专利名称：用于超出网络范围的节点的节电方案的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及节电技术，且特别涉及，超出网络范围的节点 的节电方案。
背景技术：
大部分无线自组网以较低功耗运行。在网络中，通过允许节点在 连接至网络的大部分时间保持睡眠，来优化节点的电池寿命。然而， 一旦节点离开网络的范围，该节点就开始搜索网络以便加入其中。通 常，节点将必须扫描多个信道从而确定网络是否可用，这将花费很多 秒，并且非常消耗电池。扫描之后，该节点进入睡眠，但如果该单元 在一段较长的时间处于休眠状态，则一旦返回至网络范围之内，该单 元将花费更长的时间来重新加入网络。对于许多应用，响应时间的不 足是无法接受的。正因为如此，脱离网络范围的大部分节点，由于其 将持续搜索附近的网络以便加入其中，所以将耗尽大约数天的电池功 率。因此，存在对于用于超出网络范围的节点的节电方案的需求，该 方案将不会很快的消耗电池功率。
图1是网络的结构图。
图2是节点的结构图。
图3是表示图2中的节点的操作的流程图。
具体实施例方式
为了解决上述需求，这里提供了一种用于超出网络范围的节点的 节电方案。在操作期间，当节点确定其超出网络范围时，其切换至操 作的"断开"模式。在"断开"模式中，该节点以半随机的时间间隔
发送消息(以避免一旦其返回范围内就连续干扰信标网络)，然后， 在较短的时间周期(远短于帧的长度)切换至接收模式。所发射的消 息将向接收该消息的任何节点通知发射节点此时与网络断开，并且该 消息还包括断开节点的MAC地址。在短暂的接收周期之后，断开节点 将进入睡眠模式。由于接收周期很短，所以断开节点大部分时间将处 于睡眠模式，这将极大增加电池的寿命。
本发明包括用于操作超出网络范围的节点的一种方法。该方法包 括以下步骤确定节点与网络断开，发出"断开"消息，以及在发出 "断开"消息之后立即监听表示节点处于网络范围内的"范围内"消息。 当接收到"范围内"消息时，进行与网络的关联，否则节点将降低功 耗。
此外，本发明还包括一种装置，该装置包括发射机，当节点与 网络断开时，发出"断开"消息；接收机，用于在发出"断开"消息 之后立即监听"范围内"消息，其中"范围内"消息表示该节点处于 网络范围内；以及逻辑电路，当接收到"范围内"消息时，与网络关 联，当没有接收到"范围内"消息时，将降低功耗。
现在，转至附图，其中，相同的数字指示相同的部件，图1图示 根据本发明的优选实施例的网络100。网络100优选地是使用无线自组 网网络协议，该网络协议由用于高数据速率的无线个人区域网 802.15.3，或用于低速率无线个人区域网的IEEE802.15.4所定义。然而， 本领域普通技术人员可知，在不超出本发明范围的变化中，也可以使 用其他网络协议。例如，网络100可以使用诸如以下但不局限于此的 网络协议自组网按需距离向量(AODV)、动态源路由(DSR)、临 时按序路由算法(TORA)、蓝牙，标准(IEEE标准802.15.1)等等。 如所示的，网络IOO包括多个节点101 (只标出了一个)，表示通过彼 此相互通信的设备。
节点101可以是可运输的(移动的)，或者它们可以固定在给定 位置。此外，节点101可以是电池供电的，或"可插拔"至诸如标准
110伏A/C供电的电源。典型的电池供电节点101，使用允许节点101
在大部分时间"睡眠"的节电技术。作为对照，"可插拔"至电源的 节点不需要睡眠，因为这些节点不需要节省电量。
本领域普通技术人员可知，对于自组网，通过首先发现存在于源 节点和目的地节点之间的中介节点，然后通过中介节点将来自源节点
的数据中继至目的地节点，来进行节点101之间的数据通信。因此， 为了成为网络100的一部分(即，连接至网络100)，节点将必须处于 作为网络100—部分的至少一个其他节点的通信范围内。
如上所述， 一旦现有技术节点离开所有节点101的范围，该节点 将通过在通信范围内集中扫描节点，来开始搜索网络以便加入其中。 正因为如此，离开网络范围的大部分现有技术节点，由于将持续搜索 附近的网络以便加入其中，所以将耗尽大约数天的电池功率。为了解 决该问题，将发送指定消息("断开"消息)，其表示节点超出网络 100的范围，且不是网络100的一部分。为了节省电池功率，将随机发 送断开消息，但优选地不超过每IO秒一次。在发送该"断开"消息之 后，节点将监听来自范围之内的任何其他节点的响应。为了节约电池 功率，节点将在远短于帧长度的时间周期(优选地小于30ms)进行监 听。
连接至网络并接收该"断开"消息的节点，立即将"范围内"消 息直接发送至"断开"消息中所包括的MAC地址。该"范围内"消息 将触发断开节点切换至"连接"模式并且开始标准的关联处理。应该 注意的是，"断开"消息和"范围内"消息二者都包括被设计成符合 所使用的通信协议的标准消息传送。例如，对于使用IEEE802.15.4通 信系统协议的通信系统，"断开"和"范围内"消息二者都将包括帧 控制字段、序号字段、目的地和源PAN标识符字段，目的地和源地址
字段、有效负荷字段，和校验序列字段。为"断开"和"范围内"消 息指定该有效负荷字段，以便包含特定消息的信息。
图2是节点101的结构图，当从网络断开时，该节点101进入节
电模式。如图所示，节点101包括逻辑电路201、发射机203、接收机 205，以及时钟207。虽然能够预想逻辑电路201、发射机203和接收 机205的各种形式，但在本发明的优选实施例中，是由耦合至Motorola (摩托罗拉)的HC08 8位处理器201的Freescale (飞思卡尔)有限公 司的MC13192收发信机(发射机203和接收机205)形成节点101。
在操作期间，逻辑电路201通过周期性的苏醒和监听来自其他节 点的信标传输，确定其处于其他节点的范围之内(从而连接至网络 100)。以类似的方式，当与网络100关联时，逻辑电路将指示发射机 203周期性地向邻近节点广播信标。当没有收听到信标传输时，逻辑电 路201将假定节点101超出网络100的范围，并且开始随机发射"断 开"消、息。逻辑电路201将确定适当的时间来发射该"断开"消息， 并且将访问时钟207从而确定适当的时间。此外，逻辑电路201根据 系统的设计来确定发送"断开"消息的信道。例如，在为多信道设计 的系统中，特定控制信道用于该消息，并且被监视位于入口的信道的 节点用来检测断开节点。如果网络100使用用于传输的单个信道，则 断开节点将使用该信道发射"断开"消息。
一旦逻辑电路201指示发射机203发射"断开"消息，逻辑电路 201将访问接收机205,从而确定是否接收到"范围内"消息，如果没 接收到，则逻辑电路201将指示节点101内的所有部件进入节电模式， 并在指定的时间周期(例如，30秒)降低功耗。如同所讨论的那样， 节点101监听范围内消息的时间周期远短于帧长度，并且优选地小于 30毫秒。
图3的流程图表示超出网络范围的图2中的节点的操作。逻辑流
开始于步骤301，其中节点101操作为联网节点。在步骤303，逻辑电 路201确定节点101是否与网络断开。如上所述，通过确定接收机305 已无法收听到来自其他网络节点的信标(表示该节点处于所有其他联 网节点的通信范围之外)，来实现这一步。如果在步骤303确定节点 101超出网络范围，则逻辑流继续到步骤305，否则，该逻辑流返回步 骤301。在步骤305,逻辑电路201确定发射"断开"消息的时间。如 上所述，"断开"消息发射时间是随机时间，其优选地不少于传输之 间的10秒。
逻辑流继续到步骤307，其中发射机203发射"断开"消息。然 后，逻辑电路访问接收机205，以确定是否收听到"范围内"消息(步 骤309)。如上所述，在发送"断开"消息之后，接收机205将立即监 听表示该节点处于网络范围内的"范围内"消息。接收机205监听"范 围内"消息的时间周期远小于帧周期，且优选地小于30毫秒。
继续，如果在步骤309,确定已经监听到"范围内"消息，则逻 辑流继续至步骤315，其中由逻辑电路201实现一般的网络关联。然而， 如果确定并未监听到"范围内"消息，则逻辑流继续至步骤311，其中 确定发射"断开"消息的时间周期，且逻辑电路201指示节点101内 的所有部件降低功耗。如上所述，在随机时间周期，优选地不超过每 10秒一次发送断开消息。在步骤311，逻辑电路201指示节点101内 的组件增加功耗，且逻辑流返回至步骤307，其中再次发射"断开"消 息。
尽管参考特定实施例，特别示出并描述了本发明，本领域技术人 员可以理解的是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以在形式 和细节上做出各种改变。这样的改变旨在落入权利要求的范围之内。
权利要求
1. 一种用于操作超出网络范围的节点的方法，该方法包括步骤确定节点与网络断开；发出“断开”消息，该“断开”消息不与任何网络同步；在发送所述“断开”消息之后，立即在短于帧长度的时间周期内监听“范围内”消息，其中“断开”消息表示该节点处于网络范围内；当接收到“范围内”消息时，与网络关联；以及当未接收到“范围内”消息时，降低功耗。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中节点与网络断开的步骤包括 确定该节点超出所有其他联网的节点的通信范围的步骤。
3. 根据权利要求l所述的方法，其中发出"断开"消息的步骤包 括不超过每IO秒一次地发出该"断开"消息的步骤。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中发出"断开"消息的步骤包 括步骤以不超过每IO秒一次的随机时间周期发出该"断开"消息。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中监听"范围内"消息的步骤 包括在远小于帧周期的时间周期内进行监听的步骤。
6. —种装置，包括发射机，当节点与网络断开时，发出"断开"消息；接收机，用于在发送该"断开"消息之后立即监听"范围内"消息，其中"范围内"消息表示该节点处于网络范围内；逻辑电路，当接收到"范围内"消息时，与网络关联，而当未接收到"范围内"消息时，降低功耗。
7. 根据权利要求6所述的装置，其中当该节点超出所有其他联网 的节点的通信范围时，该节点与网络断开。
8. 根据权利要求6所述的装置，其中不超过每10秒一次地发出 该"断开"消息。
9. 根据权利要求8所述的装置，其中以不超过每10秒一次的随机时间周期发送该断开消息。
10. 根据权利要求9所述的装置，其中该接收机在远小于帧周期的时间周期内监听"范围内"消息。
全文摘要
这里提供了一种用于超出网络范围的节点(101)的节电方案。在操作期间，当节点确定其超出网络范围时，其将切换至操作的“断开”模式。在“断开”模式中，节点将以半随机的时间间隔发射消息(以避免一旦其返回范围中就连续干扰信标网络)，并且然后在较短的时间周期(远短于帧长度)切换至接收模式。所发射的消息将向接收该消息的任何节点通知此时发射节点从网络断开，并且该消息还包括断开节点的MAC地址。在短暂的接收周期之后，断开节点将进入睡眠模式。
文档编号H04L12/12GK101390334SQ200780006441
公开日2009年3月18日 申请日期2007年1月29日 优先权日2006年2月22日
发明者奥列格·安德里奇, 弗农·A·艾伦 申请人:摩托罗拉公司