用於保持具有非對稱或其他低質量無線鏈路的無線網絡的可靠性的設備及方法

2023-04-23 23:45:01 1

用於保持具有非對稱或其他低質量無線鏈路的無線網絡的可靠性的設備及方法
【專利摘要】本發明涉及用於保持具有非對稱或其他低質量無線鏈路的無線網絡的可靠性的設備及方法。一種方法包括接收(702-704)與無線網絡中的多個無線連接相關聯的鏈路質量信息；該方法還包括利用鏈路質量信息來識別(706)無線網絡中的至少一個非對稱的通信路徑。鏈路質量信息可包括用於每個無線連接的統計值。識別至少一個非對稱的通信路徑可包括分別識別與第一和第二無線連接相關聯的第一和第二統計值；以及確定第一和第二統計值之差是否超過閾值。該方法還可包括應用(708)啟發式方法，以指示即使第一和第二統計值之差超過閾值，第一和第二無線連接也不形成非對稱的通信路徑。
【專利說明】用於保持具有非對稱或其他低質量無線鏈路的無線網絡的可靠性的設備及方法
[0001]相關申請的交叉引用及優先權
[0002]根據35 U.S.C§ 119(e)，本申請要求2013年6月12日提交的美國臨時專利中請號61/834015的優先權，其全部內容在此通過引用結合進來。

【技術領域】
[0003]本公開大致涉及無線通信系統。更具體地，本公開涉及一種用於保持具有非對稱或其他低質量無線鏈路的無線網絡的可靠性的設備及方法。

【背景技術】
[0004]無線網絡經常用於工業過程控制系統中。例如，過程控制系統通常包括通過無線網絡提供測量值的傳感器、以及通過無線網絡接收控制信號的致動器。過程控制器可利用來自傳感器的測量值來生成用於致動器的控制信號。
[0005]當無線網絡中的兩個節點均工作在相同的功率等級並具有相同增益的天線時，在各節點之間兩個方向上的鏈路質量理論上是相同的。當無線節點的上行鏈路和下行鏈路的通信質量不同時，無線網絡中就會產生非對稱鏈路。非對稱鏈路可以各種方式形成，例如，由於節點在不同的功率等級或環境因素(例如不同的多路徑反射)下傳輸。無線網絡，例如網狀網絡的可靠性，在存在非對稱鏈路的情況下，會嚴重下降。


【發明內容】

[0006]本公開提供用於保持具有非對稱或其他低質量無線鏈路的無線網絡的可靠性的設備和方法。
[0007]在第一實施例中，一種方法包括接收與無線網絡中的多個無線連接相關聯的鏈路質量信息。該方法還包括利用該鏈路質量信息識別無線網絡中的至少一個非對稱的通信路徑。
[0008]在第二實施例中，一種設備包括接口，其被配置為接收與無線網絡中的多個無線連接相關聯的鏈路質量信息。該設備還包括至少一個處理裝置，其被配置為利用鏈路質量信息來識別無線網絡中的至少一個非對稱的通信路徑。
[0009]在第三實施例中，非臨時性計算機可讀介質收錄了電腦程式。該電腦程式包括用於獲得與無線網絡中的多個無線連接相關聯的鏈路質量信息的計算機可讀程序代碼。該電腦程式還包括用於利用該鏈路質量信息來識別無線網絡中的至少一個非對稱的通信路徑的計算機可讀程序代碼。
[0010]對本領域技術人員來說，從以下附圖、說明書和權利要求書中，其他技術特徵是顯而易見的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]為了更完整理解本發明，現參考以下結合附圖的描述，其中:
[0012]圖1示出了根據本公開的示例性的工業控制和自動化系統；
[0013]圖2示出了根據本公開的示例性的工業控制和自動化系統中的無線設備管理器或執行網絡管理算法的其他設備；
[0014]圖3和圖4示出了根據本公開的用於報告無線網絡可靠性的示例性圖形顯示；
[0015]圖5示出了用於根據本公開的公開無線網絡的可靠性的示例性報告；
[0016]圖6A至6E示出了根據本公開的無線網絡中親代(parent)節點的示例性改變；以及
[0017]圖7示了根據本公開的保持具有非對稱或其他低質量無線鏈路的無線網絡的可靠性的示例性方法。

【具體實施方式】
[0018]以下討論的圖1到圖7，以及用於描述該專利文件中本發明的原理的各種實施例是僅用於說明，而不應解釋為以任何方式限制本發明的範圍。本領域技術人員將會理解，本發明的原理可以在任何類型適當設置的設備或系統中實現。
[0019]圖1示出了根據本公開的示例性的工業控制和自動化系統100。如圖1所示，系統100包括一個或多個處理元件102。處理元件102代表處理系統中的執行多種功能的組件。例如，處理元件102可代表傳感器、致動器、或處理環境中的任何其他的或額外的工業設備。每個處理元件102包括用於在處理系統中執行一種或多種功能的任何合適的結構。另外，處理系統代表任何被配置成以某種方式處理一種或多種材料的系統或其一部分。
[0020]控制器104被耦合到處理元件102。控制器104控制一個或多個處理元件102的操作。例如，控制器104可接收與處理系統相關聯的信息，例如來自某些處理元件102的傳感器測量值。控制器104可利用該信息來生成控制信號，用於其他處理元件102，如致動器，從而調節那些處理元件102的操作。控制器104包括用於控制一個或多個處理元件102的任何合適的結構。控制器104,例如,可以表示一種執行Microsoft Windows或適合的實時作業系統的計算設備。
[0021]網絡106促進系統100中各組件之間的通信。例如，網絡106可在網絡地址之間傳輸網際協議(IP)分組、幀中繼幀、異步傳輸模式(ATM)信元，或其他合適的信息。網絡106可包括一個或多個區域網、城域網、廣域網，整個或部分全球網絡，或者位於一個或多個位置的一個或多個任何其他通信系統。作為一個特定的例子，網絡106可包括來自霍尼韋爾國際公司的容錯乙太網網絡。
[0022]系統100還包括一個或多個工業無線網絡，用於與無線傳感器或其他無線現場設備(field device)進行通信。在圖1所示的例子中，工業無線網絡包括現場路由器108a-108c、以及骨幹路由器110a_110b。現場路由器108a_108c和骨幹路由器IlOa-1lOb彼此無線地通信以形成無線網絡，例如網狀網絡。例如，現場路由器108a-108c可接收從現場儀表112a_112e無線傳輸的數據，並將數據路由到骨幹路由器110a_110b。骨幹路由器IlOa-1lOb可直接或間接(如通過其他現場路由器)從現場路由器108a-108c、以及直接或間接地從現場儀表112a-112e接收數據以用於通過骨幹網絡114傳輸。現場路由器108a-108c和骨幹路由器IlOa-1lOb也可將通過骨幹網絡114接收的數據路由到現場儀表112a-112e。通過這種方式，現場路由器108a_108c和骨幹路由器IlOa-1lOb形成一個網絡，能夠在一個指定的區域內，如大型工業綜合設施，提供對現場儀表和其他設備的無線覆蓋。該無線網絡可支持任何合適的(一個或多個)工業無線網絡協議，如ISA100無線或WirelessHART。
[0023]在該示例中，現場路由器108a_108c和骨幹路由器IlOa-1lOb通常代表為其他設備存儲和轉發消息的路由設備。現場路由器108a-108c可能是由電池供電或以其他方式本地供電，並且骨幹路由器IlOa-1lOb可以是由線路供電，或從外部源(如交流饋電線)獲得工作功率。然而，每個現場和骨幹路由器可以任何合適的方式進行供電。現場儀表112a_112e通常代表那些常規地在本地供電的非路由設備，不過現場儀表可提供路由功能，或是由線路供電。
[0024]每個現場路由器108a_108c和骨幹路由器IlOa-1lOb包括任何合適的促進無線通信的結構，如射頻(RF)跳頻擴頻(FHSS)或直接序列擴頻(DSSS)收發器。每個骨幹路由器IlOa-1lOb還包括任何合適的促進通過骨幹網絡114通信的結構，如乙太網收發器。在特定實施例中，現場路由器108a-108c可代表未通過有線乙太網連接並且可本地供電的現場設備接入點(FDAP)，並且骨幹路由器IlOa-1lOb可代表通過有線乙太網連接並且由線路供電的FDAP。骨幹網絡114包括任何合適的用於傳輸數據的網絡，例如容錯乙太網，無線網狀網絡，或者其他有線或無線網絡。
[0025]用於過程控制(OPC)伺服器116的無線配置和OLE可通過無線設備管理器(WDM) 118配置並控制系統100的各個方面。例如，通過控制器104和通過WDM118，伺服器116考慮到對處理元件102的控制，其配置現場路由器108a-108c、骨幹路由器IlOa-1lOb以及現場儀表112a-112e的操作。例如通過允許WDMl 18將加密密鑰或其他安全性數據分發到各個無線設備或其他組件，伺服器116還可支持系統100中的安全。伺服器116包括任何合適的用於操作工業控制和自動化系統100的結構。
[0026]WDMl 18支持用於管理無線網絡和與無線網絡進行交互的各種功能組件。例如，WDMl 18可包括網關120、安全管理器122和系統管理器124。網關120執行各種轉換功能，從而允許信息在使用不同協議的網絡之間進行交換。例如，網關120可在一個或多個有線乙太網協議與一個或多個無線協議之間進行轉換。安全管理器122執行各種安全相關的功能，例如，只允許授權業務在網絡106、114之間流動的功能。系統管理器124執行各種管理功能來管理無線網絡。例如，系統管理器124可收集信息，並識別無線網絡中的非對稱或其他低質量的鏈路。系統管理器124還負責為每個設備選擇通信路徑，並管理通過無線網進行通信所需的任何資源(例如，通過分配通信時隙和協調不同設備之間的時隙分配)。
[0027]WDM118中的每個功能組件120-124可以任何適合的方式來實現。例如，每個功能組件120-124可採用硬體或硬體和軟體/固件指令的組合來實現。另外，例如，當相同的處理設備被用於執行功能組件120-124的指令時，硬體可在功能組件120-124之間共享。雖然一個或多個功能組件120-124被示出為形成單個WDM118的部分，但也可實現為單獨的組件。
[0028]在特定實施例中，圖1的無線網絡中的各種設備形成在2.4GHz或5.8GHz通信的網狀網絡。此外，在特定實施例中，可通過路由器或現場儀表將數據注入到無線網狀網絡，從而提供用於無線傳感、資產定位跟蹤、人員跟蹤、無線通信，以及所期望的任何其他或附加的功能的通用的、多功能的、工廠範圍的覆蓋。
[0029]在操作中的一個方面，系統100支持用於使無線網絡更加可靠的機制。例如，非對稱或其他低質量的鏈路可被識別，並且然後被網絡管理算法考慮，以使無線網絡更加可靠。網絡管理算法可接收識別無線網絡中的鏈路質量的數據，並識別一對無線節點之間的多個鏈路質量(例如，在每個方向上的一個鏈路質量)。該數據可被呈現給操作者，用於自動或手動重新配置無線網絡，或以任何其他合適的方式使用。網絡管理算法可代表系統100中任何合適的一個或多個組件或由其執行，例如系統管理器124，網絡管理算法的額外的細節和功能如下所述。
[0030]雖然圖1示出了工業控制和自動化系統100的一個例子，但可對圖1進行各種改變。例如，系統100可包括任意數量的各組件。另外，圖1所示的功能劃分僅用於說明。圖1中的各種組件可被組合、細分、或省略，並且可根據特定的需要添加額外的組件。此外，雖然無線網絡被示為與有線控制器104和有線處理組件102 —起使用，但一個或多個無線網絡可用於沒有有線控制元件的系統中。此外，圖1示出了一種可執行非對稱或其他低質量的鏈路的識別的示例性操作環境。這種功能可在任何其他合適的系統中使用。
[0031]圖2示出了根據本公開的在工業控制和自動化系統中執行網絡管理算法的示例性的無線設備管理器(WDM) 118或其他設備。如上面所指出的，網絡管理算法可代表或形成系統管理器124的至少一部分。
[0032]如圖2所示，該設備包括控制器202，它控制設備的整體操作。例如，控制器202可識別無線網絡內的鏈路的鏈路質量、並且識別非對稱和其他低質量的鏈路。控制器202也可以產生識別無線網絡中的非對稱和其他低質量鏈路的圖形顯示。控制器202可以任何其他合適的方式利用非對稱或其他低質量的鏈路的標識。控制器202包括用於控制設備操作的任何合適的結構。作為特定的示例，控制器202可表示至少一個處理器、微處理器、微控制器，現場可編程門陣列、數位訊號處理器或其他處理或控制設備。
[0033]存儲器204耦合到控制器202。存儲器204存儲由設備使用、收集或生成的任何的各種信息。例如，存儲器204可存儲由設備生成或接收的鏈路質量信息。存儲器204包括任何合適的(一個或多個)易失性和/或非易失性存儲和檢索設備。
[0034]該設備還包括被配置成與外部設備和系統進行通信的一個或多個接口 206。例如，接口 206可包括支持通過一個或多個有線網絡(如網絡106、114)通信的一個或多個乙太網或其他有線網絡接口。接口 206還可包括支持通過一個或多個無線網絡的通信的一個或多個RF或其他無線網絡接口。(一個或多個)接口 206可以任何合適的方式來使用，例如，接收識別無線網絡中的鏈路質量的信息，以及發送與所識別的非對稱和其他低質量的無線鏈路相關聯的信息。每個接口 206包括任何合適的用於通過網絡發送和/或接收信號的結構。
[0035]無線網絡中的非對稱或其他低質量鏈路可以任何合適的方式被識別。例如，可為在設備A和設備B之間形成單個通信路徑的兩個單向連接識別質量統計。該質量統計可代表任何適當的值，如接收信號質量指示器(RSQI)、接收信號強度指示(RSSI)或傳輸成功/失敗比率值。網絡管理算法可識別A到B與B到A的連接的質量統計之間的顯著差異。如果兩個連接的質量統計之差過高(如，大於閾值百分比或量)，通信路徑則可被視為非對稱的。作為一個特定的例子，如果A到B連接的RSQI值比B到A連接的RSQI值小一定的百分比或量，該通信路徑可被視為非對稱的。
[0036]每個閾值可代表恆定或可變的閾值，並且每個閾值可以任何適合的方式(例如，通過系統或通過用戶)設置。也可使用各種啟發式方法，例如，在通信路徑被視為是非對稱的之前定義所需要滿足的要求。例如，如果用於兩個單向連接的統計的差異超過閾值但是所述統計大於第二閾值，啟發式方法可以指示通信路徑將不被視為非對稱的(例如，當兩個方向上的RSQI值超過200或其他值)。在這種情況下，則不需要採取任何校正動作，因為通信路徑中的兩個單向連接均具有高質量。
[0037]—旦識別出非對稱或其他低質量的鏈路，該信息可被以任何適當的方式使用。例如，系統管理器124可自動地重新配置該無線網絡，以避免使用非對稱鏈路。此外，該系統還可以將數據呈現給用戶，並允許用戶手動重新配置無線網絡。該系統可進一步記錄信息，並將信息作為歷史數據的一部分呈現給用戶，例如，通過報告。此外，例如，在收集了足夠的數據以確定新形成的連接是否是非對稱的之前，基於歷史數據，系統管理124可以防止新形成的無線連接的激活。例如，如果類似的無線連接先前未工作，這可允許系統管理器124阻止或延遲使用新形成的無線連接。
[0038]儘管圖2示出了工業控制和自動化系統中執行網絡管理算法的WDM118或其他設備的一個例子，但可對圖2做各種改變。例如，圖2中的各種組件可以被組合、細分或省略，並且可根據特定的需要，增加額外的組件。
[0039]圖3和圖4示出了根據本公開的用於報告無線網絡的可靠性的示例性圖形顯示300。圖形顯示300代表一種示例性的方式，其中，非對稱或其他低質量的鏈路可以被識別和使用。圖形顯示器300可通過任何合適的設備或系統(例如，系統管理器124)來生成、並在任何合適的設備或系統(如控制室顯示屏)上呈現。
[0040]如圖3所示，圖形顯示300包括網絡圖302，其識別無線網絡的節點和那些節點之間的通信路徑。在此示例中，網絡圖302包括代表網絡節點的各種圖標304和代表那些節點之間的通信路徑的各種線306。注意，這代表網絡圖302的一個示例，並且該網絡圖302可包括任意適當設置的任意數目的節點和任意數目的通信路徑。
[0041]表示通信路徑的每條線306可包括標籤308。在這個例子中，每個標籤308包括用於相關聯通信路徑的一個或多個統計值，例如一個或多個RSQI，RSSI，或傳輸成功/失敗比率值。如果由線306所表示的通信路徑是雙向的，且相反方向上的統計值之間存在顯著差異，該線306的標籤308可以識別用於通信路徑每個方向的統計值。如圖3所示，標籤308標識RSQI值，但其他的或額外的統計值也可以在標籤308中標識。
[0042]圖形顯示300還包括被包含在網絡圖302內的無線設備的列表309。列表309中所標識的每個設備可被選擇以突顯網絡圖302中的該設備。
[0043]如果網絡圖302或列表309中的無線設備之一被用戶選擇(例如通過滑鼠，觸控螢幕或其他輸入設備)，彈出窗口 310可在所選的設備的圖標304附近顯示。彈出窗口 310顯示關於所選擇的無線設備及其無線連接(一個或多個)的各種信息。在這個例子中，彈出窗口 310包括所選擇的無線設備的傳輸間隔(30秒)，當前使用的帶寬(38%)，電池壽命(「高」)和無線信道。然而，任何其他的或額外的信息也可在彈出窗口 310中呈現。當無線設備之一被用戶選擇時，控制面板312也可被顯示。控制面板312包括各種用於配置相關聯的無線設備的控制項(control)和與相關聯的無線設備相關的信息。
[0044]圖形顯示300也可提供其他控制項。例如，控制項314允許用戶在網絡圖302中上、下、左、右導航，以及在網絡圖302內放大和縮小。控制項316允許用戶選擇不同的網絡圖302，並控制每個網絡圖302的多種不同的選項。通過控制項316可訪問的一些選項可包括創建新的網絡圖302，編輯或刪除現有的網絡圖302，以及控制在網絡圖302中包括哪些設備。通過控制項316可訪問的其他選項可包括控制網絡圖302的不透明度，控制是否在網絡圖302中顯示網格線，以及控制是否鎖定網絡圖302以防止改變該圖。通過控制項316可訪問的其他更多選項可包括控制在網絡圖302的標籤308中示出哪些統計值(如果有的話)，以及控制在網絡圖302中示出哪些通信路徑(例如，全部、沒有、只有路由，或只有時間同步連接)。
[0045]控制項318提供了與網絡圖302和各種過程控制相關功能有關的廣泛的控制項。可與網絡圖302 —起使用的控制項318的類型的示例包括過濾網絡圖302中所示(一個或多個)設備的(一個或多個)類型。控制項318還允許用戶查看與無線網絡相關的警報和報告。
[0046]圖4圖示另一個網絡圖402的一部分，其可在圖形顯示300中呈現。如圖4所示，網絡圖402包括代表兩個無線設備的兩個圖標404a-404b和代表設備之間的通信路徑的線406。線406包括具有兩個統計值(例如兩個RSQI值)的標籤408。兩個彈出窗口410a-410b與兩個圖標404a_404b相關聯。
[0047]如圖4中所示，標籤408中的兩個統計值明顯不同。這表示兩個無線設備之間在一個方向上的通信與兩個無線設備之間沿相反方向的通信的質量相比明顯更低。這表示無線網絡中的非對稱鏈路。標籤408中顯示的較低的RSQI或其他值可用作該無線連接的整體RSQI或其他值。如果較低的RSQI或其他值低於閾值(例如127)，該連接可被標記，例如通過將網絡圖402中相關聯的線406用紅色顯示。
[0048]圖5示出了根據本公開的用於公開無線網絡的可靠性的示例性報告502。在這裡報告502顯示為可通過圖形顯示300的控制項318中的「報告」按鈕被訪問。然而，該報告502可通過任何其他合適的方式被訪問。
[0049]如圖5所示，報告502代表「連接性」報告。此報告502為用戶提供關於具有不佳或不能接受的信號質量的無線連接的詳細信息。例如，該報告502可識別具有低於閾值的RSQI (如值為127)的所有無線連接。報告502也可識別所有非對稱的無線連接。
[0050]對於報告502中所列出的每個無線連接，該報告502可識別與該無線連接相關聯的源和目的地、以及RSSI值、RSQI值和無線連接的狀態。報告502還可識別與無線連接相關聯的源的位置和目的地的位置。
[0051]圖5所不的報告502代表僅僅一個可以為用戶生成的報告。可利用菜單504來選擇不同的報告。一個，幾個或所有這些報告可包括關於非對稱或其他低質量的無線連接的信息，或者基於非對稱或其他低質量的無線連接的信息。
[0052]雖然圖3和圖4示出了用於報告無線網絡的可靠性的圖形顯示300的一個示例，但可對圖3和圖4做各種變化。例如，圖形顯示300的布局和安排僅用於說明。此外，彈出窗口 310和控制面板312中的內容可以根據具體需要而變化。雖然圖5示出了用於公開無線網絡的可靠性的報告502的一個示例，可對圖5做各種改變。例如，這裡所示出的報告502僅用於說明。報告502的內容和安排可根據需要而改變，並且其他的或額外的報告也可包括關於無線網絡的可靠性的信息。
[0053]在各種類型的網絡中，如在工業自動化和控制網絡中，非對稱的鏈路是有問題的。例如，非路由現場設備在發現過程期間可能無法檢測到非對稱的鏈路，在該發現過程中現場設備嘗試發現相鄰節點以便加入工業無線網絡。這是因為，非路由現場設備可能能夠在發現期間在僅下行鏈路方向(路由器到現場設備)測量無線連接的接收信號的強度或其他質量。在連接被活動地形成並投入使用之前，可能無法測量上行鏈路方向(現場設備到路由器)的接收信號強度或其他質量。因此，在嘗試使用無線連接之前，現場設備可能無法檢測到非對稱的鏈路。
[0054]由於這個原因，現場設備可嘗試加入使用非對稱的無線連接的無線網絡。如果非對稱連接很差以至於不可能進行通信，加入嘗試可能會失敗。現場設備然後需要重新啟動發現過程，並且如果發現其他路由器，現場設備可嘗試通過不同的路由器重新加入。
[0055]此外，在已經連接到網絡的同時，現場設備可嘗試激活非對稱的無線連接。例如，如果非對稱連接看起來比現場設備的(一個或多個)現有鏈路具有更高的質量，這可能會發生。如果現場設備將其親代連接性改變到其中一條鏈路是非對稱的冗餘鏈路，現場設備可檢測到非對稱鏈路，並試圖選擇更好的親代，並且現場設備不會離線。如果現場設備將親代連接性改變到其中兩條鏈路均非對稱的冗餘鏈路，現場設備將很可能離線。如果現場設備將親代連接性改變到一個非冗餘非對稱鏈路，同樣現場設備將很可能離線。
[0056]圖形顯示300和報告502可用來幫助維持或甚至提高無線網絡的可靠性。例如，如果現場設備具有非對稱的鏈路，人員可使用圖形顯示300或報告502來識別該非對稱鏈路，並在現場設備附近添加接入點或路由器。在這種情況下，現場設備然後可自動重新配置它的親代連接，以遠離非對稱的無線連接，或者這可以由操作者手動進行。人員也可以使用圖形顯示300或報告502來識別非對稱鏈路、並且移動現場設備或重新定位現場設備的一個或多個天線。在這種情況下，現場設備處或其附近的環境因素可產生非對稱鏈路，並且移動所述現場設備或改變其天線(一個或多個)的定位可幫助解決該問題。
[0057]操作者還可使用圖形顯示300或報告502來驗證一個或多個閾值被配置為一個或多個適當的值。例如，「鏈路質量閾值」參數可用來定義對於無線連接而言所允許的最小RSQI或其他值。如果「鏈路質量閾值」提高到較高的值，系統可防止現場設備改變親代連接性到其他連接、或以其他方式使用具有低於「鏈路質量閾值」的RSQI或其他值的連接。然而，在調整「鏈路質量閾值」時也應謹慎。現場設備可通過具有低於「鏈路質量閾值」的信號強度的無線連接加入網絡，但在加入後，會改變其親代連接性(如果其他具有高於「鏈路質量閾值」的信號強度的連接可用)。如果系統阻止現場設備改變親代連接性到具有可接受的RSQI或其他值的其他連接，現場設備可卡在非對稱加入連接。
[0058]需要注意的是，非對稱的或其他低質量鏈路的標識可以任何其他合適的方式來使用。例如，系統可自動地「拉黑」非對稱或其他低質量的連接，這意味著這些連接不被系統選擇用於在無線網絡中的節點之間路由數據。系統還可以減少或最小化無線節點可執行的親代連接性改變的次數，這可有助於降低無線節點在不知不覺中選擇非對稱鏈路用於與親代節點通信的可能性。
[0059]存在著其中工業網絡(如ISA100.1la網絡)的行為可在存在非對稱或其他低質量鏈路的情況下被改善的多個其他方面。示例的方面包括Q)將傳輸失敗率顯著變化的檢測納入到模型決策中，以及(ii)減少/防止無線網絡中的親代變化。
[0060]對於第一個例子，顯著變化檢測指的是檢查無線連接以確定該無線連接在它的操作特性上是否經歷了顯著變化(通常是顯著退化)的過程。當這種情況發生時，可更新用於管理無線網絡的系統管理器(SM)模型。在一些實施例中，在周期性收到健康報告集中器目標(HRCO, health reports concentrator object)鄰居診斷公布或其他消息時,該模型可用於檢測傳輸失敗的顯著變化。考慮到通信速率的變化，諸如由於公布周期和當前請求/響應業務，在總的傳輸累積到最小數目(如24)之前，可能不會嘗試顯著變化檢測。該最小數目可以包括成功的傳輸，失敗的傳輸(否定應答)，以及沒有成功應答(無應答)的傳輸(可以排除空閒信道評估或「CCA」退避消息)。一旦滿足總的閾值時，傳輸失敗率可被計算為否定應答和無應答傳輸與傳輸總數目的比率。然後，累計的採樣可被復位並積累用於接下來的顯著變化檢測嘗試。對於高於指定的百分比，如50% (不過這個閾值可根據需求或希望而調整)的傳輸失敗率，可以檢測到顯著變化。
[0061]傳輸失敗率可以與下行鏈路(DL)連接性警報不同，如果它在指定的時間(例如I分鐘)內以指定的失敗率(例如90%或更大)傳輸指定數量的分組(例如最少10個分組)，其可由設備進行報告。SM模型可不考慮時間段地積累傳輸失敗，這意味著當通信鏈路不具有頻繁通信嘗試時，SM模型可以檢測出顯著的傳輸失敗率。然而，傳輸失敗率顯著變化可被與DL連接性警報相同對待，例如，通過移除所述無線連接(通過「黑名單」標誌)，除非該無線連接是到一個或多個設備的唯一連接。
[0062]對於第二個例子，在一些實施方式中，無線網絡中的節點被安排在分層結構中，其中在某一層中的每個節點與較高層中的一個或多個節點(如果存在較高層)進行通信。較高層中的節點代表較低層中的「子」節點的「親代」節點。「親代改變」是指較低層中的子節點改變其親代節點中的一個或多個的操作，並且一個或多個新的親代節點無需與舊的一個或多個親代節點處於相同的一個或多個層。圖6A至6E示出了根據本公開的無線網絡中親代節點的示例性改變。
[0063]在一些實施例中，「親代改變」操作可以通過各種SM模型動作觸發，即使「親代改變」操作可能會或不會導致新的親代節點的選擇。示例性的模型動作包括以下內容。
[0064].由於節點的加入或重新加入而引起的「添加邊界」的創建:為親代的重新評估識別邊界(通信路徑)的端點節點。
[0065].由於初始鄰居候選更新(導致非活動過渡的休眠)而引起的「添加邊界」的創建:為親代的重新評估而識別邊界的端點節點。可執行固定半徑的搜索來識別可從邊界添加中受益的任何非冗餘對等/子鄰居。
[0066].由於(活動邊界)鄰居診斷更新、(非活動邊界)鄰居候選更新，或在節點加入之後設置初始RSQI (或其他)而引起的RSQI (或其他)的顯著變化:為親代的重新評估而識別邊界的端點節點。
[0067]?接入點(AP)去除:為親代的重新評估而識別在其主要路由或替代路由中涉及AP的所有節點。
[0068].由於邊界添加或去除而引起的路由層變化:為親代的重新評估而識別受到路由層變化影響的子節點。
[0069].去除邊界:為親代的重新評估而識別邊界的端點節點。
[0070].節點能量類型的改變:為親代的重新評估而識別受到組改變影響的節點及所有活動的鄰居。例如，如果現場設備最初並無意中報告其本身為線路供電，但後來指示它是電池供電的(或反之亦然)，這可能會發生。該觸發器用於基於新的能量類型來調整通信資源分配。
[0071]當指定的節點執行「親代改變」操作時，該指定的節點可選擇各種鄰居節點作為其親代節點(一個或多個)的潛在候選。在一些實施例中，如果能通過下列全部驗證標準，鄰居節點可以是有效的親代候選。
[0072]?鄰居邊界已經激活，或指定的鄰居節點可為邊界激活而支持額外的鄰居。
[0073].鄰居節點具有與指定節點相同或更低的路由層。
[0074].鄰居節點是接入點或路由器(非路由器節點可能不是親代)。
[0075].鄰居節點不將指定節點作為其路由親代。
[0076].鄰居節點不在最大路由深度。
[0077]?鄰居節點尚未被選定為指定節點的主親代(在針對親代節點的第二遍期間完成)。
[0078]?鄰居節點是(i)先前的路由親代，或(ii)具有用於保證葉接入(GLA GuaranteedLeafAccess)通信的鏈路和時隙可用性。
[0079].鄰居節點具有到替代的接入點的路由(在針對親代節點的第二遍期間完成)。
[0080]上述第二個標準可以省略，以允許原始的輔親代可在主親代改變其路由層(改變大於一次)後繼續存在。例如，考慮圖6A中的現場路由器FR7。如果執行上述第二個標準，主親代從第3層變為第I層，將導致原始的輔親代被宣布無效。結果，現場路由器FR7隻有單個親代，並且將需要識別新的輔親代。如圖6B所示，如果去除上述第二標準，主親代從第3層變為第I層，將允許原始的輔親代在主親代改變後繼續存在。
[0081]在一些實施例中，SM模型在兩遍中執行親代選擇，一遍用於主親代和一遍用於輔親代。在每一遍中，SM模型可通過針對有效的親代候選而搜索指定節點的所有鄰居並且然後選擇最好的候選來執行親代選擇。鄰居可被分組為沒有列入黑名單邊界的鄰居和具有列入黑名單邊界的鄰居。親代選擇可以首先嘗試尋找沒有列入黑名單邊界的候選鄰居，並且如果沒有找到，則搜索具有列入黑名單邊界的鄰居。一旦一個或多個有效親代候選被識別，將為每個候選計算到骨幹路由器的路由權重。不論是計算主還是輔路由權重，它都可以被計算為新的親代的權重的總和，以及其餘主邊界到達骨幹路由器的權重的總和。
[0082]鄰居候選的列表可減少到兩個半決賽列表，如先前的路由親代(如果找到的話)和具有最低路由權重的鄰居。如果只有一個半決賽列表候選存在，它自動成為贏家，並且可被選擇作為路由親代。否則，如果先前的路由親代和新的路由親代候選都存在，則傾向是利用以下限制重用先前的路由親代:
[0083].如果主親代已經改變，輔親代可被設置為先前的路由親代，從而最小化選擇兩個新親代並與兩者通信困難的風險。
[0084].否則，可選擇新的路由親代候選，如果其權重小於先前的路由親代的權重加上權重死區(deadband)(如值20)。
[0085]可以採取措施，以減少每次改變多於一個親代的機會。
[0086]路由重權計算可被設計使得線路供電的路由器優先於電池供電的路由器到，並且使得較短的路由優先於較長的路由(到骨幹)。這允許收斂到具有最少電池路由器使用的平面網絡。然而，路由重權可在具有相同能量類型和路由層的兩個路由器之間變化，造成不必要的親代改變。結果，僅當其與原始的親代相比提高了路由層或能量類型，SM模型可添加鄰居驗證標準來識別鄰居作為潛在的候選親代。這個新的驗證標準僅適用於原始的親代作為候選存在(SM模型可改變，以首先搜索原始的親代)的情況。換句話說，在去除原始的親代節點/邊界時這個新的驗證標準可以被禁用。如果其權重小於先前的路由親代的權重加上權重死區，SM模型可繼續選擇新的路由親代候選，但新的親代候選的列表限於具有能源類型或路由層改善的候選。
[0087]考慮圖6C中所示的例子。現場設備FDlO通過帶有連接的現場路由器FR6加入無線網絡，該連接在兩個方向上均具有RSQI值230。現場設備FDlO然後發現鄰居候選:具有RSQI值為220的現場路由器FR3和具有RSQI值190的現場路由器FR9。現場設備FDlO選擇現場路由器FR3作為其輔親代，但然後發現該鏈路是嚴重非對稱的。現場設備FDlO可能不會改變其輔親代，直到FR3和FDlO之間的鏈路被去除，例如，由於DL連接性警報或傳輸失敗率顯著變化的檢測(這兩者都會導致邊界去除)。一旦邊界被去除，現場設備FDlO就可選擇現場路由器FR9作為其新的輔親代。
[0088]需要注意的是，可能需要延長的時間段(例如I或幾分鐘)來在親代改變後重新配置指定節點。理想的情況是，任何未來的親代改變可被延遲直到為先前的親代改變而重新配置指定的節點並且該指定的節點具有一定時間以使用新的親代(例如以查明到新的親代節點的鏈路是否非對稱)。「改變延遲」計數器可被添加到SM模型資料庫中的每個節點實例，以便:
[0089].當改變親代後以一定延遲值禁用和初始化時，該「改變延遲」計數器設置為零。以五分鐘的延遲值為例，可允許2.5分鐘用於重新配置和2.5分鐘用於鄰居診斷收集。
[0090].當執行親代選擇時，當「改變延遲」被啟用時原始親代可自動獲勝。
[0091].原始親代節點或邊界的去除會導致選擇新的親代，而不管「改變延遲」計數器是啟用還是禁用(因為無法再找到原始親代)。
[0092].從啟用到禁用的「改變延遲」轉變可作為新的親代改變觸發，以補償在延遲期間忽略的任何錯過的親代改變觸發。
[0093]需要注意的是，這可引入SM模型的周期性執行。
[0094]「改變延遲」計數器可重用於檢測何時到骨幹路由器的主路由中的中間節點重新配置了其主親代。親代重新配置具有導致短暫通信中斷的重要風險。有兩個獨立的場景以供考慮:
[0095].當原始路由中的中間節點被修改時，改變節點的親代。
[0096].選擇其主路由被修改為親代候選的鄰居。
[0097]圖6D涉及第一個場景，其中，現場路由器FRlO發現具有現場路由器FR8的非活動邊界。但是，現場路由器FRlO不應改變它的親代，因為其當前的兩個路由具有正在重新配置的中間節點。圖6E涉及第二個場景，其中，現場路由器FRlO發現具有線路供電的現場路由器LPFR9的非活動邊界。但是，現場路由器FRlO不應改變它的親代，因為LPFR9到骨幹路由器的路由具有正在重新配置的中間節點。
[0098]鑑於此，如果從指定節點到其骨幹路由器的兩條路由具有啟用(為其主親代)了「改變延遲」計數器的節點，SM模型可能不會嘗試對指定節點改變親代。此外，如果其到骨幹路由器的主路由具有禁用(為其主親代)了 「改變延遲」計數器的所有節點，SM模型可添加鄰居驗證標準，用於僅識別鄰居作為新的親代候選。這可只適用於原始主和輔親代均為候選的情況。這加強了恢復通信冗餘比最小化親代改變更為重要(雖然情況無需如此)的設計規範。
[0099]請注意，每個無線節點可被給予在該節點完成其「改變延遲」時期之後需要親代評估的節點ID的集合。識別出現有或未來路由中的節點啟用了「改變延遲」計數器的搜索也可將搜索節點ID添加到在中間節點完成其重新配置之後需要親代評估的節點的集合中。
[0100]圖7示出了根據本公開的保持具有非對稱或其他低質量鏈路的無線網絡的可靠性的示例性方法700。如圖7所示，在步驟702中，識別用於通信路徑中的第一連接的一個或多個統計，在步驟704中，識別用於通信路徑中的第二連接的一個或多個統計。這可以包括，例如，由系統管理器124支持的網絡管理算法收集或計算用於兩個網絡節點之間的多個連接的RSQ1、RSS1、或傳輸成功/失敗比率值。系統管理器124可從一個或多個其他設備接收統計，或系統管理器124本身可計算統計。
[0101]在步驟706，做出通信路徑是非對稱的確定。這可以包括，例如，系統管理器124確定通信路徑中的一個方向上的(一個或多個)統計與該通信路徑的另一個方向上的(一個或多個)統計相差一定閾值量或百分比。在步驟708，一種或多種啟發式方法被應用到該確定。這可能包括，例如，系統管理器124確定用於通信路徑的兩個方向上的統計是否高於第二閾值，從而指示所述通信路徑即使在存在一定非對稱的情況下仍具有高的質量。
[0102]在步驟710，結果以某一方式被使用。具體使用取決於應用。例如，該結果可被包含在圖形顯示300或報告502中。該系統管理器124還可使用該結果來選擇無線網絡中的設備所使用的通信路徑，或在非對稱的通信路徑周圍重新路由無線業務。系統管理器124還可使用該結果來控制無線網絡中節點的親代選擇。該結果可以任何其他合適的方式來使用。
[0103]雖然圖7示出了一種保持具有非對稱或其他低質量鏈路的無線網絡的可靠性示例性方法700，也可對圖7做出多種改變。例如，雖然所示的為一連串的步驟，在圖7中的各個步驟可以重疊、並行進行，以不同的次序進行，或進行任何次數。此外，儘管被描述為涉及非對稱鏈路的識別，所述方法700也可涉及其他低質量鏈路的識別。
[0104]在一些實施例中，如上所述的各種功能由電腦程式實現或支持，該程序由計算機可讀程序代碼形成並被包含在計算機可讀介質中。術語「計算機可讀程序代碼」包括包含原始碼、目標代碼和可執行代碼的任何類型的計算機代碼。術語「計算機可讀介質」包括能夠被計算機訪問的任何類型的介質，例如，只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)，硬碟驅動器、壓縮光碟(CD)、數字視頻光碟(DVD)、或者任何其他類型的存儲器。「非臨時性的」計算機可讀介質不包括有線、無線、光學或傳輸瞬態電信號或其他信號的其他通信鏈路。非臨時性計算機可讀介質包括數據可被永久地存儲於其中的介質及數據被儲存並稍後覆蓋的介質，例如可重寫光碟或可擦寫存儲設備。
[0105]詳述貫穿本專利文檔所使用的特定詞語和短語的定義是有利的。術語「耦合」及其派生詞是指兩個或更多元件之間任何直接或間接的通信，不管這些元件是否彼此物理接觸。術語「應用」和「程序」是指一個或多個適於在合適的計算機代碼中(包括原始碼、目標代碼或可執行代碼)實施的電腦程式、軟體組件、指令集、程序、函數、對象、類、實例、相關數據或其一部分。術語「接收」和「通信」及其派生詞包括直接和間接的通信。術語「包括」和「包含」及其派生詞，意味著包括但不限於。術語「或」是廣義的，表示和/或。措詞「關聯」
及其派生詞，指包括、被包括在內、與......互連、包含、被包含內、連接到或與......連接、耦合到或與……耦合、與……可通信、與……協作、交錯、並置、接近、被綁定到或與……綁定、具有、具有……的性質、與……有關等。措詞「……中至少一個」，當與項目的列表一起使用時，是指可使用所列出的項目中的一個或多個的不同組合，以及可能僅需要列表中的一個項目。例如，「A，B和C中至少一個」包括以下任一組合:A、B、C，A和B，A和C，B和C，以及A和B和C。
[0106]雖然本公開已經描述了某些實施例和大致相關聯的方法，但對技術人員來說，這些實施例和方法的變化和排列是顯而易見的。相應地，上述示例性實施例的描述不限定或約束本公開。在不脫離由所附權利要求所限定的本公開的精神和範圍的情況下其他變化、替換和改變也是可能的。
【權利要求】
1.一種方法包括: 接收(702-704)與無線網絡中的多個無線連接相關聯的鏈路質量信息；以及 利用該鏈路質量信息來識別(706)無線網絡中的至少一個非對稱的通信路徑。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述多個無線連接包括: 從第一無線設備(108a-108c、110a-110b、112a-112e)到第二無線設備(108a_108c、110a-110b、112a_112e)的第一無線連接；以及 從第二無線設備到第一無線設備的第二無線連接。
3.如權利要求2所述的方法，其中: 鏈路質量信息包括用於每個無線連接的統計值；以及 識別至少一個非對稱的通信路徑包括: 分別識別與第一和第二無線連接相關聯的第一和第二統計值；以及 確定第一和第二統計值之差是否超過閾值。
4.如權利要求3所述的方法，其中，所述統計值包括以下中的至少一項:接收信號質量指示器(RSQI)值、接收信號強度指示(RSSI)值或傳輸成功/失敗比率值。
5.如權利要求3所述的方法，其中識別至少一個非對稱的通信路徑還包括: 應用(708)啟發式方法，以指示即使第一和第二統計值之差超過閾值，第一和第二無線連接也不形成非對稱的通信路徑。
6.—種設備,包括: 接口(206)，其被配置為接收與無線網絡中的多個無線連接相關聯的鏈路質量信息；以及 至少一個處理裝置(202)，其被配置為利用鏈路質量信息來識別無線網絡中的至少一個非對稱的通信路徑。
7.如權利要求6所述的設備，其中所述至少一個處理裝置進一步被配置為生成圖形顯示(300)，該圖形顯示包括標識多個無線設備(108a-108c和110a-110b，112a-112e)以及無線設備之間的多個通信路徑的網絡圖(302)，該網絡圖被配置為提供識別無線網絡中的至少一個非對稱的通信路徑的指示。
8.如權利要求6所述的設備，其中所述至少一個處理裝置進一步被配置為生成報告(502)，該報告包括無線網絡中的至少一個非對稱的通信路徑的標識。
9.如權利要求6所述的設備，其中所述至少一個處理裝置進一步被配置為以下至少一個: 阻止所述至少一個非對稱的通信路徑的使用；以及 延遲所述至少一個非對稱的通信路徑的使用。
10.一種包含電腦程式的非臨時性計算機可讀介質，該電腦程式包括用於以下的計算機可讀程序代碼: 獲得(702-704)與無線網絡中的多個無線連接相關聯的鏈路質量信息；以及 利用鏈路質量信息，識別(706)無線網絡中的至少一個非對稱的通信路徑。
11.如權利要求10所述的計算機可讀介質，其中: 所述鏈路質量信息包括用於每個無線連接的統計值；以及 用於識別所述至少一個非對稱的通信路徑的計算機可讀程序代碼包括用於以下的計算機可讀程序代碼: 分別識別與第一和第二無線連接相關聯的第一和第二統計值，第一和第二無線連接在無線網絡中的兩個無線設備(108a-108c、110a-110b、112a-112e)之間形成單個通信路徑；以及 確定第一和第二統計值之差是否超過閾值。
12.如權利要求11所述的計算機可讀介質，其中:用於識別所述至少一個非對稱的通信路徑的計算機可讀程序代碼進一步包括用於以下的計算機可讀程序代碼: 應用(708)啟發式方法，以指示即使第一和第二統計值之差超過閾值，第一和第二無線連接也不形成非對稱的通信路徑。
【文檔編號】H04L1/00GK104244277SQ201410363236
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月11日 優先權日:2013年6月12日
【發明者】C·拉拉維, P·薩穆德拉拉, N·R·斯萬森, C·普利尼 申請人:霍尼韋爾國際公司