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CN114600436B - 基于触发的入网初始化系统 - Google Patents

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CN114600436B
CN114600436B CN202080076938.5A CN202080076938A CN114600436B CN 114600436 B CN114600436 B CN 114600436B CN 202080076938 A CN202080076938 A CN 202080076938A CN 114600436 B CN114600436 B CN 114600436B
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Abstract

为了在不利用光学链路的情况下提高高密度网络中基于触发的入网初始化的精度，采用单独的信标标签400来辅助节点200和入网初始化设备300之间的入网初始化过程。当节点的本地标识号等于被包括在（从信标标签400中接收的）第二类型信标中的标识号，并且信标标签400的邻近度被确定为低于本地阈值时，在节点200侧检测到触发事件。在检测到这种触发事件时，节点200更新其第一类型信标，以向入网初始化设备300通知该触发事件。并且然后，入网初始化设备300确认该触发事件并且向节点200发送入网初始化请求。

Description

基于触发的入网初始化系统
技术领域
本发明涉及无线通信网络中的入网初始化领域。更具体地，本文公开了各种方法、装置、系统和计算机可读介质，其涉及在基于触发的入网初始化方法中由入网初始化设备控制多个节点中的节点到无线网络的入网初始化。
背景技术
在专业照明市场中存在一种越来越多地朝向连接照明系统而发展的持续趋势，其实现了各种新特征，如(远程)调度、能源监控、基于传感器的照明控制和资产管理。在许多情况下，这些系统安装在现有建筑中，在这些情况下，无线网络是优选的以避免必须穿过天花板来部署新的线缆(用于照明控制)。在当前实践中被广泛使用的这种无线网络协议的示例是开放标准，如Zigbee、Thread、BLE、BLE网格、Wi-Fi、Wi-Fi direct，以及在IEEE802.15.4、IEEE 802.15.1或IEEE 802.11标准之上构建的各种专有网络实施方案。在这些系统可以在实践中使用之前，必须配置构成网络的各种无线节点。
达成这一点的最常见方法是使一个无线设备(在大多数情况下是网关或网桥)开启无线网络，并且使新出厂的无线节点通过被称为自动加入的过程来自动地加入该网络。以此方式形成网络后，入网初始化工程师可以通过向每个设备发送闪烁命令来逐个识别每个器材，并且将每个设备注册到其位置或组。由于在此过程中，没有识别出关于从入网初始化设备到器材的距离上的关系，所以节点通常将以随机的方式出现，这意味着相当多的时间花费在定位设备上。
考虑到自动加入的缺点，在一种替代性工作方式中，系统不允许设备自动地加入，而是仅在入网初始化设备已经给出触发之后才允许设备自动地加入。在该方法中，入网初始化设备进行本地扫描并且命令设备按照与单个设备的邻近度的次序加入。邻近度信息通常通过测量来自特定设备的信号的接收无线电强度来获得。当在相对较小的区域中部署有大量设备时，来自不同设备的信号可能相互冲突，并且接收无线电强度可能并不总是足够精确以区分入网初始化设备和若干设备之间相对较小的距离差异。
然后提出了一种指向辅助入网初始化方法来进一步提高性能。该指向辅助入网初始化方法的优点在于，入网初始化工程师完全控制(要添加到网络的)各个设备以及(入网初始化这些设备的)确切次序。指向机制通常通过利用光学通信的视距特征而建立在光学链路之上。然而，这种方法需要设备具有附加的光学传感器来检测来自入网初始化设备的光学触发，这增加了设备的成本。此外，入网初始化设备和设备之间的直接视距信道对应用场景施加了附加的限制。
D1(US2018027635 A1)公开了照明控制设备保持在低功率模式，并且被触发信号唤醒以进行入网初始化。响应于该触发信号，照明控制设备传送包(packet)以连接到入网初始化设备，并且然后在将包传送到入网初始化设备之后从入网初始化设备接收入网初始化消息。
D2(US2018176760 A1)涉及一种用于智能设备的无线非视距入网初始化的方法。智能设备可以广播第一无线电消息，该第一无线电消息在入网初始化期间由ID工具检测。第一无线电消息对于每个设备可以是唯一的，使得ID工具可以发送(寻址到所选择的设备的)第二无线电消息，该地址基于来自所选择的/被寻址的设备的第一无线电消息。被寻址的设备可以响应以确认被寻址的设备的身份和位置。ID工具然后可以发送具有注册请求命令的第三无线电消息，再一次地，第三无线电消息被寻址到所选择的已安装设备。作为响应，所选择的已安装设备可以进入注册请求模式，并且向入网初始化系统传送标识，由此该设备的身份现在为系统所知，并且可以被无线地控制。
D3(US2019036722 A1)涉及一种通过无线网络进行通信的智能灯以及控制设备和传感器的系统，该系统具有允许这些灯基于由其他设备生成的事件的逻辑组合来采取行动的方法。这些灯可以自主运行，因为它们具有内置的逻辑处理、存储和无线通信的功能，这些功能允许它们接收事件并根据存储的逻辑配置数据来采取行动。
发明内容
鉴于以上所述，本公开针对用于提供与改进的基于触发的入网初始化相关的机制的方法、装置、系统、计算机程序和计算机可读介质，以在不需要光学链路的情况下实现与基于指向的入网初始化类似的效果。更具体地，通过以下来实现本发明的目的：如权利要求1所述的节点、如权利要求8所述的入网初始化设备、如权利要求11所述的系统、如权利要求12和13分别针对节点和入网初始化设备所述的方法以及如权利要求14所述的计算机程序。
因此，为了以足够的精度触发单个节点，信标标签将被放置成紧邻该节点。唯一的标识号将被包括在由信标标签发送的信标中。如果检测到来自信标标签的这种信标具有等于本地标识号的标识号，并且信标标签被确定为足够靠近该节点，则该节点将检测到触发事件。然后该节点将通过包括检测到触发事件的指示来更新其自身的信标。通过将信标标签放置到特定节点并且随后经由入网初始化设备检测来自该节点的更新信标，入网初始化工程师更好地控制基于触发的入网初始化。
根据本发明的第一方面，提供了一种节点。多个节点中的节点，用于辅助入网初始化设备将该节点基于触发地入网初始化到(使用第一无线通信协议的)网络，该节点包括：第一接收器，被配置为经由第二无线通信协议来检测信号；第一控制器，被配置为检测触发事件。当第一接收器从信标标签中检测到第二类型信标时，检测到触发事件；第二类型信标包括标识号，并且该标识号等于第一控制器已知的本地标识号；以及从第二类型信标中导出的、信标标签和节点之间的邻近度被确定为低于本地阈值。在检测到触发事件时，第一发射器被配置为通过在第一类型信标中插入触发事件的指示来更新第一类型信标；并且经由第二无线通信协议来发送更新的第一类型信标。第一接收器被进一步配置为：在由第一发射器发送更新的第一类型信标之后，经由第二无线通信协议来检测来自入网初始化设备的入网初始化请求，以开始节点的入网初始化。
节点可以是要被入网初始化到无线网络的任何新出厂的设备。在照明情境中，节点例如可以是照明设备、灯具、传感器或开关。在更广泛的家庭自动化情境中，节点也可以被包括在HVAC系统、智能冰箱、智能烤箱、其他智能白色家电或遥控器中。
配置设备和网络以满足特定安装需求的任务被称为入网初始化。因此，入网初始化涵盖广泛的任务，包括无线电和物理环境的调查、设备接入网络、参数配置、应用程序绑定、网络和设备参数的优化以及正确操作的测试和验证。本发明主要旨在辅助入网初始化设备和节点以更确定的方式设置一对一连接。并且因此，可以更有效和高效地执行后续的入网初始化。从更广泛的角度来看，本发明也可以用于需要以一对一方式维护或诊断大量已安装的无线设备的应用中。
节点使用第一类型信标来通告自身并邀请入网初始化设备进行入网初始化。然而，在基于触发的入网初始化中，需要先触发节点，然后才能对其进行入网初始化。在检测到触发事件之前，第一发射器可以以特定信标速率发送第一类型信标，该信标速率优选地被设置为非常低的频率。考虑到可以高密度地部署多个节点，低信标速率对减少多个节点之间的相互干扰以及减少节点的功耗是有益的。在优选场景中，信标速率被设置为0Hz，这意味着第一发射器在触发事件之前不发送第一类型信标。此外，如果节点不是全双工的，则低信标速率或者在触发事件之前没有信标传输也允许节点有更多的时间来监控信道以从信标标签中检测第二类型信标，以便被触发。
在检测到触发事件之前，第一接收器被配置为经由第二无线通信协议来检测信号。第一接收器可以接收来自周围其他节点的第一类型信标、来自入网初始化设备的通告、或者来自信标标签的第二类型信标。第一控制器因此过滤不相关的信号以检测有效的触发事件。
当满足三个条件时，检测到有效的触发事件。第一，从信标标签中检测到第二类型信标。第二，包含在第二类型信标中的标识号等于节点已知的本地标识号。第三，信标标签和节点之间的邻近度也满足一定的要求，这意味着信标标签应该足够靠近节点。
为了识别第二类型信标中的标识号，以预定格式构造标识号是有益的，该预定格式是节点已知的固定格式。节点的本地标识号可以是预定标识号，该本地标识号可以在出厂预设中配置。该本地标识号也可以在现场对节点进行物理安装期间被配置。标识号可以用于指示特定应用组、用户组、层级或分类类型。可能发生的是，不同的入网初始化工程师在同一区域使用多个入网初始化设备来执行不同的任务。通过检测本地标识号与从信标标签中接收的标识号完全相同，节点可以被警示潜在的触发事件，并且开始检查信标标签和节点之间的邻近度是否低于本地阈值，该本地阈值指示信标标签和节点之间紧邻。
用于邻近度性评估的本地阈值可以以与本地标识号相同的方式被预先确定。它也可以由节点经由来自入网初始化设备的通告或信标从入网初始化设备接收。本地阈值用于界定哪种水平的邻近度被认为足以在不使用光学链路的情况下达到基于指向的方法的类似效果。因此，该设定可以取决于多个节点的部署密度、或者触发所需的精度、或者邻近度评估的可靠性。因此，期望在现场配置本地阈值，诸如由入网初始化设备进行配置。
在另一示例中，节点可能没有本地阈值，并且然后通过仅满足前两个标准来确认“基本”触发事件，诸如当从信标标签中接收到第二类型信标并且第二类型信标中包含的标识号等于本地标识号时，而不管信标标签和节点之间的邻近度。因此，在检测到所谓的“基本”触发事件时，节点需要将邻近度信息包括到更新的第一类型信标中。并且因此，入网初始化设备可能必须判断基于来自节点的更新的第一类型信标获得的邻近度信息是否被认为指示节点和信标标签之间的足够的邻近度。
当入网初始化设备接收到(具有触发事件的指示的)更新的第一类型信标时，入网初始化请求将被发送到节点，以开始节点的入网初始化。该请求可以包括与节点和入网初始化设备之间的一对一连接相关的配置信息，或者包括与接入网络的设定相关的配置信息。
当入网初始化设备接收到具有“基本”触发事件的指示和邻近度信息的更新的第一类型信标时，入网初始化设备将在对邻近度信息进行肯定性评估之后向节点发送入网初始化请求。
为了避免要被检测的信号和第一类型信标之间不必要的冲突，优选地，第一发射器被配置为仅在第一接收器没有检测时进行传送。当节点不支持全双工通信时也是这种情况。
优选地，第一无线通信协议不同于第二无线通信协议。并且然后经由(用于建立一对一连接的)第二无线通信协议的通信将不会影响已经连接到网络的节点经由第一无线通信协议进行数据通信。尽管第二无线通信协议主要用于点对点连接或星形拓扑，但是使用第一无线通信协议的网络可以采用星形拓扑、树形拓扑、网状拓扑或不同拓扑的混合。
有利地，邻近度基于第二类型信标的传播特性而被导出。
可以根据电磁波的传播特性(诸如飞行时间或路径衰减原理)来导出邻近度或距离。传播特性可以是以下中的至少一个：飞行时间、接收信号强度指示符RSSI、以及链路质量指示符LQI。为了获得相对精确的邻近度估计，通常采用移动平均计算来滤除信道上的特定变化(诸如小尺度衰落)。并且然后邻近度指示符可以更精确地表示由节点从信标标签中检测到的第二类型信标的传播特性。
优选地，LQI或RSSI可以被用作识别邻近度的参数，因为LQI或RSSI测量已经被许多无线通信协议采用并且受无线电芯片支持。
注意，本文通过使邻近度或距离低于特定阈值来确定紧邻，该阈值通常从高于另一阈值的LQI或RSSI测量结果中被导出(考虑到高的接收信号强度通常指示短距离或紧邻)。然而，取决于这些参数的定义，这两种信息之间的转换(translation)在实际系统中可能不同。
在一个实施例中，借助于由第一接收器经由第二通信协议从入网初始化设备检测到的第三类型信标，第一控制器基于从入网初始化设备接收的第二标识号来获得本地标识号。
如上所公开，本地标识号可以是预定标识号。有利地，本地标识号也可以由节点在较早阶段从入网初始化设备获得。以此方式，不需要对节点中的本地标识号进行出厂预设，这在制造中提供了更多的自由度。此外，对于完全相同的标识码，不需要将信标标签和一组节点配对，这提高了系统灵活性。
在另一示例中，如果节点从入网初始化设备接收到这种标识号，则接收的标识号可以永久地或者在允许完成典型入网初始化过程的特定持续时间内覆写原始的出厂预设标识号。类似地，从新的入网初始化设备接收的新的标识号可以覆写先前从另一入网初始化设备接收的旧的标识号。
优选地，入网初始化设备也可以将阈值信息以及标识号包括到第三类型信标中。并且因此，节点将(在第三类型信标中接收的)标识号和阈值信息都注册为本地标识号和本地阈值。通过将阈值信息调整到特定的应用场景，入网初始化设备可以更好地控制基于触发的入网初始化。
优选地，触发事件的指示是以下中的至少一个：指示检测到触发事件的二进制指示符、所确定的节点和信标标签之间的邻近度信息、或者二进制指示符和所确定的邻近度信息的组合。
在节点检测到触发事件之后，向入网初始化设备通知这一点很重要。因此，节点将通过包括触发事件的指示来更新第一类型信标。如上所公开，取决于检测到的触发事件是满足三个标准的正常触发事件还是仅满足三个标准中的两个标准的“基本”触发事件，节点可以给出不同的指示。在正常触发事件的情况下，该指示可以简单地是二进制指示符。在“基本”触发事件的情况下，该指示可以是所确定的邻近度信息，或者是二进制指示符和所确定的邻近度信息的组合。
在一个实施例中，第二无线通信协议符合蓝牙低能量BLE标准。
有益地，BLE信标用于测量邻近度信息以及在入网初始化设备和节点之间建立一对一连接。由节点发送的第一类型信标可以是可连接的BLE信标，而由入网初始化设备发送的第三类型信标可以是不可连接的BLE信标。
有利地，由信标标签发送的第二类型信标是iBeacon。iBeacon是一种特殊的BLE通告，其遵循严格的格式，该格式为前缀、变量UIUD、以及主次对(major,minor pair)。UIUD通常用于识别设备或信标标签，其可以根据制造商、应用或所有者来指定。因此，UIUD可以用于从所有其他iBeacon标签或其他BLE设备中识别信标标签。主次对可以用于表示本发明的唯一的标识号。
在另一示例中，信标标签遵循Eddystone规范。并且因此，第二类型信标可以是Eddystone-UID帧，并且标识号可以是命名空间(Namespace)和实例(Instance)的组合。还可能的是，第二类型信标包括具有信标标签的唯一的标识号的Eddystone-TLM帧。
在优选的设置中，第一无线通信协议符合Zigbee标准。
Zigbee标准在家庭自动化和照明控制应用中被广泛采用。Zigbee网络层原生地支持星形和树形网络两者、以及通用的网状联网。强大的拓扑控制在控制系统中为其提供了很大的灵活性。然而，如前所述，网络的初始设置，并且尤其是以有序的方式将大量节点入网初始化到网络可能是麻烦的。利用新的BLE和Zigbee组合节点，利用BLE系统中点对点连接的简单设置来促进节点到Zigbee网络的入网初始化是有益的。利用两种不同的无线通信协议来操作入网初始化和数据通信这两个过程进一步提高了系统的效率。
在一个实施例中，第一发射器被进一步配置为：在由第一控制器检测到触发事件之前，经由第二无线通信协议以初始信标速率发送第一类型信标。
由于没有指示检测到触发事件的来自节点的第一类型信标通常被入网初始化设备忽略，所以初始信标速率优选地被设置为非常低的频率，或者甚至0Hz。
有利地，第一发射器被进一步配置为：在由第一控制器检测到触发事件之后，以与初始信标速率相比增加的信标速率发送更新的第一类型信标。
在典型的应用场景中，入网初始化工程师可以持有入网初始化设备和信标标签两者，尽管入网初始化设备可以是智能电话或独立的遥控器，并且信标标签可以附着到单独的延伸杆或长杆类型的设备。因此，当节点检测到触发事件时，入网初始化设备也应该靠近节点。对于节点来说，在检测到触发事件时增加发送第一类型信标的信标速率是更高效的，并且增加的信标速率有助于增多这些信标将被入网初始化设备接收的机会。以此方式，可以自适应地控制节点的信标速率，以进一步促进基于触发的入网初始化过程。
根据本发明的第二方面，提供了一种入网初始化设备。当信标标签和多个节点之间的配对已经在制造期间或安装期间被实施时，入网初始化设备可以在节点检测到触发事件时立即开始节点的入网初始化过程。否则，入网初始化设备在其可以开始入网初始化过程之前，执行额外的步骤来帮助信标标签建立与多个节点的配对。
为了执行多个节点中的节点到(使用第一无线通信协议的)网络的基于触发的入网初始化，入网初始化设备包括：第二接收器，被配置为经由第二无线通信协议来检测来自多个节点中的节点的第一类型信标；第二控制器，被配置为确定来自节点的所接收的第一类型信标是否包括检测到节点的触发事件的指示；第二发射器，被配置为在由第二控制器确认接收到(具有检测到触发事件的指示的)第一类型信标之后，经由第二无线通信协议向节点发送入网初始化请求。
入网初始化设备被配置为通过接收(包括检测到触发事件的指示的)第一类型信标来检测节点被触发的事件。并且然后，入网初始化设备可以向该节点发送请求以开始入网初始化过程。入网初始化工程师可以利用单独的信标标签来每次接近单个节点。并且入网初始化设备将检测该节点的第一类型信标的变化，并且相应地发送入网初始化请求。因此，可以以更优控制的方式(类似于基于指向的入网初始化)来执行基于触发的入网初始化。
来自入网初始化设备的请求可以包括与节点和入网初始化设备之间的一对一连接相关的配置信息，或者包括与接入网络的设定相关的配置信息。以BLE作为第一无线通信协议的示例，所有的信标和通告可以在BLE系统的广播信道上被发送。并且入网初始化设备和节点之间的一对一连接可以被切换到BLE系统的数据信道之一。因此，入网初始化请求还可能包括与信道切换相关的这种信息。用于详细配置或入网初始化的信令握手将在新的数据信道上进行。
在优选实施例中，第二接收器被进一步配置为经由第二无线通信协议从信标标签中检测第二类型信标，并且其中第二类型信标包括标识号；并且第二控制器被进一步配置为：当信标标签被确定为比任何其他信标标签更靠近入网初始化设备时，注册从信标标签中接收的标识号；并且第二发射器被进一步配置为：在由第二控制器注册标识号之后，经由第二无线通信协议向多个节点发送第三类型信标；并且其中第三类型信标包括注册的标识号。
如上所公开，当从入网初始化设备获得节点的本地标识号而不是出厂预设值时，这给系统带来了很大的灵活性。为了将触发功能授权给所选择的信标标签，入网初始化设备可以具有从所选择的信标标签中检测标识号以及在本地存储该标识号的初始步骤，并且然后入网初始化设备将向多个节点发送包括该标识号的广播消息。以这种方式，节点知道它应该对哪个标识号做出反应。
考虑另一用例：有多个入网初始化工程师出于不同的入网初始化目的而在同一区域中操作，并且这些工程师中的每一个都具有入网初始化设备和信标标签。考虑到所选择的信标标签可以被放置成最靠近特定的入网初始化工程师的入网初始化设备，入网初始化设备将总是注册从(被确定为比任何其他信标标签更靠近入网初始化设备的)信标标签中接收的标识号。只要属于信标标签的标识号在该区域中是唯一的，不同入网初始化工程师之间的操作就可以独立且并行地执行。
有利地，入网初始化设备的第二控制器被进一步配置为根据从多个节点中的一个以上节点中的每一个接收的第一类型信标来确定入网初始化该一个以上节点的优先级次序；并且其中第二发射器被进一步配置为经由第二无线通信协议向该一个以上节点发送请求序列，以根据由第二控制器确定的次序来顺序地入网初始化该一个以上节点中的每一个。
利用节点、信标标签和入网初始化设备这三个实体，触发各个节点的进度和完成入网初始化过程的进度可以是独立且异步的，使得在第一节点被入网初始化之前第二节点已经被触发。例如，当若干节点共位或被放置成相互靠近以服务于类似的功能时，信标标签可以被放到该组节点而不需要特意将它们彼此区分。因此，情况可能是入网初始化设备从一个以上节点接收(具有检测到触发事件的指示的)第一类型信标。入网初始化设备需要确定入网初始化一个以上节点的优先级次序，并且发送请求序列，以顺序地入网初始化一个以上节点中的每一个。可以根据从这些节点接收第一类型信标的次序来确定优先级。也可以根据包含在第一类型信标中的可能的邻近度信息来确定优先级。
替代地，该组节点可以具有相同的组标识符，并且入网初始化请求可以以多播的方式被发送到该组地址，这可以用于加速大型网络的入网初始化过程。
根据本发明的第三方面，提供了一种系统。一种用于执行本发明的多个节点中的节点到(使用第一无线通信协议的)网络的基于触发的入网初始化的系统。该系统包括信标标签，该信标标签被配置为经由第二无线通信协议来发送第二类型信标，该第二类型信标包括信标中的预先确定的标识号；以及多个节点中的节点；以及本发明的入网初始化设备。
在该系统的优选设置中，信标标签被附着到延伸杆、自拍杆、长杆或棒型设备，以更容易地紧邻节点。例如，在照明应用中，节点可以被部署在天花板上的灯具中。如果我们将单独的信标标签附着到这种延伸杆、自拍杆、长杆或棒型设备，就会方便得多。
在另一设置中，信标标签可以附着到无人机或另一种无人驾驶飞行器(UAV)。因此，信标标签仍然可以接近延伸杆、自拍杆、长杆或棒型设备所达不到的节点。在照明应用中，该设置对于在仓库、体育场中或者在机场入网初始化照明器材可以非常有用。
有利地，信标标签进一步包括具有窄波束宽度的定向天线。在该意义上，进一步减少了与全向方式的电磁传播特性相关的模糊性，并且入网初始化人员可以更精确地选择节点。
优选地，该系统包括信标标签、多个节点中的节点以及本发明的入网初始化设备，该信标标签被配置为经由第二无线通信协议来发送第二类型信标，该第二类型信标包括信标中的随机数。
有益地，在节点从入网初始化设备获得本地标识号的情况下，不需要预先在节点和信标标签之间进行配对。信标标签可以使用随机数作为第二类型信标中的标识号。入网初始化设备然后会将(从所选择的信标标签中接收的)该随机数转发给多个节点。然后在现场实施配对。
可以利用伪随机数生成器来生成该随机数。它不必是全局唯一的，但它应该是本地唯一的。
根据本发明的另一方面，提供了一种由多个节点中的节点执行的方法，用于辅助入网初始化设备将该节点基于触发地入网初始化到(使用第一无线通信协议的)网络，该方法包括：该节点经由第二无线通信协议来检测信号；在以下情况下，检测到触发事件：
-检测到的第二类型信标来自信标标签；
-第二类型信标包括标识号，并且该标识号等于本地标识号；以及
-从第二类型信标中导出的、信标标签和节点之间的邻近度被确定为低于本地阈值。
该方法进一步包括以下步骤：在检测到触发事件时，通过在第一类型信标中插入触发事件的指示来更新第一类型信标；经由第二无线通信协议来发送更新的第一类型信标；以及在发送更新的第一类型信标之后，经由第二无线通信协议来检测来自入网初始化设备的入网初始化请求，以开始节点的入网初始化。
根据本发明的另外的方面，提供了一种入网初始化设备的方法，用于执行多个节点中的节点到(使用第一无线通信协议的)网络的基于触发的入网初始化。该方法包括：入网初始化设备经由第二无线通信协议来检测来自节点的第一类型信标；确定来自节点的所接收的第一类型信标是否包括检测到节点的触发事件的指示；在确认接收到(具有检测到触发事件的指示的)第一类型信标之后，经由第二无线通信协议向节点发送入网初始化请求。
为了帮助信标标签建立与多个节点中的节点的配对，一种优选的方法包括：入网初始化设备经由第二无线通信协议从信标标签中检测第二类型信标，并且其中第二类型信标包括标识号；当确定信标标签比任何其他信标标签更靠近入网初始化设备时，注册从信标标签中接收的标识号；以及在注册标识号之后，经由第二无线通信协议向多个节点发送第三类型信标；并且其中第三类型信标包括注册的标识号。
本发明可以进一步体现在包括代码装置的计算机程序中，当程序由包括处理装置的节点或包括处理装置的入网初始化设备执行时，该代码装置使得处理装置执行本发明的任何一种方法。
附图说明
在附图中，类似的附图标记贯穿不同附图通常指代相同的部分。此外，附图不一定按比例绘制，相反，通常将重点放在说明本发明的原理上。
图1展示了系统的概况，其中多个节点将由入网初始化设备入网初始化到网络；
图2示意性地描绘了节点的基本组件；
图3示意性地描绘了入网初始化设备的基本组件；
图4示出了由节点执行的方法的流程图；
图5示出了由入网初始化设备执行的方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，现在将基于(要在基于触发的入网初始化中由入网初始化设备300入网初始化到网络100的)多个节点200来描述本发明的各种实施例。多个节点200可以是要被入网初始化到网络100的新出厂的设备。该网络可以是服务于特定控制目的的本地网络。该网络也可以经由150(网关、网桥或路由器设备)而被连接到云或主干网络。在照明情境中，节点200可以被包括在照明设备、灯具、传感器或开关中，以服务于照明设备、灯具、传感器或开关的通信功能。在更广泛的家庭自动化情境中，节点200也可以被包括在HVAC系统、智能冰箱、智能烤箱、其他智能白色家电或遥控器中。入网初始化设备可以是智能电话、遥控器或具有入网初始化工具功能的独立设备。
在基于触发的入网初始化方法中，入网初始化设备将根据节点的触发事件按次序入网初始化每个节点。典型地，这种触发事件基于入网初始化设备和节点之间的邻近度。考虑到以高密度部署的多个节点，高度精确的邻近度信息对于入网初始化过程将至关重要。在照明场景中，节点可以被部署在天花板上(如在灯具中)，而入网初始化设备可以由入网初始化工程师手持。考虑到入网初始化设备和节点之间的距离，为单个节点获得可靠且明确无疑的触发事件变得相当具有挑战性。
另一方面，基于指向的入网初始化通常通过利用光学通信的视距特征而建立在光学链路之上，其优点在于，入网初始化工程师完全控制(要添加到网络的)各个节点以及(入网初始化这些节点的)确切次序。然而，在单个节点中需要光学传感器来检测来自入网初始化设备的光学触发。附加的光学组件增加了节点的成本，这成为该解决方案的缺点。本发明旨在实现与基于指向的入网初始化类似的性能而不需要节点中的光学组件。
为了实现该目标，本发明提出利用单独的信标标签400来弥补传统的基于触发的入网初始化和基于光学指向的入网初始化之间的差距。为了减少与邻近度估计相关的不确定性，优选地，信标标签400被附着到延伸杆、自拍杆、长杆或棒型设备410。因此，即使在照明场景中节点被部署在天花板上，信标标签也可以容易地被放置成紧邻节点200，诸如在50cm内，或者优选地在10cm内。
然后根据信标标签的邻近度以及从信标标签中接收的标识号与本地标识号完全相同而为节点200定义触发事件。根据检测到的第二类型信标的传播特性(诸如飞行时间、RSSI或LQI信息)来导出邻近度信息。为了导出可靠的RSSI或LQI信息，节点可以实施这些值的移动平均计算，以获得良好的估计。
图2示意性地描绘了节点200的基本组件。第一发射器210被配置为经由第二无线通信协议来发送第一类型信标。在BLE的情况下，第一类型信标可以是来自节点的可连接通告。然而，在基于触发的入网初始化中，入网初始化设备在其确认发送第一类型信标的节点已经被触发之前，将忽略这种信标。第一接收器220被配置为经由第二无线通信协议来检测信号。这些信号可以是来自对等节点200的第一类型信标、来自信标标签400的第二类型信标、或者来自入网初始化设备300的另一信标。第一控制器230被配置为当满足三个标准时检测到触发事件：由第一接收器220检测到的信号是来自信标标签400的第二类型信标；被包括在第二类型信标中的标识号等于本地标识号；信标标签400和节点200之间的邻近度低于本地阈值。
为了减少与来自周围多个节点的第一类型信标的冲突，并且更重要的是，为了减少与来自信标标签的第二类型信标的冲突，第一发射器被配置为首先以初始信标速率或者等效地以初始信标/通告间隔发送第一类型信标。优选地，初始信标间隔可以被设置为300ms或更大，这意味着初始信标速率可以被设置为大约3.33Hz或更低。在极端情况下，初始信标速率可以被设置为0Hz，这意味着节点在其检测到触发事件之前可能根本不会发出信标。
更优选地，在检测到触发事件之前，节点花费大部分时间来监控信道，以从信标标签中检测第二类型信标。考虑到信道监控可能相当耗电，第一接收器优选以开关周期操作。开启周期应该至少覆盖来自信标标签的一个完整信标的持续时间，并且应用于第一接收器的初始占空比优选地高于10％，并且甚至更优选地高于50％，以便迅速地从信标标签中检测这些信标。
在检测到触发事件之后，期望第一发射器以与初始信标速率相比增加的信标速率更频繁地发送更新的第一类型信标。考虑到节点准备好入网初始化并且入网初始化设备也在附近，增加的信标速率增加了入网初始化设备立即检测到更新的第一类型信标的机会，并且因此加速了节点的入网初始化过程。节点的信标速率的这种自适应控制提高了节点自身的效率，并且还提高了系统的整体效率，这与减少的干扰和更迅速的入网初始化过程有关。
在更新的第一类型信标中，当节点已经确认节点和信标标签之间的邻近度满足本地阈值时，节点可以简单地包括二进制指示作为检测到触发事件的指示。用于邻近度评估的本地阈值可以是预定值，或者是从入网初始化设备获得的值。节点也可以包括导出的邻近度信息或者二进制指示符和邻近度信息的组合，作为触发事件的指示。当节点没有可用的本地阈值时，这可能发生，并且它只能估计其自身和信标标签之间的邻近度或距离，但是不能确定该邻近度是否被认为足以触发入网初始化。此外，由于以这种方式向入网初始化设备提供了更多的信息，所以入网初始化设备具有更大的自由度来控制入网初始化过程，以便根据节点的本地密度来采用动态控制的邻近度阈值。例如，观察到房间中的节点密度高于前一个房间，则入网初始化工程师可以考虑收紧邻近度评估的阈值以避免混淆。
第一无线通信协议主要用于支持多个节点的控制功能，诸如照明控制或建筑自动化。优选地，第一无线通信协议支持多跳技术，其可以是Zigbee、Thread、蓝牙网格、Wi-Fi网格、WirelessHART、SmartRF、CityTouch、IP500、Z-wave或任何其他基于网格或树的技术。
优选地，第二无线通信协议符合蓝牙低能量BLE标准。它也可以是Wi-Fi direct、Zigbee Touchlink或另一种支持点对点连接的简单设置的无线通信标准。利用来自入网初始化设备的、对节点的入网初始化请求，将在节点和入网初始化设备之间建立一对一连接。在BLE的情况下，来自入网初始化设备的请求可以指示节点从用于发送和接收信标的广播信道之一切换到用于专用一对一连接的数据信道。益处是有比广播信道更多的数据信道可用，并且数据信道更不易受干扰。
可选地，节点200可以进一步包括应用控制器或致动器，如图2中由240所指示。这种应用控制器或致动器与照明情境或更广泛的家庭自动化情境中的节点的控制功能相关。
图3示意性地描绘了入网初始化设备300的基本组件。第二接收器320被配置为经由第二无线通信协议来检测来自节点的第一类型信标。在检测到信标时，第二控制器330被配置为确定接收的信标是否是来自节点200的更新的第一类型信标，该更新的第一类型信标包括关于检测到节点200的触发事件的指示。取决于在信标中检测到的指示的类型，第二控制器330可以被进一步配置为检查所接收的邻近度信息是否等于或高于特定阈值，该特定阈值指示节点和信标标签之间的距离被认为足够靠近。如果是，第二发射器310被配置为经由第二无线通信协议向节点200发送入网初始化请求。
如上所述，节点可以具有关于标识号的预知，这种预知可以在制造期间或安装期间获得。然而，为了促进触发事件，需要在节点的本地标识号和被包括在来自信标标签的第二类型信标中的标识号之间进行配对，这意味着对于系统的额外的复杂性。因此，优选地，标识号可以由节点从现场的入网初始化设备中获得。为了将触发功能授权给所选择的信标标签，第二接收器320可以被进一步配置为从所选择的信标标签400中检测第二类型信标，并且第二类型信标包括标识号。
考虑场景：其中有多个入网初始化工程师出于不同的入网初始化目的而在同一区域中操作，这些工程师中的每一个都具有入网初始化设备和信标标签。考虑到所选择的信标标签可以被放置成最靠近属于特定的入网初始化工程师的入网初始化设备，入网初始化设备将总是注册从(被确定为比任何其他信标标签更靠近入网初始化设备的)信标标签中接收的标识号。只要属于信标标签的标识号在该区域中是唯一的，不同入网初始化工程师之间的操作就可以独立且并行地执行。
第二控制器330被进一步配置为通过在存储器或寄存器中本地存储标识号来注册从所选择的信标标签400中接收的标识号。并且第二发射器310被进一步配置为经由第二无线通信协议向多个节点200发送(包括注册的标识号的)第三类型信标。在接收到第三类型信标时，节点可以注册或更新其本地标识号。有利地，第三类型信标可以进一步包括优选的邻近度阈值，该优选的邻近度阈值指示入网初始化设备所需的邻近度标准。并且因此，节点可以进一步注册或更新其用于邻近度性评估的本地阈值。在BLE的情况下，第三类型信标可以是不可连接的通告。
如图3中所指示，入网初始化设备可以可选地包括用户界面340。考虑到入网初始化设备可以是智能电话、遥控器或具有入网初始化工具功能的独立设备，用户界面340可以为入网初始化人员执行入网初始化任务提供额外的便利。
图4示出了由节点200执行的方法500的流程图。在步骤S501中，节点200经由第二无线通信协议来检测信号。这些信号可以是来自其他节点200的第一类型信标、来自信标标签400的第二类型信标、或者来自入网初始化设备300的第三类型信标。在步骤S502中，当满足以下三个标准时，节点200确定检测到触发事件：检测到的第二类型信标来自信标标签400；第二类型信标包括标识号，并且该标识号等于本地标识号；以及从第二类型信标中导出的、信标标签(400)和节点(200)之间的邻近度被确定为低于本地阈值。并且然后，在步骤S503中，节点通过在检测到触发事件时在第一类型信标中插入触发事件的指示来更新第一类型信标。在步骤S504中，节点经由第二无线通信协议来发送更新的第一类型信标。以及在步骤S505中，在发送更新的第一类型信标之后，节点经由第二无线通信协议来检测来自入网初始化设备300的入网初始化请求，以开始节点200的入网初始化。
图5示出了由入网初始化设备300执行的方法600的流程图。在步骤S601中，入网初始化设备300经由第二无线通信协议从信标标签400中检测第二类型信标。在步骤S602中，入网初始化设备300确定信标标签400是否比任何其他信标标签更靠近入网初始化设备300。如果是，入网初始化设备300在步骤S603中注册从信标标签400中接收的标识号。并且然后，在步骤S604中，入网初始化设备300在标识号被注册之后，经由第二无线通信协议向多个节点200发送第三类型信标；并且其中第三类型信标包括注册的标识号。
根据本发明的方法可以作为计算机实施的方法在计算机上实施，或者在专用硬件中实施，或者在两者的组合中实施。
用于根据本发明的方法的可执行代码可以存储在计算机/机器可读存储装置上。计算机/机器可读存储装置的示例包括非易失性存储设备、光存储介质/设备、固态介质、集成电路、服务器等。优选地，计算机程序产品包括存储在计算机可读介质上的非暂时性程序代码装置，该非暂时性程序代码装置用于当所述程序产品在计算机或处理装置上执行时，执行根据本发明的方法，该计算机或处理装置被包括在(如在上述实施例中公开的)节点或网络或入网初始化设备中。
还可以提供方法、系统和计算机可读介质(暂时性和非暂时性)以实施上述实施例的选定方面。
术语“控制器”在本文中通常用于描述与一个或多个网络设备或协调器的操作以及其他功能相关的各种装置。控制器可以以多种方式(例如，诸如利用专用硬件)来实施，以执行本文讨论的各种功能。“处理器”是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，可以使用软件(例如，微代码)来编程该一个或多个微处理器以执行本文讨论的各种功能。控制器可以采用或不采用处理器来实施，并且也可以被实施为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关电路)的组合。可以在本公开的各种实施例中采用的控制器组件的示例包括但不限于传统的微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。
在各种实施方案中，处理器或控制器可以与一种或多种存储介质(本文统称为“存储器”，例如易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM、紧密盘、光盘等)相关联。在一些实施方案中，存储介质可以编码有一个或多个程序，当在一个或多个处理器和/或控制器上执行时，该一个或多个程序执行本文讨论的至少一些功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内，或者可以是可运输的，使得存储在其上的一个或多个程序可以被加载到处理器或控制器中，以便实施本文讨论的本发明的各个方面。术语“程序”或“计算机程序”在本文中以一般意义使用，以指代可以被用来对一个或多个处理器或控制器进行编程的任何类型的计算机代码(例如，软件或微代码)。
如本文中所使用的术语“网络”指代两个或更多设备(包括控制器或处理器)的任何互连，其促进了任何两个或更多设备之间和/或耦合到网络的多个设备之间的信息的传输(例如，用于设备控制、数据存储、数据交换等)。
如本文在说明书和权利要求中使用的，不定冠词“一”和“一个”(“a”和“an”)应该被理解为意味着“至少一个”，除非明确相反地指示。
如本文在说明书和权利要求中使用的，“或”应该被理解为具有与上面定义的“和/或”相同的含义。例如，当分隔列表中的项目时，“或”或“和/或”应被解释为包含性的，即包括至少一个、但也包括多个元素或元素列表中的一个以上元素、以及可选地包括附加的未列出的项目。只有明确相反地指示的术语(诸如“仅其中之一”或“恰好其中之一”，或者当在权利要求中使用时，“由……组成”)将指代包括多个元素或列表元素中的恰好一个元素。一般而言，如本文所使用的术语“或”仅应在前面有排它性术语(诸如“任一”、“其中之一”、“仅其中之一”或“恰好其中之一”时被解释为指示排它性的替代物(即“一个或另一个，但不是两个”)。“基本上由……组成”当在权利要求中被使用时应具有如在专利法领域中使用的普通含义。
如本文在说明书和权利要求中使用的，在引用一个或多个元素的列表时，短语“至少一个”应该被理解为意味着从元素列表中的任何一个或多个元素中选择的至少一个元素，但是不必包括元素列表中具体列出的每一个元素中的至少一个，并且不排除元素列表中元素的任何组合。该定义还允许可以可选地存在在短语“至少一个”所指代的元素列表内具体标识的元素之外的元素，无论该元素与具体标识的这些元素相关还是不相关。
还应当理解，除非明确相反地指示，否则在本文要求保护的包括一个以上步骤或动作的任何方法中，方法的步骤或动作的次序不必限于方法的步骤或动作被叙述的次序。此外，权利要求中括号之间出现的附图标记(如果有的话)仅仅是为了方便而提供的，并且不应该被解释为以任何方式限制权利要求。
在权利要求中以及上面的说明书中，所有过渡短语(诸如“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“保持”、“由……构成”等)都应理解为开放式的，即，意味着包括但不限于。只有过渡短语“由...组成”和“基本上由...组成”应是封闭或半封闭的过渡短语。

Claims (14)

1.一种多个节点中的节点(200)，用于辅助入网初始化设备(300)将所述节点(200)基于触发地入网初始化到网络(100)，所述网络(100)使用第一无线通信协议，所述节点(200)包括：
第一接收器(220)，被配置为经由第二无线通信协议来检测信号；
第一控制器(230)，被配置为在以下情况下检测到触发事件：
所述第一接收器(220)从信标标签(400)中检测到第二类型信标；
所述第二类型信标包括标识号，并且所述标识号等于所述第一控制器(230)已知的本地标识号；以及
从所述第二类型信标中导出的、所述信标标签(400)和所述节点(200)之间的邻近度被确定为低于本地阈值；
第一发射器(210)，被配置为在检测到所述触发事件时：
通过在第一类型信标中插入所述触发事件的指示来更新所述第一类型信标；以及
经由所述第二无线通信协议来发送所述更新的第一类型信标；并且
其中所述第一接收器(220)被进一步配置为：
在由所述第一发射器(210)发送所述更新的第一类型信标之后，经由所述第二无线通信协议来检测来自所述入网初始化设备(300)的入网初始化请求，以开始所述节点(200)的入网初始化。
2.根据权利要求1所述的节点(200)，其中所述邻近度基于所述第二类型信标的传播特性而被导出。
3.根据权利要求1或2所述的节点(200)，其中借助于由所述第一接收器(220)经由所述第二无线通信协议从所述入网初始化设备(300)检测到的第三类型信标，所述第一控制器(230)基于从所述入网初始化设备(300)接收的第二标识号来获得所述本地标识号。
4.根据权利要求1或2所述的节点(200)，其中所述触发事件的指示是以下至少一个：指示检测到所述触发事件的二进制指示符、所确定的所述节点(200)和所述信标标签(400)之间的邻近度信息、或者所述二进制指示符和所确定的邻近度信息的组合。
5.根据权利要求1或2所述的节点(200)，其中所述第二无线通信协议符合蓝牙低能量BLE标准。
6.根据权利要求1或2所述的节点(200)，其中所述第一发射器(210)被进一步配置为：在由所述第一控制器(230)检测到所述触发事件之前，经由所述第二无线通信协议以初始信标速率发送所述第一类型信标。
7.根据权利要求6所述的节点(200)，其中所述第一发射器(210)被进一步配置为：在由所述第一控制器(230)检测到所述触发事件之后，以与所述初始信标速率相比增加的信标速率发送所述更新的第一类型信标。
8.一种入网初始化设备(300)，用于执行多个节点中的节点(200)到网络(100)的基于触发的入网初始化，所述网络(100)使用第一无线通信协议，所述入网初始化设备包括：第二接收器(320)，被配置为经由第二无线通信协议从信标标签(400)中检测第二类型信标，并且其中所述第二类型信标包括标识号；
第二控制器(330)，被配置为：当所述信标标签(400)被确定为比任何其他信标标签(400)更靠近所述入网初始化设备(300)时，注册从所述信标标签(400)中接收的所述标识号；以及
第二发射器(310)，被配置为：在由所述第二控制器(330)注册所述标识号之后，经由所述第二无线通信协议向所述多个节点(200)发送第三类型信标；并且其中所述第三类型信标包括所述注册的标识号。
9.根据权利要求8所述的入网初始化设备(300)，其中在由所述第二发射器发送所述第三类型信标之后，所述第二接收器被进一步配置为：
经由第二无线通信协议来检测来自所述多个节点中的所述节点(200)的第一类型信标；并且
所述第二控制器被进一步配置为确定来自所述节点(200)的所接收的第一类型信标是否包括检测到所述节点(200)的触发事件的指示；并且
所述第二发射器被进一步配置为在由所述第二控制器(330)确认接收到具有检测到触发事件的指示的第一类型信标之后，经由所述第二无线通信协议向所述节点(200)发送入网初始化请求。
10.根据权利要求9所述的入网初始化设备(300)，其中所述第二控制器(330)被进一步配置为：
根据从所述多个节点中的一个以上节点中的每一个接收的所述第一类型信标，确定入网初始化所述一个以上节点(200)的优先级次序；并且
其中所述第二发射器(310)被进一步配置为：
经由所述第二无线通信协议向所述一个以上节点(200)发送请求序列，以根据由所述第二控制器(330)确定的所述次序来顺序地入网初始化所述一个以上节点(200)中的每一个。
11.一种用于执行根据权利要求3所述的多个节点中的节点(200)到网络(100)的基于触发的入网初始化的系统，所述网络(100)使用第一无线通信协议，所述系统包括：
信标标签(400)，被配置为经由所述第二无线通信协议来发送第二类型信标，所述第二类型信标包括所述信标中的随机数；和
所述多个节点中的节点(200)；以及
根据权利要求9所述的入网初始化设备(300)。
12.一种由多个节点中的节点(200)实施的方法(500)，用于辅助入网初始化设备(300)将所述节点基于触发地入网初始化到网络(100)，所述网络(100)使用第一无线通信协议，所述方法包括所述节点(200)：
经由第二无线通信协议来检测(S501)信号；
在以下情况下检测(S502)到触发事件：
检测到的第二类型信标来自信标标签(400)；
所述第二类型信标包括标识号，并且所述标识号等于本地标识号；以及
从所述第二类型信标中导出的、所述信标标签(400)和所述节点(200)之间的邻近度被确定为低于本地阈值；以及
在检测到所述触发事件时，通过在第一类型信标中插入所述触发事件的指示来更新(S503)所述第一类型信标；
经由所述第二无线通信协议来发送(S504)所述更新的第一类型信标；以及
在发送所述更新的第一类型信标之后，经由所述第二无线通信协议来检测(S505)来自所述入网初始化设备(300)的入网初始化请求，以开始所述节点(200)的入网初始化。
13.一种由入网初始化设备(300)实施的方法(600)，用于执行多个节点中的节点(200)到网络(100)的基于触发的入网初始化，所述网络(100)使用第一无线通信协议，所述方法包括所述入网初始化设备(300)：
经由第二无线通信协议从信标标签(400)中检测(S601)第二类型信标，并且其中所述第二类型信标包括标识号；
当确定(S602)所述信标标签(400)比任何其他信标标签(400)更靠近所述入网初始化设备(300)时，注册(S603)从所述信标标签(400)中接收的所述标识号；以及
在注册所述标识号之后，经由所述第二无线通信协议向所述多个节点(200)发送(S604)第三类型信标；并且其中所述第三类型信标包括所述注册的标识号。
14.一种计算机可读存储介质，其上已经存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令当由包括处理装置的节点(200)或包括处理装置的入网初始化设备(300)执行时使得所述处理装置执行根据权利要求12-13中任一项所述的方法。
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