專利名稱：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線通信設(shè)備、無線通信方法及其計算機程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線通信設(shè)備、和無線通信方法、及其計算機程序，用于獲取和分配關(guān)于真實世界的信息。本發(fā)明尤其涉及一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線通信設(shè)備、和無線通信方法，用于在包括大量傳感器節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)上收集每個傳感器所獲取的數(shù)據(jù)，其中每個傳感器節(jié)點具有傳感器、處理功能和在較寬的區(qū)域中分布的無線通信功能。
更具體地來說，本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線通信設(shè)備、無線通信方法及其計算機程序，其中在所述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，每個都具有移動功能的多個傳感器節(jié)點通過在自定向(self-directive)和分散(dispersive)狀態(tài)下操作而形成特別(ad-hoc)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(topology)。本發(fā)明尤其涉及一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線通信設(shè)備、無線通信方法及其計算機程序，其中在所述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，每個都具有移動功能的多個傳感器節(jié)點通過在自定向狀態(tài)和分散狀態(tài)下操作而形成特別網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而無需使用位置信息。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)是通過通信線路連接多個通信終端而形成的。例如，在通過將計算機彼此相連而形成的計算機網(wǎng)絡(luò)上，諸如共享使用、分布以及信息的分配等來使用信息資源。最近在有關(guān)因特網(wǎng)或?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)中的技術(shù)開發(fā)中，信息和通信系統(tǒng)的使用的方便性已經(jīng)得到了實質(zhì)性的提高。此外，隨著能夠連接到因特網(wǎng)的諸如PDA(個人數(shù)字助理)或移動電話等的移動通信設(shè)備的分布，能夠在任何地方使用并且允許訪問全球的無處不在的網(wǎng)絡(luò)或無處不在的計算引起了社會關(guān)注。
在另一方面，一般來說仍然存在幾個涉及關(guān)于真實世界的信息的獲取或分配的尚未解決的問題，諸如關(guān)于時常動態(tài)變化的環(huán)境的信息的獲取、或在寬廣的區(qū)域中的信息的同時獲取。為了解決以上問題，現(xiàn)有多個研究活動積極致力于開發(fā)傳感器網(wǎng)絡(luò)，以便處理各種關(guān)于真實世界的信息。
通過在分散狀態(tài)下在較寬的區(qū)域中分配每個具有傳感器、處理功能和無線通信功能的多個傳感器節(jié)點來創(chuàng)建傳感器網(wǎng)絡(luò)。通過如上所述創(chuàng)建的傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以收集每個傳感器所獲取的數(shù)據(jù)。每個傳感器節(jié)點基本上在自定向和分散狀態(tài)下操作，因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)是特別通信系統(tǒng)。例如，通過多跳躍(multi-hop)傳輸將一個節(jié)點所獲取的信息傳送到遠(yuǎn)程節(jié)點。因此，如果能夠形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從而通過相同數(shù)目的節(jié)點來提供較大的通信區(qū)域，那么其將是有效的。
此外，由于傳感器節(jié)點具有移動功能，所以多個傳感器節(jié)點在自定向和分散狀態(tài)下形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而能夠提供傳感信息給用戶。例如，在加利福尼亞大學(xué)的伯克利分校所開發(fā)的COTS-BOTS(例如參見http//www-bsac.eecs.berkeley.edu/projects/cotsbots)中，在傳感器節(jié)點與輪形(wheel-type)機器人相結(jié)合的狀態(tài)下創(chuàng)建傳感器節(jié)點。
如上所述，如果能夠形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從而通過相同數(shù)目的節(jié)點來提供較大的通信區(qū)域，那么其將是有效的。因此，在其中每個都具有移動功能的多個節(jié)點在自定向狀態(tài)下操作的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，提供用于形成動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的技術(shù)就顯得十分重要。
為了創(chuàng)建傳感器網(wǎng)絡(luò)，通常根據(jù)以下過程來進行初始設(shè)定(1)節(jié)點的安裝(2)節(jié)點間的時間同步(3)每個節(jié)點的位置測量所述過程中的關(guān)鍵點是在安裝了傳感器節(jié)點之后再進行位置測量。
在無處不在的計算領(lǐng)域里，可利用要求特定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的位置測量技術(shù)，該技術(shù)稱為“基于范圍(Range Based)”技術(shù)。相反地，傳感器網(wǎng)絡(luò)中所使用的位置測量技術(shù)不同于以上技術(shù)，并且稱為“范圍自由(Range Free)”技術(shù)。
在自由范圍的位置測量技術(shù)中，假設(shè)一些傳感器節(jié)點識別其位置信息并且分別作為地標(biāo)工作，每個節(jié)點測量離每個地標(biāo)的距離。例如，作為地標(biāo)工作的節(jié)點在其中并入諸如GPS(全球定位系統(tǒng))等的定位設(shè)備。通過使用電波的跳躍數(shù)或振幅(amplitude)來獲得更加精確的位置數(shù)據(jù)，以便計算離地標(biāo)的距離，從而其它節(jié)點可以計算其位置。需要注意的是完成節(jié)點的安裝是執(zhí)行位置測量的前提。
在傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，如果能夠形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從而通過相同數(shù)目的節(jié)點來提供較大的通信區(qū)域，那么其將是有效的。這里所使用的術(shù)語“拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)”是指所有的節(jié)點通過諸如多跳躍等的通信過程而能夠彼此相連的狀態(tài)。換而言之，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指單一連接的網(wǎng)絡(luò)。
將用于形成確保傳感器節(jié)點之間的連通性的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法主要分類為基于每個傳感器節(jié)點沒有移動的預(yù)定位置的靜態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成方法、和基于每個傳感器節(jié)點具有移動功能的移動的動態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成方法。
靜態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成方法包括其中傳感器節(jié)點以高密度分布的方法、和其中傳感器節(jié)點是人為安裝的方法等。
例如，當(dāng)在諸如高山或樹林等的不容許人們輕易進入的區(qū)域中執(zhí)行位置測量時，在目標(biāo)場中分布傳感器(例如，從正在飛行的飛機中散布幾萬個廉價且微型的傳感器節(jié)點)，并且將每個傳感器用作網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點以處理傳感數(shù)據(jù)(參見圖14)。通過多跳躍傳輸經(jīng)由節(jié)點所形成的特別網(wǎng)絡(luò)來提取由每個分散節(jié)點所檢測到的傳感數(shù)據(jù)。
由于最尖端的傳感器網(wǎng)絡(luò)之一屬于如上所述的類型，所以加利福尼亞大學(xué)的巴克利已經(jīng)提出了“SmartDust”(例如參見http://www-bsac.eecs.berkley.edu/～warneke/SmartDust/index.html)。在源干“SmartDust”項目的研究和開發(fā)趨勢中，大部分用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的目前正在進行的研究項目都假設(shè)一種傳感器節(jié)點的密度較高的環(huán)境。在節(jié)點彼此十分接近的環(huán)境中，就沒必要考慮節(jié)點之間的連通性。
但是，用于實際使用的傳感器網(wǎng)絡(luò)的大部分應(yīng)用并非如上所述，并且在網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的密度都相當(dāng)?shù)汀４送?，?dāng)在現(xiàn)實社會中真正試圖以高密度分布傳感器節(jié)點時，各種限制不難想象。例如，在具有大量彼此相鄰的建筑物和住宅的區(qū)域就不可能從正在飛行的飛機中散布傳感器節(jié)點。而且，即使是設(shè)法散布大量的傳感器節(jié)點，也不可能人工地散布傳感器節(jié)點。
在大部分目前用于監(jiān)視環(huán)境條件地傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點是人工安裝的。這樣，就要求通過檢查連通性來提供每個傳感器節(jié)點，從而工作量會非常之大。這種方法在僅有幾個節(jié)點時是非常適用的，但是在具有幾百、幾千或更多的傳感器的情況下，就不可能人工地來安裝傳感器節(jié)點了。將不容許人們進行輕松訪問的區(qū)域選定為目標(biāo)場是不現(xiàn)實的。此外，為了提高拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的效率，要求整體安裝掌握了所述場的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征的傳感器節(jié)點，而這也是非常困難的。
已經(jīng)提出了幾個涉及在其中靜態(tài)形成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的傳感器網(wǎng)絡(luò)或傳感器集合系統(tǒng)的專利申請(例如參見日本專利已公開申請?zhí)?004-260526和日本專利已公開申請?zhí)?003-4497)。
另一方面，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的領(lǐng)域中，對于通過使用每個都具有移動功能的節(jié)點而動態(tài)形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法仍然沒有獲得較高的關(guān)注，但是在機器人技術(shù)領(lǐng)域還有幾個研究和開發(fā)活動的例子。
在大部分用于動態(tài)形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的技術(shù)中，通常假設(shè)無線電波區(qū)域相對于傳感區(qū)域而言要足夠大，所以在該技術(shù)中最重要的要求就是優(yōu)化傳感區(qū)域。連通性就是所謂的用于遠(yuǎn)程操作中的移動節(jié)點的重要交通線(life line)，因此就要求形成一種不僅要考慮傳感區(qū)域而且還要考慮連接區(qū)域的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。例如，在傳感環(huán)境信息等信息中，有時需要獲取在某個提供可靠數(shù)據(jù)的區(qū)域中的樣本來代替在整個區(qū)域中進行取樣。
還有一種研究，其涉及在具有高密度的傳感器網(wǎng)絡(luò)中考慮連通性和傳感區(qū)域而激活哪個節(jié)點(例如參見“The Coverage Problem in a Wireless Sensor Network”，C.-F.Huang andY.-C.Tseng(In Second Workshop on Sensor Networks and Applications(WSNA)，September 2003)“Unreliable Sensor GridsCoverage，Connectivity and Diameter”，Shakkottari S，R.Srikant，and N.Shroff(In Processing of the IEEE Infocom，March 2003)“Integrated Coverage and Connectivity Configuration in Wireless SensorNetworks”，X.Wang，G.Xing，Z.Zhang，C.Lu，R.Pless，and C.Gill(InProceedings of the ACM Symposium on Networked Embedded Systems(SenSys，03)，November 2003)).
在這些技術(shù)中是假設(shè)每個節(jié)點預(yù)先識別其位置信息。如上所述，大部分位置測量技術(shù)都是基于以下前提在已經(jīng)建立了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的狀態(tài)下使用這些技術(shù)，從而這些技術(shù)與所建立的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的兼容性是相當(dāng)差的。此外，通過基于可利用位置信息的前提的技術(shù)，也很難生成一種保證連通性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在現(xiàn)實社會中，需要諸如GPS等的昂貴系統(tǒng)來獲取具有高準(zhǔn)確度的位置信息。而且，存在很多干擾無線電波的物體，并且這樣的系統(tǒng)假設(shè)了二維空間中的理想環(huán)境，所以在三維空間中形成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就更加困難了。
換而言之，在靜態(tài)形成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，存在涉及安裝傳感器節(jié)點的問題。相反，在動態(tài)形成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的情況下，由于系統(tǒng)中使用的每個傳感器節(jié)點都具有移動功能，所以就有可能克服涉及安裝傳感器節(jié)點的問題，但是仍然存在位置測量的處理問題。這就需要每個傳感器節(jié)點具有一種用于獲取位置信息的設(shè)備，諸如GPS，但是這樣一來系統(tǒng)的成本就非常高?；谝陨纤龅脑?，我們認(rèn)為其動態(tài)形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而不用要求每個具有移動功能的傳感器節(jié)點具有任何位置信息的方法是更可取的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種卓越的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線通信設(shè)備、和無線通信方法、及其計算機程序，能夠在較寬的區(qū)域中有利地收集具有傳感器和傳感器節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)上的每個傳感器所獲取的數(shù)據(jù)，其中每個傳感器節(jié)點具有在分散狀態(tài)下所提供的處理功能和無線通信功能。
本發(fā)明的另一目的是提供一種卓越的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線通信設(shè)備、和無線通信方法、及其計算機程序，能夠動態(tài)并有利地形成具有多個傳感器節(jié)點的特別網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中每個傳感器節(jié)點具有移動功能并且在自定向和分散狀態(tài)下操作。
本發(fā)明的另一目的是提供一種卓越的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線通信設(shè)備、和無線通信方法、及其計算機程序，能夠形成具有多個傳感器節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而不使用位置信息，其中每個傳感器節(jié)點具有移動功能。
本發(fā)明的另一目的是提供一種卓越的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線通信設(shè)備、和無線通信方法、及其計算機程序，能夠有效地形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以便提供具有多個傳感器節(jié)點的較大通信區(qū)域，其中每個傳感器節(jié)點具有移動功能并且在自定向和分散狀態(tài)下操作。
本發(fā)明是用于實現(xiàn)以上所述目的，并且在其第一實施例中提出了一種其中通過多個節(jié)點而形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中每個節(jié)點具有無線通信功能和移動功能并且在自定向和分散狀態(tài)下操作，而且在這個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，每個節(jié)點具有在其中節(jié)點搜索涉及通過移動功能進行移動的相鄰節(jié)點的位置信息的第一狀態(tài)和第二狀態(tài)、和在其中禁止通過移動功能所進行的移動的第三狀態(tài)。當(dāng)滿足第一條件時，第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換成第三狀態(tài)，而當(dāng)滿足不同于第一條件的第二條件時，第二狀態(tài)轉(zhuǎn)變成第三狀態(tài)。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，每個節(jié)點轉(zhuǎn)變到在第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間動態(tài)切換的第三狀態(tài)以形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
這里所用的術(shù)語“系統(tǒng)”是指邏輯地聚集多個設(shè)備(或每個都實現(xiàn)一種特定功能的功能模塊)而不管是否是在單個殼體內(nèi)提供該功能或功能模塊的物體(并且“系統(tǒng)”的定義在以下說明中也適用)本發(fā)明中的第一狀態(tài)為擴展(Expand)狀態(tài)，其中每個節(jié)點移動并搜索該節(jié)點可獲取與相鄰節(jié)點的連通性以擴展網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的位置。當(dāng)擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點能夠連接到靜止?fàn)顟B(tài)下的一個相鄰節(jié)點時，該節(jié)點轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。
第二狀態(tài)為橋接(Bridge)狀態(tài)，其中每個節(jié)點移動并搜索允許與相鄰節(jié)點連接以連接獨立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的位置。當(dāng)橋接狀態(tài)下的節(jié)點可以連接到兩個或兩個以上彼此不相鄰并沒有任何公共相鄰節(jié)點的節(jié)點時，該橋接狀態(tài)下的節(jié)點轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。
第三狀態(tài)為靜止(Stay)狀態(tài)，其中每個節(jié)點停止在當(dāng)前位置以最后變成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組成部分。
當(dāng)初始化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，所有的節(jié)點都處于擴展?fàn)顟B(tài)。當(dāng)節(jié)點密度超過預(yù)定值時，則以預(yù)定的概率來生成橋接狀態(tài)下的節(jié)點。
橋接狀態(tài)下的節(jié)點能夠開始形成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是當(dāng)在遠(yuǎn)地存在橋接狀態(tài)的多個節(jié)點時，就有可能最后形成多個不連通網(wǎng)絡(luò)。為了解決這個問題，可以通過引進一種機構(gòu)以在節(jié)點密度較高的區(qū)域內(nèi)生成橋接狀態(tài)下的節(jié)點，從而增加將所有節(jié)點連接到一個網(wǎng)絡(luò)的可能性。
擴展?fàn)顟B(tài)與橋接狀態(tài)之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)變是可逆的。換而言之，每個節(jié)點可以在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的擴展與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)間的連接之間動態(tài)地切換其功能。這些狀態(tài)下的每個節(jié)點通過隨機移動而從一個地方移動到另一個地方，并且搜索通過諸如多跳躍的通信過程而將所有的節(jié)點都彼此連接的狀態(tài)(即，用于形成單個連通網(wǎng)絡(luò)的位置)，最后進入靜止?fàn)顟B(tài)。
目前，已經(jīng)開發(fā)出了用于連接各種關(guān)于真實世界的信息的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過安裝多個每個都具有傳感器、處理功能和無線通信功能的傳感器節(jié)點來創(chuàng)建傳感器網(wǎng)絡(luò)。
作為用于形成傳感器網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的每種方法，存在靜態(tài)方法和利用了每個節(jié)點的移動功能的動態(tài)方法。在用于動態(tài)地形成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法中，可以解決涉及安裝傳感器節(jié)點的問題，但是位置測量的處理問題仍然不能得到解決。
相比之下，在根據(jù)本發(fā)明的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，每個不使用位置信息的傳感器節(jié)點移動并與電波覆蓋范圍內(nèi)的相鄰節(jié)點交換信息，從而在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的擴展與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連接之間動態(tài)地切換其功能。換而言之，所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)根據(jù)每個具有移動功能的傳感器節(jié)點的自定向移動來自我擴展，從而可以動態(tài)地建立網(wǎng)絡(luò)移動而無需使用位置信息。
要求每個狀態(tài)下的節(jié)點在形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的處理期間識別與相鄰節(jié)點的連通性。因此，每個節(jié)點可以發(fā)送包括與所述節(jié)點相鄰的節(jié)點的列表的第一信號，即預(yù)定間隔的HELLO消息。這樣，每個節(jié)點能夠通過接收來自相鄰節(jié)點的HELLO消息來識別相鄰的可連接節(jié)點，或檢測節(jié)點密度。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)試圖最大化用于保持傳感器節(jié)點之間的連通性的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。但是，有時性能退化會出現(xiàn)在用于形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)機構(gòu)中，例如，以拓?fù)鋮^(qū)域的最大化的觀點來看不利且無效的情形，其中擴展?fàn)顟B(tài)下的兩個單元的節(jié)點根據(jù)具有強振幅的電波而轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)，或者對于連通性不利的情形，其中節(jié)點由于電波的振幅較弱而轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。
為了解決以上所述的兩個問題，在本發(fā)明中，采用電波的振幅來進行改進。換而言之，每個節(jié)點可以獲取與通過無線通信單元從中接收具有正常振幅的電波的相鄰節(jié)點的連通性。更具體地來說，每個節(jié)點不能獲取從中接收其振幅高于或低于預(yù)定振幅的電波的相鄰節(jié)點的連通性。
本發(fā)明在其第二實施例中提出了一種以計算機可讀格式描述的計算機程序，從而具有傳感器、無線通信功能、和移動功能的無線通信設(shè)備可以用作傳感器網(wǎng)絡(luò)上的傳感器節(jié)點，并且這個程序包括以下步驟根據(jù)用于與所述無線通信功能所獲得的相鄰節(jié)點連接的數(shù)據(jù)，在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間動態(tài)地切換，其中在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之中的每個狀態(tài)，傳感器節(jié)點通過移動功能移動而搜索用于與相鄰節(jié)點連接的數(shù)據(jù)；當(dāng)滿足第一條件時，從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)變成其中禁止通過移動功能進行的移動的第三狀態(tài)；并且當(dāng)滿足不同于第一條件的第二條件時，從第二狀態(tài)轉(zhuǎn)變成第三狀態(tài)。
本發(fā)明的第二實施例中的計算機程序是以計算機可讀格式來描述的，所以能夠在計算機系統(tǒng)中實現(xiàn)預(yù)定處理。換而言之，通過在計算機系統(tǒng)中安裝本發(fā)明的第二實施例中的計算機程序，可以在計算機系統(tǒng)上實現(xiàn)合作功能，然后無線通信設(shè)備用作構(gòu)造傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點。通過激活如上所述的多個傳感器節(jié)點來創(chuàng)建無線網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)與本發(fā)明的第一實施例中的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所提供的作用相同的作用。
通過本發(fā)明，可以提供一種卓越的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線通信設(shè)備、和無線通信方法、及其計算機程序，能夠在分散狀態(tài)下在較寬的區(qū)域內(nèi)有利地收集網(wǎng)絡(luò)上每個傳感器所獲取的數(shù)據(jù)，其中通過提供多個具有傳感器、處理功能、和無線通信功能的傳感器節(jié)點來創(chuàng)建所述網(wǎng)絡(luò)。
進一步通過本發(fā)明，可以提供一種卓越的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線通信設(shè)備和無線通信方法、及其計算機程序，能夠有利地形成具有多個傳感器節(jié)點的特別網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中每個傳感器節(jié)點具有移動功能并且在自定向和分散狀態(tài)下操作。
通過本發(fā)明，可以提供一種卓越的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線通信設(shè)備和無線通信方法、及其計算機程序，無需使用位置信息就能夠形成具有傳感器節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中每個傳感器節(jié)點具有移動功能并且在自定向和分散狀態(tài)下操作。
通過本發(fā)明，可以提供一種卓越的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線通信設(shè)備和無線通信方法、及其計算機程序，能夠通過多個傳感器節(jié)點有效地形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以擴展通信區(qū)域，其中每個傳感器節(jié)點具有移動功能并且在自定向和分散狀態(tài)下操作。
通過每個都具有移動功能的多個傳感器節(jié)點來形成根據(jù)本發(fā)明的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并且因為如果可以形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則會更有效率，從而通過相同數(shù)目的節(jié)點就可以提供更大的通信區(qū)域，所以每個不使用位置信息的傳感器節(jié)點移動并與電波的覆蓋范圍內(nèi)的相鄰節(jié)點交換信息，并且在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的擴展與本地拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連接之間動態(tài)地切換其功能。根據(jù)這個特征，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)合每個具有移動功能的傳感器節(jié)點的自定向移動來進行擴展。
通過參考本發(fā)明的實施例的詳細(xì)描述以及以下附圖，本發(fā)明的其他目的、特征、和優(yōu)點將會變得清楚。


圖1是圖解示出根據(jù)本發(fā)明可以用作傳感器網(wǎng)絡(luò)上的傳感器節(jié)點的設(shè)備的構(gòu)造的視圖；圖2是示出傳感器節(jié)點中操作狀態(tài)的轉(zhuǎn)變的視圖；圖3是示出HELLO消息的構(gòu)造的例子的視圖；圖4是示出節(jié)點的操作模式從擴展?fàn)顟B(tài)到靜止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)變的視圖；圖5是示出節(jié)點的操作模式從橋接狀態(tài)到靜止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)變的視圖；圖6是示出節(jié)點所執(zhí)行的用于發(fā)送HELLO消息和轉(zhuǎn)變狀態(tài)的處理順序的流程圖；圖7是示出擴展?fàn)顟B(tài)下的傳感器節(jié)點所執(zhí)行的用于確定狀態(tài)的處理順序的流程圖；圖8是示出橋接狀態(tài)下的傳感器節(jié)點所執(zhí)行的用于確定狀態(tài)的處理順序的流程圖；圖9是示出在節(jié)點接收到來自相鄰節(jié)點的HELLO消息時節(jié)點所執(zhí)行的處理順序的流程圖；圖10是示出擴展?fàn)顟B(tài)或橋接狀態(tài)下節(jié)點所執(zhí)行的用于通過移動功能進行隨機移動的處理順序的流程圖；圖11是圖解說明在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)機構(gòu)中用于擴展拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性能已經(jīng)退化的情形的視圖；圖12是圖解說明在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)機構(gòu)中用于擴展拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性能已經(jīng)退化的情形的視圖；圖13是圖解說明通過基于電波的振幅與距離之間的關(guān)系的數(shù)學(xué)模型獲取電波的最佳振幅的方法的視圖；以及圖14是示出通過從正在飛行的飛機上散布幾萬個廉價且微型的傳感器節(jié)點來形成傳感器網(wǎng)絡(luò)的情形的視圖。
具體實施例方式
以下參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。
本發(fā)明涉及一種通過在較寬的區(qū)域內(nèi)分布多個傳感器節(jié)點而在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上建立的用于收集每個傳感器所獲取的數(shù)據(jù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中每個傳感器節(jié)點具有傳感器、處理功能、和無線通信功能；尤其涉及一種用于無需使用位置信息而動態(tài)形成具有多個每個都具有移動功能的傳感器節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法。
圖1圖解示出了根據(jù)本發(fā)明能夠用作傳感器網(wǎng)絡(luò)上的傳感器節(jié)點的設(shè)備。這個附圖中所示的傳感器節(jié)點10包括傳感器11、處理單元12、無線通信功能單元13、和移動功能單元14。
傳感器11包括溫度傳感器或其它用于取樣各種環(huán)境信息的測量儀器。
處理單元12包括處理器和存儲器，并且通過執(zhí)行預(yù)定程序的處理器來提供對設(shè)備的整個操作的總控制。
無線通信功能單元13根據(jù)IEEE 802.11、藍(lán)牙通信、或任何其他的通信協(xié)議來執(zhí)行與其他傳感器節(jié)點的無線通信。在該實施例中，無線通信功能單元13通過在自定向和分散狀態(tài)下操作而形成特別網(wǎng)絡(luò)，但是不用說也能想象出其中將特定傳感器節(jié)點設(shè)置成控制站或訪問點以建立網(wǎng)絡(luò)的其它應(yīng)用。此外，在不干擾移動功能單元14的移動操作的范圍內(nèi)，不僅可以采用無線通信，也可以采用有線通信。
移動功能單元14包括諸如轉(zhuǎn)輪或可動支腳等的機構(gòu)。移動功能單元14根據(jù)處理單元12的控制，執(zhí)行諸如隨機移動等的工作。移動功能單元14可以具有諸如在移動工作期間防止碰撞或穩(wěn)定姿勢的功能，但是這些功能并沒有直接涉及本發(fā)明的實質(zhì)，所以在此省略對其的描述。
圖2示出了傳感器節(jié)點中的操作狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。如該附圖所示，在每個傳感器節(jié)點中定義了“擴展”、“橋接”和“靜止”三種狀態(tài)。每個不使用位置信息的傳感器節(jié)點移動并與電波覆蓋范圍內(nèi)的相鄰節(jié)點交換信息，然后在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的擴展與本地拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連接之間動態(tài)地切換其角色。根據(jù)這個特征，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)合每個具有移動功能的傳感器節(jié)點的自定向移動來進行擴展。
節(jié)點在擴展?fàn)顟B(tài)和橋接狀態(tài)下都可以通過移動功能進行移動。對于移動方法沒有特別的限制，但是在這個實施例的描述中，假設(shè)每個節(jié)點進行自由改變移動方向的隨機移動。擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點具有擴展拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為核心的角色功能。橋接狀態(tài)下的節(jié)點具有形成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為核心的角色功能。在以高密度提供節(jié)點的區(qū)域中，例如可以根據(jù)預(yù)定比例將節(jié)點設(shè)置成擴展?fàn)顟B(tài)和橋接狀態(tài)，并且根據(jù)節(jié)點的合作操作來執(zhí)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的擴展和本地拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連接。
與此相反，靜止?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組成部分，并且不移動。
每個節(jié)點在擴展?fàn)顟B(tài)下開始操作。然后，在節(jié)點以高密度出現(xiàn)的區(qū)域里，根據(jù)預(yù)定比例將節(jié)點設(shè)置成擴展和橋接狀態(tài)，并且通過以合作模式操作的節(jié)點來執(zhí)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的擴展和本地拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連接。然后，節(jié)點最終分別轉(zhuǎn)變成靜止?fàn)顟B(tài)，從而逐步形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
此外，每個節(jié)點通過發(fā)送一種稱為HELLO消息的報告信號來與相鄰節(jié)點交換信息。例如，節(jié)點引導(dǎo)圈計時器(round timer)，并且周期性地執(zhí)行消息交換。圖3示出了HELLO消息的構(gòu)造的例子。在該圖所示的例子中，HELLO消息描述了相鄰節(jié)點信息，該相鄰節(jié)點信息包括用于識別節(jié)點本身的節(jié)點ID、用于表示節(jié)點的當(dāng)前狀態(tài)的狀態(tài)、和相鄰節(jié)點(其可以接收HELLO消息)的節(jié)點ID列表。每個節(jié)點可以通過發(fā)送HELLO消息與相鄰節(jié)點交換信息。
通過使用從相鄰節(jié)點接收的HELLO消息中所描述的信息，每個節(jié)點確定是否應(yīng)該轉(zhuǎn)換節(jié)點的操作狀態(tài)。更具體地來說，每個節(jié)點根據(jù)HELLO消息計算節(jié)點自己目前出現(xiàn)的區(qū)域中的密度。在節(jié)點以高密度出現(xiàn)的區(qū)域中，根據(jù)特定比例將節(jié)點設(shè)置成擴展?fàn)顟B(tài)或橋接狀態(tài)，并且通過以合作狀態(tài)操作的節(jié)點來執(zhí)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的擴展和本地拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連接。
擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點具有擴展拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的作用，而橋接狀態(tài)下的節(jié)點具有形成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的作用。然后，擴展?fàn)顟B(tài)和橋接狀態(tài)下的節(jié)點響應(yīng)預(yù)定事件的發(fā)生而逐步地轉(zhuǎn)變成靜止?fàn)顟B(tài)以停止隨機移動，從而將節(jié)點并入到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中。例如，當(dāng)擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點僅連接到一個靜止?fàn)顟B(tài)下的相鄰節(jié)點時，該節(jié)點轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)，從而變成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組成部分。橋接狀態(tài)下的節(jié)點不是根據(jù)與相鄰節(jié)點的關(guān)系，而是與沒有公共相鄰節(jié)點(或分別具有隱藏終端)的相鄰節(jié)點一起轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)，從而變成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組成部分。
如上所述，每個節(jié)點在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的擴展與本地拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連接之間動態(tài)切換角色，因此所有的節(jié)點最后轉(zhuǎn)換成靜止節(jié)點，從而形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
以下描述傳感器節(jié)點的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。
從擴展?fàn)顟B(tài)到靜止?fàn)顟B(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點具有連接到另一靜止?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點以擴展拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功能。從擴展?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)的一個條件就是該節(jié)點僅連接到一個靜止?fàn)顟B(tài)下的相鄰節(jié)點。更具體地來說，該條件就是該節(jié)點在一圈(即，發(fā)送HELLO消息的一個周期)內(nèi)從一個靜止?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點接收到HELLO消息。
圖4示出了節(jié)點從擴展?fàn)顟B(tài)到靜止?fàn)顟B(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。在該圖所示的情況下，靜止?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點在從該節(jié)點發(fā)射出的電波的覆蓋范圍內(nèi)，每圈發(fā)送一次HELLO消息。另一方面，擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點通過隨機移動在一個方向上移動，并且在以下描述中假設(shè)擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點進入了靜止?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點的覆蓋范圍，并且接收HELLO消息。擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點分析HELLO消息的內(nèi)容，并且檢測靜止?fàn)顟B(tài)下的相鄰節(jié)點的節(jié)點ID。當(dāng)擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點在一圈內(nèi)沒有接收到僅來自擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點的HELLO消息時，擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點停止隨機移動，并且轉(zhuǎn)換到靜止?fàn)顟B(tài)以成為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組成部分。
當(dāng)節(jié)點從擴展?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變成靜止?fàn)顟B(tài)時，節(jié)點馬上停止移動，并且將Freeze消息發(fā)送給已發(fā)送過HELLO消息的靜止?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點。已經(jīng)接收到Freeze消息的靜止?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點必須發(fā)送Freeze-ACK消息。當(dāng)擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點接收到Freeze-ACK消息時，節(jié)點轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。在下文中詳細(xì)描述了狀態(tài)轉(zhuǎn)變的操作順序。
從橋接狀態(tài)到靜止?fàn)顟B(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變當(dāng)橋接狀態(tài)下的節(jié)點從兩個或兩個以上彼此獨立的節(jié)點接收到HELLO消息時，該節(jié)點轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。
“彼此獨立的節(jié)點”的表述是指所述節(jié)點彼此不相鄰并且沒有任何的公共相鄰節(jié)點。換而言之，所述節(jié)點在兩個跳躍之內(nèi)并未通過其他節(jié)點而彼此相連?？梢愿鶕?jù)從相鄰節(jié)點發(fā)送的HELLO消息中所包含的相鄰節(jié)點列表來確定所述節(jié)點是否具有如上所述的關(guān)系。
圖5圖解了橋接狀態(tài)下的節(jié)點轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)的情形。在該圖所示的情況下，彼此獨立的兩個節(jié)點A和B(不考慮節(jié)點的狀態(tài))在每圈分別發(fā)送一次HELLO消息。另一方面，橋接狀態(tài)下的節(jié)點C通過隨機移動在任一方向上移動，并且在以下描述中假設(shè)節(jié)點C進入了兩個節(jié)點A和B的覆蓋范圍，并且接收來自兩個節(jié)點A和B的HELLO消息。接下來，橋接狀態(tài)下的節(jié)點C分析HELLO消息，獲得相鄰節(jié)點A和B的節(jié)點ID以及與該兩個節(jié)點相鄰的節(jié)點的列表，然后檢測該兩個節(jié)點彼此不相鄰且沒有任何公共相鄰節(jié)點，即，該兩個節(jié)點彼此獨立。如也從該圖中所了解的，通過橋接狀態(tài)的節(jié)點C作為橋梁將彼此獨立的節(jié)點A和B的終端彼此隱藏。然后，橋接狀態(tài)下的節(jié)點C停止隨機移動，并且與彼此獨立的相鄰節(jié)點A和B一起轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)，從而變成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組成部分。
當(dāng)橋接狀態(tài)下的節(jié)點從兩個或兩個以上彼此獨立且不考慮每個節(jié)點的狀態(tài)的節(jié)點接收到HELLO消息時，橋接狀態(tài)下的節(jié)點停止移動，并且將Freeze消息發(fā)送給與以上節(jié)點相鄰的每個節(jié)點。當(dāng)橋接狀態(tài)下的節(jié)點接收到來自兩個或兩個以上節(jié)點的Freeze-ACK消息時，橋接狀態(tài)下的節(jié)點轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。此外，當(dāng)除了靜止?fàn)顟B(tài)之外的狀態(tài)下的節(jié)點接收到Freeze消息時，該節(jié)點轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。在下文中詳細(xì)描述了狀態(tài)轉(zhuǎn)變的操作順序。
由于不處于靜止?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點是移動的，所以并非始終響應(yīng)Freeze消息而返回Freeze-ACK消息。當(dāng)僅從一個節(jié)點返回Freeze-ACK消息時(或當(dāng)并沒有從任何一個節(jié)點返回Freeze-ACK消息時)，如圖5右側(cè)所示，這意味著還未建立雙跳躍連接。當(dāng)沒有返回任何Freeze-ACK消息時，橋接狀態(tài)下的節(jié)點發(fā)送Freeze-Cancel消息來取消已經(jīng)響應(yīng)Freeze消息而轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)的節(jié)點所進行的處理，并且該節(jié)點自己返回到橋接狀態(tài)并繼續(xù)隨機移動。當(dāng)接收到Freeze-Cancel消息時，該節(jié)點取消到靜止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)變，并且返回先前狀態(tài)(擴展?fàn)顟B(tài)或橋接狀態(tài))。
擴展?fàn)顟B(tài)與橋接狀態(tài)之間的相互狀態(tài)轉(zhuǎn)變當(dāng)初始化傳感器網(wǎng)絡(luò)時，所有的節(jié)點都處于擴展?fàn)顟B(tài)。當(dāng)沒有處于靜止?fàn)顟B(tài)的節(jié)點時，擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點決不轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)，因此，該節(jié)點永無止境地繼續(xù)移動。為了防止出現(xiàn)如上所述的情況，根據(jù)預(yù)定條件發(fā)生從擴展?fàn)顟B(tài)到靜止?fàn)顟B(tài)以及相反方向的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。
橋接狀態(tài)下的節(jié)點可以開始形成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因此，僅對于每個處于橋接狀態(tài)下的節(jié)點，當(dāng)在遠(yuǎn)地分別出現(xiàn)這些節(jié)點時，可能最終形成多個小塊的網(wǎng)絡(luò)。為了克服這個問題，在這個實施例中，通過引入一種在其節(jié)點密度高于預(yù)定等級的區(qū)域中生成橋接狀態(tài)下的節(jié)點的機構(gòu)，所有節(jié)點連接到網(wǎng)絡(luò)的可能性(即，形成單一連通網(wǎng)路的可能性)就會增加。
更具體地來說，每個節(jié)點利用從相鄰節(jié)點接收到的HELLO消息中所描述的信息來計算相鄰節(jié)點的數(shù)目。然后，該節(jié)點計算該數(shù)目的加權(quán)平均值，從而以該計算值保存節(jié)點密度。當(dāng)該值高于預(yù)定值時，即當(dāng)節(jié)點持續(xù)地在具有高節(jié)點密度的區(qū)域中移動時，節(jié)點根據(jù)預(yù)定概率轉(zhuǎn)變到橋接狀態(tài)。以下通過模擬程序代碼的格式來展示計算節(jié)點密度以及根據(jù)計算結(jié)果在擴展?fàn)顟B(tài)與橋接狀態(tài)之間動態(tài)切換節(jié)點狀態(tài)的操作順序。在以下描述中，n(t)是指在第t圈中HELLO消息要被發(fā)送到的相鄰節(jié)點的數(shù)目。Dens(t)是指在第t圈中所檢測到的節(jié)點密度，其是通過前一個節(jié)點密度和當(dāng)前相鄰節(jié)點的數(shù)目而計算出來的。例如，可以應(yīng)用節(jié)點密度的計算表達(dá)式dens(t)＝βdens(t-1)+(1-β)n(t)。(注意β大于0而小于1(0＜β＜1)，并且建議值為0.8)。
ρ＝random()//0＜ρ＜1如果(dens(t＞K)&&(ρ＜1/n(t)){//K靜態(tài)值，recom.4將狀態(tài)設(shè)定為“橋接”}否則{將狀態(tài)設(shè)定為“擴展”}圖6以流程圖的形式示出了節(jié)點所執(zhí)行的發(fā)送HELLO消息和執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變的處理順序。在此假設(shè)每個節(jié)點使用以下參數(shù)來管理全局(global)信息和每個相鄰節(jié)點的信息。
全局信息狀態(tài) //節(jié)點狀態(tài)相鄰節(jié)點[n] //相鄰節(jié)點列表密度//相鄰節(jié)點的平均數(shù)每個相鄰節(jié)點的信息nbor.state //節(jié)點狀態(tài)nbor.neighbor[n] //相鄰節(jié)點列表nbor.tstamp//時間更新當(dāng)圈計時器設(shè)定的時間用完時(步驟S1)，首先執(zhí)行靜止?fàn)顟B(tài)的確定的處理(步驟S2)。
當(dāng)在步驟S2中確定了傳感器節(jié)點不處于靜止?fàn)顟B(tài)(步驟S3)時，通過計算從相鄰節(jié)點所接收的HELLO消息之和來計算當(dāng)前節(jié)點密度dens(t)(步驟S4)，并且還生成隨機數(shù)ρ(步驟S5)。當(dāng)節(jié)點密度dens(t)小于預(yù)定值K(步驟S6)時，將傳感器節(jié)點保持處于在初始化中形成的擴展?fàn)顟B(tài)(步驟S7)。
另一方面，當(dāng)節(jié)點密度dens(t)高于預(yù)定值K(步驟S6)時，根據(jù)由隨機數(shù)ρ而獲得的概率在擴展?fàn)顟B(tài)與橋接狀態(tài)之間動態(tài)地切換該傳感器節(jié)點(步驟8)。
當(dāng)傳感器節(jié)點處于靜止?fàn)顟B(tài)時，或在步驟S7或步驟S8中確定了狀態(tài)之后，則在時間超過圈計時器所設(shè)定的時間時刪除仍未更新的相鄰節(jié)點列表(步驟S9)。
然后，節(jié)點生成包括其節(jié)點ID、確定或判定的節(jié)點狀態(tài)、和相鄰節(jié)點的列表的HELLO消息，并且將該數(shù)據(jù)存儲到發(fā)送緩沖器中一次(在步驟S10中)，然后以廣播模式發(fā)送HELLO消息(步驟S11)。
接下來，處理順序返回至步驟S1，并且每當(dāng)圈計時器設(shè)定的時間用完時就開始以上所述的處理順序。
圖7以流程圖的形式示出了擴展?fàn)顟B(tài)下的傳感器節(jié)點執(zhí)行的在圖6所示的步驟S2中確定節(jié)點狀態(tài)的處理順序。如上所述，當(dāng)擴展?fàn)顟B(tài)下的感器節(jié)點連接到一個靜止?fàn)顟B(tài)下的相鄰節(jié)點時，該節(jié)點轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。
首先，傳感器節(jié)點對從相鄰節(jié)點接收的HELLO消息計數(shù)，以檢查靜止?fàn)顟B(tài)下的相鄰節(jié)點的數(shù)目(步驟S21)。
當(dāng)靜止?fàn)顟B(tài)下的相鄰節(jié)點的數(shù)目不是1時(步驟S22)，處理順序返回至先前步驟(步驟S28)，并且不執(zhí)行狀態(tài)的任何轉(zhuǎn)變。
另一方面，當(dāng)靜止?fàn)顟B(tài)下的相鄰節(jié)點的數(shù)目為1時(步驟S22)，傳感器節(jié)點發(fā)送Freeze消息給相鄰節(jié)點(步驟S23)，并且設(shè)定Freeze消息計時器(步驟S24)。
在這個步驟中，如果傳感器節(jié)點能在Freeze消息計時器設(shè)定的時間用完之前接收到Freeze-ACK消息(步驟S25)，則傳感器節(jié)點將其狀態(tài)設(shè)定為靜止?fàn)顟B(tài)(步驟S27)。
同時，如果傳感器節(jié)點在Freeze消息計時器設(shè)定的時間用完之前沒有接收到Freeze-ACK消息(步驟S26)，則處理順序返回到先前步驟(步驟S28)，并且不執(zhí)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。
圖8以流程圖的形式示出了橋接狀態(tài)下的傳感器節(jié)點執(zhí)行的在圖6的步驟S2中確定狀態(tài)的處理順序。如上所述，在傳感器節(jié)點能夠連接到兩個或兩個以上彼此不相鄰且沒有任何公共相鄰節(jié)點的節(jié)點的條件下，橋接狀態(tài)下的傳感器節(jié)點轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。
首先，傳感器節(jié)點對沒有在相鄰節(jié)點列表中包括的公共節(jié)點的每個相鄰節(jié)點的數(shù)目(即，彼此獨立的相鄰節(jié)點的數(shù)目)計數(shù)(步驟S31)。
在這個步驟中，當(dāng)相鄰節(jié)點的數(shù)目少于2時，處理順序返回至先前步驟(步驟S39)，并且不執(zhí)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。
另一方面，當(dāng)彼此獨立的相鄰節(jié)點的數(shù)目不少于2時(步驟S32)，傳感器節(jié)點將Freeze消息發(fā)送到這些相鄰節(jié)點(步驟S33)，并且設(shè)定Freeze消息計時器(步驟S34)。
這里，如果傳感器節(jié)點能在Freeze消息計時器設(shè)定的時間用完之前接收到從傳感器節(jié)點已向其發(fā)送了Freeze消息計時器的每個相鄰節(jié)點來的Freeze-ACK消息(步驟S35)，則傳感器節(jié)點將其狀態(tài)設(shè)定為靜止?fàn)顟B(tài)(步驟S37)。
同時，如果傳感器節(jié)點在Freeze消息計時器設(shè)定的時間用完之前不能接收到從傳感器節(jié)點已向其發(fā)送了Freeze消息計時器的每個相鄰節(jié)點來的Freeze-ACK消息(步驟S36)，則傳感器節(jié)點自己取消其靜止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)變，并且還重新發(fā)送Freeze-Cancel消息給相鄰節(jié)點(步驟S38)。然后，處理順序返回至先前步驟(步驟S39)，并且不執(zhí)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。
圖9以流程圖的形式示出了當(dāng)傳感器節(jié)點接收到來自相鄰節(jié)點的HELLO消息時的處理順序。
當(dāng)傳感器節(jié)點接收到來自相鄰節(jié)點的HELLO消息(步驟S41)時，傳感器節(jié)點分析HELLO消息的內(nèi)容。
然后傳感器節(jié)點以nbor.tstamp參數(shù)存儲當(dāng)前時間(步驟S42)。
接下來，傳感器節(jié)點以node.neighbor參數(shù)存儲HELLO消息中描述的節(jié)點ID(步驟S43)。
隨后，傳感器節(jié)點以nbor.neighbor參數(shù)存儲HELLO消息中描述的相鄰節(jié)點列表(步驟S44)。
再后，傳感器節(jié)點以nbor.state參數(shù)存儲HELLO消息中描述的節(jié)點狀態(tài)(步驟S45)。
圖10以流程圖的形式示出了擴展?fàn)顟B(tài)或橋接狀態(tài)下的節(jié)點所執(zhí)行的通過移動功能進行的隨機移動的處理順序。
擴展?fàn)顟B(tài)和橋接狀態(tài)下的傳感器節(jié)點設(shè)定移動計時器，并且當(dāng)移動計時器設(shè)定的時間用完時(步驟S51)，傳感器節(jié)點隨機確定其移動方向(步驟S52)。
然后，傳感器節(jié)點為其移動速度設(shè)定隨機值(步驟S53)，并且為移動計時器設(shè)定隨機值(步驟S54)，從而開始移動(步驟S55)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)旨在在保持傳感器節(jié)點之間的連通性的同時最大化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每個節(jié)點在擴展?fàn)顟B(tài)與橋接狀態(tài)之間雙向轉(zhuǎn)換其狀態(tài)，其中在擴展?fàn)顟B(tài)下，節(jié)點搜索能夠獲得與相鄰節(jié)點的連通性以擴展網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的位置，而在橋接狀態(tài)下，節(jié)點搜索能夠獲得與相鄰節(jié)點的連通性以在節(jié)點四處移動的同時進行獨立本地網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間的連接的位置。當(dāng)擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點能夠連接到靜止?fàn)顟B(tài)下的與其相鄰的節(jié)點時，該節(jié)點轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)，而當(dāng)橋接狀態(tài)下的節(jié)點能夠連接到兩個或兩個以上彼此不相鄰且沒有任何公共相鄰節(jié)點的節(jié)點時，該節(jié)點轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。
換而言之，每個節(jié)點在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的擴展與本地拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連接之間動態(tài)地切換其角色，并且在通過隨機移動而進行移動的同時，搜索能夠通過諸如多跳躍等的通信過程而連接所有節(jié)點的位置(即，用于形成單一連通網(wǎng)絡(luò)的適當(dāng)位置)，從而最終轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。
但是，在用于形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)機構(gòu)中會出現(xiàn)下文中所示的兩種性能退化。
例如，如圖11所示，當(dāng)擴展?fàn)顟B(tài)下的兩個節(jié)點在大致相同的方向移動，并具有與靜止?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點的連通性時，只要擴展?fàn)顟B(tài)下的第一節(jié)點連接到靜止?fàn)顟B(tài)下的任一節(jié)點，則擴展?fàn)顟B(tài)下的第二節(jié)點馬上連接到剛轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)的第一節(jié)點。這樣，彼此相鄰的兩個節(jié)點都轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。這從最大化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)區(qū)域的觀點上來看是非常不利的。
此外，如圖12所示，會發(fā)生以下情況當(dāng)兩個節(jié)點轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)時，到靜止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)變發(fā)生在電波覆蓋范圍的邊緣。眾所周知，無線電波是振動的。在以上情況下，尤其是當(dāng)節(jié)點遠(yuǎn)離電波發(fā)射器時，連通性會受到干擾，因此在形成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時需要避免在電波的覆蓋范圍的邊緣上的連通性。
為了解決以上所述的兩個問題，本實施例提出了一種改進的方法，其利用了電波的振幅。換而言之，每個傳感器節(jié)點獲取與從其無線通信功能單元中能夠獲得具有適當(dāng)振幅的電波的相鄰節(jié)點的連通性。更具體地來說，從中接收到的具有高于或低于預(yù)定值的振幅的電波的相鄰節(jié)點被認(rèn)為是不適于連接的節(jié)點，并且避免與這些節(jié)點的連接。
多個無線通信設(shè)備通過對等通信能夠從其他無線通信設(shè)備相互獲取電波的振幅。例如，在IEEE 802.11中使用每100毫秒發(fā)送的信標(biāo)信息數(shù)據(jù)，從而了解電波的振幅。
已經(jīng)提出了一種數(shù)學(xué)模型來表示電波的振幅與距離之間的關(guān)系(例如參見“RADARAn In-Building RF-Based User Location and Tracking Systme”，P.Bahl and V.Padmanabhan(In Proceedings of the IEEE Infocom，March 2000))。在本實施例中，這個模型式用于實現(xiàn)具有電波的最佳振幅的連通性。
圖13示出了通過基于電波的振幅與距離之間的關(guān)系的數(shù)學(xué)模型獲得電波的最佳振幅的方法。該圖所示的例子假設(shè)相鄰節(jié)點允許獲得相對于電波的最大振幅大約0.3至0.5的電波的振幅的情況為最優(yōu)連通性(最佳連通性)。例如，當(dāng)擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點能夠獲得僅與一個靜止?fàn)顟B(tài)下的相鄰節(jié)點的最佳連通性時，該節(jié)點將其狀態(tài)轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。同時，當(dāng)橋接狀態(tài)下的節(jié)點能夠獲得與兩個或兩個以上彼此不相鄰且沒有公共相鄰節(jié)點的節(jié)點的最佳連通性時，該節(jié)點將其狀態(tài)轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。
另一方面，當(dāng)節(jié)點能夠從候選節(jié)點獲得高于電波的最大振幅0.5的電波的振幅時(強連通性)，要避免與這樣的節(jié)點的連通性，因為這兩個節(jié)點可能彼此接近，并且會同時轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。
此外，當(dāng)節(jié)點能夠從候選節(jié)點獲得少于電波的最大振幅0.3的電波的振幅時(弱連通性)，要避免與這樣的節(jié)點的連通性，因為連通性可能會被中斷。
以上參照具體實施例詳細(xì)描述了本發(fā)明。但是，很顯然本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的本質(zhì)的情況下，可以對實施例進行修改和替換。
盡管在本發(fā)明中將包括分別具有傳感器的通信節(jié)點的傳感器網(wǎng)絡(luò)作為例子來描述，但是本發(fā)明的本質(zhì)并不局限于這個例子。例如，通過將本發(fā)明應(yīng)用到其中每個具有移動功能的傳感器節(jié)點在自定向狀態(tài)下操作的特別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也可以實現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)區(qū)域的擴展或優(yōu)化。
盡管本發(fā)明的說明將其中每個傳感器節(jié)點在自定向和分散狀態(tài)下操作的特別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為例子，但是本發(fā)明也并不局限于這個例子，并且在通過將特定傳感器節(jié)點設(shè)定為控制站或訪問點而創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)中也可以應(yīng)用本發(fā)明。
總之，通過舉例公開了本發(fā)明，但不應(yīng)該以有限的方式來解釋本說明書中的描述內(nèi)容。為了確定本發(fā)明的本質(zhì)，可參見權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于形成具有多個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中每個節(jié)點具有無線通信功能和移動功能并且在自定向和分散狀態(tài)下操作，其中每個節(jié)點具有在其中所述節(jié)點通過所述移動功能進行移動并且搜索與相鄰節(jié)點的連通性的信息的第一和第二狀態(tài)以及在其中停止通過所述移動功能進行的移動的第三狀態(tài)，并且在滿足第一條件時，第一狀態(tài)下的節(jié)點轉(zhuǎn)變到所述第三狀態(tài)，而在滿足不同于所述第一條件的第二條件時，第二狀態(tài)下的節(jié)點轉(zhuǎn)變到所述第三狀態(tài)，并且每個節(jié)點最終轉(zhuǎn)變到在所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)之間進行動態(tài)切換的第三狀態(tài)以形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中所述節(jié)點具有傳感器，并且所述第一狀態(tài)為在其中節(jié)點移動并搜索可獲得與相鄰節(jié)點的連通性以擴展網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的位置的擴展?fàn)顟B(tài)；所述第二狀態(tài)為在其中節(jié)點移動并搜索可獲得與相鄰節(jié)點的連通性以連接獨立的本地拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的位置的橋接狀態(tài)；以及所述第三狀態(tài)為在其中節(jié)點停止在當(dāng)前位置而變成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組成部分的靜止?fàn)顟B(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中在擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點可以連接到靜止?fàn)顟B(tài)下的相鄰節(jié)點的第一條件下，擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。
4.如權(quán)利要求2所述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中在橋接狀態(tài)下的節(jié)點可以連接到兩個或兩個以上彼此不相鄰且沒有任何公共相鄰節(jié)點的獨立節(jié)點的第二條件下，所述橋接狀態(tài)下的節(jié)點轉(zhuǎn)變到所述靜止?fàn)顟B(tài)。
5.如權(quán)利要求2所述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的起始階段，所有的節(jié)點都處于擴展?fàn)顟B(tài)，并且當(dāng)節(jié)點密度超過預(yù)定值時，根據(jù)預(yù)定概率生成橋接狀態(tài)下的節(jié)點。
6.如權(quán)利要求2所述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中每個節(jié)點發(fā)送包括與預(yù)定時刻的節(jié)點相鄰的節(jié)點的列表的第一信號，并且通過接收來自相鄰節(jié)點的第一信號，識別可連接相鄰節(jié)點或節(jié)點密度。
7.如權(quán)利要求3所述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點發(fā)送第二信號到靜止?fàn)顟B(tài)下的所述可連接相鄰節(jié)點，并且在接收到第三信號時轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。
8.如權(quán)利要求4所述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中橋接狀態(tài)下的節(jié)點發(fā)送第二信號到所述彼此獨立的節(jié)點，并且在接收到第三信號時轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中當(dāng)在預(yù)定的時間周期內(nèi)沒有接收到第三信號時，已接收到第二信號的節(jié)點取消到靜止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)變，并且重新發(fā)送第四信號。
10.如權(quán)利要求9所述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中處于除了靜止?fàn)顟B(tài)之外的狀態(tài)下的節(jié)點在接收到第二信號時轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)，而在接收到第四信號時取消到靜止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)變。
11.如權(quán)利要求2所述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中每個節(jié)點獲取從中通過所述無線通信功能接收到具有正常振幅的電波的相鄰節(jié)點的連通性。
12.如權(quán)利要求11所述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中每個節(jié)點識別來自其電波具有高于預(yù)定值的振幅的相鄰節(jié)點以及來自其電波具有低于預(yù)定節(jié)點的振幅的相鄰節(jié)點為非正常節(jié)點，并且避免連接到所述節(jié)點。
13.一種用作傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點的無線通信設(shè)備，所述設(shè)備包括傳感器，用于在當(dāng)前位置獲取期望信息；無線通信功能單元，用于執(zhí)行與相鄰傳感器節(jié)點的通信；移動功能單元，用于移動所述設(shè)備的位置；和控制單元，用于處理所述傳感器所獲得的信息，并且控制每個所述功能單元的操作，其中所述控制單元根據(jù)關(guān)于所述無線通信功能單元所獲得的到相鄰節(jié)點的連通性的信息，在第一和第二狀態(tài)之間動態(tài)地切換所述傳感器節(jié)點的操作狀態(tài)，在第一和第二狀態(tài)中的每個狀態(tài)下，所述無線通信設(shè)備移動并搜索關(guān)于到相鄰節(jié)點的連通性的信息，當(dāng)在所述第一狀態(tài)下滿足第一條件時將所述傳感器節(jié)點的操作狀態(tài)轉(zhuǎn)變到在其中停止通過所述移動功能單元進行的移動的第三狀態(tài)，并且當(dāng)在所述第二狀態(tài)下滿足不同于所述第一條件的第二條件時也轉(zhuǎn)變到所述第三狀態(tài)。
14.如權(quán)利要求13所述的無線通信設(shè)備，其中所述第一狀態(tài)為在其中每個節(jié)點移動并搜索可獲得到相鄰節(jié)點的連通性以擴展網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的位置的擴展?fàn)顟B(tài)；所述第二狀態(tài)為在其中每個節(jié)點移動并搜索可獲得與相鄰節(jié)點的連通性以連接彼此獨立的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的位置的橋接狀態(tài)；以及所述第三狀態(tài)為在其中每個節(jié)點停止在當(dāng)前位置而變成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組成部分的靜止?fàn)顟B(tài)。
15.如權(quán)利要求14所述的無線通信設(shè)備，其中在擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點可以連接到一個靜止?fàn)顟B(tài)下的相鄰節(jié)點的第一條件下，所述控制單元將擴展?fàn)顟B(tài)下的每個節(jié)點的操作狀態(tài)轉(zhuǎn)變成靜止?fàn)顟B(tài)。
16.如權(quán)利要求14所述的無線通信設(shè)備，其中在橋接狀態(tài)下的節(jié)點可以連接到兩個或兩個以上彼此不相鄰且沒有任何公共相鄰節(jié)點的獨立節(jié)點的第二條件下，所述控制單元將橋接狀態(tài)下的每個節(jié)點的操作狀態(tài)轉(zhuǎn)變成靜止?fàn)顟B(tài)。
17.如權(quán)利要求14所述的無線通信設(shè)備，其中所述控制單元在起始狀態(tài)下將每個節(jié)點的操作狀態(tài)設(shè)置成擴展?fàn)顟B(tài)，并且當(dāng)根據(jù)關(guān)于所述無線通信功能單元所獲得的與相鄰節(jié)點的連通性的信息而檢測出節(jié)點密度超過預(yù)定值時，所述控制單元根據(jù)預(yù)定概率將每個節(jié)點的操作狀態(tài)轉(zhuǎn)變成橋接狀態(tài)。
18.如權(quán)利要求14所述的無線通信設(shè)備，其中所述控制單元生成包括與當(dāng)前狀態(tài)下的所述單元相鄰的節(jié)點的列表的第一信號，并且在預(yù)定時刻從所述無線通信功能單元發(fā)送所述第一信號；并且通過處理所述無線通信功能單元接收的第一信號，所述控制單元進一步識別可連接相鄰節(jié)點或節(jié)點密度。
19.如權(quán)利要求15所述的無線通信設(shè)備，其中所述控制單元在擴展?fàn)顟B(tài)下將第二信號發(fā)送到靜止?fàn)顟B(tài)下的所述可連接相鄰節(jié)點，并且在接收到第三信號時將每個可連接相鄰節(jié)點的操作狀態(tài)轉(zhuǎn)變成靜止?fàn)顟B(tài)。
20.如權(quán)利要求16所述的無線通信設(shè)備，其中所述控制單元在橋接狀態(tài)下將第二信號發(fā)送到彼此獨立的節(jié)點，并且在接收到第三信號時將每個節(jié)點的操作狀態(tài)轉(zhuǎn)變成靜止?fàn)顟B(tài)。
21.如權(quán)利要求19或20所述的無線通信設(shè)備，其中當(dāng)在發(fā)送了第二信號之后的預(yù)定時間周期內(nèi)沒有接收到第三信號時，所述控制單元取消到靜止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)變，并且重新發(fā)送第四信號。
22.如權(quán)利要求21所述的無線通信設(shè)備，其中在除了靜止?fàn)顟B(tài)之外的狀態(tài)下，所述控制單元在接收到第二信號時將每個節(jié)點的操作狀態(tài)轉(zhuǎn)變成靜止?fàn)顟B(tài)，而在接收到所述第四信號時取消到靜止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)變。
23.如權(quán)利要求14所述的無線通信設(shè)備，其中所述控制單元獲取與可以通過所述無線通信功能單元從中獲得具有正常振幅的電波的相鄰節(jié)點的連通性。
24.如權(quán)利要求23所述的無線通信設(shè)備，其中所述控制單元將其電波具有高于所述無線通信功能單元所規(guī)定的預(yù)定值的振幅的相鄰節(jié)點以及其電波具有低于預(yù)定值的振幅的相鄰節(jié)點識別為非正常節(jié)點，并且避免連接到所述節(jié)點。
25.一種能夠?qū)⒕哂袀鞲衅鳌o線通信功能和移動功能的無線通信設(shè)備用作傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點的無線通信方法，所述方法包括以下步驟根據(jù)關(guān)于所述無線通信功能所獲得的到相鄰節(jié)點的連通性的信息，在第一和第二狀態(tài)之間動態(tài)地切換，其中在第一和第二狀態(tài)中的每個狀態(tài)下，每個節(jié)點通過所述移動功能進行移動并且搜索關(guān)于與相鄰節(jié)點的連通性的信息；當(dāng)滿足第一條件時，從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)變到在其中停止通過所述移動功能進行的移動的第三狀態(tài)；和當(dāng)滿足不同于所述第一條件的第二條件時，從第二狀態(tài)轉(zhuǎn)變到第三狀態(tài)。
26.一種用計算機可讀格式描述的并且能夠?qū)⒕哂袀鞲衅鳌o線通信功能和移動功能的無線通信設(shè)備用作傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點的計算機程序，所述計算機程序能夠執(zhí)行包括以下步驟的無線通信方法根據(jù)關(guān)于所述無線通信功能所獲得的到相鄰節(jié)點的連通性的信息，在第一和第二狀態(tài)之間動態(tài)地切換，其中在第一和第二狀態(tài)中的每個狀態(tài)下，每個節(jié)點通過所述移動功能進行移動并且搜索關(guān)于與相鄰節(jié)點的連通性的信息；當(dāng)滿足第一條件時，從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)變到在其中停止通過所述移動功能所進行的移動的第三狀態(tài)；和當(dāng)滿足不同于第一條件的第二條件時，從第二狀態(tài)轉(zhuǎn)變到第三狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明用于形成具有傳感器節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中每個傳感器節(jié)點具有移動功能并且在自定向和分散狀態(tài)下操作，而無需位置信息。每個傳感器節(jié)點周期性地將HELLO消息發(fā)送給相鄰節(jié)點以與其交換信息。在節(jié)點密度較高的區(qū)域內(nèi)，將節(jié)點設(shè)置在擴展?fàn)顟B(tài)和橋接狀態(tài)下。當(dāng)擴展?fàn)顟B(tài)下的節(jié)點僅能連接到一個相鄰節(jié)點時，該節(jié)點轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)以變成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組成部分。橋接狀態(tài)下的節(jié)點與每個具有不少于預(yù)定數(shù)目的隱藏終端的相鄰節(jié)點一起轉(zhuǎn)變到靜止?fàn)顟B(tài)以變成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組成部分。
文檔編號H04L12/28GK1783823SQ200510131018
公開日2006年6月7日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者田村陽介 申請人:索尼株式會社