在传感器网络中动态地配置节点行为的系统和方法

专利名称：在传感器网络中动态地配置节点行为的系统和方法
在传感器网络中动态地配置节点行为的系统和方法 关联申请的交叉引用
本申请要求2007年5月2日提交的题为"无线通信模块(Wireless Communication Modules)"的No. 60/915， 536美国临时专利申请的优先权，其 内容援引包含于此。本申请还要求2007年5月2日提交的题为"无线传感器 网络的节点(Nodes for Wireless Sensor Networks)"的No. 60/915， 552的美国临 时专利申请的优先权，其内容援引包含于此。本申请要求2007年5月2日 提交的题为"传感器网络(Sensor Networks)"的No. 60/915， 571的美国临时专 利申请的优先权，其内容援引包含于此。本申请要求2007年6月25日提交 的题为"传感器网络(Sensor Networks)"的No. 60/937， 031的美国临时专利 申请的优先权，其内容援引包含于此。本申请要求2007年8月2日提交的 题为"传感器网络(Sensor Networks)"的No. 60/953， 630的美国临时专利申 请的优先权，其内容援引包含于此。本申请要求2007年5月2日提交的题 为"无线通信的协议(Protocols for Wireless Communication)"的No. 60/915， 458 的美国临时专利申请的优先权，其内容援引包含于此。
关联技术
例如无线传感器网络(WSN)的传感器网络具有多个节点，在本文中称其为 "传感器节点"，这些节点监视用于感测各种事件的传感器。例如，传感器网 络可应用于工厂或其它制造设施以监视各种设备或系统的操作。仅作为示例， 传感器可检测电动机的温度，如果该温度超过规定阈值则提供警告，从而指示 正在发生过热情况。此外，可配置传感器网络以基于感测到的情况提供各种设 备的自动控制。例如，在传感器检测到电动机过热的前述例子中，可配置传感 器网络以使过热的电动机自动停机或采取一些其它的动作，例如向能够随后调 查过热情况的工作人员发送一警告消息。尽管传感器在监视和控制各种设备和/或系统时非常有用，但布置传感器 网络非常麻烦和高成本。事实上，传感器网络的功能经常是面向具体应用的， 以需要至少一定程度地定制设计传感器网络以实现其预期的使用。此外，对于 WSN，允许无线通信可能增加复杂和昂贵的附加层。就此而言，WSN有时布置在 嘈杂环境中，例在生产设施中，这要求非常强健的通信系统。另外，针对要求 的应用设计合适的传感器网络可能是困难、高成本和费时的。
附图简述
参考下列附图能更好地理解本公开。附图中的构件不一定相对彼此按比例 绘制，而是在阐述本公开的原理时突出重点。此外，相同附图标记在若干附图 中表示相应的部件。


图1是示出根据本发明示例性实施例的传感器网络的方框图。
图2是示出例如图1所示的示例性协调器节点的方框图。 图3示出例如图1所示的示例性协调器节点。 图4是示出例如图1所示的示例性主机的方框图。 图5是示出例如图2所示的示例性传感器网络接口的方框图。 图6示出例如图2所示的示例性传感器网络接口 。 图7是示出例如图1所示的示例性传感器节点的方框图。 图8是示出根据本公开的示例性实施例的网状网络的方框图。 图9是示出基于由传感器网络的节点感测出的参数的调用脚本的示例性 方法的流程图。
图IO是示出包含例如图1所示的示例性传感器网络的示例性通信系统的 方框图。
详细说明
本公布一般的涉及控制传感器网络的系统和方法。传感器网络具有多个传 感器节点，这些节点具有用于在专用系统中监视设备的工作参数的传感器。每 个节点配备无线通信模块以使该节点与网络的其它节点无线通信。用户定义各 脚本以控制一个或多个节点的动作，且网络适当地将这些脚本分发给各节点，从而实现由脚本定义的行为。因此，用户能方便和动态地配置或重新配置任何 节点的行为而不必物理访问正处于配置或重新配置的节点。
图1示出根据本发明示例性实施例的利用传感器网络20的系统15。如图
l所示，网络20具有多个节点25，在本文中称其为"传感器节点"，这些节 点25具有感测各种参数和事件的传感器27。在一个示例性实施例中，每个传 感器27耦合于设备31并感测其工作参数。仅作为示例，网络20可监视生产 设施的操作，而传感器27可监视生产设施中的设备的工作参数。例如，传感 器27中的一个可感测电动机的温度，如上面在关联技术章节中所述。另一传 感器27可检测门何时打开。在其它例子中，可由传感器27感测各类其它参数 和/或事件。注意，为简单起见，图1示出三个节点25、 33，但网络20在其它 实施例中可具有任何数量的节点25、 33。美国临时申请No. 60/915， 552描述 了可由任一节点25、 33利用的多种示例性节点配置。美国临时申请No. 60/937, 031中描述了示例性传感器网络及其组件。
在本文中称其为"协调器节点"的网络20的至少一个节点33负责协调和 /或控制网络20的各个方面。作为示例，使协调器节点33配置成从传感器节点 25接收数据，在本文中称其为"传感器数据"。该数据指示已由节点25的传 感器27感测出的事件。协调器节点33判断(如果有的话)将要采取哪些动作以 响应每个感测的事件并随后调整这些动作。例如，协调器33可将指令发送给 任意传感器节点25以响应已由任何传感器节点25感测到的事件而执行特定动 作。仅作为示例，可配置协调器节点33使其指示传感器节点25中之一响应例 如温度超过阈值或门打开的具体事件而启动继电器(未示出)。在一个例子中， 继电器可耦合于响应事件停机或以其它方式受控的电动机。在另一例子中，继 电器可耦合于光源并当传感器节点25中之一检测到开门时启动光源。响应感 测事件的各其它类型的感测事件和动作在其它例子中是可行的。
在图1所示的实施例中，协调器节点33耦合于主机36。主机36基于网 络20的使用意图配置协调器节点33。就此而言，主机36具有如下文中详细描 述的多种用户接口，这些接口允许用户提供输入和接收输出。因此，用户能通 过主机36与协调器节点33通信，尽管在其它实施例中用户可直接提供输入至 或直接接收输出自协调器节点33。实际上，可使协调器节点33配备用户输入和/或输出设备以使主机36的布置变得不必要。
一旦己针对其预期的应用对协调器节点33进行配置，就可将主机36从网 络20移走。作为代替，主机36可保持与协调器节点33通信以从协调器节点 33接收例如感测到的参数的各种信息，由此使用户通过主机36监视网络20 和/或设备31。此外，用户可使用主机36以提供各种控制输入。例如，不是协 调器节点33响应温度读数使电动机停机，如上文中通过至少一个示例所述那 样，协调器节点33可通过主机36将关于温度读数的信息提供给用户。用户随 后确定是否使电动机停机，如果是，则提供输入以使协调器节点33协调由用 户规定的动作。
在一个示例性实施例中，网络20的节点之间的通信是无线的，例如，射 频(RF)。在其它实施例中，通信可发生在物理介质上而不是无线的，并且其它 频率范围也是可行的。如图1所示，协调器节点33可通过一个或多个转发器 39与任意传感器节点25通信。就此而言，转发器39可从传感器节点25或协 调器节点33接收信号并再产生信号以使该信号能够传输比没有转发器39更远 的距离。任何传感器节点25同样可再产生信号并因此执行上述转发器39的功 能。例如，传感器节点25中之一可再产生和发送从另一传感器节点25或转发 器39接收到的信号。同样，可在最终由目的传感器节点25接收前通过传感器 节点25或转发器39接收和再产生由协调器节点33发送的信号。此外，任何 信号可在由其计划的最后目的节点接收前再产生多次。
注意，每个节点25、 33与一个标识符关联，标识符从网络20的其它节点 中唯一地标识出该节点。去往节点的任何信号较佳地包括节点的唯一标识符， 以使接收到信号的任意节点可确定那里是否为信号的目的地。如果是目的地， 则节点正确地对信号作出应答。例如，如果标识一特定传感器节点25的消息 定义执行动作的命令，则一旦接收到该信号，就使所标识的节点25配置成基 于信号的节点标识符进一步处理信号并随后执行所命令的动作。
在一个示例性实施例中，每个传感器节点25在上电时向协调器节点33作 出登记。例如， 一旦上电，则传感器节点25广播一消息，该消息指示正在搜 索网络以便加入。响应该消息，协调器节点33存储指示节点25现在是网络20 的一部分的数据，并将回应消息发送给该节点25。协调器节点33也可发送命令和/或数据以允许任意传感器节点25执行所要求的功能，例如通过传感器27 监视各类事件，或如协调器节点33指令的那样或以其它方式采取各种动作。 图2示出根据本公开的示例性实施例的协调器节点33。如图2所示，节点33 具有一般用来控制节点33的操作的协调逻辑52。可以软件、固件、硬件或其 任意组合来实现协调逻辑52。在图2所示的示例性实施例中，以软件实现协调 逻辑52，并存储在存储器55中。
注意，当以软件实现协调逻辑52时，可在任意计算机可读介质上存储和 转移协调逻辑52，以供能够取指令和执行指令的指令执行装置使用或与之结合 地使用。在本文档的情况下，"计算机可读介质"可以是能够包含、存储、通 信、传播或转移由指令执行装置使用或与其结合使用的程序的任何装置。
通过图2描述的协调器节点33的示例性实施例包括至少一个传统处理元 件63，例如数字信号处理器(DSP)或中央处理单元(CPU)，该元件63通过本地 接口 66与节点33中的其它元件通信以及驱动节点33中的其它元件，接口 66 可包括至少一条总线。此外，例如通用串行总线(USB)端口或RS-232端口的数 据接口 67允许与外部设备交换数据。例如，图1的主机36可耦合于数据接口 67以与协调逻辑52通信。
协调器节点33还具有允许协调逻辑52与传感器节点25通信的传感器网 络接口69。在至少一个示例性实施例中，使接口 69配置成传递无线信号，然 而在其它实施例中，节点之间的通信可发生在物理介质上。在至少一个实施例 中，传感器网络接口 69传递无线RF信号，并为简单起见，在下文中称其为 "RF引擎"。然而，在其它实施例中，其它类型的通信设备可用来充当接口 69。
另外，广域网(WAN)接口 72允许协调逻辑52与例如因特网的WAN(图1 和图2中未示出)进行通信。例如，WAN接口 72可包括电缆或数字订户线(DSL) 调制解调器或平常用来与WAN进行通信的其它类型设备。注意，WAN接口 72是可选的，并且如果需要可将其省去。另外，WAN接口 72可耦合于网络 20例如主机36的其它组件，以在WAN和传感器网络20之间实现通信。
在至少一个示例性实施例中，如图2所示，协调器节点33的组件位于至 少一块印刷电路板(PCB)75上。图3描述根据本公开的示例性实施例的协调器节点33。在图2所示实施例中，节点33具有RS-232端口 83和USB端口 85 以通过这些端口83、 85中的任一个与协调逻辑52通信。此外，如果需要，节 点33具有能耦合于传感器(未示岀)的多个模拟输入/输出(I/0)端口 88。就此而 言，与任一传感器节点25相同，协调器节点33可接收信息和/或控制传感器。 在图3所示实施例中，每个端口 88具有能够向下拧紧以固定插入到端口 88的 导线(未示出)的螺钉。然而，在其它实施例中可使用其它类型的I/0端口。
节点33还包括允许用户提供手动输入(例如重置或开/关)的按钮92。另外， 节点33具有电池安装座94，在其上安装有一个或多个电池(未示出)。在图3 所示实施例中， 一对AA电池96可附连于安装座94并用来向节点33的电路 97供电。在其它实施例中，可使用其它数目和/或类型的电池。另外，可通过 其它类型的电源向任意组件供电。仅作为示例，节点33可电耦合于电源插座(未 示出)并从该插座接受电力。
在至少一个示例性实施例中，在与图3所示PCB75分离的PCB上布置RF 引擎69。在图3所示的实施例中，PCB75具有多个母引脚接头99，用来接纳 和电连接于RF引擎PCB(图3中未示出)的引脚。将在下文中更为详细地说明 RF引擎69。
PCB75具有可沿缝103拆下的凸片101。如果RF引擎69的PCB上安装 有天线，则可能要求拆下凸片101以尝试减小对通过该天线传递的信号的干扰。
如图2所示，可通过一个或多个脚本111实现协调器节点33的一部分逻 辑，这些脚本lll是多组可不经编辑运行的用户定义的可执行代码。此外，在 存储器55中存储本文中称为"事件数据"的数据112。脚本111用来控制传感 器节点25，而事件数据112指示响应哪些事件调用哪些脚本111。例如，其中 一个脚本lll可用来应答某一特定事件。就此而言， 一旦事件发生，协调逻辑 52可调用脚本111，该脚本随后使一个或多个动作响应事件而发生。
仅作为示例，假设当同一节点25的传感器27检测到温度高于阈值时要求 耦合于传感器节点25之一的电动机停机。在该例中，传感器节点25可配置成 当传感器27检测到温度高于阈值时发送通知消息。协调器节点33可通过RF 引擎69接收消息，并随后分析事件数据112以确定响应检测到的事件调用哪 个脚本lll。调用的脚本lll则生成用于使电动机停机的命令，该命令通过协
9调器节点33的RF引擎69发送。前述传感器节点25可接收该命令，并作为响 应，使电动机停机。在其它示例中，其它动作和事件是可能的。
在一个示例性实施例中，通过主机36将脚本111下载至协调器节点33(图 1)。图4示出根据本公开示例性实施例的主机36。如图4所示，节点33具有 总体控制主机36操作的主机逻辑141。主机逻辑141可用软件、固件、硬件或 其任意组合来实现。在图4所示的示例性实施例中，以软件实现主机逻辑141 并存储在存储器145中。注意，主机逻辑141在以软件实现时，可在任何计算 机可读介质上存储和转移以供能够取指令和执行指令的指令执行装置使用或 与之结合地使用。
图4所示的主机36的示例性实施例包括至少一个传统处理元件153，例 如数字信号处理(DSP)或中央处理单元(CPU)，该传统处理元件153通过逻辑接 口 156与主机36中的其它部件通信并将其驱动，逻辑接口 156可包括至少一 条总线。此外，例如通用串行总线(USB)端口或RS232端口的数据接口 163允 许与外部设备交换数据。例如，数据接口 163可耦合于数据接口 67(图2)以允 许在节点33的协调逻辑52和主机逻辑141之间实现通信。
此外，例如键盘或鼠标的输入设备172可用来从例如打印机或监视器的主 机36和显示设备175的用户输入数据，可用来将数据输出给用户。任何已知 或未来研发的计算机，例如台式机、膝上计算机或个人数字助理(PDA)可用来 实现主机36。另外，可使主机36和协调器节点33通过无线信号通信或在物理 介质上通信。
在至少一个示例性实施例中，主机36通过AT消息与协调器节点33通信， 而用户可使用主机36以配置主机逻辑141以及协调器141具体如何对各类事 件作出应答。例如，用户可下载脚本1U(图2)，当执行该脚本lll时，使协调 器节点33控制网络20的一个方面，例如响应某一事件釆取一些动作。用户也 可规定何时执行脚本111。例如，用户可输入数据，该数据指示当发生例如传 感器27感测到特定温度或其它参数的事件时执行所下载的脚本111。该数据作 为事件数据112存储在存储器55(图2)中。就此而言，事件数据112使脚本111 关联于各类事件。因此，当协调逻辑52从传感器节点25接收到具体事件已发 生的消息时，协调逻辑52分析数据112以确定哪个脚本111关联于检测到的事件。逻辑52随后调用关联的脚本111，该脚本111使协调器节点33执行一 些动作，例如指示传感器节点25执行一具体动作。
图5示出根据本公开示例性实施例的RF引擎69。如图5所示，RF引擎 69具有一般控制RF引擎69的操作的通信逻辑202。可以软件、固件、硬件或 其任意组合来实现通信逻辑202。在图5所示的示例性实施例中，以软件实现 通信逻辑202并存储在存储器105中。注意，以软件实现的通信逻辑202可在 任意计算机可读介质上存储和转移，以供能够取指令和执行指令的指令执行装 置使用或与之结合地使用。
图5所示RF引擎69的示例性实施例包括至少一个传统处理元件213，例 如数字信号处理器(DSP)或中央处理单元(CPU)，该元件213通过本地接口 216 与RF引擎69中的其它元件通信和驱动RF引擎69中的其它元件，接口 216 可包括至少一条总线。此外，例如多个I/O引脚的数据接口 223允许与位于 PCB75上的协调器节点33的组件(图2)交换数据。收发机225配置成与传感器 节点25通信。在至少一个示例性实施例中，收发机225配置成传递无线RF 信号，尽管在其它实施例中收发机可在物理介质和/或其它频率范围内的信号上 进行通信。在至少一个示例性实施例中，RF引擎69的组件位于PCB233上， PCB233通过数据接口 223插入图2的PCB75。图6示出根据本公开的示例性 实施例的RF引擎69。如图6所示，RF引擎69具有可连接于图3所示母接头 99的多个导电1/0引脚242。通过将引脚242插入母接头99， RF引擎69的电 路243电连接于位于PCB75上的电路97(图3)。
图6还示出用于与传感器节点25无线通信的天线249。当RF引擎69通 过将引脚242插入母接头99而安装在PCB75上时，如果凸片101尚未拆下， 则天线249面向凸片101。然而如上面提到的，拆下凸片101将帮助提高通过 天线249发送和/或接收的信号的质量。图6示出通常被称为"F天线"的天线 249，但在其它实施例中可采用其它类型的天线。在美国临时专利申请 No.60/915， 536以及2008年5月2日提交的题为"无线通信模块(Wireless Communication Modules)"的共同转让的美国专利申请No. 12/114, 546中更详 细地描述示例性RF引擎69的实施例，这些文献援引包含于此。
RF引擎69配置成允许与传感器网络20的其它节点通信。因此，如果协调逻辑52要将消息发送至任意传感器节点25，协调逻辑52向RF引擎69提供足 够的信息以定义该消息，而RF引擎69将该消息以无线方式发送至传感器节点 25。此外，RF引擎69可实现一种协议，该协议通过使用确认和其它状态消息而
确保消息的可靠接收。
在至少一个示例性实施例中，协调逻辑52配置成通过AT消息与RF引擎69
通信，就像能由用户使用以在主机36和节点33之间通信的AT消息一样。此外， 按Python编程语言来写脚本111。在另一实施例中，可使用其它类型的消 息送和编程语言。
如图5所示，通信逻辑202包括协议堆栈266，该协议堆栈266根据由 堆栈266执行的无线通信协议将接收自协调逻辑52的AT消息转换成无线 信号。于2007年5月2日提交的题为"无线通信的协议(Protocols for Wireless Communication)"的美国临时专利申请No. 60/915,458中更详细地描述示 例性协议记载，该文献援引包含于此。另外，通过RF引擎69接收的无线 信号通过协议堆栈266转换成协调逻辑52的AT消息。
图7示出根据本公开的示例性实施例的传感器节点25。如图7所示，节点 5具有一般控制节点25的操作的传感器控制逻辑311。可以软件、固件、硬件或 其任意组合来实现传感器控制逻辑311。在图7所示示例性实施例中，以软件实 现传感器控制逻辑311并存储在存储器314中。注意，传感器控制逻辑311在以 软件实现时可在任意计算机可读介质上存储和转移，以供能够取指令和执行指 令的指令执行装置使用或与之结合地使用。
图7所示的传感器节点25的示例性实施例包括至少一个传统的处理元件 323，例如数字信号处理器(DSP)或中央处理单元(CPU)，该元件323通过本地 接口 326与通信并驱动节点25中的其它元件，接口 326可包括至少一条总线。 此外，例如USB端口或RS-232端口的数据接口 329允许与外部设备交换数据。 传感器节点25也可具有允许传感器控制逻辑311与例如协调器节点33的其它节 点通信的传感器网络接口 334。在一个示例性实施例中，接口 334被配置成用于 无线信号的通信，但在其它实施例中通信可发生在物理介质上。在至少一个实施 例中，传感器网络接口 334传递无线RF信号，并为简单起见，在下文中称其为 "RF引擎"。然而，在其它实施例中，可使用其它类型的通信设备来实现接口334。
另外，如同协调器节点33，图7的传感器节点25包括其上载有节点25的 组件的PCB337。传感器节点25的硬件组件可相似或类似于协调器节点33的硬 件组件。另外，在至少一个示例性实施例中，任意节点的硬件组件可与任意其它 节点互换地使用。然而，存储在节点25、 33中的软件和/或数据可唯一地修改以 适应预期的节点功能。
传感器节点25的RF引擎334可类似于协调器节点33的RF引擎69。另外， 本文描述的任何RF引擎可与节点24、 33中任意一个互换地使用。当RF引擎69、 334安装在节点上时，这种RF引擎实现节点的无线通信。
如此，RF引擎334具有协议堆栈，该协议堆栈执行的协议与由图5所示RF 引擎69的协议堆栈266所执行的相同。因此，每个节点25、 33使用与其它节点 相同的无线通信协议。此外，与RF引擎69与协调逻辑52通信的方式相同，传 感器节点25的RF引擎334通过发AT消息与传感器控制逻辑311通信，而在其 它实施例中可用其它种类的消息发送。
注意，至少在某种程度上，由协调器节点33配置成任何一个传感器节点25。 就此而言，协调器节点33可发送由传感器节点25使用以控制该节点25操作的 脚本和/或数据。仅作为一个例子，传感器节点25中之一可配置成从传感器27 接收读数并将该读数与阈值比较。如果读数超过阈值，则传感器控制逻辑311 配置成将通知发送至协调器节点33。然而，无需在传感器节点25加入网络20 前定义该阈值。就此而言， 一旦节点25加入网络20，协调器节点33可将信息 送至传感器节点25，该信息向节点25指示要监视来自其传感器27的读数，如 上所述那样。该信息可包括用来触发至协调器节点33的通知消息的阀值。在其 它例子中，其它种类的用来配置和/或控制传感器节点25的技术是可行的。
例如，在至少一个示例性实施例中，协调器节点33以无线方式将脚本发送 给传感器节点25以配置传感器节点25执行要求的功能。仅作为示例，假设要求 特定节点25监视来自传感器27的读数，并当来自传感器27的当前读数超过阈 值时，将通知发送给协调器节点33。在该例中，用户可通过主机36下载脚本， 当由传感器节点25执行该脚本时，使其监视来自传感器27的读数并发送当前读 数是否超过阈值的通知。协调器节点33接收来自主机36的脚本并通过协调器节点33的RF引擎69以无线方式将脚本发送至传感器节点25。传感器节点25的 RF引擎334(图7)接收该脚本，并且传感器控制逻辑311将脚本存储在存储器314 中。逻辑311随后调用脚本，如果来自传感器27的读数超过阈值，则脚本使传 感器节点25向协调器节点33发送通知。在其它实施例中，用于执行其它功能的 脚本可以无线方式发送给任意传感器节点25。例如，不是将通知传给协调器节 点33，而是脚本使传感器节点25采取某些动作，例如控制由传感器27监视的 设备31的工作状态。
可以发现，脚本的使用可实现从例如主机36或协调器节点33或其它的中 央位置动态配置网络20的行为。例如，为使任意节点25、 33执行新功能，用户 可定义至少一个新脚本，该新脚本用来使节点25、 33执行一个功能，即在该脚 本介入前，节点25、 33无法执行。如此，可动态地改变节点25、 33的行为。此 外，由于脚本可逐节点地在网络20上一个节点一个节点地传播，因此用户无需 物理地访问动作正被修正的节点。相反，用户可在中央位置或以其它方式下载脚 本，并且该脚本可根据需要与网络20上的任意节点25、 33通信。
为了更好地阐述前面的内容，假设传感器节点25中的一个耦合于传感器27 以监视电动机的温度。此外假设该节点25的传感器控制逻辑311 (图8)最初被配 置成监视所感测到的温度并当感测到高于阈值"TH/'的温度时报告给协调器节 点33。当协调器节点33接收到指示已超过TH,的消息时，协调器节点33将一命 令发送给节点25，该命令指示节点25通过启动继电器而使电动机停机。还假设 电动机靠近也耦合于前述传感器节点25的风扇。在某种程度上，用户可确定在 电动机的温度达到TH，前可能要求启动风扇以尝试冷却电动机并减小实际达到 T&的可能性。在该例中，用户可从中央位置或以其它方式重新配置系统20以使 其行为如要求那样，而不必物理地访问耦合于风扇的节点25。有多种方法来实 现前述内容。
在一个示例中，用户通过主机36将本文中被称为"新脚本"的一个或多个 脚本下载至协调器节点33。新脚本中的至少一个使协调器节点33与耦合于电动 机和风扇的传感器节点25通信并当超过新阈值"TH2"时指示传感器节点25通 知协调器节点33，其中TH"j、于TH1D至少一个新脚本也使协调器节点33更新事 件数据112(图2)以指示将要响应来自节点25指示已超过TH2的消息而调用其中一个新的脚本。
注意，可以多种方式配置传感器节点25以当超过IU时通知协调器节点33。 例如，在一个示例性实施例中，定义传感器控制逻辑311监视的阈值的数据被存 储于存储器314。如果感测到的温度超过这些阈值中的任意一个，则配置传感器 控制逻辑311以通知协调器节点33。另外，响应来自包括TH2的协调器节点33 的命令，传感器控制逻辑311 (图8)被配置成将TH2添加至存储于传感器节点25 的阈值的列表。因此，通过将感测到的温度与更新的阈值列表比较，传感器控制 逻辑311确定当超过TH2时要给协调器节点33发送通知消息。在其它示例中， 可使用其它技术来确定何时将通知消息发送给协调器节点33。
另外，当TH2超过节点25处的感测温度时，节点25发送指示该事件的消息， 并且协调逻辑52响应该消息检查事件数据112。基于事件数据112，协调逻辑 52调用由数据112针对该事件标识的新脚本，且该新脚本在调用时使节点33将 指示该节点25启动风扇的消息发送给传感器25。作为响应，传感器节点25启 动风扇而有可能防止达到Tft，并因此可能防止电动机停机。
可以发现，通过定义一个或多个新脚本并将这些脚本输入系统20而不物理 地访问实际启动风扇的节点25，可实现当前例子中的新功能(例如当超过TH2时 启动风扇)。通过相似的技术，可从中央位置或以其它方式动态地改变系统20 中任何节点25、 33的行为，而不必人工地访问所改变的每个节点25、 33。
注意，如果需要，至少一些脚本可发送给传感器节点25并在传感器节点25 上运行。例如，考虑当电动机温度超过TH2时启动耦合于传感器节点25的风扇 的前述例子。除了在协调器节点33运行一个或多个新脚本外，协调逻辑52可配 置成通过RF引擎69将一个或多个新脚本发送到节点25，这些节点的行为基于 新脚本而改变。这些脚本可存储于传感器节点25。
在该例中，新脚本中的至少一个在执行时可使传感器控制逻辑311(图7)开 始监视感测到的温度以感测其何时超过TH2。例如，定义传感器控制逻辑311监 视的阈值的数据可存储于存储器314中，并且新脚本中的至少一个可将TH2添加 至该阈值的列表。因此，传感器控制逻辑311知道当超过TH2时要执行一些动作。 此外，类似于存储在协调器节点33中的事件数据112(图2)，可将事件数据存储 在节点25中。这些数据可指示将要响应例如超过阈值的事件执行什么动作。该数据可由一个或多个新脚本更新以指示如果超过TH2则调用新脚本中的至少一
个。因此，当传感器控制逻辑311检测到已超过TH2时，逻辑311调用新脚本中 的至少一个，该脚本使节点25启动风扇。图9示出基于由传感器网络的节点感 测到的参数调用脚本的示例性方法。以上述示例为背景而描述该方法，其中在下 文中被称为"风扇启动脚本"的用于启动风扇的脚本被存储和运行在传感器节点 25上。注意图9所示方法的节点也可用于其它例子中。
参照图9，节点的传感器27感测所监视的设备31的工作参数，如方框412 所示。在本例中，传感器27感测出设备的温度。如方框415所示，节点的传感 器控制逻辑311将感测出的参数与节点的事件数据比较。在本例中，逻辑311 将感测出的参数与通过存储在节点25的事件数据定义的IU和TH2比较。如方框 417所示，逻辑311确定是否基于方框415中执行的比较而调用风扇启动脚本。 就此而言，如果感测出的温度高于TH2并低于TH"则逻辑311在方框421调用 风扇启动脚本。在传感器节点25上(例如在处理元件323上)运行风扇启动脚本 使节点25启动风扇。
如上所述，可以许多不同的方法动态地改变系统20的行为以添加新功能或 改变旧功能。事实上，系统20可以当最初创建系统20时原始设计者或管理者甚 至从未考虑过的方式变化。此外，尽管可通过物理地访问节点并重新配置节点(例 如将新代码输入节点)来改变任何节点25、 33的行为，系统20允许用户通过写 入和下载可根据要求分配给任何节点25、 33的新脚本而从例如主机36或协调器 节点33的远程位置远程地改变任意节点25、 33的配置。
注意，用于控制传感器节点25的操作的脚本和/或其它数据可直接输入到协 调器节点33的RF引擎69，而不是通过RS-232端口 83、 USB端口 85或直接安 装在PCB75上的其它接口输入。就此而言，RF引擎69可具有RS232端口或直接 安装在PCB233 (图5)上以使直接安装在PCB75上的接口的使用变得不必要的其它 类型接口。
另外，在上述各例中，脚本被表述为实现和/或执行阈值检査和各种其它简 单的操作，例如控制风扇的启动状态。然而，在其它例子中脚本可实现和/或执 行复杂的功能。事实上，脚本一般可包括if-then-else条款、for-next构造、 do-while循环和/或各种其它构造或程序语句。另外，本文中描述的任何脚本可
16用来实现和/或执行特定场合所要求的任何类型功能。此外，本文中描述的技术 可用于各种类型的网络，例如星形网和网状网。
事实上，图8示出实现为网状网的示例性传感器网络120的系统115。就此
而言，主机36可与网络120的任意传感器节点25连接以监视或改变网络120 的配置。例如，假设主机36与下文中被称为"接口的节点"的传感器节点25 中的一个接口。主机36可将脚本直接下载至接口节点25以影响该节点25的行 为。另外，主机36可指令接口的节点向另一节点25传播脚本以改变该另一节点 25的行为。因此，任何传感器节点25可配置成对图1的协调器节点33执行上 述功能中的至少一些。
在一个示例性实施例中，每个传感器节点25的传感器网络接口 334 (图7) 具有虚拟机(未具体示出)，它是字节码解释程序。此外，在节点的虚拟机上运行 前以不需要翻译的格式发送发送给传感器节点25的脚本。另外，任何节点25 可使用远程规程调用(RPC)调用任何其它节点25上的脚本并使这些其它节点25 运行被调用的脚本。在其它实施例中，用于通信、调用和运行脚本的其它技术也 是可行的。
当传感器节点25监控来自传感器27的读数时，传感器节点25可配置成以 多种方式通知协调器节点33某些事件的发生。例如，可使传感器节点25配置成 周期地发送来自传感器27的读数，而协调器节点33可配置成分析这些读数以确 定是否应当采取任何动作。然而，在一些例子中，在监视传感器27时，可能要 求传感器节点25仅当来自传感器27的当前读数超过或低于某一阈值时才发送通 知。在该例中，在监视传感器27时，传感器节点25被配置成只有如果当前传感 器读数超过或低于规定的阈值才发送通知。由于协调器节点33的传输能力有限， 因此这种监视技术有助于减少网络20上的话务并有助于节省传感器节点25的功率。
通过对脚本111使用例如发AT消息的公知的发消息方案以及例如Python 的编程语言，可使至少一些用户能配置传感器网络20而并非一定要知晓新 的通信协议或编程语言。实际上，由于消息转换成协议和自该协议转换成 消息是由堆栈266自动执行的，因此用户可配置传感器网络20而无需对由 协议堆栈226实现的无线协议有深入的了解。此外，任何这样的用户无需设计在节点25之间发生的无线通信的许多方面，由此大为简化可靠传感器
网络25的设计和安装。
如上所述，在至少一些实施例中，传感器网络20耦合于例如因特网的WAN 并与之通信。就此而言，在至少一个实施例中，协调器节点33具有允许与WAN 通信的WAN接口 72。在其它实施例中，WAN接口 72可耦合于传感器网络20的其 它组件。
图10示出通信系统371的示例性实施例，其中例如因特网的WAN374耦合 于协调器节点33。协调器节点33具有帮助保护传感器网络20和尤其，耦合于 WAN 374的节点33，不受安全威胁的防火墙382。就此而言，防火墙382可过滤 从WAN374接收到的消息以滤除病毒和/或防止有害或不良的消息到达协调器节 点33。另外，防火墙382可配置成限制对协调器节点33的访问以试图防止未经 授权的第三方访问节点33和/或网络20的其它组件。如图2所示，以软件实现 防火墙382，尽管在其它实施例中可以硬件、固件或硬件、固件和软件的任意组 合来实现这种组件。防火墙在本领域内是公知的，因此为了简明起见，在此不再 予以更为详细的说明。然而，任何已知或未来开发的防火墙可用来保护网络20 的组件。
在网络20远端的用户可使用远程通信设备392发现网络20或网络20的任 何组件的状态，假设向该用户授予访问网络20的权利。例如，用户可使用远程 通信设备392以通过WAN374将消息送往请求关于网络20的各种状态信息的节点 33。然而，防火墙382可能在访问网络20时产生一些困难，尤其是如果防火墙 382不可识别该通信设备392 (例如之前从未通过防火墙382进行通信)。因此， 为了减轻通过防火墙382通信的问题，采用服务器395以充当通信设备392和网 络20之间的媒介。
服务器395存储能用来认证经授权以访问网络20的用户的信息。此外，服 务器395存储将每个经授权用户关联于网络20的IP地址的信息。另外，协调器 节点33的协调逻辑52 (图2)被配置成建立与服务器395的永久性连接。就此而 言，协调逻辑52配置成通过以服务器395为目的地发送消息而发起与服务器395 通信。由于已由节点33发起通信，防火墙382配置成识别与来自经授权的用户 或站点具有相同地址(g卩服务器395的地址)的消息。因此，防火墙382不试图阻拦来自服务器395的任何这种消息。然而，服务器395不应答由节点33发起的 消息，而是抑制应答直到服务器395从经授权的用户接收到访问网络20的请求 为止。
就此而言，当用户想要访问网络20时，用户将消息通过通信设备392和WAN 374发送给服务器395。该消息包括充分的信息(例如用户名、口令等)以允许服 务器395对用户进行验证。如果用户通过验证，则服务器395使用之前由节点 33建立的永久性连接与网络20通信。就此而言，服务器395通过之前由节点33 建立的永久性连接将来自用户的任何请求发送至网络20。由于防火墙382认得 这些消息中的服务器地址，因此防火墙382不阻拦从该服务器395发来的消息。 响应这些请求返回给服务器的任何数据由服务器395发送至通信设备392。因此， 设备392的用户能访问网络20以改变网络20的配置或发现关于网络20的状态 信息，而没有防火墙382产生的干扰或妨碍。
权利要求
1.一种无线传感器网络，包括第一节点，其配置成接收定义所述网络的新行为的第一脚本，所述第一节点配置成通过所述网络以无线方式发送所述第一脚本；以及多个传感器节点，每个所述传感器节点具有用于检测设备的工作参数的传感器，其中所述传感器节点中的一个被配置成接收所述第一脚本并存储指示何时调用所述第一脚本的事件数据，所述一个传感器节点配置成执行事件数据与来自所述一个传感器节点的传感器的传感器数据之间的比较并基于所述比较调用所述第一脚本，由此执行所述新行为。
2. 如权利要求1所述的网络，其特征在于，在所述一个传感器节点上运 行所述第一脚本致使所述一个传感器节点控制由所述一个传感器节点的所述 传感器监视的设备的工作状态。
3. 如权利要求1所述的网络，其特征在于，所述事件数据包括阈值，且 所述比较是基于所述阈值的。
4. 如权利要求1所述的网络，其特征在于，在所述一个传感器节点上运 行所述第一脚本致使所述一个传感器节点以无线方式将通知发送给所述第一 节点。
5. 如权利要求1所述的网络，其特征在于，所述第一节点被配置成接收 第二脚本并以无线方式将所述第二脚本发送给所述一个传感器节点，且其中所 述一个传感器节点通过运行所述第二脚本而更新所述事件数据。
6. —种动态地改变无线传感器网络的节点行为的方法，包括步骤 提供多个传感器节点，每个所述传感器节点具有传感器； 在所述多个传感器节点中的一个处接收来自所述网络的另一节点的第一脚本，所述第一脚本定义所述一个传感器节点的新行为； 存储指示因其调用所述第一脚本的事件的事件数据； 接收来自所述一个传感器节点的传感器的传感器数据； 将所述传感器数据与所述事件数据进行比较；以及基于所述比较步骤调用所述第一脚本，以使所述一个传感器节点实现所述新行为。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述传感器数据指示设备的工作参数，且其中所述方法还包括基于所调用的第一脚本控制所述设备的工作 状态的步骤。
8. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述事件数据包括阈值，且 其中所述比较步骤包括将所述事件数据与所述阈值进行比较的步骤。
9. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括基于所调用的第一脚 本通过所述网络发送通知的步骤。
10. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括步骤 接收第二脚本；以及基于所述第二脚本更新所述事件数据。
全文摘要
本公布一般涉及控制传感器网络的系统和方法。传感器网络具有多个传感器节点，这些节点具有监视专用系统中的设备的工作参数的传感器。每个节点配有无线通信模块以允许该节点以无线方式与网络的其它节点通信。用户定义各种脚本以控制一个或多个节点的行为，并且网络将脚本适当地分配给各节点，由此实现由脚本定义的行为。因此，用户可容易和动态地配置或重新配置任意节点的行为，而不必物理地访问正在配置和重新配置的节点。
文档编号H04L12/28GK101682528SQ200880019070
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月2日 优先权日2007年5月2日
发明者D·尤因, G·谢尔顿, R·马丁代尔, T·菲利普斯 申请人:西纳普斯无线股份有限公司