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TWI491300B - 無線網路系統、使用於一無線網路系統中之加入器件、用於委任一無線網路系統之方法及電腦程式產品 - Google Patents

無線網路系統、使用於一無線網路系統中之加入器件、用於委任一無線網路系統之方法及電腦程式產品 Download PDF

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TWI491300B
TWI491300B TW099118453A TW99118453A TWI491300B TW I491300 B TWI491300 B TW I491300B TW 099118453 A TW099118453 A TW 099118453A TW 99118453 A TW99118453 A TW 99118453A TW I491300 B TWI491300 B TW I491300B
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詹姆士 喬瑟夫 安東尼 麥可柯馬克
Original Assignee
皇家飛利浦電子股份有限公司
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Publication date
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Description

無線網路系統、使用於一無線網路系統中之加入器件、用於委任一無線網路系統之方法及電腦程式產品
本發明係關於一種無線網路系統及一種委任一無線網路系統之方法。
目前，無線網路系統(具有在一無線媒體上進行通信之諸器件)普遍用於各種應用中。通常在此等網路系統中，成為該系統之一部分的各器件具有一可區分的網路位址，使得可能使用此位址將諸訊息引導至一特定器件。因此除該訊息之外，各通信包括至少一位址，使得該訊息到達其之所需的接收者。例如，在具有遠端控制單元及多個可控制設備(例如，照明器件、溫度感測器或加熱器件)之一網路中，該等遠端控制單元之各者需要關於如何定址各單一設備之資訊，而可個別地及以使用者所定義之群組控制該等設備或適當地處理所接收之感測器值。
為操作一網路系統，因此需要該等網路器件之各者在該網路中為可定址的。因此需要組態或委任加入該網路之一新的器件。
即使若完成此一網路系統之初始組態，可能需要改變該網路系統之該組態或者自多個網路系統合併諸器件而得增強之功能。
因此，對於使用者(尤其對該等網路組件之一舒適安裝及「即插即用」行為感興趣的消費者)而言，該網路系統之必要組態通常是一項乏味的任務。例如，在一網路合併情形中，該使用者通常需要自該等網路之一者移除該等器件且接著將此等器件添加至各自其他網路系統。
因此本發明之一目的係提供允許一簡單、便利且可靠之組態之一無線網路系統。
上文所提及的目的係由一無線網路系統及委任根據技術方案1及11之一無線網路系統之一對應方法而解決。該等附屬技術方案係關於本發明之較佳實施例。
本發明之基本思想係提供一無線網路系統，其中成為一第一網路系統之一部分之一網路器件可在一探索模式下與成為一第二網路系統之一部分之一加入器件通信。
在該探索模式下，該加入器件廣播一探索訊息，在接收該探索訊息後，該訊息致使該第一網路系統之該網路器件進入一委任模式以加入該第一網路系統，使得在成功委任之後，該加入器件是可定址的且因此可操作於兩個網路系統中。
因此，本發明允許將一加入器件添加至該第一網路系統，雖然該加入器件係已經組態以操作於一第二網路系統中，亦即，該加入器件不是一「原始狀態的」器件或未組態器件。因此有利的是，一使用者無須(例如藉由進行一乏味的解離程序)自該第二網路系統斷開該加入器件。
此外，該加入器件可同時存在於一個以上的網路系統中，在不重新設定一器件下，維持必要的通信參數及最終使用者所定義的連結關係、群組及群組場景設定，此增強該無線網路系統之可用性，實現一增強的且便利的即插即用行為。
根據本發明之當前態樣之該無線網路系統包括至少一網路器件及加入器件，各者具有在一無線媒體(其較佳為一共用媒體)上傳輸及接收資料之一通信介面。該通信介面可為具有任何合適類型，例如一光學通信介面，儘管較佳者該通信介面為一射頻(RF)通信介面，最佳的是，其經組態以使用一標準通信協定(諸如IEEE 802.11或IEEE 802.15.4)通信。
該網路器件係經組態以操作於該第一網路系統中，而該加入器件係經組態以操作於該第二網路系統中，亦即，該等器件係經組態以在不同網路中通信，例如，在與該各自網路之其他器件通信之一網路通信模式下。
在本發明之背景中，術語「網路系統」可參考為一或多個器件之一邏輯網路，該一或多個器件可使用該各自網路之經定義的網路位址相互通信。該第一網路系統及該第二網路系統可為(例如)個人區域網路(「PAN」)，各者具有允許可靠地且唯一地識別至少在其之實體附近之該各自網路系統之唯一網路識別資訊(例如，一PAN-ID)。
根據本發明，該網路器件係經組態具有一第一網路位址以用於通信，亦即，在該第一網路系統中是可定址的。該加入器件係經組態至少具有一第二網路位址以在該第二網路系統中是可定址的。
當然且依賴所使用的該各自通信協定，該等器件可具備在各個各自網路中進行網路通信之進一步參數，諸如，關於網路安全之資訊(例如，用於一加密通信之一安全密鑰)、一頻道號碼(例如，MAC頻道選擇)、用於處理網路ID碰撞之仲裁資訊或一經定義的通信模式。
可硬編碼(例如，工廠設定)或在該各自器件之一合適記憶體中程式化網路位址及最終的進一步參數。該網路位址可為具有任何合適種類，以實現該各自網路系統中之該器件(在一正常操作狀態下)是可個別定址的。該網路位址之格式及長度可取決於所使用之特定通信協定，且關於該網路位址長度(亦即，可用位址範圍)當然取決於該網路中之器件數目。因為僅需定址個別為該網路之一部分的該等器件，一「全網路」唯一位址為較佳。
根據本發明，該加入器件進一步包括用於儲存至少一網路位址之一組態記憶體。該組態記憶體可為具有任何合適類型，例如一可變記憶體，諸如，一或多個內部或外部RAM或FLASH記憶體單元。較佳地，將該第二網路系統之該第二網路位址及任何最終進一步參數儲存在該加入器件之該組態記憶體中。當然，該網路器件亦可包括一組態記憶體，例如，用於儲存該第一網路位址。
該網路器件及該加入器件可包括進一步組件，舉例而言，諸如一電力供應(例如，一電池或一連接主電源之電力供應單元)、一處理器單元、一使用者介面或記憶體。較佳地，該網路器件及/或該加入器件各包括一中央處理單元，其經調適以在該通信介面上至少發送/接收命令且(例如)使用包括在該記憶體中之一合適程式化來實施該各自器件之至少一部分行為。
根據本發明，該網路器件及該加入器件係經組態以至少在一探索模式下操作，在該該探索模式下該加入器件在該無線媒體中廣播一探索訊息。接收該探索訊息之該網路器件進入一委任模式。該探索訊息可為具有任何合適類型，且其致使該網路器件進入該委任模式。
在該委任模式下，該網路器件將包括至少在該第一網路系統中通信所需的一第三網路位址之「加入資訊」發送至該加入器件，使得該加入器件被添加至該第一網路系統，亦稱為「加入」該網路、「委任」該加入器件或者「結合」該加入器件與該第一網路系統。取決於該網路系統之通信協定，該加入資訊可包括在該第一網路系統中通信所需的進一步參數。舉例而言，此等參數可包括關於網路安全之資訊(用於一加密通信之一安全密鑰)、一頻道號碼(諸如例如，MAC頻道選擇)、用於處理網路ID碰撞之仲裁資訊或一經定義的通信模式，取決於該網路系統之通信協定。若該等網路器件包括且公佈至少一安全密鑰，則該網路器件較佳可對應於一信任中心。最佳的是，該加入資訊進一步包括該網路器件之該第一網路位址以用於一隨後之經引導交換，亦即，在該等器件之間的單播傳輸。
一旦完成該委任，可較佳組態該加入器件以(例如，使用一全網路廣播或包括至少其之網路位址的一宣告廣播)宣告其存在於該第一網路系統中。
在該委任之後，認為該加入器件係該第一網路系統之一成員且接著兩個器件可操作並相互通信且與該第一網路系統中之最終進一步器件通信。此外，該加入器件在該第二網路系統中是可定址的，亦即，該加入器件維持該第二網路位址及所有最終進一步通信參數以在該第二網路系統中操作，從而允許在兩個網路系統中之一同時操作及成員關係，亦即，該第二網路系統至該第一網路系統之一「橋接」。
應注意，在一廣義意義上，在委任之前，可認為該等器件經組態以在其等之各自網路系統中通信。
當然，本發明並不限於連接該加入器件與兩個網路系統；當然可能使用上文所提及的程序將該加入器件添加至進一步網路系統，亦即，三個或更多個網路系統，取決於所使用的各自通信協定。
一使用者可(例如藉由壓該加入器件上之一對應「加入模式」或「橋接」按鈕)起始該探索模式，此後，該加入器件廣播該探索訊息。
然而，出於安全考慮，較佳的是，該網路器件係經組態以僅在安全起始該探索模式後進入該委任模式。
根據該實施例，該網路器件僅在履行一安全條件時才進入該委任模式及/或提供加入資訊。因此該實施例有利避免一器件(例如，一進一步使用者，諸如一相鄰器件)之一意外委任。
安全起始可進一步提供該使用者選擇該等器件之可能性。在傳輸範圍中具有大量器件之大型網路系統中此尤其有利於避免一非意欲的網路組態。
最簡單的是，舉例而言，藉由該使用者可手動啟動的該網路器件上之一對應「加入模式」按鈕可提供一安全起始。
替代地或此外，將有可能對該等器件之一者提供一安全密鑰，例如，一識別號(PIN)，且對各自其他器件提供一使用者介面，例如一小鍵盤，供該使用者輸入密鑰。接著該使用者所輸入的該密鑰可(例如)包含在該探索訊息中被傳送至該網路器件，使得該網路器件僅在該使用者輸入對應於該所儲存之安全密鑰時才進入該委任模式。
根據一進一步替代實施例或額外實施例，該安全起始可基於該等器件之實體鄰近之偵測，在下文解釋此。該等器件之鄰近之偵測具有以下優點：可在無任何使用者交互作用下進行安全起始，以進一步改良該網路系統之可用性。
根據該實施例之該網路器件進一步包括一預定的鄰近值。由該加入器件發送的該探索訊息包括對應於該網路器件與該加入器件之間的距離之鄰近資訊。接收該探索訊息之該網路器件係經組態以判定該鄰近資訊是否對應於該預定鄰近值。若該鄰近資訊對應於該鄰近值，則該網路器件進入委任模式且將該加入資訊發送至該加入器件。
該鄰近資訊可包含所有資訊，以允許判定該加入器件與該網路器件之間的實體距離。該鄰近資訊可較佳對應於被發送至該網路器件之該加入器件之一通信之信號強度(例如，該探索訊息之信號強度)，因此固有地包含在該探索訊息中。
該預定的鄰近值可為具有任何合適種類，允許比較該鄰近值與該鄰近資訊。舉例而言，該鄰近值可呈對應於一經定義距離的一臨限值之格式，使得該加入器件僅若該鄰近資訊低於該臨限值(亦即，相較於該經定義之距離，該加入器件更靠近該網路器件)才進入委任模式。
可在該網路器件中硬編碼該預定的鄰近值或將其包含在一合適的記憶體中，使得可能根據所需應用調適該鄰近值。較佳地，該鄰近值為對應於小於2米之一距離(最佳的是小於0.5米)之一鄰近臨限值，使得僅若相較於該經定義之鄰近臨限值，該加入器件更靠近該網路器件，才進入委任模式。
如上文已描述，該網路器件及該加入器件之該等通信介面可係經組態用於標準網路系統中。在該探索模式下之通信因此可對應於當今已知的任何合適的通信協定，一無線通信可根據該通信協定而建立。通常將用於實施本發明之一合適群組之較佳通信協定稱為特用(ad-hoc)無線網路系統。
用於實施本發明之一特別合適且較佳通信協定為Zigbee。因此，最佳的是，該等通信介面係經組態用於一Zigbee網路系統。雖然本發明並不限於此，但是為繪示目的，下文參考Zigbee解釋本發明。
Zigbee係一開放標準且係基於IEEE 802.15.4通信協定，該協定定義一實體鏈路層(PHY)及一媒體存取控制層(MAC)。Zigbee使用此協定且在由IEEE 802.15.4提供之該MAC層之頂部定義一網路層(NWK)與一應用層(APL)。Zigbee與Zigbee協定堆疊之一描述係揭示於Zigbee規格中，例如，可購自Zigbee聯盟公司之註明日期2008年1月17日描述「Zigbee 2007」之文件1_053474r17ZB中。
參考Zigbee，該網路位址較佳對應於一Zigbee短網路位址。該網路識別資訊較佳對應於一Zigbee PAN-ID，最佳對應於一經擴展的PAN-ID。參考Zigbee，術語「網路系統」較佳對應於一個人區域網路(PAN)。
因為在該探索模式下，例如，若該網路通信係經加密，不可能進行一網路通信，所以較佳者在該探索模式下，該網路器件與該加入器件之該等通信介面係經組態以用於網路外通信。在一網路外通信期間，儘管該等器件係經組態以在不同的網路系統中操作，該等器件形成一暫時的鏈路以用於直接通信。因此可認為該等器件形成一暫時的網路。
根據本發明之一較佳實施例且參考Zigbee，該探索訊息對應於一Zigbee全域PAN-ID傳輸，且如上文所提及的Zigbee規格中所述。
使用一特定且保留的PAN號(例如，DstPANID=0xFFFF)定址全域PAN-ID傳輸訊框，使得此等傳輸訊框係經路由至該傳輸範圍中之每一個器件且可由該傳輸範圍中之每一個器件接收。因此，可能在不一定處於相同Zigbee網路中之諸器件之間通信(亦即，提供網路外通信)。
替代地或此外且根據本發明之該態樣之一發展，該探索訊息對應於一Zigbee PAN間傳輸。在如揭示於文件075356r14之Zigbee智慧能源規範中定義Zigbee PAN間傳輸，其中註明日期2008年5月29日之該文件075356r14係可購自該Zigbee Alliance Inc.。
使用Zigbee PAN間傳輸，一網路器件可能以一受限方式與一進一步器件交換資訊，該進一步器件不一定須為相同Zigbee網路之一部分。
一Zigbee PAN間傳輸訊框之格式通常不包括NWK層中之一網路位址，而是使用預定的位址(例如，所需目的地器件之MAC位址)定址。因為Zigbee PAN間傳輸在一完整委任之前，在無須「開放」該Zigbee網路下(亦即，暫時停用諸安全措施以添加該加入器件)允許不同Zigbee網路之諸器件之間(亦即，該網路器件與該加入器件之間)的一可靠通信，所以使用Zigbee PAN間傳輸是非常有用的。
當然，較佳的是，亦可分別使用Zigbee全域PAN-ID及/或PAN間傳輸來實行委任模式下之進一步通信。
根據本發明之一較佳實施例，該加入器件為一終端器件。在本發明之背景中，一「終端器件」為一網路器件，其無路由性能且其在該網路系統中無須永久為現用。該器件可處於一「休眠」或睡眠模式達很長週期且僅在需要一傳輸時啟動。因此其之總電力消耗顯著減小。根據本發明，該加入器件因此可同時為多個網路(例如，該第一網路及該第二網路)中之一終端器件，且可(例如，使用一「多網路」群播)控制兩個網路中之器件。
較佳地，根據Zigbee，該加入器件對應於一Zigbee終端器件，且最佳的是，該加入器件為一精簡功能器件(RFD)。
在本發明之一較佳實施例中，該加入器件為一行動器件，其中將術語「行動」理解為包含用手可輕鬆運送(亦即，具有一適當尺寸及重量)之器件。較佳地，該行動器件為非主電源連接式的，例如，具有一電池或其他合適電力供應。
根據本發明之一發展，該加入器件為進一步包括一使用者控制介面的一控制器件，該使用者控制介面用於發送一應用控制命令至該網路系統中之一進一步器件及/或自該網路系統中之一進一步器件接收一應用資料值。在本發明之背景中，將術語「使用者控制介面」理解為包括供使用者交互作用的任何介面，如用於起始待發送之一應用控制命令之一輸入介面或用於顯示該應用資料值之一顯示器件。例如，該使用者控制介面可包括若干按鈕及/或一LCD顯示器。
該應用控制命令可為任何種類之命令，其用於控制連接至該網路中之一器件之一應用器件(例如，用於切換一照明單元以導通及關閉)，且該應用控制命令與意欲用於網路組態或網路管理目的之一網路控制命令形成對比。同樣適用於該應用資料值，該應用資料值可例示性地包括一被連接之感測器的一感測器讀數。
參考諸如Zigbee之諸無線網路，該應用控制命令及應用資料值參考該應用層上的一通信且可對應於一應用物件。
根據該實施例之設置，該控制器件有利地提供上文所解釋之該探索模式下的探索功能且另外地提供應用功能，亦即，在一網路通信模式下發送應用控制命令或接收應用資料值。因此，該網路系統中無需進一步專屬器件用於應用控制，此有利地減小該網路系統之複雜度且進一步增強一使用者之操作性。
根據該實施例之該控制器件可為一電腦或一簡單壁開關，但是較佳為一電池操作的遠端控制。
根據本發明之一發展，該網路器件為包括一應用介面之一功能器件，該應用介面經組態以接收該應用控制命令及/或將該應用資料值發送至該網路系統中之一進一步器件(例如，該加入器件)。該應用介面係可連接至一應用器件(例如)以執行一控制、切換或感測器功能。該應用器件可為具有任何合適種類，諸如一照明單元、一加熱器件或任何類型之可電控制器件。例如，在一連接之照明單元之情形中，該應用介面可經組態以在接收到該對應應用控制命令後，切換該照明單元來導通與關閉或使該照明單元變暗。此外，可替代地或另外地組態該應用介面以發送一連接的應用器件之一應用資料值，例如，一溫度感測器之一溫度讀數、一水錶或電錶之讀數或者一煙霧偵測器或火警偵測器之一警報。
較佳地，整合該功能器件與該應用器件(例如，與一照明單元)。在一Zigbee網路系統之背景中，該網路器件較佳對應於一完全功能器件(FFD)及/或一路由器。若該網路器件為一路由器，則該加入器件可有利地將諸訊息發送至該第一網路系統之其他器件，接著該網路器件路由該等訊息。
如上文所論述，在該委任模式下，使用包括用以操作於該第一網路系統中之至少一網路位址之加入資訊程式化該加入器件。接著認為該加入器件為該第一網路系統之一成員且可與該第一網路系統之進一步器件通信。如上所論述，該加入器件亦保持在該第二網路系統中，亦即，該加入器件亦可與其之「起源」網路(亦即，該第二網路系統)中之器件通信。在上文之一控制器件之實施例中，該加入器件因此可控制兩個網路中之諸功能器件，(例如)，發送應用控制命令對應地接收應用資料值。例如，該使用者可(例如，使用一「多網路」群播或廣播)對於兩個網路中之照明單元定義照明場景。
為達成一同時操作，該加入器件可具備多個通信介面。替代地或此外，該加入器件可經組態以使用當前需要一通信之該各自網路之該等參數操作該通信介面，其提供一「準同時」操作。
舉例而言，該加入資訊可包含於在委任期間或委任之前發送的一或多個「加入訊息」(例如，該網路器件至該加入器件之一通信)中。在該委任模式下的該通信可指根據該各自通信協定將至少一網路位址提供給該加入器件之任何合適的委任或組態方法。參考Zigbee，該委任模式下的該通信可對應於如Zigbee標準文件中所描述之該通信。
較佳地，該探索訊息包括該加入器件之一預先定義的位址。最佳地，在該委任模式下，該網路器件係經組態以將該加入資訊發送給使用該預先定義的位址定址的該加入器件。
該實施例允許僅使用有限數目次所需傳輸進行該加入器件之一可靠委任。該預先定義的位址可為允許個別化該加入器件之任何種類之資訊。例如，該預先定義的位址可為一工廠設定的位址。較佳者，該預先定義的位址為一MAC位址。舉例而言，可在該通信介面中硬編碼該預先定義之位址或者將其包含在一合適的記憶體中(例如，該組態記憶體中)。
根據一較佳實施例，該網路器件與該加入器件係經組態以在一委任模式下通信，在該模式下，該網路器件係經組態以廣播網路識別資訊，該加入器件係經組態以在接收該廣播後將包括該預先定義位址之用以加入該網路之一請求發送至該網路器件，該網路器件係經組態以藉由將該第三網路位址指派至該加入器件而回應該請求，將對應於該網路位址之資料儲存在一組態記憶體中，且使用該預先定義之位址將包括至少該第三網路位址之加入資訊發送至該加入器件，且該加入器件係經組態以接收該加入資訊且將該加入資訊儲存在該組態記憶體中，使得該加入器件使用該第三網路位址在該第一網路系統中是可定址的。
該網路識別資訊允許至少在該第一網路系統之實體附近可靠且唯一識別該第一網路系統。較佳地，該網路識別資訊為該第一網路系統之一唯一識別符，最佳的是，一工廠設定的唯一識別符。舉例而言，該網路識別資訊可為該網路器件自身的通常基於該IEEE MAC位址之一通用唯一識別符(UUID)，例如，一6位元組器件識別符。可在該網路器件中硬編碼該網路識別資訊或者可將其包含在一可變記憶體中。較佳地，將該網路識別資訊儲存在該組態記憶體中。
如上所論述，該網路器件將該第三網路位址指派給該加入器件。該網路器件可(例如)在一隨機基礎上指派該網路位址。然而，為避免位址重複，該網路器件較佳可具備對應於一位址範圍(例如，在該網路器件自身之一先前委任中獲得)之資訊。舉例而言，可將此資訊儲存在一合適記憶體中。
若該網路器件不包括用於指派給該加入器件之一未分配位址，則該網路器件可經組態以自該第一網路系統中之一第二網路器件獲得該第三位址。因此該網路器件較佳可經組態以在該探索模式下將一位址請求發送至一第二網路器件。接收該位址請求之該第二網路器件將該第三網路位址提供給該第一網路器件。接著，該第一網路器件可將該第三網路位址指派給該加入器件，如前面所解釋。
當然，該第二網路器件較佳可將位址範圍資訊(亦即，多個網路位址)發送至該第一網路器件，使得該第一網路器件接著可在每一次需要委任一新的加入器件時無需發送一位址請求下委任進一步器件。較佳地，該位址請求為該第一網路系統中之一全網路廣播，使得若一些之進一步器件為非有效或者不在該傳輸範圍中，則可安全接收該第三位址。當然，取決於該網路組態，回應於該位址請求可能發生接收不到回答。在此情形下，最佳的是，該網路器件可經組態以在一經定義的超時之後隨機選擇該網路位址。接著可在操作該網路系統期間解決一最終位址衝突。
若在該位址請求後接收到一個以上回答，則該網路器件較佳係經組態以使用該第一回答之位址且將作為第三網路位址之該位址指派給該加入器件。接著可忽略所有進一步回答。
根據本發明之一發展，該加入資訊包括多個位址，例如，該第一網路系統之位址範圍資訊。該實施例可為尤其有利，因為該加入器件一旦加入該網路，接著可委任進一步器件以操作於該第一網路系統中，亦即，該加入器件可用作為一「委任主機」。
在附屬技術方案中提及進一步有利實施例。
自下文之較佳實施例之描述，本發明之以上及其他目的、特徵及優點將變得顯而易見。
圖1以一示意表示法顯示一網路器件1之一第一實施例，在該實例中，該網路器件為用於室內照明之一照明單元。該網路器件1包括具有一合適天線3之一通信介面2，該天線經提供用於根據Zigbee及IEEE 802.15.4通信協定(在下文中稱為「Zigbee」或Zigbee協定)之射頻無線通信。IEEE 802.15.4提供一實體鏈路層(PHY)及一媒體存取控制層(MAC)。Zigbee在MAC層之頂部提供一網路層(NWK)及一應用層(APL)。Zigbee及Zigbee協定堆疊之一描述係揭示於Zigbee規格，例如，可購自Zigbee聯盟公司之註明日期2008年1月17日之文件1_053474r17ZB中。如下文所解釋，該通信介面2進一步實施Zigbee Pro堆疊規範。Zigbee Pro及一對應通信堆疊之一解釋係揭示於可購自Zigbee聯盟公司之註明日期2008年1月的文件074855r05。
該通信介面2包括用於該MAC層上之通信之一唯一64位元MAC位址且係連接至一CPU 4，該CPU使用(例如)具有一合適程式化的一微控制器控制在該通信介面2上之通信。此外，該CPU 4係連接至一應用介面5，該應用介面係經配置以控制一燈6(亦即，切換該燈6以導通與關閉及使該燈6變暗)。在自該網路中之一進一步器件(諸如，一遠端控制器件)接收一應用控制命令後，該應用介面5在該網路上是可控制的。該網路器件1之所有組件係連接至具有一主電源連接(未顯示)之一電力供應單元7。
此外，一信號強度偵測器9係連接至該通信介面2以判定一傳入通信之所接收之信號強度且將一所接收之信號強度指示(RSSI)值提供給該CPU 4。一鄰近記憶體10係連接至該CPU 4，該鄰近記憶體包括一信號強度臨限值，用於與該RSSI值(亦即，一鄰近臨限)比較，使得該CPU 4可能判定正在對該網路器件1通信之一器件是否在一經定義的距離中。根據該實施例，該鄰近臨限值對應於小於0.5米之一距離。提供一可變組態記憶體8以儲存網路位址及網路組態資料。
該網路器件1對應於一Zigbee完全功能器件(FFD)。該通信介面2係經組態以用於路由，亦即，接收且轉送訊息；因此該網路器件1進一步對應於一Zigbee路由器。
圖2以一示意表示法顯示一加入器件21之一實施例。該加入器件21為一遠端控制器件，且相對於該網路器件1，該加入器件21包括具有一天線3之一通信介面2，該天線經提供用於根據Zigbee之無線RF通信。該通信介面2包括一唯一64位元MAC位址，用於根據IEEE 802.15.4之該MAC層上之通信，且該通信介面係連接至控制該通信之一CPU 24。 該CPU 24係連接至一使用者控制介面25，該使用者控制介面具有按鈕26及一LCD顯示器27以用於應用及網路控制功能，例如用以控制連結至該加入器件21之應用器件(諸如照明單元)之應用介面。提供一可變組態記憶體28以儲存網路位址及網路組態資料。一電池29對該加入器件21之所有組件供應電力。該加入器件21為一Zigbee終端器件，有時稱為精簡功能器件(RFD)，且在不需要通信時為休眠，因此節省電池電力。
該網路器件1係經組態以操作於一第一網路系統30中且該加入器件21係經組態以在不同於該第一網路系統30的一第二網路系統35中通信，如圖3中所示。因此該等器件可操作於各個各自網路系統30、35中，該等各自網路形成使用Zigbee協定之封閉個人區域通信網路(PAN)，提供包含定址、媒體存取、路由性能等之網路功能。
在一Zigbee網路中，可使用一短網路位址唯一定址各器件，該短網路位址為用於該網路層(NWK)上之通信之一16位元全網路唯一識別符。依據該解釋，該網路中之通信及一網路系統中之一器件之成員資格參考該網路層(NWK)上(例如，使用該個人區域網路(PAN)中之一Zigbee短網路位址或一位址群組)之一通信。
當起動一網路或一新的器件加入該網路時，必須委任該網路，亦即，至少將一網路位址指派給該器件以使其可在該網路系統中通信。用於一Zigbee網路之初始組態的一對應委任程序可(例如)見於Zigbee HAP規格，其為可購自Zigbee聯盟公司之註明日期2007年10月25日之文件053520r25zB_HA_PTG(家庭自動化規範)。
如上所論述，根據Zigbee，該網路器件1係經組態以操作於該第一網路系統30中且該加入器件21係經組態以操作於該第二網路系統35中。因此該等器件1、21係經組態以(例如，在一先前委任程序期間)在該各自網路系統中通信。如由圖3中之箭頭所指示，該網路器件1可與網路系統30之進一步器件33、36交換訊息，同時該加入器件21可與該等進一步器件32、34交換訊息。該實例中之該等進一步器件32、33、34、36可為照明單元或者進一步遠端控制單元。
因此，該網路器件1之該組態記憶體8包括該網路系統30之網路組態資料，例如，該網路組態資料係在該網路器件1之一先前委任期間獲得。除一短網路位址之外，該網路組態資料包括該第一網路系統30之一個人區域網路識別符(PAN-ID)。
該PAN-ID規定該網路系統30可與在其之附近之其他網路系統區別，亦即，可與該第二網路系統35區別。參考Zigbee，該PAN-ID可以一擴展的PAN-ID補充，該擴展的PAN-ID通常為該各自網路系統之一64位元「全域」唯一識別符。
該網路器件1之該組態記憶體8進一步包括對應於用於網路通信之一頻道及用以保全通信之一網路密鑰之資訊。
舉例而言，根據Zigbee HAP之該網路密鑰係基於長度為128位元之AES。可使用(例如)一亂數產生器而產生該密鑰及/或該密鑰可基於該網路器件1之MAC位址或該第一網路系統30之一進一步網路器件之MAC位址。此外，用於委任新加入器件之未佔用位址之一位址範圍係包含在該組態資料中。因此，該網路器件1之該組態記憶體8包含以下網路組態資料：
網路器件1之網路組態資料：
PAN-ID(nwk系統30)
擴展的PAN-ID(nwk系統30)
網路密鑰(nwk系統30)
頻道號碼(nwk系統30)
位址範圍：#2至#30(nwk系統30)
經指派的器件位址 ：短網路位址#1(nwk系統30)
對應於上文，該加入器件21之該組態記憶體28包括該第二網路系統35之以下網路組態資料：
加入器件21之網路組態資料：
PAN-ID(nwk系統35)
擴展的PAN-ID(nwk系統35)
網路密鑰(nwk系統35)
頻道號碼(nwk系統35)
位址範圍(可選，nwk系統35)
經指派的器件位址： 短網路位址#21(nwk系統35)
網路器件連結關係：
短網路位址#32(器件32)
短網路位址#34(器件34)
在下文，假設該使用者意欲使用該(遠端控制)加入器件21控制該照明單元，亦即，該網路器件1。
因為該等器件係在具有不同的PAN-ID及網路密鑰之不同的Zigbee網路(PAN)中組態，所以不可能使用短網路位址來定址該網路層上之一通信。在下文，該網路中之通信及一網路系統中之該器件之成員資格參考使用一網路位址之一通信，該網路位址係在該網路層(NWK)上定義，例如，一Zigbee短網路位址。
因此，該使用者將必須自該網路系統35明確移除該加入器件21且將該器件加入該網路系統30，導致損失所有前面之使用者設定(例如控制與器件32、34之連結關係及群組設定)。
為避免此等缺陷且根據該實施例，該網路器件1及該加入器件21係經組態以在一探索模式下操作。在該探索模式期間，該網路器件1與該加入器件21之該等通信介面2係由該等各自CPU 4及24驅動以在一Zigbee PAN間傳輸模式下通信，該Zigbee PAN間傳輸模式允許該網路器件1與該加入器件21交換資訊，儘管該等器件係經組態以操作於不同的Zigbee網路中。因此可將一Zigbee PAN間傳輸視為一網路外通信頻道31，如圖3中所示。
在「Zigbee智慧能源規範」中定義Zigbee PAN間傳輸，該規範係如揭示於可購自Zigbee聯盟公司之註明日期2008年5月29日之文件075356r14。通常藉由僅執行足夠處理之應用支援子層之一專門「殘根」在Zigbee堆疊中處置PAN間傳輸請求，該處理在不涉及該NWK層下將應用訊框直接傳遞至MAC層且將自該MAC層接收之PAN間應用訊框直接傳遞至該應用。
下文參考圖4解釋該探索模式下之通信之一第一實施例，圖4顯示其之一符號流程圖。在一使用者操作(例如，對該控制介面25上之一對應「加入模式」按鈕26按下按鈕)後，在步驟40中針對該加入器件21起始該探索模式。在經組態用於網路操作時，該網路器件1係經組態以永久處於該探索模式，亦即，該器件組態記憶體8為非空的。
在啟動該探索模式後，該加入器件21廣播包括至少該加入器件21之MAC位址且請求加入一網路之一探索訊息，亦即，一PAN間傳輸。以規則間隔(根據該實例，每兩秒)發送該探索訊息。
該網路器件1係在傳輸範圍中且在步驟41中接收該探索訊息。該信號強度偵測器9判定該探索訊息之該所接收之信號強度(RSSI)，且該RSSI值係經傳送至該CPU 4，該CPU 4在步驟42中比較該RSSI值與自該鄰近記憶體10輪詢的該信號強度臨限值。若該RSSI高於或等於該信號強度臨限值(亦即，該加入器件21靠近該網路器件1小於0.5米)，則該網路器件1根據步驟43至44進入一委任模式。
在步驟43中，該網路器件1將其之可用位址範圍之外的包含在該網路器件1之該組態記憶體8中的一短網路位址(亦即，短網路位址#2)指派給該加入器件21。隨後，在步驟44中，該網路器件1在一Zigbee PAN間傳輸(使用該加入器件21之MAC位址定址)中將加入資訊發送至該加入器件21，該加入器件21之MAC位址係在步驟41中接收於該探索訊息。該加入資訊包括該網路系統30之該所指派之短網路位址#2、擴展的PAN-ID、網路密鑰及頻道號碼。該加入資訊進一步包括藉由該加入器件21進一步委任諸器件之位址範圍資訊(一旦該器件21已加入該網路30)及用於控制該應用介面5(亦即，連結至該網路器件1之功能)之網路器件1之短網路位址#1。
在接收該加入資訊後，在步驟45中，接著使用來自該網路器件1之該加入資訊程式化該加入器件21之該器件組態記憶體28，使得該加入器件21在該第一網路系統30中是可定址的。該加入器件21保有該第二網路系統35之其之組態資料，使得在成功委任之後，該加入器件21為兩個網路系統30、35之一成員。接著該加入器件21之該組態記憶體28包括以下資訊：
加入器件21之網路組態資料：
PAN-ID(nwk系統35)
擴展的PAN-ID(nwk系統35)
網路密鑰(nwk系統35)
頻道號碼(nwk系統35)
位址範圍：(可選nwk系統35)
PAN-ID(nwk系統30)
擴展的PAN-ID(nwk系統30)
網路密鑰(nwk系統30)
頻道號碼(nwk系統30)
位址範圍：#3至#15(nwk系統30)
經指派的器件位址：
短網路位址#21(nwk系統35)
短網路位址#2(nwk系統30)
網路器件連結關係：
短網路位址#32(器件32)
短網路位址#34(器件34)
短網路位址#1(網路器件1)
接著認為該加入器件21為兩個網路30、35之一成員，如圖6中所顯示，且該方法結束。使用該網路器件1之該短網路位址，使用該加入(控制)器件21之該使用者控制介面25可控制該燈6。接著可指派該加入器件21之一按鈕26用於控制該網路器件1之該特定應用介面5(其通常稱為連結)。
此外，該加入器件21仍與該第二網路系統35之該等進一步器件32、34連結，且可分別傳輸該等器件32、34之應用控制命令或接收該等器件32、34之應用資料值。舉例而言，該加入器件21可使用一對應「多網路」群播來控制該等器件1、32及34。
在成功委任該加入器件21之後，該網路器件1將該短網路位址#2標記為已佔用且自該可用位址範圍移除該位址及所指派的進一步位址，以避免位址衝突。接著該網路器件1之該組態記憶體8包括以下組態資訊：
網路器件1之網路組態資料：
PAN-ID(nwk系統30)
擴展之PAN-ID(nwk系統30)
網路密鑰(nwk系統30)
頻道號碼(nwk系統30)
位址範圍：#16至#30(nwk系統30)
經指派之器件位址：
短網路位址#1(nwk系統30)
指派給器件21的短網路位址#2(nwk系統30，可選)
圖5中之一流程圖中顯示該探索模式下之通信之一進一步實施例。圖5之該實施例可為尤其有利於若一個以上器件與該加入器件21實體鄰近，使得其可能必須選擇用於加入之一特定器件。
如上文參考圖4所論述，在步驟50中，該加入器件21藉由一使用者之交互作用進入該探索模式且廣播PAN間探索訊息。根據該實施例，該探索訊息不一定包括MAC位址。
在步驟51中該網路器件1接收該探索訊息且其之信號強度偵測器9判定該探索訊息之該所接收信號強度(RSSI)。將該RSSI值傳送至該CPU 4，在步驟52中該CPU比較該RSSI值與自該鄰近記憶體10輪詢之該信號強度臨限值。若該RSSI高於或等於該信號強度臨限值(亦即，該加入器件21靠近該網路器件1小於0.5米)，則該網路器件1根據步驟53至57進入一委任模式。
在步驟53中，該網路器件1在一PAN間訊息中廣播該RSSI值連同其之MAC位址。例如，參考圖3，該加入器件21在步驟54中接收該網路器件1及所有最終進一步器件(例如該第一網路系統30之該等進一步器件33、36)之廣播。
接著該加入器件21之該CPU 24比較所有接收的廣播之該等接收之RSSI值及判定已發送最高RSSI值之器件，亦即，最靠近該加入器件21之器件。參考圖3，且假設雖然該等進一步器件33、36靠近該加入器件21，但是網路器件1為最靠近者，所以選擇該網路器件1。
接著在步驟55中，該加入器件21將使用該網路器件1之MAC位址定址的一PAN間加入請求發送至該網路器件1。該加入請求包括該加入器件21之該MAC位址。
在步驟56中，在該網路器件1接收該加入請求後，該網路器件1將其之位址範圍外之包含在該網路器件1之該組態記憶體8中之一短網路位址(亦即，短網路位址#2)指派給該加入器件21。
隨後，在步驟57中，該網路器件1在使用該加入器件21之MAC位址(接收於步驟55中之該加入請求)定址的一Zigbee PAN間傳輸中將加入資訊發送至該加入器件21。該所發送之加入資訊對應於圖4之該實施例。
在步驟58中該加入器件21接收該加入資訊且接著該器件之該CPU 24使用該新的加入資訊程式化該器件組態記憶體28。接著該加入器件21可操作於兩個網路系統30、35中，且該委任結束。
如參考圖3所論述，該網路器件1包括用於委任新的加入器件(例如，該加入器件21)之位址範圍資訊。該網路器件1在委任期間(亦即，在該網路器件1先前加入該網路系統30期間)初始接收該位址範圍資訊。然而，取決於藉由作為「委任主機」之該網路器件1加入該網路30之諸器件數目，該器件1可用完可指派之位址。參考圖4及圖5之該等實施例，因此，此外該網路器件1可經組態以分別在圖4及圖5之該等實施例之步驟43及56中在一位址請求程序中獲得額外位址。下文參考圖7解釋該位址請求程序中之通信。
如上所解釋，該加入器件21分別在圖4及圖5之該等實施例之步驟43及56中發送用以加入該網路30之一請求71至該網路器件1。接著該網路器件1判定在其之組態記憶體8中之諸位址是否為可指派的。若其並非該情形，則該網路器件1在該網路30中廣播一位址範圍請求72。接收該請求72之一進一步器件(例如，該器件36)判定在其之記憶體中是否存在可指派位址。若存在可指派的位址，則該器件36廣播包括該器件36之該網路位址之一位址可用訊息73.在接收訊息73後，該網路器件1將使用器件36之該網路位址定址的包括該網路器件1之該網路位址#1之一單播位址請求74發送至器件36。該器件36對該網路器件1指派其之可用位址之一位址範圍、將該位址範圍標記為已佔用且在使用該網路器件1之該短網路位址#1定址的一網路單播通信中將位址範圍資訊75發送至該網路器件1。
接著該網路器件1將一網路位址及一位址範圍指派給該加入器件21且將加入資訊76發送至該加入器件21，如上所解釋。圖4及圖5之該等實施例之所有進一步步驟及通信是如上文所論述而進行。
已在該等圖示及前述描述中詳細繪示且描述本發明。認為此等繪示及描述為繪示性或者例示性的且非限制性的；本發明並不限於該等所揭示之實施例。
舉例而言，可能在一實施例中操作本發明，其中：
-　該網路通信對應於IEEE 802.11協定，
-　該加入器件21不是一遠端控制器件，而是一電腦或一壁開關，
-　將該加入資訊儲存在與該網路組態記憶體8分離之該加入器件21之一進一步記憶體中，
-　將該網路密鑰儲存在提供於該網路器件1中與該網路組態記憶體8分離的一密鑰儲存器中，
-　該通信介面2係經組態以使用代替Zigbee Pro之一標準Zigbee位址分配方法，
-　取決於所使用的通信協定，該加入資訊包括額外或不同的資訊，
-　代替被包含在記憶體10中，在該網路器件1之該組態記憶體8包括預定之鄰近值，
-　代替包括一燈6，該網路器件1包括一應用介面以連接至一進一步應用器件(例如具有外部連接終端)，或連接至一應用器件，諸如一濕度感測器、一火警偵測器、一煙霧偵測器、一水錶、一電錶、一煤氣表、一加熱器件或任何類型之設備，
-　參考圖5之該實施例，代替在步驟53中廣播其之MAC位址，該網路器件1廣播該網路系統30之PAN-ID及/或擴展的PAN-ID，
-　在步驟55中該加入器件21使用該網路系統30之該PAN-ID及/或經擴展的PAN-ID發送其之請求以加入該網路，
-　在步驟55中該加入器件21廣播其之請求以加入該網路，
-　代替被包含在該通信介面2中，該加入器件21及/或該網路器件1之MAC位址被儲存在一合適的記憶體中，
-　參考圖5之該實施例，代替組態該加入器件21以在步驟54中自動選擇一器件，該加入器件21係經組態以在顯示器27上顯示鄰近的所有器件之一清單，以允許該使用者選擇一器件用於委任，
-　代替針對兩個網路系統30、35組態該加入器件21，該加入器件21係經組態以操作於三個或更多個網路系統中；及/或
-　若該加入器件21不意欲委任(亦即不將進一步器件添加至該第一網路系統30)，則該加入資訊不包括位址範圍資訊。
此外，委任模式下及/或探索模式下之該通信可替代地或此外至少部分地對應於Zigbee全域PAN-ID傳輸，如註明日期2007年10月19日之描述「Zigbee 2007」之文件053474r17中所定義。
使用一專門PAN-ID(例如，DstPANID=0xFFFF)定址全域PAN-ID傳輸(儘管為NWK層上之一傳輸)，其係路由至範圍中之每一器件且由範圍中之每一器件接收。未加密一全域PAN-ID傳輸，使得在未進一步處理或者必需有一網路密鑰時，該傳輸可傳遞至一器件中之該各自應用。因此參考圖3認為一全域PAN-ID傳輸可為一替代網路外通信頻道31。
自該等圖示、指示內容及附屬申請專利範圍，實踐所主張之發明之熟悉此項技術者可瞭解且施行該等所揭示之實施例之其他變化。
在下文之描述及附加申請專利範圍中，對單數之一參考亦意欲包含複數個且反之亦然，且對特定數目個特徵或器件之參考並不理解為將本發明限制在特定數目個特徵或器件。此外，措辭諸如「包含」或「包括」不排除其他元件且不定冠詞「一」不排除複數個。
以下事實：在相互不同附屬請求項中所敍述之某些措施不指示不可有利使用此等措施之一組合。
一電腦程式可儲存/分散在供應給其他硬體或作為其他硬體之一部分之一合適媒體上，諸如一光學儲存媒體、一磁性儲存媒體或一固態媒體，但是亦可以其他形式分散，諸如經由網際網路或其他有線電信系統或無線電信系統。
不應將申請專利範圍中之任何參考符號理解為該申請專利範圍之範圍之限制。
1．．．網路器件
2．．．通信介面
4．．．CPU
5．．．應用介面
6．．．燈
7．．．電力供應單元
8．．．組態記憶體
9．．．信號強度偵測器
10．．．鄰近記憶體
21．．．加入器件
24．．．CPU
25．．．使用者控制介面
26．．．按鈕
27．．．顯示器
28．．．組態記憶體
29．．．電池
30．．．網路系統
32．．．器件
33．．．器件
34．．．器件
35．．．網路系統
36．．．器件
圖1以一示意視圖顯示一網路器件之一實施例；
圖2以一示意視圖顯示一加入器件之一實施例；
圖3顯示無線網路系統之一實施例之一示意圖；
圖4以一符號流程圖顯示一探索模式下的委任之一實施例；
圖5以一符號流程圖顯示該探索模式下之該委任之一進一步實施例；
圖6顯示在委任之後根據圖3之無線網路系統之一實施例；及
圖7以一符號表示法顯示在一位址請求程序期間之通信之一實施例。
1．．．網路器件
21．．．加入器件
30．．．網路系統
32．．．器件
33．．．器件
34．．．器件
35．．．網路系統
36．．．器件

Claims (12)

  1. 一種無線網路系統，其具有至少一網路器件(1)，其包括在一無線媒體上傳輸及接收資料之一通信介面(2)，一第一網路系統(30)之一第一網路位址，及一加入器件(21)，其包括在一無線媒體上傳輸及接收資料之一通信介面(2)，一第二網路系統(35)之一第二網路位址，及用於儲存至少一網路位址之一組態記憶體(28)，該網路器件(1)及該加入器件(21)係經組態以在一探索(discovery)模式下操作，其中該加入器件(21)廣播一探索訊息，該網路器件(1)在接收該探索訊息後進入一委任(commissioning)模式，在該模式下，該網路器件(1)對該加入器件(21)提供加入資訊，該加入資訊包括該第一網路系統(30)之至少一第三網路位址，及該加入器件(21)將該加入資訊儲存在該組態記憶體(28)中，使得該加入器件(21)在該第一網路系統(30)及該第二網路系統(35)中是可定址的。
  2. 如請求項1之無線網路系統，其中該網路器件(1)進一步包括一預定的鄰近值，該探索訊息包括對應於該網路器件(1)與該加入器件(21)之間的距離的鄰近資訊，及在接收到該探索訊息後，該網路器件(1)判定該鄰近資 訊是否對應於該預定的鄰近值，且若該鄰近資訊對應於該鄰近值，則進入該委任模式。
  3. 如請求項1或2之無線網路系統，其中該通信介面(2)係經組態以用於一Zigbee網路系統。
  4. 如請求項1或2之無線網路系統，其中在該探索模式下之該通信介面(2)係經組態以用於網路外通信。
  5. 如請求項1或2之無線網路系統，其中該加入器件(21)為一終端裝置。
  6. 如請求項1或2之無線網路系統，其中該加入器件(21)為包括一使用者控制介面(25)之一控制器件，該使用者控制介面將一應用控制命令發送至網路系統中之一進一步器件及/或自網路系統中之一進一步器件接收一應用資料值。
  7. 如請求項1或2之無線網路系統，其中該網路器件(1)為包括一應用介面(5)之一功能器件，該應用介面可連接至一應用器件且經組態以自該網路系統中之一進一步器件接收一應用控制命令及/或將一應用資料值發送至該網路系統中之一進一步器件。
  8. 如請求項1或2之無線網路系統，其具有一第二網路器件，其經組態以操作於該第一網路系統(30)中，該第一網路器件(1)係進一步組態以在該探索模式中，將一位址請求發送至該第二網路器件，及在接收該加入請求後，該第二網路器件至少發送該第 三網路位址至該第一網路器件(1)。
  9. 如請求項1或2之無線網路系統，其中該加入資訊包括該第一網路系統(30)之多個網路位址。
  10. 一種使用於如請求項1至請求項9任一項之一無線網路系統中之加入器件(21)，其至少包括：一通信介面(2)，其用於在一無線媒體上傳輸及接收資料；及一組態記憶體(28)，其用於儲存至少一網路位址，該加入器件(21)係經組態具有一網路位址以操作於一第二網路系統(35)中以廣播一探索訊息，且在接收包括一第一網路系統(30)之至少一網路位址的一網路器件(1)之加入資訊後，將該加入資訊儲存在該組態記憶體(28)中，使得該加入器件(21)在該第一網路系統(30)及該第二網路系統(35)中是可定址的。
  11. 一種用於委任一無線網路系統之方法，該無線網路系統具有：經組態以操作於一第一網路系統(30)中的至少一網路器件(1)以及經組態具有一網路位址以操作於一第二網路系統(35)中的一加入器件(21)，其中該加入器件(21)廣播一探索訊息，在接收該探索訊息後，該網路器件(1)進入一委任模式，在該委任模式下，該網路器件(1)將包括該第一網路系統之至少一網路位址之加入資訊提供給該加入器件(21)，及 該加入器件(21)將該加入資訊儲存在一組態記憶體(28)中，使得該加入器件(21)在該第一網路系統(30)及該第二網路系統(35)中是可定址的。
  12. 一種電腦程式產品，當在一電腦上執行時實現實行如請求項11之方法。
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