向和从多跳网络的节点传送数据的方法和装置制造方法及图纸

建议一种用于向和从具有TDMA机制的多跳网络的节点传送数据的方法。该网络被簇集成N个簇，其中N个簇中的每个簇具有节点中的至少一个节点。在第一步骤中，由周期性超帧来组织TDMA机制。周期性超帧的每个超帧具有多个帧，该多个帧包括用于N个簇的至少一个广播帧和一个采集帧。在第二步骤中，一个专用通信信道由N个簇在广播帧内共享。在第三步骤中，N个分离的通信信道由N个簇在采集帧内使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】向和从多跳网络的节点传送数据的方法和装置
本专利技术涉及用于向和从具有时分多址(TDMA)机制的多跳网络(具体地，基于TDMA的低功率传感器网络)的节点传送数据的方法和装置。网络被簇集(clustered)成多个簇，其中多个簇中的每个簇包括多个节点。
技术介绍
在低功率传感器网络中，特别是在电池操作的无线传感器网络中，很重要的是在传感器节点的空闲时段关闭它们的无线电收发器以节能。空闲时段是其中节点没有什么要发送或接收的时段。进一步重要的方面是避免当传送消息时的碰撞或最小化不去往相应节点的串音消息。在此类的环境中，基于TDMA的系统本质上是高能效的，因为系统的节点具有明确定义地调度，该调度定义了其中系统的节点需要打开它们的无线电收发器以用于发送或接收消息的时隙。在所有其他的时隙中，相应的节点可以关闭它的无线电收发器。通过合适的时隙分配，可以在相同的时隙处唤醒发送方和接收方，从而它们可以通过网络来交换消息。多跳网络中的多对一通信是传感器网络应用的一个常见要求，例如，在环境监控或数据采集的领域中，其中传感器节点与本质上并且通常并在它们之间的汇聚节点(sinknode)交换信息。在这方面，传感器节点通常产生周期性的数据样本并且向汇聚节点发送这些产生的周期性数据样本以便进一步处理。也可以使用从汇聚节点到其他传感器节点的反方向，例如用于从汇聚节点向其他节点发送控制信息。汇聚节点和另外的传感器节点之间的路由或支路可以形成在汇聚节点处路由并且跨所有的节点的多跳树。对于网络中的通信，TDMA机制可以通过周期性超帧来组织。周期性超帧的每个超帧可以具有多个帧，例如包括广播帧和采集帧。一个帧包括固定长度的多个时隙。可以在一时隙期间发送N个消息。在一时隙期间，节点可以处于下面三种状态中的一种：发送、接收或休眠。节点仅在分配给它们的用于发送或接收的时隙期间醒着。一个常规的TDMA超帧结构可能与具有多数目节点的网络不相称，因为广播帧和采集帧的长度随着网络节点的数目而增加，而超帧的长度受延迟要求的限制。特别地，广播帧可以由父节点用于广播信息，例如同步信息。为此目的，每个父节点分配有广播帧内的一个时隙并且使用该时隙来向它们的子节点来广播它们的消息，即，广播帧包含与网络中的父节点相同数目的时隙。采集帧中的时隙可以由传感器节点用于向汇聚节点发送它们的周期性数据。分配给一个节点的时隙数目取决于它们的后代节点(如果有的话)所生成的业务量，加上由其自身所生成的业务量。假设网络中的每个节点具有每超帧要向汇聚节点传送的至少一个消息，则采集帧所需的时隙数目将总是大于网络中节点的数目。该伸缩性问题可以通过簇集(clustering)来解决，其是一种公知的方法，其中具有多数目的节点的网络被划分成称为簇的更小数目节点的多个组。每个簇接着可以具有它自己的汇聚节点，它自己的路由树，以及它自己的TDMA调度，因此其比单个的大的网络更易管理。进一步，频(FDMA；频分多址)或码(CDMA；码分多址)复用可以用于允许不同簇中的节点的并发传输。例如，IEEE802.15.4标准在2.4GHzISM频带中定义16个独立的FDMA信道，每个信道可以由不同的簇来使用，使得不同簇中的节点可以并行地传送而不彼此干扰。簇集已经在科学文献中被广泛地研究，参见例如参考文献[1]或[2]。它们中的大多数处理如何形成簇或如何选择簇头的算法。进一步，还存在对于MAC协议的一个大的工作团体。然而，没有其他的MAC解决方案将常见的TDMA广播树用于同步以及将不同频率上的附加的时隙化的帧用于簇数据采集。可以在参考文献[4]中获得当前的概览。进一步，文档US6,034,966A描述了一种用于多路复用总线系统网络和无线网络的数据传输的控制方法。在网络中使用的传输控制方法包括时分复用信道和争用控制信道。至少一个站和中央控制单元二者连接到争用控制信道和时分多路复用(TDMA)信道。当站开始时分多路复用会话时，其经由争用控制信道向中央控制单元传送接入请求。在中央控制单元接收到接入请求后，传送接收请求的站被包括在时分多路复用(TDMA)的顺序中。中央控制单元根据时分多路复用的顺序来重复地经由TDMA信道向站传送传输允许令牌。接收到传输允许令牌的站经由第二通信信道向另一站或中央控制单元传送数据实体(如果存在的话)，并且也经由第二通信信道向中央控制单元传送传输终止令牌。当中央控制单元接收到传输终止令牌时，其按时分多路复用的顺序来经由第二通信信道向下一站传送传输允许令牌。文档US6,735,630B1示出了一种使用紧密互联网络的无线集成网络传感器(WINS)来采集数据的方法。此外，US7,830,834B2描述了一种无线通信网络和用于此类网络的数据聚集方法。相应地，本专利技术的一个方面是改进向和从具有TDMA机制的多跳网络的节点传输数据。
技术实现思路
根据第一方面，建议一种用于向和从具有TDMA机制的多跳网络的节点传送数据的方法。网络被簇集成N个簇，其中N个簇中的每个簇具有节点中的至少一个节点。在第一步骤中，由周期性超帧来组织TDMA机制。周期性超帧的每个超帧具有多个帧，该多个帧包括用于N个簇的至少一个广播帧和一个采集帧。在第二步骤中，一个专用通信信道由N个簇在广播帧内共享。在第三步骤中，N个分离的通信信道由N个簇在采集帧内使用。根据一些实施例，提供一种TDMA超帧结构，其可以被提供用于集中式的和簇集的无线传感器网络架构。在本TDMA超帧结构中，一个单个的同步信道即广播信道由N个簇来共享，并且多个信道用于采集帧中的数据采集。在一个实施例中，N个簇中的每个簇具有充当基站的一个节点，其中在N个簇的N个基站间，一个节点充当主基站。在另外的实施例中，在配置阶段内，向网络的节点的每个节点提供信道指示，其中信道指示指示出采集帧内发配给节点的通信信道。在进一步的实施例中，在广播帧内，跨N个簇的所有节点的一个单个广播树由主基站用于向网络的所有节点分发信息。在进一步的实施例中，从具有主基站作为根的网络的整个拓扑来计算广播树。在进一步的实施例中，在采集帧内，N个簇的每个簇具有其自己的采集树，该采集树仅跨属于该簇的节点并且由该簇的节点用于与该簇的基站交换信息。在进一步的实施例中，从具有簇的基站作为根的簇的拓扑来计算簇的采集树。在进一步的实施例中，周期性超帧的每个超帧具有至少广播帧、采集帧和监听帧。在广播帧内，由N个簇来共享一个专用的通信信道。在采集帧内，由N个簇来使用N个分离的通信信道。进一步，在监听帧内，由N个簇来共享一个专用的通信信道。在进一步的实施例中，在监听帧内使用CSMA或MACA(参见参考文献[5])来交换信息，以便将未同步的节点与网络进行同步。在进一步的实施例中，为了同步网络内未同步的节点，在监听帧的开始处传送黑突发。在进一步的实施例中，广播帧由超帧内的监听帧跟随。在进一步的实施例中，周期性超帧的每个超帧包括广播帧、采集帧、监听帧、下树(downtree)帧和上树(uptree)帧。在广播帧内并且在监听帧内，由N个簇共享一个专用的通信信道。在采集帧内，在下树帧内，并且在上树帧内，由N个簇使用N个分离的通信信道。在进一步的实施例中，对于广播树和对于每个采集树，多跳网络被分等级地布置在具有一个根节点的不同层中，至少一个父本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于向和从具有TDMA机制的多跳网络的节点（01?37）传送数据的方法，所述网络被簇集成N个簇（C1,C2），其中所述N个簇（C1,C2）中的每个簇（C1,C2）包括所述节点（01?37）中的至少一个节点，所述方法包括：将所述TDMA机制组织（301,401,501）成周期性超帧（300），所述周期性超帧（300）的每个超帧（300）具有多个帧，所述多个帧包括用于所述N个簇（C1,C2）的至少一个广播帧（310）和一个采集帧（320），由所述N个簇（C1,C2）在所述广播帧（310）内共享一个专用通信信道（B），以及由所述N个簇（C1,C2）在所述采集帧（320）内使用N个分离的通信信道（A,B,C）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.30 EP 11183539.31.一种用于向和从具有时分多址TDMA机制的多跳网络的节点(01-37)传送数据的方法，所述网络被簇集成N个簇(C1,C2)，其中所述N个簇(C1,C2)中的每个簇(C1,C2)包括所述节点(01-37)中的至少一个节点，所述方法包括：将所述时分多址TDMA机制组织(301,401,501)成周期性超帧(300)，所述周期性超帧(300)的每个超帧(300)具有多个帧，所述多个帧包括用于所述N个簇(C1,C2)的至少一个广播帧(310)和一个采集帧(320)，由所述N个簇(C1,C2)在所述广播帧(310)内共享一个专用通信信道(B)，其中所述N个簇(C1,C2)中的每个节点使用在所述广播帧(310)内的所述专用通信信道接收广播信息；以及由所述N个簇(C1,C2)在所述采集帧(320)内使用N个分离的通信信道(A,B,C)。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述N个簇中的每个簇(C1,C2)具有充当基站的一个节点(01,12)，其中在所述N个簇(C1,C2)的N个基站(01,12)间，一个节点充当主基站(01)。3.根据权利要求1所述的方法，其中在配置阶段内，向所述网络的所述节点的每个节点(01-37)提供信道指示，其中所述信道指示指示出所述采集帧(320)内分配给所述节点(01-37)的所述通信信道(A,B,C)。4.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述广播帧(310)内，跨所述N个簇(C1,C2)的所有节点(01-37)的一个单个广播树由所述主基站(01)用于向所述网络的所有节点(01-37)分发信息。5.根据权利要求4所述的方法，其中从具有所述主基站(01)作为根的所述网络的整个拓扑来计算广播树。6.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述采集帧(320)内，所述N个簇的每个簇(C1,C2)具有其自己的采集树，所述采集树仅跨属于所述簇的节点并且由所述簇的节点用于与所述簇(C1,C2)的所述基站(01,12)交换信息。7.根据权利要求6所述的方法,其中，从具有所述簇(C1,C2)的所述基站(01,12)作为根的簇(C1,C2)的拓扑来计算所述簇(C1,C2)的所述采集树。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述周期性超帧的每个超帧(300)具有至少所述广播帧(310)、所述采集帧(320)和监听帧(330)，其中，在所述广播帧(310)内，由所述N个簇(C1,C2)来共享所述一个专用通信信道(B)，其中，在所述采集帧(320)内，由所述N个簇(C1,C2)来使用所述N个分离的通信信道(A,B,C)，以及其中，在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·L·特鲁翁，C·隆布里泽，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：
国别省市：