TWI528760B - 用於在無線感測網路中路由資料的方法 - Google Patents

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Description

用於在無線感測網路中路由資料的方法
本發明關於用於在一無線感測網路中路由資料的方法。
無線感測網路具備用於多樣應用的可能性，例如建築物監控、災難預防及環境監測。無線感測網路係由相對大量之節點所構成，該等節點泛稱為網路節點，遍布在相應於該無線感測網路實施所在之地理範圍中。該等網路節點典型可為平價、電池供電的電子裝置，例如像感測器，而在儲存、處理及/或分析資料具有減弱的能力。該等網路節點一般經應用以滿足至少兩件具挑戰性的任務：首先，持續監測物理現象的狀態或環境情況；第二，傳輸所收集資料至一遠端中心伺服器以供資料處理及/或分析。為了促進第二項任務，該等網路節點之各者可經配備以一相對低功率並具較低涵蓋範圍的無線電收發器。利用相應於該等網路節點之無線電收發器之間的合作，透過在該等網路節點之一(一般稱為來源節點)及遠端中心伺服器(一般稱為目的地節點)之間所選取的網路節點(以下稱為轉遞節點)，以形成一無線隨意網路 (wireless ad hoc network)，經由多點跳躍傳輸(multi-hop transmission)來路由該來源節點所感測之資料到該目的地節點。
無線感測網路的一個問題，尤其當該等網路節點係藉由電池供電之電子裝置所實現時，係為在該等網路節點之一或更多者中的電池耗損可能導致資料遺失，而最糟的情況是無線感測網路操作完全失效。
為了解決在該等網路節點中之電池保存的問題，之前有人提出以休眠模式及啟用模式兩種模式之一來循環地操作無線感測網路。在操作的休眠模式中，該等網路節點的無線電收發器被關閉，因此在此種操作模式中該等網路節點並不貢獻於資料傳遞。在操作的啟用模式中，鄰近網路節點(特定言之為相應之無線電收發器)彼此通訊，並參與朝向且最終到達該目的地節點的資料轉遞。為了促進此通訊，在啟用模式中，參與朝該目的地節點轉遞資料的該等網路節點經同步化，使得該等網路節點之間資料接收及/或傳輸的時程進行可使資料遺失的情況降低或完全得以避免。在此方面，IEEE標準「Part 15.4：Wireless Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks」(IEEE，Los Alamos，2003年)說明一種用於無線網路中的同步化策略，該同步化策略係藉由週期地自一中心網路協調器傳送信標至該等網路節點。接收信標之後，經同步化之網路節點的無線電收發器，收聽在該等網路節點之無線電收發器之間所建立的無線電通道，該收 聽的時間週期為資料封包可自鄰近網路節點被接收、且如果需要的話持續朝向該目的地節點被傳輸之期間。在該些工作完成之後而到下一信標被接收之前，上述之經同步化網路節點係在休眠模式中操作，與該經同步化網路節點相關的無線電收發器為電力關閉。此一電力管理策略所獲得的效能增益由該等網路節點的工作週期所主控，該工作週期係被定義為該啟用週期長度對一信標時距的比例。其他類似之策略已說明於J.H.Kim等人之美國專利7447256「Power saving method for wireless sensor network」(2008年11月)，及C.J.Yoon之美國專利申請案號2006/0128349之「Energy-efficient medium access control protocol and system for sensor networks」(2006年6月)。
在之前所提出之無線感測網路中，靜態路由協定被用以自來源節點傳遞資料封包至目的地節點。此種靜態路由協定的例子由C.Perkins及E.Royer說明於標題為「Ad-hoc on demand distance vector(AodV)route」的文件(發表於IEEE WMSCA，美國路易斯安那州New Orleans，1999年2月)中，以及由D.Johnson、D.Maltz和J.Broch所著之標題為「DSR：The dynamic source routing protocol for multi-hop wireless and ad-hoc networks」的文件(發表於Ad-Hoc Networking，Addison Wesley，2001年)。此種靜態路由協定仰賴先建立自該來源節點至該目的地節點的一單一路徑，再由該來源節點傳輸資料至網路節點，該等網路節點係按照該靜態路由協定決定以用於轉遞資料至該目的地節點。由於路由探索(route discovery)及路由維護(route maintenance)之程序的執行係在從該來源節點傳輸資料之前，靜態路由協定的一些相關缺點因此包括增加協定負擔，以及就能量耗費而言的效能退化。此外，由於協定負擔一般隨網路節點的數目呈指數增加，靜態路由協定對於相較大規模的無線感測網路可能未提供一節省能源的解決方案。
對於大規模無線感測網路，已有人提出使用地理路由協定。M.zorzi及R.R.Rao在標題為「Geographic random forwarding(GeRaF)for ad-hoc sensor networks：multi-hop performance」(發表於IEEE Transactions on Mobile Computing，第337-348頁，2003年)的文件中已提供地理路由協定的例子。地理路由所根據的原理係為用於自該來源節點至該目的地節點轉遞資料的路由為動態建構，而來自該來源節點而朝向(且到達)該目的地節點的資料係經由轉遞節點傳輸。上述之路由的動態建構係根據該等參與轉遞節點之地理位置資訊而執行。在地理路由中，具有一資料封包要傳輸的節點廣播一請求訊息，該請求訊息包含該目的地節點之地理座標的資訊。在該廣播節點之無線電涵蓋範圍內的網路節點之各者接收該請求訊息，該些網路節點一般稱為鄰近網路節點。該些網路節點接著利用它們的拓蹼知識以計算朝該目的地節點所能提供的進程(advancement)，並在該些網路節點其中角逐以選出最接近該目的地節點的下一網路節點。由於資訊僅在具有資料欲傳輸的節點及鄰近網路節點之間局部性地交換，地理路由會隨其實施所在之無線感測網路的大 小而縮放規模，因此地理路由相較於之前所提出之路由協定，例如像是靜態路由協定，對於在大規模無線感測網路中實施較具優勢。對於地理路由之應用的一條件為全部網路節點知道自身在網路內的地理位置。此一地理資訊可為：在初始佈署該等網路節點時手動設定；或使用一位置定位系統來提供，例如像是在戶外環境中的全球定位系統(GPS)，或藉由使用由S.Furrer、W.Schott及B.Weiss在美國專利7761233(2010年7月)所提出之定位系統。
雖然地理路由協定紓解關聯於之前所提出之技巧/協定的一些缺點，在無線感測網路中路由資料仍是一項挑戰，尤其當無線感測網路為大規模、具改良可靠性及網路效能，同時也要著重能源消耗之問題時。
按照本發明之第一態樣的實施例，提供一種用於在一無線感測網路中路由至少一資料封包的方法，該無線感測網路包含：至少一來源節點，該來源節點係可配置以傳輸至少一資料封包；至少一目的地節點，該目的地節點係可配置以接收由該來源節點所傳輸之該資料封包，以及在該來源節點及該目的地節點之間的可互連(interconnectable)網路節點，該等可互連網路節點係可配置以接收及轉遞該資料封包，該方法包含下列步驟：按照一休眠-啟用(sleep-active)時程來操作該等網路節點，該休眠-啟用時程包含至少一休眠模式及一啟用模式，以及配置該等網路節點使該等網路節點具備自身之地理位置及該目的地節點之地理位置的資訊， 該方法進一步包含下列步驟：分隔該無線感測網路成為複數個不相交範圍，該等複數個不相交範圍由邊界所分離；分離各範圍成為至少二個區，該等區為一內部邊界區、一中心區及一外部邊界區；自該等網路節點中選取轉遞節點以自該來源節點路由該資料封包至該目的地節點，該等轉遞節點係根據相對於該目的地節點之地理位置而經選取，且該等網路節點相對於彼此經同步化，以及配置該休眠-啟用時程，使得在一既定時窗中僅有經選取以路由該資料封包的該等轉遞節點係在該啟用模式中可操作，而所有其餘網路節點係在該休眠模式中可操作。本發明之實施例利用地理路由及休眠模式支援的組合，自該來源節點傳輸資料至該目的地節點。在此方面，本發明之實施例中的該等網路節點經同步於一共用參考時間，且按照一休眠-啟用時程經操作，使得在任意時間點只有該些被選取以直接參與地理路由的轉遞節點以啟用模式被操作，同時所有其他網路節點以休眠模式被操作。此特徵增加供給該等網路節點之電池的壽命，並因而對本發明之實施例延伸出增加之能源效率、改良的網路效能及可靠性等優點。此外，相對於例如靜態路由協定，在本發明之實施例中一旦資料已經自來源節點概括地往該目的地節點傳輸，該等轉遞節點的選取即完成。此特徵對本發明之實施例延伸出減少協定負擔以及因減少能源消耗所致之改善網路效能等優點。
最好，該休眠-啟用時程之配置係經完成以使得：對於一既定組對之相鄰範圍，該既定組對之相鄰範圍由一邊 界所分離，其中該既定組對之範圍中之一範圍的該外部邊界區及該既定組對之範圍中之另一範圍的該內部邊界區鄰接分離該既定組對之相鄰範圍的該邊界，在該既定組對之相鄰範圍中之該一範圍的該外部邊界區及該既定組對之相鄰範圍中之該另一範圍的該內部邊界區中，在至少該等轉遞節點之該等個別啟用模式之間有一重疊。如此，由於除在上述之該等區中的該等轉遞節點以外的所有該等網路節點可停用及/或維持在該休眠模式中，因此可促進減少的能源消耗及改善之效能。
理想地，該休眠-啟用時程之配置係經完成以使得在一既定範圍中，在相應於該等區之該等個別啟用模式之間有一重疊。利用此一特徵，由於該資料封包在該既定範圍中的一區到另一區的交遞期間的資料遺失減少，進一步又促成網路效能之改善，且由於在遠端範圍中之網路節點及/或可能不屬於下一轉遞節點集合之該些網路節點可被停用或維持在該休眠模式中休眠，而可進一步做到能源節約。
最好，該啟用模式經配置以包含至少一輸入(incoming)資料階段、轉遞資料階段及一輸出(outgoing)資料階段，該輸入資料階段相應於當該資料封包係於一既定範圍之該外部邊界區被接收時，該轉遞資料階段當該資料封包橫移穿過該既定範圍時，而該輸出資料階段相應於當該資料封包係自該既定範圍之該內部邊界區被傳輸至另一相鄰存在之範圍時。該啟用模式之該等不同階段之各者的持續時間可相應於一既定範圍中之資料路由而經設定。因此，例如， 該輸入資料階段的持續時間可相應於由該既定範圍自一相鄰範圍接收資料流量的時間而經設定；該轉遞資料階段的持續時間，可相應於該資料橫移穿過該既定範圍之該等區以到達該既定範圍與下一相鄰存在之範圍的邊界所花費的時間而經設定，而該輸出資料階段的持續時間可設定為傳輸該資料至該下一相鄰存在之範圍所花費的時間。此特徵所關聯之一優點為在路由期間的資料遺失可能減少，且因此進一步改善網路效能。
理想地，該休眠-啟用時程之配置係經完成以使得在一既定組對之相鄰範圍中之一者的該內部邊界區中之該等轉遞節點的該輸出資料階段，以及該既定組對之相鄰範圍中之另一者的該外部邊界區中之該等轉遞節點的該輸入資料階段之間有一重疊，該既定組對之相鄰範圍係由一邊界所分離。由於此特徵，由一邊界所分離的該既定組對之範圍之間的路由期間的資料遺失得以減少。此外，除了參與在該既定組對之範圍間的資料傳輸的該等轉遞節點之外，所有其他網路節點可在休眠模式下操作。如此可減少能源耗損，並可進一步增加網路可靠度。
最好，如果該資料封包係在一既定組對之相鄰範圍中之一者的一轉遞階段之結束前經接收，且該既定組對之相鄰範圍中之另一者的一啟用週期尚未開始，則該資料封包自該既定組對之相鄰範圍中之該一範圍至該另一範圍的轉遞被延緩直到此一啟用週期開始。此特徵擴大了當資料在相鄰範圍之間傳輸時降低資料遺失的優勢，藉而改善網路效能及可 靠度。
最好，該休眠-啟用時程之配置係經完成以使得在一範圍之該等區中的該等轉遞節點之至少該等個別轉遞階段之間有一重疊。由於此特徵，在一既定範圍的區內的資料路由得以改善。此外，在啟用模式操作期間，相應於一既定範圍中之不同區的該等轉遞節點不須全部被啟用。在此方面，在啟用週期的輸入資料階段期間，只有在該既定範圍的外部邊界區中的該等轉遞節點可經啟用，因為只有該等轉遞節點可能牽涉到從一相鄰範圍接收資料。另外，在啟用週期的輸出資料階段期間，只有在該既定範圍的內部邊界區中的該等轉遞節點可經啟用，因為只有該等轉遞節點可能牽涉於與另一相鄰存在之範圍的邊界處之資料交遞。在啟用週期之轉遞階段期間，由於資料橫移穿過該範圍，相應於該範圍之不同區的所有該等轉遞節點被啟用。本發明之實施例的此特徵提供了進一步降低能源耗損及改良網路可靠度及效能的優勢。
理想地，在排列該等範圍的步驟中，該等範圍經排列以包含一內部範圍、一或更多外部範圍及該等外部範圍的該最外部範圍，該內部範圍包含該目的地節點，該一或更多外部範圍圍繞該內部範圍，該最外部範圍包含該來源節點。在此方面，包含該來源節點的該最外部範圍最好被分離以包含至少一中心區及一內部邊界區，而且/或者包含該目的地節點的該內部範圍最好被分離以包含至少一外部邊界區及一中心區。這些特徵所連帶的一優點在於本發明的一實施例可以降低的複雜度經實現。此外，理想地，在分離該等範圍的步 驟中，一既定外部範圍被分離使得以包含一內部邊界區、中心區及外部邊界區。
理想地，在分離各範圍的該步驟中，相應於該外部邊界區、中心區及該內部邊界區之該等網路節點經個別分配為外部邊界節點、中心區節點及內部邊界節點。在本發明的一實施例中，該等網路節點經配置以具備自身之地理位置以及該目的地節點的資訊。該等網路節點經進一步配置，以自主地識別在一既定範圍中該等網路節點所屬的一區，以及在該區中該等網路節點的特定任務。此特徵擴大了本發明一實施例之改良網路效能的優勢。
最好，在配置該等網路節點以具備自身之地理位置資訊的該步驟中，使用一全球定位系統。GPS被用來提供該等網路節點的位置資訊時，也能被用為一參考來源，讓該無線感測網路中的網路節點與之同步，以改良準確度。因此，此特徵擴大了本發明一實施例之改良網路效能的優勢。
按照本發明之第二態樣的實施例，提供了一種無線感測網路，包含：至少一來源節點，該來源節點係可配置以傳輸至少一資料封包；至少一目的地節點，該目的地節點係可配置以接收由該來源節點所傳輸之該資料封包，以及在該來源節點和該目的地節點之間之可互連網路節點，該等可互連網路節點係可配置以接收及轉遞該資料封包，該等網路節點係按照一休眠-啟用時程可操作，該休眠-啟用時程包含至少一休眠模式及一啟用模式，且該等網路節點可經配置以具備自身之地理位置及該目的地節點之地理位置的資訊，該 無線感測網路進一步包含：複數個不相交範圍，該等複數個不相交範圍由邊界所分離；在一既定範圍中之至少二區，該等區係為一內部邊界區、一中心區及一外部邊界區，以及轉遞節點，該等轉遞節點包含該等網路節點的一子集，該等轉遞節點係根據相對於該目的地節點之地理位置而經選取，且該等網路節點相對於彼此而經同步化，該等轉遞節點用以自該來源節點路由該資料封包至該目的地節點，據此僅經選取以路由該資料封包之該些轉遞節點在該啟用模式中係在一既定時窗中可操作，而所有其他網路節點係在該休眠模式中可操作。
按照本發明之第三態樣的實施例，提供一種電腦程式，該電腦程式包含指令，該等指令用於當該電腦程式在一電腦系統上執行時實現按照本發明之第一態樣之實施例的步驟。
本發明之一態樣的特徵可被應用至其他態樣，反之亦然。任何經揭露之實施例可與所顯現及/或描述之其他實施例其一或數個合併。對於該等實施例的一或更多特徵亦為可能。
1‧‧‧收發器
2‧‧‧處理器
3‧‧‧記憶體
4‧‧‧電源供應器
5‧‧‧程式碼
6‧‧‧天線
7‧‧‧匯流排架構
8‧‧‧電源供應線
9‧‧‧電池
10‧‧‧無線感測網路
11-32‧‧‧流程圖方塊
11’-12’,15’-16’,19’-25’,27’‧‧‧流程圖方塊
11”-12”,15”-16”,19”-27”,29”‧‧‧流程圖方塊
C,C0,C1,C2,CM-1‧‧‧中心區節點
I,I1,I2,IM-1‧‧‧內部邊界節點
O,O0,O1,OM-2‧‧‧外部邊界節點
A0,A1,A2,AM-1‧‧‧範圍
S‧‧‧來源節點
Si‧‧‧網路節點
D‧‧‧目的地節點
RA,Rc‧‧‧系統參數
現將參看隨附圖式作為範例，該等圖式中包括：第1圖係在本發明之實施例中的網路節點的方塊圖；第2圖示意地圖示本發明之實施例；第3圖示意地圖示在本發明之實施例中，對於相應 於不同範圍之網路節點的活動周期；第4圖示意地圖示在本發明之實施例中，對於相應於相同範圍之網路節點的活動周期；第5圖示意地圖示按照本發明之實施例的一拓蹼；第6圖示意地圖示相應於第5圖所顯示之拓蹼的一時間圖；第7圖圖示針對在本發明之實施例中外部邊界節點之行為的狀態變遷圖；第8圖圖示針對在本發明之實施例中中心區節點之行為的狀態變遷圖，及第9圖圖示針對在本發明之實施例中內部邊界節點之行為的狀態變遷圖。
在本說明書中，相同的參考元件編號或符號經使用以標示相同或類似之部件。
現在參見第1圖，其圖示本發明之實施例中的網路節點的結構。各網路節點係一感測器，包含收發器1、處理器2、記憶體3及電源供應器4，由匯流排架構7將以上各者互相連接。天線6可連接至收發器1。程式碼5被儲存在記憶體3中。電源供應器4自電池9接收電力。在操作上，電源供應器4從電池9經由電源供應線8而提供電力至收發器1、處理器2及記憶體3。天線6偵測來自鄰近網路節點的射頻信號，而藉以促進由收發器1從該等鄰近網路節點接收資料封包。同樣地，天線6促進從收發器1傳輸資料封包到其他鄰近網 路節點。儲存在記憶體3中的程式5包含可由處理器2執行的程式指令。處理器2根據儲存在記憶體3中的程式碼5，經由匯流排架構7來控制收發器1及電源供應器4的操作。由收發器1的資料封包傳輸與接收兩者皆可由處理器2根據程式碼5來控制。資料可暫時儲存在記憶體3中。此外，電源供應器4可在處理器2根據程式碼5的控制下，選擇地供應電力至收發器1以啟用及停用該等網路節點。如此促進了在停止使用期間保留電池9的壽命。程式碼5在由處理器2執行時，致使該等網路節點以上述形式運作。
第2圖顯示按照本發明之實施例的一無線感測網路10。無線感測網路10包含一組互相連接且空間上分布在無線感測網路10所實現所在之地理範圍上的N個網路節點，N={s1,s2,.....sN}。該等網路節點之各者si可具備如第1圖所介紹之結構。在該等網路節點si中，來源節點S經配置以在感測或監看本地的一狀態，並傳輸相應於該所感測/監看之狀態的一或更多資料封包至一目的地節點D，以進一步處理及/或分析。該等網路節點si之各者經配置以具備自身地理位置及目的地節點D之地理位置的資訊。該等網路節點si係可按照一休眠-啟用時程來操作，該休眠-啟用時程包含至少一休眠操作模式及一啟用操作模式，該等網路節點在休眠操作模式中係停用而因此無法參與該資料封包的接收或傳輸，而該等網路節點在啟用模式中為啟用，而因此能夠接收及轉遞該資料封包。
由於關聯於該等網路節點si之收發器1的電力能 力，以及來源節點S及目的地節點D位在無線電通訊範圍之外的可能性，來源節點S直接傳輸一資料封包至目的地節點D並不可行。相反地，資料係經由多點跳躍傳輸而經路由通過無線感測網路10。在本發明的一實施例中，地理路由被用來從來源節點S經由轉遞節點來路由資料至目的地節點D，該等轉遞節點係該等網路節點的一子集，經選取以根據相對於目的地節點D的地理位置來路由該資料。
關於本發明之實施例中的地理路由，當來源節點S有一資料封包欲傳輸至目的地節點D時，其傳輸一請求訊息，該訊息具有關於來源節點S至目的地節點D之距離的資訊。接收該請求訊息的各鄰近網路節點，開始一分散競爭程序以成為轉遞節點，藉由比較其距目的地節點D的距離與在該請求訊息中所包含的資訊，並且將對於該請求訊息的回應延遲一時間間隔，該時間間隔的持續時間與該鄰近網路節點朝向目的地節點D所能提供之地理進程成反比例。如此則判明一轉遞節點，亦即在所有接收到由來源節點S所傳輸之請求訊息的該等鄰近網路節點中，提供了朝目的地節點D的增加地理進程的該網路節點。該轉遞節點的角色係首先藉由在無線感測網路10中之該等網路節點si的無線電收發器1之間所建立的無線電頻道上存取並發送一回應，此同時所有其他的競爭者偷聽到該轉遞節點的該回應後，避免在該無線電頻道上存取/傳輸訊息。該資料封包接著由來源節點S發送到該轉遞節點。上述之程序接著被再次起始以找出下一個轉遞節點，並重複直到該資料封包通過該等選出的轉遞節點經由多 點跳躍傳輸被交遞至目的地節點D為止。
本發明之一實施例採取了地理路由及休眠模式的支援的組合，來從來源節點S傳輸資料到目的地節點D。在此方面，本發明之實施例中的該等網路節點si對於一共同參考時間經同步，並且按照一休眠-啟用時程來操作，使得在啟用模式中只有在任何既定時間點直接參與地理路由的該等轉遞節點係被操作，而所有其他網路節點在休眠模式中被操作。
在地理路由中，目前擁有該資料封包的該轉遞節點只能從網路節點si的一子集選取下一轉遞節點，該子集在該轉遞節點發送出請求訊息時被啟用，參酌此事實更能了解本發明之實施例所提供的優點。在一第一情境中，其中下一轉遞節點的選取是隨機使用一非經同步的休眠-啟用時程來進行，例如，當該轉遞節點發送出一請求訊息以起始該路由程序時，該等網路節點si中僅有一些被啟用而可用來與該轉遞節點通訊。試想當該請求訊息被送出時，最靠近目的地節點D並鄰近於該廣播節點，而在休眠操作模式中休眠的網路節點，此情境可導往一不適合的下一轉遞節點選擇。更糟的情況是，試想在該廣播網路節點的無線電涵蓋範圍中的所有網路節點si此全都無法回應該請求訊息，例如由於在休眠模式中運作，情境可能導往路由失敗。在可靠性及潛伏時間方面而言，此情境可導致效能降級。在另一情境中，如果下一轉遞節點的選取係利用一同步休眠-啟用時程來進行，一般來說所有的網路節點si同時被啟用。此作法可改善經由多點跳躍傳輸以路由資料至目的地節點D的轉遞節點的識別。然而， 不論該等網路節點si是否被選取為路由該資料封包至目的地節點D的轉遞節點，或甚至如果由於離來源節點S或目的地節點D較近、距離目前轉遞節點的位置有數個跳躍之遙，而短期內未參與路由資料，該等網路節點si仍全部必須在啟用模式中操作。因此，此另一情境所連帶的一些缺點是：減少電池壽命、增加能量耗損、效能降低，以及最糟的是，路由失敗。對比於上述之情境，在本發明的實施例中，只有在任何既定時間點參與地理路由的該些轉遞節點在啟用模式中操作，而全部其他的網路節點si係在休眠模式中操作。如此，藉由促成選擇最受歡迎之轉遞節點來路由資料，可節省能源且同時保有地理路由在可靠性及潛伏時間方面所連帶的優勢。
在本發明的一實施例中，在任何既定時間點從來源節點S至目的地D的資料路由係由一組特定而先前(a priori)選取的網路節點子集所進行，也就是轉遞節點。一旦資料已概略從來源節點S朝向目的地節點D傳輸，轉遞節點的選取就完成，而此不同於靜態路由協定的情況，也就是在從來源節點S傳輸資料之前就完成路由選取。此特徵擴大了減少協定負擔及改善網路效能的優勢，因為減少本發明之實施例的能源耗損。在本發明的一實施例中，除了在任何既定時間點參與路由資料的該等轉遞節點以外，所有其他網路節點可被停用及/或維持在休眠模式中，此特徵促成更多能源節省及改善的網路效能。
在本發明的一實施例中，無線感測網路10被分隔成 複數個不相交圓形範圍Ai，i {0,1,...M-1)，該等範圍經排列以包含一內部範圍A0、圍繞該內部範圍A0的一或更多外部範圍A1、A2，以及該等外部範圍中的最外部範圍AM-1。該等範圍之各者藉由其間的邊界被彼此分離。該等範圍中心位在目的地節點D，且該等範圍經定義使得如果滿足iRA δ(P,D)<(i+1)RA的條件，其中RA是指定一範圍之大小的系統參數，δ(P,D)是座標為(xp,yp)的點P與目的地節點D之間的距離，則點P屬於範圍Ai。此一既定條件意味來源節點S位在最外部範圍AM-1中，而同時目的地節點D位在內部範圍A0中。假設Ni是地理位置屬於範圍Ai的一組網路節點。在本發明的一實施例中，Ni被分成三個不相交子集Oi、Ci及Ii，使得Oi U Ci U Ii=Ni。Ni中的各節點sj按照以下條件而屬於該等子集之一：
RC係一系統參數，該參數描述兩網路節點能夠彼此可靠地通訊的最大距離，且滿足RA>2RC的限制。經以上條件所指定，本發明實施例中的一範圍可被分離成區，特定言之為外部邊界區O、中心區C及內部邊界區I，各包含對應的網路節點外部邊界節點Oi、中心區節點Ci及內部邊界節點Ii。本發明之一實施例中該等網路節點經配置以自主地識別該等網路節點所屬於的一既定範圍中之一區以及該等網路節點在 該區中的特定角色，因為它們知道自身的地理位置及目的地節點D的位置。
上述的情況不適用於包含來源節點S的最外部範圍AM-1以及包含目的地節點D的最內部範圍A0。因此對於包含來源節點S的AM-1，沒有外部邊界節點而只有內部邊界節點IM-1和中心區節點CM-1。對於包含目的地節點D的A0，沒有內部邊界節點而只有中心區節點C0和外部邊界節點O0。按照上述之情況，外部範圍A1、A2各包含外部邊界節點O1、O2、中心區節點C1、C2及內部邊界節點I1、I2。
在本發明之一實施例中，一資料封包係漸進地從最外部範圍AM-1交遞至內部範圍AO直到到達目的地節點D，好比一連續波浪從最外圍流向無線感測網路10的核心。資料藉由地理路由而在一範圍內以及一範圍之連續區間路由。藉此做法，在一既定時間由一組特定先前已知的網路節點子集負責轉遞資料，使得未直接參與路由資料的其餘網路節點可維持或進入休眠模式，而藉此促進能源節省。
如之前所述，網路節點si係按照一休眠-啟用時程操作，該休眠-啟用時程包含休眠模式及啟用模式。在啟用模式中，在範圍Ai中網路節點si被週期地指定一預先決定之持續時間的啟用週期Tac，該等網路節點可利用該啟用週期以朝目的地節點D轉遞資料封包。尤其，啟用週期Tac經分配給地理位置屬於範圍Ai的該組網路節點Ni，使該等網路節點在該等範圍之間的邊界處從相鄰範圍Ai+1接收資料流量，通過組成範圍Ai的該等區而轉遞該資料遠至與另一相鄰範圍Ai-1的邊 界，以及交遞資料至相應於此下一相鄰範圍Ai-1的一組網路節點Ni-1。因此，在本發明的實施例中，啟用週期Tac包含至少三個不相交階段：輸入資料階段Tinc、轉遞資料階段Tfor及輸出資料階段Tout，輸入資料階段Tinc相應於當該資料封包係於一既定範圍之該外部邊界區被接收時，轉遞資料階段Tfor相應於當該資料封包橫移穿過該既定範圍時，而輸出資料階段Tout相應於該資料封包係自該既定範圍之該內部邊界區被傳輸至另一相鄰存在之範圍時，使得Tac=Tinc+Tfor+Tout適用。
如之前所述，在範圍Ai的該等網路節點Ni利用輸入資料階段Tinc以從相鄰範圍Ai+1接收資料封包。輸入資料階段Tinc的持續時間為一系統參數，並與一次啟用週期Tac期間可服務的流量成正比。例如，如果一範圍必須在一次啟用週期Tac中轉遞一個信號資料封包，也就是說，一個資料封包可從在相鄰存在之範圍中的上述網路節點子集所接收，Tinc可被設定為用於單次資料傳輸的時間。用於單次資料傳輸的時間可依所使用的媒體存取協定而異，還有可用無線電頻道的特性。轉遞資料階段Tfor被用來在相應於範圍Ai的該子集Ni內，藉由地理路由，從與Ai+1的邊界到與Ai-1的邊界轉遞資料通過範圍Ai的不同區。因此，Tfor的數值依所要轉遞的資料流量以及RA兩者而異，RA是資料橫移一既定範圍所需經過的跳躍點的最大數目。最後，輸出資料階段Tout被用以交遞資料到下一個相鄰存在之範圍Ai-1中的節點Ni-1。在本發明的實施例中係假設只有一來源節點S，而在輸入階段期間離開 範圍Ai的資料量不可超過所接收之資料量，也就是說，Tout=Tinc。
為了促進在由一邊界所分離之既定組對的相鄰範圍間的資料通訊，本發明之一實施例經配置使得該些範圍的啟用週期之間有一重疊。在此方面，參考第3圖中所顯示之相應於不同範圍之網路節點的活動循環，針對從一範圍Ai+1的內部邊界區到一相鄰存在之範圍Ai的外部邊界區的資料傳輸，用於Ai的輸入資料階段Tinc與用於Ai+1的輸出資料階段Tout重疊。此可在適用於本發明之一實施例的同步性假設下達成。假設tc,k M-1是在無線感測網路10中全部網路節點已知的一個時間常數，於該時間點用於範圍AM-1的第k個啟用週期開始。為了促進相鄰範圍之間的通訊，本發明之一實施例經配置使得相應於範圍Ai之該組節點Ni的啟用模式開始於一時間點tc,k i=tc,k M-1+(M-1-i)△，其中△=Tinc+Tfor。當在一既定時窗中資料在一既定組對之相鄰範圍之間溝通時，相應於個別範圍中之不同區的所有該等網路節點不需在啟用模式中操作。因此，參考第3圖及所連帶之前個範例，在範圍Ai+1的輸出階段Tout期間只有此範圍的內部邊界節點Ii+1被啟用，而在該些範圍之間的資料轉移的輸入階段Tinc期間，只有範圍Ai的外部邊界節點Oi被啟用。
第4圖示意地圖示在本發明之實施例中，在一既定範圍內之網路節點的活動周期，從其中能看出在相應於既定範圍Ai中之不同區的一組節點Ni，該組節點中的全部元件在整個啟用週期Tac期間必須為啟用。例如，在範圍Ai的輸入 資料階段Tinc中只有外部邊界節點Oi有參與，因為在該組節點Ni中可能僅有外部邊界節點Oi位在相鄰存在之範圍Ai+1中之節點的無線電通訊內，資料係接收自相鄰存在之範圍Ai+1中之節點。同樣地，在範圍Ai的輸出資料階段Tout中僅有內部邊界節點Ii有參與。另一方面，在轉遞階段Tfor中子集Ni的全部節點都被啟用，使得資料被通訊越過範圍Ai以交遞到另一相鄰存在之範圍。從這些附註開始，假設tc,k i是區Ai之啟用週期Tac的開始時間，Ni中的節點按照以下原則被啟用：
‧s j O i 在啟用
‧s j C i 在啟用
‧s j I i 在啟用
如之前所討論，該等網路節點之各者只在啟用週期Tac的一部分為啟用，也就是當其參與路由資料之時。至於啟用週期Tac之中該等網路節點未參與資料路由的時間，在本發明之一實施例中該等網路節點可為停用。休眠週期Tsleep係分離兩連續啟用週期的時間週期。對於所有的範圍其啟用週期Tac及休眠週期Tsleep的加總是常數，也是決定無線感測網路10之休眠-啟用時程之持續時間的一系統參數，這從第3圖及第4圖可清楚看出。
現在參看第5圖以了解在操作時的本發明實施例。在此例中，無線感測網路10被分隔成四個範圍A0、A1、A2、A3，該等範圍藉由邊界彼此被分離並包含相應之節點集合N0={D,s9}，N1={s8,s7,s6}，N2={s5,s4}以及N3={s3,s2,s1,S}。假設只有相鄰節點(如第5圖中所繪以虛線連接者)可憑藉(例如)位在彼此之無線電通訊範圍內來彼此通訊。在 節點之分配方面，為了容易理解而如第5圖中所示，s9、s6及s4係外部邊界節點O，s7、s2及s1係中心區節點C，而s8、s5及s3是內部邊界節點I。假設在一次啟用週期Tac期間單一資料封包要從來源節點S被路由至目的地節點D，且在第5圖中顯示的拓蹼中至多需要三次跳躍以橫移一範圍，則輸入資料階段Tinc、轉遞資料階段Tfor及輸出資料階段Tout的個別持續時間被設定為：Tinc=Tout=Ttx，Tfor=3．Ttx，其中Ttx代表通過單一跳躍以路由該資料封包所花費的時間。
接著到第6圖，顯示相應於第5圖所顯示之拓蹼的一時間圖，t0被當成範圍A3之第k個啟用週期的開始時間，也就是說t0=tc,k 3。在間隔[t0,t0+Tinc]期間，集合N3中的所有節點在休眠模式中操作，因為範圍A3無輸入資料流量可接收。當來源S有一資料封包要傳輸時，其藉由廣播一請求訊息來起始地理路由程序。在第5圖的拓蹼中，有別於集合N3中的所有其他節點，網路節點s1可能位在來源節點S的無線電通訊範圍內而因此回應該請求訊息，網路節點s1被選取為下一跳躍/轉遞節點，並因此從來源節點S接收該資料封包。這些步驟接著由網路節點s1及s2重複直到資料被轉遞至網路節點s3。為了轉遞從來源節點S藉由多點跳躍傳輸越過範圍A3的資料封包，在集合N3中的全部網路節點，也就是s3、s2、s1、S，在時間t0+Tinc為啟用，使得該等網路節點得以參與資料轉遞，該資料轉遞經排定發生在啟用週期Tac的轉遞資料階段Tfor。在時間t0+Tinc+Tfor，相對於該組網路節點N3，節點C3={s2,s1,S}為停用，且只有內部邊界節點I3={s3}維 持在啟用狀態，藉此促進資料封包交遞至相鄰存在之範圍A2中的下一批轉遞節點。
至於範圍A2中的資料路由，如第6圖中所示，此範圍的啟用週期Tac開始於時間t0=tc,k 2=t0+△=t0+Tinc+Tfor。從第6圖能清楚看出，在本發明的一實施例中，被指定給範圍A3之啟用週期Tac的輸出資料階段Tout，與範圍A2之啟用週期Tac的輸入資料階段重疊，使得該資料封包可如上所述地藉由地理路由，在時間間隔[tc,k 2,tc,k 2+Tinc]中於A3及A2之間的邊界處從A3交遞到A2。當該資料封包已被路由至範圍A2的時間tc,k 2+Tinc，指定給範圍A3之啟用週期Tac完成，而因此內部邊界節點I3={s3}停用。從第6圖能看出，在指定給範圍A2之啟用週期Tac的輸入資料階段Tinc期間，只有外部邊界節點O2={s4}被啟用。在範圍A2之啟用週期Tac的轉遞階段Tfor期間，集合N2的全部網路節點為啟用，也就是在該資料封包從s4被轉遞到s5階段期間，O2={s4}而C2U I2={s5}。對於正考慮的既定拓蹼，該資料封包在單一跳躍中橫移範圍A2，且因此在分配給範圍A2的轉遞階段Tfor結束之前，s5接收欲發給目的地節點D的該資料封包。然而，此時，指定給範圍A1的啟用週期Tac尚未起始，因此外部邊界節點O1={s6}不能被用於通訊，任何轉遞該資料封包至範圍A1的努力都將失敗。因此，如第6圖所示，s5將所有活動延遲至時間tc,k 2+Tinc+Tfor=tc,k 3+2△=tc,k 1，也就是當範圍A1的啟用週期Tac開始，而外部邊界節點O1={s6}被啟用以參加範圍A1的輸入資料階段Tinc。從第6圖能看出，在本發明的一 實施例中，範圍A2的輸出資料階段Tout及範圍A1的輸入資料階段Tinc經配置以重疊，使得資料可從範圍A2的內部邊界節點I2={s5}被交遞至範圍A1的外部邊界節點O1={s6}。當範圍A2的輸出資料階段Tout開始時，分配給此範圍的轉遞階段Tfor結束，在此情況下範圍A2的外部邊界節點O2={s4}為停用。
至於範圍A2中的資料路由，如第6圖中所示，在[tc,k 1,tc,k 1+Tinc]期間，也就是範圍A2的輸出資料階段Tout及範圍A1的輸入資料階段Tinc，該資料封包從範圍A2的內部邊界節點I2={s5}被交遞至範圍A1的外部邊界節點O1={s6}。然後，在時間tc,k 1+Tinc=tc,k 2+Tac，範圍A2的輸出資料階段Tout與其啟用週期一般結束。因此，範圍A2的內部邊界節點I2={s5}停用，且C1 U I1={s7,s8}也被啟用以參加分配給範圍A1之啟用週期Tac的轉遞資料階段Tfor。該資料封包隨著最短的地理路徑s6-s7-s8被路由越過範圍A1。對於正考慮的拓蹼，在分配給範圍A1的轉遞階段Tfor結束之前，該資料封包到達範圍A1及A0之間的邊界。因此，範圍A1的內部邊界節點I1={s8}延遲進一步活動/資料傳輸，直到範圍A0之啟用週期開始。在時間tc,k 1+Tinc+Tfor=t0+3△=tc,k 0，C1 U I1={s6,s7}為停用，而在與範圍A1之輸出資料階段Tout重疊的範圍A0之輸入資料階段Tinc期間，範圍A0之O0={s9}為啟用。在時間間隔tc,k 0,tc,k 0+Tinc期間，範圍A1之內部邊界節點I1={s8}轉遞該資料封包至範圍A0之外部邊界節點O0={s9}，然後s8被停用。在時間tc,k 0+Tinc，目的地節點D被啟用，由於該目 的地節點屬於C0且該資料封包可由s9傳送給該目的地節點，藉而完成通過無線網路10的路由程序。
現在參看第7圖，該圖示意地圖示在第k個休眠-啟用循環期間，範圍Ai之外部邊界節點(也就是Oi中的節點)的行為。在先前排定之WAKE_UP_INTERRUPT信號逾時之後(12)，在時間twake=tc,k i該節點離開休眠狀態(11)。接著，該節點在時間twake+Tinc排定一END_OF_INC_PHASE計時器(13)，該計時器在範圍Ai之輸入資料階段最後觸發適當的動作。該節點接著進入INPUT_DATA_PHASE狀態(14)，在INPUT_DATA_PHASE狀態期間該節點經配置以持續地聆聽本發明之實施例中該等網路節點之間所建立的無線電頻道。如果從相鄰存在之範圍Ai+1的一內部邊界節點接收一資料封包(15)，該封包被儲存在一緩衝區以供之後處理(16)。當該END_OF_INC_PHASE計時器逾時(17)，該節點離開INPUT_DATA_PHASE狀態並在時間twake+Tinc+Tfor排定一個新計時器END_OF_FORW_PHASE(18)，該計時器會發信號示意範圍Ai之轉遞資料階段的結束。如果該節點在其緩衝區中沒有先前儲存的資料封包(19)，則進入FOWARDING_PHASE狀態(20)。如果該節點在其緩衝區中有先前儲存的資料封包，則選擇一隨機後退操作(random back-off)間隔，在此一間隔結束時排定一TX_TIMEOUT計時器(21)然後進入FORWARDING_PHASE狀態(20)。如果，在FORWARDING_PHASE狀態(20)時發生TX_TIMEOUT計時器逾時(22)，則該節點從其緩衝區得到一資料封包(23) 並起始如上述之地理路由程序以傳輸資料封包(24)。一旦完成，該節點檢查在緩衝區中是否有任何其他資料封包。如果有，該節點選擇一隨機後退操作點，在此一間隔結束時排定一TX_TIMEOUT計時器(21)然後進入FORWARDING_PHASE狀態(20)。否則，該節點只是進入FORWARDING_PHASE狀態(20)。當END_OF_FORW_PHASE計時器逾時(25)，該節點在時間twake+Tac+Tsleep排定一WAKE_UP_INTERRUPT計時器(26)並進入休眠狀態(27)。
現在參看第8圖，該圖示意地圖示在第k個休眠-啟用循環期間，範圍Ai之中心區節點(也就是Ci中的節點)的行為。在先前排定之WAKE_UP_INTERRUPT信號逾時之後(12’)，在時間twake=tc,kI+Tinc該節點離開休眠狀態(11’)。接著，該節點在時間twake+Tfor排定一END_OF_FORW_PHASE計時器(29)，該計時器會發信號示意範圍Ai之轉遞資料階段的結束並檢查其緩衝區。如果該節點在其緩衝區中沒有先前儲存的資料封包(19’)，該節點進入FORWARDING_PHASE狀態(20’)並開始聆聽本發明之實施例中該等網路節點之間所建立的無線電頻道。如果該節點在其緩衝區中有先前儲存的資料封包(19’)，該節點選擇一隨機後退操作間隔，在此一間隔結束時排定一TX_TIMEOUT計時器(21’)，進入FORWARDING_PHASE狀態(20’)然後開始聆聽該無線電頻道。當在FORWARDING_PHASE狀態時(20’)，如果從Oi中或Ci中之節點接收藉由地理路由所路由之資料封包(15’)，該節點將該資料封包儲存在緩衝區(16’)， 選擇一隨機後退操作間隔，在此一間隔結束時排定一TX_TIMEOUT計時器(21’)並回到FORWARDING_PHASE狀態(20’)。另一方面，如果TX_TIMEOUT計時器發生逾時(22’)，則該節點從其緩衝區得到一資料封包(23’)並起始如上所述之地理路由程序以傳輸該資料封包(24’)。一旦完成，該節點檢查在緩衝區中是否有任何其他資料封包(19’)。如果有，該節點選擇一隨機後退操作點，在此一間隔結束時排定一TX_TIMEOUT計時器(21’)並進入FORWARDING_PHASE狀態(20’)。否則，該節點只是進入FORWARDING_PHASE狀態(20’)。當END_OF_FORW_PHASE計時器逾時(25’)，該節點在時間twake+Tout+Tsleep+Tinc排定一WAKE_UP_INTERRUPT計時器(28)並進入休眠狀態(27’)。
現在參看第9圖，該圖示意地圖示在第k個休眠-啟用循環期間，範圍Ai之內部邊界節點(也就是Ii中的節點)的行為。在先前排定之WAKE_UP_INTERRUPT信號逾時之後(12”)，在時間twake=tc,k i+Tinc該節點離開休眠狀態(11”)。接著，該節點在時間twake+Tfor排定一END_OF_FORW_PHASE計時器(29”)，進入FORWARDING_PHASE狀態(20”)並開始聆聽本發明之實施例中該等網路節點之間所建立的無線電頻道，該END_OF_FORW_PHASE計時器會發信號示意範圍Ai之轉遞資料階段的結束。如果從一節點Ci接收藉由地理路由所路由之資料封包(15”)，則該節點儲存該資料封包在緩衝區 (16”)，並回到FORWARDING_PHASE狀態(20”)。當END_OF_FORW_PHASE計時器逾時(25”)，該節點離開FORWARDING_PHASE狀態，在時間twake+Tfor+Tout排定一END_OF_OUT_PHASE計時器(30)，並檢查在其緩衝區中是否有資料封包。如果緩衝區是空的，則該節點在時間twake+Tsleep+Tac排定一WAKE_UP_INTERRUPT計時器(26”)並進入休眠狀態(27”)。否則，該節點選擇一隨機後退操作間隔，在此一間隔結束時排定一TX_TIMEOUT計時器(21”)並進入OUTGOING_PHASE狀態(31)。相反地，如果在OUTGOING_PHASE狀態時TX_TIMEOUT計時器發生逾時(22”)，則該節點從緩衝區得到一資料封包(23”)並起始如上所述之地理路由程序以傳輸該資料封包(24”)。一旦完成，該節點檢查在緩衝區中是否有任何其他資料封包(19”)。如果有，該節點選擇一隨機後退操作點，在此一間隔結束時排定一TX_TIMEOUT計時器(21”)並回到OUTGOING_PHASE狀態(31)。否則，該節點在時間twake+Tsleep+Tac排定一WAKE_UP_INTERRUPT計時器(26”)並進入休眠狀態(27”)。最後，如果當該節點仍在OUTGOING_PHASE狀態(31)時END_OF_OUT_PHASE計時器逾時(32)，則該節點離開該狀態，在時間twake+Tsleep+Tac排定一WAKE_UP_INTERRUPT計時器(26”)並進入休眠狀態(27”)。
本發明之實施例不侷限於無線感測網路，並確實可應用到任何適當之隨意(ad hoc)無線網路，例如行動通訊網 路，在行動通訊網路中該等網路節點可由網路中之行動電話代表。
以上所介紹之本發明完全藉由範例，而細節上的修改仍在本發明之範疇。
說明書、申請專利範圍(若適用)及圖式所揭露之各特徵，可獨立或以任何適當組合提供。
10‧‧‧無線感測網路
I,I1,I2,IM-1‧‧‧內部邊界節點
A0,A1,A2,AM-1‧‧‧範圍
D‧‧‧目的地節點
RA,Rc‧‧‧系統參數
C,C0,C1,C2,CM-1‧‧‧中心區節點
O,O0,O1,OM-2‧‧‧外部邊界節點
S‧‧‧來源節點
Si‧‧‧網路節點

Claims (18)

  1. 一種用於在一無線感測網路中路由一資料封包的方法，該方法包含下列步驟：按照一休眠-啟用(sleep-active)時程來操作複數個網路節點，其中該休眠-啟用時程包含一休眠模式及一啟用模式；配置該等網路節點使該等網路節點包括該等網路節點之地理位置及一目的地節點之地理位置的資訊；分隔該無線感測網路成為複數個不相交範圍，該等複數個不相交範圍由邊界所分離；分離各範圍成為至少二個區，其中該至少二個區包括一內部邊界區、一中心區及一外部邊界區；自該等網路節點中選取轉遞節點以自一來源節點路由該資料封包至該目的地節點，其中該等轉遞節點係根據該等轉遞節點相對於該目的地節點之地理位置而被選取，且其中該等網路節點相對於彼此被同步化；配置該休眠-啟用時程，使得在一時窗中僅有被選取以路由該資料封包的該等轉遞節點係在該啟用模式中可操作，所有其餘網路節點係在該休眠模式中可操作；及配置該休眠-啟用時程以使得在個別範圍中，在相應於該等區之轉遞節點之該等啟用模式之間有一重疊。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包含配置該休眠-啟用時程以使得一組對之相鄰範圍由一邊界所分離，使得該組 對之相鄰範圍中之一範圍的該外部邊界區及該組對之相鄰範圍中之另一範圍的該內部邊界區鄰接分離該組對之相鄰範圍的該邊界，以在該組對之相鄰範圍中之該一範圍的該外部邊界區及該組對之相鄰範圍中之該另一範圍的該內部邊界區中，在該等轉遞節點之該等啟用模式之間產生一重疊。
  3. 如請求項1之方法，其中該啟用模式經配置以包含：一輸入(incoming)資料階段，該輸入資料階段相應於當該資料封包係於一範圍之該外部邊界區被接收時；一轉遞(forwarding)資料階段，該轉遞資料階段相應於當該資料封包橫移穿過該範圍時；及一輸出(outgoing)資料階段，，該輸出資料階段相應於當該資料封包係自該範圍之該內部邊界區被傳輸至另一相鄰存在之範圍時。
  4. 如請求項3之方法，其進一步包含配置該休眠-啟用時程以使得在一組對之相鄰範圍中之一範圍的該內部邊界區中之該等轉遞節點的該輸出資料階段，以及該既定組對之相鄰範圍中之另一範圍的該外部邊界區中之該等轉遞節點的該輸入資料階段之間有一重疊。
  5. 如請求項3之方法，其中如果該資料封包係在一組對之相鄰範圍中之一範圍的一轉遞階段之結束之前被接 收，且該組對之相鄰範圍中之另一範圍的一啟用週期尚未開始，則該資料封包自該組對之相鄰範圍中之該一範圍至該另一範圍的轉遞被延緩直到一啟用週期開始。
  6. 如請求項3之方法，其進一步包含配置該休眠-啟用時程以使得在一範圍之該等區中的該等轉遞節點之該等轉遞階段之間有一重疊。
  7. 如請求項1之方法，進一步包含排列該等範圍以包括：包含該目的地節點之一內部範圍、圍繞該內部範圍之一或更多外部範圍、及包括該來源節點之該等外部範圍的最外部範圍。
  8. 如請求項7之方法，其中包括該來源節點之該最外部範圍被分離以包括至少一中心區及一內部邊界區。
  9. 如請求項7之方法，其中包括該目的地節點之該內部範圍被分離以包括至少一外部邊界區及一中心區。
  10. 如請求項7之方法，其進一步包含分離一外部範圍以包括一內部邊界區、一中心區、及一外部邊界區。
  11. 如請求項1之方法，其進一步包含分離各範圍使得相應於該外部邊界區、該中心區及該內部邊界區之該等網 路節點經個別分配為外部邊界節點、中心區節點及內部邊界節點。
  12. 如請求項1之方法，其中一全球定位系統配置該等網路節點以包括該等網路節點之地理位置的資訊。
  13. 一種無線感測網路，包含：一來源節點，該來源節點用以傳輸一資料封包；一目的地節點，該目的地節點用以接收由該來源節點所傳輸之該資料封包；用於配置一休眠-啟用時程之複數個網路節點，其中該休眠-啟用時程包含至少一休眠模式及一啟用模式，且該等網路節點經配置以包括該等網路節點之地理位置及該目的地節點之地理位置的資訊；複數個不相交範圍，該等複數個不相交範圍由邊界所分離，其中在-範圍中之至少二區包括一內部邊界區、一中心區及一外部邊界區；以及複數個轉遞節點，該等轉遞節點包含該等網路節點的一子集，其中該等網路節點的該子集係根據相對於該目的地節點之該等網路節點之地理位置而被選取；其中該等網路節點相對於彼此而被同步化以自該來源節點路由該資料封包至該目的地節點；其中僅被選取以路由該資料封包之該些轉遞節點在該啟用模式中係在一時窗中可操作，而其他網路節點係在該休 眠模式中可操作；且其中在一範圍中相應於該等區之該等轉遞節點係可操作使得在該等轉遞節點之個別啟用模式之間有一重疊。
  14. 如請求項13之無線感測網路，其中一組對之相鄰範圍由一邊界所分離，使得在該組對之範圍中之一範圍的該外部邊界區及該既定組對之範圍中之另一範圍的該內部邊界區鄰接分離該組對之相鄰範圍的該邊界，使得至少在該組對之相鄰範圍中之該一範圍的該外部邊界區中以及該組對之相鄰範圍中之該另一範圍的該內部邊界區中的該等轉遞節點係可操作，使得在該等轉遞節點之個別啟用模式之間有一重疊。
  15. 如請求項13之無線感測網路，其中在一休眠-啟用時程中之該啟用模式包含：一輸入資料階段，該輸入資料階段相應於當該資料封包係於一範圍之該外部邊界區被接收時；一轉遞資料階段，該轉遞資料階段相應於當該資料封包橫移穿過該範圍時；及一輸出資料階段，該輸出資料階段相應於當該資料封包係自該範圍之該內部邊界區被傳輸至另一相鄰存在之範圍時。
  16. 如請求項15之無線感測網路，其中在一組對之相鄰 範圍中的該等轉遞節點被分離使得在該組對之相鄰範圍中之一範圍的該內部邊界區中之該等轉遞節點的該輸出資料階段，以及在該組對之相鄰範圍中之另一範圍的該外部邊界區中之該等轉遞節點的該輸入資料階段之間有一重疊。
  17. 如請求項15之無線感測網路，其中在一組對之相鄰範圍中的該等轉遞節點被分離使得如果該資料封包係在一組對之相鄰範圍中之一範圍的一轉遞階段之結束之前經接收，且該組對之相鄰範圍中之另一範圍的一啟用週期尚未開始，則該資料封包自該組對之相鄰範圍中之該一範圍至該另一範圍的轉遞被延緩直到此一啟用週期開始。
  18. 一種非暫態電腦可讀取儲存媒體，其有形地實現具有電腦可讀取指令之一電腦可讀取程式碼，當該等指令被實施時，導致一電腦裝置執行一方法之以下步驟：按照一休眠-啟用(sleep-active)時程來操作複數個網路節點，其中該休眠-啟用時程包含一休眠模式及一啟用模式；配置該等網路節點使該等網路節點包括該等網路節點之地理位置及一目的地節點之地理位置的資訊；分隔一無線感測網路成為複數個不相交範圍，該等複數個不相交範圍由邊界所分離；分離各範圍成為至少二個區，其中該至少二個區包括一內部邊界區、一中心區及一外部邊界區； 自該等網路節點中選取轉遞節點以自一來源節點路由該資料封包至該目的地節點，其中該等轉遞節點係根據該等轉遞節點相對於該目的地節點之地理位置而被選取，且其中該等網路節點相對於彼此被同步化；配置該休眠-啟用時程，使得在一時窗中僅有被選取以路由該資料封包的該等轉遞節點係在該啟用模式中可操作，所有其餘網路節點係在該休眠模式中可操作；及配置該休眠-啟用時程以使得在個別範圍中，在相應於該等區之轉遞節點之該等啟用模式之間有一重疊。
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