專利名稱:配電系統(tǒng)的通信系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及配電系統(tǒng),更具體地說,本發(fā)明涉及在配電系統(tǒng)內(nèi)提供 通信的通信系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù):
配電系統(tǒng)包括用于將電源連接到負載而同時經(jīng)由電路保護、故障隔 離、電路重配置(通常用于為受困的負載側(cè)客戶恢復服務)以及系統(tǒng)恢 復正常功能來保護配電基礎(chǔ)設(shè)施并維護服務的技術(shù)。例如,配電系統(tǒng)可 包括電路切換及故障保護設(shè)備,其包括電源保護設(shè)備(諸如電路斷路 器)、負載保護設(shè)備(諸如熔斷器)以及故障保護設(shè)備(諸如故障中斷器、 分段器、自動重合閘等),故障保護設(shè)備將配電線分段并允許故障隔離。 盡管可以釆用各種策略來管理配電系統(tǒng),以維護服務并保護配電系統(tǒng)時, 但通常故障保護設(shè)備應當按照協(xié)調(diào)的方式運行,以使得配電系統(tǒng)的性能 最優(yōu)化并且使得服務中斷的范圍及持續(xù)時間最小化。也就是說,為了將 故障隔離在最靠近故障的故障保護設(shè)備處,以保護電源并保持對電源與
故障保護設(shè)備之間的負載的服務。
同時,配電系統(tǒng)應當是能夠以高性能進行管理、恢復及操作且同時 減小負擔。這些目標很難實現(xiàn),因為配電系統(tǒng)包括大量的分布式智能設(shè) 備(這些設(shè)備使得操作員能夠管理并控制電力分配并且保護配電基礎(chǔ)設(shè) 施)。
數(shù)十年來,采用廣域通信系統(tǒng)作為提高配電系統(tǒng)的自動化水平的手 段,以提供管理、改進的操作及系統(tǒng)恢復。這些系統(tǒng)負責對將來自電源/ 子站的電力在介質(zhì)電壓饋線/配電線上分配給用電設(shè)備進行控制,并且, 由于在廣闊的地理區(qū)域上提供光纖或其它固定通信介質(zhì)的成本較高,所
以這些系統(tǒng)通常是基于無線電的。商用通信產(chǎn)品的示例包括Schkimberger,Inc.公司所銷售的Utilinet無線電(Utilinet radio)。大部分這些產(chǎn)品與 SCADA系統(tǒng)一起使用,或與其它低速到中速通信應用(諸如可從伊利諾 斯州芝加哥的S&C電氣公司(S&C Electric Company, Chicago, Illinois) 得到的IntelliTEAM⑧電路重配系統(tǒng)(circuit reconfiguration system)) —起 使用。
另一方面,配電系統(tǒng)的管理及控制(尤其是故障保護)的各個方面 要求高速(低延遲(low latency))及高可靠性通信。同樣優(yōu)選的是,這 些系統(tǒng)基于無線電,以利用簡便且低成本的安裝。這種系統(tǒng)的示例包括 S&C電氣公司所提供的HRDS系統(tǒng)。這些系統(tǒng)針對各通信設(shè)備對使用專 用點對點鏈路和專用通信信道。Freewave Communications公司提供了基 于無線電的現(xiàn)貨(off-the-shelf)產(chǎn)品,該產(chǎn)品結(jié)合Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. (SEL)的鏡像位(mirrored-bits)通信協(xié)議使用。使用 這兩種技術(shù),可以在基于無線電的通信基礎(chǔ)設(shè)施上在兩個互聯(lián)的配電自 動化控制設(shè)備之間傳送多個數(shù)字狀態(tài)點。
對于基于無線電的專用點對點系統(tǒng),存在以下各種缺點
1) 各個點對點鏈路要求專用基礎(chǔ)設(shè)施,該專用基礎(chǔ)設(shè)施包括專用信 道以及通常是專用的無線電對和中繼器。這使得成本非常高而且使得安 裝及維護過程繁重。
2) 在網(wǎng)格類型(grid-style)的配電拓撲中,需要許多這種點對點鏈 路來全面協(xié)調(diào)保護性設(shè)備。
3) 如果通信鏈路失效,則不能"匆忙地(on-the-fly)"創(chuàng)建其它通 信路徑以恢復通信鏈路。
4) 鏈路不能用于交換其它通信流量,因為這會損害保護應用的低延 遲消息傳送要求。
網(wǎng)狀拓撲(Mesh-topology)通信系統(tǒng)或基于互聯(lián)網(wǎng)的自組路由方法 (Ad-Hoc Routing methodology)及擴頻無線電的通信系統(tǒng)解決了上述問 題中的幾個問題,但不是全部。帶寬問題和/或與延遲相關(guān)的問題仍然存 在,尤其是當這些系統(tǒng)被允許承載其它競爭性的通信流量時。例如,網(wǎng) 狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的要求是,網(wǎng)絡(luò)中的大部分節(jié)點最少都具有到兩個不同節(jié)點的通信鏈路,以提供替換路由。有線網(wǎng)絡(luò)(例如,銅纜或光纖網(wǎng)絡(luò))在 節(jié)點與其相鄰節(jié)點之間的通信鏈路內(nèi)包含通信能量。另一方面,傳統(tǒng)上 無線網(wǎng)絡(luò)已釆用了廣播能力(即,全向天線),而不包含用于進行通信的 能量。不希望作為通信路徑的一部分的節(jié)點接收到這種能量,并因此被 迫延遲它們自己的傳輸,直到頻譜清除為止,這導致了低效率的帶寬使 用及潛在的延遲問題。
所需要的是能夠高效率地管理例程無線電通信流量并且能夠快速、 有效并且可靠地對優(yōu)先的通信流量或緊急通信流量作出響應的通信系 統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以對消息流量的一種以上的優(yōu)先級作出響應,而不損失 或不嚴重地中斷低優(yōu)先級的業(yè)務量。這種通信系統(tǒng)還可以識別出存在優(yōu) 先的業(yè)務量或緊急業(yè)務量,并且按照有效的方式對這種業(yè)務量進行響應。 這種通信系統(tǒng)還支持復雜的互連接性以及替換通信路徑,以提供一致、 可靠、高速、基于無線電的通信。這種系統(tǒng)應當能夠?qū)崿F(xiàn)以上操作而不 需要復雜、耗時的配置。
圖1為示出根據(jù)這里所述的實施方式的結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)的配電網(wǎng)
格的圖2為示出根據(jù)這里所述的實施方式的包括網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)通信能力的分
布式配電設(shè)備的框圖3為示出可用在配電系統(tǒng)中的多層網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)(諸如圖1所示
的網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu))的圖4為示出可運行圖3的多層網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議的圖5為示出根據(jù)這里所述的協(xié)議來創(chuàng)建節(jié)點家族成員的圖6為示出根據(jù)這里所述的協(xié)議靜默分段配置來創(chuàng)建節(jié)點家族成員
的圖7為示出根據(jù)這里所述的實施方式的多層網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的圖8為示出圖7的網(wǎng)絡(luò)并且還示出自適應鏈路路由建立的圖9為示出圖7的網(wǎng)絡(luò)并且還示出邊緣節(jié)點對自適應鏈路路由建立的影響的圖10為示出圖7的網(wǎng)絡(luò)并且還示出邊緣節(jié)點路由會聚的圖11為示出圖7的網(wǎng)絡(luò)并且還示出路由邊緣節(jié)點重新定向路由的
圖12為示出圖7的網(wǎng)絡(luò)并且還示出優(yōu)先路由配置及電力綁定的圖13為示出圖7的網(wǎng)絡(luò)并且還示出多層路由配置的圖14為示出圖7的網(wǎng)絡(luò)并且還示出多層路由配置的圖15-19為示出根據(jù)這里所述的協(xié)議的實施方式的節(jié)點工作的流程圖。
具體實施例方式
配電系統(tǒng)可以包括網(wǎng)絡(luò)通信能力。網(wǎng)絡(luò)通信能力可被配置為為多層、 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)("network")或者是可配置的多層、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。例如,網(wǎng)絡(luò)可 以具有兩層固定節(jié)點網(wǎng)(層2和層3)以及一層移動節(jié)點網(wǎng)(層1),雖 然替換結(jié)構(gòu)可以具有更多或更少層。各層及各層的節(jié)點具有與應用、路 由類型、發(fā)送功率控制、物理配置及消息優(yōu)先級相關(guān)的不同特性。網(wǎng)絡(luò) 配置及特性基于該網(wǎng)絡(luò)的應用及通信需要的變化而改變。可以在多層和 多維度網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通過頻譜管理、功率控制及節(jié)點認知(awareness)來實現(xiàn) 配置變化。
通過針對配電系統(tǒng)采用可動態(tài)配置的網(wǎng)絡(luò)通信能力,來提供實際上 能夠為任意給定源或目的地路由提供多種網(wǎng)絡(luò)拓撲變換的魯棒、自愈性 (self-healing)網(wǎng)絡(luò)。針對任意給定通信會話的網(wǎng)狀系統(tǒng)實際上是在源與 目的地之間的串行路徑,該串行路徑經(jīng)由用作中繼器的串接的一個或更 多個節(jié)點/路由連接。精心設(shè)計的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)使得能夠在任意給定時刻在該 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)同時地進行多個會話。
圖1例示了根據(jù)一個或更多個這里所述的實施方式的、包括通信架 構(gòu)、系統(tǒng)及方法的示例性開環(huán)或輻射狀(radial)配電系統(tǒng)100 (即,通 信網(wǎng)絡(luò))。應當理解的是,雖然與這里所述的通信網(wǎng)絡(luò)的各種實施方式一 起描述各種通信技術(shù)、技巧及方法,但是在各種實際實現(xiàn)中,這些系統(tǒng)
9組件及結(jié)構(gòu)、技巧及方法可以互換。因此,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解,雖然可能沒有結(jié)合每個實施方式來描述各個元件、結(jié)構(gòu)、特性或技術(shù),
但是它們可以在這里沒有具體說明的實現(xiàn)中進行不同的組合;然而,在
本申請中已構(gòu)想了這些組合。此外,雖然主要結(jié)合配電系統(tǒng)來描述了通信架構(gòu)、系統(tǒng)及方法,但是這些架構(gòu)、系統(tǒng)及方法可以用于各種其它系
統(tǒng),諸如石油處理及分配系統(tǒng)、緊急服務及第一響應方(firstresponder)通信系統(tǒng)等。
配電系統(tǒng)100例示了典型的配電結(jié)構(gòu)以及這種系統(tǒng)是如何運行的。系統(tǒng)100可以包括一個或更多個子站或電源(Sl-n) 102,這些子站或電源(Sl-n) 102經(jīng)由系統(tǒng)100進行配電。實直線104示出了配電線或?qū)w,這些配電線或?qū)w連接在電源102、閉合開關(guān)(Xl-n) 106及開放開關(guān)(01-n)108之間。各條線104通常表示三相配電饋線(distribution feeder),取決于配電類型,該三相配電饋線可以包含或不包含第四接地導體。虛直線110表示到相鄰饋線或相鄰子站(未示出)的連接。虛曲線112表示配電系統(tǒng)100的由開關(guān)106/108包圍的部分(分段)114。配電系統(tǒng)100的這些描述與IntelliTEAM-II電路重構(gòu)系統(tǒng)的架構(gòu)一致,其中,與這些分段114中的各個分段相關(guān)聯(lián)的開關(guān)106/108統(tǒng)稱為"組(team)" (Tl-n)??蛇x地提供的中繼器/路由器(Rl-n) 116表示對構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的一部分的無線電進行再現(xiàn),將在下面進一步詳細說明。
圖2例示了典型的切換或故障保護設(shè)備——設(shè)備200,設(shè)備200提供系統(tǒng)100的開關(guān)106/108的功能。設(shè)備200包括控制204,控制204連接到電路中斷或切換設(shè)備206,諸如電路斷路器、真空故障中斷器等??刂?04包括內(nèi)部存儲器或者可以連接到存儲器(未示出),存儲器中存儲有控制204所使用的控制程序及運行參數(shù),以執(zhí)行設(shè)備200的操作。設(shè)備200還可以包括電源,該電源可以是外部電源、蓄電源(storage source)、配電線抽頭或任意其它合適的電源(未示出)。
設(shè)備200連接到相關(guān)聯(lián)的通信設(shè)備202,通信設(shè)備202根據(jù)與這里所述的網(wǎng)絡(luò)實施方式一致的通信架構(gòu)及通信協(xié)議而運行?;蛘撸ㄐ旁O(shè)備202可被包括在設(shè)備200中。 一種可能的通信設(shè)備202是Nova工程公司
10(Nova Engineering Inc.)的NovaRoam EH卯0跳頻擴頻無線電。通信設(shè)備202可以經(jīng)由10/100 MBS以太網(wǎng)連接208連接到控制204,并且無縫地創(chuàng)建針對控制204的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)廣域網(wǎng)。通信設(shè)備202可以提供OSI-兼容的TCP/IP通信協(xié)議棧的層1-3,并且通過使用這里所述的路由協(xié)議而使得能夠智能地在該系統(tǒng)100中對消息進行路由。在這個方面,通信設(shè)備202可以包括連接到存儲器或緩存214的控制器212。存儲器可以以電、光或者其他方式存儲由該通信設(shè)備使用的控制程序,以對路由配置消息、數(shù)據(jù)包含消息、系統(tǒng)開銷消息、映射及發(fā)現(xiàn)消息、系統(tǒng)維護消息等進行生成、傳輸、接收和/或路由??刂破?12還與連接到天線210的傳輸設(shè)備相連接,以傳輸各種消息。
在系統(tǒng)100中的各個設(shè)備(例如,源/目的地102、開關(guān)106/108、負載(未示出)及中繼器116)構(gòu)成該通信網(wǎng)絡(luò)的點或節(jié)點,并且由此包括通信能力(諸如與設(shè)備200—起描述的通信設(shè)備202)或任意其它合適的通信能力。該通信系統(tǒng)可以包括固定獨立的通信設(shè)備(例如,中繼器116),此外包括移動通信設(shè)備、移動單元122,諸如與移動服務人員相關(guān)聯(lián)的通信設(shè)備、無線使能計算設(shè)備、手持計算設(shè)備、蜂窩數(shù)據(jù)使能通信設(shè)備等,這些設(shè)備可以包括通信能力、存儲器及處理能力,以對路由配置消息、數(shù)據(jù)包含消息、系統(tǒng)開銷消息、映射及發(fā)現(xiàn)消息、系統(tǒng)維護消息等進行生成、傳輸、接收和/或路由。此外,該網(wǎng)絡(luò)可以包括與該系統(tǒng)不相關(guān)聯(lián)的通信設(shè)備。這些設(shè)備可以包括公共或?qū)S袩o線接入點、無線使能計算設(shè)備、手持計算設(shè)備、蜂窩數(shù)據(jù)使能通信設(shè)備等,這些設(shè)備能夠按照與這里所述的通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議兼容的方式進行通信。
圖3例示了針對與系統(tǒng)100及其相關(guān)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)300的多層結(jié)構(gòu)。移動設(shè)備122構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)300的第一層或?qū)觢。固定設(shè)備的一部分(諸如源102、開關(guān)106/108及中繼器116)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)300的第二層或?qū)?。其余固定設(shè)備301構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)300的第三層或?qū)?。將會描述到,各個設(shè)備的特性確定了該設(shè)備最終與層l、層2還是層3相關(guān)聯(lián)。此外,通信網(wǎng)絡(luò)300的動態(tài)特性會使得一些設(shè)備在某一時刻與這些層中的一個層相關(guān)聯(lián),而在另一時刻與另一層相關(guān)聯(lián)。雖然如所示圖3,網(wǎng)絡(luò)300包括三層,但是使用多于三層或少于三層的實現(xiàn)是可能的。如稍后所述,除
這些層之外還可存在可選的中央控制302,并且可選的中央控制302可以連接到網(wǎng)絡(luò)300。
通信網(wǎng)絡(luò)300可以實現(xiàn)能夠改變網(wǎng)絡(luò)特性的協(xié)議,這使得多個應用能夠訪問網(wǎng)絡(luò)300。該協(xié)議自動地容納各種應用,諸如傳輸緊急消息、當需要時增大延遲、提供對網(wǎng)絡(luò)容量更高百分比的接入、可靠地提高連接性、提供可伸縮性及提供頻譜利用或再用。此外,網(wǎng)絡(luò)300可以在沒有中央服務器或管理系統(tǒng)的情況下運行,并且在本質(zhì)上是獨立的智能無線自組網(wǎng)絡(luò);然而,網(wǎng)絡(luò)300是實現(xiàn)了具有自適應鏈路路由的發(fā)送功率控帝ij (TPC/ALR:Transmit Power Control with Adaptive Link Routing)的酉己置能力的網(wǎng)絡(luò)。
圖4例示了 TPC/ALR協(xié)議400, TPC/ALR協(xié)議400在應用層402與物理、無線通信層404之間提供鏈路路由。傳輸層406包括路由層408及接入?yún)f(xié)議410,諸如與自適應路由412及功率控制414 一起運行的載波偵聽多路訪問(CSMA: carrier sense multiple access)。 TPC/ALR協(xié)議400基于在三層網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)300內(nèi)的某一節(jié)點相對于全部其它節(jié)點的三維地理(層、羅盤位置)的關(guān)系,根據(jù)使用網(wǎng)絡(luò)通過發(fā)送功率控制及鏈路路由來進行傳輸?shù)漠斍皯脕碇付ňW(wǎng)絡(luò)拓撲416。
TPC/ALR協(xié)議400具體地可以為移動/固定回程(backhaul)無線網(wǎng)絡(luò)(未示出)提供互鏈(interlink)。此外,使得協(xié)議400知道網(wǎng)絡(luò)300的結(jié)構(gòu),即,節(jié)點類型、節(jié)點密度、節(jié)點位置及路由方位(azimuth),包括所計算的或提供的節(jié)點到節(jié)點距離及層評估。協(xié)議400使用這種信息來控制節(jié)點發(fā)送功率,提供"智能"天線控制及無線電分支(branching),傳送單播路由請求消息(RREQ),并且當忽略、響應或重傳RREQ時使用嵌入式位置分段標識符信息。如稍后所述,協(xié)議400提供繞過障礙(諸如建筑物、山丘、不可操作/擁堵節(jié)點及停用端(deadend)路由)的路由。此外,多層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)300與協(xié)議400 —起使得能夠按照蛙跳(leap-frog)的方式來路由數(shù)據(jù)流量,以滿足延遲及容量負載。
協(xié)議400可以控制網(wǎng)絡(luò)300中的各個通信設(shè)備的發(fā)送功率,并且在
12這個方面,能夠控制RREQ及路由答復(RREP)消息及相應數(shù)據(jù)會話的發(fā)送功率。按照這種方式,協(xié)議400通過使CSMA的影響最小化而在實質(zhì)上增大可用帶寬,來提供擴展的RF頻譜再使用,CSMA在非動態(tài)的系統(tǒng)中會占用高達50%的網(wǎng)絡(luò)容量,并且增大延遲而且減小連接性。
雖然協(xié)議400能夠用于其中通信設(shè)備主要經(jīng)由全向天線進行傳送的系統(tǒng)中,但是在該協(xié)議與具有"智能"或方向性天線能力的通信設(shè)備--起使用的情況下具有具體優(yōu)點。智能天線技術(shù)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的。智能天線及使用智能天線的通信設(shè)備(即,這里所使用的節(jié)點)至少表示,通信設(shè)備能夠按照全向模式(即,按照360。輻射狀模式)來發(fā)送消息,或通信設(shè)備能夠選擇性地發(fā)送給一個或更多個扇區(qū)或放射狀分段,例如,22°、 45°、 90°、 180°等。在這些節(jié)點中實現(xiàn)智能天線能力的具體技術(shù)對于協(xié)議400的操作或其益處不是關(guān)鍵的。這里使用術(shù)語"智能天線"也并不暗指不與分段發(fā)送能力具體相關(guān)的附加智能天線技術(shù)。
根據(jù)協(xié)議400,按照需要,節(jié)點可以在全部方向廣播信號,或在與路由/目的地節(jié)點方向相應的具體扇區(qū)/分段內(nèi)傳送單播信號。智能天線能力使得能夠增大多個路由會話并且增大空間的再使用。
協(xié)議400結(jié)合功率控制來使用智能天線,以保持較高級別的連接性及整體網(wǎng)絡(luò)通信容量。在大部分情況下,該協(xié)議按照與延遲要求一致的最低可能功率設(shè)置(Pl)來提供節(jié)點傳輸。較低功率級別的傳輸增大了該路由所涉及的節(jié)點數(shù)量,并因此增大延遲。對于標準傳輸,這沒有意義,并且保持較低發(fā)送功率級別有助于實現(xiàn)增大RF頻譜利用的目標。對于某些消息(諸如緊急/優(yōu)先消息)及其它延遲敏感的消息(例如,VoIP相關(guān)消息),協(xié)議400提供消息類型檢測及自動功率增大(例如,P2、 P3、PX-最大),由此減小用于消息傳輸?shù)墓?jié)點數(shù)量。按照可伸縮的方式來實現(xiàn)這一點,使得目的地節(jié)點以自己的RERR-L (由于延遲的路由錯誤)對RREQ-P進行響應。然后,該源節(jié)點發(fā)送路由請求消息,指示需要按照下一更高的功率級別的減小的延遲(RREQ-Pn),中繼器節(jié)點接收到該RREQ-Pn,響應于該RREQ-Pn的中繼器節(jié)點在發(fā)送其RREQ-Pn時增大其功率, 一直反復進行該過程,直到實現(xiàn)延遲目標或達到最大功率(PX)為止。例如,對于VoIP消息傳送,作為會話連接過程的一部分而建立功率增大及延遲減小,使得在實際的數(shù)據(jù)傳輸(即,對話)時,能夠?qū)崿F(xiàn)延遲目標。
響應于RREQ而動態(tài)地確定消息路由,并且通常并不保持消息路由。在路由無效一段時間后,丟棄例程消息路由,例如,在N秒之后丟棄該路由,其中,基于網(wǎng)絡(luò)使用數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、操作員選擇或它們的組合來選擇N值。協(xié)議400并不存儲路由,而是使得各個節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點密度、位置信息、.相鄰節(jié)點IP地址及與自己的位置相關(guān)的相關(guān)聯(lián)地理關(guān)系進行緩存,以便使用智能天線能力及最低功率級別設(shè)置進行路由建立,從而實現(xiàn)延遲要求。例如,節(jié)點可以對IP地址及象限(quadrant)信息(例如,與節(jié)點相關(guān)的地理位置1°-90°、 91°-180°、 181°-270°及271°-360°羅盤方向)進行緩存??梢允褂?FireDrill"或其它類似的過程來建立優(yōu)先消息及緊急消息路由。根據(jù)Fire Drill過程來保持優(yōu)先消息及緊急消息路由。
在所述實施方式中,如圖3所示,網(wǎng)絡(luò)300是包括層1節(jié)點、層2節(jié)點及層3節(jié)點的多層網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),各層節(jié)點具有它們自己的不同特性。因為層1節(jié)點在本質(zhì)上是移動的,所以它們通常并不將它們自己作為與層2的節(jié)點相關(guān)聯(lián)的一類。然而,在某些優(yōu)先通信情況及緊急或第一響應方通信應用(例如,示例緊急情況)中,在層1中固定的其它移動節(jié)點被自動地接受進入層2中,并且被允許在網(wǎng)中建立其位置。將這--點設(shè)計在協(xié)議400,以容納用作用于災難恢復或其它類似應用的指揮所(command post)的暫時節(jié)點。雖然并不與層2節(jié)點相關(guān)聯(lián),但是層1節(jié)點可以連接到層2節(jié)點,以進行通信,具體地說,進行從層l節(jié)點到中央位置302的回程類型語音及數(shù)據(jù)通信。
此外,協(xié)議400提供層1移動節(jié)點在多個層2節(jié)點之間的基本轉(zhuǎn)換。通過與該移動節(jié)點的速度增大相對應自動地增大hello信標數(shù)量來實現(xiàn)這一點。在該應用中,當正在使用路由時,附近的層2節(jié)點大體上追蹤層1節(jié)點。這使得當正在使用路由時層1移動節(jié)點在層2節(jié)點之間移動。在層2節(jié)點之間的轉(zhuǎn)換期間,層2或其它層的新的更近的節(jié)點(更強的RP
14信號)對于新的路由可用。由于對于新的路由保持先前的路由有效足夠長時間,以與原始路由匯聚,所以使得數(shù)據(jù)和/或語音中斷最小化(低于
50 msec)o
網(wǎng)絡(luò)300通常具有比層1節(jié)點22或?qū)?節(jié)點102/106/108/116更少的層3節(jié)點301。層3節(jié)點旨在并主要用作層2聚類之間的傳輸層,或用作針對目的地為中央點302或其它目的地的層1流量和層2流量的回程。層3節(jié)點通常具有比其它周圍節(jié)點更高的接地電平以上(AGL: aboveground level)天線中心線。此外,層3節(jié)點還將RREQ重新傳送(單播)到目的地扇區(qū)中的節(jié)點,即使層3節(jié)點并不在相對原始源/中繼器節(jié)點的目的地扇區(qū)中。
固定節(jié)點(尤其是在較高密度網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的固定節(jié)點)傾向于進行聚類,尤其是在基于應用層的各個同等節(jié)點持續(xù)地登記到其同等組的對等系統(tǒng)中。這些聚類典型地位于層2,而較少位于層1及層3,但是并不禁止層1或?qū)?節(jié)點進行聚類。通常在聚類內(nèi)生成的大量本地流量會阻礙聚類內(nèi)路由。在這些情況下,如果單播RREQ被延遲過久,則要生成的下一 RREQ可以包括可由一個或更多個層3節(jié)點識別的代碼,并向最接近目的地節(jié)點位置的其它層3節(jié)點單播,因此,繞過了延遲或阻塞RREQ的聚類。層3中的節(jié)點還可以被源節(jié)點使用,通過僅使用相同層節(jié)點連接到超出針對RREQ壽命預期或針對延遲要求所確定的節(jié)點計數(shù)的目的地節(jié)點。與層2節(jié)點不同,層3節(jié)點并不限于路由方向,并且即使層3節(jié)點并不位于所建議路由的象限中,它仍然可以重傳RREQ。層3節(jié)點能夠決定是將數(shù)據(jù)作為層2消息還是作為層3消息重傳給另一層3節(jié)點??赡軣o意地接收到層3消息的層2節(jié)點可被設(shè)置成簡單地忽略該傳輸,或取決于消息類型及內(nèi)容而相應地對該消息進行響應。
取決于層2節(jié)點密度,層3節(jié)點具有取決于分成扇區(qū)的/方向性的節(jié)點的一套節(jié)點,或具有在一個位置連接到智能天線的單個節(jié)點。針對多個分成扇區(qū)的/方向性天線配置,相對于進入IP層以進行重傳,協(xié)議400使得能夠與RF分支網(wǎng)絡(luò)交互,使得該套節(jié)點能夠在鏈路層處理RREQ
及數(shù)據(jù)。根據(jù)協(xié)議400運行的網(wǎng)絡(luò)300使得各個節(jié)點能夠與附近/家族節(jié)點建立關(guān)系。這種關(guān)系至少限定了與自己相關(guān)的附近節(jié)點的地理位置,使得能夠通過使用智能天線來單播消息。這些節(jié)點能夠建立包含在其發(fā)送功率范圍內(nèi)及超出其發(fā)送功率范圍(總體網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù))的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點密度信息的表。還對發(fā)送功率進行控制以提供路由建立,從而滿足延遲目標,并且發(fā)送功率還限定家族關(guān)系。如上所述,構(gòu)成各個節(jié)點的通信設(shè)備包括存儲器及能夠?qū)W習家族節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點密度并對用于消息傳輸使用的數(shù)據(jù)進行緩沖的處理器。
以下說明具有網(wǎng)絡(luò)300的結(jié)構(gòu)并根據(jù)協(xié)議400運行的節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的配置。例如,在初始化階段,通過網(wǎng)絡(luò)操作員配置或其它合適的方式,節(jié)點(諸如層2節(jié)點)將其發(fā)送功率設(shè)置為最低設(shè)置,并且通過全球定位系統(tǒng)(GPS)或其它類似的定位技術(shù)來獲知其物理位置。然后,層2節(jié)點初始化獲知家族節(jié)點的過程。
圖5例示了被多個潛在家族節(jié)點所包圍的層2節(jié)點502。節(jié)點502試圖建立到各個分段/扇區(qū)504、 506、 508及510中的最接近家族成員的連接,雖然可以使用更多或更少分段/扇區(qū)。家族成員可以定義如下
兄弟節(jié)點(sibling node):是具有足夠的接收信號強度(RSL)以通過使用最小發(fā)送(TX)功率(<+10dBm)來提供與另一節(jié)點的可靠連接性的節(jié)點;
第一表兄弟節(jié)點(Cousinnode):是具有足夠的RSL以通過使用中等TX功率(+11 dBm至lj+20 dBm)來提供與另一節(jié)點的可靠連接性的節(jié)點;
第二表兄弟節(jié)點是具有足夠的RSL以通過使用中等到最大TX功率(+21dBm至lj+30dBm)來提供與另一節(jié)點的可靠連接性的節(jié)點;以及
DTS節(jié)點是并不具有足夠的RSL以通過使用最大TX功率(〉+30dBm)來提供與另一節(jié)點的可靠連接性并且經(jīng)受灰色代碼阻塞的節(jié)點。
當然,可以限定更少或更多級別的關(guān)聯(lián)。
家族發(fā)現(xiàn)過程指示節(jié)點502發(fā)送內(nèi)嵌有其地理/層位置的HELLO,節(jié)點502進而監(jiān)聽包含該節(jié)點地理位置的其它節(jié)點的HELLO信標。當接收到Hdlo時,節(jié)點對節(jié)點內(nèi)嵌的家族信息進行緩存。針對各個功率級別
16(Pl、 P2、 P3、 ...、 Pn、 PX)反復進行該過程,直到節(jié)點502能夠獲知 并且在其緩存中保存其兄弟節(jié)點512、第一表兄弟節(jié)點514及第二表兄弟 節(jié)點516為止,可由用戶來設(shè)置各個級別的數(shù)量及功率。不滿足這些標 準的節(jié)點是DTS,而且并不作為家族成員而被保存在緩存中。
節(jié)點在單播條件下控制發(fā)送功率(TX),并被配置為嘗試從全部其家 族成員獲得基本上公共的RSL。這可以實現(xiàn)成在傳輸節(jié)點識別了最接近 的家族成員(兄弟、第一表兄弟、以及如果需要第二表兄弟)之后將它 們的功率約束在預定的(例如,N條)直接鏈路。傳輸節(jié)點會超出其用 于緊急/優(yōu)先消息傳輸、延遲敏感的消息或針對各種其它可配置的目的的 邊界發(fā)送功率。節(jié)點可以被配置為周期性地驗證并更新保存在其緩存中 的家族成員表。在一個實施方式中,節(jié)點可以每[個時長更新其家族成 員表。因此,如果節(jié)點成為不可操作、擁堵或其他方式不可用,則生成 具有可靠的有效鏈路的修改后的家族表。
目標在于用于全部節(jié)點家族成員的公共RSL。然而,節(jié)點還試圖滿 足在各個象限標準內(nèi)具有家族成員節(jié)點的要求。如圖6所示的節(jié)點602 經(jīng)由家族成員603僅能夠滿足三個象限606、 608及610的""—^fJT—楚 蘑6i一J/r"t///1^0 "要求,而遺漏象限604。在這種情況下,節(jié)點602 將試圖鏈接到各個分段中的家族節(jié)點,直到其最大發(fā)送功率"PX"為止。 如圖6所示,該節(jié)點可以連接到最接近靜默扇區(qū)的節(jié)點,在這種情況下, 是在610象限中的家族節(jié)點616。如果節(jié)點602不能夠滿足該目標,則節(jié) 點602可被調(diào)整為釆用邊緣節(jié)點配置,而并不跟蹤靜默扇區(qū)中的節(jié)點的 位置。然而,當監(jiān)聽到靜默扇區(qū)中的新出現(xiàn)的節(jié)點時,節(jié)點602將試圖 建立家族關(guān)系。此外,只要節(jié)點602接收到具有內(nèi)嵌地理/層信息的RREQ , 節(jié)點602就使用該信息來更新其緩存,使得它能夠持續(xù)地更新其關(guān)于網(wǎng) 絡(luò)配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的節(jié)點的知識。
圖7-14及以下討論例示了被構(gòu)造為包括與網(wǎng)絡(luò)300類似的網(wǎng)絡(luò)的系 統(tǒng)的配置、操作特性及優(yōu)點。
圖7例示了包括位于兩個地理障礙704及706周圍的33個層2節(jié)點 的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)700,這些層2節(jié)點中的一個被標識為節(jié)點702。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)700的設(shè)置基本上與如圖3所示的網(wǎng)絡(luò)300相同。如上所述,各個節(jié)點702 釆用發(fā)現(xiàn)/映射功能,使得它能夠獲知其物理位置和與其相關(guān)的家族成員 (兄弟、第一表兄弟、第二表兄弟等)與構(gòu)成限定了網(wǎng)絡(luò)700的網(wǎng)708 的節(jié)點的位置。
在圖8中,從圖中移除圖7所示的網(wǎng)狀表示,來討論從源節(jié)點710 經(jīng)由路由714到目的地節(jié)點712的消息路由。根據(jù)實際上的任意合適的 分組數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議(諸如TCP/IP、 UDP等)來組裝該消息。還可以根據(jù) 協(xié)議400來調(diào)整該消息。
為了發(fā)送消息,源節(jié)點710通過首先査看其緩存以確定到目的地節(jié) 點712的方向及所估計的鏈路數(shù)量,來發(fā)起RREQ。源節(jié)點708將該方 向(例如(N/E 172.40.68.21))增加到該目的地節(jié)點地址,其中,術(shù)語 "N/E"表示目的地節(jié)點710相對于源節(jié)點708的方向(例如,東北方向), 而術(shù)語"172.40.68.21"是目的地節(jié)點710的地址標識符??梢允褂酶鞣N 方向指示符,諸如羅盤刻度盤(rose)指示符N、 N/E、 E、 S/E、 S、 S/W、 W、 N/W;經(jīng)度/維度指示符,或任意其它合適的方向指示符。此外,該 源節(jié)點可以向該消息增加壽命預期或延遲令牌。因為源節(jié)點710知道目 的地節(jié)點712的相對方向,所以源節(jié)點710可以使用智能天線能力來將 RJREQ單播給適于向目的地節(jié)點712延伸的分段或多個分段。節(jié)點710 的家族成員節(jié)點(例如,節(jié)點716)接收到RREQ;節(jié)點716沿著相對于 目的地節(jié)點712的承載的路由方向。類似地,節(jié)點716確定適于向目的 地節(jié)點712延伸的分段或多個分段,并將該消息單播/重復傳送給向節(jié)點 718延伸的分段中,節(jié)點718類似地將該消息單播/重復傳送給向目的地 節(jié)點712延伸的分段。在各節(jié)點,該節(jié)點可以更新包含在該消息中的方 向信息,使得該方向性信息繼續(xù)對應于適于向目的地節(jié)點延伸的方向。
在RREQ實現(xiàn)中,并不處于714的分段或方向中的節(jié)點719會接收 到RREQ。接收到RREQ但是并不處于到目的地節(jié)點712的路由714上 的節(jié)點可以被設(shè)置為忽略該消息,而且并不重復該消息。
此外,與優(yōu)選的單播技術(shù)相反,可以要求網(wǎng)絡(luò)700的節(jié)點使用全部 或有限的廣播能力。圖9例示了網(wǎng)絡(luò)700及試圖向節(jié)點712發(fā)送消息的節(jié)點720。然而,由于節(jié)點720接近障礙706,因此節(jié)點720是邊緣節(jié)點。 也就是說,節(jié)點720在各個分段中并不具有家族節(jié)點,具體地說是缺少 在指向目的地節(jié)點712的分段中的家族節(jié)點。通常,對于并不在支持到 目的地節(jié)點712的路由的分段中的到節(jié)點720的家族節(jié)點(例如,節(jié)點 722及節(jié)點724)在從節(jié)點720接收到RREQ時會忽略該RREQ,這是因 為該節(jié)點并不處于支持到該目的地的路由的分段中。然而,作為發(fā)現(xiàn)/映 射過程的結(jié)果,節(jié)點720知道它是邊緣節(jié)點,此外還知道它在支持到目 的地節(jié)點712的路由的分段中不具有家族成員。因此,節(jié)點720將邊緣 節(jié)點指示符附加到具有目的地節(jié)點地址和方向性指示的RREQ。當接收 到包括該邊緣節(jié)點指示符的RREQ時,家族節(jié)點722及724響應該RREQ。 在第一響應技術(shù)中,節(jié)點722或724服務于支持到目的地節(jié)點712的路 由的分段。節(jié)點722或724中的各節(jié)點將RREQ單播/重復傳送到合適的 分段,來建立到目的地節(jié)點712的路由。如果節(jié)點722或724是邊緣節(jié) 點或者不包括支持到目的地節(jié)點712的路由的分段,則它們可以通過還 將邊緣節(jié)點指示符附加到RREQ來實現(xiàn)多播過程。
如圖9所示,節(jié)點722及724中的各節(jié)點支持建立到目的地節(jié)點712 的路由的分段,并且因此建立了兩條路由728及730。然而,在節(jié)點732 之后,路由728及730通過相同節(jié)點到達目的地節(jié)點712。路由728及 730可以匯聚成單個路由728'(圖10)。路由匯聚可以基于延遲測量、節(jié) 點計數(shù)指示符或其它類似的技術(shù)。
根據(jù)協(xié)議400而運行的網(wǎng)絡(luò)700可以檢測潛在停用端路由,或按照 其他方式引導消息繞過障礙(諸如障礙704、 705及706)。試圖向目的地 節(jié)點712發(fā)送消息的節(jié)點734發(fā)起RREQ,并且根據(jù)協(xié)議400而將目的 地節(jié)點地址及方向指示符附加到該RREQ。目的地節(jié)點712處于節(jié)點734 的西北方向,因此,方向指示符是N/E。所得到的路由736遇到節(jié)點720, 如上所述,節(jié)點720是邊緣節(jié)點,而且不支持支持直接到目的地節(jié)點712 的路由的分段(圖11)。當與節(jié)點712地址一起接收到具有N/E方向指示 符的RREQ時,節(jié)點720因此實現(xiàn)上述多播技術(shù),以征用(enlist)節(jié)點 722及724來完成到目的地節(jié)點712的路由736。如上所述,從節(jié)點720到目的地節(jié)點712的路由匯聚到路由728',因此所形成的路由736包括 從節(jié)點720到目的地節(jié)點712的路由728'。
可能的情況是,當發(fā)起或重復RREQ時,節(jié)點不會在該RREQ的延 遲/壽命預期要求內(nèi)收到來自家族節(jié)點的響應。在這種情況下,節(jié)點可以 重發(fā)RREQ,這次包括邊緣節(jié)點指示符以征用附加節(jié)點來提供響應。如 果沒有對第二請求作出響應,則該節(jié)點還可以重發(fā)RREQ,但是這次刪 除了方向性指示符而使用廣播技術(shù)。接收到該廣播消息的節(jié)點基于邊緣 節(jié)點技術(shù)或廣播技術(shù)(當單播技術(shù)失效時)來試圖實現(xiàn)協(xié)議400,以將該 消息單播到支持到目的地節(jié)點的路由的合適的分段。
根據(jù)協(xié)議400,動態(tài)地建立路由,而且在路由無效超出預定時段之后 不再保存路由。隨后的路由導致同時路由生成。優(yōu)先/緊急消息可以享有 優(yōu)選的或預建立的路由,這些路由作為網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)/映射過程的"Fire Drill"過程的一部分而保存。保留了使用最低單播功率設(shè)置來建立路由 的期望,并且該源節(jié)點發(fā)起RREQ (如之前所述),使用中等單播功率而 將RREQ單播給兄弟節(jié)點以及第一表兄弟節(jié)點。接收家族成員重復/單播 該RREQ。如果沒有滿足針對優(yōu)先消息的延遲要求,則目的地節(jié)點使用 RERR (L)(由于延遲的路由請求錯誤)進行答復,源節(jié)點增大功率并且 在RREQ內(nèi)提供指示,以使得接收家族節(jié)點按照類似的方式增大功率。 增大單播功率的作用在于,減小了支持從源節(jié)點到目的地節(jié)點的路由所 需要的節(jié)點數(shù),并且因此減小了延遲。當目的地節(jié)點在所要求的延遲內(nèi) 接收到該RREQ時,該目的地節(jié)點使用RREP進行響應。此外,這些優(yōu) 先路由及相應功率設(shè)置作為初始網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)/映射的一部分而被保持在各個 節(jié)點緩存中。
構(gòu)成優(yōu)先路由的各個節(jié)點知道從該節(jié)點出發(fā)的優(yōu)先路由的方向(N、 N/E、 E、 S/E、 S、 S/W、 W、 N/W)。由于用于優(yōu)先路由的潛在的增大功 率設(shè)置,在支持優(yōu)先路由的分段中的節(jié)點可以偵聽到優(yōu)先消息RREQ, 但是并不作為優(yōu)先路由的一部分(例如,由于延遲問題),這種節(jié)點僅偵 聽RREQ但是并不作出響應。這些節(jié)點限定其功率,并且指示它們在支 持該路由的分段中的家族成員按照類似的方式限定它們的功率。并不處聽到該消息的節(jié)點類似地限定其功率。該 節(jié)點還指示其家族成員按照類似的方式限定它們的功率。作用在于創(chuàng)建
沒有針對優(yōu)先消息的競爭通信的區(qū)域740(圖12)。假設(shè)限定了發(fā)送功率, 使得區(qū)域742不干擾優(yōu)先路由的沖突/干擾要求和/或遭受優(yōu)先路由的沖突 /干擾要求,則區(qū)域740邊界之外的區(qū)域742對于通信保持可用。區(qū)域742 基本上由與優(yōu)先路由相鄰但是并不在支持該優(yōu)先路由的分段中的節(jié)點的 家族成員組成。
上述討論通常涉及層2節(jié)點操作。層3節(jié)點通常具有比任意周圍節(jié) 點(例如,層2節(jié)點及層1節(jié)點)高的接地電平以上的天線中心線。圖 13例示了網(wǎng)絡(luò)700'。網(wǎng)絡(luò)700,基本上是還包括層3節(jié)點750、 752及754 的上述網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)700。層3節(jié)點750、 752及754基本上位于層2節(jié)點及 層1節(jié)點上方,例如,位于障礙704、 705及706上,所以層3節(jié)點750、 752及754能夠看見層2節(jié)點或?qū)?節(jié)點不能看見的節(jié)點。當接收到RREQ 時,層3節(jié)點(例如,節(jié)點752)將RREQ單播給在目的地分段中的家 族成員756,即使該層3節(jié)點并不在原始源節(jié)點758的目的地分段中。這 使得能夠創(chuàng)建越過障礙704的路由770,這與使用層2節(jié)點及層1節(jié)點(例 如,764)來繞過障礙704的情況相反,從而減小了延遲。此外,該設(shè)置 支持從層2節(jié)點的第一聚類766到層2節(jié)點的第二聚類768的聚類到聚 類的通信。
此外,層3節(jié)點750、 752及754支持回程通信,與中央點進行通信 并且通過減小路由構(gòu)成節(jié)點的數(shù)量來減小延遲。參照圖14,層3節(jié)點750 接收到由層2節(jié)點772發(fā)起的到目的地節(jié)點774的RREQ。節(jié)點750將 RREQ單播給層3節(jié)點752,層3節(jié)點752進而將RREQ單播給層3節(jié)點 754。節(jié)點754將RREQ單播給目的地節(jié)點774。當在節(jié)點750與節(jié)點752 之間和在節(jié)點752與節(jié)點754之間進行單播時,節(jié)點756及節(jié)點754將 層3節(jié)點標識符附加到RREQ,使進行監(jiān)聽并且能夠聽到RREQ的層2 節(jié)點及層1節(jié)點不對RREQ進行響應。
圖15-19的流程圖示出了處于多層網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的節(jié)點根據(jù)運行 協(xié)議(諸如上述網(wǎng)絡(luò)及運行協(xié)議)的操作。圖15示出了源節(jié)點RJREQ發(fā)
21起。在1502處,識別目的地節(jié)點的地址,并且在1504處,該源節(jié)點査 看其緩存以確定要被附加到RREQ內(nèi)的目的地節(jié)點地址的位置指示符。 在1506處如果緩存內(nèi)不包含目的地節(jié)點位置指示符,則在1508處源節(jié) 點附加其坐標,并且在1510處發(fā)送RREQ。如果緩存內(nèi)包含目的地位置 指示符,則在1512處源節(jié)點檢査這是否是對RREQ的重發(fā)。RREQ重發(fā) 是表示家族節(jié)點沒有對原始RREQ作出響應的指示。為了擴大在監(jiān)聽到 RREQ的家族節(jié)點中會作出響應的家族節(jié)點的數(shù)量,在1514處可以將邊 緣節(jié)點標識符附加到RREQ,使得能夠進行RREQ的多播并且得到更廣 泛的響應。如果在1518處確定目的地分段是靜默扇區(qū),則情況也一樣。 圖16的流程圖示出了接收RREQ的節(jié)點的響應。在1602處,節(jié)點 等待接收RREQ。在1604處當接收到RREQ時,節(jié)點首先在1606處確 定該路由是否是優(yōu)先路由,根據(jù)圖19的流程圖來處理優(yōu)先路由。如果該 路由不是優(yōu)先路由,則在1608處接收節(jié)點對該路由源/目的地節(jié)點地址及 坐標進行緩存。接下來,在1610處該節(jié)點對目的地節(jié)點位置指示符進行 檢査,并且如果目的地節(jié)點位置指示符并不存在(這可能是因為RREQ 失效所以源節(jié)點并沒有將目的地位置指示符包括在內(nèi)的結(jié)果),則在1612 處將本地節(jié)點地址及位置指示符添加到RREQ,并且在1614處重發(fā) RREQ。否則,在1616處針對邊緣節(jié)點指示符檢査所接收的RREQ。如 果邊緣節(jié)點指示符存在并且在1618處確定之前發(fā)送了 RREQ,則該節(jié)點 返回到等待接收RREQ。否則,在1620處該節(jié)點檢査該路由是否在靜默 分段中。如果該路由不到靜默扇區(qū),則在1612處添加本地節(jié)點地址及位 置指示符,并且在1614處再重發(fā)RREQ。否則,在添加本地節(jié)點地址及 位置并且重發(fā)RREQ之前,在1622中添加邊緣節(jié)點指示符。在缺少邊緣 指示符的情況下,在1624處該節(jié)點檢查RREQ,以確定RREQ是否是層 3RREQ,并且如果是,則該節(jié)點返回到在1602處等待接收RREQ。如果 RREQ不是層3 RREQ并且在1626處該節(jié)點處于支持該路由的分段中, 則在添加邊緣節(jié)點指示符(在1622處)之前,如果合適,并在重發(fā)RREQ (在1614中)之前的添加本地節(jié)點地址及位置指示符(在1612處)之 前,在1620處執(zhí)行靜默扇區(qū)檢査。圖17按照流程圖形式例示了對層3節(jié)點接收到RREQ的類似響應。 在1702處,節(jié)點等待接收RREQ。在1704處當接收到RREQ時,該節(jié) 點首先在1706處確定該路由是否是優(yōu)先路由。如果該路由不是優(yōu)先路由, 則在1708處接收節(jié)點對該路由源/目的地節(jié)點地址及坐標進行緩存。接下 來,在1710處該節(jié)點對目的地節(jié)點位置指示符是否存在進行檢查,并且 如果目的地節(jié)點位置指示符不存在,則在1712處將節(jié)點位置指示符添加 到RREQ,并且在1714處重發(fā)RREQ。否則,在1716處針對邊緣節(jié)點指 示符檢查所接收的RREQ。如果邊緣節(jié)點指示符存在并且在1718處先前 發(fā)送了RREQ,則該節(jié)點返回到1702處等待接收RREQ。否則,在1720 處該節(jié)點檢査該路由是否在靜默分段中。如果該路由在靜默分段中,則 在1722處添加邊緣節(jié)點指示符,在1712處將節(jié)點位置添加到RREQ, 并且在1714處重發(fā)RREQ。否則,在1724處該節(jié)點檢查RREQ以確定 該RREQ是否是層3 RREQ,并且如果是,則在1726處該節(jié)點添加層3 指示符,在1712處將節(jié)點位置添加到RREQ中,并且在1714處重發(fā) RREQ。
圖18例示了在確定RREQ涉及優(yōu)先路由(如圖16及17所示)之后 的優(yōu)先路由處理。當在1802處接收到RREQ并且在1804處確認RREQ 與優(yōu)先路由相關(guān)聯(lián)時,在1806處該節(jié)點檢查RREQ功率級別。如果功率 級別最低(Pl),則在1808處檢查延遲,并且分別在1810和1812處發(fā) 送RREP-P1或RERR-L1。如果在1814處確定功率級別是中等功率級別
(P2、 P3、…、Pn),則在1816處檢查延遲,并且分別在1818和1820 處發(fā)送RREP-Pn或RERR-Ln。如果在1822處功率級別是最大功率級別
(PX),則在1824處檢查延遲,并且如果延遲是"正確(ok)"則在1826 處發(fā)送RREP-PX。如果延遲不是"正確",則在1828處發(fā)送最佳的延遲 答復RREP (PX),并且在1830處生成延遲告警。
圖19示出了源節(jié)點針對RREP/RERR消息的動作。當在1902處接 收到RREP或RERR時,在1904處對該路由的優(yōu)先級狀態(tài)進行檢査,并 且如果在1906處對于RERR消息該路由不是優(yōu)先路由,則在1908中重 發(fā)RREQ。否則,在1910處經(jīng)由該路由發(fā)送數(shù)據(jù)。確認了該路由的優(yōu)先狀態(tài),在1912處檢査RERR (Ll) /RREP (Pl)消息。如果存在延遲錯 誤,則在1914處按照下一功率級別來發(fā)送RREQ。如果在功率級別Pl 上不存在延遲錯誤并且在1916處存在路由答復(RREP(P1)),則在1910 處發(fā)送數(shù)據(jù)。如果既不存在RREP(Pl)也不存在RERR(LO,則在1918 處檢査RERR (L2) /RREP (P2)消息。如果存在延遲錯誤,則在1920
處按照下一功率級別來發(fā)送RREQ。如果在中等功率級別(P2、 P3.....
Pn)上不存在延遲錯誤并且在1922處存在處于中等功率級別(RREP(Pn)) 上的路由答復,則在1910中發(fā)送數(shù)據(jù)。如果既不存在RREP (P2)也不 存在RERR (L2),則在1924中檢査RREP (P3) /RREP (PX)消息。如 果在1926處存在RREP (PX)消息,則在1928處將發(fā)送功率級別設(shè)置 為最大(PX),在1910處發(fā)送數(shù)據(jù),并且在1930處生成延遲告警。否則, 在1910處基于RREP (Pn)發(fā)送數(shù)據(jù)。
這里所述的多層網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)及運行協(xié)議具有很多應用。在這里所述的 主要實施方式中,該網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議可以應用于具有帶有通信能力的分布式 源、開關(guān)/控制及負載元件的配電系統(tǒng)中。在該領(lǐng)域中的新技術(shù)要求識別 和傳輸優(yōu)先消息并且減小延遲的通信能力。這對于使得對等切換設(shè)備能 夠足夠快速地反應以檢測、保護和恢復覆蓋了 5到IO平方英里基礎(chǔ)設(shè)施 的電網(wǎng)而言是必要的。多個節(jié)點必須在數(shù)毫秒內(nèi)對較高優(yōu)先消息進行檢 測、反應及傳輸,以防止電路過載并且保護昂貴的公共基礎(chǔ)設(shè)施。同時, 并不直接地涉及緊急會話的多個節(jié)點需要快速地限定它們的功率,以最 小化對要傳輸?shù)膬?yōu)先消息的干擾。
這里所述的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及協(xié)議的另一應用在于貨物(commodity)處理 和/或分配系統(tǒng),諸如石油處理及分配系統(tǒng)。與配電系統(tǒng)相類似,石油處 理及分配需要其能夠自動地/遠程地對故障閥門、破損管道及故意破壞/ 恐怖主義襲擊進行檢測及隔離的系統(tǒng)。在這種應用中,第二層節(jié)點通常 具有關(guān)鍵任務(mission critical)責任,并且相對于第一層節(jié)點及第三層 節(jié)點而言是核心基礎(chǔ)設(shè)施。在這種應用中基礎(chǔ)設(shè)施保護是第二層網(wǎng)絡(luò)的 主要任務,因為對于給定網(wǎng)格分區(qū)對緊急通信需要的時間不到5%。丙此, 該通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議大部分時間可以用于SCADA、遙測(telemetry)、儀表讀數(shù)(meter reading)、視頻監(jiān)視、車輛及語音。這里所述的網(wǎng)絡(luò)及協(xié) 議能夠快速、自動、及時地將應用從日常通信變換到緊急通信。根據(jù)這 里所述的實施方式的網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議還適于將第二層節(jié)點設(shè)置為容納第一層 語音及數(shù)據(jù),并將其從移動單元路由到第三層節(jié)點以用于回程,而不會 忽視其保護基礎(chǔ)設(shè)施的原始任務。
另一應用主要涉及緊急/本地通信/第一響應方服務。因為其對優(yōu)先消 息、車輛/節(jié)點位置及視頻監(jiān)視進行反應的能力,這里所述的網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議 非常適于提供用于緊急通信的可靠網(wǎng)絡(luò)。此外,這些網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議使得能 夠?qū)崿F(xiàn)移動(migration)路徑匯聚技術(shù)。在這種應用中,第一層節(jié)點具 有關(guān)鍵任務責任,并且形成相對于第二層節(jié)點及第三層節(jié)點而言的基礎(chǔ) 設(shè)施的核心。在這種情況下,第二層固定節(jié)點主要在第一和第三層節(jié)點 回程之間用作中繼器(有時是視頻監(jiān)視節(jié)點),并且針對第一層節(jié)點連接 性為地理區(qū)域(類似于小區(qū)站點)提供RF覆蓋區(qū)(footprint)。由第一層 移動節(jié)點生成優(yōu)先消息,并且經(jīng)由第二層節(jié)點及第三層節(jié)點傳輸?shù)街醒?指令/調(diào)度(dispatch)部。
雖然按照配電保護及恢復系統(tǒng)以及相應方法的多個優(yōu)選實施方式來 說明了本發(fā)明,但是可以理解的是,本發(fā)明并不限于這些系統(tǒng)及方法。 可以結(jié)合任意數(shù)量的系統(tǒng)、設(shè)備及方法來應用本發(fā)明的概念以提供同等 的分配系統(tǒng)保護中。
雖然本申請可以采用各種修改例及替換形式,但是通過附圖中的示
例及這里所述的實施方式來示出了某些實施方式。然而,可以理解的是, 本公開并不旨在將本發(fā)明限制為所述的具體形式,相反,本發(fā)明旨在涵 蓋由所附權(quán)利要求限定的全部修改例、替換例及等同物。
還應當理解的是,除非在本發(fā)明中使用了"如這里使用的,術(shù)語'一, 在這里被定義為表示……"的語句或類似的語句來明確地定義某一術(shù)語, 否則并不旨在明示或暗示地將該術(shù)語的含義限制為超出其字面或普通含 義,并且不應當基于在本發(fā)明的任意部分(除了權(quán)利要求的文字外)作 出的任意陳述而認為是對這些術(shù)語在范圍上的限制。就本發(fā)明中按照與 單個含義一致的方式來使用在本發(fā)明結(jié)尾的權(quán)利要求中表述的任意術(shù)語來說,這只是出于清楚的目的,以不使讀者困惑,并且并不旨在使得這 些權(quán)利要求術(shù)語限于(通過暗示或其它方式)該單個含義。除非通過引
用詞語"裝置(means)"和沒有描述任意結(jié)構(gòu)的功能來定義權(quán)利要求的 要素,否則并不基于35 U.S.C.§112、第六段而對任意權(quán)利要求的要素的 范圍進行解讀。
權(quán)利要求
1、在具有分布式源、開關(guān)及負載組件的配電系統(tǒng)中,以下將分布式源、開關(guān)及負載組件稱為節(jié)點,各節(jié)點都具有通信能力,一種與該系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的用于在所述節(jié)點之間進行消息通信的通信協(xié)議,該協(xié)議包括對于各節(jié)點確定家族節(jié)點,其中,各家族節(jié)點的指定包括地址和位置指示符;從源節(jié)點向目的地節(jié)點發(fā)起路由請求,所述路由請求包括所述目的地節(jié)點的地址和所述目的地節(jié)點的位置指示符;以及根據(jù)所述位置指示符,將所述路由請求單播給所述源節(jié)點的家族節(jié)點。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)議,其中,各節(jié)點根據(jù)該節(jié)點的至少一 個特性與第一層或第二層中的一個層相關(guān)聯(lián)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的協(xié)議,其中,所述特性包括移動性、物 理關(guān)系或節(jié)點功能。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的協(xié)議,其中,物理關(guān)系包括所述節(jié)點相對 于其余節(jié)點的相對標高。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的協(xié)議,其中,在所述節(jié)點中的一個或更多 個節(jié)點周圍的區(qū)間集中的各個區(qū)間中沒有家族節(jié)點的情況下,將該節(jié)點 指定為邊緣節(jié)點。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的協(xié)議,其中,所述邊緣節(jié)點被配置為響應 于與所述邊緣節(jié)點相關(guān)聯(lián)的家族節(jié)點的存在及位置,來單播或廣播所述 路由請求。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)議,其中,與承載有位置指示符的所述 路由不相關(guān)聯(lián)的節(jié)點被配置為不對所述路由請求進行響應。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)議,所述源節(jié)點響應于沒有接收到對所 述路由請求的所述單播的路由答復,來廣播所述路由請求。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)議,其中,還根據(jù)所述節(jié)點與所述家族 節(jié)點進行通信所需要的功率級別值來指定所述家族節(jié)點。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)議,其中,所述節(jié)點在物理上分布在三維地理區(qū)域上,并且其中,各節(jié)點根據(jù)所述節(jié)點的物理位置的特性而 與第一層和第二層中的一個層相關(guān)聯(lián)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求io所述的協(xié)議,所述第二層節(jié)點相對于所述第一層節(jié)點具有更高的物理標高,所述第二層節(jié)點。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的協(xié)議,所述第二層節(jié)點被配置為與其相 對于所述目的地節(jié)點的位置關(guān)系無關(guān)地對路由請求進行響應。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的協(xié)議,所述第二層節(jié)點被配置為將第二 層節(jié)點指示符附加到所述路由請求上以提供修改后的路由請求,所述第 二層節(jié)點被配置為當?shù)谝粚庸?jié)點被配置為忽略所述修改后的路由請求時 對所述修改后的路由請求進行響應。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)議,其中,所述路由請求與優(yōu)先消息 和優(yōu)先路由相關(guān),由所述節(jié)點的集合來定義所述優(yōu)先路由。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的協(xié)議,其中,定義所述優(yōu)先路由的所述 節(jié)點集合的家族節(jié)點在傳送所述優(yōu)先消息的期間具有邊界功率。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)議,所述路由請求包括延遲要求指示, 并且其中,所述目的地節(jié)點響應于接收到所述路由請求及所述延遲要求 指示而提供路由答復消息或路由錯誤消息,所述源節(jié)點響應于所述路由 答復消息來開始數(shù)據(jù)通信,并且所述源節(jié)點還響應于所述路由錯誤消總 來重發(fā)所述路由請求。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的協(xié)議,其中,所述源節(jié)點響應于所述路 由錯誤消息來以增大的功率級別重發(fā)所述路由請求消息。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的協(xié)議,其中,所述源節(jié)點響應于所述路 由錯誤消息,作為廣播路由請求而重發(fā)所述路由請求消息。
19、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)議,該協(xié)議包括 響應于所述路由請求在所述源節(jié)點與所述目的地節(jié)點之間建立路由,所述路由包括中間節(jié)點,所述中間節(jié)點與所述位置指示符相關(guān)聯(lián)。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的協(xié)議,該協(xié)議包括 響應于所述路由請求在所述源節(jié)點與所述目的地節(jié)點之間建立兩條路由。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的協(xié)議,其中,所述路由包括所述兩條路 由的匯聚。
22、 一種用于在通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點之間進行消息通信的通信協(xié)議,該協(xié)議包括對于各節(jié)點確定家族節(jié)點,其中,各家族節(jié)點的指定包括地址及位置指示符;從源節(jié)點向目的地節(jié)點發(fā)起路由請求,所述路由請求包括所述目的 地節(jié)點的地址和所述目的地節(jié)點的位置指示符;以及根據(jù)所述位置指示符,將所述路由請求單播給所述源節(jié)點的家族節(jié)點。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的協(xié)議,其中,各節(jié)點根據(jù)該節(jié)點的至少 一個特性與第一層或第二層中的一個層相關(guān)聯(lián)。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的協(xié)議,其中,所述特性包括移動性、 物理關(guān)系或節(jié)點功能。
25、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的協(xié)議,其中,所述節(jié)點在物理上分布在 三維地理區(qū)域上,并且其中,各節(jié)點根據(jù)該節(jié)點的物理位置的特性而與 第一層和第二層中的一個層相關(guān)聯(lián)。
26、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的協(xié)議,所述第二層節(jié)點被配置為與其相 對于所述目的地節(jié)點的位置關(guān)系無關(guān)地對路由請求進行響應。
27、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的協(xié)議,所述路由請求包括延遲要求指示, 并且其中,所述目的地節(jié)點響應于接收到所述路由請求和所述延遲要求 指示而提供路由答復消息或路由錯誤消息,所述源節(jié)點響應于所述路由 答復消息來開始數(shù)據(jù)通信,并且所述源節(jié)點還響應于所述路由錯誤消息 來重發(fā)所述路由請求。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的協(xié)議,其中,所述源節(jié)點響應于所述路 由錯誤消息來以增大的功率級別重發(fā)所述路由請求消息。
29、 在具有分布式網(wǎng)絡(luò)組件的貨物處理和/或分配系統(tǒng)中,以下將所 述分布式網(wǎng)絡(luò)組件稱為節(jié)點,各節(jié)點都具有通信能力, 一種與該系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的用于在所述節(jié)點之間進行消息通信的通信協(xié)議,該協(xié)議包括對于各節(jié)點確定家族節(jié)點,其中,各家族節(jié)點的指定包括地址及位 置指示符;從源節(jié)點向目的地節(jié)點發(fā)起路由請求,所述路由請求包括所述目的 地節(jié)點的地址和所述目的地節(jié)點的位置指示符;以及根據(jù)所述位置指示符,將所述路由請求單播給所述源節(jié)點的家族節(jié)點。
全文摘要
配電系統(tǒng)可以包括網(wǎng)絡(luò)通信能力。網(wǎng)絡(luò)(100)通信能力可被配置為多層、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)或者是可配置的多層、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)可以具有兩層固定節(jié)點網(wǎng)(層2和層3)以及一層移動節(jié)點網(wǎng)(層1)。各層及各層的各節(jié)點(106、108)具有與應用、路由類型、發(fā)送功率控制、物理配置及消息優(yōu)先級相關(guān)的不同特性。網(wǎng)絡(luò)配置及特性基于該網(wǎng)絡(luò)的應用及通信需要的變化而改變。
文檔編號H04L12/28GK101517970SQ200780033993
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者馬丁·P·詹森 申請人:施恩禧電氣有限公司