CN101160870A - 完成传感器网络任务的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种完成一个传感器网络的一个任务的方法，包括步骤：发现一个临时进入该传感器网络的覆盖范围内的移动装置；和分配该任务给该移动装置，从而利用该移动装置来完成该任务。本发明能够节约传感器网络的能量消耗和增强传感器网络的处理能力。本发明还涉及使用上述方法的一种传感器网络、传感器节点和移动装置。

Description

完成传感器网络任务的方法和装置

发明领域

本发明一般涉及传感器网络，并且特别涉及一种完成传感器网络任务的方法和装置。

技术背景

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，一个最重要的挑战就是资源限制。例如，对传感器网络资源的限制包括功耗、存储、通信和数据处理。如何节省功耗并增强传感器网络的性能在传感器网络系统中是一个关键问题。

为了节约功耗和提高增强传感器网络的性能，一般的解决方案是优化传感器网络的中采用的算法。例如，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：MohamedF.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。但是，对于低成本、低功率的小传感器节点来说，优化是有极限的，它也只能在一定程度上解决功耗问题。

因此，需要一种新的完成传感器任务的方法和装置，能够节约传感器网络的能量消耗和增强传感器网络的处理能力。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种新的完成传感器任务的方法和装置，能够节约传感器网络的能量消耗和增强传感器网络的处理能力。

根据本发明的第一方面，提供一种完成一个传感器网络的一个任务的方法，包括步骤：发现一个临时进入传感器网络的覆盖范围内的移动装置；和分配该任务给该移动装置，从而利用该移动装置来完成该任务。

根据本发明的第二方面，提供一种传感器网络，包括一个发现单元，用于发现一个临时进入该传感器网络的覆盖范围内的移动装置；和一个分配单元，用于分配该任务给该移动装置，从而利用该移动装置来完成该任务。

根据本发明的第三方面，提供一种传感器节点，包括一个发现单元，用于发现一个临时进入该传感器节点的覆盖范围内的移动装置；和一个分配单元，用于分配该任务给该移动装置，从而利用该移动装置来完成该任务。

根据本发明的第四方面，提供一种移动装置，包括一个接收单元，用于从一个传感器网络接收一个任务；一个处理单元，用于处理该任务。

根据本发明，当某一移动装置进入一个传感器网络的覆盖范围内时，该移动装置的功能能够动态地被该传感器网络所使用。通过这种方式，该传感器网络能够减少功率消耗并扩展其能力和性能。

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

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方式进行详细的说明，其中：

图1示出根据本发明的一个实施例的方法的示例性流程图；

图2示出根据本发明的一个实施例的传感器节点的结构方框图；

图3示出根据本发明的一个实施例的移动装置的结构方框图；

图4示出完成传感器网络任务的方法的一个实施例的示意图；

图5示出完成传感器网络任务的方法的另一个实施例的示意图；

图6示出完成传感器网络任务的方法的又一个实施例的示意图；和

在附图中，相同的标号表示相同或相似的特征和功能。

具体实施方式

图1示出根据本发明的完成一个传感器网络的一个任务的方法的示例性流程图。在步骤S101，当一个移动装置进入一个传感器网络的覆盖范围内时，该传感器网络发现该移动装置。其中，该传感器网络是一个用户的家庭传感器网络，它可以是有线的或无线的传感器网络。此外，该传感器网络还可以是办公室的传感器网络或者是医院的传感器网络，适于探测、监视、远程医疗诊断等各种应用。该移动装置是一个移动电话。当然，该移动装置可以是PDA(个人数字助理)、智能电话、媒体播放机等。

该传感器网络可以根据与该移动装置之间的短距离无线通信(short range wireless communication)协议发现该移动装置。例如，当移动装置接近传感器网络时，根据蓝牙(Bluetooth)、Wi-Fi、Zigbee、射频(RF)或红外(Infrared)连接等协议，传感器网络通过捕捉一个移动装置发出的无线信号来发现该移动装置。随后，根据该无线信号，该传感器网络可以确认该移动装置已进入该传感器网络的覆盖范围内。此外，传感器网络也可以利用通信参数来确定一个移动装置是否能够与一个网络建立通信信道。这些通信参数可以是延迟、误码率、所消耗的能量等等。

发现移动装置的方法之一可以参见美国专利US6493550B1(申请日为1998年11月20日，受让人为Ericsson Inc.；发明人为Raith；Alex Krister)。美国专利US6493550B1公开了一种邻近系统以及无线电通信系统，该邻近系统在移动站靠近该邻近系统时可以通知该移动站，并且该移动站包括用于识别由该邻近系统发送的邻近信号的邻近检测器。一旦识别到邻近信号，则触发对专用无线电通信控制信道的搜索。在此以插入的方式，加入美国专利US6493550B1专利披露的内容。

由于可能有不同用户的移动装置进入传感器网络，则需要确定是否能够使用该移动装置的身份。确定在传感器网络和移动装置之间能够建立通信信道后，则在该传感器网络和该移动装置之间进行信号交换以鉴别该移动装置。例如，当一个朋友的移动装置临时进入用户的家庭传感器网络时，一种情况是检查该移动装置的用户是否授权其他的网络或设备使用该移动装置。这是因为可能这个朋友并不希望别人的传感器网络使用他的移动装置的任何资源。另一种情况是传感器网络确定是否希望使用进入它的范围内的移动装置。例如，用户的家庭传感器网络可能不希望使用家庭成员外的任何移动装置。这样，即使该朋友的移动装置进入到传感器网络范围内，传感器网络也不分配任务给该移动装置。

在步骤S103接收来自该移动装置的业务列表。该业务列表是由在该移动装置上运行的应用程序生成的，用于描述该移动装置具有的功能及其当前可用性。例如，该移动装置当前可以提供互联网连接，转发、存储和计算等服务，移动装置生成一个包含上述服务的业务列表并发送该传感器网络，告知传感器网络当前能够提供的服务。

随后，在步骤S105，传感器网络将自己要执行的任务与接收的业务列表相匹配，找到能够分配给该移动装置的任务。例如，传感器网当前有一个统计任务和一个发送数据的任务，而根据业务列表，该移动装置可以提供计算和转发的功能。这样就有两个任务能够匹配。

随后，在步骤S107，传感器网络建立一个任务状态表，用于反映与分配给移动装置的任务的处理情况相关的信息。例如，如果准备将计算和转发两个任务分配给移动装置完成时，则在任务状态表中增加该两项任务，并将处理状态置为“未完成”。

随后，在步骤S109，分配一个匹配后的任务给该移动装置，使得该移动装置可以帮助完成该任务，从而有效地利用该移动装置并节省传感器网络的功耗。例如，在分配一个涉及计算的任务给一个移动装置的情况中，一个传感器网络可以将数据集中地传送给邻近的正在移动的移动装置。这样，可以在该移动装置中执行诸如统计、分析和处理等计算任务，从而可以节省传感器网络的功率并有助于快速的数据分析等。

另外，一个传感器网络还可以使用一个移动装置的存储器来存储或备份某一用户或装置相关的数据，以便在以后的某一时间检索这些数据。

接下来，在步骤S111，传感器网接收来自移动装置的与被分配的任务的处理情况相关的信息。该信息可以是已完成任务的标志，也可以是被分配的任务的结果，例如，分配给移动装置的任务是备份数据任务，则备份了传感器网络发送给移动装置的数据后，移动装置返回一个完成任务标志。如果分配给移动装置的任务是一个计算任务，则移动装置将计算的结果返回给传感器网络。传感器网络接收到任务已完成的信息后，将任务状态列表中对应的任务的状态修改为“已完成”。

当然，由于移动装置的移动特性，它随时有可能被移出该传感器网络的覆盖范围。这样，在步骤S113，传感器网络判断一个移动装置是否正在离开一个传感器网络。传感器网络可以通过检测无线信号的衰落来确定一个移动装置正在离开一个传感器网络的覆盖范围。它还可以使用诸如延迟、误码率、消耗的能量等参数来确定一个移动装置正在离开一个传感器网络的覆盖范围。

如果该移动装置没有离开该传感器网络的覆盖范围，则返回步骤109继续分配下一个任务给该移动装置。

以上描述了传感器网络一次分配给临时进入其覆盖范围的移动装置一个任务的情形。应当理解，传感器网络可以同时分配多个任务给该移动装置，或者将一个任务分配给多个临时进入其覆盖范围的移动装置。进一步，传感器网络还可以根据多个移动装置的业务列表同时分配多个任务给多个移动装置。

如果该移动装置已经离开该传感器网络的覆盖范围，在步骤S115，传感器网络检查任务状态列表，将列表中标记为“未完成”的任务由自己完成。

以上结合图1对根据本发明的一个实施例的方法进行了描述。本发明的方法的各个步骤还可以有进一步的改进。

例如，步骤S103中的业务列表可以进一步根据移动装置的配置信息以及移动装置的当前状态信息而生成。配置信息可以包括移动装置的Ethernet，Infrared，Wi-Fi等连接方法、通信与计算能力等的信息。移动装置的当前状态信息可以包括有关该移动装置的CPU/存储器的当前使用情况、电源状态等信息。当移动装置的电池功率不足的情况中，不能够利用该移动装置。出于安全考虑，可以适当地限制分配任务的权限。例如，有可能出于保密的原因，在由一个移动装置完成分配任务的过程中，不允许访问该移动装置的存储空间和其他软件单元。

此外，业务列表也可以是该移动装置的ID或型号，传感器网络根据该ID或型号从传感器网络的服务器中存储的该移动装置的简档中得知该移动装置能够提供的服务。

在步骤S105中，所述的任务可以是数据交换、计算、存储或其组合之一。并且，一个任务本身可能就是一个大任务，或者可能是一个更大任务的一部分。传感器网络在一个任务本身是一个大任务的情况下，可以将该任务划分成多个子任务以利于该移动装置尽快完成该任务。如果发现利用该移动装置进行的数据交换所消耗的功率比传送该数据给附近的传感器节点消耗更多的功率，则传感器网络将选择使用由传感器网络完成该任务而不分配该任务给移动装置。

在步骤S113中，如果一个移动装置正在移出一个传感器网络的覆盖范围，而当前分配给该移动装置的任务还未完成，则传感器网络向该移动装置发出一个警示信号。该移动装置接收到该警示信号后，弹出一个窗口或发出一个警示音等，以提醒该移动装置的用户，该移动装置正在执行传感器网络分配的任务。如果该用户在看到该警示信号之后不再继续移出，则该移动装置能够继续完成分配的任务。相反地，如果该用户继续移出一个传感器网络的覆盖范围，则传感器网络分配的任务未完成。则在步骤S115，由该传感器网络处理未完成的任务

图2示出根据本发明的一个实施例的传感器节点的结构方框图。该传感器节点是一个传感器网络的一部分。

传感器节点200包括一个发现单元220，用于发现临时进入该传感器网络的覆盖范围内的移动装置并建立与移动装置的通信信道。发现单元220可以是一个短距离无线通信收发机。

该传感器节点200还包括一个分配单元230，用于在发现单元220发现移动装置进入传感器网络的覆盖范围后，分配任务给该移动装置，从而利用该移动装置来完成该传感器网络分配的任务。

此外，该传感器节点200还可以包括一个鉴别单元240和监测单元270。发现单元进一步可以包括捕捉单元222和确认单元224。分配单元进一步可以包括划分单元232。

发现单元220的捕捉单元222定期地或以某一可变时间间隔捕捉移动装置发出的信号。例如，捕捉单元222每隔10秒-1分钟捕捉一次移动装置发出的信号，以检测该移动装置是否已进入该传感器网络的覆盖范围内。

上述时间间隔的选择可以综合考虑各种因素，包括尽可能多地检测到移动装置和尽可能低地消耗传感器网络能耗，以达到一种希望的折衷，这视具体情况而定。如果一个传感器节点具有较强的能量，则可以利用较短的时间间隔例如每隔10秒捕捉一次信号，而如果该传感器节点的能量下降，则可以将时间间隔选择为较长一些，例如30-60秒。

发现单元220的确认单元224用于根据捕捉到的无线信号来确认该移动装置已进入该传感器网络的覆盖范围内。

传感器节点200的鉴别单元240用于鉴别移动装置以决定是否将任务分配给该移动装置完成。移动装置的鉴别可以是检查该移动装置的用户是否授权其他的网络或设备使用该移动装置，也可以是传感器节点确定是否希望使用该移动装置。鉴别移动装置的规则可以是用户的身份、移动装置的本身的安全性、数据的保密性要求等等。

当鉴别单元240确认可以给进入传感器节点的移动装置分配任务后，捕捉单元222接收来自移动装置的业务列表。分配单元230将接收的业务列表与传感器网络要执行的任务相匹配，找到能够分配给该移动装置的任务。

分配单元230的划分单元232可以将一个较大的任务划分为多个较子任务。再由分配单元230至少将这多个较子任务之一分配给移动装置。

监测单元270为将要分配给移动装置的任务建立一个处理状态列表并将各个任务的状态全部置为“未完成”。

分配单元230将一个任务分配给移动装置后，监测单元270监测来自移动装置的与分配的任务的处理情况相关的信息。当接收到任务已完成的信息后，监测单元270将任务状态列表中对应的任务的状态修改为“已完成”。之后，分配单元230可以继续分配下一个任务给该移动装置。

当发现单元220发现该移动装置离开了传感器网络的覆盖范围后，分配单元230检查处理状态列表。如果有任务未完成，则由传感器网络自己完成该任务。

可以理解，传感器节点200还包括一个感应单元(图中未示出)，用于完成传感器的探测功能。例如，它可以是温度传感器、湿度传感器、光传感器等等。

虽然图2中单独示出了一个传感器节点200集成了发现单元220(包括捕捉单元222、确认单元224)、分配单元230(包括划分单元232)、鉴别单元240和监测单元270。但是应当理解，这些单元以及它们的子单元中的一些可配置在一个传感器节点200中，而另一些单元及其子单元可配置在该传感器网络中的另一个传感器节点中。例如，一个传感器节点具有发现单元220，当该节点发现一个移动装置进入该传感器网络的覆盖范围后，通知另一个具有分配单元230的传感器节点分配任务给该移动装置并且由另一个具有监测单元270的节点监测任务的处理情况。只要该传感器网络能够协同运行即可。

同理，子单元亦可与主单元分别属于一个传感器网络的不同传感器节点，如划分单元232属于一个传感器节点，而分配单元230属于另一个传感器节点，只要这两个传感器节点可以进行通讯即可。

此外，这些单元中的一些或全部还可以利用软件来实现。

图3示出根据本发明的一个实施例的移动装置的结构方框图。移动装置300包括接收单元310，处理单元320。接收单元310通过短距离无线通信协议与传感器网络通信，以接收传感器网络发来的任务。处理单元320用于完成所接收的任务。该移动装置是一个移动电话。当然，该移动装置可以是PDA(个人数字助理)、智能电话、媒体播放机等。

移动装置300可以在其自身的显示单元(未示出)上显示当前状态信息，从而使该移动装置300的用户能够明了该移动装置300的当前状态，并据此确定是否允许该移动装置300为一个传感器网络或传感器节点200所利用。

移动装置还可以包括发送单元330和一个生成单元340。

发送单元330用于任务的结果或任务完成标志发送回传感器网络。这样，当移动装置300完成了传感器网络分配的一个任务后，可以等待下一个任务。

生成单元340用于根据该移动装置的配置信息以及当前状态信息生成一个业务列表，以表明该移动装置具有的功能及其当前可用性信息。移动装置300通过发送单元330将该业务列表发送至传感器网络，使得传感器网络能够根据该列表将适合的任务分配给该移动装置300。

应当理解，所述接收单元310和发送单元330合并起来可以是一个短距离无线通信的收发机。此外，该移动装置还可以在另一个频谱段(例如GSM，CDMA和3G等等)中工作。

以下对本发明的传感器网络的使用进行示例性说明。

图4示出完成传感器网络任务的方法的一个实施例的示意图。一个传感器网络400由多个传感器节点200组成。当移动装置300移动到位置A时，传感器网络400发现它进入其覆盖范围内并获取该移动装置300的业务列表。在移动装置300处于传感器网络400的覆盖范围内的期间，也就是在位置B时，传感器网络400根据获取的业务列表选择合适的任务分配给移动装置来完成。当移动装置300移动到位置C时，传感器网络300发现移动装置300移出覆盖范围时，则注销该移动装置并将未完成的任务由传感器网络自己完成。

图5示出完成传感器网络任务的方法的另一个实施例的示意图。当多个移动装置F和G临时进入传感器网络的覆盖范围内时，传感器网络可以获得多个移动装置的业务列表，并根据这些业务列表分配不同任务给多个移动装置。

图6示出完成传感器网络任务的方法的又一个实施例的示意图。如果一个传感器节点A想发送数据给一个传感器节点D，而此时移动装置F和G进入其覆盖范围并可以提供数据转发服务，则该传感器节点A不通过传感器节点C等多个节点所在的路线来发送该数据，而是直接发送该数据给移动装置F，利用该移动装置F较强的通信能力直接发送该数据至目的节点D。

另一种情况下，如果该传感器节点A不在移动装置F的覆盖范围内，而节点C在移动装置F的覆盖范围内，则可以由节点A先发送数据至节点C，再通过移动装置F来传输数据到节点D。

进一步，如果移动装置F发现另一移动装置G对于该传感器网络是可用的，则移动装置F还能够通过移动装置G来转发数据。例如，如果一个传感器节点A想发送数据给一个传感器节点E，则该传感器节点A可以不通过节点B所在的路线发送该数据，而是将该数据直接发送给移动装置F，由移动装置F将该数据转发给移动装置G。最后，通过移动装置G将该数据交换给传感器节点E。

此外，移动装置F还能够根据一个传感器网络的要求将传感器网络的数据转发到外部的其他网络。

虽然上面结合特定的实施例描述了本发明的由移动装置完成传感器网络的任务的方法以及相应的传感器网络、传感器节点和移动装置，但是应当明白，本发明也可以有其他的应用，并且本发明并不限于本文所述的特定内容。

应当理解，本领域的技术人员根据以上的描述还可以作出许多替代、修改与变化。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之内时，应该被包括在本发明中。

Claims (25)

1.一种完成一个传感器网络的一个任务的方法，包括步骤：

a.发现一个临时进入该传感器网络的覆盖范围内的移动装置；和

b.分配该任务给该移动装置，从而利用该移动装置来完成该任务。

2.如权利要求1所述的方法，其中步骤a包括步骤：

捕捉所述移动装置发出的无线信号；和

根据该无线信号，确认该移动装置已进入所述传感器网络的覆盖范围内。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述任务至少是数据交换、计算和存储之一。

4.如权利要求1所述的方法，其中步骤b包括步骤：

将所述任务划分成多个子任务；和

分配该多个子任务中的至少一个子任务给该移动装置，从而利用该移动装置来完成该至少一个子任务。

5.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：

c.鉴别所述移动装置的身份。

6.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：

d.接收所述移动装置发送来的一个业务列表，该业务列表描述该移动装置具有的功能及其当前可用性。

7.如权利要求6所述的方法，其中步骤b包括步骤：

将所述业务列表与所述任务进行匹配；

根据匹配结果，将该任务分配给所述移动装置。

8.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：

e.建立一个任务状态列表，该任务状态列表反映与所述任务的处理情况相关的信息。

9.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：

f.接收来自所述移动装置的与所述任务处理情况相关的信息。

10.如权利要求9所述的方法，还包括步骤：

g.当发现所述移动装置已离开所述传感器网络的覆盖区域且所述任务并未被完成时，由所述传感器网络完成该任务。

11.一种传感器网络，包括：

一个发现单元，用于发现一个临时进入该传感器网络的覆盖范围内的移动装置；和

一个分配单元，用于分配该任务给该移动装置，从而利用该移动装置来完成该任务。

12.如权利要求11所述的传感器网络，其中所述发现单元包括：

一个捕捉单元，用于捕捉所述移动装置发出的无线信号；和

一个确认单元，用于根据该无线信号确认该移动装置已进入所述传感器网络的覆盖范围内。

13.如权利要求12所述的传感器网络，其中：

所述捕捉单元还用于接收所述移动装置发送的一个业务列表，该业务列表描述该移动装置具有的功能及其当前可用性。

14.如权利要求11所述的传感器网络，其中所述分配单元包括：

一个划分单元，用于将所述任务划分为多个子任务。

15.如权利要求11所述的传感器网络，还包括：

一个鉴别单元，用于鉴别所述移动装置的身份。

16.如权利要求11所述的传感器网络，还包括：

一个监测单元，用于建立一个任务状态列表，该任务状态列表反映与所述任务的处理情况相关的信息。

17.一种传感器节点，包括：

一个发现单元，用于发现一个临时进入该传感器节点的覆盖范围内的移动装置；和

一个分配单元，用于分配该任务给该移动装置，从而利用该移动装置来完成该任务。

18.如权利要求17所述的传感器节点，其中所述发现单元包括：

一个捕捉单元，用于捕捉所述移动装置发出的无线信号；和

一个确认单元，用于根据该无线信号确认该移动装置已进入所述传感器节点的覆盖范围内。

19.如权利要求18所述的传感器节点，其中：

所述捕捉单元还用于接收所述移动装置发送的一个业务列表，所述业务列表描述该移动装置具有的功能及其当前可用性。

20.如权利要求17所述的传感器节点，其中所述分配单元包括：

一个划分单元，用于将所述任务划分为多个子任务。

21.如权利要求17所述的传感器节点，还包括：

一个鉴别单元，用于鉴别所述移动装置的身份。

22.如权利要求17所述的传感器节点，还包括：

一个监测单元，用于建立一个任务状态列表，该任务状态列表反映所述任务的处理情况相关的信息。

23.一种移动装置，包括：

一个接收单元，用于从一个传感器网络接收一个任务；

一个处理单元，用于处理该任务。

24.如权利要求23所述的移动装置，还包括：

一个发送单元，用于发送与所述任务的处理情况相关的信息给该传感器网络。

25.如权利要求23所述的移动装置，还包括：

一个生成单元，用于生成一个业务列表，该业务列表描述该移动装置具有的功能及其当前可用性。

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