專利名稱：一種傳感器網(wǎng)絡(luò)的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，尤其涉及一種能夠合理管理能量消耗的傳感器網(wǎng)絡(luò)。
傳感器網(wǎng)絡(luò)的可能應(yīng)用場景非常廣泛，如生理監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控(空氣、水、土壤等)、條件觸發(fā)式維護(hù)、智能空間、軍事、存貨管理以及其它一些人類不宜進(jìn)行的工作。
傳感器網(wǎng)絡(luò)一般包括一組或多組傳感器(在傳感器網(wǎng)絡(luò)中也稱節(jié)點)，這些傳感器以無線或有線地方式連接在一起，共同或分組來完成指定的任務(wù)。傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每一個傳感器一般都具有下列功能中的一個或多個感應(yīng)、儲存、發(fā)送、轉(zhuǎn)發(fā)、接受查詢、事件觸發(fā)和數(shù)據(jù)處理等。
由于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器體積小、價格便宜、易于部署和越來越強大的功能等特性，傳感器網(wǎng)絡(luò)正變得越來越受到歡迎；但也正是由于這些特性，使得傳感器的能量使用和儲備越來越成為一個很重要的問題。如何最大限度地延長傳感器的工作壽命而又不至于影響該傳感器以及該傳感器網(wǎng)絡(luò)的效能成為業(yè)內(nèi)的一個熱門話題。
美國專利申請(公開號US 2003/0063585A1，申請人美國霍尼威爾國際公司，發(fā)明人Mohamed F.Younis等)公開了一種管理傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗的方法。首先，將該傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器按一定規(guī)則分成多組，其中每一組中都有一個傳感器作為網(wǎng)關(guān)用于將該組中的每一個傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)傳到一個控制節(jié)點，然后，在每一個網(wǎng)關(guān)建立一個全組的路由表，且在每一個傳感器節(jié)點建立一個相對較小的路由表，從而達(dá)到最小化能耗，接下來，監(jiān)測每一個傳感器的可用能量，最后，根據(jù)每一個傳感器的可用能量的變化來相應(yīng)地重新建立前述的路由表。
該美國專利申請雖然一定程度地降低了每一組的傳感器的能耗，但由于在每一組的傳感器中都有一個傳感器作為網(wǎng)關(guān)來協(xié)調(diào)該組全部傳感器的工作，如果該網(wǎng)關(guān)被損壞(這種情況在惡劣環(huán)境下極可能發(fā)生)，由此會對該組乃至整個傳感器網(wǎng)絡(luò)的效能造成很大的影響。進(jìn)一步，由于該網(wǎng)關(guān)作為全組傳感器的核心，所有的傳感器為了完成一定的工作都有需要來與該網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通訊，這勢必增大了全組的通訊量，從而反而加大了該組的能耗，特別是加大了一些中繼節(jié)點的能耗。
因此，需要一種新的傳感器網(wǎng)絡(luò)和一種新的在一個傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行能耗管理的方法，可以使該傳感器網(wǎng)絡(luò)在最大限度地延長傳感器的壽命和不影響該傳感器以及該傳感器網(wǎng)絡(luò)的效能之間取得更好的平衡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是為了使一個傳感器網(wǎng)絡(luò)在最大限度地延長傳感器的壽命和不影響該傳感器以及該傳感器網(wǎng)絡(luò)的效能之間取得更好的平衡，提供一種新的傳感器、一種新的傳感器網(wǎng)絡(luò)和一種新的在一個傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行能耗管理的方法。
本發(fā)明提供了一種在一個傳感器網(wǎng)絡(luò)中為一個節(jié)點尋找一個備份節(jié)點的方法。首先，確定該節(jié)點處于待備份狀態(tài)，然后，在該待備份節(jié)點的多個臨近節(jié)點中確定一個代理節(jié)點，從而由該代理節(jié)點代表該待備份節(jié)點來尋找該備份節(jié)點。進(jìn)一步，還可傳送該待備份節(jié)點的數(shù)據(jù)到所述備份節(jié)點。
本發(fā)明的一個實施例是該待備份狀態(tài)為該待備份節(jié)點的電量降低到低于一個預(yù)定值。此時，該待備份節(jié)點不需要自己去和大量的節(jié)點進(jìn)行通訊來為自己找到一個備份節(jié)點，只需要在其臨近節(jié)點中確定一個代理節(jié)點，由其進(jìn)行備份節(jié)點的實質(zhì)性搜尋工作。由于該代理節(jié)點在該節(jié)點附近，故該確定過程不會消耗該節(jié)點太多能量；同時由于該待備份節(jié)點不進(jìn)行實質(zhì)性搜尋工作，故該待備份節(jié)點可得到進(jìn)一步的能量節(jié)約。另外，由于最終找到的備份節(jié)點一般也在該節(jié)點周圍，故由在該待備份節(jié)點附近的代理節(jié)點進(jìn)行實質(zhì)性搜尋工作也會減少該搜尋工作的能耗。
本發(fā)明還提供了一種傳感器，該傳感器是一個傳感器網(wǎng)絡(luò)的多個節(jié)點中的一個，該傳感器包括一個檢測裝置和一個確定裝置。該檢測裝置，用于檢測該傳感器是否處于待備份狀態(tài)，該確定裝置，用于當(dāng)該傳感器處于待備份狀態(tài)時，在該節(jié)點的多個臨近節(jié)點中確定一個代理節(jié)點，從而由該代理節(jié)點代表該待備份節(jié)點來尋找該備份節(jié)點。
本發(fā)明還提供了一種傳感器網(wǎng)絡(luò)，該傳感器網(wǎng)絡(luò)包括一個第一傳感器和一個第二傳感器在內(nèi)的多個傳感器節(jié)點。該第一傳感器包括一個檢測裝置，用于檢測該該傳感器是否處于待備份狀態(tài)，一個確定裝置，用于當(dāng)該傳感器處于待備份狀態(tài)時，將在該待備份節(jié)點的多個臨近節(jié)點中的第二傳感器確定為一個代理節(jié)點，請求該第二傳感器為其找到一個備份節(jié)點；該第二傳感器包括一個通訊裝置，用于根據(jù)來自該第一傳感器的請求，為該第一傳感器找到一個備份節(jié)點。
通過參照結(jié)合附圖所進(jìn)行的如下描述和權(quán)利要求，本發(fā)明的其它目的和成就將是顯而易見的，并對本發(fā)明也會有更為全面的理解。


本發(fā)明通過實例的方式，參照附圖進(jìn)行詳盡的解釋，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個傳感器的部件示意框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的一個傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)示意框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的一個傳感器網(wǎng)絡(luò)的通訊流程示意圖；在所有的附圖中，相同的參照數(shù)字表示相似的或相同的特征和功能。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個傳感器的部件示意框圖。裝置100包括一個通訊裝置110、一個感應(yīng)裝置130、一個檢測裝置150、一個確定裝置160和一個電源(圖中未顯示)，該電源為整個傳感器提供其工作所需要的能量，該電源可以是一次性的，也可以是可反復(fù)充電的。
裝置100還可包括一個存儲裝置120和一個CPU 140。
裝置100可為一個傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點，其中部分裝置的功能(如檢測裝置150、確定裝置160)可通過軟件來實施。裝置100所包括的上述裝置對于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說可以通過多種現(xiàn)有的裝置來實現(xiàn)，只要其組合在一起可以達(dá)到本發(fā)明的功能即可。
感應(yīng)裝置130用于對周圍環(huán)境進(jìn)行感應(yīng)，如一個特定的周圍環(huán)境的變化會觸發(fā)該感應(yīng)器的一個特定的功能。所感應(yīng)到的信息可經(jīng)由通訊裝置110發(fā)送出去進(jìn)行處理；亦可由CPU 140進(jìn)行一定的處理，然后存儲到存儲裝置120；當(dāng)然，還可直接存儲到存儲裝置120。
通訊裝置110用于發(fā)送該傳感器所感應(yīng)到的環(huán)境信息，如感應(yīng)裝置130所感應(yīng)到的信息；還可用于發(fā)送存儲裝置120中所存儲的信息，該信息可以是從其它傳感器轉(zhuǎn)發(fā)而來；該通訊裝置還用于接收其它傳感器發(fā)送來的信息，如一個查詢請求。
存儲裝置120用于存儲信息，該信息可來自于感應(yīng)裝置130所感知的環(huán)境信息，亦可是通訊裝置110所接收到的來自其它傳感器的信息。
檢測裝置150用于檢測該傳感器是否處于待備份狀態(tài)。該待備份狀態(tài)可由傳感器生產(chǎn)廠家或傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)廠家預(yù)先設(shè)定，如該傳感器的存儲裝置120已經(jīng)達(dá)到80％滿，或該傳感器的電量已降低到低于一個預(yù)定值。
確定裝置160用于當(dāng)檢測裝置140發(fā)現(xiàn)該傳感器處于待備份狀態(tài)時，在該節(jié)點的臨近節(jié)點中確定一個代理節(jié)點，從而由該代理節(jié)點代表該待備份節(jié)點來尋找一個備份節(jié)點。
CPU 140用于根據(jù)事先存儲在該傳感器中的指令來協(xié)調(diào)該傳感器的其它部件(如檢測裝置150、確定裝置160)的工作。當(dāng)然，該CPU還可按需要完成一些更復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理工作。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的一個傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)示意框圖，圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的一個傳感器網(wǎng)絡(luò)的通訊流程示意圖。該傳感器網(wǎng)絡(luò)由包括傳感器100在內(nèi)的多個傳感器組成，其中節(jié)點1-9可以與傳感器100進(jìn)行一步通訊(one-hop)，而其它節(jié)點與傳感器100進(jìn)行通訊時需要多步(multi hop)。該傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每一個傳感器都具有下列功能中的一個或多個感應(yīng)、儲存、發(fā)送、轉(zhuǎn)發(fā)、接受查詢、事件觸發(fā)和數(shù)據(jù)處理等。
根據(jù)圖2和圖3，當(dāng)傳感器100檢測到它自己處于一個待備份狀態(tài)時，比如其電量降低到一個預(yù)定的值(TH1，比如其總電量存儲能力的25％)，傳感器100在其臨近節(jié)點(NN)中找到一個代理節(jié)點(AN)，向該代理節(jié)點發(fā)出一個請求(M1)，要求該代理節(jié)點與可用節(jié)點(ALAN)進(jìn)行通訊，從而為其尋找一個備份節(jié)點(BN)。
該臨近節(jié)點(NN)可以包括所有能夠與傳感器100進(jìn)行直接通訊(即一步通訊)的節(jié)點。為減少尋找該代理節(jié)點的通訊，該代理節(jié)點可以是臨近節(jié)點中與傳感器100進(jìn)行最近一次通訊的一個節(jié)點。當(dāng)然，如果在一個區(qū)域內(nèi)傳感器分布較為密集，臨近節(jié)點亦可包括能夠與傳感器100進(jìn)行多步通訊的節(jié)點。
傳感器100發(fā)出的請求M1的格式可以如下信息類型發(fā)送方接收方內(nèi)容

信息M1中的“功能”用于表明傳感器100的功能，如感應(yīng)功能中的溫度感應(yīng)、聲音感應(yīng)和亮度感應(yīng)等，存儲功能以及數(shù)據(jù)處理功能等。
信息M1中的“能力”用于表明傳感器100的各種功能的不同等級的能力和狀態(tài)，如感應(yīng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的能力，感應(yīng)一般數(shù)據(jù)的能力，存儲器中存儲的各種數(shù)據(jù)的數(shù)量等。關(guān)鍵數(shù)據(jù)包括變化比較快的數(shù)據(jù)，對決策比較重要的數(shù)據(jù)等。
信息M1中的“ALAN”是一個可用作備份節(jié)點的清單，該可用節(jié)點清單可包括傳感器100最新的路由圖230中可以進(jìn)行直接通訊(即一步通訊)的節(jié)點，如節(jié)點3-7；當(dāng)然，該可用節(jié)點清單還可包括傳感器100次新的路由圖220(路由圖220被更新后成為路由圖230)中可以進(jìn)行直接通訊的節(jié)點，如節(jié)點1-5；該可用節(jié)點清單還可包括節(jié)點8和9，傳感器100只從節(jié)點8和9接收信息。在本實施例中，該“ALAN”包括節(jié)點1-9。
另一種創(chuàng)建ALAN的方法是傳感器100向所有其一步通訊可達(dá)到的節(jié)點發(fā)出一個特定信息，要求這些節(jié)點回復(fù)來確認(rèn)它們是否是可用的。這些節(jié)點可以包括處于不活動狀態(tài)的節(jié)點，該節(jié)點作為備用節(jié)點存在。這些備用節(jié)點被該特定信號激活，以參與下述由代理節(jié)點組織的討論，該討論的方式可以是現(xiàn)有的方式中的一種。
當(dāng)然，如果在一個區(qū)域內(nèi)傳感器分布較為密集，可用節(jié)點亦可包括能夠與傳感器100進(jìn)行多步通訊的節(jié)點。
該代理節(jié)點的確定過程可以如下傳感器100向該臨近節(jié)點(NN)中的一個節(jié)點(RN)發(fā)出請求M1，節(jié)點RN根據(jù)請求M1中的可用節(jié)點名單(ALAN)來估算出完成該搜尋備份節(jié)點任務(wù)所需要的電量，然后，如果節(jié)點RN的電量大于完成該搜尋備份節(jié)點任務(wù)所需要的電量與一個特定的閾值TH1之和，則向傳感器100發(fā)出一個確認(rèn)信息M2，表明該節(jié)點(RN)成為一個代理節(jié)點(AN)；否則，則向傳感器100發(fā)出一個重選信息M3，要求傳感器100在其臨近節(jié)點中重選另一個節(jié)點作為其代理節(jié)點。傳感器100可重復(fù)上述流程，直到在其臨近節(jié)點中找到一個代理節(jié)點。在本實施例中，節(jié)點2被選為傳感器100的代理節(jié)點。
節(jié)點RN發(fā)出的確認(rèn)信息M2的格式可以如下信息類型 發(fā)送方接收方內(nèi)容

節(jié)點RN發(fā)出的重選信息M3的格式可以如下信息類型 發(fā)送方接收方 內(nèi)容

節(jié)點2在被被選為傳感器100的代理節(jié)點后，根據(jù)ALAN名單在所有可用節(jié)點中組織一個討論，以選出一個合適的備份節(jié)點。該討論的方式可以是現(xiàn)有討論方式中的一種，其基本原則是考慮作為候選備份節(jié)點的可用節(jié)點的功能、能力和電量等是否能替代傳感器100。在討論開始時，節(jié)點2可向節(jié)點1和節(jié)點3-9發(fā)出一個信息M4，以告知它們傳感器100的功能和能力。在整個討論過程中，如果參與討論的節(jié)點之間需要進(jìn)行多步通訊，應(yīng)避開傳感器100。
節(jié)點AN發(fā)出的信息M4的格式可以如下信息類型 發(fā)送方 接收方 內(nèi)容

經(jīng)過討論，節(jié)點4被確定為傳感器100的備份節(jié)點(BN)。當(dāng)然，討論的結(jié)果也可是其它任何一個稱職的可用節(jié)點(包括節(jié)點2)被確定為傳感器100的備份節(jié)點。
然后，節(jié)點4向傳感器100發(fā)出一個信息M5，要求備份傳感器100的功能和/或數(shù)據(jù)，如傳感器100的溫度感應(yīng)功能。
備份節(jié)點(BN，節(jié)點4)發(fā)出的信息M5的格式可以如下信息類型 發(fā)送方接收方內(nèi)容

在接收到節(jié)點4發(fā)送來的請求信息M5后，傳感器100將其需要備份的數(shù)據(jù)和/或功能發(fā)送給節(jié)點4，并將傳感器100置于省電狀態(tài)。該發(fā)送亦可分為兩步進(jìn)行，第一步，先將一般數(shù)據(jù)和/或功能轉(zhuǎn)移到備份節(jié)點(BN，節(jié)點4)，待傳感器100的電量進(jìn)一步下降到一個更低的水平時，才將關(guān)鍵數(shù)據(jù)和/或功能轉(zhuǎn)移到備份節(jié)點(BN，節(jié)點4)。
經(jīng)過備份后，傳感器100不再對溫度變化進(jìn)行感應(yīng)，而改有節(jié)點4來完成傳感器100的溫度感應(yīng)。
最后，還可由代理節(jié)點(AN，節(jié)點2)或備份節(jié)點(BN，節(jié)點4)向與傳感器100有過聯(lián)系的節(jié)點(如可用節(jié)點ALAN)發(fā)出一個通知信息M6，告知它們傳感器100已處于省電狀態(tài)，其功能和/或數(shù)據(jù)已由備份節(jié)電(BN，節(jié)點4)來進(jìn)行處理，從而使它們采取相應(yīng)的措施，如更新它們的路由圖。
代理節(jié)點(AN，節(jié)點2)發(fā)出的信息M6的格式可以如下信息類型 發(fā)送方 接收方 內(nèi)容

如果該傳感器網(wǎng)絡(luò)有一個控制中心，還可由代理節(jié)點(AN，節(jié)點2)或備份節(jié)點(BN，節(jié)點4)向該控制中心發(fā)出一個通知信息M7，告知它們傳感器100已處于省電狀態(tài)，其功能和/或數(shù)據(jù)已由備份節(jié)電(BN，節(jié)點4)來進(jìn)行處理。
代理節(jié)點(AN，節(jié)點4)發(fā)出的信息M7的格式可以如下信息類型 發(fā)送方接收方內(nèi)容

在一個傳感器網(wǎng)絡(luò)中，不同的節(jié)點可以有不同的重要性等級。通過本發(fā)明，可以讓次重要的節(jié)點為重要節(jié)點來尋找備份節(jié)點，這樣可以減少重要節(jié)點的通訊負(fù)擔(dān)，延長其壽命。當(dāng)然，任何一個節(jié)點均可根據(jù)一定的原則被其臨近的節(jié)點選為備份節(jié)點。
雖然經(jīng)過對本發(fā)明結(jié)合具體實施例進(jìn)行描述，對于在本技術(shù)領(lǐng)域熟練的人士，根據(jù)上文的敘述作出的許多替代、修改和變化將是顯而易見的。因此，當(dāng)這樣的替代、修改和變化落入附后的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)時，應(yīng)該被包括在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種在一個傳感器網(wǎng)絡(luò)中為一個節(jié)點尋找一個備份節(jié)點的方法，包括步驟a.確定該節(jié)點處于待備份狀態(tài)，b.在該節(jié)點的多個臨近節(jié)點中確定一個代理節(jié)點，從而由該代理節(jié)點代表該待備份節(jié)點來尋找該備份節(jié)點。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟傳送所述待備份節(jié)點的數(shù)據(jù)到所述備份節(jié)點。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟所述備份節(jié)點替代所述待備份節(jié)點執(zhí)行至少一部分相應(yīng)的功能。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的待備份狀態(tài)是所述待備份節(jié)點的電量低于一個預(yù)定值。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的臨近節(jié)點是所述待備份節(jié)點可進(jìn)行直接通訊的節(jié)點。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的代理節(jié)點是一個所述待備份節(jié)點進(jìn)行最近一次通訊的臨近節(jié)點。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的備份節(jié)點與待備份節(jié)點具有相似的處理能力。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述的處理能力包含下述能力中的至少一種感應(yīng)、儲存、發(fā)送、轉(zhuǎn)發(fā)、接收查詢、事件觸發(fā)和數(shù)據(jù)處理。
9.一種傳感器，該傳感器是一個傳感器網(wǎng)絡(luò)的多個節(jié)點中的一個，包括一個檢測裝置，用于檢測該傳感器是否處于待備份狀態(tài)，一個確定裝置，用于當(dāng)該傳感器處于待備份狀態(tài)時，在該節(jié)點的多個臨近節(jié)點中確定一個代理節(jié)點，從而由該代理節(jié)點代表該待備份節(jié)點來尋找該備份節(jié)點。
10.一種傳感器網(wǎng)絡(luò)，該傳感器網(wǎng)絡(luò)包括一個第一傳感器和一個第二傳感器在內(nèi)的多個節(jié)點，其中第一傳感器包括一個檢測裝置，用于檢測該該傳感器是否處于待備份狀態(tài)，一個確定裝置，用于當(dāng)該傳感器處于待備份狀態(tài)時，將在該節(jié)點的多個臨近節(jié)點中的第二傳感器確定為一個代理節(jié)點，請求該第二傳感器為其找到一個備份節(jié)點；其中第二傳感器包括一個通訊裝置，用于根據(jù)來自該第一傳感器的請求，為該第一傳感器找到一個備份節(jié)點。
11.如權(quán)利要求10所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)，其中所述的檢測裝置，用于檢測該第一傳感器的電量，所述的待備份狀態(tài)是該電量降低到低于一個預(yù)定的數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在一個傳感器網(wǎng)絡(luò)中為一個節(jié)點尋找一個備份節(jié)點的方法。首先，確定該節(jié)點處于待備份狀態(tài)，然后，在該待備份節(jié)點的多個臨近節(jié)點中確定一個代理節(jié)點，從而由該代理節(jié)點代表該待備份節(jié)點來尋找該備份節(jié)點。該待備份狀態(tài)為該待備份節(jié)點的電量降低到低于一個預(yù)定值。根據(jù)本發(fā)明，該待備份節(jié)點不需要自己去和大量的節(jié)點進(jìn)行通訊來為自己找到一個備份節(jié)點，只需要在其臨近節(jié)點中確定一個代理節(jié)點，由其進(jìn)行備份節(jié)點的實質(zhì)性搜尋工作。由于該代理節(jié)點在該節(jié)點附近，故該確定過程不會消耗該節(jié)點太多能量；同時由于該待備份節(jié)點不進(jìn)行實質(zhì)性搜尋工作，故該節(jié)點可得到進(jìn)一步的能量節(jié)約。另外，由于最終找到的備份節(jié)點一般也在該待備份節(jié)點周圍，故由在該節(jié)點附近的代理節(jié)點進(jìn)行實質(zhì)性搜尋工作也會減少該搜尋工作的能耗。
文檔編號H04L12/28GK101073228SQ200580041833
公開日2007年11月14日 申請日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月7日
發(fā)明者王剛, 金盛, 陳寧江, 張沁峰 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司