BRPI0708459A2 - método e dispositivo operável para comunicação sem fio com pelo menos um nó em uma rede sem fio - Google Patents

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Abstract

MéTODO E DISPOSITIVO OPERAVEL PARA COMUNICAçãO SEM FIO COM PELO MENOS UM Nó EM UMA REDE SEM FIO Em uma rede sem fio, um dispositivo se comunica regularmente com pelo menos um outro nó ou dispositivo: geralmente este é seu "originário". Se um problema com a comunicação é detectado, o dispositivo é preferivelmente capaz de realizar de modo autónomo um procedimento para readquirir a rede. Em uma realização, se um dispositivo é incapaz de se comunicar, entra em um modo de segurança contra falhas temporário, até que o problema possa ser retificado. O dispositivo é adequadamente capaz de realizar um levantamento de condições locais no sentido de auxiliar a este e à rede a encontrar uma canal alternativo adequado e, se um dispositivo é incapaz de se reconectar imediatamente, radiodifunde o resultado de seu levantamento, a mensagem de Estado de Ambiente de Rede (NES), na esperança de que um outro dispositivo na rede a ouvirá. A mensagem de Estado pode então ser usada pela rede para selecionar um canal alternativo.

Description

"MÉTODO E DISPOSITIVO OPERÁVEL PARA COMUNICAÇÃO SEMFIO COM PELO MENOS UM NÓ EM UMA REDE SEM FIO"
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção relaciona-se a determinar informação deoperação em uma rede e, em particular (mas não exclusivamente) a métodos esistemas para determinar tal informação em uma rede sem fio de multi-saltos.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Um formato adequado para uma comunicação em uma redesem fio é a Especificação ZigBee (053474r06) para enlaces de rádio sem fiode baixo custo, baixa potência, conforme definido pela ZigBee Alliance. Esteusa funcionalidade descrita no IEEE standard 802.15.4-2003. A comunicaçãoentre nós tem lugar em um dentre um número de "canais físicos". A faixa decomunicação de 2,4 GHz contém 16 canais 802.15.4 separados, e assim umnúmero de Redes de Área Pessoal (PAN) podem operar simultaneamente comcada um em seu próprio canal e assim não interferir uma com a outra.
É possível para mais de uma PAN usar um único canal,especialmente se estes estão afastados de uma longa distância (>10-100 mafastados) ou se ambos possuem claramente baixas taxas de utilização (baixociclo de serviço).
Um problema com ZigBee é que dispositivos WiFi tambémoperam na faixa de 2,4 GHz, e o tráfego WiFi pode interferir com o tráfegoZigBee. Mensagens WiFi podem ser transmitidas a um nível de potênciamuito mais alto, e um canal lógico WiFi é tão largo quanto vários canaislógicos ZigBee.
No sentido de dois de tais sistemas coexistirem, é benéfico sercapaz de obter quais canais estão livres, e obter a rede interferida (porexemplo, a PAN ZigBee) para operar nestes canais.
Dispositivos ZigBee têm a habilidade de avaliar quais canaisestão livres - estes realizam uma "exploração de detecção de energia", queretorna uma lista contendo o nível de potência fundamental em cada canaldisponível. Seria portanto, possível para o Coordenador PAN realizar umaexploração e simplesmente usar o canal mais livre, porém isto não é muitobom para uma grande rede, pois as condições de canal variam com alocalização, e em um ponto diferente da rede o canal selecionado pode ser nãoutilizável.
Idealmente, o Coordenador PAN (ou outra ferramenta decomissionamento) contataria cada dispositivo na rede, e operaria os resultadosde uma exploração de energia. Infelizmente, isto é apenas possível secomunicações confiáveis são operacionais entre todos os dispositivos, emcujo caso nenhuma mudança é necessária. Atualmente não existe boa soluçãopara obter níveis de energia a partir de dispositivos para os quais não existeainda uma conexão confiável.
A rede também necessita processar a situação onde umdispositivo é órfão (incapaz de se comunicar com a rede) devido a umproblema de comunicação local. Isto pode ser, por exemplo, devido a umroteador WiFi tendo sido configurado proximamente. Um dispositivo órfãonecessita de algum modo restabelecer comunicação com a rede, para informarao Coordenador PAN que é incapaz de se comunicar de modo confiável nocanal corrente.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
E um objetivo da presente invenção melhorar a técnicaconhecida.
De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, éprovido um dispositivo operável para comunicação sem fio com pelo menosum nó em uma rede sem fio, o dispositivo sendo arranjado para:detectar um problema com a comunicação;realizar um levantamento das condições locais de acordo comcritérios predeterminados e gerar uma mensagem de estado de ambiente derede derivada do resultado do levantamento; eradiodifundir a mensagem de estado de ambiente de rede.
Em uma rede ZigBee, um dispositivo se comunicaregularmente com pelo menos um nó na PAN: geralmente este é seu"originário". Se um problema com a comunicação é detectado, o dispositivo épreferivelmente capaz de realizar de forma autônoma um procedimento parareadquirir a rede. Em uma realização a ser descrita, se um dispositivo éincapaz de se comunicar, entra em um modo de segurança contra falhastemporário até que o problema seja retificado. O dispositivo é adequadamentecapaz de realizar um levantamento das condições locais, no sentido deauxiliar a si próprio e a rede a encontrar um canal alternativo adequado e, seum dispositivo é incapaz de se reconectar imediatamente este radiodifünde oresultado de seu levantamento, a mensagem de Estado de Ambiente de Rede(NES) na esperança de que um outro dispositivo na rede o ouça.
Vantagens desta abordagem incluem:
Números mínimos de mensagens são enviados,assegurando que uma rede não está cheia como resultado de tentar reparar umproblema de comunicação.
• A potência da bateria é conservada tanto quanto possível.
Quando um dispositivo é órfão, é capaz de operar deforma autônoma em seu procedimento para reunir-se à rede e em seu uso deum modo de segurança contra falhas.
Opcionalmente, para auxiliar dispositivos desejando se reunirà rede, os nós de rede operando como Roteadores podem ser temporariamentecapazes de operar em canais múltiplos, para permitir que estes atuem comouma ponte entre os nós órfãos e o restante da rede. Com tal arranjo, se não hácontrole global ou nós de coordenação para a rede, um Roteador pode-secomunicar com outros roteadores para facilitar uma mudança de canal derede.Aspectos da invenção são válidos para todos os três tipos dedispositivos ZigBee - Dispositivo Final, Roteador e Coordenador - e aseguinte descrição das realizações descreve o procedimento que cada um detais tipos de dispositivos pode seguir adequadamente se estiver desconectadodo restante da rede.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Realizações da invenção serão agora descritas somente pormeio de exemplo e com referência aos desenhos que a acompanham, nosquais:
Figura 1 é um fluxograma anotado ilustrando procedimentospara avaliar problemas de comunicações dentro de um dispositivo final emuma rede sem fio;
Figura 2 é um fluxograma anotado ilustrando procedimentospara avaliar problemas de comunicação dentro de um roteador em uma redesem fio;
Figura 3 é um fluxograma anotado ilustrando procedimentospara avaliar problemas de comunicações dentro de um nó coordenador emuma rede sem fio.
DETALHES DA INVENÇÃO
Os fiuxogramas das Figuras 1 a 3 (que se conectam para umúnico fluxograma) mostra etapas subsidiárias do processo global, agrupadas enumeradas de 1 a 16. Os comentários explicativos numeradoscorrespondentemente abaixo detalham as características do processo em cadauma das etapas subsidiárias.
Etapa 1. Este é o estado padrão para um Dispositivo Final,ilustrado na Figura 1. Se este não está enviando ou esperando receber umamensagem, este repousa. Isto permite conservar potência. O modo de repousoé interrompido, por exemplo, quando o dispositivo final tem que enviarMensagem ou Consulta.Etapa 2. Quando uma mensagem de consulta é enviada, odispositivo aguarda um aviso de recebimento indicando que a mensagem foirecebida com sucesso.
Etapa 3. O contador MsgNotRcvd (mensagem não recebida)indica o número de transmissões de mensagem com falha. Estas sãomensagens que foram enviadas, para os quais avisos de recebimento nãoforam recebidos. O contador é usado para indicar se há um problema com acomunicação. Aqui, o contador MsgNotRcvd é ajustado para O quando umamensagem de entrada ou um aviso de recebimento de uma mensagem enviadaé recebido. Receber uma mensagem ou um aviso de recebimento indicacomunicação bem sucedida.
Etapa 4. Se o contador MsgNotRcvd é menor que um dadolimite (por exemplo, 5) o dispositivo tenta enviar novamente a mensagem. Seeste é 5 ou acima, isto indica o número significativo de transmissões comfalha e que o dispositivo provavelmente se tornou desconectado da rede. Oprocedimento para resolver isto deveria ser iniciado.
Etapa 5. Quando um nó é órfão, deveria reverter para ummodo de segurança contra falhas padrão, e então executar uma estratégia parase juntar novamente à rede. O comportamento exato de um dispositivo serádependente da função que aquele dispositivo está destinado a executar. Se,por exemplo, um módulo leve era para se tornar órfão e incapaz de ouvirsolicitações liga/desliga, pode permanecer em um estado ligado até o instanteem que seja capaz de comunicação com o resto da rede.
Etapa 6. Uma varredura órfa indica para a rede que umdispositivo se tornou órfão e deseja se unir novamente. Esta varredura órfapode começar com uma exploração no canal corrente, por exemplo pelatransmissão de um balizamento ou uma mensagem especial neste canal.Então, se nenhum resultado conclusivo tiver sido encontrado, a exploração érealizada em todos os canais. Se o resto da rede é contatado, o dispositivo irápara o canal bem sucedido (isto é, permanecer no canal corrente ou mudarpara outro) e retornar ao modo de repouso na Etapa 1.
Etapa 7. Uma exploração de ED ("Exploração de Detecção deEnergia) determina a quantidade de interferência local em todos os canais. Apartir disto, somos também capazes de determinar o canal local maisotimizado para operação. Isto habilita obter relatório de condições detransmissão referente à qualidade de cada canal.
Etapa 8. Se um dispositivo realiza uma exploração de ED, enenhuma interferência local é detectada, deve haver um outro problema queestá afetando a comunicação, por exemplo.
a) Dispositivo "originário" está bloqueado
b) Objeto grande possui faixa de operação reduzida
c) Dispositivo Final movido
O Dispositivo Final deveria radiodifundir sua mensagem NES(ver Etapa 9) e então entrar em repouso antes de tentar se reconectarnovamente.
Etapa 9. em certas circunstâncias, a interferência afeta arecepção mas não afeta a transmissão. Se este é o caso, um dispositivo que éafetado por interferência pode ser capaz de "gritar" (radiodifundir) acima doruído e ainda ser possivelmente ouvido por um outro dispositivo na rede, quenão é, ele próprio, afetado pela mesma interferência. Isto é ilustrado pelamensagem B, na Figura 1. Quando tal mensagem é recebida, é tomada umamediada por aquele Roteador para auxiliar o dispositivo a se rejuntar à rede.
A mensagem que é enviada (conhecida como uma mensagemde Estado de Ambiente de Rede ou NES) será constituída de dados a partir davarredura de Energia local e indicará o canal mais favorável paracomunicação, detectado durante a "varredura órfa", na etapa 6.
Etapa 10. Se há um Coordenador na rede, o DispositivoRoteador enviará uma solicitação de troca de canal a este coordenador,incluindo informação da mensagem NES, conforme ilustrado na Figura 2.(Nota: esta é uma etapa opcional - se não há Coordenador, o Roteadorfacilitará a própria troca de canal, comunicando-se com outros Roteadorespara determinar o melhor novo canal).
Etapa 11. Se não é possível trocar o canal para a rede inteira,um dispositivo "originário" pode ser capaz de operar temporariamente emcanais múltiplos. Isto significaria que quaisquer dispositivos órfãos seriamcapazes de juntar novamente à rede, usando um canal alternativo, enquanto odispositivo "originário" continua a se comunicar com o restante da rede,usando a freqüência original. Uma estratégia de fatiamento no tempo seriasolicitada para permitir que o "originário" execute serviço de mensagens emambos os canais.
Em uma extensão para operação multicanal, um dispositivopoderia operar que seu "originário" opere em ambos os canais, aumentandoentão o segmento da rede usando a nova freqüência. Esta solicitação seriapropagada tão longe quanto possível através da rede com o objetivo decomutar tantos dispositivos quanto possível ao longo do novo canal. Istoauxiliaria o coordenador em uma troca completa de canal de rede.
Etapa 12. Conforme exibido na Figura 3, a solicitação éradiodifundida a todos os Roteadores, para realizar uma varredura ED,determinar o melhor canal e relatar isto de volta ao Coordenador. O próprioRoteador pode efetuar a varredura ED ou operar informação de seusdispositivos "filhos" para realimentar o Coordenador. Uma vez que oCoordenador recebe os resultados destas explorações (pode não esperarrespostas de todos os Roteadores), determina o canal que é mais adequadopara a rede inteira e radiodifunde uma notificação de troca de canal.
Etapa 13. Ainda mais, o Coordenador realiza periodicamenteuma varredura ED, por exemplo, no canal atual, para detectar se há qualquerinterferência local. Técnicas alternativas podem ser usadas para isto.Etapa 14. Dispositivos de Roteador também verificam que asmensagens enviadas são avisadas o recebimento, como ilustrado na Figura 2.novamente, um contador MsgNotRcvd indica o número de mensagens quenão tenham sido enviadas com sucesso. Esta etapa pode ser similar à Etapa 2.
Etapa 15. Se uma mensagem não é enviada com sucesso, umRoteador tentará e a enviará novamente. Isto pode requerer busca de uma rotaalternativa. Este é particularmente o caso se o número de envios malsucedidos não for alto demais, por exemplo, abaixo de 5, de outro modopoderia causar uma "inundação" da rede com estas mensagens repetidas, e umalto consumo de potência.
Etapa 16. Se um Roteador é incapaz de se comunicar, porexemplo, se o número de envios mal sucedidos estiver acima de um limiarpredeterminado, este também envia uma mensagem NES, com um métodosimilar aos das etapas 6 a 9.
Para implementar o acima, cinco novas mensagens ZigBee sãosolicitadas:
<table>table see original document page 9</column></row><table>
O modo mais fácil de coletar resultados de varredura é serexecutada uma ferramenta de comissionamento móvel, e ajustada para ouvirmensagens de radiodifusão. Qualquer de tais mensagens recebidas contendoresultados de exploração seria logada (conectada) e conferida.
O problema com isto é que requer que alguém carregue aferramenta. Um mecanismo alternativo pode ser sugerido, pelo qual qualquerdispositivo que ouve uma mensagem de radiodifusão contendo resultados devarredura de detecção de energia (NES) é configurado para enviar uma copiados dados a seu próprio Coordenador PAN. Claramente, isto não funcionariapara dispositivos em áreas onde o sinal tenha se deteriorado rapidamente, poisestes também não serão capazes de se comunicar no canal normal. Entretanto,dispositivos no ponto extremo da área afetada (onde a extremidade possaestar) são capazes de se comunicar mas são capazes de ouvir mensagens deradiodifusão. Então, a indicação de que um certo canal não é utilizável por umou mais dispositivos na PAN é corretamente entregue de volta aoCoordenador PAN, que pode seguir etapas automatizadas ou semi-automatizadas para retificar a situação.
Pela leitura da presente descrição, outras variações emodificações serão aparentes a pessoas especialistas na técnica. Taisvariações e modificações podem envolver características equivalentes e outrasque já são conhecidas na técnica, e que podem ser usadas ao invés de ou emadição a características já descritas aqui.
Embora as reivindicações tenham sido formuladas nestePedido para combinações de características particulares, deveria ser entendidoque o escopo da descrição da presente invenção também inclui qualquer novacaracterística ou qualquer nova combinação de características descritas aquiexplicitamente ou implicitamente ou qualquer generalização destas,relacionada ou não à mesma invenção como presentemente reivindicado emqualquer Reivindicação e caso mitigue ou não alguns ou todos os mesmosproblemas técnicos que a presente invenção.
Características que são descritas no contexto de realizaçõesseparadas podem também ser providas em combinação em uma únicarealização. Inversamente, várias características que são, para maior brevidade,descritas no contexto de uma única realização, podem também ser providasseparadamente ou em qualquer subcombinação adequada. Os Requerentesdeste modo notificam que novas Reivindicações podem ser formuladas paratais características e/ou combinações de tais características durante oprocessamento do presente Pedido ou qualquer outro Pedido derivado deste.

Claims (10)

1. Método para comunicação sem fio com pelo menos um nóem uma rede sem fio a partir de um dispositivo, caracterizado pelo fato decompreender, no dispositivo:detectar um problema com a comunicação,realizar um levantamento das condições locais de acordo comcritérios predeterminados e gerar uma mensagem de estado de ambiente derede derivada do resultado do levantamento, eradiodifundir a mensagem de estado de rede.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a etapa de detectar um problema compreende detectar que umnúmero de mensagens não recebidas está acima de um limiar predeterminado.
3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2,caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente, no dispositivo, aetapa de tentar contatar um dispositivo não predeterminado pela radiodifusãode uma mensagem em um canal previamente usado.
4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que a etapa de tentar contatar um dispositivo não predeterminado éoperada antes da etapa de realizar um levantamento.
5. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de compreender adicionalmente, no dispositivo, a etapa de tentar contatarum dispositivo não predeterminado, radiodifundindo uma mensagem em pelomenos um canal diferente do canal previamente usado.
6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a etapa de realizar um levantamento compreende adicionalmentedetecção de interferência local em cada canal disponível.
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que, se nenhuma interferência é detectada, o dispositivo indica em umrelatório que existe localmente um problema não relacionado a interferência,e radiodifunde este relatório.
8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de compreender adicionalmente, em um dispositivo adicional da rede, aetapa de enviar uma solicitação de troca de canal, no sentido de transferircomunicação para um outro canal.
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de compreender adicionalmente a etapa de se comunicar em dois canaisdiferentes.
10. Dispositivo operável para comunicação sem fio com pelomenos um nó em uma rede sem fio, caracterizado pelo fato de que odispositivo é arranjado para:detectar um problema com comunicação;realizar um levantamento de condições locais de acordo comcritérios predeterminados e gerar uma mensagem de estado de ambiente derede derivada do resultado do levantamento; eradiodifimdir a mensagem de estado de ambiente de rede.
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