專利名稱：自組織網(wǎng)絡(luò)中的分級路由的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自組織(ad hoc)組網(wǎng)應(yīng)用，其中大量的通信設(shè)備協(xié)作以形成通信網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
存在兩種基本類型，即其中多個(gè)設(shè)備主要在它們自身之間進(jìn)行通信的多對多通信，以及其中多個(gè)設(shè)備通過接口或邊緣設(shè)備連接到傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡(luò)的自組織邊緣組網(wǎng)。這些通信設(shè)備形成無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，使得數(shù)據(jù)可以從始發(fā)通信設(shè)備經(jīng)由其它通信設(shè)備中繼到目的通信設(shè)備。這種設(shè)備在通信設(shè)備可能以不可預(yù)測的方式移動(dòng)的情況下具有大量的應(yīng)用。特定的應(yīng)用場景是其中從多個(gè)移動(dòng)傳感器設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)收集數(shù)據(jù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述多個(gè)移動(dòng)傳感器設(shè)備中的每一個(gè)都能夠進(jìn)行測量并且對數(shù)據(jù)分組進(jìn)行中繼?？茖W(xué)家使用這種設(shè)備對大氣、海洋、冰蓋、熔巖流或野生生物的性狀進(jìn)行測量。其中需要這種設(shè)備進(jìn)行工作的環(huán)境通常具有在空間和時(shí)間上都廣泛分散的多個(gè)測量點(diǎn)。這種環(huán)境中的一部分對人類生命是有害的。在某些應(yīng)用中，例如對動(dòng)物行為的研究，人類干預(yù)可能破壞數(shù)據(jù)。為此，這些設(shè)備必須能夠自主工作并使用諸如無線電或聲納(sonar)的無線介質(zhì)將其收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到較為便利的點(diǎn)。此外，通常不能提供持續(xù)的供電，所以設(shè)備的使用壽命主要受限于電池的壽命。
本發(fā)明可以應(yīng)用于的這種自組織網(wǎng)絡(luò)的其它應(yīng)用包括“標(biāo)記”技術(shù)，用于監(jiān)視社區(qū)中的病人或老年人的健康或者受到限制其遷移的法院命令管制的人的位置。更一般地，自組織網(wǎng)絡(luò)可以由相互非常鄰近的無線膝上型計(jì)算機(jī)或移動(dòng)電話組成。軍人、警察或者其它應(yīng)急部門在參與信道不足以讓所有用戶都與設(shè)置在附近的固定基站直接通信的事件時(shí)也可以使用本發(fā)明。在這些情況下，利用短程傳輸和向識別出的基站或固定網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)備中繼，較為傳統(tǒng)的通信設(shè)備可以成為自組織無線網(wǎng)絡(luò)的一部分。
已經(jīng)設(shè)計(jì)出許多自組織路由協(xié)議。最廣為人知的一些協(xié)議是—由下文所述的DSDVC Perkins and P Bhagwat，Highly DynamicDestination-Sequenced Distance-Device pair Routing(DSDV)formobile computers，Proceedings of the SIGCOMM’94 Conference onCommunications Architectures，Protocols and Applications，pages234-244，August 1994—由下文所述的TORAVD Park and MS Corson，A Highly AdaptiveDistributed routing Algorithm for Mobile Wireless Networks，Proceedings of INFOCOM’97，pages 1405-1413，April 1997—由下文所述的DSRDB Johnson，Routing in Ad hoc Networks ofMobile Hosts，Proceedings of the IEEE Workshop on Mobile ComputingSystems and Applications，pages 158-163，December 1994—由下文所述的AODVC Perkins，Ad hoc On Demand DistanceDevice pair(AODV)Routing，Internet-Draft，draft-ietf-manet-aodv-04.txt，October 1999DSDV保持對各個(gè)可到達(dá)目的地列出下一“跳(hop)”的路由表。路由標(biāo)記有序列號、最近確定的路由、最高序列號，這是最令人滿意的。對路由和序列號進(jìn)行周期性更新。TORA按需要發(fā)現(xiàn)路由并且給出到目的地的多個(gè)路由。針對各個(gè)目的地發(fā)送路由查詢和更新分組。盡管相當(dāng)快地建立了路由，但是經(jīng)常存在路由環(huán)，導(dǎo)致丟失分組。DSR使用源路由而不是逐跳路由，因此各分組在其頭部列出有完整的路由。該協(xié)議使用路由發(fā)現(xiàn)和路由維持，具有維持已學(xué)到或聽到的源路由的緩存的設(shè)備。AODV將路由發(fā)現(xiàn)和路由維持與逐跳路由相組合。路由請求分組創(chuàng)建讓其自身回到其源設(shè)備的反向路由。這些設(shè)備周期性地發(fā)送“Hello”消息，以使得相鄰設(shè)備可以了解本地鏈路的狀態(tài)。
J Broch、DA Maltz、DB Johnson、Y-C Hu對這些協(xié)議的性能進(jìn)行的比較(“A Performance Comparison of Multi-Hop Wireless Ad HocNetwork Routing Protocols”，Proceedings of the Fourth AnnualACM/IEEE International Conference on Mobile Computing andNetworking，Mobicom’98，October 1998，Dallas，Texas)示出了在路由開銷大小方面的大不相同的結(jié)果。TORA的總開銷是最大的，對于三十個(gè)源設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模該開銷大得不可接受。
此外，這些現(xiàn)有技術(shù)的協(xié)議全部需要大的處理器和存儲器能力，并且它們的協(xié)議未考慮所需要的能量使用。能量使用以及存儲器和處理器能力在傳感器網(wǎng)絡(luò)中尤其重要。它們通常包括非常小且非常廉價(jià)的微處理器(例如16位)及32K字節(jié)的RAM。它們還具有有限的電池電源，考慮到這些傳感器要在其中使用的應(yīng)用的性質(zhì)，對電池電源進(jìn)行更換是不實(shí)際的。因此，非常重要的是任何通信協(xié)議有節(jié)能意識并且還在通信開銷和存儲器使用方面減到最小。在其它的應(yīng)用中，電池和存儲器使用也是重要的考慮因素如果在用戶自己的設(shè)備并沒有主動(dòng)參與呼叫時(shí)其它用戶使得這些資源中的任一個(gè)被大量消耗，則該用戶將不愿意讓他的移動(dòng)電話成為這種自組織網(wǎng)絡(luò)的一部分。
已經(jīng)提出了大量的輕量型自組織路由協(xié)議。Toh已經(jīng)論述過的工作描述了一種無線通信網(wǎng)絡(luò)、以及使該網(wǎng)絡(luò)中的自組織設(shè)備的電池壽命最大的方案。S Singh、M Woo和C Raghavendra已經(jīng)對MAC和網(wǎng)絡(luò)層的自組織網(wǎng)絡(luò)中的電力保存進(jìn)行了詳細(xì)研究(“Power-Aware Routing in MobileAd hoc Networks”.Proceedings of the Fourth Annual ACM/IEEEInternational Conference on Mobile Computing and Networking(MobiCom)，(Dallas，Tx，Oct.1998))。它們包括使設(shè)備在預(yù)期的發(fā)送之間斷電的方案，并且它們將設(shè)備負(fù)載作為功耗的重要因素進(jìn)行考慮。其主要關(guān)注點(diǎn)是防止由于設(shè)備耗盡電池電力而在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)間隙時(shí)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)分割。WB Heinzelman、AP Chandrakasan和H Balakrishnan的工作特別地考慮了傳感器網(wǎng)絡(luò)。(“Energy-Efficient Routing Protocols forWireless Microsensor Networks”，Proceedings of the 33rdInternational Conference on System Sciences(HICSS’00)，January2000)。這項(xiàng)工作假定可變的設(shè)備廣播范圍。其焦點(diǎn)在于使用聚簇技術(shù)來減小例如對類似數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)聚合所使用的帶寬，并且使用由簇頭協(xié)調(diào)的可預(yù)測發(fā)送時(shí)間。與總是通電的方法相比，該方法節(jié)省了大量的能量，但是路由側(cè)過分簡單并且未被完全開發(fā)。具體地，其實(shí)驗(yàn)場景假定如果設(shè)備選擇向基站進(jìn)行廣播則這些設(shè)備都可以這樣做，這對于傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用通常是不實(shí)際的。A Cerpa、J elson、D Elstrin、L Girod、M Hamilton和J Zhao的工作涉及作為無線通信技術(shù)的驅(qū)動(dòng)器的環(huán)境監(jiān)視(habitatmonitoring)，并且聚焦于通過使設(shè)備根據(jù)其是否位于其它設(shè)備預(yù)期或者檢測到所關(guān)注活動(dòng)所在的區(qū)域的附近來對自身進(jìn)行通電和斷電從而節(jié)省電力。(“Habitat MonitoringApplication Driver for WirelessCommunications Technology”，ACM SIGCOMM Workshop on DataCommunications in Latin America and the Caribbean，Costa Rica，April 2001。)Y.Xu、J.Heidemann和D.Estrin的工作再一次聚焦于基于是否預(yù)測有有效負(fù)載數(shù)據(jù)以及另選路由路徑可以使用的附近的等效設(shè)備的數(shù)量來對設(shè)備使用加電-斷電模式以保存電力。(“Adaptiveenergy-conserving routing for multihop ad hoc networks”，Tech.Rep.527，USC/Information Sciences Institute，Oct.2000)。這里假定可能的路由基于傳統(tǒng)的自組織路由協(xié)議，例如已經(jīng)論述的AODV系統(tǒng)。然而，傳感器網(wǎng)絡(luò)通常將需要更輕量的方案來進(jìn)行路由，其中僅基于來自直接相鄰設(shè)備的信息來進(jìn)行確定，并且需要將該知識簡明地傳送，理想地，作為要收集的實(shí)際數(shù)據(jù)的分組頭部的一部分來傳送。
加利福尼亞大學(xué)和英特爾伯克利研究實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開發(fā)了用于小型自組織傳感器設(shè)備的操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，稱為Smartdust項(xiàng)目，對此已經(jīng)開發(fā)了稱為TinyOS的操作系統(tǒng)(DE.Culler、J Hill、P Buonadonna、RSzewczyk和A Woo.“A Network-Centric Approach to Embedded Softwarefor Tiny Devices”.DARPA Workshop on Embedded Software)。然而，他們提出的路由方案沒有功率意識，而是使用分級結(jié)構(gòu)來尋找到匯聚點(diǎn)(sink)的最短路徑。
因此，總的來說，為自組織網(wǎng)絡(luò)建立了多個(gè)路由協(xié)議，它們對于傳感器網(wǎng)絡(luò)來說過分地強(qiáng)調(diào)資源并且沒有功率意識；存在未被應(yīng)用于自組織網(wǎng)絡(luò)的有功率意識的度量；存在不能優(yōu)化路由的用于自組織傳感器網(wǎng)絡(luò)的有功率意識的策略；并且存在不具備有功率意識路由的廣泛的自組織傳感器網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目。注意這些現(xiàn)有技術(shù)中沒有一個(gè)涉及本發(fā)明所特別關(guān)注的這種高度移動(dòng)自組織設(shè)備。
如上所述，現(xiàn)有技術(shù)路由機(jī)制要求比對輕量型環(huán)境傳感器設(shè)備來說適當(dāng)?shù)拇鎯ζ骱吞幚砟芰Υ蟮枚嗟拇鎯ζ骱吞幚砟芰?，或者假設(shè)所有的設(shè)備都可以與匯聚點(diǎn)直接通信。此外，只有完備的自組織協(xié)議可以應(yīng)付設(shè)備移動(dòng)性，它們需要巨大的通信開銷。
因?yàn)樵O(shè)備迅速移動(dòng)，所以即使它們最近的相鄰設(shè)備也會(huì)在數(shù)據(jù)發(fā)送之間變化。必須使用很新收集的信息來飛快地進(jìn)行路由確定。
在本說明書中，使用術(shù)語“有效負(fù)載數(shù)據(jù)”來表示其希望發(fā)送的有用數(shù)據(jù)，這與用于對有效負(fù)載數(shù)據(jù)的路由進(jìn)行控制的開銷數(shù)據(jù)不同。注意，在這兩類數(shù)據(jù)之間有一定程度的重疊，因?yàn)槭占臄?shù)據(jù)中的一部分(例如與位置或緊急性相關(guān)的數(shù)據(jù))可能對確定路由策略是有用的。
由申請人公司做出的兩個(gè)新近的專利申請(GB0315758.3和GB0315969.6)公開了一種移動(dòng)數(shù)據(jù)無線中繼設(shè)備，該設(shè)備具有用于從數(shù)據(jù)源接收有效負(fù)載數(shù)據(jù)的接收裝置，用于存儲用于后繼發(fā)送的有效負(fù)載數(shù)據(jù)的緩沖存儲器，用于從類似設(shè)備接收狀態(tài)數(shù)據(jù)的裝置，用于生成狀態(tài)數(shù)據(jù)的狀態(tài)數(shù)據(jù)生成裝置，所述狀態(tài)數(shù)據(jù)是根據(jù)緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)量和從其它設(shè)備接收到的狀態(tài)數(shù)據(jù)而推導(dǎo)出的，并包括與以下內(nèi)容有關(guān)的數(shù)據(jù)該設(shè)備的位置，緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)量標(biāo)量轉(zhuǎn)發(fā)值(δ)和轉(zhuǎn)發(fā)方向，用于將狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給其它設(shè)備的狀態(tài)發(fā)送器裝置，用于根據(jù)狀態(tài)數(shù)據(jù)來識別要將有效負(fù)載數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其的接收設(shè)備的選擇裝置，所述接收設(shè)備位于轉(zhuǎn)發(fā)方向表示的位置，用于將有效負(fù)載數(shù)據(jù)發(fā)送給接收設(shè)備的有效負(fù)載發(fā)送裝置。
因此，該無線中繼設(shè)備限定了有效負(fù)載數(shù)據(jù)傳播的優(yōu)選方向。該發(fā)明提供了如下的無線中繼設(shè)備其不僅識別正確方向上的發(fā)送跳，而且將有效負(fù)載數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到給出其數(shù)據(jù)獲得回到數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)的所有途徑的最佳機(jī)會(huì)的相鄰設(shè)備。其不需要對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞拿鞔_了解，具體地，不需要除了其直接相連的跳段之外的任何跳段的細(xì)節(jié)。然而，為了建立優(yōu)選的方向，其確實(shí)要求設(shè)備之間的一些協(xié)作。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種數(shù)據(jù)中繼設(shè)備，該設(shè)備具有用于從數(shù)據(jù)源接收有效負(fù)載數(shù)據(jù)的接收裝置，用于存儲用于后繼發(fā)送的有效負(fù)載數(shù)據(jù)的緩沖存儲器，用于從類似設(shè)備接收狀態(tài)數(shù)據(jù)的裝置，用于生成狀態(tài)數(shù)據(jù)的狀態(tài)數(shù)據(jù)生成裝置，所述狀態(tài)數(shù)據(jù)是根據(jù)緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)量和從其它設(shè)備接收到的狀態(tài)數(shù)據(jù)而推導(dǎo)出的，并包括與以下內(nèi)容有關(guān)的數(shù)據(jù)該設(shè)備與其它設(shè)備的間隔，緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)量用于確定通過存儲在緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)量和該設(shè)備與附近傳感器的間隔而確定的標(biāo)量狀態(tài)值的裝置，用于將狀態(tài)值發(fā)送給其它設(shè)備的狀態(tài)發(fā)送器裝置，選擇裝置，用于根據(jù)從其它設(shè)備接收到的狀態(tài)數(shù)據(jù)來識別如下的接收設(shè)備，該接收設(shè)備的狀態(tài)值與該設(shè)備自身狀態(tài)值不同、表示可以將有效負(fù)載數(shù)據(jù)向其轉(zhuǎn)發(fā)，以及用于將有效負(fù)載數(shù)據(jù)發(fā)送給所識別出的接收設(shè)備的有效負(fù)載發(fā)送裝置。
優(yōu)選地，所述設(shè)備包括用于接收其它類似設(shè)備發(fā)送的有效負(fù)載數(shù)據(jù)的裝置，并且其自身包括數(shù)據(jù)源。
除了以上指定的特性之外，也可以參照其它特性來確定狀態(tài)值，例如電池電平和預(yù)期壽命?？梢詫⑦x擇裝置設(shè)置為只有在標(biāo)量狀態(tài)值滿足一個(gè)或更多個(gè)閾值標(biāo)準(zhǔn)(例如剩余的電池電力足以發(fā)送當(dāng)前處于緩沖存儲器中的所有數(shù)據(jù))時(shí)才識別出適當(dāng)?shù)慕邮赵O(shè)備。閾值標(biāo)準(zhǔn)還可以包括從預(yù)定開始點(diǎn)起所經(jīng)過時(shí)間的函數(shù)。所述設(shè)備還可以包括用于監(jiān)視該設(shè)備的預(yù)期壽命并相應(yīng)地調(diào)整標(biāo)量狀態(tài)值的狀態(tài)監(jiān)控裝置。
可以根據(jù)從其它設(shè)備接收到的信號的衰減或時(shí)間延遲來確定間隔數(shù)據(jù)。
所述設(shè)備可以包括用于確定將有效負(fù)載數(shù)據(jù)發(fā)送到識別出的接收設(shè)備所需要的電力的裝置、以及用于生成與該電力需要相關(guān)的標(biāo)量狀態(tài)值的裝置。優(yōu)選地，電力確定所基于的識別出的接收設(shè)備是前一確定時(shí)為發(fā)送而選擇的設(shè)備。
根據(jù)另一方面，提供了一種操作多個(gè)數(shù)據(jù)中繼設(shè)備的方法，其包括以下步驟將數(shù)據(jù)收集在一個(gè)或更多個(gè)這種設(shè)備中的緩沖存儲器中，在設(shè)備之間交換狀態(tài)數(shù)據(jù)，所述狀態(tài)數(shù)據(jù)包括與以下內(nèi)容相關(guān)的數(shù)據(jù)設(shè)備的間隔，設(shè)備的緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)量各設(shè)備根據(jù)狀態(tài)數(shù)據(jù)來定義由存儲在緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)量以及該設(shè)備與其它傳感器的間隔而確定的標(biāo)量狀態(tài)值，將狀態(tài)值發(fā)送給其它設(shè)備并且接收其它設(shè)備的狀態(tài)值，根據(jù)從其它設(shè)備接收到的狀態(tài)數(shù)據(jù)識別如下的接收設(shè)備，該接收設(shè)備的狀態(tài)值與該設(shè)備自身狀態(tài)值不同、表示可以將有效負(fù)載數(shù)據(jù)向其轉(zhuǎn)發(fā)，以及向識別出的接收設(shè)備發(fā)送有效負(fù)載數(shù)據(jù)。
在所描述的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)中繼設(shè)備是使用無線電波或其它電磁輻射、或者通過諸如超聲波的聲信號來相互通信的移動(dòng)設(shè)備。然而，本發(fā)明也可以應(yīng)用于固定有線系統(tǒng)。在使用移動(dòng)設(shè)備的系統(tǒng)中，確定狀態(tài)的最關(guān)鍵因素通常是電池壽命?？梢詫㈤g隔測量為簡單的距離，或者一些相關(guān)函數(shù)，例如飛行時(shí)間(time of flight)或電力成本，這二者都可以通過確保所有的狀態(tài)發(fā)送都在基準(zhǔn)時(shí)間或功率電平進(jìn)行來確定。(在衰減發(fā)生變化的環(huán)境中，這些值不必具有與距離的簡單關(guān)系)。在有線網(wǎng)絡(luò)中，可以將間隔確定為所涉及物理連接上的時(shí)間延遲、以及諸如在目的地節(jié)點(diǎn)的處理延遲的因素的狀態(tài)。
在所述的實(shí)施例中，中心收集設(shè)備(匯聚點(diǎn))將其狀態(tài)值指定為0。任何其它設(shè)備接收數(shù)據(jù)的能力越強(qiáng)(由于接近其它這種設(shè)備，電池壽命長或者緩沖存儲器內(nèi)容少)，其授予自身的狀態(tài)值就越低。類似地，滿的緩沖存儲器或者低的電池壽命將提高設(shè)備的狀態(tài)值。通過要求各個(gè)設(shè)備只能選擇狀態(tài)值更低的其它設(shè)備，可以將數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)發(fā)到匯聚點(diǎn)(保持在狀態(tài)值零)，同時(shí)，由于狀態(tài)值確定的性質(zhì)而使得網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)傳感器上的負(fù)載保持得盡可能均勻。例如，如果一設(shè)備例如由于其位置接近目的地設(shè)備而比網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備做了更多工作，則其電池電平將降低得更快，導(dǎo)致相對狀態(tài)值增大，從而抑制其它傳感器繼續(xù)向其轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。通過這種方式，網(wǎng)絡(luò)特別善于在存在多個(gè)路由的情況下將負(fù)載分散在這多個(gè)路由上。
當(dāng)然可以用其它方式來指配狀態(tài)值，這些方式落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。具體地，可以選擇這些值以使得數(shù)據(jù)傳遞到值較高(而不是較低)的設(shè)備——換言之，匯聚點(diǎn)具有最大而不是最小的允許值。然而，在以下說明中，假設(shè)所有的狀態(tài)值都是正的，或者在匯聚點(diǎn)的情況下狀態(tài)值為零，并且數(shù)據(jù)從狀態(tài)值高的設(shè)備傳遞到狀態(tài)值低的設(shè)備。
另選應(yīng)用包括多跳蜂窩通信，其中設(shè)備可以按與將數(shù)據(jù)發(fā)送給幾個(gè)數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)中的任一個(gè)的相同方式與任一蜂窩基站進(jìn)行操作。
該處理還可以擴(kuò)展到其中數(shù)據(jù)具有特定目標(biāo)設(shè)備的自組織網(wǎng)絡(luò)。如果各設(shè)備具有各自與特定目標(biāo)相關(guān)的幾個(gè)不同狀態(tài)值，則使得這種系統(tǒng)可以工作。為了減少這種系統(tǒng)中的定標(biāo)問題，可以將簇頭限定為使得發(fā)送給簇中的單個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)路由到該簇頭、然后路由到所述單個(gè)設(shè)備。這種系統(tǒng)已經(jīng)被示范為工作于對具有僅有三級簇的幾百個(gè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)模擬。各設(shè)備僅需記憶其相對于大約30個(gè)目的地設(shè)備的狀態(tài)值(即其相對于其自身簇內(nèi)的其它設(shè)備的狀態(tài)值)、以及其相對于各個(gè)其它簇的狀態(tài)級。


參照附圖，現(xiàn)在對僅僅作為示例的本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行描述，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的示意圖；圖2是由圖1所示的這種設(shè)備構(gòu)成的自組織網(wǎng)絡(luò)的一部分的圖；圖3是示出單個(gè)設(shè)備執(zhí)行的感測和發(fā)送循環(huán)的流程圖；圖4是另一流程圖，更加詳細(xì)地示出了用于識別目的地設(shè)備并向其發(fā)送數(shù)據(jù)的處理。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備20。其包含無線發(fā)送器(Tx)21和無線接收器(Rx)22以及數(shù)據(jù)收集裝置23，它們包括位置傳感器以及用于確定該設(shè)備的環(huán)境的特性或該設(shè)備附于的某些對象的特性的環(huán)境或生理傳感器。還有數(shù)據(jù)緩沖存儲器24，用于存儲有效負(fù)載數(shù)據(jù)(即，要發(fā)送給目的地以進(jìn)行處理的數(shù)據(jù))；和數(shù)據(jù)存儲器25，用于操作數(shù)據(jù)(即，設(shè)備的操作特別是控制對有效負(fù)載數(shù)據(jù)的發(fā)送所需要的數(shù)據(jù))。還有計(jì)算裝置26，用于由處理數(shù)據(jù)收集裝置23收集并存儲在數(shù)據(jù)緩沖存儲器24中的數(shù)據(jù)；以及控制裝置27，用于響應(yīng)于來自計(jì)算裝置26的輸出對設(shè)備的操作進(jìn)行控制。該設(shè)備由電池28供電，對電池28的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視并且將結(jié)果與其它操作參數(shù)一起存儲在數(shù)據(jù)存儲器25中。在該示意圖中沒有示出電源連接自身。
圖2示出了包括幾個(gè)設(shè)備10、20、30、40、50、60、70、80的網(wǎng)絡(luò)，這些設(shè)備各自為圖1所示的類型。這些設(shè)備在其環(huán)境中相對于彼此自由地移動(dòng)，從其環(huán)境收集數(shù)據(jù)，例如溫度、大氣壓力、鹽度等。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)的成本低，由此可以隨意地散布在先前難以監(jiān)視的區(qū)域。它們可以由非生物力(例如洋流或氣流、熔巖流或冰河流)攜帶，或者，可以將它們附著于動(dòng)物或人類以監(jiān)視其移動(dòng)或生理情況，或者將它們附著于車輛以監(jiān)視其在行程中的進(jìn)度或如果報(bào)告該車輛被盜則對其定位。
圖2所示的設(shè)備10、20、30、40等形成了自組織無線網(wǎng)絡(luò)19、29、39、49等。該無線連接可以使用無線電、聲納或適于這些設(shè)備被預(yù)期在其中工作的環(huán)境的任何其它傳送介質(zhì)。設(shè)備20收集的數(shù)據(jù)(其自身的傳感器23收集的數(shù)據(jù)或者從其它設(shè)備10中繼的數(shù)據(jù))直接地或者借助于一個(gè)或更多個(gè)其它設(shè)備30發(fā)送給目的地90。這些其它設(shè)備也可以收集數(shù)據(jù)。目的地90是固定的接收站，其被稱為信息“匯聚點(diǎn)”，并且其收集移動(dòng)終端10、20、30等收集的數(shù)據(jù)以用于后繼處理。在網(wǎng)絡(luò)中可以有多于一個(gè)的匯聚點(diǎn)。匯聚點(diǎn)設(shè)備90在處理能力和功耗這兩方面都比傳感器設(shè)備10、20、30等更有效，并且具有對數(shù)據(jù)的長期存儲裝置或者到數(shù)據(jù)處理中心99的長距離傳輸鏈路98。傳感器設(shè)備10、20、30自身具有非常有限的電池電力(僅允許進(jìn)行短距離無線傳輸)、小處理器和有限的存儲器。
現(xiàn)在將參照圖3和圖4對該實(shí)施例的操作進(jìn)行說明。
傳感器在通電(32)之前在“低功耗”模式31積累一時(shí)間段的數(shù)據(jù)，以確定是否需要發(fā)送數(shù)據(jù)(33、34)，如果合適則發(fā)送數(shù)據(jù)(35)，然后斷電(36)以進(jìn)行另一時(shí)間段的數(shù)據(jù)收集(31)。因此，通電(發(fā)送)時(shí)間與斷電(感測)時(shí)間相比可以較小。在優(yōu)選設(shè)置中，所有的設(shè)備使參數(shù)確定階段33、34同步，因?yàn)樗鼈冃枰粨Q狀態(tài)數(shù)據(jù)(步驟34)。然而，在已經(jīng)交換了狀態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)選地，不是所有設(shè)備都同時(shí)發(fā)送有效負(fù)載數(shù)據(jù)(步驟35)以避免可能發(fā)生的干擾問題，特別是在兩個(gè)設(shè)備(例如圖2中的10、40)向同一設(shè)備30進(jìn)行發(fā)送的情況下。由于循環(huán)的各階段31、32、33、34、35、36遠(yuǎn)長于各階段內(nèi)的各個(gè)發(fā)送時(shí)間段，因此這可以容易地實(shí)現(xiàn)。三個(gè)階段循環(huán)如下斷電36，感測31；通電32，確定自身的狀態(tài)并且向相鄰設(shè)備發(fā)送自身的狀態(tài)33；確定間隔和相鄰設(shè)備的狀態(tài)34。
(仍然通電)，根據(jù)需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰設(shè)備(并從相鄰設(shè)備接收數(shù)據(jù))35。
感測階段可以大大長于其它階段。這通過在盡可能多的時(shí)間內(nèi)按低功耗模式工作而使傳感器的電池壽命達(dá)到最大。這假定設(shè)備可以使其通電時(shí)間同步。另選地，設(shè)備在斷電期間可以處于收聽模式，在收聽模式下設(shè)備可以從其它設(shè)備接收有效負(fù)載和狀態(tài)數(shù)據(jù)但是不進(jìn)行發(fā)送。
在該實(shí)施例中，進(jìn)行以下假設(shè)1)所有設(shè)備可以與一定通信范圍rmax內(nèi)的所有其它設(shè)備進(jìn)行通信，rmax對于所有設(shè)備都具有相同的值。
2)在參數(shù)確定階段，所有設(shè)備都能夠在不消耗電池電平的情況下將其“狀態(tài)值”傳送給rmax內(nèi)的所有其它設(shè)備(如果這一小發(fā)送的成本比發(fā)送感測到的數(shù)據(jù)的成本小得多，則這種簡化是有效的)。
3)在各個(gè)循環(huán)的感測階段，各個(gè)傳感器可以生成預(yù)定量的數(shù)據(jù)(將其稱為一個(gè)數(shù)據(jù)“分組”)。然而，各個(gè)分組可以包含大量的單個(gè)讀數(shù)。
4)由設(shè)備來聚合數(shù)據(jù)，并按多達(dá)10個(gè)“分組”的群來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。應(yīng)用該限制來對可以發(fā)送的數(shù)據(jù)量設(shè)置上限。這些分組可以是設(shè)備在當(dāng)前或先前循環(huán)期間生成的、或者從其它設(shè)備接收的。如果在緩沖存儲器中存在多于10個(gè)的分組，則所有剩下的分組保留在緩沖存儲器中直到下一循環(huán)。類似地，如果設(shè)備未能識別出適當(dāng)?shù)慕邮諜C(jī)，則分組保留在緩沖存儲器中直到下一循環(huán)。
5)當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送機(jī)使用到達(dá)其目的地所必需的最小電力。因此，發(fā)送的成本(電池電平的消耗)與發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間的距離的平方成比例。盡管接收設(shè)備使用一些電力，但是這與中繼發(fā)送數(shù)據(jù)要使用的電力相比相對較小，可以將其忽略。
現(xiàn)在將參照圖4更加詳細(xì)地論述對參數(shù)的確定(步驟33)。
各個(gè)移動(dòng)設(shè)備(20等)初始測量并存儲與其自身相關(guān)的大量屬性(步驟40)。這些屬性是緩沖存儲器大小N，表示等待發(fā)送的數(shù)據(jù)量的標(biāo)量，將其示為緩沖存儲器24的總?cè)萘康囊徊糠质Ｓ嚯姵仉姾葿，表示設(shè)備的期望壽命的標(biāo)量當(dāng)設(shè)備10、20等到處移動(dòng)時(shí)，為了提供優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)，必須重新設(shè)置它們之間的無線鏈路19、29、39等。除了物理位置之外，在確定是否應(yīng)該在兩個(gè)設(shè)備20、30之間建立無線鏈路29時(shí)還考慮諸如緩沖存儲器24的空閑容量和電池28的因素。稍后將詳細(xì)描述實(shí)現(xiàn)其的處理。
單位轉(zhuǎn)發(fā)成本C，這是在前一循環(huán)結(jié)束時(shí)確定的(步驟400)，并且被取為上次找到分組的適當(dāng)目的地時(shí)產(chǎn)生的每分組的電池電力成本。與是否實(shí)際發(fā)送了分組無關(guān)地使用該度量——例如，電池電力可能不足以將分組發(fā)送到該目的地。還應(yīng)該注意，設(shè)備是移動(dòng)的，所以轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)際成本可能與該歷史估計(jì)不同。
接下來，各個(gè)傳感器計(jì)算其“狀態(tài)值”h(步驟41)，“狀態(tài)值”h被計(jì)算為h＝(N+k)C/B其中N＝當(dāng)前在緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)的分組的數(shù)量B＝電池電平C＝轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)分組的成本k＝小常數(shù)(稍后將描述其功能)因此，假定各次發(fā)送使用與最新的計(jì)算相同的電量，值B/C是對該設(shè)備能夠以其剩余的電池電力進(jìn)行的發(fā)送次數(shù)的估計(jì)。
因此，如果設(shè)備恰好能夠?qū)⑵渚彌_存儲器中的所有數(shù)據(jù)發(fā)送給適當(dāng)?shù)南噜徳O(shè)備(B/C＝N)，則其具有狀態(tài)值h＝1+k/N。將閾值設(shè)置為該值或者略低于該值以確保該設(shè)備不會(huì)被完全耗盡。以下將該閾值稱為“M”。由于k的值小，因此方便地設(shè)置為M＝1。
在該實(shí)施例中，向數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)分配狀態(tài)值h＝0。對于其它設(shè)備，由于常數(shù)k，所以h的值總是大于0——因此，即使在緩沖存儲器中沒有分組(N＝0)，其也將具有狀態(tài)值h＝kC/B。由于k是小正數(shù)，因此這個(gè)最小的h值略高于分配給匯聚點(diǎn)的零狀態(tài)值。這確保了如果可以使用匯聚點(diǎn)則數(shù)據(jù)優(yōu)選地發(fā)送給匯聚點(diǎn)而不是中繼設(shè)備。確保這一點(diǎn)的其它數(shù)學(xué)方法也是可行的例如，對匯聚點(diǎn)給出負(fù)的“h”值，在這種情況下可以將常數(shù)“k”設(shè)置為零，空緩沖存儲器(N＝0)具有狀態(tài)值h＝0。
如果設(shè)備已經(jīng)在其緩沖存儲器中獲得了過多的數(shù)據(jù)以至于不能在不耗盡其電源的情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)(NC＞B)，則其具有大于閾值M的狀態(tài)值h。如果其估計(jì)除了其在緩沖存儲器中已經(jīng)保存的數(shù)據(jù)之外還能夠轉(zhuǎn)發(fā)一些數(shù)據(jù)(NC＜B)，則其具有小于閾值M的正的非零狀態(tài)值h。如果狀態(tài)值h等于閾值M，則其恰恰僅能夠發(fā)送其已經(jīng)保存的數(shù)據(jù)(NC＝B)。因此，如果設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)值等于或者大于閾值M，則其不應(yīng)接受來自其它設(shè)備的數(shù)據(jù)。
接下來，各設(shè)備將其當(dāng)前狀態(tài)值h廣播給無線電射程內(nèi)的所有其它設(shè)備(步驟42)，并且從其可以檢測到的所有相鄰設(shè)備接收對應(yīng)的值(步驟43)，從而各設(shè)備具有關(guān)于其自身狀態(tài)值和所有其相鄰設(shè)備狀態(tài)值的信息。各設(shè)備還確定與其相鄰設(shè)備中的每一個(gè)的間隔“r”(由此確定可能的發(fā)送成本)(步驟43)。這可以用多種方式來完成。如果使設(shè)備充分精確地同步，則可以使用時(shí)間延遲測量技術(shù)來確定距離。另選地，如果所有設(shè)備都按已知的基準(zhǔn)功率電平進(jìn)行發(fā)送，則可以使用接收功率來確定設(shè)備的間隔(所需要的功率與距離的平方成比例)。另選地，這些設(shè)備可能各自需要確定其自身位置來形成其有效負(fù)載數(shù)據(jù)的一部分，可以將該信息與狀態(tài)值一起發(fā)送。另選地，如果至少一個(gè)設(shè)備可以確定其絕對位置，則可以推導(dǎo)出所有其它設(shè)備的絕對位置，如在國際專利申請PCT/GB2003/002608中所論述的，該專利申請?zhí)峁┝艘环N對多個(gè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)(所述多個(gè)設(shè)備中的每一個(gè)形成所述網(wǎng)絡(luò)的一設(shè)備)內(nèi)的設(shè)備的位置進(jìn)行估計(jì)的方法，該方法包括以下步驟獲得指定一個(gè)或更多個(gè)相鄰設(shè)備的位置或估計(jì)位置的信息；測量到所述一個(gè)或更多個(gè)相鄰設(shè)備的距離；以及反復(fù)地修正所述設(shè)備的估計(jì)位置以提高該設(shè)備的估計(jì)位置與所述一個(gè)或更多個(gè)相鄰設(shè)備的位置或估計(jì)位置之間的一致性，所述設(shè)備的估計(jì)位置是一方面根據(jù)所獲得的指定所述一個(gè)或更多個(gè)相鄰設(shè)備的位置或估計(jì)位置的信息、另一方面根據(jù)測得的到所述一個(gè)或更多個(gè)相鄰設(shè)備中的每一個(gè)的距離而確定的。
接下來，各個(gè)設(shè)備確定其應(yīng)該將數(shù)據(jù)發(fā)送給哪個(gè)其它設(shè)備(如果存在這種其它設(shè)備的話)。首先，其識別排除在考慮范圍之外的所有設(shè)備(步驟44)。設(shè)備不將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給比其自身處于更高狀態(tài)值(即h(相鄰設(shè)備)＞h)的任何設(shè)備。其也不向狀態(tài)值大于閾值M(回憶起該閾值M取接近1的值)的任何設(shè)備進(jìn)行發(fā)送。也就是說，假設(shè)每個(gè)分組需要資源C，如果B＜(N+k)C，則剩余的電池壽命B小于發(fā)送已在其緩沖存儲器中的N個(gè)分組所需要的電池壽命。因此，該設(shè)備已經(jīng)具有比其預(yù)期能夠轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)多的數(shù)據(jù)。因此，h＞M的設(shè)備不應(yīng)該接收更多的數(shù)據(jù)，直到這些設(shè)備的相對位置發(fā)生變化以使得C的值落在小于B/(N+k)的值。
如果沒有相鄰設(shè)備滿足這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)——換言之，相鄰設(shè)備的狀態(tài)值全都高于所考慮的設(shè)備的狀態(tài)值和/或大于閾值M，則對象設(shè)備重新計(jì)算值C(參見以下的步驟400)并且返回?cái)嚯姞顟B(tài)35。
針對未被如此排除的所有設(shè)備，該設(shè)備確定在發(fā)送設(shè)備與可能的接收設(shè)備之間狀態(tài)值下降的梯度“g”(步驟45)梯度＝(h[發(fā)送器]-h[接收器])/r2，其中，r是先前確定的這兩個(gè)設(shè)備之間的距離(步驟43)。使用該距離的平方來反應(yīng)無線電傳播的特性，因?yàn)榘l(fā)送需要的電力隨著距離的平方而變化。
然后，該設(shè)備選擇存在最大梯度的設(shè)備(步驟46)。
進(jìn)行一個(gè)進(jìn)一步計(jì)算。確定“緊急度”值U＝(t/T)n，其中t＝從數(shù)據(jù)收集處理開始起經(jīng)過的時(shí)間，T＝數(shù)據(jù)收集處理的期望持續(xù)時(shí)間，n是按稍后所述的方式選擇的常數(shù)。
該值U是對發(fā)送處理中的數(shù)據(jù)的時(shí)間敏感度的度量，由此是對該數(shù)據(jù)要返回匯聚點(diǎn)的速度的度量。假定傳感器是移動(dòng)的。在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)(當(dāng)t/T的值低時(shí))，優(yōu)選地，等待離匯聚點(diǎn)很遠(yuǎn)的傳感器到處移動(dòng)，從而這些傳感器收集的數(shù)據(jù)不會(huì)耗盡網(wǎng)絡(luò)資源地通過網(wǎng)絡(luò)長距離發(fā)送。然而，在實(shí)驗(yàn)將近結(jié)束時(shí)，未發(fā)送的所有數(shù)據(jù)有完全丟失的風(fēng)險(xiǎn)，并且節(jié)電不再重要。
通過改變指數(shù)“n”的值，可以使敏感度適于數(shù)據(jù)捕獲處理的要求。如果數(shù)據(jù)對時(shí)間非常敏感，并且需要在收集之后很快發(fā)送回匯聚點(diǎn)，則需要小的n值(從而U在處理中很早就升到單位值，因此幾乎總是超過狀態(tài)值“h”)。類似地，如果各個(gè)傳感器設(shè)備的緩沖存儲器較小，則小的n值將降低過滿的緩沖存儲器“丟失”數(shù)據(jù)分組的數(shù)量。如果網(wǎng)絡(luò)在實(shí)驗(yàn)早期收集其大部分?jǐn)?shù)據(jù)，則小的n值效果較好。
較大的“n”值使得緊急度U保持為很低直到數(shù)據(jù)收集處理的后期，適合于(在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浠蛘咚袦y的數(shù)據(jù)的量和位置方面)可能快速改變的網(wǎng)絡(luò)。這防止了在初期沒有感測到大量數(shù)據(jù)但是在實(shí)驗(yàn)后期感測到大量數(shù)據(jù)的設(shè)備在后期可以有另選方案的情況下在實(shí)驗(yàn)早期就使用寶貴的電池資源來中繼來自其它設(shè)備的數(shù)據(jù)。
如果目標(biāo)設(shè)備的狀態(tài)值h小于值U(步驟47)，則設(shè)備向所選擇的相鄰設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)多至10個(gè)的數(shù)據(jù)分組(步驟48)。
現(xiàn)在如上所述地計(jì)算此發(fā)送的實(shí)際成本(步驟400)，以為下一循環(huán)提供值“C”。
當(dāng)設(shè)備20識別出可以向其轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的設(shè)備30時(shí)，該設(shè)備從其緩沖存儲器24取回?cái)?shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給目標(biāo)30。然后，設(shè)備30重復(fù)識別適當(dāng)?shù)南噜徳O(shè)備等的處理，直到數(shù)據(jù)到達(dá)匯聚點(diǎn)90。如果不能識別出適當(dāng)?shù)脑O(shè)備，則將數(shù)據(jù)存儲在緩沖存儲器24中，直到該設(shè)備的移動(dòng)使得適當(dāng)?shù)脑O(shè)備進(jìn)入范圍。如果切斷了設(shè)備20到匯聚點(diǎn)90的所有路徑，則設(shè)備20可以簡單地將所有有效負(fù)載數(shù)據(jù)存儲在緩沖存儲器24中，直到設(shè)備的移動(dòng)重新建立起可行的路由。如果網(wǎng)絡(luò)稀疏分布從而設(shè)備間隔很大，則可以僅當(dāng)設(shè)備20進(jìn)入?yún)R聚點(diǎn)90的直接范圍之內(nèi)時(shí)才進(jìn)行大部分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送。在密集分布的網(wǎng)絡(luò)中，具有大量跳程19、29、39的路徑較為普遍。該處理靈活得不用需要特殊處理的這種變化就足以處理大范圍(在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜驮O(shè)備移動(dòng)性的角度)的情況。
在幾種不同的情況下對前述處理進(jìn)行了模擬。在實(shí)驗(yàn)的整個(gè)持續(xù)時(shí)間里網(wǎng)絡(luò)為靜態(tài)并且所有傳感器按相同速率進(jìn)行感測的最簡單情況下，性能接近于理論理想值，幾乎收回與通過網(wǎng)絡(luò)可能傳送的數(shù)據(jù)一樣多的數(shù)據(jù)?？梢灶A(yù)期，向具有多個(gè)移動(dòng)傳感器的系統(tǒng)加入增大的復(fù)雜性和不均勻且快速變化的數(shù)據(jù)感測速率對網(wǎng)絡(luò)收回最大量的數(shù)據(jù)的能力有影響，但是在模擬過程中，該處理比現(xiàn)有技術(shù)表現(xiàn)得更好，并且處于接近前述申請GB0315758.3和GB0315969.6中描述的處理所達(dá)到的水平。本發(fā)明較之較早和較復(fù)雜的系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)傳感器僅需要確定其彼此的間隔而不是其相對位置(對其相對位置的確定可能不是在全部所構(gòu)想情況下都是直接的)，并且，需要進(jìn)行的計(jì)算較少，這對于電力資源有限的傳感器設(shè)備是重要的。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)中繼設(shè)備，該設(shè)備具有用于從數(shù)據(jù)源接收有效負(fù)載數(shù)據(jù)的接收裝置，用于存儲用于后繼發(fā)送的有效負(fù)載數(shù)據(jù)的緩沖存儲器，用于從類似設(shè)備接收狀態(tài)數(shù)據(jù)的裝置，用于生成狀態(tài)數(shù)據(jù)的狀態(tài)數(shù)據(jù)生成裝置，所述狀態(tài)數(shù)據(jù)是根據(jù)緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)量以及從其它設(shè)備接收到的狀態(tài)數(shù)據(jù)而導(dǎo)出的，并包括與以下內(nèi)容有關(guān)的數(shù)據(jù)該設(shè)備與其它設(shè)備的間隔，緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)量用于確定由存儲在緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)量以及該設(shè)備與附近傳感器的間隔確定的標(biāo)量狀態(tài)值的裝置，用于將狀態(tài)值發(fā)送給其它設(shè)備的狀態(tài)發(fā)送器裝置，選擇裝置，用于根據(jù)從其它設(shè)備接收到的狀態(tài)數(shù)據(jù)來識別如下的接收設(shè)備，該接收設(shè)備的狀態(tài)值與該設(shè)備自身狀態(tài)值不同、表示可以將有效負(fù)載數(shù)據(jù)向其轉(zhuǎn)發(fā)，以及用于將有效負(fù)載數(shù)據(jù)發(fā)送給所識別出的接收設(shè)備的有效負(fù)載發(fā)送裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)中繼設(shè)備，包括用于接收其它類似設(shè)備發(fā)送的有效負(fù)載數(shù)據(jù)的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)據(jù)中繼設(shè)備，進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)源。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)中繼設(shè)備，其中，選擇裝置被設(shè)置為只有在所述標(biāo)量狀態(tài)值滿足一個(gè)或更多個(gè)閾值標(biāo)準(zhǔn)時(shí)才識別出適當(dāng)?shù)慕邮赵O(shè)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)據(jù)中繼設(shè)備，其中，閾值標(biāo)準(zhǔn)是剩余的電池電力至少足以發(fā)送當(dāng)前處于緩沖存儲器中的所有數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的數(shù)據(jù)中繼設(shè)備，具有用于將閾值標(biāo)準(zhǔn)選擇為從預(yù)定開始點(diǎn)起所經(jīng)過時(shí)間的函數(shù)的裝置。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)中繼設(shè)備，進(jìn)一步包括用于監(jiān)視該設(shè)備的預(yù)期壽命并相應(yīng)地調(diào)整所述標(biāo)量狀態(tài)值的狀態(tài)監(jiān)控裝置。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)中繼設(shè)備，其中，設(shè)備之間的間隔是根據(jù)在它們之間進(jìn)行發(fā)送所需要的電力來確定的。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)中繼設(shè)備，包括用于確定將有效負(fù)載數(shù)據(jù)發(fā)送到識別出的接收設(shè)備所需要的電力的裝置、以及用于生成與該電力需要相關(guān)的標(biāo)量狀態(tài)值的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)據(jù)中繼設(shè)備，其中，電力確定所基于的識別出的接收設(shè)備是前一確定時(shí)為發(fā)送而選擇的設(shè)備。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的數(shù)據(jù)中繼設(shè)備，其中，標(biāo)量狀態(tài)值h是由值(N+k)C/B確定的，在該式中，N＝當(dāng)前在緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)的分組的數(shù)量，B＝電池電平，C＝轉(zhuǎn)發(fā)給所述識別出的接收設(shè)備的電力需要，k是常數(shù)。
12.一種操作多個(gè)數(shù)據(jù)中繼設(shè)備的方法，包括以下步驟將數(shù)據(jù)收集在一個(gè)或更多個(gè)這種設(shè)備中的緩沖存儲器中，在設(shè)備之間交換狀態(tài)數(shù)據(jù)，所述狀態(tài)數(shù)據(jù)包括與以下內(nèi)容相關(guān)的數(shù)據(jù)設(shè)備之間的間隔，設(shè)備的緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)量各個(gè)設(shè)備根據(jù)所述狀態(tài)數(shù)據(jù)來定義由存儲在緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)量以及該設(shè)備與其它傳感器的間隔確定的標(biāo)量狀態(tài)值，將所述狀態(tài)值發(fā)送給其它設(shè)備并且接收其它設(shè)備的狀態(tài)值，根據(jù)從其它設(shè)備接收到的狀態(tài)數(shù)據(jù)識別如下的接收設(shè)備，該接收設(shè)備的狀態(tài)值與該設(shè)備自身狀態(tài)值不同、表示可以將有效負(fù)載數(shù)據(jù)向其轉(zhuǎn)發(fā)，以及將有效負(fù)載數(shù)據(jù)發(fā)送給所識別出的接收設(shè)備。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，只有在從狀態(tài)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出的標(biāo)量狀態(tài)值滿足一個(gè)或更多個(gè)預(yù)定的閾值標(biāo)準(zhǔn)時(shí)才將數(shù)據(jù)從第一設(shè)備發(fā)送到位于其轉(zhuǎn)發(fā)方向的第二設(shè)備。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，閾值標(biāo)準(zhǔn)是剩余的電池電力至少足以發(fā)送當(dāng)前處于緩沖存儲器中的所有數(shù)據(jù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12、13或14所述的方法，其中，狀態(tài)數(shù)據(jù)包括對所述設(shè)備的預(yù)期壽命的測量。
16.根據(jù)權(quán)利要求12、13、14或15所述的方法，其中，有效負(fù)載數(shù)據(jù)通過一個(gè)或更多個(gè)無線中繼設(shè)備發(fā)送到由預(yù)定的標(biāo)量狀態(tài)值限定的目標(biāo)匯聚設(shè)備。
17.根據(jù)權(quán)利要求12、13、14、15或16所述的方法，其中，確定將有效負(fù)載數(shù)據(jù)發(fā)送到識別出的接收設(shè)備所需要的電力，并且與該電力需要相關(guān)地生成標(biāo)量狀態(tài)值。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，電力確定所基于的識別出的接收設(shè)備是前一確定時(shí)為發(fā)送而選擇的設(shè)備。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其中，標(biāo)量狀態(tài)值h是由值(N+k)C/B確定的，在該式中，N＝當(dāng)前在緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)的分組的數(shù)量，B＝電池電平，C＝轉(zhuǎn)發(fā)給所述識別出的接收設(shè)備的電力需要，k是常數(shù)。
全文摘要
多個(gè)數(shù)據(jù)收集設(shè)備(10、20、30、40、50、60、70、80)在其環(huán)境中相對于彼此自由地移動(dòng)，從其環(huán)境收集數(shù)據(jù)。它們形成自組織無線網(wǎng)絡(luò)(19、29、39、49等)，其中設(shè)備(20)收集的數(shù)據(jù)即其自身的傳感器(23)收集的數(shù)據(jù)或其從另一設(shè)備(10)中繼的數(shù)據(jù)直接或者通過一個(gè)或更多個(gè)其它設(shè)備(30)發(fā)送給目的地(90)。目的地(90)收集由移動(dòng)終端(10、20、30等)收集的數(shù)據(jù)以用于后繼處理。為提供優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)，必須重新設(shè)置它們之間的無線鏈路(19、29、39等)。各設(shè)備(20、30)定義由包括剩余電池壽命和緩沖存儲器中數(shù)據(jù)量的因素確定的標(biāo)量狀態(tài)值。這些設(shè)備交換關(guān)于其狀態(tài)值的信息。各設(shè)備僅將有效負(fù)載數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給狀態(tài)值比其自身的狀態(tài)值低的其它設(shè)備。
文檔編號H04L12/28GK1849784SQ200480025766
公開日2006年10月18日 申請日期2004年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月9日
發(fā)明者大衛(wèi)·彼得·魯濱遜, 簡·伊麗莎白·塔特森, 邁克爾·安東尼·佛洛伊德 申請人:英國電訊有限公司