用于无线网络中数据分组传输的负载平衡的设备和方法技术

针对大规模无线网状网络中的负载平衡，提供了一种用于控制无线网状网络中的数据分组传输的设备、系统和方法，其中针对多于一个的所接收数据分组的应答被整合在一个应答批次中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于对无线网络中的数据分组传输进行控制的设备、系统和方法。
技术介绍
近来，无线网状网络吸引力越来越多的注意力，例如用于照明系统的远程控制、建筑自动化、监视应用、传感器系统和医疗应用。特别地，被称作远端管理(telemanagement)的户外照明器的远程管理变得日益重要。这一方面是被环境关注所驱使，因为远端管理系统使得能够使用例如时间功能、天气调节和季节的不同调光模式，这允许更为高效能地使用户外照明系统。另一方面，这也被经济原因所驱使，因为提高的能量效率也降低了运行成本。此外，该系统能够远程监视电力使用并检测灯具故障，这允许确定维修照明器或更换灯具的最佳时间。当前基于射频(RF)的无线解决方案使用星形网络拓扑或网状网络拓扑。在星形网络中，控制器具有到网络中每个节点的直接通信路径。然而，这通常需要在很高的位置(例如，建筑物顶端)放置高功率/高敏感度的类似基站的控制器，这使得该解决方案难以部署且昂贵。在网状网络中，多个节点通常并不直接与控制器进行通信，而是经由所谓的多跳(mult1-hop)通信与控制器通信。在多跳通信中，数据分组从发送方节点经由一个或多个中间节点被传送至目的地节点。节点作为路由器以将数据分组从相邻节点传送至距离过远而无法以单跳到达的节点，这使得网络能够扩展至更远距离。通过将长距离分解为一系列更短的跳，信号强度保持不变。结果，由网状网络的所有节点来执行路由，决定数据分组要被发送至哪个相邻节点。因此，网状网络是非常鲁棒且稳定的网络，其具有高度连接性并且因此具有很高冗余度和可靠性。在现有技术中，网状网络传输技术可以被划分为两组:基于洪泛(flooding)和基于路由的网状网络。在基于洪泛的网状网络中，所有数据分组被网络中的所有节点转发。因此，节点并不必进行复杂的路由决策，而是仅对数据分组进行广播。通过这些手段，该技术十分鲁棒。然而，在大型网络中，转发造成的数据开销影响到了整体数据速率。此外，更加可能出现数据分组的冲突，这进一步降低了整体性能。因此，该解决方案主要的问题在于可扩展性。基于路由的网状网络能够进一步被划分为前摄式和反应式方案。在前摄式的基于路由的网状网络中，所有需要的网络路径都存储在每个节点的路由表中。该路由表例如通过向相邻节点定期发送信标消息以发现有效路由路径而被保持为最新。虽然数据传输在这种类型的网络中非常具有效率，但是可扩展性仍然很低，这是因为在大型网络中，路由表的前摄更新耗费了大部分网络资源。此外，路由表将随着网络规模的增长而增长。另外，网络的设置需要时间和资源以便构建路由表。与之相比，反应式方案通过按需要发现路线而避免了持久性开销和大的路由表。它们使用洪泛来发现网络路径并且对活动路线或节点进行高速缓存。当路线仅针对单个数据分组而很少地被使用时，令该数据分组洪泛而并不执行路线发现可能更为有效。如果路线被保持为足够长以避免频繁路由，则反应式方案就退化为前摄式方案。在Zigbee中使用了基于反应式路由的网站网络的示例。然而，该协议方案的主要问题仍然是网络的可扩展性。因此，无线网站网络中的大多数传输以多跳模式来执行。因为每个数据分组或消息因此由于转发而被多次传送，所以降低了整体的网络吞吐量，无线网状网络的网络可扩展性非常有限。而且，更加可能发生数据分组冲突，这进一步降低了整体性能。特别地，当节点发起的例如统计报告数据或其它非时间关键数据之类的数据业务被多个节点选择在几乎相同的时刻发送至数据收集节点或控制中心，则会出现导致数据冲突和丢失的过载问题。此外，在诸如RF网络的非可靠网络中，数据分组还会由于冲突之外的其它原因而在传输期间丢失，例如由于网络过载或者恶化的链路质量。重传会减少这种可能性，但是不会始终保证成功传输。分组丢失的可能性在分组必须通过多跳行进时进行累加。在大规模的多跳网络中，数据分组所必须行进的跳数相当大。例如，在包括数千节点的大型RF远端管理系统中，可能出现20-40跳。因此，单个数据分组的传递机会随着其跳跃距离增加而下降，因为每一跳都存在丢失数据分组的机会。此外，由于路由层面的拥塞和临时错误，在多跳情况下丢失分组的可能性进一步增大。如果应用要求传递保证，则这使数据确认在传输或应用层成为必要。然而，确认模式的缺陷在于数据确认增加了网络中的数据负载并且所经历的延迟明显增加，特别当数据分组必须在传输或应用层重传的时候。此外，当由许多或所有接收方节点在短的时间段内对组播或广播数据分组进行响应(确认)，则会出现所谓的确认风暴，这在发送方节点的相邻节点导致过载问题并且因此导致数据冲突和丢失。这在全局调度的网络中可以被避免，其中每个节点具有用于传输的固定单独时隙。但是该全局调度需要全局协同和配置，因此涉及麻烦的设置过程。另外，通过全局调度进行发送以及为所有节点创建全局调度分别产生了高的数据开销和管理开销。此外，当时隙仅被不频繁地使用时，这大幅降低了可能带宽。结果，该方法也不适用于大规模网络。因此，常见无线网络中的重大缺陷一方面由于冗长的部署和配置以及另一方面由于非常有限的网络可扩展性所构成。特别地，RF远端管理网络尤其在其本地层面由于其拓扑和大小而受到明显过载的影响，这限制了它们的可扩展性。它的发生是因为消息由通信栈的多层所生成并传送而没有考虑到网络拓扑。因此，提高传输成功和可靠性在诸如具有大量照明器节点的街道照明系统之类的大型网络中是至关重要的。这是因为通常在通信栈的较高层进行的端对端重传是成本高得多且延迟密集的。结果，针对大规模无线网络需要有效的路由协议以便使得数据分组冲突以及随之出现的数据丢失最小化，并且实现所需要的吞吐量、响应时间和鲁棒性。US2006/0187836A1描述了一种通信设备，其通过引入虚拟瓶颈队列而在时间关键业务之前延迟或丢弃时间不敏感的业务。Whetten 等人(IEEE Network, vol.14, n0.1,第 37-47 页，XP001195288)描述了可靠组播传输协议II (RMTP-1I)0接收方节点通过向其双亲节点单播传输TRACK (层级ACK)分组而就其已经或没有接收的分组定期向其双亲节点进行通知。每个双亲节点整合来自其孩子节点的TRACK并且向其双亲(顶端)节点单播传输单个整合的TRACK。该顶端节点整合来自其孩子节点的TRACK并且向发送方节点单播传输单个TRACK。US2010/246600A1描述了一种用于减少通信系统中的开销的系统。响应于确定不同的帧适于在单个保留周期内进行传输而将不同的帧类型整合为增强型整合帧。如果帧是时间敏感的，则传送器或收发器将由于需要尽快将帧发出而并不对所述帧进行整合。US2008/137624A1描述了一种全局无线传感器网络架构以及用于ad-hoc网络的远程监管、资产控制和运行管理的协议。该技术的应用是从集中的区域运行中心对照明系统进行远程控制和监管。
技术实现思路
鉴于现有技术中的以上缺陷和问题，本专利技术的目标是提供一种用于在无线网络中传送数据分组的设备、系统和方法，其解决了过载问题并且提供了高级别的可扩展性以及传输可靠性而在每个网络节点中并不需要高的处理功率。该目标通过独立权利要求的特征而解决。本专利技术基于这样的思想:对往来于数据收集方节点的消息进行调度和/或整形以跨时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.01 EP 10186036.91.一种用于对无线网络中的数据分组传输进行控制的设备，包括: 控制单元(200)，其被适配为将针对多于一个的所接收数据分组的应答整合为一个应答批次， 其中在该应答批次中省略冗余报头以减少数据开销。2.根据权利要求1的设备，其中该设备被适配为添加至节点(10)和/或数据收集方节点(50)和/或控制中心(60)，和/或其中该无线网络是网状网络，和/或其中该无线网络的节点(10)是静态的，和/或该无线网络的节点(10)的位置是已知的。3.根据之前任一项权利要求的设备，其中所接收的数据分组是发送至多于一个的接收方节点(B)的组播或广播数据分组和/或针对数据传递的请求，和/或其中该应答是非时间关键数据分组和/或所接收数据分组的确认。4.根据之前任一项权利要求的设备，其中该控制单元(200)被适配为在时间关键和非时间关键数据分组之间进行区分。5.根据之前任一项权利要求的设备，其中该控制单元(200)被适配为在所确定的应答间隙内随机选择时隙以用于传送对所接收的数据分组传送进行响应的应答。6.根据权利要求5的设备，其中应答间隙特定于所接收的数据分组，和/或应答间隙基于应答的收件方节点(10，50，60)的数量和/或所接收数据分组的接收方节点(10，50，60)的数量和/或网络容量和/或时间标签和/或所接收数据中所包括的信息和/或预定截止期限和/或当前网络负载和/或预期网络负载和/或所存储的调度来确定。7.根据之前任一项权利要求的设备，其中数据分组的传输基于设备(100)在网络内的位置和/或基于设备(100)到数据收集方节点(50)的跳距和/或基于网络地址而进行调度。8.根据权利要求7的设备，其中具有到数据收集方节点(50)的低跳距的区中的数据分组传输被调度为优先于具有到数据收集方节点(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：DM戈根，TCW申克，J埃斯皮纳佩雷滋，O加西亚莫乔恩，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：
国别省市：