網絡系統中的節點故障的自適應恢復的製作方法

2023-05-03 23:46:51

本發明涉及網絡系統諸如但不限於基於internetprotocol（網際網路協議）(ip)聯網的聯網照明控制系統中的故障恢復(failurerecovery)。這樣的系統典型地由嵌入式ip節點構成，其中這些ip節點是照明設備(luminaire)、傳感器並且有可能是其他的ip設備，其經由技術例如ieee802.15.4無線聯網與提供高速數據連接性和功率至這些ip節點的ipv6overlowpowerwirelesspersonalareanetwork（低功率無限個人區域網上的ipv6）(6lowpan)或者poweroverethernet（乙太網供電）(poe)鏈路進行連接。

背景技術：

自動化和照明系統利用通信網絡。在過去幾年中，眾多類型的網絡已被提議並正在被使用。配置設備和網絡來滿足具體安裝的需要的任務被稱為調試(commissioning)。廣義上說，調試涵蓋廣泛的任務，其包括無線電和物理環境的調查(survey)、設備的放置、參數的配置、應用綁定、網絡與設備參數的最優化以及正確操作的測試與驗證。時常，非技術問題與半技術問題需要被考慮，其包括安裝程序的技巧和工作流實踐、設備的識別和可訪問性的容易以及與其它的無線或有線系統的互操作性和共存。調試進程牽涉許多步驟，即找到並加入或創建網絡、建立安全關聯、發現（多個）設備與（多種）服務以及建立控制關係（有時被稱為找到並綁定(findingandbinding)）。

在通信網絡中，節點能夠是連接點、再分布點或通信端點（某終端器材）。節點的定義取決於所涉及的網絡與協議層。物理網絡節點是被依附到網絡上的有源電子設備並且能夠在通信信道上發送、接收或轉發信息。

典型地，在照明控制系統中具有兩種類型的邏輯拓撲結構。一種類型是集中式系統，其具有中央設備或控制器，即所謂的管理在控制器和致動器(actuator)之間的通信並且監測系統健康的「主控制器(master)」或「區域控制器」。另一種類型是分布式架構，其中控制器直接與致動器通信並且健康監測通過辦公室管理人員的定期檢驗來實現。

當節點（例如光源(light)或傳感器等等）在網絡系統中損壞(breakdown)時，通常該節點需要被替換並被重新調試，這是因為新的節點並不包含或知曉該節點在更廣的網絡系統中的正確操作所需的配置數據和設置。在沒有中央控制器的分布式架構中，在替換之後的照明設備故障(failure)和恢復的檢測是困難的，這是因為沒有監測各種照明設備並且能夠自動調試替換設備的中央設備。

在專利申請us20130262937中，顯示一種方法，其使得網絡節點能夠通過與來自交換機(switch)內的子網管理器的數據相結合使用心跳機制來檢查是否其網絡系統中的不同節點已損壞。

技術實現要素：

本發明的目的是提供用於針對網絡系統提供有效的維護方案的方法和系統。

這些目的利用權利要求1所請求保護的裝置、利用權利要求7所請求保護的方法、利用權利要求9所請求保護的網絡節點、利用權利要求11所請求保護的網絡系統和利用權利要求13所請求保護的電腦程式產品來實現。

相應地，利用一組網絡節點設立的鍊表拓撲允許利用其鄰居節點的失敗(fail)或失靈(malfunction)網絡節點的檢測，以致這個鄰居節點能夠利用所連接的開關設備來檢查已失敗的網絡節點被連接至的埠的埠狀態，以便識別替換節點。從而，尤其對於沒有區域控制器和/或照明伺服器的那些系統結構而言，能夠提供基於ip或其他智能照明系統的自適應故障恢復。

這不同於專利申請us20130262937，因為本發明旨在檢測替換的節點並從而允許改進的故障處理，而所提及的專利申請旨在減少檢查是否網絡中的節點已損壞所必需的時間。

根據第一選項，網絡信息可以包括網絡層地址、鏈路層地址、開關設備的地址和鄰居節點被連接至的埠的識別。從而，足夠的信息在網絡節點上直接可用於檢查鄰居節點的狀態和確定是否它已被替換。

根據能夠與第一選項進行組合的第二選項，網絡節點包括照明設備，以及其中信標信號包含網絡節點的鏈路層地址、當前控制模式、照明場景和傳感器數據。信標信號因而能夠用來通過網絡傳達照明系統的控制信息。

根據能夠與上面的第一選項和第二選項之中的任一選項進行組合的第三選項，裝置可以被適配成：如果針對預定的時間周期而言沒有確認信號已響應於信標信號而從鄰居節點接收到的話，通過在一組節點內發送多播信號，以及在它從鄰居節點的鄰居節點接收到回答時，通過建立臨時連結列表，在至少一個方向中與鄰居節點的鄰居節點建立臨時邏輯連結。臨時連結提供能夠使得系統更加魯棒的優勢，這是因為即使兩個相鄰節點被替換，鄰域信息也保持可用。

根據能夠與上面的第一選項到第三選項之中的任一選項進行組合的第四選項，裝置可以被適配成：向開關設備的鏈路層地址表格請求鄰居節點的鏈路層地址，並且基於接收的鏈路層地址來確定是否鄰居節點已被替換。從而，通過簡單比較接收的鏈路層地址和存儲在網絡節點中的鄰居列表中的鏈路層地址，網絡節點能夠容易地確定是否其鄰居節點已被替換。

根據能夠與上面的第一選項到第四選項之中的任一選項進行組合的第五選項，裝置可以被適配成：將接收的鏈路層地址轉換為網絡層地址或針對分配的網絡層地址來檢查地址解析協議表格；將網絡節點的配置信息拷貝至鄰居節點；更新有關鄰居節點的鄰居信息；以及如果已確定鄰居節點已被替換，則利用鄰居節點的網絡信息來改變網絡節點的鄰居信息。從而，能夠實現在節點替換之後的自動重新配置。

根據能夠與上面的第一選項到第五選項之中的任一選項進行組合的第六選項，多個網絡節點可以被適配成：創建邏輯連結，以便設立邏輯圓形鍊表(circularlinkedlist)。圓形鍊表拓撲保證：每一個節點具有鄰居節點而不管其在網絡內的地理位置如何。

注意：上面的裝置可以基於具有分立硬體組件、集成晶片或晶片模塊的安排的分立硬體電路或基於利用存儲在存儲器中、寫在計算機可讀介質上或從網絡諸如網際網路下載的軟體例程或程序來控制的信號處理設備或晶片而被實現在網絡節點中。

應該明白：權利要求1的裝置、權利要求7的方法、權利要求9的網絡節點、權利要求11的網絡系統和權利要求13的電腦程式產品具有類似和/或相同的特別如在從屬權利要求中定義的優選實施例。

應該明白：本發明的優選實施例也能夠是從屬權利要求或上面的實施例與各自的獨立權利要求的任何組合。

本發明的這些和其他方面從下文描述的實施例中將是顯然的並將參考這些實施例來闡明。

附圖說明

在以下附圖中：

圖1顯示根據實施例的網絡系統的示意布線拓撲；

圖2顯示根據第一實施例的網絡系統的示意圓形鍊表拓撲；

圖3顯示根據第一實施例的鍊表拓撲中的信標與響應通信的示意圖；

圖4a和4b分別顯示根據第一實施例的圓形鍊表拓撲中的節點故障和由此產生的與開關設備的通信的示意圖；

圖5a和5b分別顯示根據第二實施例的臨時橋接連結和由此產生的臨時連結列表的示意圖；和

圖6顯示根據第二實施例的故障恢復處理的流程圖。

具體實施方式

本發明的實施例現在基於在基於ip的網絡中實現的自適應恢復程序來描述，其中在失靈或失敗的節點的替換之後的網絡恢復所需的時間和努力的量通過提供恢復機制以便根據以前節點（即失靈節點）的配置來自動地重新配置替換的節點而減少。

根據各種實施例，至少一組網絡節點被適配成創建鍊表拓撲，其中每一個網絡節點（例如照明設備）知道其在至少一個方向中的鄰居節點（例如上遊鄰居和/或下遊鄰居）的ip地址，並且鍊表拓撲的網絡節點被適配成發射信標至其上遊和/或下遊鄰居節點，而上遊和/或下遊鄰居節點被適配成確認信標的接收。此外，網絡節點被適配成：利用開關節點來檢查已失敗的網絡節點被連接至的埠的埠狀態，以便識別替換節點。

在以下實施例中，在有線的基於ip的智能照明系統中在預定區域如同會議室或個人辦公室中提供一組九個照明設備。照明設備將被理解為用來通過電燈的使用來創建人工光的電氣設備。其可以是被設計來替換多個常規光源的多用途且多功能儀器。取決於場地和應用，自動照明設備能夠是針對傳統光源的庫存(stock)的多用途且經濟附加，這是因為利用適當編程，它們能夠迅速地改變其光學的許多方面、非常快速地改變光源的「個性」。該實施例的智能聯網照明系統可以進一步包括繼電器、佔用傳感器、光電池、光控制開關或觸控螢幕以及來自其他建築系統的信號（諸如火災報警或供暖、通風和空調(hvac)）。

圖1顯示具有九個照明設備10的根據第一實施例的示意布線拓撲，其中九個照明設備10被指定為#1-#9並經由具有三條總線線路的各自控制總線30連接到光控制開關（例如開關板）20。因而，物理拓撲結構是星狀結構，其中三個照明設備10（即#1-#3、#4-#6和#7-#9）各自通過星狀結構的一個各自分支進行連接。

在調試階段，這九個照明設備10被分組並被編程，其中在至少一個方向中緊鄰的(next)鄰居節點（即鄰居照明設備）的網絡信息被寫入在每一個照明設備10中提供的存儲器。這個網絡信息可以包括緊鄰的鄰居節點的網絡層地址（例如ip地址）與鏈路層地址（例如mediaaccesscontrol（媒體訪問控制）(mac)地址）以及這個緊鄰的鄰居節點被連接至的控制開關20上的開關地址與埠名稱。

圖2顯示根據第一實施例的網絡系統的示意圓形鍊表拓撲。如圖2所示，所存儲的照明設備10至各自緊鄰的鄰居照明設備的參考（在圖2中利用箭頭40來指示）邏輯地形成圓形鍊表，即，照明設備#1存儲照明設備#2的ip地址，照明設備#9存儲照明設備#1的ip地址等等。

圖3顯示根據第一實施例的鍊表拓撲中的信標與響應通信的示意圖。

在正常操作期間，照明設備組內的通信被引導(conduct)，其中每一個照明設備10以預定間隔發送信標分組至其鄰居照明設備並且得到響應，例如確認(ack)分組（在圖3中利用虛雙箭頭50來指示）。從而，兩個相鄰照明設備知道彼此適當工作。信標分組的內容能夠是發送器的mac地址，並且也可以包括當前控制模式（例如自動控制模式或手動控制模式）、照明場景（即照明設備正運行在其上的當前照明場景預設，例如對應於會議場景的預設1或對應於放鬆場景的預設2）和傳感器數據（例如傳感器狀態（諸如佔用狀態）、照度水平等等）。

對於照明設備故障而言，能夠具有若干原因。在功率損耗或斷纜等等的情況下，照明設備將不被替換。然而，如果照明設備本身由於失靈等等而失敗的話，則失敗的照明設備將利用新的將安裝的替換照明設備來替換。

圖4a和4b分別顯示根據第一實施例的圓形鍊表拓撲中的照明設備故障以及由此產生的與圖1的控制開關20進行的通信的示意圖。

在圖4a的示例中，照明設備#5離線(offline)，以致在兩個方向中與緊鄰的鄰居節點進行的通信失敗，如在圖4a中利用x的(x'ed)虛雙箭頭52和53所示的。結果，由於故障，照明設備#5被從網絡中斷開連接，並且在圓形鍊表拓撲的下遊側上緊鄰的鄰居照明設備#4將沒有得到來自失敗的照明設備#5的對於其信標分組的應答（x的虛雙箭頭52）。另外，在圓形鍊表拓撲的上遊側上緊鄰的鄰居照明設備#6將沒有從失敗的照明設備#5得到信標。在少許間隔之後，緊鄰的鄰居照明設備#4和#6將確定：照明設備#5離線。

如圖4b所示，響應於離線確定，鄰居照明設備#4和#6與控制開關20通信，以便繼續檢查失敗的照明設備#5的埠，直至該埠再次在線。

然而，如果照明設備#6在照明設備#5之後損壞並且照明設備#6的替換完成，則所替換的新的照明設備#6a沒有得到其配置更新，這是因為新的照明設備#5a沒有舊的照明設備#6或新的照明設備#6a的任何鄰居信息。鑑於此，根據第二實施例的附加機制被引入來使得網絡系統更加魯棒。

圖5a和5b分別顯示根據第二實施例的臨時橋接連結54和由此產生的臨時連結列表的示意圖。根據第二實施例並且如圖5a所示，照明設備#4和#6在它們已確定照明設備#5離線時建立臨時連結54。為了實現此，照明設備#4發送多播分組到照明設備組，從而搜尋失敗的照明設備#6的鄰居。

當照明設備#4從照明設備#6接收到回答時，它能夠在其存儲器中建立臨時連結列表60來存儲鄰居歷史，如圖5b所示。鄰居歷史的臨時連結列表60包括照明設備#4的鄰居列表(nl)，其中緊鄰的鄰居照明設備#5利用空標誌(n)來標記以指示丟失的連結，並且照明設備#6的臨時連結信息62被添加。類似的連結列表也能夠被設立在照明設備#6上，以存儲前鄰居信息。

當照明設備#5再次在線時，其緊鄰的鄰居照明設備#4和#6能夠從在控制開關20上提供的mac表格中得到所替換的照明設備#5的mac地址並且能夠將新近檢索的照明設備#5的mac地址與存儲在其存儲器中的mac地址進行比較。

如果照明設備#4和#6確定mac地址還沒有被改變，它們能夠得出以下結論：照明設備#5還沒有被替換，以及整個系統能夠返回到正常操作並以預定間隔發送信標分組。

否則，如果照明設備#4和#6確定mac地址已被改變，則它們能夠得出以下結論：照明設備#5已被損壞或失敗並隨後被替換，而且自動配置發生。為了實現此，照明設備#4將檢索的新的mac地址轉換為ip版本6(ipv6)地址或針對分配的mac地址來檢查addressresolutionprotocol（地址解析協議）(arp)表格（其被提供用於網絡層地址到鏈路層地址的解析）。隨後，照明設備#4將它自己的配置拷貝到新的照明設備#5a的存儲器並且在新的照明設備#5a的存儲器中更新鄰居信息。同時，照明設備#4和#6在其鄰居列表中利用新的照明設備#5a的網絡信息來改變它自己的鄰居信息。

在配置之後，系統回復到正常操作。

圖6顯示根據第二實施例的照明系統的其鄰居節點（例如照明設備#5）的故障之後的網絡節點（例如照明設備#4）的系統恢復程序的流程圖。

該程序從其中以第一預定間隔檢查寂靜(silent)（離線）照明設備（例如照明設備#5）的埠的步驟601開始。隨後，在步驟602，檢查是否寂靜照明設備的埠再次是活動的(active)，即是否該照明設備再次在線。如果否的話，該程序重複步驟601和602，直至在步驟602中確定寂靜照明設備的埠再次是活動的。如果在步驟602確定該照明設備再次在線，則該程序利用其中（例如基於導出的地址信息）檢查是否該照明設備已被替換的步驟603來繼續。如果否的話，該程序轉至步驟606，其中例如通過發送信標並且等待響應，以第二預定間隔來檢查鄰居狀態。如果在步驟603確定該照明設備已被替換，則該程序分支至步驟604，並且上遊鄰居（例如照明設備#6）的配置與地址信息被傳遞至所替換的照明設備（例如照明設備#5a）。然後，自己的鄰居信息在隨後的步驟605中針對所替換的照明設備來改變。最後，該程序轉至步驟606，其中以第二預定間隔來檢查鄰居狀態。

根據上面的實施例，節點故障能夠被自動檢測並且系統能夠自適應地從節點替換中恢復。為了實現此，一組節點設立圓形鍊表並且發送周期性分組至其緊鄰的（多個）鄰居節點。在節點離線之後，兩個其鄰居節點監測那個節點被連接至的開關埠。當該節點再次在線時，其鄰居節點檢查是否該節點已被替換。然後，如果替換已被確定，則自動恢復被啟動。

注意：本發明並不限於上面的實施例並且能夠用於任何類型的網絡中的任何類型的網絡節點，諸如基於ip通信的專業與消費聯網照明控制系統、室內與室外照明、辦公室照明網絡、建築控制或建築自動化網絡、有線與無線網絡以及混合部署。

總之，已描述用於分散式網絡中的故障恢復的方法和裝置，其中鍊表被創建，其中每一個網絡節點知曉在至少一個方向中其鄰居節點的網絡地址，其中每一個網絡節點發送信標至其鄰居節點並且使得其鄰居節點確認信標的接收，以及其中網絡節點利用開關設備來檢查已失敗的鄰居節點被連接至的埠的埠狀態，以便識別替換節點。

根據各種實施例的網絡系統的組成部分的所述操作能夠被實現為電腦程式的程序代碼裝置和/或被實現為專用硬體。更具體地，如同圖6所示的所述程序能夠被實現為電腦程式的程序代碼裝置和/或被實現為專用硬體。電腦程式可以被存儲和/或被分布在與其他硬體的一部分一起供應和/或作為其他硬體的一部分供應的合適介質諸如光存儲介質或固態介質上，但是也可以採用其他形式諸如經由網際網路或其他的有線或無線電信系統來分發。

雖然在附圖和前面的描述中具體舉例說明和描述了本發明，但是這樣的舉例說明和描述將被認為是說明性的或示例性的而非限制性的。本發明並不限於具有燈或照明設備作為網絡節點的所公開的實施例。本發明能夠與任何類型的負載、傳感器、開關等等相結合在基於ip或其他的照明系統例如poe系統或其他的基於ip的設施中進行實現。

本領域技術人員在實踐所請求保護的發明中從附圖、公開內容和所附的權利要求書的研究中能夠明白和影響針對所公開的實施例的其他變動。在權利要求書中，詞「包括」並不排除其他的元素或步驟，並且不定冠詞「一」或「一個」並不排除多個。

單個處理器或其他單元可以執行在權利要求書中敘述的若干項的功能。在相互不同的從屬權利請求中敘述某些措施的純粹事實並不指示不能有利使用這些措施的組合。