CN102571573A - 路由器、无线传感网络以及监控终端节点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种路由器、无线传感网络以及监控终端节点的方法。所述路由器应用于无线传感网络中，包括一路由模块、一唤醒模块、以及一非易失性存储器；所述唤醒模块连接至路由模块，用于周期性地唤醒处于休眠状态的路由模块；所述路由模块进一步包括一指令接受单元，所述指令接受单元用于在路由模块被唤醒后接受来自于上级节点的指令，并根据所接受的指令判断应当指示路由模块被唤醒后选择处于活动状态或者继续休眠；所述非易失性存储器与路由模块连接，用于存储路由器所处的无线传感网络的组网拓扑信息、本路由器的上级和下级节点信息，上述信息供路由模块在被唤醒并处于活动状态之后调用。

Description

路由器、无线传感网络以及监控终端节点的方法

技术领域

本发明涉及无线传感网络领域，尤其涉及一种路由器、无线传感网络以及监控终端节点的方法。

背景技术

随着无线通信技术和传感技术的发展，无线传感网络的应用场合已经越来越普遍。ZigBee是一种主要应用于无线传感网络中的通信协议，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915 MHz(美国流行)3个频段上，分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率，它的传输距离在10-75m的范围内，但可以继续增加。

作为一种无线通信技术，基于ZigBee协议的无线传感网络的主要特点在于低功耗和低成本。在功耗方面，由于ZigBee协议的传输速率低，发射功率仅为1mW，而且采用了休眠模式，因此功耗很低。据估算，基于ZigBee协议的无线传感网络的终端设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，这是其它无线设备望尘莫及的。在成本方面，ZigBee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能降到1.5至2.5美元，并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于基于ZigBee协议的无线传感网络也是一个关键的因素。

上述关于ZigBee协议的描述中，最关键的就是“低功耗”，该特性也在很大程度上影响了基于ZigBee协议的无线传感网络的节点成本，因此可以说ZigBee协议技术最关键的特性就是低能耗。但实际采用该技术进行组网时，只有精简功能节点/全功能节点（RFD/FFD）作为终端叶子节点的时候，才能够达到平均发射功率为1mW的低能耗程度，而作为路由器（Router）或者协调器（Coordinator），在使用时的平均功耗将达到200~500mW左右。而上述平均功耗还仅仅是ZigBee协议芯片本身的功耗，还要加上外围电路的耗电量，其总功耗还将进一步增大。实测表明，采用普通的一次性锂电池供电的ZigBee路由器节点只能持续工作2~3天。

现有技术中解决功耗问题的方案主要包括：采用有线供电；TI公司和德国的Micropelt公司共同推出新能源的ZigBee协议节点，该节点采用Micropelt公司的热电发电机给TI公司的ZigBee协议的路由器提供电源；采用太阳能蓄电池给基于ZigBee协议的无线传感网络供电；采用超高能特种电池给基于ZigBee协议的无线传感网络供电。

采用有线供电的缺点在于会使基于ZigBee协议的无线传感网络变成了有线网络，这样就无法体现无线传感网络灵活机动的优势。基于ZigBee协议的无线传感网络的节点之间距离一般在几米~几十米，如果所有路由器和协调器都要采用有线供电，那么密如蜘蛛网的电源线将会使基于ZigBee协议的无线传感网络变成令人厌恶的产品，很难被用户接受。

TI公司和德国的Micropelt公司共同推出新能源的ZigBee协议节点采用Micropelt公司的热电发电机给TI公司的ZigBee协议路由器提供电源，这一技解决方案的缺点在于新型的热电发电机价格昂贵，将会完全冲销基于ZigBee协议的无线传感网络成本低廉的优势。此外，热电发电机只适用于冷热交替比较剧烈的环境，绝大部分应用场合无法使用热电发电机。

采用太阳能蓄电池给基于ZigBee协议的无线传感网络供电的技术方案的缺点在于，太阳能发电板和蓄电池的价格远远超过基于ZigBee协议的无线传感网络节点的价格，且很多应用场合无法保证足够的太阳光照射。

而采用超高能特种电池给基于ZigBee协议的无线传感网络供电的缺点在于超高能特种电池价格非常昂贵，只有极少数不计成本的场合会使用这种解决方案。

因此，能够提供一种廉价的解决基于ZigBee协议的无线传感网络供电的技术方案，并且不破坏无线传感网络灵活机动的优势，是现有技术中亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种廉价的解决基于ZigBee协议的无线传感网络供电的技术方案，并且不破坏无线传感网络灵活机动的优势。

为了解决上述问题，本发明提供了一种路由器，应用于无线传感网络中，包括一路由模块、一唤醒模块、以及一非易失性存储器；所述唤醒模块连接至路由模块，用于周期性地唤醒处于休眠状态的路由模块；所述路由模块进一步包括一指令接受单元，所述指令接受单元用于在路由模块被唤醒后接受来自于上级节点的指令，并根据所接受的指令判断应当指示路由模块被唤醒后选择处于活动状态或者继续休眠；所述非易失性存储器与路由模块连接，用于存储路由器所处的无线传感网络的组网拓扑信息、本路由器的上级和下级节点信息，上述信息供路由模块在被唤醒并处于活动状态之后调用。

可选的，进一步包括一定时器，所述定时器与唤醒模块连接，用于控制唤醒模块周期性地唤醒路由模块。

可选的，所述定时器进一步与路由模块连接，用于接收来自于路由器所处的无线传感网络中的时钟校准信号。

可选的，所述指令接受单元收取的来自上级节点的指令为一列表，所述列表中列出了下一活动周期中所有应当处于活动状态的路由器。

本发明进一步提供了一种无线传感网络，包括至少一终端、至少一路由器以及至少一协调器，所述路由器中至少包含一个上述的路由器。

可选的，进一步包括第一组路由器，所述第一组路由器中的每一个均为上述的路由器，所述第一组路由器中的每一个均包括一定时器，用于控制唤醒模块周期性地唤醒路由模块，并且所述第一组路由器中的所有定时器设置有相同的唤醒周期和唤醒时间点。

本发明进一步提供了一种采用上述的路由器的监控终端节点的方法，包括如下步骤：（a）路由器的路由模块被唤醒模块唤醒；（b）指令接受单元收取来自上级节点的指令，并根据所接受的指令判断应当指示路由模块选择处于活动状态或者继续休眠，选择处于活动状态则执行步骤（c），选择继续休眠则执行步骤（f）；（c）路由模块从非易失性存储器中调取所处的无线传感网络的组网拓扑信息、本路由器的上级和下级节点信息；（d）路由模块检测路由器覆盖范围内的终端节点位置信息，并接受下级节点的上报信息；（e）路由模块根据从非易失性存储器中调取的信息，把上述终端节点位置信息和下级节点的上报信息汇报至上级节点，汇报完毕后返回执行步骤（b）；（f）路由模块重新进入休眠状态。

可选的，所述指令接受单元收取的来自上级节点的指令为一列表，所述列表中列出了下一活动周期中所有应当处于活动状态的路由器。

可选的，所述列表采用如下方法生成：协调器汇总上一周期中所有处于活动状态的服务器报送的网络中所有终端的位置状态；协调器根据终端的位置趋势判定下一个周期应当处于活动状态的路由器；协调器将判断得到的下一活动周期中所有应当处于活动状态的路由器形成一列表，以广播的方式通过无线传感网络发送给每一个路由器。

可选的，所述指令是一针对单一路由器的活动或者休眠指令；所述针对单一路由器的活动或者休眠指令采用如下方法生成：一处于活动状态的路由器根据所监控终端的位置变化并结合本地存储的网络拓扑信息，判断出终端可能的移动轨迹上的所有关联路由器；所述处于活动状态的路由器向所有关联路由器发起活动指令，以及关联路由器要监控的目标终端，这一活动指令通过协调器定点发送至需要处于活动状态的路由器，或者由处于活动状态的路由器根据本地存储的网络拓扑信息自行计算出最优的传输路径，并通过此路径发送至关联路由器；关联路由器被唤醒后收到所述活动指令后处于活动状态；关联路由器在捕捉到要监控的目标终端后发送返回指令至之前发送活动指令的处于活动状态的路由器，通知其休眠。

可选的，所述步骤（a）中，所述唤醒模块受一定时器控制，周期性地唤醒路由模块；在步骤（f）之前，进一步包括所述路由模块向路由器所在的无线传感网络要求一时钟校准信号，并校准定时器的步骤。

可选的，在步骤（f）之前，进一步包括所述路由模块向路由器所在的无线传感网络请求一唤醒时间，并存储至唤醒模块的步骤，所述步骤（a）中，唤醒模块根据此唤醒时间来唤醒路由模块。

可选的，所述方法在步骤（c）和（d）之间，进一步包括如下步骤：（f1）路由模块发起网络寻呼，侦测本路由器自身的上级和下级节点中是否存在失效节点，如果存在失效节点，则执行步骤（f2），否则执行步骤（d）；（f2）重新生成网络拓扑。

可选的，所述步骤（b）之后进一步包括如下步骤：（g1）路由模块被唤醒模块唤醒后立即进入第一静默期，在所述第一静默期内，路由模块只接受数据而不发送数据，待第一静默期结束后，继续执行步骤（c）或（f）。

可选的，所述步骤（f）之前进一步包括如下步骤：（g2）路由模块在休眠前首先进入第二静默期，在所述第二静默期内，路由模块只接受数据而不发送数据，待第二静默期结束后，继续执行步骤（f）。

本发明的优点在于，采用了可以周期性休眠的路由器构成无线传感网网络，采用唤醒模块唤醒路由模块，并采用非易失性存储器保存网络拓扑信息，使路由器可以通过休眠来节约能耗，并且在被唤醒后可以迅速投入工作。由于在休眠状态下主要是唤醒模块和非易失性存储器好点，故显著节约了路由器的耗电量，增加了使用周期，并且指令接收单元在在唤醒后接受来自于上级节点的指令，并根据所接受的指令判断应当指示路由模块被唤醒后选择处于活动状态或者继续休眠的工作模式，这种设置可以保证全网络中处于活动状态的路由器是最少的，从而节约路由器的电能。

进一步在路由器被唤醒之后和休眠之前设置只接受而不发送数据的“静默时间沿”，可以避免由于个别路由器节点因时钟偏差、动作过程较慢等原因导致的启动后或者休眠前的瞬间由于路由器彼此不同步而发生数据丢失。

附图说明

附图1所示是本发明无线传感网络以及路由器具体实施方式所述无线传感网络的网络架构图。

附图2是附图1所示的第一路由器的内部结构图。

附图3所示是本发明监控终端节点的方法具体实施方式的实施步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的路由器、无线传感网络以及监控终端节点的方法的具体实施方式做详细说明。

首先给出本发明所述无线传感网络的具体实施方式，本具体实施方式中同时包括了本发明所述的路由器。

附图1所示是本具体实施方式所述无线传感网络的网络架构图，包括第一路由器11、第二路由器12、协调器10以及多个终端19。在其他的实施方式中，还可以进一步包括更多的路由器，并且路由器也可以逐级设置，下级路由器的信息汇报至上级路由器，最终汇总至协调器。无线传感网的路由器数目至少是一个。第一路由器11和第二路由器12等所有路由器的无线信号所覆盖的区域为无线传感网络的监控区域，终端19为传感器节点，终端19的数目至少是一个。所有的终端19均与覆盖自身区域的路由器通信，将收集到的信息汇报至该路由器，并最终汇报至协调器10。网络中传输的数据报文都有编号，例如可以以“16bit节点地址+16bit报文循环编号”来区分每个报文，再加上32bit时间戳。在上述基础上对报文结构做简单的内容增删，仍应视为本发明所揭露技术的显而易见变形。并可以添加差错重传机制来保证全网数据报文不会丢失或出错。

附图2是附图1所示的第一路由器11的内部结构图，包括路由模块211、唤醒模块212、非易失性存储器213和定时器214。其中定时器214为可选组件。所述第一路由器11中还应当具有一电池（未图示）为以上所有模块供电。所述唤醒模块212与路由模块211连接，所述定时器214与唤醒模块212连接，定时器214进一步与路由模块211连接；所述非易失性存储器213与路由模块211连接。所述路由模块211进一步包括一指令接收单元2111。所述指令接收单元2111用于在被唤醒后接受来自于上级节点的指令，并根据所接受的指令判断应当指示路由模块211被唤醒后选择处于活动状态或者继续休眠。

第二路由器12的结构与第一路由器11相同，此处不再赘述。

本实施方式中所述的路由模块211是具备现有技术中普通路由器节点的所有功能的模块，包括采用Zigbee协议接受终端节点或者下级路由器节点的无线信息，并将接受到的信息发送至上级路由器节点或者协调器，以及在网络中其它路由器节点发生故障的情况下参与网络拓扑重建等功能。在本具体实施方式中，路由模块211在一部分时间是处在休眠状态的。在休眠状态下，路由模块211并不执行任何通信和网络重建等功能，而只是保留一个与唤醒模块212通信的线程。故在休眠状态下，路由模块211的功耗是极低的。

所述唤醒模块212连接至路由模块211，用于周期性地唤醒处于休眠状态的路由模块211。该唤醒命令的发起可以是在路由模块每次休眠之前从无线传感网络中获取一唤醒时间并存储在唤醒模块212中，也可以是通过与唤醒模块212连接的定时器214发起的。所述定时器214与唤醒模块212连接，用于控制唤醒模块212周期性地唤醒路由模块211。该定时器214的唤醒周期可以由使用者预先设置，也可以是通过定时器214进一步与路由模块211连接，而获取自无线传感网络。定时器214与路由模块211连接还可以用于接收来自于路由器11所处的无线传感网络中的时钟校准信号。

对于时钟校准信号而言，如果路由模块211中包括了具备实时时钟唤醒功能的ZigBee芯片，该芯片以协调器时钟作为标准时钟源。则在网络建立时下发时钟给每个路由器节点和终端叶子节点，并每隔一段较长时间后重新校准；对于不具备实时时钟唤醒功能的ZigBee芯片，则可以在每次路由模块211由休眠转入工作状态时，或者每隔几次进行时钟校准。

在工程实践中，对于基于Zigbee协议的无线传感网络而言，路由器节点所使用的ZigBee芯片与终端叶子节点所使用的ZigBee芯片是完全相同的，都具有SLP（SLeeP，有的厂家芯片引脚名有所不同，但功能是相同的）引脚。可以对路由器的硬件电路做出简单改动，通过可编程GPIO引脚控制节点进入休眠或退出休眠，并且由软件编程来控制休眠/工作时间比例（又叫占空比）。从上面的叙述可以看出，添加唤醒模块212的技术方案对现有的路由器在硬件和软件上的改动很小，因此很容易操作。

本具体实施方式中，第一路由器11属于第一组路由器，第一组路由器还可以进一步包含多个与第一路由器11相同的路由器。第一组路由器每一个均包括一定时器，用于控制唤醒模块周期性地唤醒路由模块，并且所述第一组路由器中的所有定时器设置有相同的唤醒周期和唤醒时间点。第二路由器12属于第二组路由器，第二组路由器的特点与第一组相同，不再赘述。同组路由器的所有定时器设置有相同的唤醒周期和唤醒时间点，可以保证所有休眠的路由器在同一时刻打开并进入工作状态，并且需要休眠的路由器可以在同一时刻进入休眠，这样就使全组设备工作在有序同步状态，避免数据丢失。

所述指令接收单元2111用于在被唤醒后接受来自于上级节点的指令，并根据所接受的指令判断应当指示路由模块211被唤醒后选择处于活动状态或者继续休眠。本具体实施方式中，所述指令接受单元2111收取的来自上级节点的指令为一列表，所述列表中列出了下一活动周期中所有应当处于活动状态的路由器。由协调器10汇总上一周期中所有处于活动状态的服务器报送的网络中所有终端的位置状态，并根据终端的位置趋势判定下一个周期哪些路由器应当处于活动状态，以对该路由所覆盖的区域实施监控，然后协调器10将判断得到的下一活动周期中所有应当处于活动状态的路由器形成一列表，以广播的方式通过无线传感网络发送给每一个路由器。

在其它的具体实施方式中，所述指令也可以是一针对单一路由器的活动或者休眠指令。处于活动状态的路由器根据所监控终端的位置变化并结合本地存储的网络拓扑信息，判断出终端可能的移动轨迹上的所有关联路由器；所述处于活动状态的路由器向所有关联路由器发起活动指令，这一活动指令通过协调器定点发送至需要处于活动状态的路由器，或者由处于活动状态的路由器根据本地存储的网络拓扑信息自行计算出最优的传输路径，并通过此路径发送至关联路由器；关联路由器被唤醒后收到所述活动指令后处于活动状态；关联路由器在捕捉到终端信息后发送返回指令至之前发送活动指令的处于活动状态的路由器，通知其休眠。

上述采用周期性唤醒工作的路由器的无线传感网络尤其适用于终端节点移动速度慢或者信息更新频度低的场合，例如监控野生动物保护区中的大熊猫，或者监控某地区的地质、气候和水文变化等情况。对于大熊猫等野生动物通常只在某一区域内缓慢移动，人们只需要每隔几个小时甚至一天获取一次它们的状态即可；而对于地质、气候和水文变化等信息，人们可能每天、每星期甚至每月采集一次信息足矣。对于上述的情况以及类似情况，采用周期性唤醒工作的路由器可以显著节约电能，从而明显提高路由器的工作时间，避免了工作人员频繁更换电池的麻烦。

指令接收单元在被唤醒后接受来自于上级节点的指令，并根据所接受的指令判断应当指示路由模块被唤醒后选择处于活动状态或者继续休眠的工作模式，尤其适用于被检测对象变化相对缓慢的情况。例如对于监控野生动物保护区中的大熊猫而言，某只大熊猫所处区域的路由器根据监测到的该大熊猫的运动轨迹判断出它下一时刻可能的运动轨迹，并通知可能运动轨迹上的路由器开启实施监控，当有其他路由器开始捕捉到这只大熊猫之后，通知先前工作的路由器可以进入休眠状态。这种情况可以保证全网络中处于活动状态的路由器是最少的，从而节约路由器的电能。

所述无线传感网络中的所有路由器可以全部设置成上述周期性唤醒工作的路由器，也可以部分设置成上述类型的路由器。对于安置在易于更换电池的场合，或者终端节点出现频率高、移动频繁场合的路由器，也可以采用传统的连续工作的路由器，而仅在不易更换电池的场合和终端节点移动缓慢或者出现频率低的场合布置周期性唤醒工作的路由器。这里所述的不易更换电池的场合例如可以是高层建筑的外壁、森林峡谷的深处或者制造车间的高温高压场所等，所述的终端节点移动缓慢或者出现频率低的场合例如可以是被监控的野生动物保护区的最外围，被监控的动物，例如熊猫，很少会出现于此。

所述非易失性存储器213与路由模块211连接，用于存储路由器11所处的无线传感网络的组网拓扑信息、路由器11的上级和下级节点信息，上述信息供路由模块211在被唤醒并确定将处于活动状态之后调用。路由器之间的组网是无线传感网络构建中一项繁杂的工作，对于复杂网络来说，这一过程通常需要数分钟的时间，而且在组网过程中路由器需要连续进行复杂的网络拓扑计算，耗电量巨大。为了避免路由器每次重启之后都要进行组网，本具体实施方式的路由器11进一步配置了非易失性存储器213来存储网络信息。在路由器11被唤醒并确定将处于活动状态之后，只需要读入这些信息既可以进行数据的正常收发，而不必每次处于活动状态之后都进行组网。

在实际应用中，如果简单地通过GPIO引脚控制路由器进入和退出休眠，那么路由器节点一旦进入休眠模式，则内存中的信息都会丢失。当路由器节点退出休眠进入工作状态后，首先要做的事情就是重建ZigBee网络拓扑，虽然这个过程已经可以由ZigBee协议自动完成，但该过程将会耗费短则数百毫秒，长则数分钟时间，这段时间内无论是终端叶子节点还是路由器节点、协调器节点，都需要频繁通信，耗电量非常巨大。而非易失性存储器213仅需要对硬件电路进行简单改动，外置一块小容量低能耗非易失性存储芯片即可。软件层面上，需要在ZigBee协议中进行简单修改，使路由器节点在进入休眠之前将组网拓扑、上级节点信息、下级节点信息等都存储在非易失性存储器213中，而退出休眠时立即从非易失性存储器213中取出上述信息并加载进ZigBee协议栈中。从上面的叙述可以看出，添加非易失性存储器213的技术方案对现有的路由器在硬件和软件上的改动很小，因此很容易操作。

非易失性存储器213的作用还在于路由模块211可以暂存待发送的信息至非易失性存储器213中。这保证了在本次路由模块211被唤醒后的工作时间片内，可以将休眠前未能发送完的数据、暂时失步状态无法发送的数据、以及暂时离网状态无法发送的数据存储在非易失性存储器213中不会丢失。

接下来给出本发明所述监控终端节点的方法的具体实施方式。

附图3所示是本具体实施方式的实施步骤示意图，包括：步骤S300，路由器的路由模块被唤醒模块唤醒；步骤S301，路由模块唤醒后立即进入第一静默期；步骤S310，指令接受单元收取来自上级节点的指令，并根据所接受的指令判断应当指示路由模块选择处于活动状态或者继续休眠，选择处于活动状态则执行步骤S320，选择继续休眠则执行步骤S350；步骤S320，路由模块从非易失性存储器中调取所处的无线传感网络的组网拓扑信息、本路由器的上级和下级节点信息；步骤S330，路由模块检测路由器覆盖范围内的终端节点位置信息，并接受下级节点的上报信息；步骤S340，路由模块根据从非易失性存储器中调取的信息，把上述终端节点位置信息和下级节点的上报信息汇报至上级节点，汇报完毕后执行步骤S310；步骤S350，路由模块进入第二静默期；步骤S360，路由模块在第二静默期结束后立即重新进入休眠状态。

接下来请继续参考附图1与附图2所示的网络和路由器，对上述各个步骤做详细说明。

步骤S300中，路由器的路由模块被唤醒模块唤醒。本步骤的唤醒模块的唤醒机制可以有多种方式来是实现。例如，所述唤醒模块可以是受一定时器控制，周期性地唤醒路由模块；或者是在路由模块每次休眠之前的任意时刻从无线传感网络中获取一唤醒时间并存储在唤醒模块中，并根据此唤醒时间来控制唤醒路由模块。在采用定时器的实施方式中，所述路由模块还可以在处于唤醒状态下的任意时刻向路由器所在的无线传感网络要求一时钟校准信号，并校准定时器。

步骤S301中，路由模块唤醒后立即进入第一静默期，在所述第一静默期内，路由模块只接受数据而不发送数据。本步骤为可选步骤。使用“静默时间沿”可以避免信息丢失。从休眠转到工作状态的那一时刻，全网设备都不发送数据只接收数据，静默数毫秒时间后，才开始正常的数据发送和接收。本步骤保证了个别路由器节点因时钟偏差、启动过程较慢等原因导致的刚启动的瞬间由于路由器彼此不同步而发生数据丢失。

步骤S310，指令接受单元收取来自上级节点的指令，并根据所接受的指令判断应当指示路由模块选择处于活动状态或者继续休眠，选择处于活动状态则执行步骤S320，选择继续休眠则执行步骤S350。

本具体实施方式中，所述指令接受单元收取的来自上级节点的指令为一列表，所述列表中列出了下一活动周期中所有应当处于活动状态的路由器。所述列表采用如下方法生成：协调器汇总上一周期中所有处于活动状态的服务器报送的网络中所有终端的位置状态；协调器根据终端的位置趋势判定下一个周期应当处于活动状态的路由器；协调器将判断得到的下一活动周期中所有应当处于活动状态的路由器形成一列表，以广播的方式通过无线传感网络发送给每一个路由器。在这一列表中，上一个周期中处于活动状态的服务器，在下一个周期中可能是继续处于活动状态或者休眠；同样地，上一个周期中处于休眠状态的服务器，在下一个周期中可能是继续处于休眠状态或者开始活动。

在其它的具体实施方式中，所述指令也可以是一针对单一路由器的活动或者休眠指令。所述针对单一路由器的活动或者休眠指令采用如下方法生成：一处于活动状态的路由器根据所监控终端的位置变化并结合本地存储的网络拓扑信息，判断出终端可能的移动轨迹上的所有关联路由器；所述处于活动状态的路由器向所有关联路由器发起活动指令，以及关联路由器要监控的目标终端，这一活动指令通过协调器定点发送至需要处于活动状态的路由器，或者由处于活动状态的路由器根据本地存储的网络拓扑信息自行计算出最优的传输路径，并通过此路径发送至关联路由器；关联路由器被唤醒后收到所述活动指令后处于活动状态；关联路由器在捕捉到要监控的目标终端后发送返回指令至之前发送活动指令的处于活动状态的路由器，通知其休眠。上述工作机制相当于一种路由器之间的接力工作模式，当下一个路由器捕捉到上一个路由器指定的目标之后，上一个路由器即进入休眠状态，这样可以保证每一个终端在绝大多数情况下都是只有一个对应的路由器在对其实施监控，从而最大程度上的压缩了路由器的工作时间。

步骤S320，路由模块从非易失性存储器中调取所处的无线传感网络的组网拓扑信息、本路由器的上级和下级节点信息。路由器之间的组网是无线传感网络构建中一项繁杂的工作，对于复杂网络来说，这一过程通常需要数分钟的时间，而且在组网过程中路由器需要连续进行复杂的网络拓扑计算，耗电量巨大。为了避免路由器每次重启之后都要进行组网，执行本步骤的目的在于，路由器被唤醒之后，只需要读入这些信息既可以进行数据的正常收发，而不必每次唤醒后都进行组网。

由于路由模块是被周期性唤醒后短暂活动，因此很容易出现路由器故障而无法及时发现的情况。为了避免这种情况的发生，在步骤S320实施完毕后，路由模块可以首先发起网络寻呼，侦测本路由器自身的上级和下级节点中是否存在失效节点，如果存在失效节点，则重新生成网络拓扑，如果没发现有失效的节点，则继续执行下面的步骤。该重新生成网络拓扑的步骤可以不必每次实施步骤S320之后都继续实施，可以选择在若干次唤醒或者进入活动状态之后再实施。重新生成网络拓扑之后，需要将新的无线传感网络的组网拓扑信息、本路由器的上级和下级节点信息等存储到非易失性存储器并代替之前的信息。

步骤S330，路由模块检测路由器覆盖范围内的终端节点位置信息，并接受下级节点的上报信息；步骤S340，路由模块根据从非易失性存储器中调取的信息，把上述终端节点位置信息和下级节点的上报信息汇报至上级节点。上述两步骤的路由器模块的工作模式和普通的无线传感网络中的路由器工作模式相同，本步骤中的无线传感网络的工作状态与现有技术中的无线传感网网络基本相同。

步骤S350，路由模块进入第二静默期，在所述第二静默期内，路由模块只接受数据而不发送数据。本步骤为可选步骤。正如对步骤S301的解释，使用“静默时间沿”可以避免信息丢失。从活动状态转到休眠的那一时刻，全网设备都不发送数据只接收数据，静默数毫秒时间后，才开始进入休眠。本步骤保证了个别路由器节点因时钟偏差、进入休眠过程较慢等原因导致的进入休眠前的瞬间由于路由器彼此不同步而发生数据丢失。

步骤S360，路由模块在第二静默期结束后立即重新进入休眠状态。休眠状态下的路由模块只是保留一个与唤醒模块通信的线程，故在休眠状态下，路由模块的功耗是极低的。休眠状态的路由模块下一次活动时，仍然执行上述的循环。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种路由器，应用于无线传感网络中，其特征在于，包括一路由模块、一唤醒模块、以及一非易失性存储器；

所述唤醒模块连接至路由模块，用于周期性地唤醒处于休眠状态的路由模块；

所述路由模块进一步包括一指令接受单元，所述指令接受单元用于在路由模块被唤醒后接受来自于上级节点的指令，并根据所接受的指令判断应当指示路由模块被唤醒后选择处于活动状态或者继续休眠；

所述非易失性存储器与路由模块连接，用于存储路由器所处的无线传感网络的组网拓扑信息、本路由器的上级和下级节点信息，上述信息供路由模块在被唤醒并处于活动状态之后调用。

2.根据权利要求1所述的路由器，其特征在于，进一步包括一定时器，所述定时器与唤醒模块连接，用于控制唤醒模块周期性地唤醒路由模块。

3.根据权利要求2所述的路由器，其特征在于，所述定时器进一步与路由模块连接，用于接收来自于路由器所处的无线传感网络中的时钟校准信号。

4.根据权利要求1所述的路由器，其特征在于，所述指令接受单元收取的来自上级节点的指令为一列表，所述列表中列出了下一活动周期中所有应当处于活动状态的路由器。

5.一种无线传感网络，包括至少一终端、至少一路由器以及至少一协调器，其特征在于，所述路由器中至少包含一个权利要求1所述的路由器。

6.根据权利要求5所述的无线传感网络，其特征在于，进一步包括第一组路由器，所述第一组路由器中的每一个均为权利要求1所述的路由器，所述第一组路由器中的每一个均包括一定时器，用于控制唤醒模块周期性地唤醒路由模块，并且所述第一组路由器中的所有定时器设置有相同的唤醒周期和唤醒时间点。

7.一种采用权利要求1所述的路由器的监控终端节点的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（a）路由器的路由模块被唤醒模块唤醒；

（b）指令接受单元收取来自上级节点的指令，并根据所接受的指令判断应当指示路由模块选择处于活动状态或者继续休眠，选择处于活动状态则执行步骤（c），选择继续休眠则执行步骤（f）；

（c）路由模块从非易失性存储器中调取所处的无线传感网络的组网拓扑信息、本路由器的上级和下级节点信息；

（d）路由模块检测路由器覆盖范围内的终端节点位置信息，并接受下级节点的上报信息；

（e）路由模块根据从非易失性存储器中调取的信息，把上述终端节点位置信息和下级节点的上报信息汇报至上级节点，汇报完毕后返回执行步骤（b）；

（f）路由模块重新进入休眠状态。

8.根据权利要求7所述的监控终端节点的方法，其特征在于，所述指令接受单元收取的来自上级节点的指令为一列表，所述列表中列出了下一活动周期中所有应当处于活动状态的路由器。

9.根据权利要求8所述的监控终端节点的方法，其特征在于，所述列表采用如下方法生成：

协调器汇总上一周期中所有处于活动状态的服务器报送的网络中所有终端的位置状态；

协调器根据终端的位置趋势判定下一个周期应当处于活动状态的路由器；

协调器将判断得到的下一活动周期中所有应当处于活动状态的路由器形成一列表，以广播的方式通过无线传感网络发送给每一个路由器。

10.根据权利要求7所述的监控终端节点的方法，其特征在于，所述指令是一针对单一路由器的活动或者休眠指令。

11.根据权利要求10所述的监控终端节点的方法，其特征在于，所述针对单一路由器的活动或者休眠指令采用如下方法生成：

一处于活动状态的路由器根据所监控终端的位置变化并结合本地存储的网络拓扑信息，判断出终端可能的移动轨迹上的所有关联路由器；

所述处于活动状态的路由器向所有关联路由器发起活动指令，以及关联路由器要监控的目标终端，这一活动指令通过协调器定点发送至需要处于活动状态的路由器，或者由处于活动状态的路由器根据本地存储的网络拓扑信息自行计算出最优的传输路径，并通过此路径发送至关联路由器；

关联路由器被唤醒后收到所述活动指令后处于活动状态；

关联路由器在捕捉到要监控的目标终端后发送返回指令至之前发送活动指令的处于活动状态的路由器，通知其休眠。

12.根据权利要求7所述的监控终端节点的方法，其特征在于，所述步骤（a）中，所述唤醒模块受一定时器控制，周期性地唤醒路由模块。

13.根据权利要求12所述的监控终端节点的方法，其特征在于，在步骤（f）之前，进一步包括所述路由模块向路由器所在的无线传感网络要求一时钟校准信号，并校准定时器的步骤。

14.根据权利要求7所述的监控终端节点的方法，其特征在于，在步骤（f）之前，进一步包括所述路由模块向路由器所在的无线传感网络请求一唤醒时间，并存储至唤醒模块的步骤，所述步骤（a）中，唤醒模块根据此唤醒时间来唤醒路由模块。

15.根据权利要求7所述的监控终端节点的方法，其特征在于，所述方法在步骤（c）和（d）之间，进一步包括如下步骤：

（f1）路由模块发起网络寻呼，侦测本路由器自身的上级和下级节点中是否存在失效节点，如果存在失效节点，则执行步骤（f2），否则执行步骤（d）；

（f2）重新生成网络拓扑。

16.根据权利要求7所述的监控终端节点的方法，其特征在于，所述步骤（b）之后进一步包括如下步骤：

（g1）路由模块被唤醒模块唤醒后立即进入第一静默期，在所述第一静默期内，路由模块只接受数据而不发送数据，待第一静默期结束后，继续执行步骤（c）或（f）。

17.根据权利要求7所述的监控终端节点的方法，其特征在于，所述步骤（f）之前进一步包括如下步骤：

（g2）路由模块在休眠前首先进入第二静默期，在所述第二静默期内，路由模块只接受数据而不发送数据，待第二静默期结束后，继续执行步骤（f）。

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