TWI669015B - 用於無線感測網路之任務排程的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種用於無線感測網路之任務排程的方法。無線感測網路中的管理節點接收複數個任務，並將這些任務儲存於暫存器。其中每一任務被指配由無線感測網路中的複數個執行節點的其中一個對應的執行節點執行。管理節點記錄每一執行節點的狀態為可執行狀態或是無法執行狀態。在管理節點配送第一任務之前，管理節點取得第一任務所對應的第一執行節點的狀態。其中，若第一執行節點處於可執行狀態，管理節點依據預設規則將第一任務配送至第一執行節點。

Description

用於無線感測網路之任務排程的方法
本發明係有關於一種用於無線感測網路之任務排程的方法，尤指一種提升無線感測網路之任務排程效率的方法。
無線感測網路（Wireless Sensor Network；WSN）是由許多在空間中分布的自動裝置組成的一種無線通訊網路，這些裝置使用傳感器協作地監控不同位置的物理或環境狀況（比如溫度、聲音、振動、壓力、運動或污染物）。無線傳感器網路的發展最初起源於戰場監測等軍事應用。而現今無線傳感器網路被應用於很多民用領域，如環境與生態監測、健康監護、家居自動化以及交通控制等。
然而，一般的無線感測網路在分配任務至節點時，若節點因其傳感器損壞、沒電或者已進入休眠模式等原因而無法接收或執行任務時，由於傳送任務是透過無線傳輸，故當發生上述無法接收或執行任務的情況發生時，不但會造成電力不必要的浪費，且會使無線感測網路傳送任務的效率不彰。
本發明一實施例提供了一種用於無線感測網路之任務排程的方法。上述方法包含：無線感測網路中的一管理節點接收多個任務，並將上述多個任務儲存於暫存器，其中上述多個任務中的每一任務被指配由無線感測網路中的多個執行節點的其中一個對應的執行節點執行； 管理節點記錄上述多個執行節點的每一執行節點的狀態為可執行狀態或是無法執行狀態；在管理節點配送上述多個任務中的第一任務之前，管理節點取得第一任務所對應的第一執行節點的狀態；以及若第一執行節點處於可執行狀態，管理節點依據規則將第一任務配送至第一執行節點。
本發明之實施例所提供之用於無線感測網路之任務排程的方法，可依據各執行節點的狀態，決定是否將任務配送至對應的執行節點。若執行節點處在無法執行狀態，則可直接丟棄所要配送的任務，而降低不必要的任務配送。因此，透過本發明的方法，可提高無線感測網路於配送任務時的整體效率。
請參考第1圖及第2圖。第1圖為本發明一實施例之無線感測網路10的示意圖。第2圖為第1圖之無線感測網路10的功能方塊圖。無線感測網路10包含管理節點20以及多個執行節點30A至30F，而管理節點20及多個執行節點30A至30F之間是透過無線的方式進行通訊。在本發明一實施例中，無線感測網路10為紫蜂（ZigBee）網路，而管理節點20及多個執行節點30A至30F之間依據IEEE 802.15.4標準進行無線通訊。但本發明並不以此為限，無線感測網路10可以是其他規格的無線網路。
管理節點20主要用以從雲端接收任務，並將所接收到的任務配送到對應的執行節點30A至30F。其中，上述的雲端可以是伺服器、行動電話或平板電腦…等電子裝置，而可透過網路發送任務至管理節點20。此外，每一個管理節點20所接收到的任務都會被指配給無線感測網路中10的多個執行節點30A至30F的其中一個對應的執行節點，並由此對應的執行節點執行所指配到的任務。管理節點20具有控制電路22、無線通訊模組24以及暫存器26。控制電路22用以控制管理節點20的操作，無線通訊模組24用以從雲端接收任務並與執行節點30A至30F進行無線通訊，而暫存器26則用以儲存查詢表27以及儲存所接收到的任務28。此外，每一個執行節點30A至30F具有控制電路32及無線通訊模組34。控制電路32用以控制所在之處的執行節點30A、30B、30C、30D、30E或30F的操作，而無線通訊模組34則用以與其他的無線通訊模組34及管理節點20的無線通訊模組24進行無線通訊。
為有效率地將所接收到的任務配送到對應的執行節點30A至30F，管理節點20利用暫存器26的查詢表27記錄每一個執行節點30A至30F的狀態為可執行狀態或是無法執行狀態。請參考第3圖，第3圖為第1圖之查詢表27的資料結構圖。查詢表27包含有三個欄位35、36及38。其中欄位35用以記錄執行節點30A至30F的代號。欄位36用以記錄對應執行節點30A至30F的狀態碼。其中，當狀態碼為“1”時表示對應的執行節點處於可執行狀態而可執行任務，而當狀態碼為“0”時則表示對應的執行節點處於無法執行狀態而無法執行任務。以第3圖所繪示的狀態碼為例，執行節點30A及30E處於無法執行狀態，而其他執行節點30B、30C、30D及30F則處於可執行狀態。此外，欄位38則用以記錄對應執行節點30A至30F的任務累計失敗次數，例如：N1、N2、N3、N4、N5及N6分別代表執行節點30A、30B、30C、30D、30E及30F執行任務的累計失敗次數。關於查詢表27進一步的使用方式可參閱以下關於第4圖的說明。
請同時參考第4圖及第2圖。第4圖為本發明一實施例之用於無線感測網路10的任務排程的方法的流程圖，上述方法包含以下步驟：
步驟S41：管理節點20的無線通訊模組24從雲端接收新的任務28；
步驟S42：管理節點20的控制電路22安排所接收到的任務28的執行順序，並將任務28儲存在暫存器26中；
步驟S43：管理節點20的控制電路22依據任務28的執行順序，從暫存器26讀取其中一個任務28，以預備對所讀取的任務28進行配送；
步驟S44：管理節點20的控制電路22依據查詢表27的欄位26，判斷所要配送的任務28所對應的執行節點的狀態是否處於可執行狀態；若對應節點的狀態處於可執行狀態，則執行步驟S45；但若對應節點的狀態處於無法執行狀態，則執行步驟S46；
步驟S45：管理節點20的控制電路22透過無線通訊模組24將在步驟S43中所讀取的任務28配送到對應的執行節點30A、30B、30C、30D、30E或30F，以使對應的執行節點的控制電路32執行管理節點20所配送的任務28；
步驟S46：由於管理節點20的控制電路22依據查詢表27得知對應的執行節點處於無法執行狀態，故控制電路22可將在步驟S43中所讀取的任務28直接丟棄，而從暫存器26中移除；
步驟S47：管理節點20的控制電路22依據是否有從執行任務28的執行節點接收到回傳任務執行成功的訊息，以判斷對應的執行節點是否成功地執行了所配送的任務。若對應的執行節點成功地執行了任務，則執行步驟S43，以繼續配送下一個任務；但若對應的執行節點無法成功地執行所配送的任務，則執行步驟S48；
步驟S48：管理節點20的控制電路22累加對應執行節點其執行任務的失敗次數，並更新查詢表27中對應的欄位38之資料；
步驟S49：管理節點20的控制電路22判斷對應執行節點其累計的失敗次數是否大於一預設值。其中此預設值為大於或等於一的整數，而可依據不同的使用狀況予以設定；若對應執行節點其累計的失敗次數大於預設值，則執行步驟S50；反之，則執行步驟S43，以繼續配送下一個任務；以及
步驟S50：管理節點20的控制電路22更新查詢表27，以將對應執行節點的狀態更新為無法執行狀態（亦即將欄位36中對應的狀態碼由“1”更新為“0”）。
由上述的步驟S47至S50可知，當管理節點20配送一預定次數的任務至某一執行節點後，若管理節點20都未收到此一執行節點的任何回應，則管理節點20會將此執行節點的狀態由可執行狀態更改為無法執行狀態。
在本發明一實施例中，當管理節點20收到由某一執行節點所發送的單點傳播（unicast）或廣播（broadcast）通知時，若此執行節點的狀態原本為無法執行狀態時，則管理節點20會將查詢表27中所記錄的此執行節點的狀態由無法執行狀態更改為可執行狀態。
在本發明一實施例中，管理節點20的控制電路22係依據先進先出（First In First Out；FIFO）的原則將任務28儲存於暫存器26中，而使得先被存進至暫存器26的任務28會先被管理節點20的控制電路22進行配送處理。
管理節點20的控制電路22係依據漏桶演算法（Leaky Bucket algorithm）將任務28儲存於暫存器26中。當暫存器26被任務28佔滿時，管理節點20的控制電路22忽略當下被傳送到管理節點20的任務28。
在本發明另一實施例中，可針對步驟S46加以修改。請參考第5圖，第5圖與第4圖大致相同，兩圖之間的差異僅在於第4圖的步驟S46在第圖5圖由步驟S46’所取代，因此在此僅對差異處加以說明。在第5圖的步驟S46’中，於管理節點20得知對應的執行節點處於無法執行狀態後，管理節點20可不丟棄該節點的任務28，而是調整任務28的權重。管理節點20可賦予每個任務28不同的權重，舉例來說，無法被執行的任務可被賦予較低的權重，而新的任務可被賦予較高的權重。管理節點20可依據各任務28的權重，重新對任務28進行排序處理，以設定任務28之新的執行順序（步驟S42）。之後，權重最高的任務28會最先被讀取（步驟S43）及配送。
綜上所述，本發明之實施例所提供之用於無線感測網路之任務排程的方法，可依據各執行節點的狀態，決定是否將任務配送至對應的執行節點。若執行節點處在無法執行狀態，則可直接丟棄所要配送的任務，而降低不必要的任務配送。因此，透過本發明的方法，可提高無線感測網路於配送任務時的整體效率。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10 無線感測網路 20 管理節點 22、32 控制電路 24、34 無線通訊模組 26 暫存器 27 查詢表 28 任務 30A至30F 執行節點 35、36、38 欄位 S41至S50、S46’ 步驟
第1圖為本發明一實施例之無線感測網路的示意圖。 第2圖為第1圖之無線感測網路的功能方塊圖。 第3圖為第1圖之查詢表的資料結構圖。 第4圖為本發明一實施例之用於無線感測網路的任務排程的方法的流程圖。 第5圖為本發明另一實施例之用於無線感測網路的任務排程的方法的流程圖。

Claims (8)

  1. 一種用於一無線感測網路之任務排程的方法，該方法包含：該無線感測網路中的一管理節點接收複數個任務，並將該些任務儲存於一暫存器，其中該些任務中的每一任務被指配由該無線感測網路中的複數個執行節點的其中一個對應的執行節點執行，且該管理節點及該些執行節點之間是透過無線的方式進行通訊；該管理節點記錄該些執行節點的每一執行節點的狀態為一可執行狀態或是一無法執行狀態；在該管理節點配送該些任務中的一第一任務之前，該管理節點取得該第一任務所對應的一第一執行節點的狀態；以及若該第一執行節點處於該可執行狀態，該管理節點依據一規則將該第一任務配送至該第一執行節點，其中該規則包含該些任務係依據漏桶演算法(Leaky Bucket algorithm)儲存於該暫存器，當該暫存器被任務佔滿時，該管理節點忽略當下被傳送到該管理節點的任務。
  2. 如請求項1所述之方法，另包含：當該管理節點配送一預定次數的任務至該第一執行節點後，若該管理節點都未收到該第一執行節點的任何回應，則該管理節點將該第一執行節點的狀態由該可執行狀態更改為該無法執行狀態，其中該預定次數為大於或等於一的整數。
  3. 如請求項1所述之方法，另包含：當該管理節點將所記錄的該第一執行節點的狀態為該無法執行狀態時，若該管理節點收到由該第一執行節點所發送的單點傳播(unicast)或廣播 (broadcast)通知，則該管理節點將所記錄的該第一執行節點的狀態由該無法執行狀態更改為該可執行狀態。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該管理節點將該些執行節點的狀態記錄在一查詢表，而在該管理節點在配送該第一任務之前，該管理節點依據該查詢表所記錄的該第一執行節點的狀態決定是否將該第一任務配送至該第一執行節點。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該規則另包含該些任務係依據先進先出(First In First Out；FIFO)的原則儲存於該暫存器，而使得先被存進至該暫存器的任務會先被該管理節點進行配送處理。
  6. 如請求項1所述之方法，另包含：若該管理節點取得該第一任務對應的第一執行節點處於該無法執行狀態，該管理節點則將該第一任務從該暫存器丟棄。
  7. 如請求項1所述之方法，另包含：若該管理節點取得該第一任務對應的該第一執行節點處於該無法執行狀態，該管理節點依據各執行節點的權重對所接收到的該些任務進行排序處理，以設定該些任務的一執行順序，以及該管理節點依據該執行順序進行該些任務的配送。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該無線感測網路為紫蜂(ZigBee)網路，而該管理節點與該些執行節點之間依據IEEE 802.15.4標準進行無線通訊。
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