TW201208306A - Adaptive wireless sensor network and method of routing data in a wireless sensor network - Google Patents

Description

201208306 、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於無線感測器網路 感測器網路以及在I線感測器網路内路由資料^^無線 【先前技術】 ^感測器網路感測器節點之間的躍 匕傳送資料與接收資料會消耗功率，而功貝 般都ί到限制。多躍程增加資料傳輸；間^ 這二ΐ遲。目則的無線感測器網路與方法無法同時解決 ^ W ’因此，本技術存在對於料上述缺陷與限制之 【發明内容】 次料本發明的第一態樣為一種在一無線感測器網路内路由 方法，包括：（a)由包括複數個感測器節點的一盔续 二'則器網路之來源感測器節點來偵測一時間事件.（b) :=原感測器節點至該無線感測器網路的一匿集：: ::徑’該等多重路徑由感測器節點至感測器節點躍程 声再成，以及於⑼之後，⑷使用該來源感測器節點的— ;;2 _同時降低(_等多重路徑的每_路經内感測 所消耗之功率以及⑼從該來源感測器節點傳輸該 〜貝料封包至該匯集點之時間，將資料封包最佳分 = 寺多重路徑的每一路徑。 5" .本發明的第二態樣為一電腦程式產品，包括：—電腦 201208306 可使用儲存媒體’其内具有—電腦可讀取程式，其令 腦可讀取程式在-電腦上執行時會導致該電腦：⑷收集與 由包括複數個制㈣點的—無㈣測器網路之來源威 = 偵測的一時間事件相關之資訊;(b)_ ;，該等多重路經由感測器節點至感測4點;;= $二 '及於(b)之後：(c)利用同時降低(〇該等多重路徑的 母-路㈣感測n節點所消耗之功率以 點傳輸該等資料封包至顧集點之時將 包最佳分配至該等多重路徑的每一路徑。 、十發明的第三態樣為一無線感測器網路，包括：一组 則器#點’該組感測器_點的每—感測器節點都包括一 感測器、-處理器一記憶體單I—電池以及—收發号· 節點的每-感測器節_設置成識別從 身至該無線感測器網路的一匯集點之多重路徑，該等多重 徑包括感測器節點至感測器節點躍程;以及 二點的每一感測器節點都設置成：利用同時降 率：：二重：徑的每一路徑内感測器節點所消耗之功 門脾本身傳輸該等資料封包至1 亥匯集點之時 間’將資料封包最佳分配至該等多重路徑的每一路徑。 本發明的這些及其他態樣說明如下。 【實施方式】 路内明的創新無線感測器網路内’於無線感測器網 由的貝枓封包為事件驅動時間活動（event dri ven 201208306 temP〇ral activity)。感測器節點偵測到附近的事 成來源節點（或來源），並且起始 ΐ p變 傳輸所有資:;=二=路:， 該感測器的資訊在該來源節點内轉換 勺“。來自 徑之上資料封包的分配都經過最佳化演算法的二算=路 決資料傳輸輯與功率^科知佳化’明應方式解 ^n ^ 11 ^ t ^ ^ :源節點所傳送的所有#料封= 發匯明集:將接7 同=同組的多重f料路徑 具重t個獨特的識· i 提向延遲時間之最低程度。祕的力革降至不會顯著 器網路架n ^本發明具體實施例的第—示範無線感測 以及-組感測二二’丨， 「s」。兮望成、a,。 母一感測器節點都榡示字母 節點都具i 節^4無線通訊，科每1· 能與诵句範圍’如此任何已知的感測器節點都二 △ ί〇5‘ 11内的其他感測器節點通訊。在圖1内，其、 發器以及^ 基地台丨05為通用電腦，其具右: °私除式f·料及/或程式儲存裝置（諸如像是_ 201208306 體，以及像是一光碟機的光學 , 心〃…周路100構成無線點對點傳輸_ $ :演;:：中)， 件)沿著許多感測器r7㈣㈣_ _間事 f内匯集點。感測器節點之間的每-線條都是「躍程Γ ^ 、陶仙。路贱義為從感測器Ϊ 點至^=連接躍程。躍程定義為從感測器節 傳㈣，或至基地台或閘道㈣之資料無線 哭網發明具體實施觸第二示範無線感測 …稱架構。圖2類似於m，除了在無線感測器網路13〇 ，内，基地台105並非匯集點，而是由連結135連接至字母 GS」所標不的閘道感測器節點。閘道感測器節點⑺在 ，訊範圍及/或可用功率方面，要優於其他感難節點s。 連結13 5可為無線或有線。 圖3例示根據本發明具體實施例的示範無線感測器節 點。在圖3内’感測器節點包括利用匯流排215連接至 s己憶體(例如快閃記憶體）21 〇的一處理器（例如微處理器 微控制器）205、利用匯流排225連接至處理器2〇5的感測器 220、利用匯流排奶連接至處理器2〇5的收發器23〇,以及 利用功率分配系統245連接至處理器2〇5、記憶體2〗〇 /則态220和收發态230的電池24〇。天線25〇連接至收發器 230。感測器節點220也可包括對電池24〇充電的選配充電 器(例如太陽能電池）255。處理器2〇5監視電池24〇的電源 位準。處理器205也可包括内嵌的記憶體。感測器22〇可包 201208306 括通比至數位轉換器（anal〇g to digital converter，ADC)。 在此還有其他感測器220，感測器220可為（但不限於)被動 感測器、全方向感測器（例如熱 '光、震動）、被動窄光束 感測器（例如攝影機或雷射）或主動感測器（例如聲納或雷 達）收發器230可為射頻、光學或紅外線收發器。 、…圖4例示根據本發明具體實施例的示範無線感測器閘 道節點。在圖4内，閘道感測器節點300包括利用匯流排315 連接至記憶體(例如快閃記憶體）3丨〇的一處理器（例如微處 理器或微控制器）305、利用匯流排325連接至處理器3〇5 的感測器320、利用匯流排335連接至處理器3〇5的第*一收 發器330，以及利用功率分配系統345連接至處理器、 記憶體310、感測器32〇和收發器33〇的電池34〇。天線35〇 連接至第一收發器330。感測器節點320也可包括對電池 340充電的選配充電器（例如太陽能電池）355。處理器3〇5 監視電池340的電源位準。處理器3〇5也可包括内嵌的記憶 體。感測器320可包括類比至數位轉換器（ADC)。在此還有 其他感測器320，感測器32〇可為(但不限於)被動感測器、 全方向感測器（例如熱、光、震動）、被動窄光束感測器（例 如攝影機或雷射）或主動感測器（例如聲納或雷達）。第—收 發器33G可為射頻、光學或紅外線收發^。閘道感測器節 點300可包括利用匯流排335連接至處理器305的選配第二 收發器365以及天線37〇。第一收發器33〇可為射頻、光學 或紅外線收發器。選配的第二收發器365可為短範圍收^ 器，用來與其他感測器節點通訊，並且第二收發器365可 為長範圍收發器，用來與基地台通訊。閘道感測器節點3㈨ 叮包括利用匯流排380連接至處理器3〇5的選配網路介面 375。選配的網路介面375提供選配的有線連接至基地台。 201208306 根據本發明具體實施例的感測器節點 括’但不受限於：環境感測器（例如溫度匕 風向、光亮度、化學物制以及_偵測K ；_ ，據本發明具體實施例的無線感測器網路内之 撼/刀成兩部分，第-部分為處理（由處理器 感測（由感測器)所消耗的功率，第一邻 ：己隐體)和 枓封心m刀為傳輸與接收資 率（㈣訊延遲）。已知j路徑，第j路徑的 =:二Pj mi η並且定義為第j路徑内具有最少功率剩餘量之 餘的功率，因此p—定義第j路徑的最長壽 而言’ ^必須等於或小於傳輸指派 ^第J路仏的所有-貝料封包所需時間内將消耗之功率。 功率^ ^ ^每一感測11節點因為處理與感測所消耗的 K^Vtj (1) 其中 節點在處理與感測時功率耗損的效率（焦耳/秒）； nJ為第j路徑内感測器節點的數量；以及 J為使用中的路徑用來傳輸資料封包的時間。 母一 其中 躍裎令每一資料封包的時間延遲為： 妒丨/B丨 (2) .1為第j路徑中每躍程的每封包之平均延遲（秒/封包/ 201208306 躍程）； 屮為第j路徑内的平均佇列延遲；以及 4為第j路徑的位元率（單位：封包/秒）。 徑之上資料封包的傳輸與接收所消耗之功 (3) 其中 巧為第j路徑内消耗的功率； i $ ;第j路徑中每躍程的每封包之傳輸功率（焦耳/斜 餘之上傳輸的資料封包數量；以及 j馬第j路徑内的躍程數。 「2」是因為節點必須接收然後傳輸資料封包。 別路徑^遲在之上路由時，通訊延遲並非個 中的最大值。路徑延遲評:為個別延遲， 延遲(第j路徑中每一躍程的成，第-為作列與處理 二為傳輸/接收延遲。第封包之平均仔列延遲），第 假設之訊息切換)為：心'、來源至匯集點傳輸延遲(所 TD，Vt,*H，Pi 其中 （4) :二第f徑的來源至匯集點延遲； 1為稱徑之上傳輪的資料封包數量； 10 201208306 η = ^+1/¾ (等式2); 乓為第j路徑内的躍裎數；以及 若選擇Ρ·Γ0以外的路徑，則pj=l。 因此’從來源至匯集點傳輸延遲(所假設之訊息切換) 的總延遲為： TD= max (5) 感測器節點偵測到附近有事件時，就會變成來源節 點’產生一組描述該事件的資料封包，並且若資料封包數 量大於預定數量，則執行多重路徑路由探索演算法至匯集 節點。多重路徑路由演算法的範例說明於2007年四月，

Banner 和 Orda 發表於 IEEE/ACM Transactions on Networking，Vol. 15, Νο·2的「Multipath Routing Algorithms for Congestion Minimization」内，其以引用方式併入本文。 因此，總資料篁D分成資料集△」’其分配在多重路徑 之上。資料封包分配使用下列最佳演算法來計算： Z=Ej(2*Aj*tpj*Hj*pj) (6) 其中Z為目標函數；以及 而#面已經描述過△』、Pj、Hj和pj。 最佳化問題的限制在於： ΣΑ=0 ⑺ max[(Aj*rl*H)*pj)]4[D*^stab*Hstab*Pj]+[rnax[(t)/n.*A.* Η,* Ρ,)]!/2 (8) '' 2 * Δ, * tpri- Κ ,* m a χ( Δ, * η * Η | * ρ, )< Ρ j m i „ (9) 其中 201208306 而^^已經描述過v巧、Η」d

Lab為攻長壽命路押中备 —j」抑in。 (秒/封包/躍程）；叹中母私的母封包之平均延遲 HStab為最長壽命路徑内的躍程數。 大值。不等式⑼要東^、f集點的平均延遲小於預定最 傳送的整個資料封包量應該足以傳輸透過該路徑 感測器節點必須具有足夠的能 =的所有資料封包,並且接著將所=== 封包傳輸至(2%項所涵蓋之後續節點二所，枓 集點之前的節點(終端節點)必須擁有足夠功率=匯 過所有傳送的資料封包都沿著路徑接收並傳送=超 =費的整體時間（即是終端節點等於淨端對端延遲= 在時間）。在此時間内，該終端節點以Kr的逮存 戶^，K，酿（△〕VH，Pj)項說明終端節點（即是^J 刖的感測器節點）之内消耗的功率量。 匕集點之 在資料封包從來源傳輸至匯集點所經過的 中，參與資料封包傳輸的每一節點之功率消=== (2*νΦ〇+ΚΓ*π^χ[(νΤί*Η^)，並且不參與資料 塞 輸的任意節點之功率則降低Ki^maxfXA^T·.*]^ * ' 匕 J j Pj)J 。 圖5為在根據本發明具體實施例的無線感測@纟* ^ 路由資料的方法之一般流程圖。在步驟4〇〇内， 點（現在為來源)偵測到附近的時間事件，並且起始二 12 201208306 索。在步驟405内，決定要傳輸的資料量是否低於或高於 預設限制。若資料量為預設關或低於預設關，則該方 法前往步驟410。在步驟410内，路由探索演算法產生通過 無線感測器網路(wireless sensor netw〇rk，WSN)的單一路 徑。然後在步驟415内，來源透過WSN傳送資料封包至匯 集點。步驟41〇和415為以7•描述的基本法則（1)。 ， 回到步驟405，若資料量高於預設限制，則該方法前 往步驟42〇。在步驟42〇内嘴由探索演算法產生從來源通 過WSN到達匯集點的多重路徑，接下來在步驟425内，來 源執行最佳化演算法，在多重路徑上分配資料封包。接下 來在步驟430内，來源透過彼此之間的傳輸時間與功率消 耗都已經最佳化之多重路徑來傳送資料封包。步驟42〇/、 425和430為以T描述的基本法則(3)，並且在从^描述的圖 6、圖7和圖8内有更詳細例示。 圖6為在根據本發明具體實施例的無線感測器網路内 路由資料的方法之詳細流程圖。在步驟435内，感測器節 點已經初始化。事件偵測旗標設定成指示並未偵測到事件 (SET FLAG=FALSE)。在步驟44〇内，等待事件迴圈。在 步驟440内執行感測器的定期狀態取樣。若在步驟44〇内偵 測到事件，則在步驟445内發出SET FLAG=TRUE，並且利 用呼叫多重路徑#·索演算法以決定路徑⑺，將路由探索初 始化。路由多重路徑探索演算法決定(a)節點脫節多重路 授、（b)每-第j路徑的參數H|、响和⑷特定路徑的壽命， 以及(d)最穩定的（即是最長壽的）路徑。步驟45〇為等待決 定所有路徑的步驟。在㈣4湖執行多重路徑路由演算 法的定期狀態取樣。若已經決定所有路徑，該方法會前往 201208306 步Ί*^455。在步驟455内，用剛面說明的輸入呼叫最佳化問 通Ζ (等式6，具有限制7、8和9)。在步驟460内，呼叫連續 二次規劃（sequential quadratic programming , SQP)演算法 以在Z上操作，來決定(通過每一第j路徑傳輸的資料封 包數量）。在步驟465内，決定是否符合SQL終止條件 (termination criteria ’ TC)。SQL為一種強大的演算法，用 於非線性連續最佳化。SQL遞迴直到到達所要的收斂程度 (終止條件）。也可使用替代的非線性連續最佳化方法。若 不符合終止條件，則方法迴圈至步驟455，否則方法前往 步驟470，用SET FLAG=FALSE重設感測器節點，然後方 法回到步驟440。 圖7為圖6的流程圖中該路徑決定步驟445之流程圖。 在步驟475内’初始化多重路徑路由演算法參數。該等路 徑用（P)=0初始化。路由起始參數由SET ROUTE ΙΝΙΤ ΑΤΕ=0指令初始化’並且躍程的最大數量由SET Μ ΑΧ HOP COUNT=(VALUE)指令設定。在步驟480内，起始路 由探索要求。在步驟485内，利用SET ROUTE DISCOVERY TIMEOUT=TRUE指令起始路徑解決方案監控。在步驟490 内’執行多重路徑路由探索演算法，找出來源與匯集點之 間的路徑。找出解決方案時，則執行指令SET ROUTE DISCOVERY TMEOUT=FALSE。在步驟495内，檢查SET ROUTE DISCOVERY TMEOUT參數之值，並且等待TRUE 值’在接收FALSE值時前往步驟5〇〇。在步驟500内，來源 與匯集點之間存在多重路徑(P)，並且來源可計算從來源至 匯集點的許多路徑之資料封包資訊(例如封包標題資料）。 圖8為圖6的流程圖中該最佳化步驟455之流程圖。在 201208306 步驟505内’設定執行最佳化旗標來指示是否要執行最佳 化。在步驟510内，等待最佳化開始指令迴圈。在步驟510 内執行SET FLAG值的定期取樣。若在步驟510内 FLAG=TRUE ’則該方法會前往步驟515。在步驟515内， 以#面討論的輸入變數設定，呼叫最佳化問題Z。在步驟 520内，呼叫Lagrangian函數，使用#面討論的三個限制 (7)、（6)和(9)，釋放等式⑹的目標函數(Z)。在步驟525内， 使用SQL解析Lagrangian函數，以計算多重資料路徑之間 的資料封包分配。在步驟530内，決定是否符合終止條件 (TC)。若不符合終止條件，該方法回到步驟515，否則該 方法前往步驟535。在步驟535内，執行SET FLAG=FALSE 並且該方法回到步驟51〇。 為了測s式與驗證本發明的具體實施例，因此模擬三種 功率消耗計畫。第一計晝為單一路徑計晝，第二計畫為具 有等量資料封包的多重路徑，第三計畫為根據本發明具體 實施例的創新多重路徑與資料封包數量最佳化計畫。〃 在第一單一路徑計晝（1)内’最大延遲=完整資料量 通過單一最穩定路徑傳送時該路徑内產生之延遲（即m二 [(WH』*Pj)却D*Tstab*Hstab*Pj])。在第一計畫内，傳輸延 遲的上限相當高，並且大多數情況下都滿足該限制。 在第二多重路徑等資料封包大小計畫(2)内，最大延遲 =若資料平均分配在所有路徑上的總延遲（即是 L(△丨丨)]如似（[)/η」*η*ν 數量）。在第二計盡内’傳輸延遲的上限並不高，並且結 果限制非常嚴格。 201208306 在第三創新多重路徑與資料封包數最佳化計畫（3) 内’延遲限制的上限為計畫1和2内所提出上限之平均值。 後續已經使用SQP技術解決等式(6)的最佳化問題。 此時已經使用MATLAB發展模擬程式，MATLAB代表 「矩陣實驗室(Matrix Laboratory)」，並且為數值計算環境 與第四代程式語言。MATLAB由「The MathWorks」開發， 允許矩陣操縱、繪製函數與資料、演算法實作、使用者介 面建立以及與用其他語言撰寫的程式介接，該等語言包括 C、C++和F〇rtran。首先，模擬程式在15乘15平方米的面 積内執行路由探索演算法，其中隨機佈署192個感測器節 點。每一感測器節點都擁有2.4米的傳輸半徑。該等感測器 郎點為依照美國加州Crossbow of Milpitas生產的MICA2微 點的型號。路由演算法可在來源與匯集點之間賦予五種可 能的路徑，其參數列於表I内： 參數 ---- 值 躍程計數 8 9 9 10 1〇 可用的功率 全部192個微點總共23，760焦耳 傳輸功率/封包/躍 程 ------- 所有路徑1.4千分之一焦耳 封包/躍程 0.068s 0.0681s 0.945s 0.0776s 0.0641s 位元率 —--- 43封包/秒或全部為12.4 kbps K,· ---------- 0.024瓦（假設40%工作週期）_____________ 〇6 2012083 ，運用這些輸入參數，最佳化演算法將資料區 hi對於傳輸延遲產生最佳功率消耗。二：TC 遲經過計算’並且與利用祕計晝⑽二 =與 '子應值比較。結果顯示在圖9與1〇内 订生 數I = 根f本發明具體實施例的多重路徑和資料封勺 數置最佳化法⑶與單路徑法⑴以及多重路=封包 大小法(2)之功率消耗比較圖表。在圖9内，完=封包 送通過單一最穩定路徑時，功率消耗最小；計晝=量傳 創新計晝(3)的功率運用並未超過很多。完整資^過， 個路徑之間平均分配時，功率運用最大；計晝(2)。該等五 圖10為根據本發明具體實施例的多重路 包數量最佳化法(3)與單路徑法⑴以及多重路彳;=封 包大小法(2)之資料傳輸延遲比較圖表^在 貝^封 的延遲，創新計晝(3)所導致的延遲介於計了 ^長 間。將圖9和圖放在-起，很清楚知道功率 延遲無法同時降至最低。不過，根據本發明且專輪 :新計畫(計_内有功率消耗與傳輸延遲間之最= -般來^本說财_述_在無線感測器 路由#料的以為貫作成分配式演算法之方法 在圖5、圖6、圖7和圖8中流裎圖内描述 ;且外面 組電腦可:行碼，並且儲存在無線感 點、閘道節點與基地台之記憶體内。 以叫杰即 201208306 ，，触人士將可了解，本發明的態樣可具體實施為 器網路、在無線感測器網路内路由資料封包的方 腦可讀取程式碼，用於在其上具體實施的無線 ^測―路内路由資料封包之電腦程式產品。因此，本發 =樣可為&整硬體具體實施例、完整軟魅體實施例 ^刃體、f駐軟體、微碼等)或組合軟體與硬體態樣的 ;實施例之形式’在此通稱為感測器節點、閘道節點或 可為通用電腦的基地台。 本說明書可運用任何一或多個電腦可讀取媒體的組 y該電腦可讀取媒體可為電腦可讀取信號媒體或電腦可 頃取儲存媒體。電腦可讀取媒體例如可為，但不限於電、 磁、光學、電磁'紅外線或半導體线、設備或裝置或上 述任何合適的組合。電腦可讀取儲存親的更多特定範例 (非窮盡列舉)包含下列：具有一或多條線的電連接可攜 式電腦磁碟、硬碟、隨機存取記憶體（rand〇m access memory，RAM)、唯讀記憶體(read_〇nly mem〇ry，R〇M)、 可抹除可程式唯讀記憶體（(⑽抑此ρΓ〇βΓ3ιηη^ΐε fead-only memory，EPR〇M)或快閃記憶體）、光纖、可攜 式光碟唯讀記憶體（compact disc read_〇nly ， CD-ROM)、光學儲存裝置、磁性儲存裝置或前述任何合適 的組合。在本文件的内文中，電腦可讀取儲存媒體可為： 可包含或儲存程式，來讓指令執行系統、設備或裝置使用 或與其相連之任何有形媒體。 該等演算法可在電腦程式產品上編碼成可執行碼，然 後透過其個別收發器在感測器與閘道節點佈署之前或之 後，從基地台的可移除資料及/或程式儲存裝置，載入無線 201208306 感測器節點之記憶 ，、异法可在電腦程式產品上編 二或者疋’該等 個別收發器在感測器與閘道節點:署==後透過其 可移除資料及/或程式儲存裝置， ^攸]-用電腦的 測器節點之記憶體裝置内。或線感測器網路的感 間的程式設計步驟期間，透過I^ 感剩器節點製造期 取其個別記憶體裝置，將可在‘腦二：：器或利用有線存 行碼的鱗演算法獻感㈣成可執 以及發㈣具體實施例提供—種無線_器網路 資料傳輸延遲與功率消耗。 丨貝應方式R時解決 人將本严明的具體實施例供瞭解本發明之用。吾 例，但是在不二:，二，於本文所叙特定具體實施 可進；r 子心明範疇之下，精通相關技術的人士 、重新配置與取代。因此，下列申請專利 &圍内涵盍本發明精神與範嘴内之所有這種修改與變更。 【圖式簡單說明】 ^發明的特徵都在後附申請專利範圍中提出，不過利 二下列例不具體實施例的詳細描述搭配附圖，就可 本發明本身有最佳瞭解，其中： ㈣本料㈣實蝴㈣―示^線感測 圖2例示根據本發明具體實施例的第二示範無線感測 201208306 器網路架構； 圖3例示根據本發明具體實施例的示範無線感測器節 點； 圖4例示根據本發明具體實施例的示範無線感測器閘 道節點； 圖5為在根據本發明具體實施例的無線感測器網路内 路由資料的方法之一般流程圖； 圖6為在根據本發明具體實施例的無線感測器網路内 路由資料的方法之詳細流程圖； 圖7為圖6的流程圖中該路徑決定步驟之流程圖； 圖8為圖6的流程圖中該最佳化步驟之流程圖； 圖9為根據本發明具體實施例的多重路徑和資料封包 數量最佳化法(3)與單路徑法（1)以及多重路徑等資料封包 大小法(2)之功率消耗比較圖表；以及 圖10為根據本發明具體實施例的多重路徑和資料封 包數量最佳化法(3)與單路徑法（1)以及多重路徑等資料封 包大小法(2)之資料傳輸延遲比較圖表。 【主要元件符號說明】 100 無線感測器網路 105 基地台 110 感測器節點 115 路徑 120 路徑 125 路徑 130 無線感測器網路 135 連結 20 201208306 200 感測器節點 205 處理器 210 記憶體 215 匯流排 220 感測器 225 匯流排 230 收發器 235 匯流排 240 電池 245 功率分配系統 250 天線 255 選配充電器 300 閘道感測器節點 305 處理器 310 記憶體 315 匯流排 320 感測器 325 匯流排 330 收發器 335 匯流排 340 電池 345 功率分配系統 350 天線 355 充電器 365 選配第二收發器 201208306 370 天線 375 選配網路介面 380 匯流排 400〜430 步驟 435〜470 步驟 475-500 步驟 505-535 步驟

Claims (1)

1. 201208306 七、申請專利範圍·· 1. 一種在一無線感測器網路内路由資料之方法，勺括 之來源 (a)由包括複數個感測器節點的一無線感測器網路 感測器節點來偵測一時間事件； 程所構成；以及 (b)識別從該來源制H節點至該無線感測器網路的 集點之多重路徑，該等多重路徑由感測器節點至感測器節點躍 於(b)之後，⑹使用該來源感測器節點的—處理器， 時降低(i)該等多重路徑的每-路徑内感測器節點所消耗之功^ 以及(ι〇從該來源感測器節點傳輸該等資料 時間，將資料封包最佳分配至該等多重路徑的每:^點之 2. 如申請專利範圍第1項之方法，另包括·· 料封之後⑷在該等彡重路彳讀每—路徑之上，將該等資 枓封包的不随料封包從該來源感節點傳輸至該匯集點。、 3. 如申請專利範圍第2項之方法，另包括： 點的^^(^間’核要從該來减㈣節轉輸至該匯集 .，的貝枓置疋否超出一預定限制； ==量超出該預定限制，則執行(b)、⑹和⑷；以及 該來S3,該預定限制上或低於該預定限制，則決定從 灯原感測㈣點至娜集關―單—路徑，並 =點將内含該資料的㈣封包從該來源感測器節點傳輸至該 4. 如申請專利範 圍第I項之方法，其中(c)包括： 201208306 初始一最佳化等式以及一組限制，以便解析該最佳化等 式； 執行一 Lagrangian函數’使用該等限制釋放該最佳化等 式；以及 解析該等多重路徑的每一路徑中資料封包分配之該 Lagrangian 函數。 5. 如申請專利範圍第4項之方法，另包括： 使用連續二次規劃來解析該Lagrangian函數。 6. 如申請專利範圍第i項之方法，其中資料封包的該最佳化 分配包括： 決定該等多重路徑中每一路徑内每一感測器節點的功率 〉沟耗， 收所=重路徑中每一路徑之上細包的傳輪與接 決等多重路徑中每—_内每-躍程的-時間延遲； 最長包從該來源感測器節點傳輸至該匯集點的—’ 功率有最少_餘量的-感測器節點之 夹疋忒4夕重路徑的母一路徑之壽命；以及 的路^據該衫重路財每—路徑_料命，決定—最穩定 如申請專觸圍第〗項之方法，其中⑷包括： 求角+ (solving)等式： 24 201208306 Z=Ej(2*Aj*tpJ*Hj*pj) 具備該等限制 ςΑγό ; max [(Aj*Tj*Hj*pj)] 彡[Dhsta’Hs^pjMmaxKD/n^Wpj)]} /2 ;以及 其中 Z為目標函數； D為要傳輸的總資料量； Kr=nj*tj Kr為節點在處理與感測時功率耗躺效率(焦耳/秒）； Hj為第j路徑内感測器節點的數量； 鴇使用中的路徑用來傳輸資料封包的時間； Tj=qj+lBj ; 路f中每躍程的每封包之平均延遲(秒/封包/躍程); %為第j路徑内的平均佇列延遲； 马為第j路徑的位元率(單位：封包/秒）； Pr 2*Aj* tp^Hj Pj為第j路徑内消耗的功率； 程）；tPj為第j路控中每躍程的每封包之傳輸功率(焦耳樹包/躍 △J為第」路經之上傳輪的資料封包數量； Η.1為第j路徑内的躍程數； 」η為第」路彳I内具有最少剩餘功率量的該感測器節點所 25 201208306 剩餘功率； 遲(秒/封 “為最長壽命路徑中每躍程 包/躍程）；以及 十岣延 Hstab為最長壽命路的躍程數。 8. -種電腦程式產品，其包括具有_ 電腦可讀取程式的一電 腦媒體’其中該電腦可讀取程式在；腦上執 之續方法以在專利範圍第p項中任一項 玄方在—無線感測器網路内路由資料。 9. 一種無線感測器網路，包括： 括一: = = 該組感測器節點的每-感測器節點都包 ;组二王器、一記憶體單元、一電池以及-收發器; 身曼二==_每—感測器節點都設置成識別從其本 身無線感測15網路的—匯集點之多重路徑，該等多重路徑 的每-路挫包，感測器節點至感測器節點躍程；以及 該組感測器節點的每一感測器節點都設置成：利用同時降 ==，的每，感測器節點上之功率】: ^ ^ 亥等=貝料封包至該匯集點之時間，將資料封包 最佳分配至該等多重路徑的每一路徑。 10.如申=專利I巳圍第9項之無線感測器網路，該組感測器節 點的母一感測器節點另包括： 第-決疋衣置’用於決定從該來源感測器節點傳輸至該匯 集點的—钟#衫婉—縱_，从蹄料f是否在該 預定限制方式上或低於該預賴财式，以決找該來源感挪 26 201208306 器卽點至該匯集點的一單一路徑；以及 傳輸裝置，用於透職單—路徑將 從該來源感測器節點傳輸至該匯集點。x、’、的貧料封包 11.如申請專利範圍第9項之無線感測器網路， — 點的每-感測n節點另包括. 〜感測器節 多細:重:r演算法’用於幽其本㈣匯集點的 測二 每-感 =制該最佳化演算法描述並最佳化等式以及該最二 a如申請專利範圍第9項之無線感測 點的每一感測器節點另包括： 〜職即 Lagrangian ^} A求解裝置’用於使用連續二次規劃，求 母一路徑中資料封包分配之該Lag服gian函^ 從的 A 圍第9項之無線感測器網路，其中該組感測 即點的母一感測器節點包括： ·"、 感測!於決定該等多崎中每-路徑内每- 第三決定裝置，用於決定該等多重路徑中 料封⑽_丨與接㈣魏之神； * 27 201208306 第四決定裝置，用於決定該等多重路徑中每一路後内每一 躍程的一時間延遲； 第五決定裝置’用於決定資料封包從該來源感測器節點傳 輸至該匯集點的一最長容許時間量； 第六決定裝置，用於根據具有最少功率剩餘量的一感測器 節點之功率量，決定該等多重路徑的每一路徑之壽命；以及° 弟七決定裝置’用於根據s亥專多重路徑中每二路徑的兮 壽命，決定一最穩定的路徑。 二、〜寻 14.如申請專利範圍第9項之無線感測器網路，另包括. -基地台’其無線連接至-或多個該級感測器=·_ —閘道節點，其無線連接至一或多個該纟。.，，或 閘道節點可無線或有線連接至該基地台；以及S ’節點’該 其中該基地台為通用電腦，並且該閘道節點 ，量、更大的傳輸範圍，或比該組感測。f更夕的功 即點更多的功率存量與更大的傳輸範圍。‘·、、％—感測器 2S