用于在無線傳感器網絡中路由數據的方法【專利摘要】本發明涉及一種用于在無線傳感器網絡(10)中路由至少一個數據分組的方法，所述無線傳感器網絡(10)包含：至少一個源節點(S)，所述源節點可被配置成傳輸至少一個數據分組；至少一個目的地節點(D)，所述目的地節點可被配置成接收由所述源節點(S)傳輸的所述數據分組；以及在所述源節點(S)和所述目的地節點(D)之間的可互連網絡節點(si)，所述可互連網絡節點可被配置成接收及轉發所述數據分組，所述方法包含下列步驟：按照休眠–啟用進度來操作所述網絡節點(si)，所述休眠–啟用進度至少包含休眠模式及啟用模式；以及配置所述網絡節點(si)以具有關于其自身的地理位置及所述目的地節點(D)的地理位置的信息，所述方法進一步包含下列步驟：將所述無線傳感器網絡(10)分成由邊界所分離的多個不相交范圍(A0、AM-1、A1、A2)；將每個范圍(A0、AM-1、A1、A2)分離成至少兩個區域，所述區域為內部邊界區域(I)、中心區域(C)及外部邊界區域(O)；從所述網絡節點(si)中選取轉發節點以將所述數據分組從所述源節點(S)路由至所述目的地節點(D)，所述轉發節點根據其相對于所述目的地節點(D)的地理位置而被選取，且所述網絡節點相對于彼此被同步，以及配置所述休眠–啟用進度，使得在給定時間窗口中僅有被選取以路由所述數據分組的那些轉發節點可在啟用模式中操作，而所有其他網絡節點(si)可在休眠模式中操作。【專利說明】用于在無線傳感器網絡中路由數據的方法【
技術領域：
】[0001]本發明涉及用于在無線傳感器網絡中路由數據的方法。【
背景技術：
】[0002]無線傳感器網絡具有用于多樣應用的可能性，例如建筑物監控、災難預防及環境監測。無線傳感器網絡由相對大量的節點所構成，所述節點泛稱為網絡節點，遍布在相應于所述無線傳感器網絡實施所在的地理范圍中。網絡節點典型地可為平價、電池供電的電子裝置，諸如傳感器，例如在存儲、處理和/或分析數據方面具有減弱的能力。網絡節點一般被應用以至少滿足兩件具挑戰性的任務:首先，持續監測物理現象的狀態或環境情況;第二，傳輸所收集數據至遠程中心服務器以進行數據處理和/或分析。為了促進第二項任務，每個網絡節點可被配備有相對低功率并具有較低覆蓋范圍的無線電收發器。利用相應于所述網絡節點的無線電收發器之間的合作，通過在所述網絡節點之一(一般稱為源節點)及遠程中心服務器(一般稱為目的地節點)之間所選取的網絡節點(以下稱為轉發節點)，以形成無線adhoc網絡,經由多點跳躍傳輸(mult1-hoptransmission)來將所述源節點感測的數據路由到所述目的地節點。[0003]無線傳感器網絡的一個問題(尤其當網絡節點通過電池供電的電子裝置所實現時)是在網絡節點的一個或多個節點中的電池耗損可能導致數據丟失，而最糟的情況是無線傳感器網絡操作完全失效。[0004]為了解決網絡節點中的電池保存的問題，之前有人提出以休眠模式及啟用模式兩種模式之一來循環地操作無線傳感器網絡。在休眠操作模式中，網絡節點的無線電收發器被關閉，因此在此種操作模式中網絡節點在數據轉發方面沒有貢獻。在啟用操作模式中，鄰近網絡節點(特定言之為相應的無線電收發器)彼此通信，并參與朝著且最終到達目的地節點的數據轉發。為了促進此通信，在啟用模式中，參與朝著目的地節點轉發數據的那些網絡節點被同步，使得所述網絡節點之間的數據接收和/或傳輸的進度進行可使數據丟失的情況降低或完全得以避免。在此方面，IEEE標準“Partl5.4:ffirelessMediumAccessControl(MAC)andPhysicalLayer(PHY)SpecificationsforLow-RateWirelessPersonalAreaNetworks”(IEEE,LosAlamos,2003年)描述了一種用于無線網絡中的同步策略，所述同步策略通過周期地從中心網絡協調器傳送信標至網絡節點來實現。接收信標之后，經同步的網絡節點的無線電收發器收聽在所述網絡節點的無線電收發器之間所建立的無線電信道，收聽的時間周期為數據分組可從鄰近網絡節點接收且如果需要的話持續朝著目的地節點傳輸的持續時間。在這些任務完成之后到下一信標被接收之前，上述的經同步網絡節點在休眠模式中操作，與經同步的網絡節點相關的無線電收發器被電力關閉。此電力管理策略所獲得的性能增益由網絡節點的工作周期所主控，所述工作周期被定義為啟用周期長度與信標間隔的比例。已在J.H.Kim等人的美國專利7447256“Powersavingmethodforwirelesssensornetwork，，(2008年11月)，及C.J.Yoon的美國專利申請案號2006/0128349的“Energy-efficientmediumaccesscontrolprotocolandsystemforsensornetworks”(2006年6月)中描述了其他類似的策略。[0005]在之前所提出的無線傳感器網絡中，靜態路由協議被用于從源節點傳播數據分組至目的地節點。此種靜態路由協議的例子在由c.Perkins及E.Royer在標題為“Ad-hocondemanddistancevector(AodV)route”的文件(發表于IEEEWMSCA,美國路易斯安那州NewOrleans,1999年2月)，以及由D.Johnson、D.Maltz和J.Broch所著的標題為“DSR:Thedynamicsourceroutingprotocolformult1-hopwirelessandad-hocnetworks，，的文件(發表于Ad-HocNetworking,AddisonWesley,2001年)中進行了描述。此種靜態路由協議依賴先建立從源節點至目的地節點的單一路徑，再由所述源節點傳輸數據至網絡節點，所述網絡節點按照所述靜態路由協議確定，以用于轉發數據至目的地節點。由于路由發現(routediscovery)及路由維護(routemaintenance)的過程的執行在從源節點傳輸數據之前，靜態路由協議的一些相關缺點因此包括增加協議開銷，以及就能量消耗而言的性能退化。此外，由于協議開銷一般隨網絡節點的數目呈指數增加，靜態路由協議對于相對較大規模的無線傳感器網絡可能未提供節省能源的解決方案。[0006]對于大規模無線傳感器網絡，已有人提出使用地理路由協議。M.Zorzi及R.R.Rao在標題為“Geographicrandomforwarding(GeRaF)forad-hocsensornetworks:mult1-hopperformance，，(發表于IEEETransactionsonMobileComputing,第337-348頁，2003年)的文件中已提供地理路由協議的例子。地理路由所根據的原理為用于從源節點至目的地節點轉發數據的路由為動態建構，而來自所述源節點而朝著(且到達)目的地節點的數據經由轉發節點傳輸。上述的路由的動態建構根據參與轉發節點的地理位置信息而執行。在地理路由中，具有數據分組要傳輸的節點廣播請求消息，所述請求消息包含目的地節點的地理坐標的信息。在廣播節點的無線電覆蓋范圍內的網絡節點分別接收所述請求消息，這些網絡節點一般稱為鄰近網絡節點。這些網絡節點然后利用它們的拓撲知識計算朝所述目的地節點所能提供的進程(advancement),并在這些網絡節點其中角逐以選出最接近目的地節點的下一網絡節點。由于信息僅在具有數據要傳輸的節點及鄰近網絡節點之間局部性地交換，因此地理路由會隨其實施所在的無線傳感器網絡的大小而縮放規模，由此地理路由相較于之前所提出的路由協議，例如像是靜態路由協議，對于在大規模無線傳感器網絡中實施具有優點。對于應用地理路由的條件為全部網絡節點知道關于其自身在網絡內的地理位置。此地理信息可為:在初始布署網絡節點時手動設定；或使用位置定位系統來提供，例如像是在戶外環境中的全球定位系統(GPS),或通過使用由S.Furrer、W.Schott及B.Weiss在美國專利7761233(2010年7月)所提出的定位系統。[0007]雖然地理路由協議緩解了與之前所提出的技術/協議相關聯的一些缺點，但在無線傳感器網絡中路由數據仍是一項挑戰，尤其當無線傳感器網絡為大規模、具有改善可靠性及網絡性能，同時還要解決能源消耗問題時。【
發明內容】[0008]按照本發明的第一方面的實施例，提供一種用于在無線傳感器網絡中路由至少一個數據分組的方法，所述無線傳感器網絡包含:至少一個源節點，所述源節點可被配置成傳輸至少一個數據分組；至少一個目的地節點，所述目的地節點可被配置成接收由所述源節點傳輸的所述數據分組；以及在所述源節點和所述目的地節點之間的可互連(interconnectable)網絡節點，所述可互連網絡節點可被配置成接收及轉發所述數據分組，所述方法包含下列步驟:按照休眠-啟用(sle印-active)進度來操作所述網絡節點，所述休眠-啟用進度至少包含休眠模式及啟用模式，以及配置所述網絡節點使所述網絡節點具有關于其自身的地理位置及所述目的地節點的地理位置的信息，所述方法進一步包含下列步驟:將所述無線傳感器網絡分成由邊界所分離的多個不相交范圍；將每個范圍分離成至少兩個區域，所述區域為內部邊界區域、中心區域及外部邊界區域；從所述網絡節點中選取轉發節點以將所述數據分組從所述源節點路由至所述目的地節點，所述轉發節點根據其相對于所述目的地節點的地理位置而被選取，且所述網絡節點相對于彼此被同步，以及配置所述休眠-啟用進度，使得在給定時間窗口中僅有被選取以路由所述數據分組的那些轉發節點可在啟用模式中操作，而所有其他網絡節點可在休眠模式中可操作。本發明的實施例利用地理路由及休眠模式支持的組合，從所述源節點傳輸數據至所述目的地節點。在此方面，本發明的實施例中的所述網絡節點被同步到公共參考時間，且按照休眠-啟用進度操作，使得在任意時間點只有那些被選取以直接參與地理路由的轉發節點以啟用模式操作，而所有其他網絡節點以休眠模式操作。此特征增加給網絡節點供電的電池的壽命，并因而對本發明的實施例延伸出增加的能源效率、改善的網絡性能及可靠性等優點。此夕卜，相對于例如靜態路由協議，在本發明的實施例中一旦數據已經從源節點一般地朝著目的地節點傳輸，所述轉發節點的選取即完成。此特征對本發明的實施例延伸出減少協議開銷以及因減少能源消耗所致的改善網絡性能等優點。[0009]優選地，完成所述休眠-啟用進度的配置，使得對于由邊界所分離的給定對的相鄰范圍，在所述給定對的相鄰范圍中的一個范圍的外部邊界區域及所述給定對的相鄰范圍中的另一范圍的內部邊界區域中的至少那些轉發節點的相應啟用模式之間有重迭，其中所述給定對的范圍中的一個范圍的外部邊界區域及所述給定對的范圍中的另一范圍的內部邊界區域鄰接分離所述給定對的相鄰范圍的邊界。如此，由于除在上述區域中的所述轉發節點以外的所有所述網絡節點可停用和/或在所述休眠模式中維護，因此可促進減少的能源消耗及改善的性能。[0010]理想地，完成所述休眠-啟用進度的配置，使得在給定范圍中相應于所述區域的轉發節點的相應啟用模式之間有重迭。利用此特征，由于數據分組在所述給定范圍中從一個區域到另一區域的切換期間的數據丟失減少，因此進一步促成網絡性能的改善，且由于在遠程范圍中的網絡節點和/或可能不屬于下一個轉發節點集合的那些網絡節點可被停用或在休眠模式中保持休眠，可進一步做到能源節約。[0011]優選地，所述啟用模式被配置成至少包含:輸入(incoming)數據階段、轉發數據階段及輸出(outgoing)數據階段，所述輸入數據階段相應于當在給定范圍的外部邊界區域接收所述數據分組時，所述轉發數據階段相應于當所述數據分組橫移穿過所述給定范圍時，而所述輸出數據階段相應于當從所述給定范圍的內部邊界區域傳輸所述數據分組至另一相鄰存在的范圍時。所述啟用模式的每個不同階段的持續時間可被設定成相應于給定范圍中的數據路由。因此，例如，所述輸入數據階段的持續時間可被設定成相應于由給定范圍從相鄰范圍接收數據流量的時間；所述轉發數據階段的持續時間可被設定成相應于所述數據橫移穿過所述給定范圍的區域以到達所述給定范圍與下一相鄰存在的范圍的邊界所花費的時間，而所述輸出數據階段的持續時間可被設定成傳輸所述數據至所述下一相鄰存在的范圍所花費的時間。與此特征相關聯的優點為在路由期間的數據丟失可能減少，且因此進一步改善網絡性能。[0012]理想地，完成所述休眠-啟用進度的配置，使得在由邊界所分離的給定對的相鄰范圍中的一個的內部邊界區域中的轉發節點的輸出數據階段和所述給定對的相鄰范圍中的另一個的外部邊界區域中的轉發節點的輸入數據階段之間有重迭。由于此特征，由邊界所分離的給定對的范圍之間的路由期間的數據丟失得以減少。此外，除了參與在所述給定對的范圍之間的數據傳輸的轉發節點之外，所有其他網絡節點可在休眠模式下操作。如此可減少能源耗損，并可進一步增加網絡可靠性。[0013]優選地，如果所述數據分組在給定對的相鄰范圍中的一個的轉發階段的結束之前被接收，且所述給定對的相鄰范圍中的另一個的啟用周期尚未開始，則所述數據分組從所述給定對的相鄰范圍中的一個范圍至所述另一范圍的轉發被延緩直到啟用周期開始。此特征擴大了當數據在相鄰范圍之間傳輸時降低數據丟失的優點，由此改善了網絡性能及可靠性。[0014]優選地，完成所述休眠-啟用進度的配置，使得在范圍的區域中的轉發節點的至少相應轉發階段之間有重迭。由于此特征，在給定范圍的區域內的數據路由得以改善。此夕卜，在啟用操作模式期間，相應于給定范圍中的不同區域的所有轉發節點不必全部被啟用。在此方面，在啟用周期的輸入數據階段期間，只有在給定范圍的外部邊界區域中的轉發節點可被啟用，因為只有所述轉發節點可能牽涉到從相鄰范圍接收數據。另外，在啟用周期的輸出數據階段期間，只有在給定范圍的內部邊界區域中的轉發節點可被啟用，因為只有所述轉發節點可能牽涉于與另一相鄰存在的范圍的邊界處的數據切換。在啟用周期的轉發階段期間，由于數據橫移穿過所述范圍，相應于所述范圍的不同區域的所有轉發節點被啟用。本發明的實施例的此特征提供了進一步降低能源耗損及改善網絡可靠性和性能的優點。[0015]理想地，在排列所述范圍的步驟中，所述范圍被排列以包含內部范圍、一個或多個外部范圍及所述外部范圍的最外部范圍，所述內部范圍包含所述目的地節點，所述一個或多個外部范圍圍繞所述內部范圍，所述最外部范圍包含所述源節點。在此方面，包含所述源節點的最外部范圍優選地被分離以至少包含中心區域及內部邊界區域，和/或包含所述目的地節點的內部范圍理想地被分離以至少包含外部邊界區域及中心區域。與這些特征相關聯的優點在于本發明的實施例可以降低的復雜度實現。此外，并且優選地，在分離所述范圍的步驟中，給定外部范圍被分離以包含內部邊界區域、中心區域及外部邊界區域。[0016]理想地，在分離每個范圍的步驟中，相應于外部邊界區域、中心區域及內部邊界區域的網絡節點被分別分配成外部邊界節點、中心區域節點及內部邊界節點。在本發明的實施例中，網絡節點被配置成具有關于其自身的地理位置以及所述目的地節點的信息。所述網絡節點被進一步配置成自主地識別在給定范圍中所述網絡節點所屬的區域，以及在所述區域中所述網絡節點的特定作用。此特征擴大了本發明實施例的改善網絡性能的優點。[0017]優選地，在配置所述網絡節點以具有關于其自身的地理位置的信息的步驟中，使用全球定位系統。在GPS被用來提供所述網絡節點的位置信息時，其也能被用作參考源，用于改善無線傳感器網絡中的網絡節點可與其同步的準確度。因此，此特征擴大了本發明實施例的改善網絡性能的優點。[0018]按照本發明的第二方面的實施例，提供了一種無線傳感器網絡，包含:至少一個源節點，所述源節點可被配置成傳輸至少一個數據分組；至少一個目的地節點，所述目的地節點可被配置成接收由所述源節點傳輸的所述數據分組，以及在所述源節點和所述目的地節點之間的可互連網絡節點，所述可互連網絡節點可被配置成接收及轉發所述數據分組，所述網絡節點可按照休眠-啟用進度操作，所述休眠-啟用進度至少包含休眠模式及啟用模式，且所述網絡節點可被配置成具有關于其自身的地理位置及所述目的地節點的地理位置的信息，所述無線傳感器網絡進一步包含:由邊界所分離的多個不相交范圍；在給定范圍中的至少兩個區域，所述區域為內部邊界區域、中心區域及外部邊界區域，以及轉發節點，所述轉發節點包含所述網絡節點的子集，所述轉發節點根據其相對于所述目的地節點的地理位置而被選取，且所述網絡節點相對于彼此被同步，以將所述數據分組從所述源節點路由至所述目的地節點，由此在給定時間窗口中僅有被選取以路由所述數據分組的那些轉發節點可在啟用模式中操作，而所有其他網絡節點可在休眠模式中操作。[0019]按照本發明的第三方面的實施例，提供一種計算機程序，所述計算機程序包含用于當所述計算機程序在計算機系統上執行時，實現按照本發明的第一方面的實施例的步驟。[0020]本發明之一方面的特征可被應用至其他方面，反之亦然。任何被揭露的實施例可與所示出的和/或描述的其他實施例中的一個或多個組合。這對于所述實施例的一個或多個特征也是可能的。【專利附圖】【附圖說明】[0021]現在將作為示例參考附圖，其中:[0022]圖1是在本發明的實施例中的網絡節點的框圖；[0023]圖2示意地圖示本發明的實施例；[0024]圖3示意地圖示在本發明的實施例中，對于相應于不同范圍的網絡節點的活動周期；[0025]圖4示意地圖示在本發明的實施例中，對于相應于相同范圍的網絡節點的活動周期；[0026]圖5示意地圖示按照本發明的實施例的拓撲；[0027]圖6示意地圖示相應于圖5所示的拓撲的時間圖；[0028]圖7圖示針對在本發明的實施例中的外部邊界節點的行為的狀態轉移圖；[0029]圖8圖示針對在本發明的實施例中的中心區域節點的行為的狀態轉移圖，及[0030]圖9圖示針對在本發明的實施例中的內部邊界節點的行為的狀態轉移圖。【具體實施方式】[0031]在本說明書中，相同的參考標號或符號被用于標示相同或類似的部件。[0032]現在參見圖1，其示意地圖示本發明的實施例中的網絡節點的組成。每個網絡節點是傳感器，包含收發器1、處理器2、存儲器3及電源4，由總線架構7將以上各者互連。天線6可連接至收發器I。程序代碼5被存儲在存儲器3中。電源4從電池9接收電力。在操作上，電源4從電池9經由電源供應線8而提供電力至收發器1、處理器2及存儲器3。天線6檢測來自鄰近網絡節點的射頻信號，并由此促進由收發器I從所述鄰近網絡節點接收數據分組。同樣地，天線6促進將數據分組從收發器I傳輸到其他鄰近網絡節點。存儲在存儲器3中的程序5包含可由處理器2執行的程序指令。處理器2根據存儲在存儲器3中的程序代碼5經由總線架構7來控制收發器I及電源4的操作。處理器2根據程序代碼5可控制收發器I傳輸與接收數據分組。數據可暫時存儲在存儲器3中。此外，電源4可根據程序代碼5在處理器2的控制下，選擇性地供應電力至收發器I以啟用及停用所述網絡節點。如此促進了在停止使用期間保留電池9的壽命。程序代碼5在由處理器2執行時，使所述網絡節點以上述形式運作。[0033]圖2顯示按照本發明的實施例的無線傳感器網絡10。無線傳感器網絡10包含一組互連且空間上分布在無線傳感器網絡10實現所在的地理范圍上的N個網絡節點，N=Is1,S2,…..sN}。所述網絡節點Si中的每一個可具有如參考圖1所描述的組成。在所述網絡節點Si中，源節點S被配置成感測或監視本地的狀態，并傳輸相應于所感測/監視的狀態的一個或多個數據分組至目的地節點D，以進一步處理和/或分析。所述網絡節點Si中的每一個被配置成具有關于其自身地理位置及目的地節點D的地理位置的信息。所述網絡節點Si可按照休眠-啟用進度來操作，所述休眠-啟用進度至少包含休眠操作模式及啟用操作模式，所述網絡節點在休眠操作模式中停用，因此無法參與數據分組的接收或傳輸，以及所述網絡節點在啟用模式中被啟用，由此能夠接收及轉發所述數據分組。[0034]由于關聯于所述網絡節點Si的收發器I的電力能力，以及源節點S及目的地節點D位于無線電通信范圍之外的可能性，源節點S直接傳輸數據分組至目的地節點D并不可行。相反，數據經由多點跳躍傳輸而被路由通過無線傳感器網絡10。在本發明的實施例中，地理路由被用來從源節點S經由轉發節點來路由數據至目的地節點D，所述轉發節點是被選取以根據相對于目的地節點D的地理位置來路由數據的網絡節點的子集。[0035]關于本發明的實施例中的地理路由，當源節點S具有數據分組欲傳輸至目的地節點D時，其傳輸請求消息，所述消息具有關于源節點S至目的地節點D的距離的信息。接收所述請求消息的各鄰近網絡節點開始分布式爭用過程以變成轉發節點，通過比較其距目的地節點D的距離與在所述請求消息中所包含的信息，并且將對于所述請求消息的響應延遲一時間間隔，所述時間間隔的持續時間與所述鄰近網絡節點朝著目的地節點D所能提供的地理進程成反比。如此判明轉發節點，即在接收到由源節點S所傳輸的請求消息的所有鄰近網絡節點中，朝著目的地節點D提供了增加地理進程的網絡節點。轉發節點通過如下方式以這樣的作用建立其自身:首先在無線傳感器網絡10中的網絡節點Si的無線電收發器I之間所建立的無線電信道上存取并發送響應，同時所有其他競爭者在偷聽到轉發節點的響應后，避免在所述無線電信道上存取/傳輸消息。所述數據分組接著由源節點S發送到所述轉發節點。上述過程接著被再次啟動以識別出下一個轉發節點，并重復直到所述數據分組通過所選出的轉發節點經由多點跳躍傳輸被切換至目的地節點D為止。[0036]本發明的實施例采取了地理路由及休眠模式支持的組合，來從源節點S傳輸數據到目的地節點D。在此方面，本發明的實施例中的網絡節點Si被同步到公共參考時間，并且按照休眠-啟用進度來操作，使得在任何給定時間點僅有那些直接參與地理路由的轉發節點在啟用模式中操作，而所有其他網絡節點在休眠模式中操作。[0037]為了更好地了解本發明的實施例所提供的優點，現在參考以下事實:在地理路由中，目前擁有數據分組的轉發節點只能從網絡節點Si的子集選取數據分組路由到的下一個轉發節點，其中所述網絡節點的子集在所述轉發節點發送出請求消息時被啟用。在第一情境中，其中下一個轉發節點的選取是使用非經同步的休眠-啟用進度隨機進行的，例如，當轉發節點發送出請求消息以發起路由過程時，所述網絡節點Si中僅有一些被啟用并可用來與所述轉發節點通信。試想當請求消息被送出時，最靠近目的地節點D并鄰近廣播節點(在休眠操作模式中休眠)的網絡節點，此情境可導致不適合的選擇下一個轉發節點。更糟的情況是，試想在所述廣播網絡節點的無線電覆蓋范圍中的所有網絡節點Si全都無法響應所述請求消息，例如由于在休眠模式中操作，此情境可能導致路由失敗。在可靠性及等待時間方面而言，此情境可導致性能降級。在利用經同步的休眠-啟用進度完成下一個轉發節點的選取的另一情境中，一般來說所有的網絡節點Si同時被啟用。此方法可改善經由多點跳躍傳輸以路由數據至目的地節點D的轉發節點的識別。然而，不論網絡節點Si是否被選取作為路由數據分組至目的地節點D的轉發節點，或甚至如果由于離源節點S或目的地節點D較近、距離當前轉發節點的位置有數個跳躍之遙，而短期內未參與路由數據，所有網絡節點Si仍全部必須在啟用模式中操作。因此，與此另一情境相關聯的一些缺點是:減少電池壽命、增加能量耗損、性能降級，以及最糟的是，路由失敗。對比上述情境，在本發明的實施例中，只有在任何給定時間直接參與地理路由的那些轉發節點在啟用模式中操作，而所有其他網絡節點Si在休眠模式中操作。如此，通過促成選擇最受歡迎的轉發節點來路由數據，可節省能量且同時保有地理路由在可靠性及等待時間方面所連帶的優點。[0038]在本發明的實施例中，在任何給定時間從源節點S至目的地D的數據路由由一組特定的先前(apriori)選取的網絡節點子集(也就是轉發節點)來完成。一旦數據已概略從源節點S朝著目的地節點D傳輸，轉發節點的選取就完成，這不同于靜態路由協議的情況，其中在從源節點S傳輸數據之前就完成路由選取。由于減少了本發明實施例的能源耗損，因此該特征擴大了減少協議開銷及改善網絡性能的優點。在本發明的實施例中，除了在任何給定時間參與路由數據的轉發節點以外，所有其他網絡節點可被停用和/或在休眠模式中維護，該特征促成進一步的能源節省及改善的性能。[0039]在本發明的實施例中，無線傳感器網絡10被分成多個不相交圓形范圍Ai,ie{0，1，…M-1}，所述范圍被排列以包含內部范圍Atl、圍繞所述內部范圍Atl的一個或多個外部范圍ApA2,以及所述外部范圍中的最外部范圍AM_lt)所述范圍中的每一個通過其之間的邊界被彼此分離。所述范圍中心位于目的地節點D，且所述范圍被定義使得如果滿足條件IRa^δ(P，D)〈(i+1)Ra，其中Ra是指定范圍的大小的系統參數，δ(P,D)是坐標為(xp，yp)的點P與目的地節點D之間的距離，則點P屬于范圍A”此限定條件意味源節點S位于最外部范圍Ash中，而目的地節點D位于內部范圍A0中。假設Ni是地理位置屬于范圍Ai的一組網絡節點。在本發明的實施例中，Ni被分成三個不相交子集O1、Ci及Ii，使得OiUCiUIi=隊。Ni中的各節點Sj按照以下條件屬于所述子集之一:[0040]【權利要求】1.一種用于在無線傳感器網絡(10)中路由至少一個數據分組的方法，所述無線傳感器網絡(10)包含:至少一個源節點(S)，所述源節點可被配置成傳輸至少一個數據分組；至少一個目的地節點(D)，所述目的地節點可被配置成接收由所述源節點(S)傳輸的所述數據分組；以及在所述源節點⑶和所述目的地節點⑶之間的可互連網絡節點(Si),所述可互連網絡節點可被配置成接收及轉發所述數據分組，所述方法包含下列步驟:按照休眠-啟用進度來操作所述網絡節點(Si),所述休眠-啟用進度至少包含休眠模式及啟用模式；以及配置所述網絡節點(Si)以具有關于其自身的地理位置及所述目的地節點(D)的地理位置的信息，所述方法進一步包含下列步驟:將所述無線傳感器網絡(10)分成由邊界所分離的多個不相交范圍(Ac^AMfApA2)；將每個范圍(“A'Q分離成至少兩個區域，所述區域為內部邊界區域(I)、中心區域(C)及外部邊界區域(O)；從所述網絡節點(Si)中選取轉發節點(Sps2、s3、s4、s5、s6、S7、S8、S9)以將所述數據分組從所述源節點⑶路由至所述目的地節點(D),所述轉發節點(SpSySySpSpSpSpSrS9)根據其相對于所述目的地節點(D)的地理位置而被選取，且所述網絡節點相對于彼此被同步，以及配置所述休眠-啟用進度，使得在給定時間窗口中僅有被選取以路由所述數據分組的那些轉發節點(S1、S2、S3、S4,S5,S6,S7,S8,S9)可在啟用模式中操作，而所有其他網絡節點(Si)可在休眠模式中操作。2.如權利要求1所述的方法，其中完成所述休眠-啟用進度的配置，使得對于由邊界所分離的給定對的相鄰范圍(Am_「Am_2、A2-A1,A1-Aci),在所述給定對的相鄰范圍(Am_「Am_2、A2-A1,A1-A0)中的一個范圍(AMfApAtl)的外部邊界區域(O)及所述給定對的相鄰范圍(AM_rAM_2,A2-A1,A1-A0)中的另一范圍(AMfAyA1)的內部邊界區域⑴中的至少那些轉發節點((^OpOci,VpI2U1)的相應啟用模式之間有重迭，其中所述給定對的范圍中的一個范圍(Hk0)的外部邊界區域(O)及所述給定對的范圍(Ash-AmiA2-ApA1-Atl)中的另一范圍(AM+AyAi)的內部邊界區域⑴鄰接分離所述給定對的相鄰范圍(AhU2-A1'A1-A0)的邊界。3.如權利要求1或2所述的方法，其中完成所述休眠-啟用進度的配置，使得在給定范圍(A1)中相應于所述區域(0、C、I)的轉發節點(O1X1U1)的相應啟用模式之間有重迭。4.如權利要求1、2或3所述的方法，其中所述啟用模式(Ta。)被配置成至少包含:輸入數據階段(Tin。)、轉發數據階段(TfJ及輸出數據階段(Twt)，所述輸入數據階段(Tin。)相應于當在給定范圍(A1)的外部邊界區域(O)接收所述數據分組時，所述轉發數據階段(TfJ相應于當所述數據分組橫移穿過所述給定范圍(A1)時，而所述輸出數據階段(Twt)相應于當從所述給定范圍(A1)的內部邊界區域(I)傳輸所述數據分組至另一相鄰存在的范圍(Atl)時。5.如權利要求4所述的方法，其中完成所述休眠-啟用進度的配置，使得在由邊界所分離的給定對的相鄰范圍(ApAtl)中的一個(A1)的內部邊界區域(I)中的轉發節點(I1)的輸出數據階段(Ttjut)和所述給定對的相鄰范圍(ApAtl)中的另一個(Atl)的外部邊界區域(O)中的轉發節點(O。)的輸入數據階段(Tinc)之間有重迭。6.如權利要求4或5所述的方法，其中，如果所述數據分組在給定對的相鄰范圍(A2、A1)中的一個(A2)的轉發階段(TfOT)的結束之前被接收，且所述給定對的相鄰范圍(A2、AJ中的另一個(A1)的啟用周期(Ta。)尚未開始，則所述數據分組從所述給定對的相鄰范圍(AyA1)中的一個范圍(A2)至所述另一范圍(A1)的轉發被延緩直到啟用周期(Ta。)開始。7.如權利要求4、5或6所述的方法，其中完成所述休眠-啟用進度的配置，使得在范圍(A1)的區域中的轉發節點(OpCpI1)的至少相應轉發階段(TfJ之間有重迭。8.如前述任何一項權利要求所述的方法，進一步包含以下步驟:排列所述范圍，使所述范圍包含內部范圍(Aci)、一個或多個外部范圍(ApA2)及所述外部范圍(ApA2)的最外部范圍(Aih),所述內部范圍(Aci)包含所述目的地節點(D),所述一個或多個外部范圍(ApA2)圍繞所述內部范圍(Atl),所述最外部范圍(Athl)包含所述源節點(S)。9.如權利要求8所述的方法，其中，在分離所述范圍的步驟中，包含所述源節點(S)的所述最外部范圍(Ash)被分離，以至少包含中心區域(C)及內部邊界區域(I)。10.如權利要求8或9所述的方法，其中，在分離所述范圍的步驟中，包含所述目的地節點(D)的所述內部范圍(Atl)被分離，以至少包含外部邊界區域(O)及中心區域(C)。11.如權利要求8、9或10所述的方法，其中，在分離所述范圍的步驟中，給定外部范圍(ApA2)被分離，以包含內部邊界區域(I)、中心區域(C)及外部邊界區域(O)。12.如前述任何一項權利要求所述的方法，其中，在分離每個范圍(A1)的步驟中，相應于所述外部邊界區域(O)、所述中心區域(C)及所述內部邊界區域(I)的所述網絡節點(Si)被分別分配成外部邊界節點(O1)、中心區域節點(C1)及內部邊界節點(I1)。13.如前述任何一項權利要求所述的方法，其中，在配置所述網絡節點(Si)以具有關于其自身的地理位置的信息的步驟中，使用全球定位系統。14.一種無線傳感器網絡(10)，包含:至少一個源節點(S)，所述源節點可被配置成傳輸至少一個數據分組；至少一個目的地節點(D)，所述目的地節點可被配置成接收由所述源節點(S)傳輸的所述數據分組；以及在所述源節點⑶和所述目的地節點⑶之間的可互連網絡節點(Si)，所述可互連網絡節點可被配置成接收及轉發所述數據分組，所述網絡節點(Si)可按照休眠-啟用進度操作，所述休眠-啟用進度至少包含休眠模式及啟用模式，且所述網絡節點可被配置成具有關于其自身的地理位置及所述目的地節點(D)的地理位置的信息，所述無線傳感器網絡(10)進一步包含:由邊界所分離的多個不相交范圍mu；在給定范圍中的至少兩個區域，所述區域為內部邊界區域(I)、中心區域(C)及外部邊界區域(O)，以及轉發節點(SpS^SySpSpSpSpS^Sg),所述轉發節點包含所述網絡節點(Si)的子集，所述轉發節點(S1、S2>S3、S4>S5、S6>S7、S8>Sg)根據其相對于所述目的地節點⑶的地理位置而被選取，且所述網絡節點(Si)相對于彼此被同步，以將所述數據分組從所述源節點(S)路由至所述目的地節點(D)，由此在給定時間窗口中僅有被選取以路由所述數據分組的那些轉發節點&、&、&、&、％、％、&、％、％)可在啟用模式中操作，而所有其他網絡節點(Si)可在休眠模式中操作。15.如權利要求14所述的無線傳感器網絡(10)，其中，對于由邊界所分離的給定對的相鄰范圍(Ash-As^A2-A1,A1-A0)，在所述給定對的相鄰范圍(AM_rAM_2、A2-A1,A1-A0)中的一個范圍(Ajh^ApAci)的外部邊界區域(O)及所述給定對的相鄰范圍(Aih-Aih^A2-ApA1-Aci)中的另一范圍HA1)的內部邊界區域⑴中的至少那些轉發節點(OyOpCWpIyI1)可操作，使得在相應啟用模式(Ta。)之間有重迭，其中所述給定對的范圍中的一個范圍(am_2,A1,A0)的外部邊界區域(O)及所述給定對的范圍mHK)中的另一范圍U2J1)的內部邊界區域⑴鄰接分離所述給定對的相鄰范圍的邊界。16.如權利要求14或15所述的無線傳感器網絡(10)，其中在給定范圍(A1)中相應于所述區域(O、C、I)的轉發節點(OpCpI1)可操作，使得在所述轉發節點的相應啟用模式之間有重迭。17.如權利要求14、15或16所述的無線傳感器網絡(10)，其中在給定休眠-啟用進度中的所述啟用模式(Ta。)至少包含:輸入數據階段(Tinc)、轉發數據階段(TfJ及輸出數據階段(Ttjut)，所述輸入數據階段(Tin。)相應于當在給定范圍(A1)的外部邊界區域(O)接收所述數據分組時，所述轉發數據階段(Tfor)相應于當所述數據分組橫移穿過所述給定范圍(A1)時，而所述輸出數據階段(Trat)相應于當從所述給定范圍(A1)的內部邊界區域(I)傳輸所述數據分組至另一相鄰存在的范圍(Atl)時。18.如權利要求17所述的無線傳感器網絡(10)，其中在由邊界所分離的給定對的相鄰范圍(ApAtl)中的所述轉發節點可操作，使得在所述給定對的相鄰范圍(ApAtl)中的一個(A1)的內部邊界區域⑴中的轉發節點(I1)的輸出數據階段(Trat)和所述給定對的相鄰范圍(ApAtl)中的另一個(Atl)的外部邊界區域(O)中的轉發節點(O。)的輸入數據階段(Tinc)之間有重迭。19.如權利要求17或18所述的無線傳感器網絡(10)，其中在由邊界所分離的給定對的相鄰范圍(AyA1)中的所述轉發節點可操作，使得如果所述數據分組在給定對的相鄰范圍(AyA1)中的一個(A2)的轉發階段(TfJ的結束之前被接收，且所述給定對的相鄰范圍(AyA1)中的另一個(A1)的啟用周期(Tac)尚未開始，則所述數據分組從所述給定對的相鄰范圍(AyA1)中的一個范圍(A2)至所述另一范圍(A1)的轉發被延緩直到啟用周期(Ta。)開始。20.如權利要求17、18或19所述的無線傳感器網絡(10)，其中在范圍(A1)的區域(O、C、I)中的轉發節點(OpCpI1)可操作，使得在至少相應轉發階段(TfJ之間有重迭。21.如權利要求14-20中任何一項權利要求所述的無線傳感器網絡(10)，其中所述范圍的排列包含內部范圍(Atl)、一個或多個外部范圍(ApA2)及所述外部范圍(ApA2)的最外部范圍(Aim),所述內部范圍(Aci)包含所述目的地節點(D),所述一個或多個外部范圍(A。A2)圍繞所述內部范圍(Aci),所述最外部范圍(Athl)包含所述源節點(S)。22.如權利要求21所述的無線傳感器網絡(10)，其中包含所述源節點(S)的所述最外部范圍(Ash)至少包含中心區域(C)及內部邊界區域(I)。23.如權利要求21或22所述的無線傳感器網絡(10)，其中包含所述目的地節點(D)的所述內部范圍(Atl)至少包含外部邊界區域(O)及中心區域(C)。24.如權利要求21、22或23所述的無線傳感器網絡(10)，其中給定外部范圍(ApA2)包含內部邊界區域(I)、中心區域(C)及外部邊界區域(O)。25.如權利要求14-24中任何一項權利要求所述的無線傳感器網絡(10)，其中相應于所述外部邊界區域(O)、所述中心區域(C)及所述內部邊界區域(I)的所述網絡節點(Si)分別包含外部邊界節點(O1)、中心區域節點(C1)及內部邊界節點(I1)1526.如權利要求14-25中任何一項權利要求所述的無線傳感器網絡(10)，其中全球定位系統被用于配置所述網絡節點(Si)以具有關于其自身的地理位置的信息。27.一種計算機程序，所述計算機程序包含用于當所述計算機程序在計算機系統上執行時，實現如權利要求1至13中任一項權利要求所述的方法的步驟的指令。【文檔編號】H04W40/02GK104012147SQ201280063160【公開日】2014年8月27日申請日期:2012年11月20日優先權日:2011年12月22日【發明者】A·慕納瑞,W·H·斯科特申請人:國際商業機器公司