用于重新分配无线网络中的无线节点的角色的方法技术

本发明专利技术是一种用于维护无线通信系统中的无线网络的网络寿命的方法，所述网络包括多个设备节点(A-C，Q，N’)。无线节点中的选定无线节点(A，B，C)具有网络中的分配的角色(1，2，3，GW)。为了提高和维护网络寿命，该方法包括确定(4，14，24)分配给第一角色(1)的第一传感器节点(A)的在阈值以下的操作条件以及将该第一角色重新分配(5，19，29)给所述网络中的另一第二节点(Q)。在本发明专利技术的其他方面中，描述一种方法、用于实现该方法的系统和计算机程序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于重新分配无线网络中的无线节点的角色的方法
本专利技术涉及一种用于提高和维护包括多个无线设备节点的无线通信网络的网络寿命的方法。具体而言，本专利技术涉及一种用于监控网络的方法，该方法包括以能量高效方式分配无线网络中的角色并且可以包括分配角色以提高网络功能；并且涉及被布置有用于实现该方法的硬件和软件设备的无线设备。该方法在用来维护工业控制系统的或者具有过程控制系统的无线传感器网络的网络寿命时特别有利。
技术介绍
制造业中的工业控制系统、过程控制系统、分布式控制系统等经常包括硬接线数据网络和无线数据网络。制造业可以包括诸如造纸、制药、食品生产、石油和天然气开采、生产、加工等产业分支。无线传感器网络用来在无线现场设备(比如传感器)与工业控制系统之间传送测量和一些控制数据。无线传感器最常由电池供电。电池供电的无线传感器的服务寿命依赖于功率使用。无线传感器网络的服务寿命因此也依赖于各个无线传感器的功率使用。无线传感器的无线电接收器/发射器通常在发送传输之时消耗最多功率并且在监听传输之时消耗功率而在不活跃状态期间几乎未消耗功率。为了方便，WSN中的无线传感器被配置成在也称为休眠状态的不活跃时段期间使用很少或者未使用能量，从而为用于监听信号和/或用于传输信号的有限数目的时段节省能量。工业生产设备可以包含数以百计或者数以千计的微小电子器件，其能够感测环境、计算简单任务、相互通信并形成更大的无线网状传感器网络(WSN)。传感器收集的信息(例如温度、湿度等)经由直接邻居(网状网络)以多跳跃方式向控制系统传输。利用诸如自配置和自组织这样的方法，网络对由于耗尽电池能量所致的节点故障和断开节点做出反应。由于节点的所需小尺寸以及强约束的电池容量，WSN中的一个主要要求是以高效方式分布网络服务。该要求的长期策略是将网络的寿命延长至最大。更具体而言，需要在相同的高可靠性和预期确定性时尽可能长久保持全部传感器网络服务。WSN必须提供具有不同资源要求的多种分立服务。另外，不同服务也具有不同电池能量消耗，这意味着存在很高能量消耗的任务和较少能量消耗的任务。节点的位置也对这一能量消耗具有影响，而具有聚合功能的在网络中间的节点和许多邻居将无疑地比在边界仅有少数邻居的具有聚合角色的节点消耗更多的功率。一些功能在任何特定时间仅需由节点子集执行。这样的功能可以例如是聚合(需要聚合器服务)、群集路由(需要网关服务)、局部化(需要具有已知位置的参考节点)。最后，所需不同角色的数目可以根据应用而变化。定义这样的节点功能子集作为角色，并且执行角色的节点将被称为角色节点。角色的能量需求针对不同角色显著地变化。通常，角色节点由于需要更复杂的计算和更高的通信工作而比其他传感器节点消耗不可比较地更多的能量。角色节点必须提供高可用性并且不能与其他节点一样长久且频繁地休眠。这使它们更容易遭受电池耗尽。角色节点的迅速耗尽很快地限制和阻止整个网络的操作和功能。标题为Methodandsystemforpower-basedcontrolofanadhocwirelesscommunicationsnetwork(用于自组织无线通信网络的基于功率的控制的方法和系统)并且转让给Nokia公司的专利申请US20090111532描述了一种用于实施具有多个设备的无线网络的方法、系统和程序代码，其中设备之一协调在设备之间的无线通信。该说明书在电池电平方面描述了节点条件并且目的在于协调设备以优化跨越网络的通信。相同标题、相同受让人的申请US20050059420也相对于节点功率电平描述了网络中的协调。标题为Communicationsystem，andcommunicationdeviceandcommunicationmethodforuseintheCommunicationsystem(通信系统、通信设备和在通信系统中使用的通信方法)、转让给Toshiba公司的专利US6901275描述了一种系统，其目的在于防止(网络)将通信集中于一个终端上、由此避免功率消耗增加并且由此在由多个设备形成网络时延长网络配置时间。然而网络寿命的考虑限于节点电池功率参数，并且网络结构限于单个主控具有多个从属的情形。标题为Energy-drivenclusteraggregationpointre-electioninawirelesssensornetwork(无线传感器网络中能量驱动的集群聚合点重新选择)，转让给UniversityCollegeDublin(都柏林大学)的WO2008/141719描述了一种包括被布置成相互无线通信的多个节点的传感器网络，节点中的至少一些节点被布置成作为用于网络的聚合点来操作，其中聚合点在网络的其他节点与网络外部之间传送数据。然而这里只考虑了数据聚合功能或者角色这一个功能或者角色，并且网络寿命有效延长限于仅基于节点电池功率。标题为Enhancementofnodeconnectivityinawirelesscommunicationsnetworkwithchangingtopologyviaadaptiverolechanging(具有经由自适应角色改变的变化拓扑的无线通信网络中的节点连通性的增强)、转让给BAESystemsInformation(BAE系统信息)的专利申请US20090141653描述了一种用于通过适应网络拓扑的改变来增强在无线通信网络的节点之间的连通性的过程和系统。网络的节点被配置成根据以下各项操作：(i)自组织协议，其中给定的节点承担能够与其他相似配置的节点连接的网状节点的角色，或者(ii)点到多点协议，其中给定的节点承担基站或者用户站的角色，该用户站由承担基站角色的另一节点服务。确定每个节点应当根据自组织协议还是点到多点协议来操作，以便维护网络的所有节点之间的最优连通状态。描述的角色仅为网状节点、基站等，因此它们限于网络性质。US2005/033816A1公开了一种终端设备和在媒体接入通信系统中使用的方法。终端设备存储与来自外部通信系统的干扰相关的统计信息，并且将该存储的统计信息通知给主站。主站布置用于基于收集的统计信息来确定终端设备之一是否是针对主站能力切换目的地的候选站。US2005/059420A1公开了一种用于实施无线网络的方法和系统，该无线网络具有多个设备，其中设备之一协调设备之间的无线通信。该方法和系统评估该多个设备中的一个或多个的设备参数，以及基于至少用于该多个设备可用功率源特性(诸如可用功率源容量)来从该多个设备中确定协调者，针对该多个设备中的一个或多个，其中协调者适用于协调无线网络中的设备之间的无线通信。EP2134041A1公开了一种具有多个移动传感器节点的无线传感器网络。在该无线传感器网络中，在某一时刻，通过将sink(基站节点)的角色分配给移动传感器之一来根据需要提供和预定位sink。然而无线网络的寿命也可以受除了节点电池的功率电平之外的因素影响。在一个或者多个无线节点的某些其他操作条件之一降至操作阈值以下从而形成这里描述为不良条件的条件时，比如误比特率(BER)、低存储器可用性、欠精确的位置、减少的可用带宽、不完整或者未成功完成的自测试、未验证的节点(在安全性方面)、不良位置、环境中的高EMI噪声本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.06 EP 10175481.01.一种用于维护工业控制或监视系统的无线传感器网络的网络寿命的方法，所述无线传感器网络包括多个无线传感器节点(A-C，Q，N’)，其中选定的无线传感器节点(A，B，C)具有所述无线传感器网络中的分配的角色(1，2，3，GW)，其特征在于：确定(4，14，24)分配给角色(1)的第一无线传感器节点(A)的在阈值以下的操作条件，以及将所述角色重新分配(5，18，28)给所述网络中的第二无线传感器节点(Q)，其中所述确定所述在阈值以下的操作条件包括所述第一无线传感器节点确定所述在阈值以下的操作条件并且所述第一无线传感器节点利用释放请求(RR)向所述无线传感器网络的网络协调器(NC)请求所述重新分配，其中所述网络协调器是中心节点，用于通过所述无线传感器网络从所述第一无线传感器节点接收所述释放请求，以及所述网络协调器通过所述无线传感器网络与所述第二无线传感器节点通信。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：从候选节点(Q，N’)列表(CL)确定(6)所述第二无线传感器节点是操作条件未在阈值以下的候选。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：将所述角色(1)重新分配给第二无线传感器节点(Q)并且从所述第二无线传感器节点(Q)保持的至少一个候选列表中删除所述第一无线传感器节点A。4.根据权利要求2或者3所述的方法，其特征在于：确定(7)所述第二无线传感器节点(Q)不具有在阈值以下的操作条件并且所述无线传感器节点(Q)接受所述角色(1)。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：确定所述第二无线传感器节点(Q)具有在阈值以下的操作条件并且无线传感器节点(Q)向所述列表上的另一候选传递(8)所述角色。6.根据权利要求2或者3所述的方法，其特征在于：确定第二传感器节点(Q)具有在阈值以下的操作条件并且从所述候选列表移除(9)第二无线传感器节点Q。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述网络协调器(NC)搜索(16，26)候选传感器节点(N’，Q)的所述列表(CL)，以根据至少一个预定准则发现操作条件未在阈值以下的无线传感器节点或者具有更好操作条件的无线节点。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述网络协调器(NC)在发现操作条件未在阈值以下的候选无线传感器节点(Q)时向所述候选无线传感器节点(Q)发送角色重新分配(18，28)命令，并且向所述第一无线传感器节点(A)发送角色释放(19，29)确认(RC)。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述网络协调器(NC)在根据一个或者多个优化准则发现操作条件未在阈值以下的候选无线传感器节点(Q)时向所述无线候选传感器节...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·奥滕，F·雷切恩巴奇，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：
国别省市：