CN101431527A - 为在无线传感器网络中传送信标而分配时隙的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种为了在操作于信标模式下的无线传感器网络中传送信标而分配时隙的方法和设备。在根据本发明的用于分配时隙的方法和设备中，分配给网络的总时隙被划分为N块，并且选择在特定节点能够直接地和无线地传送到的节点中、时隙被排外地分配到的节点作为父节点，网络被划分为两个或更多以父节点为中心的区域，N个块中具有分配给父节点时隙的块和相邻块被分别分配给所述区域，分配在属于分配给在已划分的区域中特定节点属于区域的块的时隙之中、尚未被分配的时隙，作为特定节点的时隙。

Description

为在无线传感器网络中传送信标而分配时隙的设备和方法
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2007年11月9日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2007-0114196的优先权，该申请的公开全部合并在此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种为了由特定节点在操作在信标(beacon)模式下的无线传感器网络中传送信标而分配时隙、以减小发生在信标模式下的直接或间接信标冲突的设备和方法。
本发明源自信息通信部(MIC)和高级信息技术研究所(IITA)的信息技术(IT)研究&发展(R&D)项目[2005-S-038-03，UHF RF-ID及无所不在的网络技术发展]。
背景技术
在操作在信标模式下的无线传感器网络中，节点具有直接/间接冲突。
图1是图示现有技术中信标直接冲突示例的概念图。
参考图1，以节点ZR1为中心的圆周指明节点ZR1可直接无线传送信号的区域(在下文中，被称为“无线传送范围”或“传送范围”)，并且以节点ZR2为中心的圆周指明节点ZR2的传送范围。当生成一个或多个信标的节点存在于它们的范围中并且几乎同时生成信标时，外围的节点未接收到信标信息，然后直接冲突发生。由于节点ZR1和节点ZR2间的直接冲突，节点N1不能接收信标信息。
图2是图示了现有技术中信标间接冲突的示例的概念图。
参考图2，当生成两个或更多信标的节点几乎同时传送信标而它们互相未识别并且具有重叠的传送范围时，处于重叠的传送范围内的节点未接收到信标信号，然后间接冲突发生。由于节点ZR1和ZR2具有包括节点N1的重叠的传送范围，所以当节点ZR1和ZR2几乎同时传送信标到节点N1时，由于间接冲突，节点N1不能接收信标。
在相关的现有方法中，通过在传感器网络的每一簇中选择一个称为簇标首(cluster header)的代表节点并且与相邻簇的代表节点交换状态信息来确定时隙，或者通过将每一簇的位置信息分为块来确定时隙。然而，现有方法是基于生成信标的称为簇标首的节点是适当地位于预定簇范围内、并且在簇中仅仅簇标首生成信标信号的假设。然而，在实际的无线传感器网络中，每一节点频繁地位于或分布在非预定位置的任何位置中，并且能够生成多个信标信号的节点可以位于非常高密度环境下的一个簇范围中。因此，传统的方法有引起信标模式的直接/间接冲突的问题。
发明内容
本发明提供了一种为了在无线传感器网络中传送信标而分配时隙的设备和方法，通过此，在操作于信标模式下的无线传感器网络中防止了与外围节点的直接/间接冲突，从而防止了数据延迟及数据再传送。
根据本发明的一个方面，提供了一种为了在无线传感器网络中传送信标而分配时隙的方法，包括：将分配给网络的总时隙划分为N块；选择在属于所述网络的特定节点能够直接地和无线地传送到的节点之中、时隙被排外地分配到的节点，作为父节点；将网络划分为两个或更多个以父节点为中心的区域，并且将N个块中具有分配给父节点的时隙的块和相邻块分别分配到所述区域；以及分配在属于被分配到在已划分的区域之中特定节点所属区域的块的时隙中、尚未被分配的时隙，作为特定节点的时隙。
根据本发明的另一个方面，提供了一种为了在无线传感器网络中传送信标而分配时隙的设备，包括：父节点选择单元，用于选择在要被分配当前时隙的特定节点能够直接地和无线地传送到的节点中、时隙被排外地分配到的节点，作为父节点；块分配单元，用于将被分配到特定节点所属网络的总时隙划分为N个块，将网络划分为两个或更多个以父节点为中心的区域，并且分别向所述区域分配在N个块之中具有分配给父节点的时隙的块和相邻块；以及时隙分配单元，用于分配在属于被分配到在已划分的区域之中特定节点所属区域的块的时隙中、尚未被分配的时隙，作为特定节点的时隙。
附图说明
通过参考所附附图详细描述本发明的示例性的实施方式，本发明的上述和其它的特征和优点将变得更明显。其中：
图1是图示了现有技术中信标直接冲突的示例的概念图。
图2是图示了现有技术中信标间接冲突的示例的概念图。
图3是图示了根据本发明的实施例的选择父节点(parent node)的方法的概念图；
图4是图示了根据本发明的又一实施例的决定块的方法的概念图；
图5是图示了根据本发明的又一实施例的决定块的方法的概念图；
图6是图示了根据本发明的又一实施例的用于分配时隙的方法的流程图；以及
图7是根据本发明的又一实施例的用于分配时隙的设备的结构图。
具体实施方式
现在，将在下文参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的优选实施例。
根据本发明的实施例的用于分配时隙的方法将被顺序地用以下步骤描述：选择父节点、决定块、及分配时隙。
在操作在信标模式的无线传感器网络中，假设每一节点能够识别它自己的位置的信息。在决定了将从无线传感器网络中可用的总时隙中划分的块的最大数目N后，分配给最早操作节点的时隙所属块的序号被指明。然后，块的序号可能被指定为1。相应地，无线传感器网络中的所有块具有1～N的块序号。
作为第一步骤，下面将描述父节点的选择：
在操作在信标模式的无线传感器网络中，每一节点收集位于无线传送范围内的其它节点(下文中，称作“邻居节点”)的信息。通过使用包含在该信息中的通信质量、距离、时隙等各种值，每一节点选择自己的父节点。在本发明中，在邻居节点中排外地使用分配的时隙的节点被选作每一节点的父节点。这是为了防止当具有由其它邻居节点使用的时隙的节点被选作父节点时发生的直接冲突。
图3是图示了根据本发明的实施例的选择父节点的方法的概念图。
参考图3，无线传感器网络包含节点a 350、节点b 320、节点c 360、节点d 330、节点e 340、及节点n 310。时隙4、7、1、2和7被分别分配给节点a、b、c、d和e。给予每一时隙的数字指明被分配给每一节点的时间是不同的。在此，例如，情况是时隙将被分配给节点n。
在位于节点n的传送范围315内的节点b 320、节点d 330和节点e 340中，节点b 320和节点e 340有相同时隙7。在这种情况下，当节点b 320或节点e 340被选作父节点时，间接冲突发生。因此，具有唯一时隙2的节点d 330将被作选父节点。
在作为第二步骤的块决定中，节点通过使用它自己的位置信息和父节点的位置信息来确定它自己的块。与具有分配给父节点的时隙的块邻近的每一块被分配到基于父节点划分的每个区域，从而属于所述区域之一的特定节点被分配与具有分配给父节点的时隙的块临近的块之一。
图4是图示了根据本发明的又一实施例的决定块的方法的概念图。
参考图4，当父节点被指明为节点m 410并且具有分配给父节点的时隙的块被指明为第Pblock块时，第(Pblock-2)块、第(Pblock-1)块、第(Pblock+1)块和第(Pblock+2)块被分配给新加入网络的节点A 420所属的区域。因此，第(Pblock-2)块被分配给节点A位于的区域，并且第(Pblock+2)块被分配给节点B位于的区域。当计算的值大于Blockmax或者小于1时，如果Blockmax是网络的最后块的序号，则它自己块的序号基于循环方法(例如，1，2，...Blockmax，1，...)来决定。即，当父节点属于的块的序号是2并且Blockmax是8时，节点A 420属于的块的序号是8，并且节点B 430属于的块的序号是4。
然而，当在位置上父节点和子节点非常接近彼此时，上述的方法使很多块存在于非常窄的空间中。因此，为了使具有相同块值的节点位于特定的范围中，当子节点和父节点间的距离小于特定范围时，子节点可以属于父节点的相同块。
图5是图示了根据本发明的又一实施例的决定块的方法的概念图。
参考图5，根据块决定计算方法，块5被分配给节点c 530和节点a 510位于的区域，其中节点c 530和节点a510具有属于块7的节点b 520作为父节点。然而，当特定范围内属于相同块的节点数目增加时，增加了信标直接/间接冲突的概率。因此，属于节点b 520位置的特定范围(例如，无线传送范围/2 525)的节点c 530可以如作为父节点的节点b 520一样属于块7。
作为最后步骤，下面将描述时隙的分配：
当无线传感器网络中可用时隙的最大数目被指明为slot_num时，包括在一个块中时隙slot_in_block的数目是slot_num/N。然后，当具有序号k(k是1～N间的自然数)的特定块的第一时隙数被指明为start_slot并且最后时隙数被指明为end_slot时，定义start_slot＝slot_in_block*(k-1)+1，end_slot＝slot_in_block*k或end_slot＝slot_num(当k是N时)。
接下来，在节点的块被决定后，节点依次比较之前收集的邻居节点的时隙的信息和计算的块中的时隙的信息，并且决定未使用的时隙作为它自己的时隙。
然而，在这个过程中，当处于相似位置的两个节点被连接到相同父节点时，两个节点属于相同的块，并且由于它们具有相同的邻居节点信息所以可能被分配相同的时隙。为了避免这种情况，本发明使用到父节点的连接的序号i。即，即使两个节点被连接到父节点，两个节点中的每个具有不同的连接序号。因此，当来自父节点的地址被分配给每个节点时，不同地给予地址值。相应地，每一节点能够使用地址值来计算它自己的连接序号值。
在本发明中，连接序号值被用于计算start_slot值。代替上面使用的start_slot＝slot_in_block*(k-1)+1，start_slot＝slot_in_block*(k-1)+1＝i被使用。
根据本发明的用于分配时隙的方法的全部描述如下：
图6是图示了根据本发明的又一实施例的用于分配时隙的方法的流程图。
参考图6，在步骤S605中，无线传感器网络中可用的总时隙被划分为N块。接着，在步骤S610中，新加入无线传感器网络的特定节点收集邻居节点的信息(块值、时隙值、信号强度等)。接着，基于该信息选择潜在的父节点。然后，在步骤S620中，可基于该信息生成适合的父节点列表，以从列表中选择父节点。
当存在使用与选择的父节点的时隙相同时隙的节点时，将再一次选择父节点。然后，在步骤S640中，可以使用在步骤S620中生成的父节点列表。
在父节点被选择之后，通过使用父节点的位置和具有分配给父节点的时隙的块的序号，决定要分配给节点所属区域的块。然后，当节点位于距离父节点位置的特定距离内时，例如，在父节点的传送范围/2时，步骤S650中节点将属于与父节点的块相同的块。
接下来，在属于分配给特定节点所属区域的块的时隙中，向特定节点分配尚未被使用的时隙。然后，为了防止将相同时隙分配给具有相同父节点的节点，在步骤S660中使用到父节点的连接的序号i。在步骤S670中，为分配的时隙生成信标信号。
下面将描述根据本发明的用于分配时隙的设备：
图7是根据本发明的又一实施例的用于分配时隙的设备的结构图。
参考图7，父节点选择单元710收集邻居节点的信息，此后通过使用在该信息中包括的通信质量、距离、时隙等不同值来选择父节点。然后，在本发明中，在邻居节点中，排外地使用分配的时隙的节点被选作父节点。这是为了防止当具有由其它邻居节点使用的时隙的节点被选作父节点时发生的间接冲突。
块分配单元720定义块的最大数目N用于划分在无线传感器网络中可用的总时隙，将总时隙划分为N块，然后为每一块指定块序号。接着，使用父节点的位置信息和节点的位置信息决定节点的区域。具有分配给父节点的时隙的块的每一相邻块被分配到基于父节点划分的每一区域，从而向属于所述区域之一的特定节点分配具有分配给父节点的时隙的块的相邻块之一。
然后，在如分配时隙的方法、基于父节点位置划分四个区域之后，当具有分配给父节点的时隙的块的序号是k时，块序号k-2、k-1、k+1及k+2中的每个可以被分配给每一区域。
进一步地，可以关于距父节点位置的特定范围，例如距父节点的传送范围/2的区域，来分配具有分配给父节点的时隙的块。
时隙分配单元730操作如下：当无线传感器网络中可用时隙的最大数目被指明为slot_num时，包括在一个块中时隙slot_in_block的数目被指明为slot_num/N。然后，当具有序号k(k是1～N间的自然数)的特定块的第一时隙数被指明为start_slot，并且最后时隙数被指明为end_slot时，定义start_slot＝slot_in_block*(k-1)+1，end_slot＝slot_in_block*k或end_slot＝slot_number(当k是N时)。
因此，在块被决定后，在从对应于start_slot的时隙到对应于end_slot的时隙的时隙之中，时隙分配单元730依次比较收集的邻居节点的时隙信息和计算的块中时隙的信息，并且决定未使用的时隙作为节点的时隙。
然后，为了防止时隙与具有相同父节点并且位于相似位置的另一个节点的时隙重叠，优选考虑到父节点的连接的序号i。即，在从对应于start_slot+i的时隙到对应于end_slot的时隙的时隙之中，分配时隙。
根据本发明，使用每一节点的位置信息来防止直接/间接信标冲突，从而防止了网络中的一般数据延迟和每一节点的不必要能量损耗，从而增加了维持网络的时间。
尽管已经参考本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解，可在其中进行各种形式上和细节上的各种改变，而不脱离由接下来的权利要求所限定的本发明的精神和范围。

Claims (8)

1、一种为了在无线传感器网络中传送信标而分配时隙的方法，包括：
将分配给网络的总时隙划分为N块；
选择在属于所述网络的特定节点能够直接地和无线地传送到的节点之中、时隙被排外地分配到的节点，作为父节点；
将网络划分为两个或更多个以父节点为中心的区域，并且将N个块中具有分配给父节点的时隙的块和相邻块分别分配到所述区域；以及
分配在属于被分配到在已划分的区域之中特定节点所属区域的块的时隙中、尚未被分配的时隙，作为特定节点的时隙。
2、根据权利要求1的方法，其中所述分配块的步骤包括：
当具有分配给父节点的时隙的块的序号是k时，将第k-2块分配到父节点的位置中左下部分处的区域、将第k-1块分配到右下部分处的区域、将第k+1块分配到右上部分处的区域、以及将第k+2块分配到左上部分。
3、根据权利要求1的方法，其中所述分配块的步骤将具有分配给父节点的时隙的块分配到距父节点位置特定距离内的区域。
4、根据权利要求1的方法，其中，所述分配时隙的步骤分配在属于被分配到特定节点所属区域的块的时隙中、从与到父节点的连接的序号对应的时隙到与最后序号对应的时隙的时隙之中的尚未被分配的时隙作为特定节点的时隙。
5、一种为了在无线传感器网络中传送信标而分配时隙的设备，包括：
父节点选择单元，用于选择在要被分配当前时隙的特定节点能够直接地和无线地传送到的节点中、时隙被排外地分配到的节点，作为父节点；
块分配单元，用于将被分配到特定节点所属网络的总时隙划分为N个块，随后将网络划分为两个或更多个以父节点为中心的区域，并且分别向所述区域分配在N个块之中具有分配给父节点的时隙的块和相邻块；以及
时隙分配单元，用于分配在属于被分配到在已划分的区域之中特定节点所属区域的块的时隙中、尚未被分配的时隙，作为特定节点的时隙。
6、根据权利要求5的设备，其中，当具有分配给父节点的时隙的块的序号是k时，所述块分配单元将第k-2块分配到父节点的位置中左下部分处的区域、将第k-1块分配到右下部分处的区域、将第k+1块分配到右上部分处的区域、以及将第k+2块分配到左上部分。
7、根据权利要求5的设备，其中所述块分配单元将具有分配给父节点时隙的块分配到距父节点位置特定距离内的区域。
8、根据权利要求5的设备，其中所述时隙分配单元分配在属于被分配到特定节点所属区域的块的时隙中、从与到父节点的连接的序号对应的时隙到与最后序号对应的时隙的时隙之中的尚未被分配的时隙作为特定节点的时隙。
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