專利名稱：Ad-hoc網絡中的信標調度節點設備、方法及數據發送方法
技術領域：
本發明涉及一種ad-hoc網絡中的用于信標調度的節點設備和方法及其數 據發送方法，更具體地涉及一種動態改變節點信標周期的信標調度方法和使 數據發送延遲最d 、化的節點的選擇方法。
該項工作由MIC/IITA的IT R&D項目支持。[2005-S038-02, UHF RF-ID
和普遍存在的網絡技術的研發]
背景技術：
根據Zigbee網絡拓樸結構，網絡系統中的每個節點被分類為Zigbee協 調器(Zigbee coordinator, ZC), Zigbee路由器(Zigbee router, ZR )， 和Zigbee 末端設備(Zigbee end device, ZE )。
ZC位于樹形結構的頂端，并管理整個樹。ZR是ZC的子節點，并使用 從ZC收到的信標和ZC進行通信。此外，ZR產生其自身的信標以與其子節 點進行通信，該信標并不與ZC的信標沖突。
ZE位于網絡拓樸的底端，并使用從ZR或ZC收到的信標進行數據通信。 與ZC或匯集節點(sink node)相鄰的ZR必須進行頻繁的數據通信以便將數據 從ZE傳送到匯集節點。因此能量(power)有限的傳感器節點(sensor node)如ZR 迅速用完其能量,從而不能夠擔任節點。
代替該失效的傳感器節點，可以使用和ZC或匯集節點相鄰的另一替代 節點來創建新路由。然而，該替代節點也很快失去其功能，使得不可能從ZE 傳送數據給ZC或匯集節點。
發明內容
本發明提供一種ad-hoc網絡中的節點信標調度設備和信標調度方法。通 過增加執行頻繁數據通信的傳感器節點的操作間隔來防止傳感器節點的快速 能量消庫毛。本發明還提供一種ad-hoc網絡中的根據信標周期的數據發送方法。使用
收集到的相鄰節點的信標信息增加了節點的數據發送效率。
根據本發明的一個方面，提供了 一種ad-hoc網絡中節點的信標調度設備 ，包括能量監測器，檢查節點的剩余能量；信標變化通知器，如果所檢查 的節點的剩余能量低于預定水平，則將改變該節點的信標周期的計劃通知其 它節點；信標改變器，增加該信標周期；和信標發送器，以增加后的信標周 期發送信標。
根據本發明的另一個方面，提供一種ad-hoc網絡中的信標調度方法，包 括下述操作檢查信標發送節點的剩余能量；如果所檢查的節點的剩余能量 低于預定水平，則將改變該節點的信標周期的計劃通知其它節點；增加該節 點的信標周期；和以增加后的信標周期發送信標。
根據本發明的另一個方面，提供一種ad-hoc網絡中的數據發送方法，包 括下述操作在發送數據的第一節點收集相鄰節點的信標信息；根據所收集 的相鄰節點的信標信息選擇具有短信標周期的第二節點；以及從該第 一 節點 通過該第二節點發送數據。
本發明的上述及其他特點和優勢通過參考附圖詳細描述其具體實施例而
變得更清楚，在附圖中
圖1是圖示普通ad-hoc網絡中節點互聯的圖2是圖示ad-hoc網絡中頻繁相互通信的節點間的操作的圖3是根據本發明具體實施例的ad-hoc網絡中的節點的信標調度設備的
框圖4是圖示根據本發明具體實施例的ad-hoc網絡中的信標調度方法的流 程圖5是根據本發明具體實施例的ad-hoc網絡中的節點改變該節點的信標 周期的情況下的信標發送點(transmission point)的圖6是根據本發明具體實施例的、包括信標周期信息和使用時隙信息的 信標幀結構的圖7是根據本發明具體實施例的、ad-hoc網絡中在節點改變信標周期的 過程的流程圖；圖8是根據本發明具體實施例的、在ad-hoc網絡中使用從相鄰節點收集 到的相鄰節點的信標周期信息來發送/接收數據的過程的流程圖。
具體實施例方式
現在將參考附圖對本發明進行更全面的描述，在附圖中顯示了本發明的 具體實施例。
圖1是圖示ad-hoc網絡中節點互聯的圖表，也就是說，圖1以樹結構圖 示了 ad-hoc網絡中節點間的相互連接的結構和模式。
參考圖1，具有地址值"0"的匯集節點連接到四個子節點。沒有從屬(sub) 子節點或者只有很少的從屬子節點連接到地址值為"2187"和"3280"的子 節點。另一方面，許多從屬子節點連接到地址值為'T，和"1094"的子節點。 這樣，如果地址值"1"和"1094"為的子節點都定期發送預定量的消息通信 量(traffic)給匯集節點，則數據通信消耗大量的能量。更進一步的，地址值為 "1095"和"1096"的中間節點為了將數據從從屬節點發送給上層節點也消 耗大量能量。
圖2是圖示在ad-hoc網絡中頻繁相互通信的節點間的操作的圖。
也就是說，圖2圖示了一種情況，此種情況下數據通信集中在與匯集節 點相鄰的節點上。參考圖2，在開始時，節點A連接到節點2并發送數據給 節點2。然而，當節點2能量短缺并因而停止運行時，節點A搜索相鄰的節 點并連接到節點1。同樣，當節點1也能量短缺并因而停止運行時，節點A 通過搜索操作連接到節點3。
此后，當節點3也停止運行時，節點A連接到遠程迂回(detour)節點以傳 送數據給匯集節點S。如果沒有相鄰的全功能設備(full-flmction device, FFD )， 則節點A不能夠傳送數據給匯集節點S。
因此需要一種方法，使和匯集節點相鄰的節點的生命期最大化，同時使 數據發送延遲最小化。
本發明提供一種ad-hoc網絡中的信標調度方法。該信標調度方法包括 定期檢查每個FFD的剩余能量；如果該剩余能量低于預定水平，則通過廣播 通知改變每個FFD的信標周期的計劃；增加信標周期，改變信標有效載荷 (payload)并發送信標。信標周期包括指示每多少信標間隔(interval)發送信標的
j 3 ,t 。如果FFD連接到另一 FFD或發送數據，信標調度方法還包括在相鄰的 FFD之中優先選擇具有短信標周期的FFD，由此最小化由于信標周期變化造 成的數據發送延遲。
圖3是圖示才艮據本發明具體實施例的ad-hoc網絡中的節點的信標調度設 備的框圖。
參考圖3，節點信標調度設備300包括能量監測器310、信標變化通知 器320、信標改變器330、和信標發送器340。能量監測器310監測節點的剩 余能量。如果剩余能量低于預定水平，則信標變化通知器320將改變信標周 期的計劃通知其它節點。如果剩余能量低于預定水平，則信標改變器330增 加信標周期；信標發送器340以增加后的信標周期發送信標。
優選的，節點信標調度設備300是FFD，且信標周期是匯集節點或者協 調器的信標周期的倍數
更優選的，能量監測器310定期檢查剩余能量，以及信標改變器330在 增加信標周期的同時也增加信標的有效載荷。
圖4是圖示根據本發明具體實施例的ad-hoc網絡中的信標調度方法的流程圖。
參考圖4，信標發送節點檢查其剩余能量(操作401)。如果剩余能量低 于預定水平(操作402),信標發送節點將改變該節點的信標周期的計劃通知 其它節點并增加信標周期(操作403 ),在操作404，信標發送節點以增加后 的信標周期發送信標。這里的節點是FFD。
優選的，信標包括關于信標周期的信息和關于信標周期中信標發送點的 使用時隙的信息。節點確定當前信標的發送點和上一個信標的發送點之間的 間隔是否等于增加后的信標周期，使用用于信標周期的計數器來測量發送點。 如果當前信標的發送點和上一個信標的發送點之間的間隔等于增加后的信標 周期，則節點發送信標。
圖5是圖示根據本發明具體實施例的在ad-hoc網絡中的節點改變其信標 周期的情況下的信標發送點的也就是說，圖5描述了在圖2中的節點A把信標周期從'T，改變為"2" 的情況下的信標發送狀態。參考圖5，匯集節點定期傳送信標。節點A在第 一信標間隔tl中發送信標。節點A在第二信標間隔t2中不發送信標。節點A 在第三信標間隔t3中發送信標。因此，節點A能夠節省在第二信標間隔t2中發送信標所需的能量和與子節點進行lt據通信所需的能量。
圖6是圖示根據本發明具體實施例的包括信標周期信息和使用時隙信息
的信標幀結構的參考圖6,每個FFD定期發送信標。這里，信標包括信標頭601;關 于信標周期的信息602，其指示每多少信標間隔發送信標；關于使用時隙的 信息603,其指示在一個信標間隔內的信標發送點；和幀^N瞼序列(frame check sequence, FCS ) 604。
圖7是圖示根據本發明具體實施例的、在ad-hoc網絡中在節點處改變信 標周期的過程的流程也就是說，圖7描述的是為了改變其信標周期，FFD的操作。根據圖7， FFD定期產生和傳送信標幀。FFD管理信標間隔計凄丈器(beacon interval counter, BIC)，也就是針對信標周期(beacon counter, BC)的計數器。基本 上，FFD把BC值設置為"1"。在信標發送點，FFD確定BIC的計數值是否 等于BC值(操作701)。
基本上，BC值被設置為'T，。因此，如果FFD的能量依然充足，FFD 立即生成信標幀(操作702)并且發送所生成的信標幀(操作703 )。在操作 704中，FFD將其當前能量數量和預定值Val進行比較。如果目前的能量數量 小于預定值Val,則FFD將BC值增加1 (操作705 )。在完成所有必要的操 作后，FFD將BIC計數值改變為"0"并且等待信標間隔(操作706)。
然后，在下一信標發送點，FFD再次比較BIC的計lt值和BC值(操作 701 )。如果BIC的計數值不等于BC值，FFD使BIC計數值加1 (操作705 ) 并且等待信標間隔(4喿作706)。以這種方式，FFD使BIC計數值加1直至 BIC計數值等于BC值。當BIC計數值等于BC值時，FFD發送信標。
圖8是圖示根據本發明具體實施例的、在ad-hoc網絡中使用從相鄰節點 收集到的相鄰節點的信標周期信息來發送/接收凄t據過程的流程圖。
也就是說，圖8圖示了 FFD選擇另外一個FFD進行數據發送的操作。 FFD必須連接到另外一個FFD以進行數據發送。為了達到這個目的，FFD搜 集每個相鄰FFD的信標信息(操作801 )。每個FFD的信標信息包括關于FFD 的信號強度的信息、關于FFD的BC的信息、關于作為FFD的BC中的信標 發送點的使用時隙的信息。
在操作802， FFD選"f奪發送強的無線信號和BC接近1的另一 FFD。這樣做的理由是當BC值很大時會出現數據發送延遲。節點間(inter-node)的數據 發送延遲會累積到整個的數據發送時間中。因此，對于時間關鍵(time-critical) 的應用來說選擇大BC的FFD是不合適的。在操作803, FFD通過所選擇的 FFD傳送數據。
總結來說， 一種ad-hoc網絡中的數據發送方法包括在第一節點(即， 數據發送節點)收集相鄰節點的信標信息；根據所收集的相鄰節點的信標信 息選4奪有短BC的第二節點；并且從第一節點通過第二節點發送數據。更優 選地，根據所收集的信標信息選擇發送強無線信號且具有短BC的節點作為 第二節點。
本發明還可以具體化為計算機可讀記錄介質上的計算機可讀代碼。該計 算機可讀記錄介質是可以存儲數據的任何數據存儲設備，該數據其后可由計 算機系統讀取。計算機可讀記錄介質的例子包括只讀存儲器(ROM)，隨機 存取存儲器(RAM), CD-ROM，磁帶，軟盤，光數據存儲設備，和載波(諸 如通過因特網的數據發送)。計算機可讀記錄介質可分布于網絡耦接的計算機 系統上，從而該計算機可讀代碼以分布式的方式存儲和執行。
在根據本發明中的節點的信標調度設備、信標調度方法和數據發送方法 中，具有有限能量的節點當數據發送頻繁發生時動態地改變其信標周期。因 此，可以增加每個節點的生命期。所以，可以減少重構傳感器網絡的開銷。
盡管參照本發明的具體實施例具體地示出和描述了本發明，但是本領域 普通技術人員應當理解，可以進行形式和細節上的各種變化，而不背離如所 附權利要求中定義的、本發明的精神和范圍。
對相關申請的交叉引用
本申請要求于2007年4月30日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請 No. 10-2007-0042076的權益，其公開的內容通過引用全部合并于此。
權利要求
1.一種ad-hoc網絡中節點的信標調度設備，包括能量監測器，檢查該節點的剩余能量；信標變化通知器，如果所檢查的節點的剩余能量低于預定水平，則將改變該節點的信標周期的計劃通知其它節點；信標改變器，增加該信標周期；和信標發送器，以增加后的信標周期發送信標。
2. 根據權利要求1的信標調度設備，其中，所述信標調度設備是全功能 設備。
3. 根據權利要求1的信標調度設備，其中，所述信標改變器在增加該信 標周期的同時也增加信標的有效載荷。
4. 根據權利要求1的信標調度設備，其中，所述能量監測器定期檢查該 節點的剩余能量。
5. 根據權利要求1的信標調度設備，其中，所述信標周期是匯集節點或 者協調器的信標周期的倍數。
6. 根據權利要求1的信標調度設備，其中，所發送的信標包括關于該信 標周期的信息和關于作為該信標周期中信標發送點的使用時隙的信息。
7. 根據權利要求1的信標調度設備，其中，如果當前信標的發送點和上 一個信標的發送點之間的時間間隔等于該增加后的信標周期，則該信標發送 器發送信標，所述發送點是使用用于信標周期的計數器測量的。
8. —種ad-hoc網絡中的信標調度方法，包括 檢查信標發送節點的剩余能量；如果所檢查的節點的剩余能量低于預定水平，則將改變該節點的信標周期的計劃通知其它節點；增加該節點的信標周期；和 以增加后的信標周期發送信標。
9. 根據權利要求8的信標調度方法，其中，所述節點是全功能設備。
10. 根據權利要求8的信標調度方法，其中，當增加該信標周期時也增 力口4言才示的有歲文載荷。
11.根據權利要求8的信標調度方法，其中，定期檢查該節點的剩余能量。
12. 根據權利要求8的信標調度方法，其中，所述信標周期是匯集節點或者協調器的信標周期的倍數。
13. 根據權利要求8的信標調度方法，其中，所發送的信標包括關于該 信標周期的信息和關于作為該信標周期中信標發送點的使用時隙的信息。
14. 根據權利要求8的信標調度方法，其中，如果當前信標的發送點和 上一個信標的發送點之間的時間間隔等于該增加后的信標周期，則發送信 標，所述發送點是使用用于信標周期的計數器測量的。
15. —種ad-hoc網絡中的數據發送方法，包括 在發送數據的第 一 節點收集相鄰節點的信標信息； 根據所收集的相鄰節點的信標信息選擇具有短信標周期的第二節點；以及從該第一節點通過該第二節點發送數據。
16. 根據權利要求15的數據發送方法，其中，所述第一節點和所述第 二節點是全功能設備。
17. 根據權利要求15的數據發送方法，其中，所述相鄰節點的每個的 信標信息包括關于該相鄰節點的信號強度的信息、關于該相鄰節點的信標周 期的信息、以及關于作為該相鄰節點的信標周期中信標發送點的使用時隙的 信息。
18. 根據權利要求15的數據發送方法，其中，選擇發送強無線信號且 具有短信標周期的節點作為所述第二節點。
全文摘要
提供了ad-hoc網絡中的用于信標調度的節點設備和方法及其數據發送方法，其當節點間的數據通信頻繁發生時減少ad-hoc網絡中節點的能量消耗。信標發送節點檢查其剩余能量。如果剩余能量低于預定水平，信標發送節點將改變其信標周期的計劃通知其它節點。然后，信標發送節點增加信標周期并以增加后的信標周期發送信標。因而，信標發送節點能夠根據其能量狀態動態地改變其信標周期。因此，能夠增加節點的生命期。從而可以減少重構傳感器網絡的開銷。
文檔編號H04L12/28GK101299699SQ200710300379
公開日2008年11月5日 申請日期2007年10月26日 優先權日2007年4月30日
發明者李種英, 蔡宗錫, 表喆植, 金善中 申請人:韓國電子通信研究院