передать объединенное сигнальное сообщение на шаге 264, который имеет каждый из адресов узлов уровня выше, имеющих идентичное сигнальное состояние.

В результате этого процесса 240 порядок является введенным в синхронизацию передачи так, чтобы не все передачи произошли в одно и то же время. Эта консолидация устраняет коллизии, которые могут иначе произойти в случае крупномасштабной тревоги, которая может, в противном случае, заставить радиоузлы пытаться связываться в одно и то же время. Кроме того, число сообщений, переданных радиоузлами к узлу 12 доступа значительно уменьшается при наличии радиоузла, объединяющего все подобные сообщения, переданные радиоузлами на более высоких уровнях в одно единственное или только несколько сообщений с сигнальным состоянием. Обработка 240 также приводит к увеличению полного процента от радиоузлов, которые способны передать информацию к узлу 12 доступа в случае крупномасштабной тревоги.

Фиг.15 является диаграммой сотовой сети 275, составленной из узла 276 доступа и несортированных радиоузлов на уровнях от 0 до 4. В этом неограничивающем примере радиоузлы 278, 279, 283, 285, 287, 289, 291, 295, 296, 298, 299 и 301 вызывают состояния тревоги в существенно тот же самый период времени (в пределах предопределенного отклонения времени, упомянутого выше). В этом случае радиоузлы 298 и 299 передают сигнальные сообщения к радиоузлу 296. Радиоузел 296 генерирует свое собственное сигнальное сообщение и включает в него информацию от радиоузлов 298 и 299, что также передает сигнальные сообщения. В этой точке радиоузел 296 отбрасывает сообщения, полученные от радиоузлов 298 и 299, и передает сигнальное сообщение к радиоузлу 285. Радиоузел 285 получает сигнальное сообщение и слушает любое другое сигнальное сообщение в течение времени получающей коммуникации. После неполучения никаких других сигнальных сообщений радиоузел 285 передает свое сигнальное сообщение к радиоузлу 279 после включения своей собственной информации, который передает сигнальное сообщение к радиоузлу 278, также после включения своей собственной информации.

В то же самое время, в этом неограничивающем примере, радиоузел 301 передает сигнальное сообщение к радиоузлу 295, который перенаправлен к радиоузлу 283 через радиоузел 287. Когда радиоузел 283 слушает другие сигнальные сообщения в течение своего времени получающей коммуникации, он получает сигнальное сообщение от радиоузла 289, которое включает в себя сигнальное состояние для радиоузла 291. Таким образом, радиоузел 283 сообщает свое сигнальное состояние радиоузлу 278 в течение того же самого периода, когда и радиоузел 279 сообщает свое сигнальное сообщение к радиоузлу 278.

После получения сигнальных сообщений от радиоузлов 279 и 283 радиоузел 278 генерирует свое собственное сигнальное сообщение и включает в него адрес всех радиоузлов, упомянутых выше в сообщении, которое после этого передается к радиоузлу 276. В этой точке радиоузел 278 отбрасывает сообщения, полученные от радиоузлов 279 и 283, и передает единственное сигнальное сообщение к узлу 276 доступа. Узел 276 доступа после получения сообщения сигнального состояния от радиоузла 278 распознает, что сигнальное состояние является крупномасштабной тревогой, найденной или обнаруженной в каждом из радиоузлов 278, 279, 283, 285, 287, 289, 291, 295, 296, 298, 299 и 301.

Узлы доступа этого раскрытия могут быть сконфигурированы для того, чтобы эффективно передавать по радио большие по размеру блоки данных ко всем радиоузлам ячеистой сети. Таким образом, узлы доступа могут дистанционно модернизировать встроенное программное обеспечение каждого радиоузла или некоторые таблицы узких мест коммуникации. Блок данных большого размера может быть разбит на несколько сообщений максимально разрешенного размера, что может после этого быть повторно собрано радиоузлами. Схема иерархического представления и схемы расчета коммуникаций, описанные выше, могут быть осуществлены для передачи по радио этих сообщений.

Фиг.16A и 16B включают в себя иллюстрации блок-схемы процесса для передачи больших радиопередач всюду по ячеистой сети, показанной на Фиг.11. На шаге 307 узел 176 доступа (Фиг.11) может быть сконфигурирован для того, чтобы сгенерировать список однозначно определенных сообщений и типов радиовещания. После этого, на шаге 309 узел 176 доступа ждет до времени передающей коммуникации для того, чтобы поддерживать коммуникацию с радиоузлами на уровне 0 (типа радиоузла 241 на Фиг.11). В этой точке, как на шаге 312, узел 176 доступа передает первое сообщение в этом списке, идентифицируя радиопередачу по типу заголовка сообщения. Радиоузел 241 на уровне 0 получает радиопередачу и исполняет определенную приложением задачу, вызванную в соответствии с соответствующим сообщением, если сообщение не было уже получено радиоузлом 241. Таким образом, на шаге 314 радиоузел 241 на уровне 0 определяет, действительно ли сообщение было получено. Если так, радиоузел 241 отбрасывает сообщение на шаге 316 и не предпринимает никакого дальнейшего действия. На шаге 318 радиоузел 241 на уровне 0 выполняет задачу, если сообщение не было получено.

После шага 318, то есть, если действие, обозначенное в соответствии с сообщением, выполнено, радиоузел 241 на уровне 0 ждет, пока время передачи T_XMT не наступит, для того, чтобы поддерживать коммуникацию с радиоузлами (типа радиоузлов 246 и 247 из Фиг.11) на уровне 1, как на шаге 319. Когда время передачи T_XMT наступает, радиоузел 241 на уровне 0, который получил сообщение и использовался как повторитель в прошлые X часов (где X является конфигурируемым), передает сообщение как радиопередачу, как показано на шаге 321 (Фиг.16B).

После завершения шага 321 радиоузел 241 на уровне 0 ждет, когда начнется следующий период передачи T_XMT с узлом 176 доступа, как на шаге 324. На шаге 326, когда время передачи T_XMT узла 176 доступа начинается, радиоузел 241 на уровне 0 передает назад к узлу 176 доступа сообщение ACK к радиоузлу, указывающему идентификатор сообщения. Сообщение ACK, переданное к узлу 176 доступа, указывает, что сообщения радиопередачи были получены специфическим радиоузлом (241 на Фиг.11) на уровне 0 и после этого переданы по радио к радиоузлам на уровнях с номерами выше.

На шагах 329 и 331 процесс повторяется для узлов на уровнях выше, чем уровень 1, где сообщение радиопередачи передается всюду по ячеистой сети к радиоузлам на наиболее удаленных уровнях. Поскольку сообщение передается всюду по ячеистой сети, каждый радиоузел отправляет сообщение ACK назад к узлу доступа для индикации узла доступа о том, что сообщение радиопередачи было получено этим специфическим радиоузлом. Этот процесс повторяется снова, пока узел 176 доступа не получает сообщения ACK от каждого из радиоузлов в своей сотовой сети 175.

Как обозначено выше, одним из факторов, который затрагивает значение мощности специфического радиоузла, является состояние его батареи. Как обсуждено выше, разряженная батарея приводит к значению мощности 0, в то время как полностью заряженная батарея или постоянный источник энергии приводят по меньшей мере к коэффициенту батареи 1.

Однако возможно продлить жизнь устройств c батарейным питанием, когда они используются вместе с радиоузлами, включающими аккумуляторы. Фиг.17 является диаграммой сотовой сети 340, которая является альтернативным вариантом воплощения ячеистой сети Фиг.1. В сотовой сети 340 узел 342 доступа соединен с различными узлами, подключенными к аккумулятору, на уровнях L0, L1 и L2. В этом альтернативном варианте воплощения только радиоузлам, подключенным к аккумулятору, которые показаны как темные по цвету узлы типа радиоузла 344, позволяется функционировать как повторителям. Радиоузлы, подключенные к аккумулятору (типа радиоузла 344), упорядочиваются самостоятельно на уровнях и конструкции, повторяющей маршруты к узлу 342 доступа, как описано выше.

В этом альтернативном воплощении узлы c батарейным питанием, типа радиоузла 346 (и все незатемненные узлы), запрещены служить повторителями. В по меньшей мере одном неограничивающем примере значение мощности для каждого радиоузла, содержащего батареи, типа радиоузла 346, могут быть установлены в 0. В этом случае радиоузел 346 дисквалифицируют от работы повторителем, как описано выше. При наличии значения мощности 0 радиоузлы не могут служить повторителями и не могут располагаться непосредственно на уровнях, как узлы, подключенные к аккумулятору типа радиоузла 344.

Каждый радиоузел c батарейным питанием типа радиоузла 346, сконфигурирован для того, чтобы связываться непосредственно с по меньшей мере радиоузлом, подключенным к аккумулятору, типа радиоузла 344. Соответственно и в этом неограничивающем примере радиоузлы 346, 347 и 348 c батарейным питанием связываются узлом 344, подключенным к аккумулятору на логическом уровне 2. Так, даже при том, что радиоузел 346 не служит повторителем, он все еще способен связаться с узлом 342 доступа через радиоузлы, включающие маршрут повторителя 344, 349 и 351. Этим способом радиоузлы 346, 347 и 348 c батарейным питанием действуют как спутники для радиоузла 344, подключенного к аккумулятору.

Также в этом неограничивающем примере радиоузлы, подключенные к аккумулятору, могут поддерживать режим получения даже в течение времени бездействия, как описано выше и как показано на Фиг.10, так как потребляемая мощность не является проблемой для этих узлов. Следовательно, радиоузлы, содержащие батарею типа радиоузла 346, пробуждаются периодически и инициализируют коммуникацию с их соответствующим радиоузлом повторителя, подключенного к аккумулятору, который в этом случае является радиоузлом 344. Как заявлено выше, радиоповторитель узла 344 получает сообщение, переданное от радиоузла 344 c батарейным питанием и передает сообщение к узлу 342 доступа.

В этом альтернативном варианте воплощения, как показано на Фиг.17, срок службы узлов c батарейным питанием типа радиоузла 346, может быть очень продлен. Таким образом, этот вариант воплощения может продлить время для замены батареи, которая может быть дорога в большой ячеистой сети.

Фиг.18 является диаграммой множественных сотовых сетей, подобных ячеистой сети 10, из Фиг.1, соединенных с серверной системой через глобальную сеть. Сотовые сети 352, 354 и 357 могут представлять собой три отдельных сотовых сети, которые могут быть географически отделены друг от друга, но все же являются частью той же самой сети, передающей сообщения на сервер 360 через глобальную сеть 359 типа сети Интернет. Более определенно - сотовая сеть 352 может включать в себя узел доступа и множество радиоузлов, каждый из которых является соединенным с, как неограничивающий пример, счетчиком электроэнергии. Таким образом, счетчики значения мощности считывают потребляемую мощность и сообщают эти данные к узлу доступа в сотовой сети 352. Каждый радиоузел периодически сообщает данные о потребляемой мощности к узлу доступа сотовой сети 352, который после этого передается по любой из множества коммуникационных связей, которые известны в данной области техники, к глобальной сети 359. Сервер 360 аналогично соединен с глобальной сетью 359 и может получать данные, переданные узлом доступа в сотовой сети 352.

На Фиг.18 сотовая сеть 352, как описано выше, может быть связана с радиоузлами, соединенными со счетчиками электроэнергии. Аналогично, сотовая сеть 354 может содержать узел доступа с множеством радиоузлов, соединенных с газовыми счетчиками в различных географических областях. Кроме того, сотовая сеть 357 может включать в себя узел доступа с множеством радиоузлов, где некоторые радиоузлы соединены с газовыми счетчиками, некоторые - соединенные с электрическим счетчиками, и другие, соединенные с водными счетчиками, но все - являющиеся частью сотовой сети 357.

Радиоузлы Фиг.18 поэтому могут быть присоединены к датчику любого типа или другому устройству, которое обеспечивает сигнал к радиоузлу, для того, чтобы сообщить данные к узлу доступа для окончательной передачи на сервер 360 через глобальную сеть 359. Как дополнительный вариант воплощения, один или более радиоузлов, как показано на Фиг.18, может также быть соединен с приводом головок помпы или другого управляемого устройства. Таким образом, сигнал, переданный от компьютерного сервера 360 и через глобальную сеть 359, может быть передан к узлу доступа в сотовой сети 352 для того, чтобы управлять одним или более радиоузлами в сотовой сети 352.

Сотовая сеть 354, как неограничивающий пример, может быть соединена с глобальной сетью 359 беспроводными средствами, типа вышки 366, которая может быть сконфигурирована согласно одному или более беспроводным стандартам, известным в данной области техники. Как неограничивающий пример, в областях, где проводные коммуникационные связи к глобальной сети 359 недоступны, беспроводная схема связи, типа осуществленной с помощью вышки 366, может обеспечить беспроводный путь коммуникации к узлу доступа сотовой сети 354.

В дополнение к серверу 360 один или более компьютеров 362, 364 могут также быть соединены с сервером 360 для того, чтобы помочь в анализе сбора данных и приложениях управления.

Фиг.19 является диаграммой 370 примерного радиоузла, как показано и описано в этом раскрытии. Специалист в данной области техники знает, что могут быть множественные конфигурации и варианты осуществления радиоузлов, и что эта иллюстрация является просто неограничивающим примером одного такого варианта осуществления. Таким образом, как неограничивающий пример, радиоузел 370 может состоять из процессора 371, который связывается локальным интерфейсом 373 с памятью 375. Операционная система 376 и определенное прикладное программное обеспечение 378 могут содержаться в памяти 375. Определенное прикладное программное обеспечение 378 может включать в себя один или больше процессов, описанных выше и показанных на чертежах.

Как обозначено выше, радиоузел может получить ввод сигнала от другого устройства типа электрического, газового или водного счетчика, или может послать сигналы управления приводу головок, который может быть представлен как устройство 379 из Фиг.19. Соответственно, сигнал передается от устройства 379 к интерфейсу 380 для обработки процессором 371. Радиоузел 370 также включает в себя радиочастотный приемопередатчик 382, который может получать и передавать коммуникацию с другими радиоузлами и/или узлом доступа сотовой сети через антенну 384.

Фиг.20 является неограничивающим примером диаграммы узла 12 доступа, как показано и раскрыто в этом описании. Узел 12 доступа состоит из процессора 395, который связывается локальным интерфейсом 397 с памятью 398, которая может включать в себя операционную систему 401 и определенное прикладное программное обеспечение 403. Узел 12 доступа включает в себя радиочастотный приемопередатчик 393, который связывается через антенну 391 с одним или более радиоузлами, как показано на Фиг.19. Узел 12 доступа также включает в себя интерфейс 404 для поддержки коммуникации по глобальной сети 359 с одним или более устройствами типа сервера 360, как показано на Фиг.18. Необходимо подчеркнуть, что упомянутое выше является описанными вариантами воплощения, и неограничивающие примеры являются просто возможными примерами осуществления, просто сформулированного для ясного понимания принципов, раскрытых здесь. Много разновидностей и модификаций может быть сделано к вышеупомянутому описанному варианту воплощения(й) и неограничивающих примеров, не выходя за рамки сущности и принципов, раскрытых здесь. Все такие модификации и изменения предназначены для того, чтобы быть включенными в объем изобретения, определенный прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к беспроводной связи и может быть использовано для объединения сети беспроводных устройств. Достигаемый технический результат - осуществление узлом доступа, соединенного с компьютером, беспроводной связи с множеством неравномерно расположенных радиоузлов, каждый из которых соединен с датчиком. Радиоузлы в пределах диапазона связи узла доступа направлены на первый логический уровень, чтобы непосредственно связаться с узлом доступа. Дополнительные радиоузлы вне диапазона связи узла доступа косвенно связываются с узлом доступа, обнаруживая коммуникацию от радиоузлов на более низких логических уровнях, которые ближе к узлу доступа, и выбирают радиоузлы из обнаруженных радиоузлов для того, чтобы быть узлом повторителем. Важные данные непосредственно или косвенно передаются к узлу доступа для дальнейшей передачи на внутренний системный компьютер. 6 н. и 27 з.п. ф-лы, 1 табл., 27 ил.

1. Система для осуществления беспроводной связи узлом доступа,
присоединенного к компьютеру, с множеством радиоузлов, каждый из которых соединен с датчиком, содержащая первый логический уровень одного или более радиоузлов, находящийся в пределах диапазона связи узла доступа и выполненный с возможностью непосредственной связи с узлом доступа; один или более дополнительных логических уровней, каждый из которых имеет один или более радиоузлов, которые находятся вне диапазона связи узла доступа и выполнены с возможностью косвенно осуществлять связь с узлом доступа, при этом каждый радиоузел на одном или более дополнительных логических уровнях выбирает радиоузел на логическом уровне, который логически ближе к узлу доступа, для того, чтобы быть радиоузлом повторителем для беспроводных передач, при этом осуществляют выбор радиоузла повторителя, определенного согласно номеру логического уровня и значению мощности каждого радиоузла, оцененного как потенциальный радиоузел повторитель; и в которой множество радиоузлов передают узлу доступа данные, соответствующие сигналам, принятым от датчиков, соединенных с множеством радиоузлов.

2. Система по п.1, дополнительно содержащая логическую схему в узле доступа и каждом радиоузле на первом логическом уровне, чтобы синхронизировать время передачи и время приема для обмена информацией между узлом доступа и каждым радиоузлом на первом логическом уровне; и логическую схему в каждом радиоузле, для того, чтобы синхронизировать время передачи и время приема для обмена информацией между радиоузлами на смежных уровнях.

3. Система по п.1, дополнительно содержащая логическую схему, выполненную с возможностью установки исходящего времени связи, причем сообщения передаются от узла доступа каждому радиоузлу, и логическую схему, выполненную с возможностью установки входящего времени связи, причем сообщения передаются от одного или более радиоузлов узлу доступа.

4. Система по п.3, в которой один или более радиоузлов на первом логическом уровне находятся в получающем режиме связи в течение исходящего времени связи, тогда как узел доступа находится в передающем режиме связи.

5. Система по п.4, в котором один или более радиоузлов на одном или более дополнительных логических уровнях находятся в получающем режиме связи в течение исходящего времени связи, тогда как радиоузел на логическом уровне, который является одним логическим уровнем ближе к узлу доступа, находится в передающем режиме связи.

6. Система по п.3, в которой один или более радиоузлов на первом логическом уровне находятся в передающем режиме связи в течение входящего времени связи, тогда как узел доступа находится в получающем режиме связи.

7. Система по п.6, в которой один или более радиоузлов на одном или более дополнительных логических уровнях находятся в передающем режиме связи в течение входящего времени связи, тогда как радиоузел на логическом уровне, который является одним логическим уровнем ближе к узлу доступа, находится в получающем режиме связи.

8. Система по п.1, в которой выбранный радиоузел повторитель каждого радиоузла, оцененного как потенциальный радиоузел повторитель, имеет номер логического уровня, который является самым близким логическим уровнем к узлу доступа каждого радиоузла, оцененного как потенциальный радиоузел повторитель, и значение мощности, которое находится выше предопределенной минимальной величины.

9. Система по п.8, в которой выбранный радиоузел повторитель каждого радиоузла, оцененного как потенциальный радиоузел повторитель, имеет наивысшую величину значения мощности всех радиоузлов на самом близком логическом уровне к узлу доступа.

10. Система по п.8, в которой значение мощности является произведением коэффициента, соответствующего доступной вместимости памяти радиоузла, оцененного как потенциальный радиоузел повторитель, и коэффициента, соответствующего состоянию батареи радиоузла, оцененного как потенциальный радиоузел повторитель.

11. Система по п.10, в которой коэффициент, соответствующий доступной вместимости памяти радиоузла, оцененного как потенциальный радиоузел повторитель, равняется 1, когда буфер памяти для потенциального радиоузла повторителя пуст.

12. Система по п.10, в которой коэффициент, соответствующий состоянию батареи радиоузла, оцененного как потенциальный радиоузел повторитель, равняется 1, когда батарея потенциального радиоузла повторителя полностью заряжена.

13. Система по п.10, в которой коэффициент, соответствующий состоянию батареи радиоузла, оцененного как потенциальный радиоузел повторитель, равняется 1, когда потенциальный радиоузел повторитель питается от источника переменного тока.

14. Способ осуществления связи первым радиоузлом в сети, имеющей множество радиоузлов и узел доступа, с этим узлом доступа, включающий в себя этапы, на которых
осуществляют мониторинг беспроводной связи близлежащих радиоузлов; ранжируют близлежащие радиоузлы, выявленные из отслеживаемой беспроводной связи, в упорядоченный список радиоузлов согласно логическому отношению, к узлу доступа; определяют, может ли близлежащий радиоузел, ранжированный первым в упорядоченном списке, служить узлом радио повторителем;
передают данные беспроводным образом к близлежащему радиоузлу, ранжированному первым в упорядоченном списке, если близлежащий радиоузел, ранжированный первым в упорядоченном списке, может служить радиоузлом повторителем; и передают данные беспроводным образом к другому близлежащему радиоузлу в упорядоченном списке, если близлежащий радиоузел, ранжированный первым в упорядоченном списке, не может служить радиоузлом повторителем, при этом радиоузел повторитель повторно передает данные, принятые от первого радиоузла, узлу доступа непосредственно или в обход по одному или более дополнительным радиоузлам повторителям.

15. Способ по п.14, дополнительно содержащий этап, на котором
корректируют упорядоченный список по значению мощности, ассоциированному с каждым близлежащим радиоузлом, выявленным из отслеживаемой беспроводной связи.

16. Способ по п.15, в котором значение мощности содержит произведение коэффициента, соответствующего состоянию батареи близлежащего радиоузла, и коэффициента, соответствующего доступной памяти в близлежащем радиоузле.

17. Способ по п.15, дополнительно содержащий этап, на котором
переводят вниз упорядоченного списка каждый близлежащий радиоузел, выявленный из отслеживаемой беспроводной связи, который имеет значение мощности ниже предопределенной величины.

18. Способ осуществления связи первым радиоузлом в сети, имеющей множество радиоузлов и узел доступа, с этим узлом доступа, включающий этапы, на которых выбирают один из множества радиоузлов как радиоузел повторитель, если первый радиоузел не может установить прямую двунаправленную линию связи с узлом доступа; передают сообщение запроса регистрации радиоузлу повторителю, при этом узел повторитель пересылает сообщение запроса регистрации напрямую узлу доступа или к узлу доступа, в обход по одному или более дополнительным радиоузлам повторителям; оценивают сообщение запроса регистрации, чтобы определить, принят или отклонен запрос регистрации первого радиоузла узлом доступа; и передают ответ от узла доступа первому радиоузлу, содержащий индикацию относительно принятия или отклонения запроса регистрации.

19. Способ по п.18, дополнительно содержащий этап, на котором
принимают сообщение запроса регистрации, если сообщение запроса регистрации содержит предопределенный код идентификатора.

20. Способ по п.19, дополнительно содержащий этап, на котором
отклоняют сообщение запроса регистрации, если сообщение запроса регистрации не содержит предопределенный код идентификатора.

21. Способ по п.19, в котором предопределенный код идентификатора включает в себя данные, соответствующие определенному типу приложения.

22. Способ по п.19, в котором предопределенный код идентификатора включает в себя идентификатор владельца.

23. Способ по п.19, в котором ответ, переданный с узла доступа для первого радиоузла маршрутизируется на первый радиоузел по тому же маршруту, что и сообщение запроса регистрации.

24. Способ по п.18, дополнительно содержащий этап, на котором
задают конфигурацию узлам доступа таким образом, чтобы периодически передавать сообщение синхронизации к радиоузлам в пределах диапазона связи узла доступа; и принимают сообщение синхронизации от узла доступа.

25. Способ по п.18, дополнительно содержащий этап, на котором
передают сигнал инициализации одному или более из множества радиоузлов, которые являются близлежащими, для того, чтобы запросить ответное сообщение; и принимают ответ от одного или более из множества радиоузлов, которые являются близлежащими, ответ, содержащий данные, соответствующие тому, может ли отвечающий радиоузел использоваться как радиоузел повторитель, для осуществления связи с узлом доступа.

26. Способ перенастройки первого радиоузла в первой сети, имеющей множество радиоузлов и первый узел доступа, на второй узел доступа второй сети, имеющей множество радиоузлов, содержащий этапы, на которых осуществляют мониторинг беспроводной связи близлежащих радиоузлов в каждой из первой и второй сетей; ранжируют близлежащие радиоузлы, находящиеся в каждой из первой и второй сетей и выявленные из отслеживаемой беспроводной связи, в упорядоченный список радиоузлов по номеру логического уровня каждого близлежащего радиоузла к одному из первого или второго узлов доступа, при этом близлежащие радиоузлы, имеющие низший номер логического уровня, ранжируют наивысшими в упорядоченном списке; корректируют ранжирование близлежащих радиоузлов, находящихся в каждой из первой и второй сетей и имеющих одинаковый низший номер логического уровня, по величине значения мощности, при этом близлежащие радиоузлы, имеющие наивысшее значение мощности на одинаковых низших номерах логического уровня, ранжированы выше, чем близлежащие радиоузлы на том же низшем номере логического уровня, имеющем более низкое значение мощности; и передают данные беспроводным образом к близлежащему радиоузлу во второй сети, который ранжирован первым в упорядоченном списке, причем первый радиоузел перенастраивается на вторую сеть и осуществляет связь со вторым узлом доступа.

27. Способ по п.26, в котором первый радиоузел способен впоследствии повторно перенастраиваться на первую сеть для того, чтобы связаться с первым узлом доступа, если близлежащий радиоузел, ранжированный первым в упорядоченном списке, являются частью первой сети.

28. Способ по п.26, дополнительно содержащий этап, на котором пересылают сообщение запроса регистрации второму узлу доступа, которое повторяется близлежащим радиоузлом во второй сети, который ранжирован первым в упорядоченном списке, при этом сообщение запроса регистрации содержит идентифицирующий номер.

29. Способ по п.26, дополнительно содержащий этап, на котором
принимают сообщение запроса регистрации, принятое вторым узлом доступа от первого радиоузла, если второй узел доступа выполнен с возможностью приема идентифицирующего номера; и отклоняют сообщение запроса регистрации, принятое вторым узлом доступа от первого радиоузла, если второй узел доступа не имеет возможности приема идентифицирующего номера.

30. Система для осуществления связи множеством рассредоточенных радиоузлов, соединенных с датчиками, с узлом доступа в сети, содержащая логическую схему, выполненную с возможностью мониторинга связи, переданной узлом доступа или одним или более радиоузлами, при этом первая группа радиоузлов принимает сообщение синхронизации от узла доступа; логическую схему в первой группе радиоузлов, выполненную с возможностью передачи запроса регистрации после приема сообщения синхронизации от узла доступа, при этом первая группа радиоузлов является допустимой в сети; логическую схему в одном или более радиоузлах, расположенных вне диапазона связи узла доступа, выполненную с возможностью обнаружения передач от одного или более радиоузлов из первой группы; логическую схему в каждом одном или более радиоузлах, находящихся вне диапазона связи узла доступа, выполненную с возможностью передачи запроса регистрации радиоузлу в первой группе радиоузлов для дальнейшей передачи к узлу доступа после принятия передач от одного или более радиоузлов из первой группы, при этом один или более радиоузлов, расположенных вне диапазона связи узла доступа являются допустимыми в сети; логическую схему в дополнительных радиоузлах, расположенных удаленно от узла доступа, выполненную с возможностью передач от другого радиоузла.

31. Система для осуществления беспроводной связи узлом доступа, соединенного с компьютером, с множеством радиоузлов, каждый из которых соединен с управляемым устройством, содержащая
первый логический уровень из одного или более радиоузлов, находящихся в пределах диапазона связи узла доступа и выполненных с возможностью непосредственной связи с узлом доступа; один или более дополнительных логических уровней, каждый из которых имеет один или более радиоузлов, которые находятся вне диапазона связи узла доступа и выполненных с возможностью косвенно осуществлять связь с узлом доступа, при этом каждый радиоузел на одном или более дополнительных логических уровнях выбирает радиоузел на логическом уровне, который логически ближе к узлу доступа, чтобы быть радиоузлом повторителем для беспроводных передач, причем осуществляют выбор радиоузла повторителя, определяемого по номеру логического уровня и значению мощности каждого радиоузла, оцененного в качестве потенциального радиоузла повторителя; и при этом радиоузлы передают данные, соответствующие сигналу, переданному от узла доступа радиоузлу, соединенному с управляемым устройством для управления работой этого управляемого устройства.

32. Система по п.31, в которой управляемое устройство обеспечивает сигнал обратной связи, который передается радиоузлом, соединенным с этим управляемым устройством, к узлу доступа.

33. Система по п.32, в которой сигнал обратной связи повторяют одним или более радиоузлами до принятия узлом доступа.