TW201216651A - Device and method for scheduling data packet transmissions in wireless networks - Google Patents

Description

201216651 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於在無線網路中控制資料封包傳輸 之裝置、系統及方法。 【先前技術】 近來，無線網狀網路吸引愈來愈多 照明系統、建築物自動化、監視應用程式、感測器系統及 醫療應用之遠端控制。詳言之，室外燈具之遠端管理（所 謂之電傳管理（telemanagement)) 變得愈加重要。一方面， 此係由環境之關注而驅動，此係因為電傳管理系統使得能 (例如）隨時間、天氣條件及季節而使用不同調光樣式，從 而允許室外照明系統之更能源有效之使用。另一方面，此 亦藉由經濟原因驅動，此係因為增加之能源效率亦降低操 作成本。此外，系統可遠端地監視電力使用且偵測燈故 障，此情形允許判定用於修理燈具或替換燈之最佳時間。 當前基於射頻（RF)之無線解決方案而使用星形網路拓樸 或網狀網路拓樸。在星形網路中，控制器在網路中具有至 每-節點之直接通信路徑。然而，此通f需要高功率/高 敏感度基地台式控制器置放於高位置處（例如，在建築物 之頂部）’其使解決方案部署麻煩且昂貴。在網狀網路 中’複數個節點一般不直接與控制器通信，而是經由所謂 之多跳躍通信與控制器通信。在多跳躍通信中，經由一或 多個中間節點將資料封包自 點。節點充當路由器以將Λ# 目的地節 由益以將1料封包自相鄰節點傳輸至距離 158763.doc 201216651 太遠以致以單跳躍不能到達之節點，從而產生可橫跨較大 距離之網路。藉由以一連串較短跳躍打斷長距離，信號強 度得以維持。因此’藉由網狀網路中之所有節點來執行路 由’從而決定待將資料封包發送至哪一相鄰節點。因此， 網狀網路為具有高連接性且因此具有高冗餘及可靠性之非 常穩健且穩定的網路。 在先前技術中，可將網狀網路傳輸技術劃分成兩個群 組：基於泛播之網狀網路及基於路由之網狀網路。在基於 泛播之網狀網路中，藉由網路中之所有節點來轉遞所有資 料封包。因此’一節點不必進行複雜之路由決策，而是僅 廣播資料封m由此等手段，技術❹當穩健的。然 而’在大型網路中，歸因於轉遞之資料附加項影響總的資 料速率·此外，更可能發生資料封包之衝突，從而進一步 降低總效能。因此，此解決方案之主要問題為可擴充性。 可將基於路由之網狀網路進一步劃分成主動式方案及反應 ^方案。在基於路由之主動式網狀網路令，所有需要之網 路徑儲存於每一節點中之路由 ^ ^ ^ T路由表（例如）藉由 送至相鄰節點以發現有效路由路徑而保 =新。儘官資料傳輸在此種網路中係非常有效的，作可 擴充性仍為低的’此係因為在大型網路中，路由表 式更新消耗大部分網路資源。 充而婵長…l 貝々此外，路由表將隨網路之擴 路由砉料 冯路之设置需要時間及資源’以便建置 言，反應式方案藉由按需求發現路線= 免水久附加項及大㈣由表 d路線而避 反應式方案使用泛播來發現 158763.doc 201216651 網路路徑且快取作用中跋始 〜 中路線或卽點。當多個路線僅用於 一資料封包時，泛播資制_ 44 —工 令匕而非執行路由發現可係更 效的。若路線保持足夠長 食以避免頻繁路由，則反應式方案 退化至主動式方案。用於' ;基於路由之反應式網狀網路的實 例用於ZigBee令。然而， Λ 此協疋方案之主要問題仍係 之可擴充性。 因此，以多跳躍模式執行無線網狀網路中之大多數傳 輸。此後每-資料封包或訊息歸因於轉遞而被多次傳輸， 藉此減少總的網路輸送量，無線網狀網路之網路可擴充性 係非常有限的。又，資料封包衝突很可能發生，從而進一 步使總效能降級。詳言之，當複數個節點挑選幾乎相同之 U將節點起始之資料訊務（例如，統計報告資料或里他 時間非關鍵資料)傳輪至一資料收集器節點或控制中、心 時’將出現過載問題’從而引起資料衝突及丟失。 此外，在非可靠網路（諸如，RF網路）中，資料封包亦可 因除衝犬之外的其他原因（例如，歸因於網路過載或惡化 之鍵路0口貪）而在傳輸期間丢失。重新傳輸可減少丢失可 月b !·生’但决不可保證成功傳輸。當封包必須越過多個跳躍 時’封包丟失之可能性增加。在大規模多跳躍網路中，資 料封包必須行進的跳躍之數目相當大。舉例而言，在包含 數千個節點之大型RFf傳管理系統中，有可能發生至的 個跳躍。因此’個別資料封包之遞送機會隨其跳躍距離而 減小’此係因為對於每一跳躍，存在資料封包丟失之機 會。此外，歸因於路由層級處之擁塞及暫時性錯誤，在多 158763.doc 201216651 :维㈣中封包錢之可能性進—步增加。若應用需要遞 、'保證’則此情形使得在傳送層或應用層處之資料應答為 、、一：：」而’應答模式之缺陷在於資料應答增加網路中 資料負載且經歷之延遲顯著增加’尤其在資料封包必須 在傳送層或應用層處重新傳輸時。此外，當藉由許多或所 有接收器節點在短時間週期内回應於（應答）-多播或廣播 資料封包時，所謂之應答風暴可發生，從而在發送器節點 之鄰域中引起過載問題且因此引起資料衝突及丢失。在全 域排程之網路中可避免此問題’在該等全域排程之網路 中，每-節點具有用於傳輸之固定個別時槽。但此全域排 程需要全域協調及組態’因此涉及麻煩之設置程序。此 外，發送全域排程及產生用於所有節點之全域排程分別產 生高的資料附加項及管理附加項。此外，當時槽僅偶爾使 用時’此急劇地減小可能頻寬。因此，此方法亦不適於大 規模網路。 因此，一方面歸因於冗長乏味之部署及組態且另一方面 藉由非常有限之網路可擴充性而構成常見無線網路中之大 的缺陷。特定言之，RF電傳管理網路歸因於其拓樸及大小 (尤其在區域層級處）遭受顯著過載，此限制其可擴充性。 此發生係因為tfl息係在不考慮網路拓樸之情況下藉由通信 堆疊之層產生且傳輸。改良傳輸之成功及可靠性因此在大 規模網路（諸如，具有大量燈具節點之街道照明系統）中係 至關重要的。此係因為通常發生在通信堆疊令之較高層處 的點對點重新傳輸係代價非常高且延遲密集的。因此，大 158763.doc 201216651 規模無線網路需要有效之路由協定，以便最小化資料封包 衝犬及後續資料丟失且達成所需之輸送量、回應時間及穩 健性。 美國2006/0187836 A1描述藉由引入虛擬瓶頸佇列而在 時間關鍵訊務之前延遲或丟棄時間不敏感訊務的通信裝 置。 【發明内容】 鑒於先前技術中之上述缺陷及問題，本發明之目標係提 供一種用於在—無線網路中傳輸資料封包的裝置、系統及 方法’其解決過載問題且提供高等級之可擴充性及傳輸可 靠性而無需每一網路節點中之高處理能力。 該目標係藉由獨立請求項之特徵來解決。 本發明係基於以下相、，扣.如人β 1 ^ 心法.朝向及/或來自資料收集器節 點之訊息流經排程以太拉pq 柱以在時間及/或網路區上平衡傳輸負 載。較佳地’此係以跨層方法來達成，其中網馳件及協 定可利用（例如）藉由跨層通信而彼此可用的資訊，因此減 輕資料收集器或控财心之鄰域令的資料負載且增加網路 〜保甲，徒供一種用於在無線 ，一，·，V、> ;、艰雕J格甲y制 資料封包傳輸之裝置。該裝置 _ 直匕3 控制早兀，該控制單 元經組態以在所判定夕焚智日日P 卞 疋之。覆間隔内隨機地選擇—時 於將一答覆資料封包傳輸至所接收之資料封包之發㈡ ο之，若所接收之資料封包為一多播或廣播資 則在已接收多播或廣播資料封包之接收器中的—些或所有 158763.doc 201216651 者以非常短的時間滞後來回應時，此傳輸有助於在發送器 處避免資料封包衝突。舉例而言，所接收之資料封包可為 對資料遞送之凊求，接著接收器傳輸所請求之資料作為答 覆。接收器及發送器分別可為該控制中心、該資料收集器 郎或該等即點中之任一者。因此，根據本發明之裝置在 回應於所接收之資料封包時排程資料訊務，以便在時間及 網路區上平衡傳輸負载。 置可添加或麵接至網路節點、資料收集器 郎點及控制中心中之至少—者。因此，該裝置與—網路節 點相關聯’該網路節點亦可為一資料收集器節點 收集器節點可為經組態以與網路之控制中心通信的任何節 : = 一種閘道器。舉例而言，該裒置可經調適以插 入現有電路板中或連接至節點之現有控制器。詳士之* 置添加至現有網路組件時，作為街道照明：統之： 有無線網路可升級至本發明概念。除控制單元外，該裝置 亦可進-步包含記憶體及/或用於接收及 _ 收發單元。 对a之 固= 網路可具有網狀拓樸。此外’無線網路之節點可為 固疋的且可已知無線網路中之節點之位置。在網路中，可 =具有對每一跳躍之應答的逐跳躍應答模式或以點對點鹿 4式將資料封包傳輸執行為多跳躍傳輸。藉此，驗嫩成 功育料封包傳輸且避免不必要之資料封包重新傳輪。也 ^ 一較佳實施例中’所接收之資料封包為經發送至一個 接收器之多播或廣播資料封包（例如，對資料遞送之 158763.doc 201216651 ^答覆可為時間非關鍵回應資料封包及/或所接收之 貧料封命$ 心。。因此，根據本發明之裝置可經調適以藉 由排程應答之傳輸而最佳化資料封包應答。因此，可在不 引起資料衝突之數目增加之情況下實現高效應答模式。 κ細例十，該裝置之控制單元可區分時間關鍵資料 封匕與時間非關鍵資料封包。舉例而言，控制單元執行分 析步驟，以便判定答覆資料封包是時間關鍵資料封包抑或 時間非關鍵資料封包。藉由此等手段，可保證在無延遲之 情況下傳輸時間關鍵資料封包或甚至相對於時間非關鍵資 料封包使時間關鍵資料封包排為優先。另外，時 資^封包將不阻礙時„鍵資料封包之傳輸。 —當在所判定之答覆間隔内隨.機地選擇一時槽以用於傳輸 —覆資料封包時’答覆間隔之判定較佳地由裝置之控制單 元來執行。答覆間隔對於所接收之資料封包可為特定的。 舉，而言，若答覆資料封包為時間非關鍵資料封包，則可 將答覆間隔判定為比用於時間關鍵資料封包之答覆間隔 長右所接收之資料封包為多播或廣播資料封包，則答覆 間隔之判定亦可基於所接收之資料封包之接收器的數目' 或者或另外，答覆間隔之判定可基於答覆資料封包之接收 器的數目’亦即’基於節點之數目’資料封包經傳輸至該 等接收器。此外’答覆間隔可基於 人 饤丨王（遠如，網路 此力、網路拓樸、當前網路負載及預期網路負幻 疋。可能地’-排程儲存於裝置中且控制單元可藉助於此 排私來判定答覆間隔。用於判定答覆間隔的其他額外或替 158763.doc 201216651 代準則可為包括於所接收之資料封包中之資訊（例如，由 發送器判定或估計之網路負載、由發送器判定之期限 (deadline)、指示時間點之時間戳記、發送器產生或發送資 料封之時間專）。當發送器定義期限（在其之前必須發送 答覆資料封包）時，發送器決定最遲必須預期答覆之時 間。此情形允許發送器較佳地調整重新傳輸計時器。期限 應疋義長於用於接收資料封包及傳輸答覆資料封包正常所 需之時間的答覆間隔。在必須答覆多播資料封包之狀況 下，在發送器處資料衝突及後續資料丟失之機率隨較長答 覆間隔而減小。 另外，控制單元可經調適以基於跳躍距離、網路區域及 各別節點之網路位址中之至少一者藉由排程來自網路節點 之對貝料4求訊息的答覆而在不同網路區上分散網路負 載。在一較佳實施例中，當裝置與具有至資料收集器節點 之低跳躍距離之節點相關聯時，裝置之控制單it可將資料 封包傳輸排程為在具有至資料收集器節點之高跳躍距離之 網路區域中的裝置之資料封包傳輸之前。因此，裝置可考 慮網路括樸而使資料訊務塑形。因此，確保待由低跳躍距 離區域巾之節轉輸之資料封包不堆積，使得職跳躍距 难區域中之節點可充當用於轉遞來自具有較高跳躍距離之 的資料封包之路由因此，減少了低跳躍 距離區域中之節點的負載。 此外’控制單元可能夠基於網路_(諸如 料收集器節點之間的空間或地理距離、褒置至資料收集； 158763.doc 201216651 節點之跳躍距離、網路内之裝置之位置、與裝置相關聯之 肩路位址’或其組合）而設定後移延遲。後移延遲可指代 由MAC層或網路層引人之資料錢傳輸之後料遲。較佳 地’接近資料收tll節點之裝置中的後移延遲短於遠離資 料收集ι§節點之襞置中的後移延遲。 在另-較佳實施例中，當接收一個以上資料封包時，控 制單元㈣態以將答覆f料封包聚集成—答覆批次。藉: 此等手根據本發明之裝置經調適以藉由將複數個回應 =集成—答覆批次而最佳化資料封包回應。iUb，可省略 几餘t頭且可減少資料附加項，使得可增加傳輸之有效負 載’因此郎省網路資源。此處，彳關於不同網冷區域非常 有效地控制網路負載。 當將對所接收之資料封包之答覆組合於—答覆批次中 1於別推遲對所接收之資料封包之答覆，以便將其聚 木；—個答覆批次中。較佳地，考慮所判定之笈# 隔，使楫笈费， 1愿所糾疋之答覆間 拔此：在所判定之答覆間隔内傳輸。當判定所 接收之資料封包传自 〇〇 η / 係自早-發“接收時，將答覆批次單播 收:似地，當判_收，封包係自 節點中之該答覆批次可為至該複數個發送器 實施例中，ϋ。 口此在本發明之_ 群組之_ 早元可聚㈣於單—節點及/或預定節點 令之，封包’以便避免不必要之資料附加項。詳 載，心：=包對應於應答(其幾乎不含有有效負 為要王'網路層及MAC層標頭），貝IJ顯著地減少用 158763.doc •11- 201216651 於傳輸之資料附加項且節省網路資源。在形成用於預定群 組之答覆批次的狀況下’可（例如）基於網路效率或基於各 別節點之間的距離而適當地判定該節點群組。然而，亦有 可能基於網路内之節點之位置或節點之網路位址或其類似 者而判定節點群組。或者，可預先定義複數個適當群組且 將其儲存於每一節點中。 在本發明之較佳實施例中，該裝置用於控制網路中以用 於電傳管理照明系統（例如，街道照明系統）。藉助於此電 傳管理系統，可易於將燈具節點接通/切斷，及/或可基於 參數（諸如’當天時間（day_time)、季節、天氣、環境亮 又 乂通事故之發生、道路施工之存在等）而控制燈具節 點之調光樣式。可藉由隨燈具節點一起提供之感測器來判 定此等參數且可接著將其報告給控制中心。 在本發明之另一態樣中，提供一種用於在無線網路中控 制資料封包傳輸之系統，該系統包含一控制中心及複數個 節點，其中該控制中心及/或該等節點中之至少一者包含 根據上文所描述之實施例中之一者的裝置。較佳地，在無 線網路中經由多跳躍傳輸來執行資料封包傳輸。在一實施 例中，節點與室外照明系統之燈具相關聯。 此外，可基於以下各者中之至少一者而排程自節點至資 料收集器節點或至控制中心之資料封包傳輸：網路内之節 點之位置、節點之網路位址，及節點至資料收集器節點或 &制中〜之跳躍距離。較佳地，藉由位於節點中之裝置 來執行排程，使得該節點可以節點特定延遲對由控制中心 158763.doc •12· 201216651 或由資料收集器節點多播的你 或另外，可藉由控制中心◎ = 作出報告。或者 路位 次資枓收集器郎點基於節點之網 $貝料收集器節點或至控制中心之跳躍距離 而輪s旬網路之銘赴 . .、。可在控制中心或資料收集器節點之網 輪或應闕處或藉由包括於其中之裝置來執行 者在輪5旬之後，節點在不同時刻報告，因此避 免資料封包衝突。 一本發月之另ϋ樣中，提供—種用於在無線網路中控 IS封包傳輸之方法，其中在所判定之答覆間隔内隨機 地選擇-:夺槽以用於傳輸對於所接收之資料封包之答覆資 料封包。藉由此等手段，可關於傳輸時間及網路區來排程 無線網路中之資料訊務，以便避免網路過載及資料丢失。 【實施方式】 本發明之較佳應用為致動器網路、感測器網路或照明系 統，諸如室外照明系統（例如，用於街道、停車場及公共 區域）及用於一般區域照明之室内照明系統（例如，用於購 物商場、競技場、停車場、車站、隧道等）。在下文中， 將使用用於街道照明之室外照明系統的實例來進—步解釋 本發明，然而，本發明不限於此應用。在照明控制領域 中，經由射頻網路技術的室外燈具之電傳管理正接收愈來 愈多的關注，尤其係適用於具有2〇〇個燈具以上之區段的 大規模安裝的解決方案。 在圖1Α中，展示具有網狀拓樸之典型網路。複數個節點 1〇(Ν)藉由無線通信路徑4〇而彼此連接。該等節點1〇中之 158763.doc 13 201216651 一些者充當資料收集器節點5〇(N/DC)，其經由單跳躍或多 跳躍傳輸接收來自周圍節點1〇之資料封包並將該等資料封 匕傳輸至控制中心60，且其接收來自控制中心的之資料封 包並將該等資料封包傳輸至節點1〇。因此，資料收集器節 點50可以郎點1〇與控制中心6〇之間的閉道器之方式操作。 節點U)與資料收#|§節點5G之間的無線通信路㈣可由 輸構成1¾資料收集器節點5〇與控制中心60之間的連接 7〇可利用網際網路、行動通信網路、無線電系統或其他有 線或無線資料傳輸系統。 在用於室外照明控制之電傳管理系統中，通信為非常不 對稱的:大多數訊務係由節點1〇產生，（例如）將節點⑺之 狀態、印點10之調光設定樓、感測器值或功率使用報告給 控制中心60。其他訊務由自控制中心60至不同節點10二 制τ令（例如’用於調整調光樣式或將燈接通/切斷）組成。 因此，大多數訊務得、由N:1訊務（單播）構成，而自控制中心 至節點丨0之訊務由1:N訊務（以單播、多播或廣播模式鳩 成。此外’燈具節點10之數目在室外照明系統（諸如，街 統)中為極其高的。因此，尤其在與常見無線網 ^周路（其通常含有少於200個之節點）相比較時，該網路之 :係非常大的。另外’歸因於成本考慮，節點1〇通常且 有有限之處理能力’使得燈具節點1〇中之 源:受限制。因此’用於在單-節點1。之間傳輪資：： 之U協定應考慮用於有效及快速資料封包傳輸的有限資 源。此外’與其他所謂特用網狀網路相比’用於室外照明 158763.doc 201216651 控制網路之電傳管理系統為固定的 動。又，所有節點10可連接至電源寫 固定的，亦即， 節點10不移

低回應時間的許多情形。舉例而言， 關鍵資料封包）需要 當偵測到交通事故 時，可控制相應區域之節點10以便即刻切換至全功率。 在圖1B中，展示根據本發明之裝置1〇〇。裝置可與無

心60相關聯。裝置100包含控制單元2〇〇。此外，節點、 寊料收集器節點50或控制中心60分別包含或裝置丨〇〇包含 用於經由無線通信路徑40(例如，經由RF傳輸）傳輸或接收 資料封包之收發單元300。因為RF傳輸無需高傳輸功率且 易於實施及部署，所以可減少使用該裝置設置及操作網路 之成本。此對於大型RF網路（例如，用於照明系統之RF電 傳管理網路）尤為重要。然而，資料封包傳輸可替代地使 用紅外線通信、自由空間可見光通信或電力線通信。 如圖2中所展示，可將自發送器A至複數個網路節點1 〇中 間的若干特定接收器B的資料封包傳輸執行為多播（箭 頭）。發送器A或接收器B中之至少一者亦可指代資料收集 158763.doc 15 201216651 二點50或控制中心6〇。然而，較佳地，藉由泛播來執行 資：收集器節點50至各別燈具節點】〇之資料封包傳輪， 二藉由’肖路中之所有燈具節點1 Q來轉遞所有資料封包。 貝料封包至少含有關於發送器A及一或多個目的地節點10 或接收器B之資訊。接著藉由該至少一目的地節點ι〇解碼 資料封包。對於自燈具節點臟資料收集器節點5〇之資料 t包傳輸，基於路由之解決方案係較佳的。較佳地，因為 疋期地使用至資料收集器節點5G之路線，所以使用主動式 路由結構。在主動式路由結構中’路由表儲存於每一節點 10中’指示哪—相鄰節點1〇可充當朝向資料收集器節點5〇 之連接。因此’可以非常有效且快速之方式將資料封包發 送至最近資料收集器節點50。有利地，每一節點ι〇保持關 於多=下行鏈路相鄰節點狀資訊作為替代路線，以便增 二可靠性ϋ鄰節點崎因於強干擾或完全故障而不 可到達，則路由協定具有額外替代路線以將資料封包投送 至資料收集器節點5 〇。 因此，在無線網路中，可藉由廣播或多播資料封包（參 見圖2)而有效地達成同一資料封包至多個節點1〇(群組或甚 至所有節點1〇)之傳輸。然而，若需要遞送保證且以應答 模式執行因此廣播或多播傳輸，則可在發送器八處發生所 謂之應答風暴’從而導致資料衝突及吾失。因此，根據本 發明之-實施例，藉由每一接收器Β隨機地排程資料應 答’如圖3中所展示。 在圖3中，針對應答傳輸例示性地說明根據本發明之一 158763.doc •16- 201216651 實施例的經最佳化之資料傳輸。在接收器B已自發送器a 接收一多播或廣播資料封包（S3 0)之後，每一接收器b判定 一答覆間隔（S31”在判定答覆間隔（S31)之後，接收器b在 答覆間隔内隨機地選擇一時槽（S32)且在選定時槽中將一 應答資料封包傳輸至發送器A(S33)，從而確認對所接收之 資料封包的成功接收。 可基於接收器B之數目而判定答覆間隔，多播或廣播資 料封包經發送至接收器B。舉例而言，若將資料封包發送 至大量接收器B，則可將答覆間隔判定為長於將資料封包 發送至僅幾個接收器B之答覆間隔。可針對特定種類之資 料封包而預先判定接收器B之數目。舉例而言，當使用一 群組位址以用於多播資料封包時，該群組位址可指代具有 預定數目個節點10的接收器B之預定群組。詳言之，當資 料請求訊息為由資料收集器節點50或控制中心60進行之多 播或廣播時，每一接收器節點10可知曉將回應於所接收之 資料吻求的接收器B之數目。亦可基於包括於所接收之資 料封包中之資訊而判定答覆間隔。因&，發送器A可知曉 或估計群組中之接收之數量且將此資訊添加至多播或 廣播資料封包。或者或另外，發送器A可估計或判定當前 或：期網路負載。可能地’針對每一接收器B將答覆間隔 判定為類似的。然而，因為每一接收器3自答覆間隔中隨 機地拾取一時槽且在選定時槽中傳輸其答覆資料封包，所 缺在^送态節點1〇處之資料衝突之可能性變得較小。當 然’答覆間愈長或接收器節點B之數目愈低，f料衝突 I58763.doc 17 201216651 之可能性愈小。因此’減少可資料丟失且可避免重新傳 輸。 在另-實施例中，當答覆資料封包（例如，應答）必須最 遲傳輸時’發送器A將期限與資料封包一起傳輸◦接著， 答覆間隔將判定為自接收資料封包之時間與預定期限的時 間間隔。每一接收器B在此答覆間隔内（亦即，在期限之 前）隨機地選擇-時槽，且接著在選定時槽内傳輸直又覆 資料封包。或者，所接收之資料封包包含時間戮記°(例 如，指示藉由發送器A完成資料封包或傳輸資料封包的時 間），該時間戮記接著由每一接收器轉1參考來使用，以 便判定答覆間隔。舉例而言，可（例如）取決於所接收之資 料封包之種類而將預先定義之時間間隔健存於每一節點^ 中，使得藉由時間戳記及預先定義之時間間隔，每一接收 器B可易於判定期限，必須發送對於所接收之資料封包之 答覆資料封包直至該期限為止。因此，藉由在資料封包中 包括期限或時間戳記使得可判定期限及因此之答覆間隔， 發送器A可使資料訊務塑形。可能地，發送器八在設定期 限，考慮當前或預期網路負载。此外，藉由指定期限，發 二A可最佳化重新傳輸計時器之調整，此係因為其自身 決定最遲在何時必須預期最後答覆資料封包。 古田然。’圖3中所展示之程序不限於資料應答。對比而 S ’此程序可經調適以用於排程對多播或廣播資料封包之

任何回應，例如，姻_ & M ’夕播貧料言月求訊息之答覆。藉由此等 又’在母—接收HB處以特用方式在本端產生用於答覆 158763.doc 201216651 所接收之多播資料封包之隨機化排程，因此最小化網路中 (例如，在發送器A處）之資料衝突之機率。 應答模式之一個大的缺陷在於應答資料封包幾乎不含有 有效負載，但仍需要全網路層及MAC層標頭，因此促成網 路過載。此意謂應答資料封包之附加項與其他資料封包相 比係非常高的且應答之傳輸因此在許多狀況下填充大量可 用有效負載。因此，根據本發明，可另外將多個獨立應答 聚集成一個答覆批次，如圖4中所展示。 在圖4A中’針對應答對應於自同一發送器a接收之資料 封包的狀況來展示用於聚集若干應答之實施例。當接收器 B接收來自發送器A之一資料封包（S400)時，接收器b等待 預定時間（S401) ’無論是否接收更多資料封包。此情形使 得更可能發生聚集。因此，接收器B推遲對在此預定時間 期間接收的資料封包之應答且儲存各別應答（S4〇2)。在預 定時間已屆期之後，接收器B判定是否已自同一發送器a 接收若干資料封包。在於預定時間間隔内自同一發送器A 接收若干資料封包（S403)的狀況下，在S404中將針對此等 資料封包之應答組合成一個答覆批次或應答批次（ACK批 次）。接著將ACK批次傳輸或單播至該一個發送器 A(S405)。 在圖4B中’針對自不同發送器a接收若干資料封包之狀 況說明類似程序。在已接收資料封包（S400)之後，接收器 B等待預定時間間隔（S401)，無論是否接收更多資料封 包，從而推遲並儲存在此時間期間接收之應答（S402)。當 I58763.doc 19 201216651 判定在預定時間間隔内自不同發送器A接收若干資料封包 (5413) 時，接收器B可判定發送器之一或多個適當群組 (5414) 。此判定可基於所接收之資料封包、基於待傳輪之 答覆、基於網路内之發送器A之位置、基於發送器a至接 收器B之跳躍距離或基於發送器a之網路位址。然而，例 如，當預先定義發送器A之群組且將其儲存於接收器B中 時，亦可省略判定適當群組之步驟（S414)。最終，將對— 適當群組中之發送器A的所接收之資料封包的應答聚集成 一個答覆批次或ACK批次（S415)，且接著將ACK批次傳輪 或多播至此群組之所有發送器A(S416)。因此’接收器B將 所接收之資料封包之發送器A分群或分類。當控制中心6〇 或資料收集器節點50必須應答自複數個節點1〇發送的複數 個資料封包時，此分群或分類係特別有用的。因此，取決 於基礎通信協定，有可能將此等答覆批次映射至網路有效 多播群組。可能地，並非所接收之資料封包之所有發送器 A可經分配至適當發送器群組中之一者。在此狀況；，; 單獨地發送發送器A之應答。此外，可能會發生所接收之 資料封包之發送器A不可全部分配至發送器之同一適當群 組。接著，可傳輸若干ACK批次（每一發送器群組一個 ACK批次）。 在上文所描述之實施例的修改中，進一步判定所接收之 資料封包是否涉及時間關鍵答覆。在答覆資料封包為時間 非關鍵之狀況下，可挑選大得多之等待週期，使得答覆聚 集之可能性增加。因此，可基於所需回應時間而調整預定 158763.doc -20- 201216651 等待時間。此外，可定義步驟S401之預定時間’使得其在 指定期限或如S3 1中所判定之答覆間隔内。在針對複數個 所接收之資料封包判定不同答覆間隔的狀況下，可挑選最 短答覆間隔。可能地，在答覆間隔内隨機地挑選預定等待 時間。藉由此等手段’可甚至更有效地節省網路資源。 如上文所描述及在圖4 A及圖4B中所說明之實施例不限 於應答之聚集。當藉由將若干答覆資料封包聚集成一個答 覆批次來傳輸其他答覆資料封包時，亦可節省標頭。指出 答覆批次以及應答批次分別包含複數個獨立答覆或應答。 因此’節省了網路資源且減少了資料訊務。 在本發明之另一實施例中，另外考慮網路拓樸來排程資 料封包之傳輸，尤其係時間非關鍵資料封包之傳輸，以便 最小化寅料衝犬及後續資料封包丟失。傳輸排程可應用於 N: 1或1 :N通信樣式，例如，應用於自資料收集器節點5〇至 複數個節點10或自複數個節點10至資料收集器節點5〇的通 信鏈路。然而，即使自節點10至資料收集器節點5〇或至控 制中心60之通信比相反方向上之通信更有效，仍存在用於 改良之空間及需要，此係因為待在尺!?電傳管理系統中傳達 之最大塊資訊將為來自節點10之統計資料或狀態報告資 訊。因此，較佳採用此實施例以用於自節點1〇至資料收集 器節點50或至控制中心60之N:1通信，且因此將使用此實 例來解釋。傳輸排程可基於以下各者中之至少一者：網路 内之發送器A之位置；發送器A至資料收集器節點5〇之跳 躍距離；及發送器A之網路位址。 158763.doc -21 - 201216651 當傳輸排程係基於網路内之發送器A之位置時，可界定 不同區域使得自不同區域之節點10的通信鏈路4〇彼此不干 擾。此情形避免網路之特定瓶頸區域（詳言之，在資料收 集器節點50附近）的過載。發送器節點〗〇可藉由詢問 (consult)其網路或MAC位址來獲悉關於其位置之資訊。可 藉由控制中心60或資料收集器節點5〇來建立並分散傳輸排 程，且指示預期不同網路區域之節點1〇將其資料報告給控 制中。60或資料收集器點5〇的時間。或者，控制令心6〇 或資料收集器節點50可基於網路中之節點1〇之位置而輪詢 節點10。 柯° 在圖5A中，展示一街道照明系統，其中燈具節點1〇沿街 道分散。因此，當燈具節點1〇將其統計資料（例如，功率 狀態、調光狀態、環境亮度或其類似者）報告給資料收集 器節點5〇時’資料傳輸可基於空間或地理分群而排程。或 者，基於道路網路將燈具節點1〇分群（亦即，在同一街道 中之燈具節點_時報告其資料）可為有利的。較佳地， 較遠離資料收集器節點5G之燈具節點1()比接近資料收㈣ 節點50之燈具節點1Q在時間上較後地傳輸其資料封包厂 在上文所描述之實施例的修改中，傳輸排程係基於自燈 具節點至資料收集器節點5〇之跳躍距離。如圖5B中所展 *在使用夕跳躍傳輸之無線網狀網路中的燈具節點1 〇可 藉由：至貧料收集器節點50之跳躍距離來分類。跳躍距離 與將貧料封包自發送器節點1G傳輸至資料收集器節點50所 必要之跳躍的數目有關。舉例而言，在半徑502與半徑501 158763.doc •22· 201216651 之間的燈具節點ίο將藉由兩個跳躍來傳輸其資料封包，而 在半徑501内之燈具節點1〇可藉由一個跳躍來傳輸其資料 封包。跳躍距離或跳躍計數資訊可在燈具節點1〇之網路層 處可用。在一例示性實施例中，以漸進方式將資料封包自 由其跳躍距離所界定的區域傳輸至資料收集器節點5〇。可 能地，低跳躍距離區域（例如，在半徑5〇1内）經排程以首先 報告或簡單地首先由資料收集器節點5〇輪詢。藉由此等手 段，確保一旦低跳躍距離區域之燈具節點} 〇已報告其資料 封包，其便僅充當轉遞來自較高跳躍距離區域之燈具節點 10之資料封包的路由器。藉由此等手段，將減輕低跳躍距 離區域中之燈具節點10，其歸因於網路拓樸而通常非常有 可能過載。 可能地，藉由在答覆間隔内隨機選擇一時槽或藉由將答 覆聚集成一個答覆批次來將基於以下各者中之至少一者的 資料封包傳輸之空間排程與時間排程組合：網路内之發送 Is A之位置、發送器A至資料收集器節點5〇(或網路控制器 60)之跳躍距離，及發送器A之網路位址。藉由此等手段， 網路負載可在時間以及在不同網路區上平衡。 在上文所描述之實施例的另一修改中，傳輸排程係基於 燈具節點10之網路位址。因此，在已接收（例如）由控制中 心60或資料收集器節點50廣播或多播之報告-請求訊息之 後’燈具節點10可在不同時刻傳輸其答覆資料封包。廣播 或多播訊息可含有充當用於所有報告燈具節點1〇之共同參 考的時間戳記。基於此參考時間及節點特定或網路位址特 I58763.doc •23· 201216651 定延遲，每—燈具節點1G可判定其個別傳輸時間。此情形 進-步最小化衝突之危險，而來自所有燈具節㈣之資料 封包係在相對短的時間週期内接收。此情形在燈且節㈣ 以信樣式將狀態資料或其_者報告給資料收集哭 節點50或報告給控制中心6G時係特別有利的。在以㈣方 式分散網W之狀況下，可將具有針對每—網路㈣而 指定之延遲的排程表儲存於每—燈具節點1G中，且可基於 當前要求將網路位址動態地分配至燈具節點1G，因此判定 個別傳輸時間。 在類似於傳輸排程之實施例的本發明之另一實施例中， 藉由MAC層或藉由用於重新傳輪資料封包之網路層引入後 料遲。後移延遲指代後續傳輸嘗試之間的延遲。曰舉例而 吕，當傳輸已失敗時，發送器節點A可藉由延遲資料封包 之重新傳輸達後移延遲，使得另—節點可完成其傳輸，因 此減少衝突可能性》㈣，後移延遲可包括用於媒體存取 嘗試之後移時間。此處，當媒體經評估為空時，媒體存取 嘗試與載波感測及資料封包之後續傳輸或重新傳輸的程序 有關。因此，用於媒體存取嘗試之後移時間表示後續媒體 存取嘗試之間的時間間隔。基於以下各者中之至少一者而 °又疋後移延遲.網路内之節點丨〇之位置、節點丨〇與資料收 集益節點50之間的跳躍距離，及節點丨〇之網路位址。較佳 地，MAC層後移延遲及網路層後移延遲中之至少一者取決 於節點10與資料收集器節點5〇之間的距離。詳言之，對於 不斷增加之遠端節點1〇，MAC層後移延遲及網路層後移延 158763.doc -24- 201216651 遲中之至夕纟變長。在此狀況下，可迫使較遠離資料收 集器節點50之節點10比接近資料收集器節㈣之節點咐 多地散佈其資料封包。藉由此等手段，遠端節點1〇不會在 較接近資料收集器節點50之節點1〇處引起過載。因此，網 路節點10之資料訊務產生經如此塑形以 點5。附近之擁塞。有利地，連同上文所描述 至少一者來一起使用此實施例。 較佳地，涉及資料封包傳輸之延遲的上文所描述之實施 例應用於時間非關鍵資料及/或應用於對網路上之通信延 遲均勻性沒有嚴格要求的資料傳輸。舉例而言，此類時間 非關鍵資料可指代藉由網路節點1〇以定期時間間隔報告的 統計資料或狀態資訊，諸如，所消耗之能量、燃燒時間、 操作狀態、#前或平均冑光樣丨、所感測之環境亮度或其 類似者。對比而言，時間關鍵資訊可指代對在緊急事件期 間發送至網路節點丨0之控制訊息的應答。 顯然，上所文描述之實施例可以各種方式來組合。藉助 於傳輪時間之上文所描述之排帛，可減少區域及全域網路 負載且可避免資料封包衝突及後續資料丟失。因此，提供 用於無線網狀網路之路由手段，其允許高效且可靠之資料 傳輸，提供高可擴充性及快速且容㈣組態且能夠自紐態 及自修復。 μ 【圖式簡單說明】 圖1Α說明無線網狀網路之實例； 圖說明根據本發明之裝置的示意圖； 158763.doc -25- 201216651 圖2說明多播； 圖3說明根據本發明之一實施例的經最佳化之資料傳輪 的流程圖； 圖4 A說明根據本發明之另—實施例的經最佳化之資料傳 輸的流程圖； 圖4B說明根據圖4 A中所展示之實施例之修改的經最佳 化之資料傳輸的流程圖； 圖5A說明室外照明電傳管理系統中之節點的空間分 散；及 圖5B展不說明點至資料收集器節點之跳躍距離的無線 網狀網路之示意圖。 【主要元件符號說明】 10 燈具節點 40 無線通信路徑 50 資料收集器節點 60 控制中心 70 連接 100 裝置 200 控制單元 300 收發單元 501 半徑 502 半徑 A 發送器節點 B 目的地節點 158763.doc 26 -

Claims (1)

1. 201216651 七、申請專利範圍： 1. 一種用於在一無線網路令控制資料封包傳輸之裝置，其 包含： 控制單元（200),其經調適以對一所接收之資料封包 作出回應而在-所判定之答覆間隔内隨機地選擇一時槽 以用於傳輸一答覆。 2. 如凊求項丨之裝置，其中該裝置經調適以添加至一節點 (10)及/或添加至一資料收集器節點（5〇)及/或添加至一控 制中心（60)，及/或其中該無線網路為一網狀網路及/或盆 中該無線網路之節點⑽為固定的，及/或該無線網路^ 節點（10)的位置係已知的。 3. 如前述請求項中任-項的裝置，其中該所接收之封包為 經發送至-個以上接收器節點（B)之一多播或廣播資料封 包及/或對資料遞送之一請求，及/或其中該答覆為一時 間非關鍵資料封包及/或該所接收之資料封包之—應答。’ 4. 如請求項碱2之裝置，其中該控制單元(2〇。)經調二區 分時間關鍵資料封包與時間非關鍵資料封包。 5. 如凊求項1或2之裝置，其中該答覆間隔對該所接收之資 料封包為特定的，及/或該答覆間隔係基於以下各者而判 定.基於該答覆之受訊者節點（1〇、5〇、6〇)之—數目· 及/或基於該所接收之資料封包之接收器節點（i〇H 60)之一數目丨及/或基於網路能力；及/或基於一時間 記；及/或基於包括於該所接收之資料封包中的資 及/或基於一預定期限；及/或基於當前網路負載，及/或 158763.doc 201216651 基於預期網路負裁，及/或基於一所儲存之排程。 6. 其中一資料封包之一傳輸係基於 如請求項1或2之裝置 以下各者而排程：基於該網路内之該裝置（ι〇〇)的一位 置，·及/或基於該裝置（100)至一資料收集器節點（5〇)之一 跳躍距離；及/或基於一網路位址。 7.如請求項6之裝置，其中在具有至一資料收集器節點⑽ 之低跳躍距離之-區域中的__資料封包之該傳輸係排程 在具有至該資料收集器節點（5G)之高跳躍距離之一區域 中的一資料封包的該傳輸之前。 8·如請求項！或2之裝置’其中該控制單元（)經調適以基 於以下各者而設定後移延遲：基於該裝置（100)與一資料 收集器節點(50)之間的一空間距離；及/或基於該裝置 ()至資料收集器節點（50)之一跳躍距離；及/或基於 該網路内之該裝置⑽）的一位置；及/或基於一網^位 址° 月长項1或2之裝置，其中該控制單元（2〇〇)經調適以將 對一個以上所接收之資㈣包的答覆聚集於一個答覆批 次中。 10. 士》月求項9之裝置，其中該控制單元()經調適以推遲 =忒等所接收之資料封包的該等答覆以用於聚集於該答 後批-人中，使得該等答覆係在一各別答覆間隔内傳輪。 月求項9之裝置，其中該控制單元（200)經調適以聚集 對個別郎點（1〇、50、60)之答覆及/或聚集對節點（1〇、 5〇、60)之一預定群組的答覆。 158763.doc ⑧ -2- 201216651 12·如請求項11之裝置’其中為了聚集對該預定群組之答 覆’該控制單元（200)經調適以基於該等節點（1〇、50、 60)之間的一距離而判定節點（1〇、5〇、60)之該群組。 13.如請求項1或2之裝置，其中該裝置（1〇〇)用於一照明系統 之電傳管理中以用於將燈具節點（1〇)接通/切斷及/或控制 燈具節點（10)之調光樣式。 I4· 一種用於在一無線網路中控制資料封包傳輸之系統，該 系統包含： 複數個節點（10);及 至少一資料收集器節點（50); 其中該等節點（10)中及/或該資料收集器節點（5〇)之至 少一者包含如前述請求項中之一項的裝置， 其中”亥資料收集器節點（5〇)經調適以基於該等節點 ⑽中之至少-者至該資料收集器節點⑼)之—跳躍距 離及/或該節點（10)所位於的 '網路區域而輪詢該節點 ⑽以用於資料封包傳輸，及/或其中該資料收集器節點 (50)經調適以多播一資料請求訊息至該等節點⑽中之 至少-些者’該等節點⑽在已接收到該資料請求訊息 之後以-節點特定延▲對該資料請求訊息進行答覆。。 15. -種用於在一無線網路中控制資料封包傳輸之 包含： ’ 一 對-所接收之資料封包作出回應而在一所判定之 間隔内隨機地選擇一時槽以用於傳輪一答覆。 。 158763.doc