SigMesh网络中的监督式话务管理

公开领域

所公开的各方面涉及管理网状网络中的话务。更具体而言，示例性方面涉及用于监督话务并提高效率而同时减少蓝牙特别兴趣小组网状(SigMesh)网络中的拥塞的系统和方法。

背景技术

无线通信网络可包括蓝牙网状网络(后文更一般地称为网状网络)。具体而言，蓝牙特别兴趣小组网状网络(SigMesh网络)提供了多对多(m:m)设备通信的能力并且被优化用于创建大规模设备网络。蓝牙SigMesh网络适合于例如诸如构建自动化、传感器网络和其它物联网(IoT)解决方案之类的应用，其中数十、数百或数千设备需要可靠且安全地彼此通信。

在网状网络中，例如在大型网状网络部署(诸如蓝牙SigMesh网络)中，网状网络的话务性能度量(诸如吞吐量和消息等待时间)对于改进和维持期望的用户体验而言是重要的。随着连接到网状网络的设备数目以及所传送的数据量的增加，网状网络上的消息话务也在增加。

在一些实现中，网络节点上的设备可以用待传送消息使网络满溢(例如，因为常规SigMesh部署没有复杂的路由算法)以力图提高消息被中继到目标节点的机会。为了防止这种满溢，SigMesh网络可利用消息高速缓存以检测重复消息并在设备尝试使网状网络满溢的情况下防止冗余地中继这些重复消息。

此外，在使用蓝牙低功耗(BLE)承载的SigMesh网络部署中，例如，可以在三个广告信道中的一个广告信道中发送和接收消息。然而，SigMesh网络中没有内置的载波/信道侦听能力，这意味着在不同信道上发送的消息可能冲突。当消息由目标节点接收时，常规部署中也不需要确收，因此传送方节点可能不知道所传送的消息已被正确传递还是由于冲突而丢失。为了避免或最小化冲突，传送方节点可以添加随机消息滞后并在退避时段之后重复消息，这也导致网络话务增加的不可预见性以及增加的拥塞。

相应地，可看出，诸如消息从传送方节点传送的次数(或即“传送计数”)、来自传送方节点的相继传输之间的时间间隔(或即“传送间隔”)、消息由中继节点重传的次数(或即“中继重传计数”)、由中继节点进行的相继重传之间的时间间隔(或即“中继重传间隔”)等参数影响话务拥塞。

上述参数通常由供应商指定，并且不可动态地适配或配置成在实时话务拥塞形成时解决这些实时话务拥塞。例如，如果传送计数被设置得太小，并且目标节点被许多节点围绕，则消息可能冲突并且无法被注入到网络中。然而，虽然增加传送计数可以提高注入到网络中，但这也增加噪声。类似地，中继计数太低或太高也会影响注入到网络中和噪声。

因此，需要能改进上述参数以例如提高消息可靠性并降低消息冗余度的实时话务管理技术。

概述

本发明的示例性方面涉及用于管理蓝牙SigMesh网络的系统和方法。监督方被配置成监视SigMesh网络的一个或多个网络参数，诸如拓扑、消息身份、传送计数、传送间隔、中继重传计数、或中继重传间隔。监督方确定是否要调整这些网络参数中的一个或多个网络参数以提高传输效率、减少话务拥塞、避免SigMesh网络上的分组满溢、或确保分组注入SigMesh网络中。监督方用经调整网络参数来向一个或多个节点提供反馈以提高传输效率并减少SigMesh网络中的话务。

例如，一个示例性方面涉及管理网状网络的方法，该方法包括：在该网状网络的监督方处监视该网状网络的一个或多个网络参数；以及确定是否要调整这些网络参数中的一个或多个网络参数以提高传输效率并减少网状网络上的话务拥塞。该方法进一步包括：用经调整网络参数来向一个或多个节点提供反馈。

另一示例性方面涉及一种被配置成管理网状网络的装置，该装置包括：控制逻辑，其被配置成：基于一个或多个网络参数向该网状网络传送分组；以及该网状网络的监督方，其被配置成：基于向该网状网络传送的分组来监视该网状网络的一个或多个网络参数，并确定是否要调整这些网络参数中的一个或多个网络参数。该装置进一步包括：去往控制逻辑的具有经调整网络参数的反馈路径。

又一示例性方面涉及一种装备，包括：用于监视网状网络的一个或多个网络参数的装置；用于确定是否要调整这些网络参数中的一个或多个网络参数以提高传输效率或减少该网状网络上的话务拥塞的装置；以及用于用经调整网络参数来向一个或多个节点提供反馈的装置。

又一示例性方面涉及一种包括代码的非瞬态计算机可读存储介质，该代码在由处理器执行时使得该处理器执行用于管理网状网络的操作，该非瞬态计算机可读存储介质包括：用于在该网状网络的监督方处监视该网状网络的一个或多个网络参数的代码；用于确定是否要调整这些网络参数中的一个或多个网络参数以提高传输效率或减少该网状网络上的话务拥塞的代码；以及用于用经调整网络参数来向一个或多个节点提供反馈的代码。

附图简述

给出附图以帮助对本发明的各方面进行描述，且提供附图仅用于解说各方面而非对其进行限定。

图1A解说了根据本公开的各方面的网状网络。

图1B解说了图1A的网状网络的节点处的一个或多个设备的配置。

图2A-2B解说了根据本公开的各方面的用于监视网络参数的监督方。

图3解说了根据本公开的各方面的用于确定网络参数的过程。

图4解说了根据本公开的各方面的确定邻居计数的示例性方法。

图5解说了根据本公开的各方面的管理网状网络中的话务的方法。

详细描述

在以下针对本发明的具体方面的描述和有关附图中公开了本发明的各方面。可构想出替换性方面而不背离本发明的范围。另外，本发明中众所周知的元素将不被详细描述或将被省去以免湮没本发明的相关细节。

措辞“示例性”在本文中用于意指“用作示例、实例、或解说”。本文中描述为“示例性”的任何方面不必被解释为优于或胜过其他方面。类似地，术语“本发明的诸方面”并不要求本发明的所有方面都包括所讨论的特征、优点或操作模式。

本文所用的术语是仅出于描述特定方面的目的，而不意在限制本发明的诸方面。如本文中使用的，单数形式的“一”、“某”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确指示。将进一步理解，术语“包括”、“具有”、“包含”和/或“含有”在本文中使用时指明所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素、和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其群组的存在或添加。

此外，许多方面以由例如计算设备的元件执行的动作序列的形式来描述。将认识到，本文中描述的各种动作能由专用电路(例如，专用集成电路(ASIC))、由正被一个或多个处理器执行的程序指令、或由这两者的组合来执行。另外，本文中所描述的这些动作序列可被认为是完全体现在任何形式的计算机可读存储介质内，该计算机可读存储介质内存储有一经执行就将使相关联的处理器执行本文中所描述的功能性的对应计算机指令集。由此，本发明的各方面可以用数种不同的形式来体现，所有这些形式都已被构想落在所要求保护的主题内容的范围内。另外，对于本文中描述的每一方面，任何此类方面的对应形式可在本文中被描述为例如“被配置成执行所描述的动作的逻辑”。

本公开的示例性方面涉及网状网络中的话务管理。具体而言，所公开的各方面涉及用于以提高消息可靠性并降低消息冗余度的方式来动态地配置网络话务的系统和方法。本公开的各方面包括例如在示例性SigMesh网络的一个或多个节点处置备的监督方。监督方可以用软件、硬件和固件的恰适组合来实现并且被配置成从SigMesh收集信息并构建SigMesh网络的话务拓扑的模型。基于该模型，监督方可以按动态地提高效率并减少SigMesh网络中的话务拥塞的方式来为SigMesh网络的节点配置上述参数(例如，传送计数、传送间隔、中继重传计数、中继重传间隔等等)。

现在参照图1A-1B，图1A中解说了示例性网状网络100的简化示意图。网络网络100在示例性方面中可被配置为蓝牙SigMesh网络，并且可包括若干节点，其中已示例性地示出了节点A-T。虽然已解说了一些实线和一些虚线以指示节点A-T中的一些节点之间的可能通信路径，但将理解，网状网络100可以支持相关标准/规范所支持的任何其它通信路径。

为了促成对网状网络100的进一步理解，将讨论节点A-T中的一些节点的示例部署，而不会对本公开的各方面的范围施加任何限制。因此，在一个示例中，网状网络100可以是家庭网络(例如，蓝牙SigMesh)，其中节点Q可包括开关(或即“开关Q”)并且节点R可包括灯(或即“灯R”)。使节点A-E中的若干节点处的设备(例如，移动电话、或参照图1B所讨论的其他示例用户设备)通过开关Q来控制灯R也许是可能的。如可以注意到的，开关Q可以被若干此类节点A-E围绕，这意味着这些节点A-E中的每个节点例如可以能够向开关Q传送消息以用于控制灯R。如果网络参数(诸如传送计数)被设置为相对小的数值而同时开关Q被大量此类节点A-E围绕，则来自节点A-E的消息冲突的可能性可能较高。这意味着来自节点A-E的消息可能冲突并且无法被注入到网状网络100中。然而，为了提高消息注入到网状网络100中的概率而将传送计数增加到大的值也会是不利的，这是因为(来自大量冗余消息的)噪声在网状网络100中会增加，从而导致各个节点处不良的用户体验。此外，将认识到，节点A-E例如可能不是驻定的，并且因此可能是移动的并且频繁地重定位。这意味着节点的邻居可能不断变化，并且因此对话务和消息注入可能性具有不可预见的影响。

还可以存在一个或多个中继节点，消息可通过这些中继节点传送经过网状网络100。例如，开关G可以用于通过各个中间节点(诸如节点O)来控制节点R处的设备，以将消息从节点G中继到节点R。节点O可以是以此方式连接开关G的边缘节点，并且网状网络100的中继计数的设置会影响中继消息被注入到网状网络100中的可能性。

图1B示出了可以位于网状网络100的对应节点A-T处的设备的示例配置，该设备可以是无线通信设备并且一般由附图标记101来表示。设备101可支持蓝牙或BLE信号的通信，并且因此包括发射机102和接收机112，发射机102和接收机112的功能性可以不失一般性地被合并。

出于该讨论的目的已省略了发射机102和接收机112的详尽细节，因为技术人员将认识到这些设备的详细配置。如图所示，发射机102包括编码器104，其被配置成将待传送信息编码成因协议而异的分组格式。调制器106被配置成将所传送比特调制为对应码元，这些码元被用于在网状网络100中的通信路径的载波频率处调制载波，并且天线108被配置成在这些通信路径上传送包括经调制载波的无线信号。在接收端，接收机112可包括天线118，其被配置成从网状网络100的通信路径接收无线信号。捕获块120可包括用于例如基于捕获阈值来检测接收到的无线信号是否旨在给设备101的功能性，该捕获阈值被适配于在通信路径上接收到的无线信号的信号强度。期望信号的码元在解调器116中被解调、并在解码器114中被解码以取回接收到的信息。还解说了设备101中的处理器130和存储器132，在示例性方面，处理器130和存储器132可被配置成分别执行以下计算和存储信息。

现在参照图2A-2B，将讨论SigMesh网络中的示例性监督方的各方面。图2A解说了系统200的示意图，其中监督方204被部署成管理并改进网状网络100的话务。如先前提到的，监督方204可包括硬件、软件或固件的任何组合。在一个方面，监督方204可被部署在网状网络100的一个或多个现有节点A-T中，但系统200也可以是自立模块。如图所示，系统200可经由路径201来接收初始网络参数。控制逻辑202可被配置成：初始地基于初始网络参数在路径203上将消息分组传送给网状网络100或其节点。消息分组可经由路径205被重传、中继或注入到网状网络100中。不同于缺乏反馈路径的常规系统，在所解说的示例性方面，系统200还包括源自路径205的反馈路径207，从而馈送至监督方204。监督方204可根据示例性技术(将在下文进一步详细描述)来调整网络参数并经由路径209提供经调整网络参数。路径201上的初始网络参数可基于在路径209上来自监督方204的所建议的经调整网络参数而在块210中进行调整或修改，并且控制逻辑202随后可使用经调整网络参数来修改其消息分组至路径203的传输。可迭代以上过程以实时容适网络话务的动态变化。

在一个示例中考虑以下网络参数(这些网络参数先前已提到)，而监督方204可被配置成按与以上类似的方式来监视和调整任何其它网络参数：“传送计数”是指源自节点的相同分组的消息传输数目；“网络传送间隔”是指从节点传送的相继消息之间的时间间隔；“中继重传计数”是指由中继节点对相同分组的消息重传的数目；而“中继重传间隔”是指要由中继节点中继的两个相继消息之间的时间间隔。在一个方面，初始地在路径201上提供上述参数。监督方204通过经由反馈路径207接收到的反馈来收集关于网状网络100的拓扑以及流入路径205的消息的消息身份的信息，并创建以动态方式更新上述参数以改进实时话务状况的建议。

图2B示出了网络架构250，其中监督方204可被实现成执行上述功能。根据将在下文进一步描述的、适用于本公开的各方面的蓝牙网络的SigMesh规范，层252-264表示网络架构250的各层。

具体而言，层252是模型层，该模型层定义用于标准化典型用户场景的操作的模型并且在蓝牙网状模型(例如，SigMesh)规范或其他较高层规范中定义。较高层模型规范的示例包括用于照明和传感器的模型。

层254是基础模型层，该基础模型层定义配置和管理网状网络所需要的状态、消息和模型。

层256是接入层，该接入层定义较高层应用可以如何使用上传输层。接入层定义应用数据的格式，并定义和控制在上传输层中执行的应用数据加密和解密。接入层在将传入的应用数据转发给较高层之前还检查该应用数据是否已在正确的网络和应用密钥的上下文中被接收。

层258是上传输层，该上传输层对应用数据进行加密、解密和认证，并且被设计成提供接入消息的机密性。层258还定义传输控制消息如何被用于管理节点之间的上传输层，包括在由朋友特征使用传输控制消息的情况下。

层260是下传输层，该下传输层定义上传输层消息如何被分段和重组成多个下层传输协议数据单元(PDU)以向其他节点传递较大上传输层消息。下传输层还定义用于管理分段和重组的单个控制消息。

层262是网络层，该网络层定义如何将传输消息寻址到一个或多个元件。网络层定义允许传输PDU由承载层传输的网络消息格式。网络层决定是要中继/转发消息、接受消息以供进一步处理、还是拒绝消息。网络层还定义如何对网络消息加密和认证。

层264是承载层，该承载层定义网络消息如何在节点之间传输。定义了两个承载：广告承载和通用属性(GATT)承载。将来可以定义附加承载。

在一个示例中，监督方204可被部署成跨骑网络层262、下传输层260和上传输层258。由此，监督方204可通过反馈路径207来观察在路径205上发出的消息并确定是否要调整上述网络参数中的一个或多个网络参数。例如，监督方204可基于在路径205上传送的消息来监视传送计数、传送间隔、中继重传计数、中继重传间隔等等，并确定调整以上网络参数中的一个或多个网络参数是否会减少话务拥塞和/或确保注入到网状网络100中(或者替换地，提高注入到网状网络100中的可能性)。因此，监督方204可经由路径209用关于修改以上网络参数中的一个或多个网络参数的建议来提供反馈。控制逻辑205可以使用来自路径209的建议来修改路径201的初始参数，并利用经修改的网络参数来进行将来传输。以此方式，监督方204可以有利地感知本地网络密度，并根据话务状态动态地调整传送/中继计数和传送/中继重传间隔。

监督方204的上述部署可以针对特定网络需求而修改，并且因此对于网络瞬变、分组丢失和节点之间的潜在断连是非常灵活且稳健的。监督方204还可以基于随着网络密度而缩放传输/中继率的能力而被有利地用于满溢抑制。例如，可以在密集且有噪声环境中选择性地抑制网络满溢以减少网络拥塞并增大数据传输的成功率。

基于传送/中继重传间隔的动态修改和满溢抑制机制(其进而减少SigMesh网络中的一个或多个节点的活跃时间)，示例性监督方204配置也被认为是能量高效的。由此，示例性技术适合于在电池供电设备中使用，例如，在IoT系统中使用。上述技术可以用相对小的软件代码大小和存储器空间来实现，如将由可以用于控制消息传输的(参照下面的图3解释的)示例性算法所证实的。

参照图3，示出了用于控制至SigMesh网络的分组传输的示例性方法300。在一个示例中，方法300可由图2A的监督方204结合控制逻辑202来实现。以下过程将结合参照图2A的系统200来讨论。

在框302中，消息分组P(替换地被称为散列)可在路径205上被发出，并由监督方204经由反馈路径207来观察。观察队列(未单独示出)可由监督方204实现以存储为了监视网状网络100上的话务而观察的消息分组。因此，如果在框302中确定分组P当前未被监视，则方法300将行进至框304(同时要注意，如果分组P已经被观察，则方法300中的其余框将与该状况相关)。

在框304中，将分组P添加到观察队列并获得(例如，如从路径201接收到)初始传送间隔T

在框306中，可将分组P添加到发送队列中，并且在框308中，开启观察定时器。就此而言，每个新分组P被添加到发送队列中以在被调度时(例如，立即，或在经过等待之后)发出。当在框308中开启的定时器期满时，后续框将确定分组P是否应当被重传(框318)或者该过程完成并且分组P从观察队列中移除(框322)。在框310中，确定是否再次接收到相同的分组P，并且如果为是，则在框312中，增大分组P的观察计数(或分组计数)。否则，方法300从框312行进至框314，在框314中检查定时器的期满以查看定时器在时间T

在框316中，一旦定时器在初始时间间隔T

现在参照图4，将讨论示出SigMesh网络的各方面的系统400。更具体而言，系统400解说了由监督方204计算一个或多个网络参数(诸如传送计数和中继计数)的初始值的示例性方面。就此而言，初始值可以基于邻居节点计数，如下面将解释的。

在该情形中，监督方204被示为节点C 402，其具有若干邻居，其中已标识出邻居节点A 404和邻居节点B 406以协助以下描述。为了确定邻居节点的数目以构建网络的拓扑模型，节点C 402可采用Heartbeat(心跳)模型。

在心跳模型中，分组例如在(例如，使用蓝牙或BLE承载的)SigMesh网络中的存活时间(TTL)是网状网络的协议数据单元(PDU)中的字段，该字段用于控制是否应当中继接收到的消息，以便限制消息最终在网络内中继的总跳数。TTL的零值指示消息还未被中继并且不应被中继。这意味着节点可以向处于直接无线电射程中的其他节点(即，邻居)发送消息并指示(诸)接收方节点不应中继该消息。如果消息是以2或更大的TTL来发送的，则每次消息被中继，TTL值就递减。TTL的值1意味着消息可能已被中继至少一次，但该消息不应再被中继。

由此，为了确定邻居节点计数，在一方面使用为零(0)的TTL值，以避免消息中继。邻居节点C 402在402a处发出具有TTL＝0的订阅心跳消息。在心跳模型中，其中网络节点可以被配置成周期性地发送被称为心跳消息的消息，邻居节点A 404在404a处发送心跳消息并且邻居节点B 406在406a处发送心跳消息，这些心跳消息由节点C 402在402b处接收。心跳消息的目的是向其他节点指示发送该心跳消息的节点仍然活跃并且允许按传递心跳消息所需要的跳数形式来确定该节点与接收方的距离。

在402c处，节点C 402计算邻居节点计数Nc。通过确定邻居计数Nc，可以将邻居计数输入模型412中，例如以使用logistic(逻辑)曲线并选择传送计数Tc，这将表示节点C402的最佳初始传送计数。在可任选方面，模型412可接收网络的服务质量(QOS)410。在a作为Tc的上限、b作为Tc的下限、c作为预定半径中节点的最大数目的情况下，针对模型412以下等式成立：

例如，可以在10个节点的半径内针对传送计数采用仿真图，使得当Tc增大时，Nc将增大直至达到上限。因此，通过确定邻居计数Nc，节点C 402或监督方204可确定并更新要在本文所讨论的示例性方面中使用的传送计数。

将领会，示例性方面包括用于执行本文中所公开的过程、功能和/或算法的各种方法。例如，图5解说了管理网状网络(例如，网状网络100)的方法500。

框502包括：在网状网络的监督方节点处(例如，监督方204，从反馈路径207)监视在该网状网络上传送的分组的一个或多个网络参数(例如，方法300中监视分组计数、传输间隔)。

框504包括：确定是否要调整这些网络参数中的一个或多个网络参数以提高传输效率或减少网状网络上的话务拥塞(例如，方法300的框316中确定相同分组的重传数目是否大于阈值)。

框506包括：用经调整网络参数来向一个或多个节点提供反馈(例如，经由路径209向节点的控制逻辑202提供反馈以调整其消息传输)。

本领域技术人员将领会，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示。例如，贯穿上面说明始终可能被述及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、码元和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或其任何组合来表示。

此外，本领域技术人员将领会，结合本文中所公开的方面描述的各种解说性逻辑块、模块、电路、和算法步骤可被实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、块、模块、电路、以及步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本发明的范围。

结合本文所公开的各方面描述的方法、序列和/或算法可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或者本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读写信息。在替换方案中，存储介质可被整合到处理器。

相应地，本发明的一方面可以包括实施用于管理网状网络中的话务的方法的计算机可读介质。相应地，本发明并不限于所解说的示例且任何用于执行本文所描述的功能性的手段均被包括在本发明的各方面中。

尽管前述公开示出了本发明的解说性方面，但是应当注意，可对本文作出各种改变和修改而不脱离如由所附权利要求限定的本发明的范围。根据本文中所描述的本发明的各方面的方法权利要求中的功能、步骤和/或动作不一定要以任何特定次序执行。此外，尽管本发明的要素可能是以单数来描述或主张权利的，但是复数也是已料想了的，除非显式地声明了限定于单数。