CN102457867B - 无线网络设备、无线网络系统和无线网络节点控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了无线网络设备、无线网络系统和无线网络节点控制方法。一种无线网络节点控制方法，应用于包括一个汇聚节点和多个子节点的无线网络，该方法包括：根据预定的策略，预先为各个子节点随机设置休眠时间与工作时间；汇聚节点判断各个子节点的当前状态，并根据子节点的当前状态记录该子节点的监测数据，其中：在子节点当前处于工作状态的情况下，直接获取该子节点当前上报的监测数据，对所获取的监测数据进行记录；在子节点当前处于休眠状态的情况下，根据预置算法对该子节点当前的监测数据进行估计，对监测数据的估计值进行记录。通过本发明的实施例，有利于降低无线自组织网络的能量消耗，还可以改善网络的鲁棒性、可靠性及实时性。

Description

无线网络设备、无线网络系统和无线网络节点控制方法

技术领域

本发明一般地涉及无线通信技术领域，尤其是涉及一种无线网络设备、无线网络系统和无线网络节点控制方法。

背景技术

近年来，无线通信技术迅速发展。其中，无线自组织网络以其无需预置网络设施、快速自动组网等优点应用到各种领域。

在无线自组织网络中，介质访问控制(MAC)协议决定无线信道的使用方式，在无线网络节点之间分配有限的无线通信资源。考虑到网络能量消耗对于无线自组织网络而言尤其重要，因此，节能、高效是无线自组织网络MAC层协议研究的重要目标。

为了降低网络节点的能耗，无线自组织网络的MAC层协议将网络节点的通信时间周期性地划分为活跃期(active portion)和非活跃期(inactive portion)两个部分，如图1所示。网络节点在活跃期间处于工作状态，而在非活跃期间，网络中的节点不会相互通信，从而可以进入休眠状态以节省能量。

在无线自组织网络中，多个网络节点共享同一无线信道，并且各节点发送的数据或指令具有随机性，为了减少冲突，通常由MAC层协议来建立共享信道的访问机制。目前最常见的MAC层协议是载波监听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)协议，网络节点在活跃期间采用CSMA/CA方式竞争无线信道资源，以减少冲突的概率。因此，在活跃期间，即使节点不需要进行数据传输，也需要一直保持工作状态，以便对无线信道进行空闲侦听，并且能够随时接收其他节点发送给自己的指令，这种持续的监听和频繁的指令交互都会造成节点不必要的能量消耗。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了无线网络设备、无线网络系统和无线网络节点控制方法。根据本发明实施例的方案，为子节点设置随机的工作时间和休眠时间，而不必考虑活跃期/非活跃期的限制，这样可以更为灵活地为子节点增加休眠时间，从而使得子节点的能量消耗降低。各个子节点分别在所设置工作时间内上报监测数据，不需要有其他的协调指令交互。当子节点处于休眠状态而无法上报监测数据时，汇聚节点根据预置的算法对其监测数据进行估计，从而保证整个网络监测数据的完整性。由此还可以改善系统的鲁棒性、可靠性及实时性。

本发明实施例还提供一种无线网络设备，应用于具有多个子节点的无线网络中，所述子节点监测特定对象的情况并获得监测数据，所述无线网络设备包括：调度模块、子节点状态判断模块、监测数据获取模块、监测数据估计模块和数据记录模块，其中：

调度模块，用于根据预定的策略为各个子节点预先随机设置休眠时间与工作时间，并将设置结果下发至相应的子节点；

子节点状态判断模块，用于判断各个子节点的当前状态；

监测数据获取模块，用于在所述子节点状态判断模块判断子节点当前处于工作状态的情况下，直接获取该子节点当前上报的监测数据，将所获取的监测数据作为与该子节点对应的待记录监测数据发送至所述数据记录模块；

监测数据估计模块，用于在所述子节点状态判断模块判断子节点当前处于休眠状态的情况下，根据预置算法对该子节点当前的监测数据进行估计，将监测数据的估计值作为与该子节点对应的待记录监测数据发送至所述数据记录模块；

数据记录模块，用于接收所述监测数据获取模块或所述监测数据估计模块发送的待记录监测数据并进行记录。

根据本发明实施例的另一个方面，提供一种无线网络系统，包括汇聚节点和多个子节点，

所述子节点监测特定对象的情况并获得监测数据，所述子节点包括：

时间设置模块，用于根据预定的策略，随机设置自身的休眠时间与工作时间；

监测数据上报模块，用于在工作时间将监测数据上报至所述汇聚节点；

所述汇聚节点包括：子节点状态判断模块、监测数据获取模块、监测数据估计模块和数据记录模块，其中：

子节点状态判断模块，用于判断各个子节点的当前状态；

监测数据获取模块，用于在所述子节点状态判断模块判断子节点当前处于工作状态的情况下，直接获取该子节点当前上报的监测数据，将所获取的监测数据作为与该子节点对应的待记录监测数据发送至所述数据记录模块；

监测数据估计模块，用于在所述子节点状态判断模块判断子节点当前处于休眠状态的情况下，对该子节点当前的监测数据进行估计，将监测数据的估计值作为与该子节点对应的待记录监测数据发送至所述数据记录模块；

数据记录模块，用于接收所述监测数据获取模块或所述监测数据估计模块发送的待记录监测数据并进行记录。

根据本发明实施例的另一个方面，提供一种无线网络节点控制方法，应用于包括一个汇聚节点和多个子节点的无线网络，所述子节点监测特定对象的情况并获得监测数据，所述无线网络节点控制方法包括：

根据预定的策略，预先为各个子节点随机设置休眠时间与工作时间；

汇聚节点判断各个子节点的当前状态，并根据子节点的当前状态记录该子节点的监测数据，其中：

在子节点当前处于工作状态的情况下，直接获取该子节点当前上报的监测数据，对所获取的监测数据进行记录；

在子节点当前处于休眠状态的情况下，根据预置算法对该子节点当前的监测数据进行估计，对监测数据的估计值进行记录。

根据本发明实施例的另一个方面，提供一种网关，包括如前所述的无线网络设备。

根据本发明实施例的再一方面，还提供了一种存储有机器可读取的指令代码的程序产品，所述指令代码由机器读取并执行时，可执行上述的无线网络节点控制方法。

根据本发明实施例的另一方面，一种存储介质，其承载有机器可读取的指令代码，所述指令代码由机器读取并执行时，可执行上述的无线网络节点控制方法。

在下面的说明书部分中给出本发明实施例的各种具体实现方式，其中，详细说明用于充分地公开本发明实施例的优选实施例，而不对其施加限定。

附图说明

下面结合具体的实施例，并参照附图，对本发明实施例的上述和其它目的和优点做进一步的描述。在附图中，相同的或对应的技术特征或部件将采用相同或对应的附图标记来表示。在各附图中：

图1是现有技术的无线自组织网络节点通信时间划分示意图；

图2是星型网络的结构示意图；

图3是分层网络的结构示意图；

图4是分簇网络的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的无线网络设备的一种结构示意图；

图6是根据本发明实施例的工作时间/休眠时间的一种设置示意图；

图7是根据本发明实施例的无线网络设备的另一种结构示意图；

图8是根据本发明实施例的工作时间/休眠时间的另一种设置示意图；

图9根据本发明实施例的子节点的一种结构示意图；

图10根据本发明实施例的汇聚节点的一种结构示意图；

图11根据本发明实施例的汇聚节点的另一种结构示意图；

图12是根据本发明的实施例的节点控制方法的流程图；

图13是根据本发明的实施例的节点控制方法的另一流程图；

图14是作为本发明的实施例中所采用的信息处理设备的个人计算机的示例性结构的框图。

具体实施方式

下面参照附图来详细说明本发明实施例。

本发明实施例所提供的方案，适用于包括一个中心节点和多个子节点的星型无线网络结构。星型结构是无线自组织网络拓扑结构中的一种基本类型。图2所示为一种基本的星型网络结构示意图，0-9分别代表无线网络节点，其中节点0为中心节点、节点1-8为节点0的子节点，各个子节点分别与中心节点进行通信，中心节点具有数据汇聚的功能，因此，星型网络中的中心节点也可以称为汇聚节点。

在一些较为复杂的自组织网络应用环境中，常常通过分层、分簇等方式建立网络拓扑结构，图3所示为分层结构的示意图，图4所示为分簇结构的示意图。可见，星型结构是分层、分簇结构中的基本构成单元，在分层、分簇结构网络中，星型结构中的汇聚节点还担任网关节点或中继节点的角色。

星型结构网络中的各个子节点分布于不同的位置，用于监测特定对象的情况并获得监测数据，例如，通过子节点中内置的传感器，采集子节点所在位置周边环境的诸如温度、湿度、压力、气体成分等多种物理信号，并且将所采集的信号转换为相应的监测数据，各个子节点将自身的监测数据上报至汇聚节点。可见，本发明实施例的方案的一个具体的应用领域可以是无线传感器网络，当然其应用领域并不限于此。在分层或分簇网络结构中，汇聚节点将各个子节点的监测数据进一步上报至自身的上级节点，上级节点再将该监测数据上报至用户侧设备，而在简单网络中，汇聚节点也可能直接将监测数据上报至用户侧设备，或者用户侧设备本身就是汇聚节点，这些并不影响本发明实施例方案的实现。

在本发明实施例所提供的方案中，各个子节点具有随机设置的休眠时间与工作时间。在某个子节点当前处于工作状态的情况下，汇聚节点直接获取该子节点当前上报的监测数据，对所获取的监测数据进行记录；而在某个子节点当前处于休眠状态的情况下，汇聚节点根据预置算法对该子节点当前的监测数据进行估计，对监测数据的估计值进行记录。

根据本发明实施例的上述方案，通过为子节点设置随机的工作时间和休眠时间来更为灵活地为子节点增加休眠时间，从而使得子节点的能量消耗降低。当网络中子节点处于休眠状态而无法上报监测数据时，汇聚节点根据预置的算法对其监测数据进行估计，从而保证整个网络监测数据的完整性，进而改善网络系统的鲁棒性、可靠性和实时性。

在本发明的一个实施例中，提供了一种无线网络设备，应用于具有汇聚节点和多个子节点的无线网络中。其中，该无线网络设备可以对应于汇聚节点自身，也可以是位于汇聚节点之中的功能模块、或者是独立于汇聚节点的功能实体。子节点监测特定对象的情况、获得监测数据并将监测数据上报给该无线网络设备，可以理解的是，对于无线网络设备独立于汇聚节点的情况，无线网络设备还可以将监测数据进一步发送至汇聚节点。

图5所示为本发明实施例所提供的一种无线网络设备500的结构示意图，包括：调度模块510、子节点状态判断模块520、监测数据获取模块530、监测数据估计模块540和数据记录模块550，其中：

调度模块510，用于根据预定的策略为各个子节点预先随机设置休眠时间与工作时间，并将设置结果下发至相应的子节点；

子节点状态判断模块520，用于判断各个子节点的当前状态；

监测数据获取模块530，用于在子节点状态判断模块520判断子节点当前处于工作状态的情况下，直接获取该子节点当前上报的监测数据，将所获取的监测数据作为与该子节点对应的待记录监测数据发送至数据记录模块550；

监测数据估计模块540，用于在子节点状态判断模块520判断子节点当前处于休眠状态的情况下，根据预置算法对该子节点当前的监测数据进行估计，将监测数据的估计值作为与该子节点对应的待记录监测数据发送至数据记录模块550；

数据记录模块550，用于接收监测数据获取模块530或监测数据估计模块540发送的待记录监测数据并进行记录。

在本实施例中，无线网络设备负责为各个子节点预先随机设置休眠时间与工作时间。在网络建立之后，调度模块510分别为各个子节点随机设置休眠时间与工作时间，并将设置结果下发至相应的子节点。

可以理解的是，随机设置子节点休眠时间与工作时间的具体策略有很多种，例如随机调整子节点休眠时间与工作时间的占空比。本发明实施例所提供的一种方案是：在现有技术中的子节点周期工作/休眠机制(例如图1所示)的基础上，在其工作时间周期(活跃期)内选取随机的时段，并将所选取的时段设置为休眠时间。参见图6所示，与图1相比，相当于将原工作时间段内的一些部分转换为休眠时间。其中，调度模块510可以通过生成随机数，然后将随机数映射到时间轴上的方式，实现随机时段的选取。当然，调度模块510也可以将所生成的随机数发送至相应的子节点，由子节点自行进行映射等操作。应用该方案，在现有的周期工作/休眠机制的基础上，增加了子节点的休眠时间以达到节能目的，同时也保证了与现有无线自组织网络通信协议的兼容性。

无线网络设备为各个子节点设置休眠时间与工作时间的任务，可以在网络初始化的过程中执行，当然，为了适应可能的变化，该任务也以周期性地执行、或者根据特定的事件触发执行。

为各个子节点设置休眠时间与工作时间之后，网络进入运行状态，在网络的运行过程中，汇聚节点一般需要周期性记录各个子节点的监测数据，由于各个子节点的工作/休眠时间都是没有规律的，因此在汇聚节点需要记录监测数据的任一时段，不同的子节点可能处于不同的状态。子节点状态判断模块520首先判断各个子节点的当前状态：对于当前处于工作状态的子节点，由监测数据获取模块530直接获取该子节点当前上报的监测数据并将所获取的监测数据发送至数据记录模块550进行记录，而对于当前处于休眠状态的子节点，由监测数据估计模块540根据预置算法对该子节点当前的监测数据进行估计，然后将监测数据的估计值发送至数据记录模块550进行记录。

由于星型结构网络中各个子节点在空间上的分布都具有一定的相关性，因此监测数据估计模块540可以根据当前处于工作状态的子节点上报的监测数据，对处于休眠状态的子节点当前的监测数据进行估计。当然，单个节点自身所上报的数据在时间分布上也具有相关性，因此也可以根据处于休眠状态的子节点上报的历史监测数据，通过插值法对该子节点当前的监测数据进行估计。可以理解的是，监测数据估计模块540所采用的估计算法还有多种实现方式，本发明实施例并不需要对此进行限定。

由于子节点在处于工作状态时，可以自主上报监测数据，因此所述子节点状态判断模块520可以具体配置为：根据子节点当前是否上报监测数据，判断子节点当前处于工作状态或休眠状态。如果在子节点当前能够上报监测数据，其必然处于工作状态，反之则处于休眠状态，也就是说，判断子节点状态并不需要额外的指令交互。此外，根据该方案，如果子节点损耗或能量耗尽，则节点状态判断模块520也会判断其处于休眠状态，在该子节点被更换或网络重新建立之前，监测数据估计模块540会对该子节点的监测数据进行估计，避免其监测数据的缺失，从而保证整个网络的鲁棒性和可靠性。

参见图7所示，本发明实施例所提供的无线网络设备的一种具体实现方式，还可以进一步包括数据修正模块560，用于在监测数据获取模块530获取子节点当前上报的监测数据后，利用该子节点当前上报的监测数据，对数据记录模块550所记录的监测数据估计值进行修正。

根据前面实施例所述的方案可知，在汇聚节点需要记录监测数据的任一时段，如果子节点处于工作状态，数据记录模块550最终记录的是该子节点所上报的真实监测数据；而如果子节点处于休眠状态，那么数据记录模块550最终记录的是该子节点监测数据的估计值。其中，数据记录模块550在记录这两类数据时，可以分别给予不同的标识。在汇聚节点需要记录监测数据的下一时段，数据修正模块560可以根据子节点最新上报的真实监测数据，对之前所记录的监测数据估计值进行修正。

可以理解的是，对监测数据估计值的修正，也可以通过修正估计算法公式并重新计算估计值来实现。如果监测数据估计模块540采用基于历史数据的估计方式，则子节点最新上报的真实监测数据，将用于对自身所对应的监测数据估计值进行修正；如果监测数据估计模块540采用基于空间相关性的估计方式，则子节点最新上报的真实监测数据，还可以用于对其他子节点所对应的监测数据估计值进行修正。

在上述实施例中，是由无线网络设备统一为各个子节点预先随机设置休眠/工作时间。因此无线网络设备可以通过为各个子节点设置不同的休眠/工作时间以实现更好的无线资源调度。参见图8所示，调度模块510通过为各个子节点在不同的时段设置休眠实现，从而使得各个子节点的工作时间也在一定程度上错开，从而进一步减少数据上报冲突的概率。当然，图8所示仅是为多节点设置休眠/工作时间的一种示例，其不应该理解为对本发明实施例方案的限制。

其中，调度模块510还可以根据其他实际需求，灵活设置子节点休眠时段的长短，例如，可以采用如下的策略中的至少一种：

1)根据各个子节点的剩余能量，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短。对于剩余能量较少的子节点，可以为其选取较长的休眠时段，反之，对于剩余能量较多的子节点，可以为其选取较短的休眠时段，以实现整个网络的能量消耗均衡；

2)根据网络的拥塞情况，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短。当网络拥塞较为严重时，可以统一为各个子节点选取较长的休眠时段，以减少访问冲突，提高网络的实时性；

3)根据对于监测数据的精度需求，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短。该方案可针对所有子节点统一执行，也可以仅针对个别节点执行。

上述几种设置子节点休眠时段的长短的策略，可以分别独立执行，也可以结合执行，当然，这些并不够成对本发明实施例的限制。

应用上述实施例所提供的方案，无线网络设备为各个子节点预先随机设置休眠/工作时间，并将设置结果一次性下发给各个节点，在重新对设置休眠/工作时间进行设置之前，无线网络设备与子节点之间不需要有其他的协调指令交互，当然，子节点相互之间也不需要有任何的协调指令交互。与现有技术相比，减少了指令交互的数量，进而也降低了网络的能量消耗。

本发明实施例还提供一种无线网络系统，其包括多个子节点以及上述的无线网络设备。其中，该无线网络设备可以对应于星型网络的汇聚节点，也可以是位于汇聚节点之中的功能模块。子节点监测特定对象的情况、获得监测数据并将监测数据上报给该无线网络设备。无线网络设备通过为子节点设置随机的工作时间和休眠时间而更为灵活地为子节点增加休眠时间，从而使得子节点的能量消耗降低。各个子节点分别在所设置工作时间内上报监测数据。当子节点处于休眠状态而无法上报监测数据时，无线网络设备根据预置的算法对其监测数据进行估计，从而保证整个网络监测数据的完整性。由此还可以改善系统的鲁棒性和可靠性。此外，本发明实施例所述提供的网络系统，还可以根据网络拥塞情况动态改变部分子节点发送数据包的周期，或非周期性降低发送数据包的个数，以减少访问冲突，提高网络的实时性。

如上所述，这种无线网络系统的一种特定的实现形式例如可以是无线传感器网络系统。

本发明实施例还提供一种网关，其包括上述的无线网络设备。如上所述，这种网关因而能够为其下层的子节点设置随机的工作时间和休眠时间，从而实现相关网络系统的能量节省。当子节点处于休眠状态而无法上报监测数据时，网关能够根据预置的算法对其监测数据进行估计，避免监测数据的缺失，从而保证整个网络监测数据的完整性，进而改善网络系统的鲁棒性和可靠性。此外，本发明实施例所述提供的网关还可以根据网络拥塞情况动态改变部分子节点发送数据包的周期或非周期性降低发送数据包的个数，以减少访问冲突，提高网络的实时性。

此外，应用本发明实施例所提供的网关，在异构网络中，如果上一级网关具有数据估计功能，则可以精简从底层网络得到的信息，根据情况减小上传数据包的个数，在向上一层组包传递的过程中，减轻上层网络数据域的载荷，提高数据传递与处理的效率。

另一方面，在分层网络中，将数据的存储和计算分级于各层网关完成，也将减轻上一级网关的存储与计算负荷，提高数据的存储与计算的效率。在复杂网络结构中，可以利用估计公式形成一个整体的分层估计表，在相关数据充足的情况下，网络最上层可能通过很少的数据估计出整个网络的数据。

本发明实施例还提供另一种无线网络系统，包括汇聚节点和该汇聚节点的多个子节点。

其中，子节点用于监测特定对象的情况并获得监测数据，参见图9所示，每一个子节点可以包括：

时间设置模块910，用于随机设置自身的休眠时间与工作时间；

监测数据上报模块920，用于在工作时间将监测数据上报至所述汇聚节点。

此外，本领域技术人员可以理解的是，在子节点中，还应包括基本的供电块、数据采集以及数据处理模块等，以上模块在图9中并未示出。

参见图10所示，本实施例中的汇聚节点包括：子节点状态判断模块1010、监测数据获取模块1020、监测数据估计模块1030和数据记录模块1040，其中，上述模块的功能与配置方式可以分别与前面实施例中的子节点状态判断模块520、监测数据获取模块530、监测数据估计模块540和数据记录模块550相同或类似，这里不再进行重复说明。

参见图11所示，本实施例所提供的汇聚节点，还可以进一步包括数据修正模块1150，用于在监测数据获取模块1020获取子节点当前上报的监测数据后，利用该子节点当前上报的监测数据，对数据记录模块1040所记录的监测数据估计值进行修正。该修正模块1150的功能与配置方式可以与前面实施例中的修正模块560相同或类似，这里不再进行重复说明。

对比图10和图5、图11和图7可知，本实施例所提供的汇聚节点，与前面实施例所提供的无线网络设备相比，区别仅在于缺少了调度模块510。在本实施例中，各个子节点分别具有时间设置模块910，以实现随机设置自身的休眠时间与工作时间。时间设置模块910设置休眠时间与工作时间可以采用的具体策略与协调模块510基本类似，区别仅在于，各个子节点彼此独立地设置休眠时间与工作时间，因此不需要统一考虑子节点之间的相关性。

例如。时间设置模块910可以在子节点周期工作/休眠机制的基础上，在其工作时间周期(活跃期)内选取随机的时段，并将所选取的时段设置为休眠时间。时间设置模块910也可以根据子节点自身的剩余能量，或者系统对监测数据的精度需求，或者根据网络的拥塞情况，动态调整自身休眠时间的长短。

应用本实施例所提供的方案，各个子节点完全自主设置休眠/工作时间，不需要汇聚节点的参与。与前述的无线网络设备(或汇聚节点)为各个子节点设置休眠/工作时间的方式相比，可以进一步减少汇聚节点与子节点之间的协调指令交互。

如上所述，这种无线网络系统的一种特定的实现形式例如可以是无线传感器网络系统。

本发明实施例还提供一种无线网络节点控制方法，适用于包括一个汇聚节点和多个子节点的无线网络，所述子节点监测特定对象的情况并获得监测数据，参见图12所示，该方法可以包括以下步骤：

在步骤S1201，根据预定的策略，预先为各个子节点随机设置休眠时间与工作时间；

其中，所述预定的策略可以包括：在子节点的周期工作/休眠机制的基础上，在工作时间周期内选取随机的时段，并将所选取的时段设置为休眠时间。

在一种具体实现方式中，步骤S1201可以由汇聚节点执行，汇聚节点为各个子节点随机设置休眠时间与工作时间，并将设置结果下发至相应的子节点。

其中，汇聚节点还可以根据其他实际需求，灵活设置子节点休眠时段的长短，例如，可以采用如下的策略中的至少一种：

1)根据各个子节点的剩余能量，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短。对于剩余能量较少的子节点，可以为其选取较长的休眠时段，反之，对于剩余能量较多的子节点，可以为其选取较短的休眠时段，以实现整个网络的能量消耗均衡；

2)根据网络的拥塞情况，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短。当网络拥塞较为严重时，可以统一为各个子节点选取较长的休眠时段，以减少访问冲突，提高网络的实时性；

3)根据对于监测数据的精度需求，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短。该方案可针对所有子节点统一执行，也可以仅针对个别节点执行。

上述几种设置子节点休眠时段的长短的策略，可以分别独立执行，也可以结合执行，当然，这些并不够成对本发明实施例的限制。

关于汇聚节点设置休眠时间与工作时间的具体策略还可以参见时间设置模块510的相关描述，这里不再做重复说明。

可替选地，步骤S1201也可以由各个子节点自主执行，即各个子节点自主随机设置休眠时间与工作时间。

其中，子节点也可以根据其他实际需求，灵活设置自身休眠时段的长短，例如，可以采用如下的策略中的至少一种：

1)根据自身的剩余能量，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短。如果子节点剩余能量较少，可以选取较长的休眠时段，反之，如果子节点剩余能量较多，可以选取较短的休眠时段，以实现整个网络的能量消耗均衡；

2)根据网络的拥塞情况，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短。当网络拥塞较为严重时，子节点可以选取较长的休眠时段，以减少访问冲突，提高网络的实时性；

3)子节点根据系统对于监测数据的精度需求，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短。

上述几种设置子节点休眠时段的长短的策略，可以分别独立执行，也可以结合执行，当然，这些并不够成对本发明实施例的限制。

其中，子节点自主设置休眠时间与工作时间的具体策略还可以参见时间设置模块910的相关描述，这里不再做重复说明。

在步骤S1202，汇聚节点判断各个子节点的当前状态，如果子节点当前处于工作状态，则执行S1203，如果子节点当前处于休眠状态，则执行S1204。

其中，汇聚节点可以根据子节点当前是否上报监测数据，判断子节点当前处于工作状态或休眠状态。如果在子节点当前能够上报监测数据，其必然处于工作状态，反之则处于休眠状态，也就是说，判断子节点状态并不需要额外汇聚节点与子节点之间额外的指令交互。

在步骤S1203，汇聚节点直接获取该子节点当前上报的监测数据，对所获取的监测数据进行记录；

在步骤S1204，汇聚节点根据预置算法对该子节点当前的监测数据进行估计，对监测数据的估计值进行记录。

其中，汇聚节点可以根据当前处于工作状态的子节点上报的监测数据，对处于休眠状态的子节点当前的监测数据进行估计。当然，单个节点自身所上报的数据在时间分布上也具有相关性，因此也可以根据处于休眠状态的子节点上报的历史监测数据，通过插值法对该子节点当前的监测数据进行估计。可以理解的是，汇聚节点所采用的估计算法还有多种实现方式，本发明实施例并不需要对此进行限定。

参见图13所示，本发明实施例还提供一种无线网络节点控制方法，在步骤S1203之后还可以进一步包括步骤S1205，汇聚节点在子节点当前处于工作状态的情况下，获取该子节点当前上报的监测数据后，在步骤S1205，汇聚节点利用该节点当前上报的监测数据，对所记录的该节点的监测数据估计值进行修正。

可以理解的是，对监测数据估计值的修正，也可以通过修正估计算法公式并重新计算估计值来实现。如果汇聚节点采用基于历史数据的估计方式，则子节点最新上报的真实监测数据，将用于对自身所对应的监测数据估计值进行修正；如果汇聚节点采用基于空间相关性的估计方式，则子节点最新上报的真实监测数据，还可以用于对其他子节点所对应的监测数据估计值进行修正。

根据本发明实施例的这种无线网络节点控制方法例如可以应用于无线传感器网络系统中，其中无线网络中各个子节点可以配置为是无线传感器网络中的传感节点。

上述图12和13中示出的本发明实施例的方法的各步骤及其具体操作，例如可以通过上面参照图5-11描述的本发明的无线网络设备或者无线网络系统及各组成模块来执行，并且可以获得类似的技术益处。具体细节可参见上面的描述，在此不再赘述。

另外，还应该指出的是，根据本发明上述的各实施例的设备、系统的功能以及方法的系列处理可以通过硬件、软件和/或固件实现。在通过软件和/或固件实现的情况下，从存储介质或网络向具有专用硬件结构的计算机，例如图14所示的通用个人计算机1400安装构成该软件的程序，该计算机在安装有各种程序时，能够执行各种功能和处理等等。

在图14中，中央处理单元(CPU)1401根据只读存储器(ROM)1402中存储的程序或从存储部分1408加载到随机存取存储器(RAM)1403的程序执行各种处理。在RAM 1403中，也根据需要存储当CPU 1401执行各种处理等等时所需的数据。

CPU 1401、ROM 1402和RAM 1403经由总线1404彼此连接。输入/输出接口1405也连接到总线1404。

下述部件连接到输入/输出接口1405：输入部分1406，包括键盘、鼠标等等；输出部分1407，包括显示器，比如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等等，和扬声器等等；存储部分1408，包括硬盘等等；和通信部分1409，包括网络接口卡比如LAN卡、调制解调器等等。通信部分1409经由网络比如因特网执行通信处理。

根据需要，驱动器1410也连接到输入/输出接口1405。可拆卸介质1411比如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等根据需要被安装在驱动器1410上，使得从中读出的计算机程序根据需要被安装到存储部分1408中。

在通过软件实现上述系列处理的情况下，从网络比如因特网或存储介质比如可拆卸介质1411安装构成软件的程序。

本领域的技术人员应当理解，这种存储介质不局限于图14所示的其中存储有程序、与设备相分离地分发以向用户提供程序的可拆卸介质14711。可拆卸介质1411的例子包含磁盘(包含软盘(注册商标))、光盘(包含光盘只读存储器(CD-ROM)和数字通用盘(DVD))、磁光盘(包含迷你盘(MD)(注册商标))和半导体存储器。或者，存储介质可以是ROM 1402、存储部分1408中包含的硬盘等等，其中存有程序，并且与包含它们的设备一起被分发给用户。

还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。

可见，本发明实施例还公开了一种存储有机器可读取的指令代码的程序产品，这种指令代码由机器读取并执行时，可执行本发明前述实施例的无线网络节点控制方法。同时本发明实施例还公开一种存储介质，其承载有机器可读取的指令代码，所述指令代码由机器读取并执行时，可执行本发明前述实施例的无线网络节点控制方法。

关于包括以上实施例的实施方式，还公开下述附记：

附记1.一种无线网络设备，应用于具有多个子节点的无线网络中，所述子节点监测特定对象的情况并获得监测数据，所述无线网络设备包括：调度模块、子节点状态判断模块、监测数据获取模块、监测数据估计模块和数据记录模块，其中：

调度模块，用于根据预定的策略为各个子节点预先随机设置休眠时间与工作时间，并将设置结果下发至相应的子节点；

子节点状态判断模块，用于判断各个子节点的当前状态；

监测数据获取模块，用于在所述子节点状态判断模块判断子节点当前处于工作状态的情况下，直接获取该子节点当前上报的监测数据，将所获取的监测数据作为与该子节点对应的待记录监测数据发送至所述数据记录模块；

监测数据估计模块，用于在所述子节点状态判断模块判断子节点当前处于休眠状态的情况下，根据预置算法对该子节点当前的监测数据进行估计，将监测数据的估计值作为与该子节点对应的待记录监测数据发送至所述数据记录模块；

数据记录模块，用于接收所述监测数据获取模块或所述监测数据估计模块发送的待记录监测数据并进行记录。

附记2.根据附记1所述的无线网络设备，所述子节点状态判断模块，具体配置为：根据子节点当前是否上报监测数据，判断子节点当前处于工作状态或休眠状态。

附记3.根据附记1或2所述的无线网络设备，所述调度模块，具体配置为：

在子节点的周期工作/休眠机制的基础上，在工作时间周期内选取随机的时段，并将所选取的时段设置为该子节点的休眠时间。

附记4根据附记3所述的无线网络设备，所述调度模块，具体配置为：

根据各个子节点的剩余能量，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短；

和/或

根据网络的拥塞情况，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短；

和/或

根据对于监测数据的精度需求，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短。

附记5.根据附记1或2所述的无线网络设备，所述监测数据估计模块，具体配置为：

根据处于休眠状态的子节点上报的历史监测数据，对该子节点当前的监测数据进行估计；

或

根据当前处于工作状态的子节点上报的监测数据，对处于休眠状态的子节点当前的监测数据进行估计。

附记6.根据附记1或2所述的无线网络设备，还包括：

数据修正模块，用于在所述监测数据获取模块获取子节点当前上报的监测数据后，利用该子节点当前上报的监测数据，对所述数据记录模块记录的监测数据估计值进行修正。

附记7.一种无线网络系统，包括多个子节点，以及如附记1-6任一项所述的无线网络设备。

附记8.一种无线网络系统，包括汇聚节点和多个子节点，

所述子节点监测特定对象的情况并获得监测数据，所述子节点包括：

时间设置模块，用于根据预定的策略，随机设置自身的休眠时间与工作时间；

监测数据上报模块，用于在工作时间将监测数据上报至所述汇聚节点；

所述汇聚节点包括：子节点状态判断模块、监测数据获取模块、监测数据估计模块和数据记录模块，其中：

子节点状态判断模块，用于判断各个子节点的当前状态；

监测数据获取模块，用于在所述子节点状态判断模块判断子节点当前处于工作状态的情况下，直接获取该子节点当前上报的监测数据，将所获取的监测数据作为与该子节点对应的待记录监测数据发送至所述数据记录模块；

监测数据估计模块，用于在所述子节点状态判断模块判断子节点当前处于休眠状态的情况下，对该子节点当前的监测数据进行估计，将监测数据的估计值作为与该子节点对应的待记录监测数据发送至所述数据记录模块；

数据记录模块，用于接收所述监测数据获取模块或所述监测数据估计模块发送的待记录监测数据并进行记录。

附记9.根据附记8所述的无线网络系统，所述时间设置模块，具体配置为：

在子节点的周期工作/休眠机制的基础上，在工作时间周期内选取随机的时段，并将所选取的时段设置为休眠时间。

附记10.根据附记9所述的无线网络系统，所述时间设置模块，具体配置为：

根据子节点的剩余能量，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短；

和/或

根据网络的拥塞情况，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短；

和/或

根据系统对于监测数据的精度需求，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短。

附记11.一种无线网络节点控制方法，应用于包括一个汇聚节点和多个子节点的无线网络，所述子节点监测特定对象的情况并获得监测数据，所述无线网络节点控制方法包括：

根据预定的策略，预先为各个子节点随机设置休眠时间与工作时间；

汇聚节点判断各个子节点的当前状态，并根据子节点的当前状态记录该子节点的监测数据，其中：

在子节点当前处于工作状态的情况下，直接获取该子节点当前上报的监测数据，对所获取的监测数据进行记录；

在子节点当前处于休眠状态的情况下，根据预置算法对该子节点当前的监测数据进行估计，对监测数据的估计值进行记录。

附记12.根据附记11所述的方法，所述判断各个子节点的当前状态，包括：

根据子节点当前是否上报监测数据，判断子节点当前处于工作状态或休眠状态。

附记13.根据附记11所述的方法，所述为各个子节点随机放置休眠时间与工作时间，包括：

各个子节点自主随机设置休眠时间与工作时间；

或

汇聚节点为各个子节点随机设置休眠时间与工作时间，并将设置结果下发至相应的子节点。

附记14.根据附记11-13任一项所述的方法，所述为各个子节点随机设置休眠时间与工作时间，包括：

在子节点的周期工作/休眠机制的基础上，在工作时间周期内选取随机的时段，并将所选取的时段设置为休眠时间。

附记15.根据附记14所述的方法，所述在工作时间周期内选取随机的时段，包括：

根据各个子节点的剩余能量，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短；

和/或

根据网络的拥塞情况，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短；

和/或

根据对于监测数据的精度需求，确定在工作时间周期内选取的随机时段的长短。

附记16.根据附记11-13任一项所述的方法，所述根据预置算法对子节点当前的监测数据进行估计，包括：

根据处于休眠状态的子节点上报的历史监测数据，对该子节点当前的监测数据进行估计；

或

根据当前处于工作状态的子节点上报的监测数据，对处于休眠状态的子节点当前的监测数据进行估计。

附记17.根据附记11-13任一项所述的方法，在子节点当前处于工作状态的情况下，获取该子节点当前上报的监测数据后，还包括：

利用该节点当前上报的监测数据，对所记录的该节点的监测数据估计值进行修正。

附记18.一种网关，包括如附记1-6任一项所述的无线网络设备。

附记19.一种存储有机器可读取的指令代码的程序产品，所述指令代码由机器读取并执行时，可执行如附记11-17任一项所述的方法。

附记20.一种存储介质，其承载有机器可读取的指令代码，所述指令代码由机器读取并执行时，可执行如附记11-17任一项所述的方法。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不脱离由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明实施例的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种无线网络设备，应用于具有多个子节点的无线网络中，所述子节点监测特定对象的情况并获得监测数据，所述无线网络设备包括：调度模块、子节点状态判断模块、监测数据获取模块、监测数据估计模块和数据记录模块，其中：

调度模块，用于根据预定的策略为各个子节点预先随机设置休眠时间与工作时间，并将设置结果下发至相应的子节点；

子节点状态判断模块，用于判断各个子节点的当前状态；

监测数据获取模块，用于在所述子节点状态判断模块判断子节点当前处于工作状态的情况下，直接获取该子节点当前上报的监测数据，将所获取的监测数据作为与该子节点对应的待记录监测数据发送至所述数据记录模块；

监测数据估计模块，用于在所述子节点状态判断模块判断子节点当前处于休眠状态的情况下，根据预置算法对该子节点当前的监测数据进行估计，将监测数据的估计值作为与该子节点对应的待记录监测数据发送至所述数据记录模块；

数据记录模块，用于接收所述监测数据获取模块或所述监测数据估计模块发送的待记录监测数据并进行记录。

2.根据权利要求1所述的无线网络设备，所述调度模块，具体配置为：

在子节点的周期工作/休眠机制的基础上，在工作时间周期内选取随机的时段，并将所选取的时段设置为该子节点的休眠时间。

3.根据权利要求1或2所述的无线网络设备，还包括：

数据修正模块，用于在所述监测数据获取模块获取子节点当前上报的监测数据后，利用该子节点当前上报的监测数据，对所述数据记录模块记录的监测数据估计值进行修正。

4.一种无线网络系统，包括汇聚节点和多个子节点，

所述子节点监测特定对象的情况并获得监测数据，所述子节点包括：

时间设置模块，用于根据预定的策略，随机设置自身的休眠时间与工作时间；

监测数据上报模块，用于在工作时间将监测数据上报至所述汇聚节点；

所述汇聚节点包括：子节点状态判断模块、监测数据获取模块、监测数据估计模块和数据记录模块，其中：

子节点状态判断模块，用于判断各个子节点的当前状态；

监测数据获取模块，用于在所述子节点状态判断模块判断子节点当前处于工作状态的情况下，直接获取该子节点当前上报的监测数据，将所获取的监测数据作为与该子节点对应的待记录监测数据发送至所述数据记录模块；

监测数据估计模块，用于在所述子节点状态判断模块判断子节点当前处于休眠状态的情况下，对该子节点当前的监测数据进行估计，将监测数据的估计值作为与该子节点对应的待记录监测数据发送至所述数据记录模块；

数据记录模块，用于接收所述监测数据获取模块或所述监测数据估计模块发送的待记录监测数据并进行记录。

5.根据权利要求4所述的无线网络系统，所述时间设置模块，具体配置为：

在子节点的周期工作/休眠机制的基础上，在工作时间周期内选取随机的时段，并将所选取的时段设置为休眠时间。

6.一种无线网络节点控制方法，应用于包括一个汇聚节点和多个子节点的无线网络，所述子节点监测特定对象的情况并获得监测数据，所述无线网络节点控制方法包括：

根据预定的策略，预先为各个子节点随机设置休眠时间与工作时间；

汇聚节点判断各个子节点的当前状态，并根据子节点的当前状态记录该子节点的监测数据，其中：

在子节点当前处于工作状态的情况下，直接获取该子节点当前上报的监测数据，对所获取的监测数据进行记录；

在子节点当前处于休眠状态的情况下，根据预置算法对该子节点当前的监测数据进行估计，对监测数据的估计值进行记录。

7.根据权利要求6所述的方法，所述为各个子节点随机设置休眠时间与工作时间，包括：

各个子节点自主随机设置休眠时间与工作时间；

或

汇聚节点为各个子节点随机设置休眠时间与工作时间，并将设置结果下发至相应的子节点。

8.根据权利要求6或7所述的方法，所述为各个子节点随机设置休眠时间与工作时间，包括：

在子节点的周期工作/休眠机制的基础上，在工作时间周期内选取随机的时段，并将所选取的时段设置为休眠时间。

9.根据权利要求6或7所述的方法，在子节点当前处于工作状态的情况下，获取该子节点当前上报的监测数据后，还包括：

利用该节点当前上报的监测数据，对所记录的该节点的监测数据估计值进行修正。

10.一种网关，包括如权利要求1-3任一项所述的无线网络设备。