网状网格中的协调工作循环指派的制作方法
本发明总体涉及无线通信网络，具体涉及在网状网络中的节点的工作循环(dutycycle)。
背景技术：
低功率无线通信技术使用网状网络拓扑来增加其覆盖和灵活性。这种技术要求网状网络的节点充当分组或消息的转发者。结果，来自源的分组可能通过均接收并重传分组的若干其他节点到达其目的地。
一种执行重传的简单直接的方法是每个接收传输的节点广播分组，但限制传输次数以避免具有无限重传的循环。这种称为泛洪的技术在计算机联网中被广泛使用，并且已经被提出以支持用于无线解决方案的网状联网，例如用于
在此认识到，泛洪的缺点是：对于通过网络传播的分组而言，节点必须是清醒的并准备好进行接收和发送。这可能需要高工作循环，其会耗尽低功率器件的电池。另一个缺点是：当许多设备同时广播时，发生分组冲突和丢失的可能性较高。传输调度可以帮助解决这个问题，但是它降低了网络的灵活性，并且需要扩散和存储附加的同步信息。
此外，泛洪被设计为在网络中的所有节点上扩散信息。当被用作点对点通信的手段时，网络很快被过度利用，因为少量的中继可能就足以保证信息被正确接收。
路由传输是通过多跳网络传递分组的另一种方式。路由传输意味着节点之间沿着从源到目的地的路由的单播传输。因此，路由传输要求源节点能够找到去往目的节点的路由，根据一些度量和条件来选择路由之一，并且将路由信息封装到分组中(指定路由上的每个节点或者使用寻址系统)。然而，在此认识到，在存储器和处理能力方面路由传输挑战了节点的硬件。为了定义路由和判断路由性能，有必要获得、扩散和更新与网络中的节点有关的信息。这使得路由传输变得复杂，并且路由传输对于低功率网状网络而言并不总是实用的解决方案。
技术实现要素：
本发明的实施例包括用于优化和协调网状网络中的节点的工作循环的装置和方法。节点的工作循环是通过节点的清醒时段和休眠时段来定义的周期。节点只有在清醒时才能发送和接收分组，且节点在休眠时关闭其无线电收发机，以降低能耗。节点的工作循环可以用两个参数来表征：工作循环周期，其指示设备的连续唤醒实例之间的时间间隔；以及，工作循环百分比，其指示在工作循环周期期间设备清醒的时间百分比。
与传统的泛洪或通过网状网络扩散消息的方法相反，本文描述的实施例可用于最小化节点的能量消耗，同时预期消息将以预定的成功概率到达其目的地。对给定设备的工作循环的确定取决于设备附近的网络的密度。给定节点可达的设备越多，对于这些设备而言，期望在任何时候这些设备中的至少一个设备可达所需要的工作循环就越低。为此，描述了相邻节点发现和工作循环请求的流程。
根据一些实施例，节点可以确定要请求的相邻节点的工作循环百分比，并与相邻节点共享所请求的百分比。网状网络的节点的这种方法包括从网状网络中的一个或多个相邻节点中的每一个相邻节点接收存在性消息。该方法还包括基于接收到的存在性消息确定相邻节点的数量。被计算在相邻节点数量中的节点可以只是可向不同于进行请求的节点的至少一个节点接收和转发消息的节点。该方法还包括：基于相邻节点的数量确定要请求的相邻节点的工作循环百分比，工作循环百分比指示相邻节点应当清醒以接收消息来使得能确保成功接收由节点发送的消息的预定概率的最小时间百分比。该方法还包括：广播所述工作循环百分比，以由相邻节点接收。尽管广播可以被其他节点接收，但该广播是针对发送由节点接收的存在性消息的相邻节点的。
在其他实施例中，节点可以基于相邻节点请求的工作循环百分比来设置其自己的操作工作循环百分比。例如，方法包括：从一个或多个对应的相邻节点接收一个或多个所请求的工作循环百分比，基于接收到的工作循环百分比中的最大工作循环百分比来设置节点的操作工作循环，并根据所设置的节点的工作循环来休眠和唤醒。
根据一些实施例，一种由根据由工作循环周期和工作循环百分比定义的工作循环来向其他节点扩散信息的网状网络节点执行的方法包括：从网状网络中的相邻节点接收存在性消息，以及基于接收到的存在性消息来确定相邻节点的数量。方法还包括：基于相邻节点的数量确定要请求的相邻节点的工作循环百分比，工作循环百分比指示相邻节点应当清醒以接收消息来使得能确保成功接收由节点发送的消息的预定概率的最小时间百分比。方法还包括：广播工作循环百分比以由相邻节点接收，从一个或多个对应的相邻节点接收一个或多个所请求的工作循环百分比，且基于接收到的工作循环百分比中的最大工作循环百分比来设置节点的工作循环。该方法还包括根据节点的所设置的工作循环来休眠和唤醒。
在一些实施例中，方法可以包括这两种方法的步骤。在一些实施例中，节点可以执行任一方法或该两种方法。
根据一些实施例，无线设备的网状网络的节点包括收发机电路和处理电路。收发机电路被配置为从网状网络中的一个或多个相邻节点中的每一个相邻节点接收存在性消息。处理电路被配置为基于接收到的存在性消息来确定相邻节点的数量。处理电路还被配置为基于相邻节点的数量来确定要请求的相邻节点的工作循环百分比。工作循环百分比指示相邻节点应当清醒以接收消息来使得能确保节点发送的消息被成功接收的预定概率的最小时间百分比。处理电路被配置为经由收发机广播工作循环百分比，以由相邻节点接收。
根据一些实施例，无线设备的网状网络的节点包括收发机电路和处理电路。收发机电路被配置为从一个或多个对应的相邻节点接收一个或多个所请求的工作循环百分比。处理电路还被配置为：基于接收到的工作循环百分比中的最大工作循环百分比来设置节点的操作工作循环，并根据所设置的节点的工作循环来休眠和唤醒。
根据一些实施例，无线设备的网状网络的节点包括收发机电路和处理电路。收发机电路被配置为从网状网络中的相邻节点接收存在性消息。处理电路被配置为：基于接收到的存在性消息来确定相邻节点的数量，并且基于该相邻数量来确定将要请求的相邻节点的工作循环百分比。工作循环百分比指示相邻节点应当清醒以接收消息来使得能确保节点发送的消息被成功接收的预定概率的最小时间百分比。处理电路被配置为：经由收发机广播工作循环百分比以由相邻节点接收，并且经由收发机从一个或多个对应的相邻节点接收一个或多个所请求的工作循环百分比。处理电路还被配置为：基于接收到的工作循环百分比中的最大工作循环百分比来设置节点的工作循环，并根据所设置的节点的工作循环来休眠和唤醒。
其他实施例包括执行上述方法的计算机程序产品、计算机可读介质和功能性模块实现。
当然，本发明不限于上述特征和优点。本领域的普通技术人员可通过阅读下面的详细描述并查看附图认识到其它特点和优点。
附图说明
图1是示出根据一些实施例的网状网络中的节点的图。
图2是根据一些实施例的节点的框图，所述节点被配置为优化网状网络中的节点的工作循环。
图3示出根据一些实施例的节点中用于确定网状网络中的节点的工作循环的方法。
图4示出根据一些实施例的节点中用于设置网状网络中的节点的工作循环的方法。
图5示出根据一些实施例的节点中用于优化网状网络中的节点的工作循环的方法。
图6示出了根据一些实施例的作为相邻节点数量和重传次数的函数的计算的工作循环。
图7是示出根据一些实施例网状网络中的具有所确定的工作循环百分比的节点的图。
图8是示出根据一些实施例网状网络中的具有所采用的工作循环百分比的节点的图。
图9是根据一些实施例的接连四个节点的网络的信令图。
图10示出了根据一些实施例的节点的用于确定工作循环的功能实现。
图11示出了根据一些实施例的节点的用于设置工作循环的功能实现。
图12示出了根据一些实施例的节点的用于优化工作循环的功能实现。
具体实施方式
本文描述的实施例提供了基于网状网络的密度来优化网状网络中的节点的工作循环的方式。网状网络在网络中的任何给定点处的密度由该点处的每个节点有多少个相邻节点可以接收和转发消息来表征。然后可以基于相邻节点的数量来设置每个节点的相邻节点的操作工作循环，从而节约能量，同时仍然保持在任何给定的时间至少一个有相邻节点将会是清醒的以接收和转发传输的预定概率。例如，可以共享每个相邻节点的最小所需工作循环百分比，并且每个节点可以采用工作循环百分比，同时保持网状网络转发消息以使得所有目标节点接收消息的可靠性。
根据一些实施例，节点能够将广播消息发送给相邻节点并且从这些相邻节点接收广播消息。该节点具有足够的计算能力来确定相邻节点的数量，基于相邻节点的数量向其每个相邻节点请求最小工作循环，并且基于如从相邻节点收到的请求所指示的所要求的接收唤醒时间来设置其自己的工作循环。例如，图1示出了节点102-118的网状网络。节点104具有相邻节点102、106和108，每个相邻节点可以从节点104接收消息并将消息发送给节点104。节点106和108可以将消息发送给另一节点(即节点110)，节点110又可以与节点106、108、112和114中的任一个交换消息。在一些实施例中，节点104使用低能量协议(例如
在一些实施例中，工作循环间隔是固定的并且被设置为比分组到达间时间短。在这个长度上，确保每个节点在每次有分组准备好要发送时至少清醒一次。因此，在这种情况下，节点104能够自主设置的唯一参数是工作循环百分比。如果在节点104正在接收消息的同时清醒时间到期，则节点104可以继续接收消息并在接收完成之后进入休眠。
在一些情况下，节点104需要保持本地时间信息以便执行周期性事务。但是，它不需要与网络中的其他节点保持时间同步。各种实施例涉及洪泛方案中不是时间同步的节点，但是确保消息在适当的时间由目标节点接收。利用时间的操作将利用本地时间信息。本文描述的实施例提供用于在网状网络的节点之间建立工作循环(例如工作循环百分比)，以更好地优化能量效率和消息洪泛可靠性。
图2示出根据一些实施例的节点104的图。节点104向其他无线设备提供空中接口，例如经由天线54和收发机电路56实现的用于发送和接收的空中接口。收发机电路56可以包括发射机电路、接收机电路和相关联的控制电路，其被集体配置为根据无线电接入技术发送和接收信号，以提供通信服务。根据各种实施例，可以根据短程或低能量标准或协议(例如
节点104还包括与无线电收发机电路56可操作地相关联的一个或多个处理电路52。处理电路52包括一个或多个数字处理器62，例如一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器或dsp、现场可编程门阵列或fpga、复合可编程逻辑器件或cpld、专用集成电路或asic或其任何混合。更一般地，处理电路52可以包括固定电路或可编程电路，或者可以包括固定和编程电路的一些混合，其中，可编程电路经由实现本文教导的功能的程序指令的执行而被特别配置。处理器62可以是多核的。
处理电路52还包括存储器64。在一些实施例中，存储器64存储一个或多个计算机程序66，且可选地存储配置数据68。存储器64为计算机程序66提供非暂时性存储，并且其可以包括一种或多种类型的计算机可读介质，例如磁盘存储器、固态存储存储器或其任何混合。作为非限制性示例，存储器64包括可位于处理电路52中和/或与处理电路52分离的sram、dram、eeprom和flash存储器中的任何一个或多个。
通常，存储器64包括一种或多种类型的计算机可读存储介质，其提供对由网络节点104使用的计算机程序66和任何配置数据68的非暂时性存储。这里，“非暂时性”是指永久的、半永久的或至少临时的持久存储，并且包含在非易失性存储器中的长期存储和在工作存储器(例如用于程序执行)中的存储。
处理电路52的处理器62可以执行存储在存储器64中的计算机程序46，该计算机程序配置处理器62以确定和广播工作循环百分比。处理器62被配置为从网状网络中的一个或多个相邻节点中的每一个相邻节点接收存在性消息。处理器62被配置为基于接收到的存在性消息来确定相邻节点的数量。处理器62被配置为基于相邻节点的数量来确定要请求的相邻节点的工作循环百分比。工作循环百分比指示相邻节点应该清醒以接收消息的最小时间百分比。这是为了确保成功接收节点发送的消息的预定概率。处理器62被配置为广播工作循环百分比，以由相邻节点接收。处理电路52中的该结构和功能可被称为工作循环电路60。
在一些实施例中，处理电路52被配置为执行用于确定和广播与相邻节点的工作循环百分比的方法。例如，图3示出了包括从网状网络中的一个或多个相邻节点中的每一个相邻节点接收存在性消息的方法300(框302)。该消息可以是指示另一节点的存在的任何消息。这些可能包括存在性通告消息(pam)。进而，节点也可以向相邻节点广播其存在。在一些情况下，接收存在性消息包括：在一段时间内接收存在性消息，以包括所有相邻节点工作循环。如果在接收存在性消息时清醒时间到期，则在完成接收存在性消息之后进入休眠。
该方法还包括基于接收到的存在性消息来确定相邻节点的数量(框304)。节点可以从相邻节点接收指示该相邻节点不能向另一节点转发消息的绝境消息(deadendmessage)。结果，发送绝境消息的相邻节点不被包括在相邻节点的数量中。在某些情况下，如果该数量先前包括了发送绝境消息的相邻节点，则相邻节点的数量可以减1。
该方法包括：基于相邻节点的数量确定要请求的相邻节点的工作循环百分比，工作循环百分比指示相邻节点应当清醒以接收消息来使得能确保成功接收由节点发送的消息的预定概率的最小时间百分比(框306)。工作循环百分比可以基于每个消息的预定重传次数。工作循环百分比随着可以转发消息的相邻节点的数量的增加而减少。类似地，工作循环百分比随着可以转发消息的相邻节点的数量的减少而增加。
该方法还包括广播工作循环百分比，以由相邻节点接收(框308)。在一些情况下，广播包括以随机延迟广播包括工作循环百分比的工作循环请求消息(dcr)。可以扩展广播周期，或者可以增加广播的数量，以确保所有节点或所有请求节点接收工作循环百分比。例如，广播工作循环百分比包括：在一段时间内进行广播，以包括所有相邻节点工作循环。给定相邻节点的现有或默认工作循环，这是为了确保相邻节点接收广播。广播可以在广告频道上使用ble协议。该方法或该方法的一些框可以在网络初始化时或者在向网状网络添加或删除节点时发生。接收或广播可以根据节点的本地时间信息周期性地执行。
在这些实施例中的一些实施例中以及在其他实施例中，处理电路52的处理器62可以执行存储在存储器64中的计算机程序66，该计算机程序配置处理器62从一个或多个对应的相邻节点接收一个或多个所请求的工作循环百分比，以及基于接收到的工作循环百分比中的最大工作循环百分比来设置节点的操作工作循环。处理器62可以根据节点的所设置的工作循环来使节点休眠和唤醒。处理电路52中的工作循环电路60也可以执行该结构和功能。
在一些实施例中，处理电路52被配置为执行用于设置工作循环的方法。例如，图4示出了方法400，该方法包括从一个或多个对应的相邻节点接收一个或多个所请求的工作循环百分比(框402)。方法400包括：基于接收到的工作循环百分比中的最大工作循环百分比来设置节点的操作工作循环(框404)，以及根据节点的所设置的工作循环来休眠和唤醒(框406)。
在一些实施例中，处理电路52被配置为执行方法300和400的操作。例如，图5中示出了用于优化工作循环的方法500。方法500包括：从网状网络中的相邻节点接收存在性消息(框502)，基于接收到的存在性消息确定相邻节点的数量(框504)，并且基于相邻节点的数量确定要请求的相邻节点的工作循环百分比，工作循环百分比指示相邻节点应当清醒以接收消息来使得能确保节点发送的消息被成功接收的预定概率的最小时间百分比(框506)。方法500还包括广播工作循环百分比，以由相邻节点接收(框308)。方法500还包括从一个或多个对应的相邻节点接收一个或多个所请求的工作循环百分比(框508)，基于接收到的工作循环百分比中的最大工作循环百分比来设置节点的操作工作循环(框510)，并根据所设置的节点的工作循环来休眠和唤醒(框512)。
根据一些实施例，工作循环协调过程包括：相邻节点发现、绝境通知、相邻节点工作循环估计和工作循环设置。该过程可以在网状网络初始化期间(当节点没有任何已配置的工作循环时)或者一旦新节点加入网络时触发(在这种情况下，该过程可以针对网络的受影响部分本地执行，并由新节点发起)。在节点在网状网络内移动或离开网状网络时，网状网络受到影响。
由于在一些实施例中，并不总是可能宣布节点移动或离开，所以使用周期性工作循环协调过程来保持工作循环更新。在一些情况下，工作循环协调过程周期性地重复，其周期由网络部署的负责节点或实体预设。例如，可以根据网络中的移动性的时间量程来选择该周期。
相邻节点发现涉及确定网状网络的密度这可以包括学习或让节点知道有多少相邻节点(即，其通信范围内的节点)可以转发消息。这可以通过广播pam来执行。在这个阶段期间，每个节点广播它的存在性通告，并从其范围内的每个节点收集类似的通告。亦即，可以通过计算在一段时间内接收到的不同存在性消息的数量来估计相邻节点的数量。每个存在性消息可以包含设备的地址，使得来自同一设备的连续的存在性消息不被计数为来自不同设备。
为了避免这些通告的冲突，可以在每个节点广播通告之前引入随机的有限延迟。该延迟还限定了这个过程持续多久。
当节点只有一个相邻节点并且该相邻节点不能将分组转发给任何其他节点时，绝境通知是有用的。在这种情况下，节点应该通知其相邻节点：该节点或其相邻节点之一是分组的绝境，且不应该考虑将其用于工作循环计算。这是通过发送可被称为绝境通知(den)的特定消息来完成的。如果节点接收到这样的消息，它将它的相邻节点计数器减1，或者不将该相邻节点包括在相邻节点的计数或数量中。
相邻节点工作循环估计可以确定工作循环周期和/或工作循环百分比。在一些实施例中，工作循环周期是固定的或预定的，使得仅确定工作循环百分比。当节点知道它有多少个相邻节点时，它计算相邻节点被要求使用的最小工作循环，以保持针对以下情况的预定概率：假设来自节点的某个数量的重传，至少一个相邻节点将总是接收从该节点发送的分组。
在一个例子中，节点具有n个具有相同工作循环或工作循环百分比d的相邻节点。这可以是具有相邻节点102、106和108的节点104。节点发送相同的分组k次。通过假定节点工作循环是异步的并且在连续传输中存在独立的清醒概率，即，重传之间的间隔长于平均工作循环周期，则至少一个相邻节点在任何给定时间是清醒的概率p被计算如下：
p＝1-(1-d)kn.
因此，所需的工作循环百分比d是n和k的函数：
图6的图也示出了该函数。为了保持较高的网络可靠性，在一些实施例中可能要求p为99.9％。因此，在一个示例中，该等式可以是：
图6示出了作为相邻节点数量和数据重传次数k的函数的所计算的工作循环百分比d。重传次数k取决于底层的通信技术。在一些实施例中，对于所有节点，k是固定的并且相等。在其他实施例中，节点基于相邻节点的数量和/或相邻节点的数量变化来选择调整k。例如，如果节点的相邻节点太少(n＜nmin)，则节点可增加k。重传之间的时间间隔也可取决于所使用的无线电技术。
节点然后设置它们各自的工作循环。在计算相邻节点所需的工作循环之后，节点以随机延迟广播包含计算出的值的dcr。网络中的每个节点从其相邻节点接收一个或多个工作循环请求。请求可能包含所需工作循环或工作循环百分比的不同值。
在一些实施例中，为了提供高可靠性，节点在接收到的请求中选择最大的值。该值被配置为节点的工作循环百分比。如果节点只有一个相邻节点，它可以忽略工作循环请求，因为它无论如何都不能转发分组。
图7示出了网状网络，其中，虚线示出了节点之间的连接。每个节点确定希望用于每个相邻节点的工作循环百分比。为了节能，工作循环百分比可降低到100％以下。在工作循环百分比被共享之后，每个节点为了可靠性选择最大的工作循环百分比。图8示出了每个节点在从其相邻节点接收到所请求的工作循环百分比之后设置的所采用的工作循环百分比。
例如，使用图7的网状网络，在相邻节点发现阶段之后，节点102和118知道它们各自具有1个相邻节点，节点106、108、112、114具有2个相邻节点，节点104和116具有3个相邻节点，且节点110周围有4个相邻节点。节点102和118发送绝境通知。
节点104和116分别接收绝境通知。之后，节点104和116知道他们应该只考虑2个相邻节点而不是3个。所有节点都有等于2的固定重传次数。节点102和118需要来自其相邻节点的96.8％的工作循环，节点106、108、112、114需要来自其相邻节点的82.2％的工作循环，且节点110需要来自其四个相邻节点的工作循环57.8％。节点104和116需要82.2％，因为它们只考虑两个相邻节点。
同样，在图7所示的实施例中，节点102和118从它们的相邻节点接收82.2％的工作循环请求；然而，根据配置允许任何值。图8示出了示例中的最终工作循环(以％表示)。
图9示出了在网状网络的节点之间发送的消息的信令图。例如，节点可以是接连的，例如节点104、106、110和112。他们每个都发送pam消息902、904。节点104可以发送den消息906，因为节点102是绝境相邻节点。工作循环请求阶段可涉及dcr请求消息908和910。
这里描述的实施例提供用于延长网状网络中的节点的电池寿命。工作循环协调是自动执行的，不需要事先了解网络拓扑结构。该过程可以周期性地或者根据请求重复，以使网络适应其拓扑结构中可能的变化。该方法不需要设备之间的时间同步或路由信息的交换。
图10示出了可以在节点104中(例如基于工作循环电路60)实现的示例功能模块或电路架构。所示实施例至少在功能上包括接收模块1002，用于从网状网络中的一个或多个相邻节点中的每一个相邻节点接收存在性消息。该实施例包括确定模块1004和确定模块1006，确定模块1004用于基于接收到的存在性消息确定相邻节点的数量，且确定模块1006用于基于相邻节点的数量确定要请求的相邻节点的工作循环百分比，工作循环百分比指示相邻节点应当清醒以接收消息来使得能确保节点发送的消息被成功接收的预定概率的最小时间百分比。该实施例包括广播模块1008，用于广播工作循环百分比，以由相邻节点接收。
图11示出了可以在节点104中(例如基于工作循环电路60)实现的示例功能模块或电路架构。所示实施例至少在功能上包括接收模块1102，用于从一个或多个相应的相邻节点接收一个或多个请求的工作循环百分比。实施例还包括设置模块1104，用于基于接收到的工作循环百分比中的最大工作循环百分比来设置节点的操作工作循环。本实施例还包括休眠及唤醒模块1106，用于根据节点的所设置的工作循环来休眠和唤醒。
图12示出了可以在节点104中(例如基于工作循环电路60)实现的示例功能模块或电路架构。所示实施例至少在功能上包括接收模块1202，用于从网状网络中的一个或多个相邻节点中的每一个相邻节点接收存在性消息。该实施例包括确定模块1204和确定模块1206，确定模块1004用于基于接收到的存在性消息确定相邻节点的数量，且确定模块1006用于基于相邻节点的数量确定要请求的相邻节点的工作循环百分比，工作循环百分比指示相邻节点应当清醒以接收消息来使得能确保节点发送的消息被成功接收的预定概率的最小时间百分比。该实施例包括广播模块1208，用于广播工作循环百分比，以由相邻节点接收。实施例还包括接收模块1210，用于从一个或多个相应的相邻节点接收一个或多个请求的工作循环百分比。实施例还包括设置模块1212，用于基于接收到的工作循环百分比中的最大工作循环百分比来设置节点的操作工作循环。本实施例还包括休眠及唤醒模块1214，用于根据节点的所设置的工作循环来休眠和唤醒。
应该注意，本领域技术人员在知晓前面描述和关联附图中提出的教导的情况下将想到所公开发明的修改和其他实施例。因此，应当理解本发明不受限于所公开的具体实施例，且修改和其他实施例预期被包括在本公开的范围内。虽然本文可能使用了具体术语，但是其仅用于一般性或描述性意义，且不用于限制目的。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！