TW201218696A - Device and method for delay optimization of end-to-end data packet transmissions in wireless networks - Google Patents

Description

201218696 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的關注，（例如）用於 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 S月之電傳管理（telemanagement))變得愈加重要。—方面， 此係由環境之關注而驅動，此係因為遠端控制系統或所謂 之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-方面’此亦藉由經濟原因驅動，此係因為增 加之此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，此情形允定 替換燈之最佳時間。 燈”或 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，資料控制器在網路中具 ^至每-節點之直捿通信路徑。然而，此通常需要高功率、/ 南敏感度基地台式控制器置放於高位置處(例#，在建築 物之頂。P )’其使解決方案部署麻煩且昂貴。在網狀網路 中’複數個節點—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發送器節點傳輪至目的地節 158764.doc 201218696 點郎點充备路由器以將資料封包自相鄰節點傳輸至距離 太遠以致以單跳躍尤At Λ μ 月b到達之卽點，從而產生可橫跨較大 距，之網路。藉由以一連串較短跳躍打斷長距離，信號強 度付以維持。因此，藉由網狀網路中之所有節點來執行路 由從而決疋待將資料封包發送至哪一相鄰節點。因此， 路為具有高連接性Μ此具有高冗餘及可靠性之非 奉穩健且穩定的網路。 在：前技術中，可將網狀網路傳輸技術劃分成兩個群 ，且.土於泛播之網狀網路及基於路由之網狀網路。在基於 ==網㈣路中’藉由網路中之所有節點來轉遞所有資 、匕因此’-節點不必進行複雜之路由決策而是僅 廣播資料封包。藉由此等手段，技術係相當穩健的4 :速Ϊ她:路中’歸因於轉遞之資料附加項影響總的資 —4外’資料封包之衝突更可能發生，從而進一步 降低〜效…因此，此解決方案之主要問 可將基於路由之網狀網路進 式方案。在基於路由之主動式網狀網路中，將所有需要之 網路路徑儲存於每一節中 Ρ •中之路由表中。路由表（例如）藉 ^期信標訊息發送至相鄰節點以發現有效路由路徑而 保持最新。儘管資料傳輸在此種網路中係非常有效的，但 二充陡仍為低的’此係因為在大型網路中，路由表之主 ^新消耗大部分網路資源。此外，路由表將隨網路之 置路2長。另外’網路之設置需要時間及資源，以便建 由表。對比而言，反應式方案藉由.按需求發現路線而 158764.doc 201218696 避免永久附加項及大的路由表。反應式方案使用泛播來發 現網路路徑且快取作用中路線或節點。當多個路線僅用於 單一資料封包時，泛播資料封包而非執行路由發現可係更 有效的。若路線保持足夠長以避免頻繁路由，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Y J用於ZigBee中。然;㊉，此協定方案之主要問題仍係網 路之可擴充性。 在大規模多跳躍網路中，與小型網路中之跳躍距離相 $，資料封包必須行進的跳躍之數目較大。在包含數千個 郎點之大型射頻電傳f理系統中，有可能發生⑸至個跳 躍然而’個別資料封包之遞送機會隨其跳躍距離而減 小’此係13為對於每—跳躍，存在資料封包丢失之機會。 遞而被多次傳輸的事實， 更可flb發生資料封包衝突 步降低總效能。因此，并 因此’非常有限之網路可擴充性構成常見無線網狀網路 中之大的缺陷。此係、歸因於每—資料封包或訊息歸因於轉

158764.doc 201218696 *亥資料封包。此重新傳輸引起網路中之任何兩個節點之間 的通信之大的延遲以及延遲差，從而（例如）在與照明系統 之燈具節點互動時歸因於高及/或不均勻延遲而導致不良 的使用者體驗。 為了判定資料封包是被成功地遞送抑或丟失，通常以應 答模式執行資料封包傳輸。在逐跳躍應答模式下，由先前 傳輸節點之接收節點確認多跳躍傳輸之每一跳躍。然而， 此清形導致尚的網路負載。因此，常使用點對點應答，其 中最終目的地節點向初始發送器節點確認資料封包之接 收。在此模式下，發送器節點在重新傳輸該資料封包（預 期針對該資料封包之應答）之前等待一預定時間（所謂的應 答^時）。大體而言，應答逾時係固定的且對於網路之所 有節點為共同的。因為用於行進短距離之資料封包之應答 逾時接著與用於行進長距離之諸封包的應答逾時相同， 所以不必要地增加了行進短距離之資料封包之重新傳輸延 遲從而影響網路之總的傳輸速度。若此缺陷藉由簡單地 …網路之大小而解決，則將進—步降低可擴充性。因 此’應最小化成功資料封包遞送之點對點傳輸延遲以及網 路中之傳輸延遲差。 2009071692 A1描述-種用於藉由考慮mac層及網 路層兩者之傳輸特性而特性化通信鏈路之方法。 EP 1 300 990 B 1 描述一錄、，牛 β β 丄 乩種涉及經由至少一第二台將資料 自第—台傳輸至至少另一二的古土 丄 力σ的方法。在該等台之間的介面 處’使用各種資料處理要求。取沐 ^取决於至所定義之發端（詳 158764.doc 201218696 5之’至第—傳輪點）之地理距離而判定資料處理要长 資料處理要求_離增加而變得較不嚴格^ — < 09 0056070 A揭不-種藉由在車载特用網路中使 用競爭視窗（e〇mpetitiQn windQw)騎中㈣㈣方法 郎點冲算包括在傳輸範圍内之所有節點的競爭視窗。^爭 視窗内之每-節點具有與其距源節點之距離成反比的^ 傳輸等，。將訊息傳輸等待時間首先期滿之節點選擇 為中繼綠點。 US 6,721’537 B1描述一種用於在具有用於轉遞訊息之變 動數目個用戶的不完全無線電通信網路中廣播訊息的方 法。每—用戶具有用於訊息之傳輸及減裝置以及用於判 定其全域位置之定位系統。在接收到訊息之後，用戶判定 其自身之位置及距訊息之發送者（其亦為用戶）的距離，且 在預定等待週期後將該訊息與其自身之位置一起傳輸至更 遠用戶，該預定等待週期隨距離增加而單調地減小。 EP1__A1描述—種用於㈣料延遲之資料傳輸 方法。節點藉由使用封包之到達延遲及累積直至前一跳躍 的累積延遲來計算所接收封包之累積延遲。該節點接著比 較累積延遲與目標累積延遲，藉此控制封包之傳輸設定 樓’使得在下-節點處之預期累積延遲變得較接近於目標 值。該節點將累積延遲寫人封包之標财且使用設定之傳 輸設定檔將封包傳輸至下—節點。 W964A2描述-種在網路環境（詳言之，包括節 點集合之車載特用網路）中使用可見度函數(visibmty 15S764.doc 201218696 function)的技術。該等節點中之至少一者可直接傳輸至該 節點集合之子集中的一或多者。可見度函數特性化網路環 境内之延伸遍及節點子集外的至少一節點之非統一解決方 案汉疋樓。所發送之狀況資訊（situati〇I1 inf〇rmati〇n)適於 根據可見度函數在整個網路環境中傳播。節點亦可接收包 括可見度參數之狀況資訊。一旦接收到狀況資訊，節點便 可評估可見度參數以判定狀況資訊是否適合於在整個網路 環境中繼續傳播。若狀況資訊適合於繼續傳播，則節點傳 輸狀況資訊。 KR 100 832 519 B1描述一種使用一無線標籤之照明控制 系統，提供該無線標籤以藉由經由第二無線交換器感測無 線標s己之照明控制信號及經由特用網路將該信號自第二無 線交換器傳輸至第一無線交換器來根據使用者位置控制照 明群組。 ' 【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 供一種用於在一無線網路中傳輸資料封包之裝置、系統及 方法，其最小化點對點重新傳輸延遲且使點對點重新傳輸 延遲均勻化，同時維持或甚至增加網路可擴充性。 該目t係藉由獨立請求項之特徵來解決。 本發明係基於如下想法：基於資料封包已行進之距離而 調整必須重新傳輸該資料封包之機率。藉由此等手段，有 可此最小化必須重新傳輸已行進大量跳躍之資料封包（此 將進步增加其高延遲）的機率。藉此，可減小長路線之 158764.doc 201218696 總的通信延遲。 在本發明之-態樣中，當一無線網路之一節點在多跳躍 資料封包傳輸中操作為-中間節點時，提供用於該節點之 用於控制-資料封包傳輸的裝置。該裝置之控制單元可其 於資料封包已自發送器節點行進之距離而調整用於轉遞所 接收之資料封包的傳輸參數。此情形增加行進長距離之資 料封包在到達其目的地節點之前經歷最終跳躍的機率。 在一實施例中，傳輸參數包括以下各者中之至少一者. 較低協定層處之重新傳輸之最大數目、媒體存取嘗試之最 大數目、傳輸功率位準、用於重新傳輸之延遲時間，及用 於媒體存取嘗試之後移時間。此處，#媒體為空時，媒體 存取嘗試與载波感駭資㈣包之後續傳輪或重新傳輸的 程序有關。㈣，詩媒體存取f試之後移時間表示後續 媒體存取嘗試之間的時間間隔。同樣地，用於重新傳輸之 延遲時間指代後續重新傳輸之間的時間。傳輸功率位準係 與所傳輸之資料封包之信號強度有關。 ’、 在一較佳實施例中’預先定義傳輸參數之兩個集人，一 集合係與標準傳輸參數有關，另—集合係㈣Μ㈣ =速處理或轉遞的優先傳輸參數有關。可將傳輸參數讯 =為優先傳輸參數，判定由資料封包行進之距離超過特= 匕限值。或者或另夕卜，傳輸參數可隨資料封包之巨 而變’使得持續地調整傳輸參數H 2 :二。因此，網路節點《置可能夠判定資 (例如)該資料封包是時間關鍵資料封包抑或時間非關 158764.doc 201218696 鍵貝料封包或資料封包具有哪—優先權H舉例而言， 在街道照明系統中，由燈具節點報告之資料封包可具有不 同優先權’諸如’統計或功率狀態f料具有低優先權而警 報訊息或交通事故報告具有高優先權。較佳地，調整傳輸 參數，使得在最後跳躍㈣的行進長距離之資料封包之傳 輸機率增加。因此’行進長距離之資料封包將以行進短距 離之資料封包為代價而排定為優先，從而導致遠距節點之 間的資料封包傳輸之點對點延遲減少且導致網絡中點對點 I遲之固有均勻性。尤其在大規模燈具網路中，此情形將 具有燈具行為同步（例如，回應於廣播調光命令）的優勢。 有利地’I置可經調適以添加或輕接至無線網路之現有 節點或控制中心。因此，該裝置與一網路節點相關聯，該 ’祠路知點亦可為一資料收集器節點。該資料收集器節點可 為經組態以與網路之控制“通信的任何節點且可充當一 種閘道器。舉例而言，該裝置可經調適以插人現有電路板 中或連接至節點之現有控制器。此情形尤其有用於改良或 升級現有系統(諸如，街道照明系統)。除控制單元外，裝 置亦可進一步包含一記憶體及/或用於接收及傳輸資料封 包之收發單元。 。無線網路可具有網狀拓樸，其中每—節點可充當路由 器。此網路具有增加之冗餘及可靠性。可經由至少一中門 節點以多跳躍模式執行資料封包自發送器節點至目的地節 點之傳輸。較佳地，無線網路之節點為固定的，此係因為 該無線網路主要係針對大型室外照明系統之狀況。或者或 I58764.doc 201218696 另外，至少一些節點之位置可為網路之其他節點中之至少 二者及/或網路之控制中心已知。舉例而言，節點中之 至乂 一些者可儲存用於自各別節點至最近資料收集器節點 之資料封包傳輸的路由表。較佳地，用於至最近資料收集 器節點之資料封包傳輸之路由協定係基於多對一路由。因 此，將貝料封包傳輸至較接近該等資料收集器節點中之— 者的相鄰節點。藉由此等手段’資料封包傳輸變得較快且 更有效率。此外，此情形亦允許在大型無線網狀網路中 (例如，在具有數目超過1000個之燈具節點之街道照明系 統中）省去多個資料收集器節點，藉此增加網路之冗餘及 可靠性。 在另一實施例中，藉由跳躍距離、基於GPS之距離及/或 歐幾里德（Euclidean)距離來定義兩個節點（例如，發送器節 點與中間節點或目的地節點）之間的距離。兩個節點之間 的跳躍距離之特徵可在於：跳躍計數（亦即，在兩個節點 之間傳輸一資料封包所需的跳躍之數目）或將資料封包轉 遞至最終目的地節點之中間節點的數目。歐幾里德距離指 代兩個節點之間的空間距離，而基於GP S之距離可自發送 器節點、目的地節點及/或中間節點之GPS位置導出。舉例 而言，可將已行進距離判定為發送器節點之GP S位置與中 間節點之GP S位置之間的距離。或者，可使用待行進之距 離（亦即’發生器節點與目的地節點之間的距離）及自中間 節點與目的地節點之各別GPS位置判定的中間節點與目的 地節點之間的距離來判定已行進距離。可根據應用於網路 158764.doc 201218696 中之路由協定來挑選該距離之度量。若路由協定使用跳躍 計數度量’則將易於判定兩個節點之間的跳躍距離。同樣 地，當郎點之網路位址係與其地理位置或位置有關 時，使用基於GPS之距離或歐幾里德距離來定義發送器節 點與中間節點之間的距離將為有利的。 較佳地，可將控制單元之通信功能再分為多個不同層 控制單元之較南協定層（例如，網路層、傳送層或應用層） 可經調適以考慮可用於基礎較低協定層之資訊，或控制單 元之下部較低協定層可經調適以考慮可用於較高協定層之 資訊。舉例而言，網路層可使用由媒體存取控制（mac)層 判定之參數《藉由此跨層通信，系統變得更為可靠且靈 活。舉例而言，可藉由跨層通信將與由資料封包行進之距 離有關的距離資訊自較低協定層提供至較高協定層。 。或者或另外，可自路由表、跳躍計數器、存留時間計』 器、本端時脈信號、GPS位置及/或發送器節點及/或目( 地節點之網路位址獲得距離資訊。路由表或本端時脈们 可儲存於裝置中’而跳躍計數器、存留時間計數器及。 關於發送器節點之資訊可包括於資料封包巾。此處，資3 封包之存留時間計㈣與具有與資料封包之最大允許行i 有關的初始值之4數II有關。存留時間計數器隨每_ 跳躍而減小。當存留時間計數器之值為零時，丟棄物 封包。藉由此等手段，避免了不能被遞送的無限行進之1 枓封包。因此’中間節點可基於包括於資料封包中 端儲存於節財之資訊而判定距離，以便調整用於待轉这 158764.doc 12 201218696 之資料封包的傳輸參數。然而，跳躍計數或存 亦可儲存於用於複數個發送器節·。 離資邙夕文 〒間知點中。判定距 離資Λ之另—可能方法係使用初始存留 留時間計數之間的差。可能地，初始存留時== 的或對於系統之所有節點係相等的。或者或另外= 於建置無線網路之路由表的技術導出距離資訊。 數跳數可為自發送器節點接收之資料封包之跳躍計 數、自發送器節點接收的最後w個資料封包之平均值、自 發送器節點接收之最後”個資料封包之最大跳躍計數、自 發送器節點接之資料封包之跳料數隨時間的移動平均 值’或其類似者。此外’可基於待發送之資料封包的類型 (例如’該資料封包是時間關鍵資料封包抑或時間非關鍵 資料封包’或該資料封包具有何優先權等級）來調整傳輸 參數。因此’該裝置之控制單元可進一步能夠判定資料封 包之類型。 可藉由無線射頻傳輸來執行資料封包傳輸。因為射頻傳 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纟。此對於大型網路（例如，用 於照明系統之電傳管理網路)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。 在較佳實施例中，該裝置用於照明系統之燈具節點中以 用於燈具Ip點之電傳I；理1此，可易於將燈具節點接通/ 斷及/或可基於參數（諸如，當天時間（daytime)、季 158764.doc -13- 201218696 節、天氣、環境亮度、交通事故之發生、道路施工之存在 等）而控制燈具節點之調光樣式。可能地，藉由隨燈具節 點一起提供之感測器來判定此等參數令之至少一些者且將 其報告給控制中心。 在另-較佳實施例中，當無線網路之節點操作為發送器 節點時，提供一種用於該節點的用於控制資料封包傳輸之 裝置》該裝置包含一控制單元，該控制單元可基於發送器 節點與目的地節點之間的距離而調整答覆逾時。答覆逾時 指代等待時間，在該等待時關Μ，發送^節點等待來自 目的地節點Β之答覆。若答覆逾時已屆期且發送器節點尚 未接收到答覆資料封包，則發送器節點將重新傳輸資料封 包，發送器節點預期接收對該資料封包之答覆。此答覆資 料封包可包括應答、資料或其兩者。在答覆包括應答的狀 况下，答覆逾時被稱為定義時間間隔之應答逾時，在該時 間間隔期間，發送器節點等待指示成功資料封包傳輸之應 答。當應答逾時已屆期而發送器節點尚未接收到應答時， 發送器節點將開始重新傳輸資料封包。藉由針對每一對發 送器節點及目的地節點個別地調整答覆逾時，減少了偵測 失敗傳輸之延遲，因此將歸因於重新傳輸之成功傳輸之點 對點延遲減小為接近於最小可能值。因此，在大規模照明 系統中，此情形將進一步減小控制命令之延遲，使得燈具 節點將對（例如）調光或切換命令更快地作出反應。 在本發明之另一態樣中，提供一種用於在無線網路中控 制為料封包傳輸之系統》該系統包含一控制中心及複數個 -14 - 158764.doc ⑧ 201218696 節點。該控制中心及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。該控制中心經調適以控 制無線網路中之節點之功能或操作。舉例而言，當節點與 照明系統（例如，街道照明系統）之燈具相關聯時，控制中 心可基於節點之空間分散關於其調光樣式及操作狀態而個 別地及/或成群地控制節點。較佳地，節點中之至少—者 包含记憶體及/或感測器。若節點包含感測器，則節點可 經調適以將感測器資料傳輸至控制中心。 在本發明之另-態樣中’提供一種用於在具有複數個節 點之無線網狀網路中控制資料封包傳輸之方法。根據此方 法，藉由中間節點自發送器節點接收資料封包。接著，基 於發送器節點與中間節點之間的距離而調整該資料封包： 傳輸參數’且根據此等傳輸參數來處理該資料封包。較佳 地，此方法應用於用於照明系統之電傳管理系統中。 【實施方式】 >本發明之較佳應用為室外照明系統（例#，用於街道、 T車颈及A共區域)、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） 或感測II，周路。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。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 的關庄尤其係適用於具有（例如）綱個燈具以上之區段的 大規模安裝的解決方案。 在圖1中，展不具有網狀拓樸之典型網路。複數個節點 158764.doc 15 201218696 1(>(N)藉由無線通信路徑4G而彼此連接。該等節點ι〇令之 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園節點ι〇之資料封包並將該等資料封 包傳輸至控制中心60，且其接收來自控制中心60之資料封 匕並將6玄等資料封包傳輸至節點1 〇。因此，資料收集器節 點50可以即點10與控制中心6〇之間的間道器之方式操作。 節點1〇與資料收集器節點5〇之間的無線通信路徑4〇可由射 頻傳輸構成，而資料收集器節點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_、乙太 周路DSL、I線或其他有線或無線資料傳輸系統。 在用於室外照明控制 傳官理系統中’通信為非常不 對稱的。大多數訊務係由 務係由郎點10產生，（例如）將節點10之 狀！·、、感測器值或功率使 午便用報口給控制中心60。其他訊務 由自控制中心60至不同餡赴〗Λ ^ ^ ^ ” 控制命令（例如，用於調 整調先樣式或將燈接通/切斷)組成。因此，大多 由Ν對1訊務（單播）構成 ’、 ’料而自控财心60至節點1G之訊務 由1對Ν訊務（以單播、多播 μ 次廣播模式）構成。此外，燈且 郎點10之數目在室外昭明系 m 卜…月系統(遠如，街道照明系統艸為 極其南的。因此，尤装尤也a 、在〃㊉見無線網狀網路其 有少於200個之節點）相比較時，該網路之大二 的。另外，歸因於成本考慮，筋駐…士 J係非常大 . 〜、即點10具有有限之處理能 力，使传燈具節點10中之處 及°己隐體資源將受限制。因 此，用於在單一節點10之間傳 看田— 得輸資科封包之通信協定應考 慮用於有效及快速資科封包傳輪 得翰的有限資源。此外，與其 158764.doc 201218696 $所謂特用網狀網路相比，用於室外照明控制網路之電傳 官理系統為固定的’亦即，節點10不移動。又，所有燈具 節點10可連接至電源電。因此，網路改變將主要歸因於改 變之環境，例如，歸因於訊務。因為節點1〇為固定的，所 以印點10之實體位置（例如，GPS座標）在系統中可為已知 的，從而實ί見地理路由或基於位置之路由。Λ夕卜，室外照 明系統之電傳管理無需高資料速率。然而，存在特定類型 :訊息或資料封包需要低回應時間的許多情形。舉例而 言’當偵測到交通事故時，可控制相應區域之節點10以便 即刻切換至全功率。 歸因於如上文所提及之室外照明系統的特錢用性質， 可應用以下特徵。可藉由泛播（fl00ding)來執行自資料收集 器節點50至各別燈具節點10之資料封包傳輪，其中藉由網 路中之所有接收節點1〇轉遞所有資料封包。資料封包至少 含錢於發送器節點10及一或多個目的地節點1〇之資訊。 接著藉由該至少-目的地節點1〇解碼資料封包。對於自燈 具節點1〇至資料收集器節點5〇之資料封包傳輸，基於路由 之解決方案係較佳的，其中每一節㈣選擇較接近資料收 集器節點50中之一者的相鄰節點1〇作為令間節點心較佳 地，因為定期地使用至資料收集器節點5〇之路線，所以使 :主動式路由結構。在主動式路由結構令，路由表儲存於 :一節點10中’指示哪一相鄰節點1〇較接近於資料收集器 即點50中之-者。因此’可以非常有效且快速之方式將資 科封包發送至最近資料收集器節點5〇。有利地，每一節點 158764.doc 17· 201218696 10保持關於多他I τ 下仃鏈路相鄰節點i 0之資訊作為替代路 線2便增加可靠性。若一相鄰節點崎因於強干擾或完 全故P早而不可到達，則路由協定具有額外替代路線以將資 料封包投送至資料收集器節點50。 在圖2 A中，足· -丄、 敬不由複數個節點10圍繞之資料收隼器節點 I說，發送器節點A經由複數個中間節點犯二二 β收集器節點5〇(目的地節點B)之多跳躍單播資料傳輸。 節.’i 10_有如由半徑5〇1及5〇2指示的至資料收集器節點5〇 之不=跳躍距離。舉例而言，在半徑501内但在半徑502之 外的節點A將需要兩個跳躍w及&以用於將資料封包傳輸 至為目的地節點Β之資料收集器節點5〇,亦即，必須經由 中1節點Ν1將資料封包自此節點Α傳輸至資料收集器節點 對比而5，在半徑5 02内之節點10可以一個跳躍直接 將其資料封包傳輸至資料收集器節點5()。當然，目的地節 ‘-έ B可為任何節點丨〇且未必為資料收集器節點$ 〇。因此， °針對母對發送器節點Α及目的地節點β來定義跳躍距 離。用於特性化跳躍距離之參數為跳躍計數，亦即，將資 料封包自發送器節點A傳輸至目的地節點B所需的跳躍之 數目。 在圖2B中，說明發送器節點A與目的地節點8之間的歐 幾里德距離c/。在任何兩個節點1〇之間，將歐幾里德距離 疋義為兩個點之間的地理距離。若節點1 〇之網路位址係基 於各別節點10之GPS位置’則亦可使用基於GPS之距離。 接著將兩個節點1〇之間的距離定義為其Gps位置之間的距 I58764.doc ⑧ •18- 201218696 離。詳言之，當網路之節點1 〇平均地分散於網路區域上 時，兩個節點之間的歐幾里德距離或基於GPS之距離可為 在兩個節點之間傳輸資料封包時平均執行的跳躍之數目的 特性，且因此亦為傳輸時間之特性。或者，該距離可指代 由資料封包行進之實際距離。在室外照明網路中，可使用 沿街道量測之距離，而非歐幾里德距離，此係因為資料封 包將很可能沿此等路徑行進。在圖2C中說明此情形，展示 沿街道配置的街道燈具節點1 〇。因此，兩個燈具節點〖〇之 間的距離亦可指代街道距離，將街道距離定義為沿道路系 統之街道的空間距離或跳躍距離。在圖3中，展示根據本 發明之裝置100。裝置100可與無線多跳躍網狀網路之節點 10或資料收集器節點50(例如，照明系統之燈具）相關聯。 裝置100包含控制單元200。此外，節點1〇或5〇或裝置1〇〇 包含用於經由無線通信路徑4_如，經由射頻傳輸）傳輸 或接收資料封包之收發單元綱。裝置⑽之控制單元· 可根據其在資料封包傳輸中之功能而再分成多個不同層。 舉例而言’當使用OSI層模型時，控制單元2〇〇將包含用於 定t裝置1〇0與傳輸媒體之互動的實體層；在多節點網路 中提供定址及頻道存取控制機制的Mac層；提供複數個功 ί及程序（例如，網路路由功能）之網路層；使用（例如）流 SHI段/解分段或錯誤控制將可靠資料傳送服務提 較面協定層之傳送層，及用於識別通信夥伴、判定資 源可用性或同步通信的應用層。 ^ 在多跳躍網路中，& / μ 任何郎點10可充當將所接收之資料封 158764.doc 19 201218696 包轉遞至下-中間節點Ni或轉遞至最終目的地節點B的中 間Ni。當在中間節點Ni處吾棄行進長距離之資料封包時， 將必須藉由該資料封包之發送器節Μ來重新傳輸（點對點 重新傳輸)該資料封包’此重新傳輪使累積之點對點延遲 及網路資源（亦即，系統頻寬）之耗費至少加倍。因此，根 據本發明之-實施例’建議在中間節點附基於資料封包 之已行進距離而調整用於處理待轉遞之資料封包的傳輸參 數。 在圖4中’展示一流程圖，其說明待轉遞之資料封包之 傳輸參數的調整。在步驟S4〇中，在中間節點戦自發送 器節點Α或自另-中間節點戦收資料封包。在已接收到 資料封包之後，判定接收中間節點犯與發送器節點A之間 的距離(S41)。基於此距離，調整該資料封包之傳輸參數 (S42)且使用此等傳輸參數來處理該資料封包。此情 形可（例如）影響資料封包仵列之次序、優先權等級參^ 等，使得可較快地處理行進長距離之資料封包。接著，使 用所判定之傳輸參數將資料封包轉遞至下一節點 (S44) 〇 =傳輸參數可指代MAC參數，例如，MAC層重新傳輸之 最大數目1道存取嘗試之最大數目、傳輸功率位準、用 於重新傳輸之延遲時間或用於頻道存取之後移時間間隔， 或其組合。MAC層重新傳輸之最大數目判定允許MAC層 重試資料封包之傳輸的次數。同樣地，頻道存取嘗試之最 大數目與允許MAC層執行載波感測以便得到用於傳輸資料 158764.doc 201218696 封包之頻道存取的最大允許次數有關。傳輸功率位準指代 用於待轉遞的資料封包之傳輸能量，且因此與資料封‘之 信號強度強烈有關。用於重新傳輸之延遲時間表示資=封 包之後續傳輸嘗試之間的延遲，且用於頻道存取之後移時 間間隔指代兩個後續頻道存取t試之間的時間間隔。因 此，可調整傳輸參數，使得行進長距離之資料封包成功通 過最後跳躍m的地的機率增加。舉例而t，可增加 MAC層重新傳輸之最大數目或頻道存取嘗試之最大數目或 傳輸功率位準，或可減少用於重新傳輸之延遲時間或用於 頻道存取之後移時間間隔。當然，亦可挑選此等調整之組 合。藉由此等手段，可增加已使用大量網路頻寬之行進長 距離之資料封包的成功，且可能以行進較短距離之資料封 包為代價而可減小用於長路線之總的通信延遲。因此，進 步存在點對點通信延遲之固有均勻性。 中間節點Ni可基於儲存於中間節點中之本端資訊或基於 包括於資料封包中之資訊而判定由資料封包行進之距離。 可使用一度量（諸如，跳躍距離、基於Gps之距離或歐幾里 德距離)來定義兩個節點之間的距離。在已知節點⑺之位 置或網路位址係基於各別節點1〇iGps位置的狀況下，可 自郎點10之位置或各別節點1〇2Gps位置導出距離資訊。 或者，可基於發送器節點A與中間節點奶之間的跳躍距離 而導出該距離。該跳躍距離之特徵在於資料封包已自發送 為卽點A行進的跳躍之數目（跳躍計數）。在一些狀況下， (例如）虽使用具有跳躍計數度量之路由表時，跳躍距離資 158764.doc -21· 201218696 訊在網路層處已可用《在此狀況下，發送器節點A連同距 離中間節點Ni之各別距離一起儲存於中間節點Ni中。 亦可使用包括於資料封包中之跳躍計數器或存留時間計 數器（例如）藉由網路層明確地產生距離資訊。在自發送器 節點A至目的地節點B之多跳躍傳輸期間，每一跳躍而遞 增包括於資料封包中之跳躍計數器。中間節點犯可接著自 跳躍計數器導出跳躍距離資訊（亦即，跳躍計數）。此處， 跳躍計數亦可與自料器節點A接收之最後”個資料封包的 均值或平均卿計數有H卜或者，可將跳躍計數挑選為自 發送器節點A接收之最後”個資料封包的最大跳躍計數或， 挑選為最後《個資料封包之跳躍計數隨時間之滑動視窗平 均值。跳躍計數資訊可儲存於_層處以詩判定此 器節點A之跳躍距離。 類㈣，可使用存留時間計數器。大體而言，存留㈣ :益（TTL)為具有大於跳躍之最大所需數目之初始值^ 標頭欄位。在每-中間節點犯處(料，在每一跳躍之 =，遞減存留時間計數器1丢棄具有零之當前存留時 :轉遞益之資枓封包’以便避免無法遞送之資料封包的無 限轉遞。因此，可白 在接㈣躍之料初始存留時間計數與 躍計數此導出跳 值，或初始存留:：::r存㈣ 節點之本端時師人於㈣封包中。或者，中間 相比較的參考，開始㈣或傳輸時間戳記 4。時間或傳輸時間戳記指示發送器節點 158764.doc ⑧ -22- 201218696 A處之傳輸之開始。藉由此等手段，可導出行進時間，且 因此當使用平均傳輸速度時，亦可導出由資料封包行進之 距離。當然，亦可藉由使用用於建置路由表之其他技術 (例如，藉由定期地發送信標訊息）而產生距離資訊及（詳言 之）跳躍計數資訊。 因此，中間節點Ni可（例如）基於跳躍計數器或基於包括 於資料封包中之發送器位址而識別由資料封包行進之距 2。行進長距離之資料封包展現高的跳躍計數值或發送器 節點A之GPS位置（例如，在發送器位址襴位中指示）與中間 節點Ni之GPS位置（至少為中間節點州本端已知）之間的大 的差。或者，待行進之距離（亦即，發送器節點A與目的地 節點B之間的距離）可包括於資料封包^藉由使用中間節 點Ni與目的地節腳之間的本端已知之距離，可將所行進 之距離計算為發送器節點A與目的地節點b之間的距離減 去中間節點Ni與目的地節點B之間的距離。因此，當藉由 使用有利的傳輸參數來將行進長距離之資料封包排=先 時’可將點對點延遲減小為接近於最小可能值且使點對里占 延遲在網路上均勻化。此外，當針對待轉遞的每-所接收 之資料封包㈣定行進距離時，傳輸參數之調整適用於動 態路由協定，纟中自特定發送器節點A之跳躍的數目可變 化。 :一實例中’傳輸參數之至少兩個集合儲存於中間節點 1中，-集合係與資料封包之正常處理或轉遞有關，另一 集合係與特殊權限處理或轉遞有關。當判定資科封包已行 I58764.doc -23- 201218696 進之距離超過特定臨限值時，挑選用於資料封裝至下一節 點ίο之跳躍的優先傳輪參數。此可（例如）藉由在資料封包 中設定旗標來指示。當然，亦可在兩個以上層級中來㈣ 傳輸參數。或者，傳輸參數之調整可與由資料封包行進的 距離成比例。此外，可將資料封包之類型判定為影響傳輸 參數之調整的額外參數。舉例而言，可將用於行進長距離 之時間關鍵資料封包之傳輸參數調整為比行進較短距離之 時間非關鍵資料封包更有利的傳輸參數，該等傳輸參數特 定地加速處理及傳輸。可能地’可甚至考慮包括於資料封 包中之優先權等級以用於傳輸參數之調整。因此，行進長 距離之資料封包比行進較短距離之資料封包更可能成功地 跳躍至下-節點10。此情形甚至可以行進較短距離之資料 封包為代價而發生且藉此導致延遲均勻化。 當應用於室外照明系統之電傳管理中時，此情形達成燈 具節點10之增加的同步，此係因為燈具節點⑽以相當之 延遲接收指令。此外’遠離任何資料收集器節點50(或控 制中〜60)之燈具節點1〇的均值及最大通信延遲減小，從 而導致同一網路中之燈具節點1〇之較高通信延遲均勻性。 點對點通信延遲增加之另一原因係在失敗傳輸狀況下點 對點重新傳輸之間的不必要之延遲。大體而言，答覆逾時 應採用儘可也小的值’以便最小化點對點通信延遲。答覆 逾時指代任何發送器節點A在重新傳輸資料封包之前等待 來自目的地節點B之對所發送之資料圭子包的答覆所持續的 時間週期。答覆可包括指示由發送器節點A發送之資料封 158764.doc ⑧ •24- 201218696 包或由發送器節點A請求之資料或其兩者的成功傳輸的應 答》若答覆包括-應答，則答覆逾時亦稱為應答逾時。在 先刖技術巾應、答逾時為固定的且對於所有節點⑽共同 的、。因此’緊密相鄰之節點1G的通信延遲等於遠距節㈣ 之通信延遲，從而可能導 此導致資枓封包重新傳輸之不必要的 延遲。iUb ’根據本發明之另—實施例，基於由資料封包 行進之距離（亦即’發送器節點A與目的地節點b之間的距 離）而調整資料封包之答覆逾時，如圖5中使用調整應答逾 時之實例所說明。當處理待發送之f料封包時或當發送資 料封包（S50)時，判定發送器節點a與目的地節點b之間的 距離（S51)。基於此距離，調整用於此資料封包之應答逾 時（S52)。可能地，亦考慮資料封包之優先權。因此，相 應地排程在遺漏應答之狀況下的傳送/應用層重新傳輸。 當針對每一個別發送器_目的地組合調整應答逾時（如由本 發明所建議）時，可最佳化發送器節點入之應答逾時，因此 最小化點對點通信延遲。應答逾時之最小值等於源節點與 目的地節點之間的資料封包傳輸之預期或平均往返時間， 亦即，用於遞送資料封包之時間加上用於遞送應答之時 門或者，可將答覆逾時之最小值設定為往返時間之最小 值或其類似者。當.發送器節點A在應答逾時内未接收到對 所發送之資料封包之應答時，發送器節點A將重新傳輸該 貝料封包（S53)。可改變該等步驟之次序，亦即，可在發 送資料封包（S5 0)之前執行步驟S51及/或S52。 發送器郎點A可自儲存於發送器節點a中之資料（例如， 158764.doc •25· 201218696 路由表、至潛在目的地節點之 節點㈣之距離資訊或其類似者)二之前自目的地 之距離。當跳躍計數器或存留時門)^^疋至目的地節點B 丄* 留呀間s十數器包括於眘制· 4+ 4 中時，發送器節點A可自包括於白s 括於貝科封包 ^ ^ ;自目的地節點B接收之資 枓封包中的跳躍計數器或存留時資 點B夕雜 m T数器判疋至目的地節 ，·-占B之距離。因此，自資料封 白曰沾从Μ 出之跳躍計數或自接收 自目的地郎點Β之最後_資料封 用於反向路徑。 取穴跳躍计數可 當挑選跳躍計數度量時， j將應荅逾時計算為： 常數 *h〇P，unt〜』me， 因數2係針對往返，此椋 ㊉數大於1 去二跳躍計數僅與單向有關。或 ,^ %《跳躍6十數。因此，應答逾時 =:往返時間。―可與在多跳賴中 將貧枓封包轉遞至下一 φ „ π 中間卽點Νι平均所需的平均時間週 期有關。此可為網路之拉 ㈣之特性。此外，卿時間可取決於資 科封包之類型’例如’資料封包是時間關鍵資料封包抑或 時間非關鍵資料封包，或資料封4 4育科封包疋以咼優先權抑或以低 優先權標記0當然，亦可用甘士 开了用其他特性時間（例如，媒體跳 躍時間或成功跳躍時間，亦即，成功地進行特定百分比 (例如，鄉至99%)之跳躍的時間間隔）來替代hop—。 當使用基於GPS之距離或歐幾里德距離時，使用用於所選 度量之特性時間來類似地計算應答逾時。 亦有可能考慮用於調整答覆逾時之目的地節點B中之某 乙遲，例如，回應資料封包在目的地節點B處緩衝的緩 158764.doc ⑧ -26- 201218696 或

衝時間、自目的地節點B至發送器節點A之迴轉時間 其類似者。 S 較佳地，答覆逾時可另外基於將導致較高跳躍時間之在 網路中之當前訊務負載。此當前訊務負載可（例如）藉由發 送器節點A所觀察或接收之網路訊務量或藉由發送号節點 A在最後時間週期T中發出之封包的數目來判定。或者’: 接收器節點B(或中間節點Ni中之任一者)可將關於網路負 載之資訊（例如）作騎料封包之部分或連同應答—起報主 給發送器節點A。X’當基^資料封包之已行進距離而二 整傳輸參數時，可另外考慮此網路負載以用於答覆逾時之 調整。 調整傳輸參數或答覆逾時不僅適用於發送至僅—個目的 B之單播資料封包。實施例亦可應用於廣播或多播 狀況中，其中將資料封包傳輸至若干目的地節點B。在此 等狀況下’可考慮傳輸參數之*同集合或用於多播群纽中 之不同目的地節點B之不同答覆逾時，例h，選擇用於群 組中之節點的最大應答逾時。 當應用於具有複數個燈具節點10之大型照明系統中時， 可因此最小化操作命令之延遲。詳言之，對於遠離發送操 作命令之資料收集器節點50(或控制中心60)且已具有長傳 輸時間之燈具節點1G，此最小化消除未應答資料封包之重 新傳輸之間的不必要之通信延遲。因&，可進一步增加照 明系統之可擴充性且可減小燈具節點1〇之回應時間。 因此’根據本發明’當節點丨〇充當轉遞所接收之資料封 158764.doc •27- 201218696 包的中間節點Νι時，可基於由此資料封包行進之距離針對 該資料封包而調整中間節點Ni之傳輸參數。藉由此等手 段，行進長距離之資料封包之生存機會增加，因此減少點 對點通信延遲。此外，資料封包感知相當之延遲而不管跳 躍之所需數目，此情形對於應用層且亦對於傳送層係有益 的。若在資料封包丟失之狀況下必須在較高層處重新傳輸 資料封包，則此延遲減少尤其有用。因此，可達成減少之 均值及最大延遲以及網路中之較高延遲均勻性。另外，當 節點10操作為發送器節點A時，可針對每一對個別發送器 節點A及目的地節點B調整答覆逾時，從而進一步減少無 線網路中之點對點傳輸延遲。因此，可節省總的網路資 源。 【圖式簡單說明】 圖1展示無線網狀網路之實例； 圖2 A展示說明節點之間的跳躍距離之無線網狀網路的示 意圖； 圖2B展示說明節點之間的歐幾里德距離之無線網狀網路 的示意圖； 圖3展示根據本發明之裝置的示意圖； 圖4展示說明本發明之實施例的流程圖；及 圖5展示說明本發明之另一實施例的流程圖。 【主要元件符號說明】 10 燈具節點 40 無線通信路徑 158764.doc -28- 201218696 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 d 歐幾里德距離 hi 跳躍 h2 跳躍 N1 中間節點 158764.doc -29- £

Claims (1)

1. 201218696 七、申請專利範圍： 1·—種用於在具有複數個節點（10、50)之一無線網路中控 制資料封包傳輸之裝置，其包含： 一控制單元（200)，其經調適以基於由一中間節點（Ni) 接收之一資料封包行進的在該中間節點（Ni)與一發送器 ' 卽點（A)之間的一距離而調整該中間節點（Ni)之傳輸參數 以用於轉遞該資料封包， 其特徵在於 若判定由該資料封包行進之該距離超過一預定臨限 值，則將該等傳輸參數設定為用於該資料封包之優先傳 輸參數* 如叫求項1之裝置，其十該裝置（1〇〇)經調適以耦接至一 節點（1 〇)及/或耦接至一資料收集器節點（50)，及/或其中 該無線網路為一網狀網路，及/或其中該無線網路之節點 (10)為固定的，及/或該無線網路之節點（1〇)的位置係已 知的，及/或其中自該發送器節點（A)至一目的地節點（B) 之一資料封包傳輸係經由複數個中間節點（Ni)以一多跳 躍模式執行。 月长項1或2之裝置，其中兩個節點（丨〇、5〇)之間的該 距離係由—跳躍距離、一基於GpSi距離及/或歐幾里德 距離來定義。 月求項1或2之裝置，其中該等傳輸參數包含以下各者 中的至少—者：在一較低層處之重新傳輸之一最大數 目、媒體存取嘗試之-最大數目；—傳輸功率位準；用 158764.doc 201218696 於重新傳輸之一延遲時間；及用於媒體存取嘗試之一後 移時間。 5·如請求項1或2之裝置，其中該等傳輸參數係取決於由該 資料封包行進之該距離而持續地調整，及/或其中該等傳 輸參數係取決於該資料封包之一類型而調整。 6. 如請求項1或2之裝置，其中調整該等傳輸參數，使得已 行進超過一預定臨限值之一距離的資料封包之一傳輸機 率增加。 7. 如請求項丨或2之裝置，其中由該資料封包行進之該距離 係自以下各者導出：一跳躍計數器；一存留時間計數 器；一路由表·，包括於該資料封包中之一資訊；該發送 器節點（A)之一 GPS位置；及/或該發送器節點（A)之一網 路位址。 8. 如請求項1或2之裝置，其中一距離資訊係藉由跨層通信 而自一較低層提供至一較高層。 9_如請求項1或2之裝置，其中一距離資訊係藉由使用該資 料封包之一初始存留時間計數與一最終存留時間計數之 間的一差及/或藉由使用用於建置路由表之技術而產生。 10.如請求項1或2之裝置，其中一跳躍計數對應於來自該發 送器節點（A)之一最後接收之資料封包的一跳躍計數、在 自該發送器節點（A)接收之最後《個資料封包的一平均跳 躍計數、在自該發送器節點（A)接收之該最後„個資料封 包的一最大跳躍计數，及/或自該發送器節點（A)接收之 資料封包之跳躍計數隨時間的一滑動視窗平均值。 158764.doc 201218696 11. 如凊求項1或2之裝置，其中該裝置（丨〇〇)用於一照明系統 之電傳管理中以用於將燈具節點（1〇、5〇)接通/切斷及/或 控制燈具節點（10、50)之調光樣式’及/或報告感測器資 料及/或燈具狀態。 12. 如请求項！或2之裝置’其中該控制單元（2〇〇)經調適以基 於自發送器節點（A)至一目的地節點（b)之一距離而調 整用於一待發送之資料封包的一答覆逾時。 13. —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： 一徑制中心（60);及 複數個節點（10、50)，該複數個節點（1〇、5〇)中之至 少-些者包含如前述請求項中之一項的裝置（1〇〇); 其中資料封包係藉由該無線網路中之多跳躍傳輸經由 中間卽點（Ni)而自—^ 35 ^ / a \ aa. 發送益即點（A)傳輸至一目的地節 14.如明求項13之農置，其中該等節點d 5〇)與—照明 統之燈具相關聯。 ’ 15·:=傳T數個節點(10、5°)" 制資科封包傳輸之方法，該方法包含： 在一中間節點（Ni)處接收一資料封包； 基於由β亥資料封包行進之在一路、矣盟Μ p匕仃進之在發送器節點（A)與該中 ”（1)之間的—距離而調整傳輸參數； 土於°亥等調整之傳輸參數而處理該資料封包，及 轉遞該資料封包， 158764.doc 201218696 其特徵在於 若判定由該資料封包行進之該距離超過一預定臨限 值，則將該等傳輸參數設定為用於該資料封包之優先傳 輸參數。 158764.doc