CN101073228B

CN101073228B - 一种传感器网络

Info

Publication number: CN101073228B
Application number: CN2005800418331A
Authority: CN
Inventors: 王刚; 金盛; 陈宁江; 张沁峰
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: CN101073228A

Abstract

本发明提供了一种在一个传感器网络中为一个节点寻找一个备份节点的方法。首先，确定该节点处于待备份状态，然后，在该待备份节点的多个临近节点中确定一个代理节点，从而由该代理节点代表该待备份节点来寻找该备份节点。该待备份状态为该待备份节点的电量降低到低于一个预定值。根据本发明，该待备份节点不需要自己去和大量的节点进行通讯来为自己找到一个备份节点，只需要在其临近节点中确定一个代理节点，由其进行备份节点的实质性搜寻工作。由于该代理节点在该节点附近，故该确定过程不会消耗该节点太多能量；同时由于该待备份节点不进行实质性搜寻工作，故该节点可得到进一步的能量节约。另外，由于最终找到的备份节点一般也在该待备份节点周围，故由在该节点附近的代理节点进行实质性搜寻工作也会减少该搜寻工作的能耗。

Description

一种传感器网络

技术背景

本发明涉及一种数据网络，尤其涉及一种能够合理管理能量消耗的传感器网络。

传感器网络的可能应用场景非常广泛，如：生理监控、环境监控(空气、水、土壤等)、条件触发式维护、智能空间、军事、存货管理以及其它一些人类不宜进行的工作。

传感器网络一般包括一组或多组传感器(在传感器网络中也称节点)，这些传感器以无线或有线地方式连接在一起，共同或分组来完成指定的任务。传感器网络中的每一个传感器一般都具有下列功能中的一个或多个：感应、储存、发送、转发、接受查询、事件触发和数据处理等。

由于传感器网络中的传感器体积小、价格便宜、易于部署和越来越强大的功能等特性，传感器网络正变得越来越受到欢迎；但也正是由于这些特性，使得传感器的能量使用和储备越来越成为一个很重要的问题。如何最大限度地延长传感器的工作寿命而又不至于影响该传感器以及该传感器网络的效能成为业内的一个热门话题。

美国专利申请(公开号：US2003/0063585A1，申请人：美国霍尼威尔国际公司，发明人：Mohamed F.Younis等)公开了一种管理传感器网络的能耗的方法。首先，将该传感器网络中的传感器按一定规则分成多组，其中每一组中都有一个传感器作为网关用于将该组中的每一个传感器的数据转传到一个控制节点，然后，在每一个网关建立一个全组的路由表，且在每一个传感器节点建立一个相对较小的路由表，从而达到最小化能耗，接下来，监测每一个传感器的可用能量，最后，根据每一个传感器的可用能量的变化来相应地重新建立前述的路由表。

该美国专利申请虽然一定程度地降低了每一组的传感器的能耗，但由于在每一组的传感器中都有一个传感器作为网关来协调该组全部传感器的工作，如果该网关被损坏(这种情况在恶劣环境下极可能发生)，由此会对该组乃至整个传感器网络的效能造成很大的影响。进一步，由于该网关作为全组传感器的核心，所有的传感器为了完成一定的工作都有需要来与该网关进行通讯，这势必增大了全组的通讯量，从而反而加大了该组的能耗，特别是加大了一些中继节点的能耗。

因此，需要一种新的传感器网络和一种新的在一个传感器网络进行能耗管理的方法，可以使该传感器网络在最大限度地延长传感器的寿命和不影响该传感器以及该传感器网络的效能之间取得更好的平衡。

发明内容

本发明的目的之一是为了使一个传感器网络在最大限度地延长传感器的寿命和不影响该传感器以及该传感器网络的效能之间取得更好的平衡，提供一种新的传感器、一种新的传感器网络和一种新的在一个传感器网络进行能耗管理的方法。

本发明提供了一种在一个传感器网络中为一个节点寻找一个备份节点的方法。首先，确定该节点处于待备份状态，然后，在该待备份节点的多个临近节点中确定一个代理节点，从而由该代理节点代表该待备份节点来寻找该备份节点。进一步，还可传送该待备份节点的数据到所述备份节点。

本发明的一个实施例是该待备份状态为该待备份节点的电量降低到低于一个预定值。此时，该待备份节点不需要自己去和大量的节点进行通讯来为自己找到一个备份节点，只需要在其临近节点中确定一个代理节点，由其进行备份节点的实质性搜寻工作。由于该代理节点在该节点附近，故该确定过程不会消耗该节点太多能量；同时由于该待备份节点不进行实质性搜寻工作，故该待备份节点可得到进一步的能量节约。另外，由于最终找到的备份节点一般也在该节点周围，故由在该待备份节点附近的代理节点进行实质性搜寻工作也会减少该搜寻工作的能耗。

本发明还提供了一种传感器，该传感器是一个传感器网络的多个节点中的一个，该传感器包括一个检测装置和一个确定装置。该检测装置，用于检测该传感器是否处于待备份状态，该确定装置，用于当该传感器处于待备份状态时，在该节点的多个临近节点中确定一个代理节点，从而由该代理节点代表该待备份节点来寻找该备份节点。

本发明还提供了一种传感器网络，该传感器网络包括一个第一传感器和一个第二传感器在内的多个传感器节点。该第一传感器包括一个检测装置，用于检测该该传感器是否处于待备份状态，一个确定装置，用于当该传感器处于待备份状态时，将在该待备份节点的多个临近节点中的第二传感器确定为一个代理节点，请求该第二传感器为其找到一个备份节点；该第二传感器包括一个通讯装置，用于根据来自该第一传感器的请求，为该第一传感器找到一个备份节点。

通过参照结合附图所进行的如下描述和权利要求，本发明的其它目的和成就将是显而易见的，并对本发明也会有更为全面的理解。

附图说明

本发明通过实例的方式，参照附图进行详尽的解释，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的一个传感器的部件示意框图；

图2是根据本发明的另一个实施例的一个传感器网络的系统示意框图；

图3是根据本发明的另一个实施例的一个传感器网络的通讯流程示意图；

在所有的附图中，相同的参照数字表示相似的或相同的特征和功能。

具体实施方式

图1是根据本发明的一个实施例的一个传感器的部件示意框图。装置100包括一个通讯装置110、一个感应装置130、一个检测装置150、一个确定装置160和一个电源(图中未显示)，该电源为整个传感器提供其工作所需要的能量，该电源可以是一次性的，也可以是可反复充电的。

装置100还可包括一个存储装置120和一个CPU 140。

装置100可为一个传感器网络中的一个节点，其中部分装置的功能(如：检测装置150、确定装置160)可通过软件来实施。装置100所包括的上述装置对于本领域的熟练技术人员来说可以通过多种现有的装置来实现，只要其组合在一起可以达到本发明的功能即可。

感应装置130用于对周围环境进行感应，如一个特定的周围环境的变化会触发该感应器的一个特定的功能。所感应到的信息可经由通讯装置110发送出去进行处理；亦可由CPU 140进行一定的处理，然后存储到存储装置120；当然，还可直接存储到存储装置120。

通讯装置110用于发送该传感器所感应到的环境信息，如感应装置130所感应到的信息；还可用于发送存储装置120中所存储的信息，该信息可以是从其它传感器转发而来；该通讯装置还用于接收其它传感器发送来的信息，如一个查询请求。

存储装置120用于存储信息，该信息可来自于感应装置130所感知的环境信息，亦可是通讯装置110所接收到的来自其它传感器的信息。

检测装置150用于检测该传感器是否处于待备份状态。该待备份状态可由传感器生产厂家或传感器网络系统厂家预先设定，如：该传感器的存储装置120已经达到80％满，或该传感器的电量已降低到低于一个预定值。

确定装置160用于当检测装置140发现该传感器处于待备份状态时，在该节点的临近节点中确定一个代理节点，从而由该代理节点代表该待备份节点来寻找一个备份节点。

CPU 140用于根据事先存储在该传感器中的指令来协调该传感器的其它部件(如检测装置150、确定装置160)的工作。当然，该CPU还可按需要完成一些更复杂的数据处理工作。

图2是根据本发明的另一个实施例的一个传感器网络的系统示意框图，图3是根据本发明的另一个实施例的一个传感器网络的通讯流程示意图。该传感器网络由包括传感器100在内的多个传感器组成，其中节点1-9可以与传感器100进行一步通讯(one-hop)，而其它节点与传感器100进行通讯时需要多步(multi hop)。该传感器网络中的每一个传感器都具有下列功能中的一个或多个：感应、储存、发送、转发、接受查询、事件触发和数据处理等。

根据图2和图3，当传感器100检测到它自己处于一个待备份状态时，比如其电量降低到一个预定的值(TH1，比如其总电量存储能力的25％)，传感器100在其临近节点(NN)中找到一个代理节点(AN)，向该代理节点发出一个请求(M1)，要求该代理节点与可用节点(ALAN)进行通讯，从而为其寻找一个备份节点(BN)。

该临近节点(NN)可以包括所有能够与传感器100进行直接通讯(即一步通讯)的节点。为减少寻找该代理节点的通讯，该代理节点可以是临近节点中与传感器100进行最近一次通讯的一个节点。当然，如果在一个区域内传感器分布较为密集，临近节点亦可包括能够与传感器100进行多步通讯的节点。

传感器100发出的请求M1的格式可以如下：

信息类型发送方接收方内容

M1

传感器100

RN

功能

ALAN

能力

信息M1中的“功能”用于表明传感器100的功能，如：感应功能中的温度感应、声音感应和亮度感应等，存储功能以及数据处理功能等。

信息M1中的“能力”用于表明传感器100的各种功能的不同等级的能力和状态，如：感应关键数据的能力，感应一般数据的能力，存储器中存储的各种数据的数量等。关键数据包括变化比较快的数据，对决策比较重要的数据等。

信息M1中的“ALAN”是一个可用作备份节点的清单，该可用节点清单可包括传感器100最新的路由图230中可以进行直接通讯(即一步通讯)的节点，如：节点3-7；当然，该可用节点清单还可包括传感器100次新的路由图220(路由图220被更新后成为路由图230)中可以进行直接通讯的节点，如：节点1-5；该可用节点清单还可包括节点8和9，传感器100只从节点8和9接收信息。在本实施例中，该“ALAN”包括节点1-9。

另一种创建ALAN的方法是传感器100向所有其一步通讯可达到的节点发出一个特定信息，要求这些节点回复来确认它们是否是可用的。这些节点可以包括处于不活动状态的节点，该节点作为备用节点存在。这些备用节点被该特定信号激活，以参与下述由代理节点组织的讨论，该讨论的方式可以是现有的方式中的一种。

当然，如果在一个区域内传感器分布较为密集，可用节点亦可包括能够与传感器100进行多步通讯的节点。

该代理节点的确定过程可以如下：传感器100向该临近节点(NN)中的一个节点(RN)发出请求M1，节点RN根据请求M1中的可用节点名单(ALAN)来估算出完成该搜寻备份节点任务所需要的电量，然后，如果节点RN的电量大于完成该搜寻备份节点任务所需要的电量与一个特定的阈值TH1之和，则向传感器100发出一个确认信息M2，表明该节点(RN)成为一个代理节点(AN)；否则，则向传感器100发出一个重选信息M3，要求传感器100在其临近节点中重选另一个节点作为其代理节点。传感器100可重复上述流程，直到在其临近节点中找到一个代理节点。在本实施例中，节点2被选为传感器100的代理节点。

节点RN发出的确认信息M2的格式可以如下：

信息类型发送方接收方内容

M2

RN

传感器100

确认：AN

节点RN发出的重选信息M3的格式可以如下：

信息类型发送方接收方内容

M3

RN

传感器100

重选AN

节点2在被被选为传感器100的代理节点后，根据ALAN名单在所有可用节点中组织一个讨论，以选出一个合适的备份节点。该讨论的方式可以是现有讨论方式中的一种，其基本原则是考虑作为候选备份节点的可用节点的功能、能力和电量等是否能替代传感器100。在讨论开始时，节点2可向节点1和节点3-9发出一个信息M4，以告知它们传感器100的功能和能力。在整个讨论过程中，如果参与讨论的节点之间需要进行多步通讯，应避开传感器100。

节点AN发出的信息M4的格式可以如下：

信息类型发送方接收方内容

M4

AN

ALAN

传感器100的功能

传感器100的能力

经过讨论，节点4被确定为传感器100的备份节点(BN)。当然，讨论的结果也可是其它任何一个称职的可用节点(包括节点2)被确定为传感器100的备份节点。

然后，节点4向传感器100发出一个信息M5，要求备份传感器100的功能和/或数据，如传感器100的温度感应功能。

备份节点(BN，节点4)发出的信息M5的格式可以如下：

信息类型发送方接收方内容

M5

BN

传感器100

要求备份数据/功能

在接收到节点4发送来的请求信息M5后，传感器100将其需要备份的数据和/或功能发送给节点4，并将传感器100置于省电状态。该发送亦可分为两步进行，第一步，先将一般数据和/或功能转移到备份节点(BN，节点4)，待传感器100的电量进一步下降到一个更低的水平时，才将关键数据和/或功能转移到备份节点(BN，节点4)。

经过备份后，传感器100不再对温度变化进行感应，而改有节点4来完成传感器100的温度感应。

最后，还可由代理节点(AN，节点2)或备份节点(BN，节点4)向与传感器100有过联系的节点(如：可用节点ALAN)发出一个通知信息M6，告知它们传感器100已处于省电状态，其功能和/或数据已由备份节电(BN，节点4)来进行处理，从而使它们采取相应的措施，如：更新它们的路由图。

代理节点(AN，节点2)发出的信息M6的格式可以如下：

信息类型发送方接收方内容

M6

AN

ALAN

传感器100已被BN(节点4)备份

如果该传感器网络有一个控制中心，还可由代理节点(AN，节点2)或备份节点(BN，节点4)向该控制中心发出一个通知信息M7，告知它们传感器100已处于省电状态，其功能和/或数据已由备份节电(BN，节点4)来进行处理。

代理节点(AN，节点4)发出的信息M7的格式可以如下：

信息类型发送方接收方内容

M7

AN

控制中心

传感器100已被BN(节点4)备份

在一个传感器网络中，不同的节点可以有不同的重要性等级。通过本发明，可以让次重要的节点为重要节点来寻找备份节点，这样可以减少重要节点的通讯负担，延长其寿命。当然，任何一个节点均可根据一定的原则被其临近的节点选为备份节点。

虽然经过对本发明结合具体实施例进行描述，对于在本技术领域熟练的人士，根据上文的叙述作出的许多替代、修改和变化将是显而易见的。因此，当这样的替代、修改和变化落入附后的权利要求的精神和范围内时，应该被包括在本发明中。

Claims

1.一种在一个传感器网络中为一个节点寻找一个备份节点的方法，包括步骤：

a.确定该节点处于待备份状态，所述的待备份状态是所述待备份节点的电量低于一个预定值；

b.在该节点的多个临近节点中确定一个代理节点，从而由该代理节点代表该待备份节点来寻找该备份节点，使得该待备份节点在寻找备份节点的过程中的能量使用得到节约。

2.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：传送所述待备份节点的数据到所述备份节点。

3.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：所述备份节点替代所述待备份节点执行至少一部分相应的功能。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述的临近节点是所述待备份节点可进行直接通讯的节点。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述的代理节点是一个所述待备份节点进行最近一次通讯的临近节点。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述的备份节点与待备份节点具有相似的处理能力。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述的处理能力包含下述能力中的至少一种：感应、储存、发送、转发、接收查询、事件触发和数据处理。

8.一种传感器，该传感器是一个传感器网络的多个节点中的一个，包括：

一个检测装置，用于检测该传感器是否处于待备份状态，所述的待备份状态是所述传感器的电量低于一个预定值；

一个确定装置，用于当该传感器处于待备份状态时，在该节点的多个临近节点中确定一个代理节点，从而由该代理节点代表该待备份节点来寻找备份节点，使得该待备份节点在寻找备份节点的过程中的能量使用得到节约。

9.一种传感器网络，该传感器网络包括一个第一传感器和一个第二传感器在内的多个节点，

其中第一传感器包括：

一个检测装置，用于检测该第一传感器是否处于待备份状态，所述的待备份状态是所述第一传感器的电量低于一个预定值；

一个确定装置，用于当该第一传感器处于待备份状态时，将在该节点的多个临近节点中的第二传感器确定为一个代理节点，请求该第二传感器为该第一传感器找到一个备份节点，从而使得该第一传感器在寻找备份节点的过程中的能量使用得到节约；

其中第二传感器包括一个通讯装置，用于根据来自该第一传感器的请求，为该第一传感器找到一个备份节点。