一種傳感器網絡的制作方法

專利名稱：一種傳感器網絡的制作方法
背景技術：
本發明涉及一種數據網絡，尤其涉及一種能夠合理管理能量消耗的傳感器網絡。
傳感器網絡的可能應用場景非常廣泛，如生理監控、環境監控(空氣、水、土壤等)、條件觸發式維護、智能空間、軍事、存貨管理以及其它一些人類不宜進行的工作。
傳感器網絡一般包括一組或多組傳感器(在傳感器網絡中也稱節點)，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。傳感器網絡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、儲存、發送、轉發、接受查詢、事件觸發和數據處理等。
由于傳感器網絡中的傳感器體積小、價格便宜、易于部署和越來越強大的功能等特性，傳感器網絡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絡的效能成為業內的一個熱門話題。
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，發明人Mohamed F.Younis等)公開了一種管理傳感器網絡的能耗的方法。首先，將該傳感器網絡中的傳感器按一定規則分成多組，其中每一組中都有一個傳感器作為網關用于將該組中的每一個傳感器的數據轉傳到一個控制節點，然后，在每一個網關建立一個全組的路由表，且在每一個傳感器節點建立一個相對較小的路由表，從而達到最小化能耗，接下來，監測每一個傳感器的可用能量，最后，根據每一個傳感器的可用能量的變化來相應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關來協調該組全部傳感器的工作，如果該網關被損壞(這種情況在惡劣環境下極可能發生)，由此會對該組乃至整個傳感器網絡的效能造成很大的影響。進一步，由于該網關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關進行通訊，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點的能耗。
因此，需要一種新的傳感器網絡和一種新的在一個傳感器網絡進行能耗管理的方法，可以使該傳感器網絡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絡的效能之間取得更好的平衡。

發明內容
本發明的目的之一是為了使一個傳感器網絡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絡的效能之間取得更好的平衡，提供一種新的傳感器、一種新的傳感器網絡和一種新的在一個傳感器網絡進行能耗管理的方法。
本發明提供了一種在一個傳感器網絡中為一個節點尋找一個備份節點的方法。首先，確定該節點處于待備份狀態，然后，在該待備份節點的多個臨近節點中確定一個代理節點，從而由該代理節點代表該待備份節點來尋找該備份節點。進一步，還可傳送該待備份節點的數據到所述備份節點。
本發明的一個實施例是該待備份狀態為該待備份節點的電量降低到低于一個預定值。此時，該待備份節點不需要自己去和大量的節點進行通訊來為自己找到一個備份節點，只需要在其臨近節點中確定一個代理節點，由其進行備份節點的實質性搜尋工作。由于該代理節點在該節點附近，故該確定過程不會消耗該節點太多能量；同時由于該待備份節點不進行實質性搜尋工作，故該待備份節點可得到進一步的能量節約。另外，由于最終找到的備份節點一般也在該節點周圍，故由在該待備份節點附近的代理節點進行實質性搜尋工作也會減少該搜尋工作的能耗。
本發明還提供了一種傳感器，該傳感器是一個傳感器網絡的多個節點中的一個，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，該確定裝置，用于當該傳感器處于待備份狀態時，在該節點的多個臨近節點中確定一個代理節點，從而由該代理節點代表該待備份節點來尋找該備份節點。
本發明還提供了一種傳感器網絡，該傳感器網絡包括一個第一傳感器和一個第二傳感器在內的多個傳感器節點。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，一個確定裝置，用于當該傳感器處于待備份狀態時，將在該待備份節點的多個臨近節點中的第二傳感器確定為一個代理節點，請求該第二傳感器為其找到一個備份節點；該第二傳感器包括一個通訊裝置，用于根據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點。
通過參照結合附圖所進行的如下描述和權利要求，本發明的其它目的和成就將是顯而易見的，并對本發明也會有更為全面的理解。


本發明通過實例的方式，參照附圖進行詳盡的解釋，其中圖1是根據本發明的一個實施例的一個傳感器的部件示意框圖；圖2是根據本發明的另一個實施例的一個傳感器網絡的系統示意框圖；圖3是根據本發明的另一個實施例的一個傳感器網絡的通訊流程示意圖；在所有的附圖中，相同的參照數字表示相似的或相同的特征和功能。
具體實施例方式
圖1是根據本發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可為一個傳感器網絡中的一個節點，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域的熟練技術人員來說可以通過多種現有的裝置來實現，只要其組合在一起可以達到本發明的功能即可。
感應裝置130用于對周圍環境進行感應，如一個特定的周圍環境的變化會觸發該感應器的一個特定的功能。所感應到的信息可經由通訊裝置110發送出去進行處理；亦可由CPU 140進行一定的處理，然后存儲到存儲裝置120；當然，還可直接存儲到存儲裝置120。
通訊裝置110用于發送該傳感器所感應到的環境信息，如感應裝置130所感應到的信息；還可用于發送存儲裝置120中所存儲的信息，該信息可以是從其它傳感器轉發而來；該通訊裝置還用于接收其它傳感器發送來的信息，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裝置130所感知的環境信息，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。該待備份狀態可由傳感器生產廠家或傳感器網絡系統廠家預先設定，如該傳感器的存儲裝置120已經達到80％滿，或該傳感器的電量已降低到低于一個預定值。
確定裝置160用于當檢測裝置140發現該傳感器處于待備份狀態時，在該節點的臨近節點中確定一個代理節點，從而由該代理節點代表該待備份節點來尋找一個備份節點。
CPU 140用于根據事先存儲在該傳感器中的指令來協調該傳感器的其它部件(如檢測裝置150、確定裝置160)的工作。當然，該CPU還可按需要完成一些更復雜的數據處理工作。
圖2是根據本發明的另一個實施例的一個傳感器網絡的系統示意框圖，圖3是根據本發明的另一個實施例的一個傳感器網絡的通訊流程示意圖。該傳感器網絡由包括傳感器100在內的多個傳感器組成，其中節點1-9可以與傳感器100進行一步通訊(one-hop)，而其它節點與傳感器100進行通訊時需要多步(multi hop)。該傳感器網絡中的每一個傳感器都具有下列功能中的一個或多個感應、儲存、發送、轉發、接受查詢、事件觸發和數據處理等。
根據圖2和圖3，當傳感器100檢測到它自己處于一個待備份狀態時，比如其電量降低到一個預定的值(TH1，比如其總電量存儲能力的25％)，傳感器100在其臨近節點(NN)中找到一個代理節點(AN)，向該代理節點發出一個請求(M1)，要求該代理節點與可用節點(ALAN)進行通訊，從而為其尋找一個備份節點(BN)。
該臨近節點(NN)可以包括所有能夠與傳感器100進行直接通訊(即一步通訊)的節點。為減少尋找該代理節點的通訊，該代理節點可以是臨近節點中與傳感器100進行最近一次通訊的一個節點。當然，如果在一個區域內傳感器分布較為密集，臨近節點亦可包括能夠與傳感器100進行多步通訊的節點。
傳感器100發出的請求M1的格式可以如下信息類型發送方接收方內容

信息M1中的“功能”用于表明傳感器100的功能，如感應功能中的溫度感應、聲音感應和亮度感應等，存儲功能以及數據處理功能等。
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，如感應關鍵數據的能力，感應一般數據的能力，存儲器中存儲的各種數據的數量等。關鍵數據包括變化比較快的數據，對決策比較重要的數據等。
信息M1中的“ALAN”是一個可用作備份節點的清單，該可用節點清單可包括傳感器100最新的路由圖230中可以進行直接通訊(即一步通訊)的節點，如節點3-7；當然，該可用節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)中可以進行直接通訊的節點，如節點1-5；該可用節點清單還可包括節點8和9，傳感器100只從節點8和9接收信息。在本實施例中，該“ALAN”包括節點1-9。
另一種創建ALAN的方法是傳感器100向所有其一步通訊可達到的節點發出一個特定信息，要求這些節點回復來確認它們是否是可用的。這些節點可以包括處于不活動狀態的節點，該節點作為備用節點存在。這些備用節點被該特定信號激活，以參與下述由代理節點組織的討論，該討論的方式可以是現有的方式中的一種。
當然，如果在一個區域內傳感器分布較為密集，可用節點亦可包括能夠與傳感器100進行多步通訊的節點。
該代理節點的確定過程可以如下傳感器100向該臨近節點(NN)中的一個節點(RN)發出請求M1，節點RN根據請求M1中的可用節點名單(ALAN)來估算出完成該搜尋備份節點任務所需要的電量，然后，如果節點RN的電量大于完成該搜尋備份節點任務所需要的電量與一個特定的閾值TH1之和，則向傳感器100發出一個確認信息M2，表明該節點(RN)成為一個代理節點(AN)；否則，則向傳感器100發出一個重選信息M3，要求傳感器100在其臨近節點中重選另一個節點作為其代理節點。傳感器100可重復上述流程，直到在其臨近節點中找到一個代理節點。在本實施例中，節點2被選為傳感器100的代理節點。
節點RN發出的確認信息M2的格式可以如下信息類型 發送方接收方內容

節點RN發出的重選信息M3的格式可以如下信息類型 發送方接收方 內容

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

經過討論，節點4被確定為傳感器100的備份節點(BN)。當然，討論的結果也可是其它任何一個稱職的可用節點(包括節點2)被確定為傳感器100的備份節點。
然后，節點4向傳感器100發出一個信息M5，要求備份傳感器100的功能和/或數據，如傳感器100的溫度感應功能。
備份節點(BN，節點4)發出的信息M5的格式可以如下信息類型 發送方接收方內容

在接收到節點4發送來的請求信息M5后，傳感器100將其需要備份的數據和/或功能發送給節點4，并將傳感器100置于省電狀態。該發送亦可分為兩步進行，第一步，先將一般數據和/或功能轉移到備份節點(BN，節點4)，待傳感器100的電量進一步下降到一個更低的水平時，才將關鍵數據和/或功能轉移到備份節點(BN，節點4)。
經過備份后，傳感器100不再對溫度變化進行感應，而改有節點4來完成傳感器100的溫度感應。
最后，還可由代理節點(AN，節點2)或備份節點(BN，節點4)向與傳感器100有過聯系的節點(如可用節點ALAN)發出一個通知信息M6，告知它們傳感器100已處于省電狀態，其功能和/或數據已由備份節電(BN，節點4)來進行處理，從而使它們采取相應的措施，如更新它們的路由圖。
代理節點(AN，節點2)發出的信息M6的格式可以如下信息類型 發送方 接收方 內容

如果該傳感器網絡有一個控制中心，還可由代理節點(AN，節點2)或備份節點(BN，節點4)向該控制中心發出一個通知信息M7，告知它們傳感器100已處于省電狀態，其功能和/或數據已由備份節電(BN，節點4)來進行處理。
代理節點(AN，節點4)發出的信息M7的格式可以如下信息類型 發送方接收方內容

在一個傳感器網絡中，不同的節點可以有不同的重要性等級。通過本發明，可以讓次重要的節點為重要節點來尋找備份節點，這樣可以減少重要節點的通訊負擔，延長其壽命。當然，任何一個節點均可根據一定的原則被其臨近的節點選為備份節點。
雖然經過對本發明結合具體實施例進行描述，對于在本技術領域熟練的人士，根據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，當這樣的替代、修改和變化落入附后的權利要求的精神和范圍內時，應該被包括在本發明中。
權利要求
1.一種在一個傳感器網絡中為一個節點尋找一個備份節點的方法，包括步驟a.確定該節點處于待備份狀態，b.在該節點的多個臨近節點中確定一個代理節點，從而由該代理節點代表該待備份節點來尋找該備份節點。
2.如權利要求1所述的方法，還包括步驟傳送所述待備份節點的數據到所述備份節點。
3.如權利要求1所述的方法，還包括步驟所述備份節點替代所述待備份節點執行至少一部分相應的功能。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述的待備份狀態是所述待備份節點的電量低于一個預定值。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述的臨近節點是所述待備份節點可進行直接通訊的節點。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述的代理節點是一個所述待備份節點進行最近一次通訊的臨近節點。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述的備份節點與待備份節點具有相似的處理能力。
8.如權利要求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、儲存、發送、轉發、接收查詢、事件觸發和數據處理。
9.一種傳感器，該傳感器是一個傳感器網絡的多個節點中的一個，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，一個確定裝置，用于當該傳感器處于待備份狀態時，在該節點的多個臨近節點中確定一個代理節點，從而由該代理節點代表該待備份節點來尋找該備份節點。
10.一種傳感器網絡，該傳感器網絡包括一個第一傳感器和一個第二傳感器在內的多個節點，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，一個確定裝置，用于當該傳感器處于待備份狀態時，將在該節點的多個臨近節點中的第二傳感器確定為一個代理節點，請求該第二傳感器為其找到一個備份節點；其中第二傳感器包括一個通訊裝置，用于根據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點。
11.如權利要求10所述的傳感器網絡，其中所述的檢測裝置，用于檢測該第一傳感器的電量，所述的待備份狀態是該電量降低到低于一個預定的數值。
全文摘要
本發明提供了一種在一個傳感器網絡中為一個節點尋找一個備份節點的方法。首先，確定該節點處于待備份狀態，然后，在該待備份節點的多個臨近節點中確定一個代理節點，從而由該代理節點代表該待備份節點來尋找該備份節點。該待備份狀態為該待備份節點的電量降低到低于一個預定值。根據本發明，該待備份節點不需要自己去和大量的節點進行通訊來為自己找到一個備份節點，只需要在其臨近節點中確定一個代理節點，由其進行備份節點的實質性搜尋工作。由于該代理節點在該節點附近，故該確定過程不會消耗該節點太多能量；同時由于該待備份節點不進行實質性搜尋工作，故該節點可得到進一步的能量節約。另外，由于最終找到的備份節點一般也在該待備份節點周圍，故由在該節點附近的代理節點進行實質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 優先權日2004年12月7日
發明者王剛, 金盛, 陳寧江, 張沁峰 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司