用于一传感器网络的节点装置及节点数量调整方法

专利名称：用于一传感器网络的节点装置及节点数量调整方法
技术领域：
本发明是关于一种用于一传感器网络的节点装置及节点数量调整方法。更详细地 说，是关于一种用于降低一传感器网络的数据传输量的节点装置及节点数量调整方法。
背景技术：
由于无线通讯技术的快速发展且因环境监控的需求(例如监控隧道二氧化碳浓 度或是下水道水位等等)的与日俱增，无线传感器网络(wireless sensor network)近年 来已被广泛地应用在检测各式各样的环境变化之上。具体而言，无线传感器网络可于一地理环境内选择不同地点布设传感器 (sensors)，而这些传感器即称为节点(nodes)，由于节点与节点之间是以无线方式进行通 讯，并藉此互相传输数据，因而无线传感器网络极具灵活度且不需额外的布线费用。这些节 点将用以撷取其附近的环境信息(例如温湿度、气体浓度或是物体移动等等)，并将这些环 境信息传输至一数据汇集点(sink)进行判读以获知前述地理环境的环境变化。而根据地理环境的空间特性，无线传感器网络的网络拓扑(topology)可概分为 树枝状及长链状。树枝状无线传感器网络的节点分布较密集，对于其中之一节点而言，其具 有多个邻近节点。相反地，长链状无线传感器网络的节点则呈一直线排列，对于其中之一节 点而言，通常仅具有二个邻近节点。然而，当一无线传感器网络的节点数量增加时，无线传感器网络中终端的节点与 数据汇点之间的距离将随之增加。为了确保数据汇点能够有效地接收终端的节点的数据， 无线传感器网络将必然消耗更多资源(例如电力)，以传输终端的节点的数据。除此之外， 节点数量增加时，同时也意味着无线传感器网络中需要传输的数据量亦随着增加，进而导 致数据包遗失率提高。而基于节点分布特性，前述的各种问题，将于长链状无线传感器网络 中更为明显。据此，要如何改善无线传感器网络传输数据的效率，即降低无线传感器网络的数 据量，遂成为无线传感器领域的制造厂商亟需解决的问题。

发明内容
本发明的一目的在于提供一种用于一传感器网络的节点装置。该传感器网络包含 多个群组，这些群组包含一第一群组以及一第二群组。该第一群组与该第二群组分别包含 多个第一节点以及多个第二节点。其中，这些第一节点其中之一被设置为一第一闸门节点， 这些第二节点其中之一设置为一第二闸门节点，且该第二闸门节点与这些第一节点其中之 一无线连接。为达上述目的，根据本发明的节点装置包含一传送模块、一接收模块、一存储器、 一计算模块以及一调整模块。该接收模块是用以接收各该第一节点的至少一数据。其中， 各该第一节点的至少一数据皆分别具有一第一单位时间数据长度。该存储器内储存一预定 数据包长度，以提供该计算模块根据各该第一节点的至少一数据的第一单位时间数据长度以及该预定数据包长度计算该第一间门节点的一第一数据聚合时间。而该调整模块将根据 该第一数据聚合时间调整这些第一节点的一数量。本发明的另一目的在于提供一种用于一传感器网络的节点数量调整方法。该传感 器网络包含多个群组，这些群组包含一第一群组以及一第二群组。该第一群组与该第二群 组分别包含多个第一节点以及多个第二节点。其中，这些第一节点其中之一被设置为一第 一闸门节点，这些第二节点其中之一设置为一第二闸门节点，且该第二闸门节点与这些第 一节点其中之一无线连接。为达上述目的，根据本发明的节点数量调整方法包含以下步骤。(1)接收各该第 一节点的至少一数据，其中各该第一节点的至少一数据皆分别具有一第一单位时间数据长 度。(2)根据各该第一节点的至少一数据的第一单位时间 数据长度以及一预定数据包长度 计算该第一间门节点的一第一数据聚合时间。(3)根据该第一数据聚合时间调整这些第一 节点的一数量。综上所述，根据本发明的用于一传感器网络的节点装置及节点数量调整方法，将 这些节点分割为多个群组，以群组为单位传输数据。此外，本发明还根据各闸门节点的一数 据聚合时间，以适当地调整各群组内的节点数量，以改善现有技术的缺陷。


在参阅附图及随后描述的实施方式后，所属技术领域具有通常知识者便可了解本 发明的其它目的、优点以及本发明的技术手段及实施态样，其中图IA 图IC是本发明第一实施例的传感器网络；图2是本发明的第一实施例的节点装置；图3A 图3C是本发明第二实施例的传感器网络；图4是本发明与第二实施例的节点装置；以及图5A、图5B是本发明第三实施例的示意图。
具体实施例方式本发明的一特征在于将传感器网络的节点分离为多个群组，并以群组为单位传输 数据，藉此减少传感器网络的数据数据包量。本发明的另一特征在于周期性地调整各群组 内的节点数量，以便以一种较有效率的方式传输数据。以下将通过实施例来解释本发明的 内容，关于实施例的说明仅为阐释本发明的目的，并非用以限制本发明。需说明的是，以下 实施例及附图中，与本发明非直接相关的元件均已省略而未绘示；且附图中各元件间的尺 寸关系仅为求容易了解，非用以限制实际比例。以下将以第一实施例，如图IA 图2所示，说明本发明如何增加群组内的节点数量。请参阅图1A，传感器网络1实质上为一无线传感器网络并适用于任一无线通讯标 准。以本实施例而言，传感器网络1是符合IEEE 802. 4的通讯标准。传感器网络1的网络拓扑具有分支，其包含一数据汇点S以及多个节点，如图IA 的斜线圆圈以及白色圆圈所示。于开始进行检测前，传感器网络1将节点分离为多个群组。 举例而言，节点可被平均地分为数个群组，或者根据后文介绍的公式以及设计者预定的参数值计算所得的结果分离。须强调的是，本发明并不对初始分离节点的方式限制。于本实施例中，节点被分为一第一群组以及一第二群组。更详细地说，第一群组包含四个第一节点 即图IA的四个斜线圆圈所示的节点，第二群组包含三个第二节点即图IA的三个白色圆圈 所示的节点。应理解的是，以上所述的节点与群组的数量仅出于阐述目的，并非用以限制本 发明。接着，传感器网络1将第一节点其中之一设置为一第一闸门节点Li，以及将第二 节点其中之一设置为一第二闸门节点L2。较佳地，可分别选择第一节点即图IA的斜线圆圈 所示的节点与第二节点即图IA的白色圆圈所示的节点中离数据汇点S较近者作为第一闸 门节点Ll与第二闸门节点L2，以第一闸门节点Ll与数据汇点S无线连接，且第二闸门节点 L2与第一节点其中之一即图IA中位于分支点的斜线圆圈所示的节点其中之一无线连接。 须说明的是，第一闸门节点Ll与第二闸门节点L2皆感知(aware)对方的位置。换言之，任 一群组的闸门节点知道其前一个群组以及后一个群组的闸门节点位置，其为该领域的技术 人员熟知的机制，故不赘述。于进行环境检测时，各闸门节点先行收集其群组内包含闸门节点本身的数据。当 收集的数据累积至某一定量时，例如一预定数据包长度，该间门节点再将所收集的数据以 一具有该预定数据包长度的数据包传送至数据汇集点S。此处，预定数据包长度实质上为传 感器网络1所能传送的最大数据包长度，将因各无线通讯标准而异。以本实施例而言，预定 数据包长度被设定为102byte。除此之外，每隔一段时间，各闸门节点将对其群组内的节点 数量进行调整。更进一步而言，各第一节点与各第二节点将分别设置一节点装置2。如图2所示， 节点装置2包含一接收模块21、一传送模块22、一存储器23、一计算模块24以及一包含一 判断单元25a以及一处理单元25b的调整模块25。其中，预定数据包长度储存于存储器23 中。以下将以设置于第一闸门节点Ll的节点装置2予以说明。请同时参考图1A、图2。于检测期间，接收模块21将接收第一节点如图IA中四个 斜线圆圈所示的节点的数据201、202、203、204，各数据201、202、203、204分别具有一第一 单位时间数据长度。于数据汇点S发送一记号(token)至第一闸门节点Li，以通知第一闸 门节点Ll开始调整第一节点数量后，计算模块24将根据下列公式计算第一闸门节点Ll的 一第一数据聚合时间<formula>formula see original document page 9</formula>上式中，T代表数据聚合时间、P代表一数据错误率、S代表预定数据包长度、λ i代 表各数据的单位时间数据长度、N代表群组内的节点数量以及CR代表一数据压缩率。举例而言，若上式的参数设定如下S = 102byte、N = 4(第一节点的数量为4)、 各第一单位时间数据长度分别为 λ。= 2. 5byte/min, A1 = L 8byte/min, λ 2 = 1. 2byte/ min、λ3 = 0. 5byte/min, P=l(无错误率)以及CR = 1 (数据不进行压缩)，则可得第一 数据聚合时间为17分钟。此处，第一数据聚合时间的意义为第一闸门节点Ll将花费17分 钟累积数据201、202、203、204至预定数据包长度(102byte)时，再将数据201、202、203、204 传送至数据汇点S。
须说明的是，除数据错误率、预定数据包长度、各数据的单位时间数据长度以及数 据压缩率外，该领域的技术者可依不同考量，增加可能影响数据聚合时间的系数，本发明并 不对其计算公式限制。随后，计算模块24将第一数据聚合时间(即17分钟)的信息Tl传 送至调整模块25，以调整模块25可根据第一数据聚合时间的信息Tl调整第一节点的数量。类似地，第二闸门节点L2也可依照上述方法计算第二数据聚合时间。换言之，第 二数据聚合时间可根据各第二节点的数据的一第二单位时间数据长度、预定数据包长度、 数据错误率以及数据压缩率计算之。接收模块21将接收来自第二间门节点L2的第二数据 聚合时间的信息T2，并将第二数据聚合时间的信息T2传送至调整模块25。
于接收第一数据聚合时间的信息Tl以及第数据二聚合时间的信息T2后，判断单 元25a将对第一数据聚合时间的信息Tl、第二数据聚合时间的信息T2、储存于存储器23的 一预定上限时间以及一预定下限时间进行比较。在此，预定上限时间与预定下限时间是与 传感器网络1所欲检测的环境信息相关。以温、湿度为例，传感器网络1大约每5至10分钟 调整一次温、湿度，因此，其预定上限时间与预定下限时间可分别设定为10分钟与5分钟。第一数据聚合时间、第二数据聚合时间、预定上限时间以及预定下限时间的大小 关系分别代表不同的意义。具体而言，若(a)第一数据聚合时间/第二数据聚合时间介于 预定上限时间与预定下限时间之间(如5至10分钟)，表示传感器网络1可顺利于5至10 分钟内根据来自第一闸门节点/第二闸门节点的信息进行温、湿度调整。在这种情况下，第 一节点/第二节点的数量刚好，不需进行调整。若(b)第一数据聚合时间/第二数据聚合 时间大于预定上限时间(如10分钟)，则表示传感器网络1必需等待超过10分钟才能进行 温、湿度调整。这将意味着第一节点/第二节点的数量过少，需要增加。相反地，若(c)第 一数据聚合时间/第二数据聚合时间小于预定下限时间(如5分钟)，表示第一节点/第二 节点的数量过多，需要减少。于本实施例中，第一数据聚合时间的计算结果为17分钟，以下将以根据第二数据 聚合时间的大小讨论如何调整第一节点数量。(1)当第二数据聚合时间介于预定上限时间与预定下限时间之间假若第二数据聚合时间经计算的结果为8分钟，则判断单元25a根据第一数据聚 合时间的信息Tl以及第二数据聚合时间的信息T2将判断第一数据聚合时间(即17分钟) 大于预定上限时间(即10分钟)，而第二数据聚合时间(即8分钟)介于预定下限时间与 预定上限时间(即5 10分钟)。在此同时，处理单元25b将通过传送模块22发送一移动 信号220以移动第二节点即图IA的白色圆圈所示的节点的至少其中之一至第一节点即图 IA的斜线圆圈所示的节点中。具体而言，请参阅图1B。响应移动信号220，第二闸门节点L2的设置将被暂时取 消，以形成一第三群组以及一第四群组。其中，第三群组包含五个第三节点即图IB的五个 斜线圆圈所示的节点，第四群组包含二个第四节点即图IB的二个白色圆圈所示的节点。并 且，根据该移动信号220，第三节点其中之一被设为第三闸门节点L3，第四节点其中之一被 设为第四闸门节点L4。比较图IA与图IB可发现，第三闸门节点L3的位置实质上为第一节 点Ll的位置，第四闸门节点L4的位置为第二节点的其中之一的位置。接着，传感器网络1又将进入检测期间。类似地，接收模块21将接收五个第三节 点的数据205、206、207、208、209，各数据205、206、207、208、209分别具有一第三单位数据时间。计算模块24将根据上述的公式、数据205、206、207、208、209的第三单位时间数据长
度以及预定数据包长度，计算该第三间门节点L3的一第三数据聚合时间，并将第三数据聚 合时间的信息T3传送给调整模块25。同时，第四闸门节点L4也将根据其二个第四节点的 数据的一第四单位时间数据长度以及该预定数据包长度计算第四数据聚合时间，并将第四 数据聚合时间的信息T4通过接收模块21传送至调整模块25。判断模块25a将对第三数据聚合时间的信息T3、第四数据聚合时间的信息T4、预 定上限时间以及预定下限时间进行比较。(a)当判断单元25a判断第三数据聚合时间与第四数据聚合时间皆介于预定上限 时间与预定下限时间例如第三数据聚合时间的计算结果为7分钟、第四数据聚合时间为5 分钟，则处理单元25b将通过传送模块22发送一设置信号221，以将第四闸门节点L4设为 第二闸门节点。其中，第三节点的数量(即5)实质上是大于第一节点的数量(即4)，第四 节点的数量(即2)实质上是小于第二节点的数量(即3)。藉此，调整后的第一节点的数量 因而增加。
(b)当判断单元25a判断第三数据聚合时间与第数据四聚合时间并非皆介于预定 上限时间与预定下限时间例如第三数据聚合时间的计算结果为13分钟、第四数据聚合时 间为3分钟，则处理单元25b将重复上述步骤，继续增加第一节点的数量。于本实施例中，判断单元25a判断第三聚合时间与第四聚合时间皆介于预定上限 时间与预定下限时间，因此传感器网络1将以调整过后的第一群组即图IB中的斜线圆圈的 部分所示的群组以及调整过后的第二群组即图IB中的白色圆圈的部分所示的群组传输数 据。于其它实施态样，调整模块25将逐一移动第二节点至第一节点中，并分别计算其 所对应的数据收集时间，以自其中挑选出最佳的组合。具体而言，若将第一节点数量表示为 X，第二节点数量表示为Y，调整模块25将依序计算(X = 4，Y = 3)、(X = 5，Y = 2)、(X = 6，Y = 1)时所对应的第一数据聚合时间 Tl (X = 4，Y = 3)、Tl (X = 5，Y = 2)、Tl (X = 6， Y=D 与第二数据聚合时间 T2 (X = 4，Y = 3)、T2 (X = 5，Y = 2)、T2 (X = 6，Y = 1)。调 整模块25将从此三种情况中，挑选能满足第一数据聚合时间与第二数据聚合时间介于预 定上限时间与预定下限时间之间，同时其第一数据聚合时间与第二数据聚合时间的绝对差 值为其中最小者为最佳的组合。(2)当第二数据聚合时间大于预定上限时间假若第二数据聚合时间的计算结果为20分钟，则判断单元25a分别根据第一数据 聚合时间的信息Tl以及第二数据聚合时间的信息T2判断第一数据聚合时间(即17分钟) 以及第二数据聚合时间(即20分钟)皆大于预定上限时间(即10分钟)。这意味着传感 器网络1必须等待比预定上限时间(即10分钟)更久的时间才能对温、湿度作调整。换言 之，第一节点即图IA的斜线圆圈所示的节点的数量不足且第二节点即图IA的白色圆圈所 示的节点的数量不足。此时，处理单元25b将通过传送模块22发送一取消信号222以取消 第二闸门节点L2的设置，以形成一第三群组即图IC的斜线圆圈部分所示的群组，如图IC 所示。比较图IA与图IC可发现，第三闸门节点L3的位置实质上是第一闸门节点Ll的位 置，第三节点的数量(即7)为第一节点的数量(即4)与第二节点的数量(即3)的总和。 藉此，调整后的第一节点的数量因而增加。
至此，第一节点数量调整完毕。随后，第一闸门节点Ll将该记号传送给下一个闸 门节点(如第二闸门节点L2)，以通知下个闸门节点继续进行节点数量调整。需说明的是，第一实施例中，节点数量调整的顺序是由数据汇点S往终端闸门节 点进行。于其它实施态样，亦可由终端闸门节点往数据汇点S的方向进行。以上为增加群组内节点数量的实施例。下面将以第二实施例，如图3A 图4所示， 说明如何减少群组内的节点数量。须注意的是，第二实施例与第一实施例不同之处在于传 感器网络的网络拓扑及调整节点的方式，以下仅强调第二实施例与第一实施例不同之处。请参阅图3A，传感器网络3实质上为一无线传感器网络并适用于任一无线通讯标 准，例如IEEE 802. 4的无线通讯标准。传感器网络3的网络拓扑不具有分支，其包含一数据汇点S以及多个节点如图3A 的斜线圆圈以及白色圆圈所示的节点。于开始进行检测前，传感器网络3将节点分离为多 个群组。于本实施例中，节点被分为一第一群组以及一第二群组。更详细地说，第一群组包 含四个第一节点即图3A的四个斜线圆圈所示的节点，第二群组包含二个第二节点即图3A 的二个白色圆圈所示的节点。应理解的是，所述的节点与群组的数量仅出于阐述目的，并非 用以限制本发明。接着，传感器网络3将距离数据汇点S较近的第一节点设置为第一闸门节点Ll，将 距离数据汇点S较近的第二节点设置为一第二闸门节点L2，以使第一闸门节点Ll与数据汇 集点S无线连接，且第二闸门节点L2与第一节点其中之一即图3A中最右边的斜线圆圈所 示的节点无线连接。请参阅图4，各第一节点与各第二节点将分别设置一节点装置4。图4中元件符号 与图2中相同者，已于第一实施例中说明，故不再赘述。以下将以设置于第一闸门节点Ll 的节点装置4予以说明。请同时参考图3A、图4。于检测期间，接收模块21将接收第一节点即图3A中四个 斜线圆圈所示的节点的数据401、402、403、404。各数据401、402、403、404分别具有一第一 单位时间数据长度。当数据汇点S发送一记号通知第一闸门节点Ll调整第一节点数量时， 计算模块24将根据如同第一实施例所述的公式计算第一闸门节点Ll的一第一数据聚合时 间。举例而言，若将公式中的参数设定如下S = 102byte、N = 4(第一节点的数量 为4)、各第一单位时间数据长度分别为λ Q = 8. Obyte/min、λ : = 7. 5byte/min, A2 = 6. Obyte/min、λ 3 = 5. 5byte/min、P=l(无错误率)以及CR = 1 (数据不进行压缩)，则 可得第一数据聚合时间约为3. 78分钟。由此可知，第一闸门节点Ll将花费3. 78分钟累积 数据401、402、403、404至预定数据包长度(102byte)，再将的传送至数据汇点S。随后，计算模块24将第一数据聚合时间(即3. 78分钟)的信息Tl传送至调整模 块25，以调整模块25可根据第一数据聚合时间的信息Tl调整第一节点的数量。类似地，第 二闸门节点L2也可依照上述方法计算第二数据聚合时间。换言之，第二数据聚合时间可根 据各第二节点的数据的一第二单位时间数据长度、预定数据包长度、数据错误率以及数据 压缩率计算之。接收模块21将接收来自第二闸门节点L2的第二数据聚合时间的信息T2， 并将第二数据聚合时间的信息T2传送至调整模块25。于接收第一数据聚合时间的信息Tl以及第二数据聚合时间的信息T2后，判断单元25a将对第一数据聚合时间的信息Tl、第二数据聚合时间的信息T2、储存于存储器23的 一预定上限时间以及一预定下限时间进行比较。以温、湿度为例，预定上限时间与预定下限 时间可分别设定为10分钟与5分钟。于本实施例中，第一数据聚合时间计算的结果为3. 78分钟，以下将以根据第二数 据聚合时间的大小讨论如何调整第一节点数量。(1)当第二数据聚合时间介于预定上限时间与预定下限时间假若第二数据聚合时间经计算其结果为8分钟，则判断单元25a根据第一数据聚 合时间的信息Tl以及第二数据聚合时间的信息T2判断第一数据聚合时间(即3. 78分钟) 小于预定下限时间(即5分钟)，而第二数据聚合时间(即8分钟)介于预定下限时间与预 定上限时间(即5 10分钟)。在此同时，处理单元25b将通过传送模块22发送一移动信 号420以移动第一节点即图3A的斜线圆圈所示的节点的至少其中之一至第二节点即图3A 的白色圆圈所示的节点中。具体而言，请参阅图3B。响应移动信号420，第二闸门节点L2的设置将被暂时取 消，以形成一第三群组以及一第四群组。其中，第三群组包含三个第三节点即图3B的三个 斜线圆圈所示的节点，第四群组包含三个第四节点即图3B的三个白色圆圈所示的节点。并 且，根据该移动信号420，第三节点其中之一被设为第三闸门节点L3，第四节点其中之一被 设为第四闸门节点L4。比较图3A与图3B可发现，第三闸门节点L3的位置实质上即为第一 闸门节点Ll的位置，第四闸门节点L4为第一节点即图3A的斜线圆圈所示的节点其中之一 的位置。接着，传感器网络3又将进入检测期间。类似地，接收模块21将接收三个第三节 点的数据405、406、407，各数据405、406、407分别具有一第三单位数据时间。计算模块24 将根据上述的公式、数据405、406、407的第三单位时间数据长度以及预定数据包长度，计 算该第三闸门节点L3的一第三数据聚合时间，并将第三数据聚合时间的信息T3传送给调 整模块25。同时，第四闸门节点L4也将根据其三个第四节点的数据的一第四单位时间数据 长度以及该预定数据包长度计算第四数据聚合时间，并将第四数据聚合时间的信息T4通 过接收模块21传送至调整模块25。判断模块25a将对第三数据聚合时间的信息T3、第四数据聚合时间的信息T4、预 定上限时间以及预定下限时间进行比较。(a)当判断单元25a判断第三数据聚合时间与第四数据聚合时间皆介于预定上限 时间与预定下限时间(如第三数据聚合时间的计算结果为6分钟，第四数据聚合时间为7 分钟)，则处理单元25b将通过传送模块22发送一设置信号421，以将第四间门节点L4设 为第二闸门节点。其中，第三节点的数量(即3)实质上是小于第一节点的数量(即4)，第 四节点的数量(即3)实质上是大于第二节点的数量(即2)。藉此，调整后的第一节点的数 量因而减少。(b)当判断单元25a判断第三数据聚合时间与第数据四聚合时间并非皆介于预定上限时间与预定下限时间(如第三数据聚合时间的计算结果为4分钟，第四数据聚合时间 为8分钟)，则处理单元25b将重复上述步骤，继续减少第一节点的数量。于本实施例中，判断单元25a判断第三数据聚合时间与第四数据聚合时间皆介于 预定上限时间与预定下限时间，传感器网络3将以调整过后的第一群组即图3B中的斜线圆圈的部分所示的群组以及调整过后的第二群组即图3B中的白色圆圈的部分所示的群组传 输数据。于其它实施态样，调整模块25将逐一移动第一节点至第二节点中，并分别计算其 所对应的数据收集时间，以自其中挑选出最佳的组合。具体而言，若将第一节点数量表示为 X，第二节点数量表示为Y。调整模块25将依序计算(X = 4，γ = 2)、(X = 3，Y = 3)、(X = 2，Y = 4)、(Χ = 1，Y = 5)时所对应的第一数据聚合时间 Tl (X = 4，Y = 2)、Tl (X = 3，Y =3)、Τ1(Χ = 2，Y = 4)、Τ1(Χ = 1，Y = 5)与第二数据聚合时间 Τ2(Χ = 4，Y = 2)、Τ2 (X =3，Y = 3)、Τ2 (X = 2，Y = 4)、Τ2 (X = 1，Y = 5)。调整模块25将从此四种情况中，挑选 能满足第一数据聚合时间与第二数据聚合时间介于预定上限时间与预定下限时间之间，同 时其第一数据聚合时间与第二数据聚合时间的绝对差值为其中最小者为最佳的组合。(2)当第二数据聚合时间小于预定下限时间假若第二数据聚合时间的计算结果为4分钟，则判断单元25a根据第一数据聚合 时间的信息Tl以及第二数据聚合时间的信息T2判断第一数据聚合时间(即3. 78分钟) 以及第二数据聚合时间(即4分钟)皆小于预定下限时间(即5分钟)。这意味着传感器 网络3调整温、湿度的速率过于快速，可能将造成不必要的资源损耗。换言之，第一节点即 图3A的斜线圆圈所示的节点的数量过多且第二节点即图3A的白色圆圈所示的节点的数量 过多。此时，处理单元25b将通过传送模块22发送一分离信号422以将第一节点即图3A 中的斜线圆圈所示的节点分离为一第三群组即图3C的斜线圆圈部分所示的群组以及一第 四群组即图3C的直线圆圈的部分所示的群组，如图3C所示。第三群组包含二个第三节点， 第三节点其中之一被设置为第三闸门节点L3 ；第四群组包含二个第四节点，第四节点其中 之一被设置为第四闸门节点L4。比较图3A与图3C可发现第三闸门节点L3的位置实质上 是第一闸门节点Ll的位置，第四闸门节点L4的位置实质上为第一节点即图3A的斜线圆圈 所示的节点其中之一的位置。第三节点的数量(即2)与第四节点的数量(即2)的总和等 于第一节点的数量(即4)。藉此，调整后的第一节点的数量因而减少。至此，第一节点数量调整完毕。随后，第一闸门节点Ll将该记号传送给下一个闸 门节点例如第二闸门节点L2，以通知下一个闸门节点继续进行节点数量调整。需说明的是，第二实施例中，节点数量调整的顺序是由数据汇点S往终端闸门节 点进行。于其它实施态样，亦可由终端闸门节点往数据汇点S的方向进行。值得注意的是，在不考虑任何数据汇集与数据压缩的情形，且各节点皆必须传送 一数据包至数据汇点时，以第一实施例的网络拓扑而言，现有技术需传送45个数据包，然 而经初始分离节点的图IA仅需传送11个数据包；以第二实施例的网络拓扑而言，现有技术 需传送21个数据包，然而经初始分离节点的图3A仅需传送12个数据包。由此可知，对节 点进行分离群组的传输方法实质上可将降低所需传输的数据包量。并且，周期性地调整群 组内群组可使传感器网络1、3以更有效率的方式收集数据。本发明的第三实施例如图5A、图5B所示，是一种用于一传感器网络的节点数量调 整方法。例如第一实施例的传感器网络1与第二实施例的传感器网络3。该节点数量调整 方法适可用于一节点装置，例如第一实施例的节点装置2与第二实施例的节点装置4。其 中，传感器网络1、3包含多个节点。具体而言，第三实施例所描述的节点数量调整方法可由一计算机程序产品执行，当节点装置2/节点装置4由一计算机加载该计算机程序产品 并执行该计算机程序产品所包含的多个指令后，即可完成第三实施例所述的节点数量调整 方法。前述的计算机程序产品可储存于计算机可读取记录媒体中，例如只读存储器(read only memory ；ROM)、快闪存储器、软盘、硬盘、光盘、U盘、磁带、可由网络存取的数据库或熟 悉此项技术的人员所熟知且具有相同功能的任何其它储存媒体中。第三实施例的节点数量调整方法包含以下步骤。于步骤501，将这些节点分离为多 个群组，其分离方法已于第一实施例与第二实施例说明，不再赘述。其中，这些群组包含一 第一群组与一第二群组。第一群组与第二群组分别包含多个第一节点以及多个第二节点。 通过步骤502，将第一节点其中之一设置为第一间门节点以及将第二节点其中之一设置为 第二闸门节点。其中，该第二闸门节点与这些第一节点其中之一无线连接。接着，通过步骤 503，第一闸门节点将接收来自各第一节点的至少一数据，各第一节点的数据皆分别具有一 第一单位时间数据长度。同时，第二闸门节点将接收来自各第二节点的至少一数据，各第二 节点的数据皆分别具有一第二单位时间数据长度。当第一闸门节点被通知开始调整第一节点的数量时，于步骤504，第一闸门节点与 第二闸门节点是根据以下公式分别计算一第一数据聚合时间以及一第二数据聚合时间<formula>formula see original document page 15</formula>其中，T代表该第一数据聚合时间、P代表一数据错误率、S代表该预定数据包长 度、λ i代表各该第一节点的至少一数据的第一单位时间数据长度、N代表这些第一节点的 数量以及CR代表一数据压缩率。其计算的详细细节已于第一实施例与第二实施例中说明， 故不再赘述。接着，第一闸门节点经步骤505判断第一数据聚合是否大于一预定上限时间。若 于步骤505判断的结果为肯定的，节点数量调整方法接着执行步骤506以判断第二数据聚 合时间是否同样大于预定上限的时间。若于步骤506判断第二数据聚合时间大于预定上限 时间，接着执行步骤507，发送一取消信号以取消该第二闸门节点的设置，以形成一第三群 组。其中，该第三群组包含多个第三节点，第三节点其中之一将根据该取消信号设置为一第 三闸门节点。第三闸门节点实质上是第一闸门节点，第三节点的数量是第一节点的数量与 第二节点的数量的总和。其详细过程已于第一实施例中说明，故不再赘述。调整完第一节 点数量后，通过步骤508，继续调整其它群组的节点数量。若于步骤506判断第二数据聚合不大于预定上限时间，则执行步骤509，发送一移 动信号，以取消该第二闸门节点的设置，同时经步骤510移动第二节点的至少其中之一至 第一群组中，以形成一第三群组以及一第四群组。第三群组与第四群组分别包含多个第三 节点以及多个第四节点。第三节点其中之一根据该移动信号被设置为一第三闸门节点，该 第四节点其中之一根据该移动信号被设置为一第四闸门节点。如同第一实施例所述，于步 骤510中，第三闸门节点将接收各第三节点的至少一数据，以根据各第三节点的数据的一 第三单位时间数据长度以及预定数据包长度计算第三间门节点的一第三数据聚合时间。类 似地，第四数据聚合时间可由第四闸门节点根据各第四节点的至少一数据的一第四单位时 间数据长度以及该预定数据包长度计算之。其中，该第三间门节点实质上是该第一间门节点，该第四闸门节点实质上是第二节点的其中之一。于接收第四数据聚合时间后，第三闸门节点经步骤510判断第三数据聚合时间以 及第四数据聚合时间皆介于预定上限时间以及一预定下限时间之间，并发送一设置信号将 第四闸门节点设置为第二闸门节点。其中，第三节点的数量实质上是大于第一节点的数量， 第四节点的数量实质上是小于第二节点的数量。然后，执行步骤508，以继续调整其它群组 的节点数量。若于步骤505判断第一数据聚合时间不大于预定上限时间，则继续由步骤511判 断第一数据聚合时间是否小于一预定下限时间。若于步骤511的判断结果为否定的，则表 示不需要调整第一节点数量，执行步骤508，继续调整其它 群组的节点数量。若于步骤511判断第一数据聚合时间小于预定下限时间，则继续执行步骤513以 判断第二数据聚合时间否小于预定下限时间。若于步骤513判断第二数据聚合时间不小于预定下限时间，则执行步骤514，发送 一移动信号以取消该第二闸门节点的设置。同时，于步骤515中，移动第一节点的至少其中 之一至第二群组中，以形成一第三群组以及一第四群组。第三群组与第四群组分别包含多 个第三节点与多个第四节点。通过步骤515，根据该移动信号将第三节点其中之一设置为一 第三闸门节点，并将第四节点其中之一设置为一第四闸门节点。其中，第三闸门节点实质上 为该第一闸门节点，第四闸门节点实质上为这些第一节点的其中之一。如同第二实施例所述，第三闸门节点将经步骤515接收各第三节点的至少一数 据，并根据各第三节点的数据的第三单位时间数据长度以及预定数据包长度计算第三闸门 节点的一第三数据聚合时间。类似地，第四闸门节点根据各第四节点的数据的第四单位时 间数据长度以及该预定数据包长度计算之。于接收第四数据聚合时间后，第三闸门节点经步骤515将判断第三数据聚合时间 与第四数据聚合时间皆介于预定上限时间与预定下限时间之间。通过步骤515发送一设置 信号将第四闸门节点设置为第二闸门节点。其中，第三节点的数量实质上小于第一节点的 数量，第四节点的数量实质上大于第二节点的一数量。然后，执行步骤508以继续调整其它 群组的节点数量。假若于步骤513中判断第二数据聚合时间小于预定下限时间，经步骤516发送一 分离信号，将第一节点分离为一第三群组以及一第四群组。其中，第三群组与第四群组分别 包含多个第三节点以及多个第四节点。并且，根据该分离信号将第三节点其中之一设置为 一第三闸门节点，以及将第四节点其中之一设置为一第四闸门节点。其中，该第三闸门节点 实质上是第一闸门节点，第四闸门节点实质上是第一节点的其中之一。第一节点的数量为 第三节点的数量与第四节点的数量的总和。最后，执行步骤508以继续调整其它群组的节 点数量。综合上述，根据本发明的节点装置及节点数量调整方法可减少传感器网络所需传 输的数据数据包，同时，通过周期性地调整各群组的节点数量，使传感器网络以一更有效率 的方式收集数据。上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非 用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术的人员可轻易完成的改变或均等性的安排均 属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以本申请权利要求范围为准。
权利要求
一种用于一传感器网络的节点数量调整方法，该传感器网络包含多个群组，所述群组包含一第一群组以及一第二群组，该第一群组包含多个第一节点，所述第一节点其中之一是设置为一第一闸门节点，该第二群组包含多个第二节点，所述第二节点其中之一是设置为一第二闸门节点，且该第二闸门节点与所述第一节点其中之一无线连接，该方法包含下列步骤接收各该第一节点的至少一数据，其中各该第一节点的至少一数据皆分别具有一第一单位时间数据长度；根据各该第一节点的至少一数据的第一单位时间数据长度以及一预定数据包长度计算该第一闸门节点的一第一数据聚合时间；以及根据该第一数据聚合时间调整所述第一节点的数量。
2.根据权利要求1所述的节点数量调整方法，其特征在于，根据该第一数据聚合时间 调整所述第一节点的数量的步骤还包含下列步骤判断该第一数据聚合时间是大于一预定上限时间；发送一移动信号以移动所述第二节点的至少其中之一至该第一群组中，以取消该第 二闸门节点的设置，并形成一第三群组以及一第四群组，其中，该第三群组包含多个第三节 点，所述第三节点其中之一根据该移动信号设置为一第三间门节点，该第四群组包含多个 第四节点，所述第四节点其中之一根据该移动信号设置为一第四闸门节点；接收各该第三节点的至少一数据，其中各该第三节点的至少一数据皆分别具有一第三 单位时间数据长度；根据各该第三节点的至少一数据的第三单位时间数据长度以及该预定数据包长度计 算该第三闸门节点的一第三数据聚合时间；以及接收该第四闸门节点的一第四数据聚合时间，其中该第四数据聚合时间是由该第四闸 门节点根据各该第四节点的至少一数据的一第四单位时间数据长度以及该预定数据包长 度计算之；其中，该第三闸门节点是该第一闸门节点，该第四闸门节点是所述第二节点的其中之一ο
3.根据权利要求2所述的节点数量调整方法，其特征在于，根据该第一数据聚合时间 调整所述第一节点的数量的步骤还包含下列步骤判断该第三数据聚合时间以及该第四数据聚合时间皆介于该预定上限时间以及一预 定下限时间之间；以及发送一设置信号将该第四闸门节点设置为该第二闸门节点；其中，所述第三节点的数量是大于所述第一节点的数量，所述第四节点的数量是小于 所述第二节点的数量。
4.根据权利要求1所述的节点数量调整方法，其特征在于，根据该第一数据聚合时间 调整所述第一节点的数量的步骤还包含下列步骤接收该第二间门节点的一第二数据聚合时间，其中该第二数据聚合时间是由该第二闸 门节点根据各该第二节点的至少一数据的一第二单位时间数据长度以及该预定数据包长 度计算之；判断该第一数据聚合时间以及该第二数据聚合时间皆大于一预定上限时间；以及发送一取消信号以取消该第二闸门节点的设置，以形成一第三群组，其中，该第三群组 包含多个第三节点，所述第三节点其中之一根据该取消信号设置为一第三闸门节点；其中，该第三闸门节点是该第一闸门节点，所述第三节点的数量是所述第一节点的数 量与所述第二节点的数量的总和。
5.根据权利要求1所述的节点数量调整方法，其特征在于，根据该第一数据聚合时间 调整所述第一节点的数量的步骤还包含下列步骤判断该第一数据聚合时间是小于一预定下限时间；发送一移动信号以移动所述第一节点的至少其中之一至该第二群组中，以取消该第 二闸门节点的设置，并形成一第三群组以及一第四群组，其中，该第三群组包含多个第三节 点，所述第三节点其中之一根据该移动信号设置为一第三间门节点，该第四群组包含多个 第四节点，所述第四节点其中之一根据该移动信号设置为一第四闸门节点；接收各该第三节点的至少一数据，其中各该第三节点的至少一数据皆分别具有一第三 单位时间数据长度；根据各该第三节点的至少一数据的第三单位时间数据长度以及该预定数据包长度计 算该第三闸门节点的一第三数据聚合时间；以及接收该第四闸门节点的一第四数据聚合时间，其中该第四数据聚合时间是由该第四闸 门节点根据各该第四节点的至少一数据的一第四单位时间数据长度以及该预定数据包长 度计算之；其中，该第三闸门节点是该第一闸门节点，该第四闸门节点是所述第一节点的其中之一。
6.根据权利要求5所述的节点数量调整方法，其特征在于，根据该第一数据聚合时间 调整所述第一节点的数量的步骤还包含下列步骤判断该第三数据聚合时间以及该第四数据聚合时间皆介于一预定上限时间以及该预 定下限时间之间；以及发送一设置信号将该第四闸门节点设置为该第二闸门节点；其中，所述第三节点的数量是小于所述第一节点的数量，所述第四节点的数量是大于 所述第二节点的数量。
7.根据权利要求1所述的节点数量调整方法，其特征在于，根据该第一数据聚合时间 调整所述第一节点的数量的步骤还包含下列步骤接收该第二间门节点的一第二数据聚合时间，其中该第二数据聚合时间是由该第二闸 门节点根据各该第二节点的至少一数据的一第二单位时间数据长度以及该预定数据包长 度计算之；判断该第一数据聚合时间以及该第二数据聚合时间皆小于一预定下限时间；以及 发送一分离信号将所述第一节点分离为一第三群组以及一第四群组，其中，该第三群 组包含多个第三节点，所述第三节点其中之一根据该分离信号设置为一第三间门节点，该 第四群组包含多个第四节点，所述第四节点其中之一根据该分离信号设置为一第四闸门节点；其中，该第三闸门节点是该第一闸门节点，该第四闸门节点是所述第一节点的其中之 一，所述第一节点的数量是所述第三节点的数量与所述第四节点的数量的总和。
8.根据权利要求1所述的节点数量调整方法，其特征在于，计算该第一数据聚合时间 的步骤还包含以下步骤根据下列方程式计算该第一数据聚合时间<formula>formula see original document page 4</formula>其中，T代表该第一数据聚合时间、P代表一数据错误率、S代表该预定数据包长度、A i 代表各该第一节点的至少一数据的第一单位时间数据长度、N代表所述第一节点的数量以 及CR代表一数据压缩率。
9.一种用于一传感器网络的节点装置，该传感器网络包含多个群组，所述群组包含一 第一群组以及一第二群组，该第一群组包含多个第一节点，所述第一节点其中之一是设置 为一第一间门节点，该第二群组包含多个第二节点，所述第二节点其中之一是设置为一第 二闸门节点，且该第二闸门节点与所述第一节点其中之一无线连接，该节点装置包含一传送模块；一接收模块，用以接收各该第一节点的至少一数据，其中各该第一节点的至少一数据 皆分别具有一第一单位时间数据长度；一存储器，用以储存一预定数据包长度；一计算模块，用以根据各该第一节点的至少一数据的第一单位时间数据长度以及该预 定数据包长度计算该第一间门节点的一第一数据聚合时间；以及一调整模块，用以根据该第一数据聚合时间调整所述第一节点的数量。
10.根据权利要求9所述的节点装置，其特征在于，该存储器还储存一预定上限时间， 该调整模块还包含一判断单元，用以判断该第一数据聚合时间是大于该预定上限时间；以及一处理单元，用以通过该传送模块发送一移动信号以移动所述第二节点的至少其中之 一至该第一群组中，以取消该第二间门节点的设置，并形成一第三群组以及一第四群组，其 中，该第三群组包含多个第三节点，所述第三节点其中之一根据该移动信号设置为一第三 闸门节点，该第四群组包含多个第四节点，所述第四节点其中之一根据该移动信号设置为 一第四闸门节点；其中，该接收模块接收各该第三节点的至少一数据，各该第三节点的至少一数据皆分 别具有一第三单位时间数据长度，该计算模块根据各该第三节点的至少一数据的第三单位 时间数据长度以及该预定数据包长度计算该第三间门节点的一第三数据聚合时间，该接收 模块还接收该第四闸门节点的一第四数据聚合时间，该第四数据聚合时间是由该第四闸门 节点根据各该第四节点的至少一数据的一第四单位时间数据长度以及该预定数据包长度 计算之；其中，该第三闸门节点是该第一闸门节点，该第四闸门节点是所述第二节点的其中之o
11.根据权利要求10所述的节点装置，其特征在于，该存储器还储存一预定下限时间， 当该判断单元判断该第三数据聚合时间以及该第四数据聚合时间皆介于该预定上限时间 以及该预定下限时间之间，该处理单元通过该传送模块发送一设置信号将该第四间门节点设置为该第二间门节点，所述第三节点的一数量是大于所述第一节点的数量，所述第四节 点的数量是小于所述第二节点的数量。
12.根据权利要求9所述的节点装置，其特征在于，该存储器还储存一预定上限时间， 该接收模块接收该第二间门节点的一第二数据聚合时间，该第二数据聚合时间是由该第二 闸门节点根据各该第二节点的至少一数据的一第二单位时间数据长度以及该预定数据包 长度计算之，该调整模块还包含一判断单元，用以判断该第一数据聚合时间以及该第二数据聚合时间皆大于该预定上 限时间；以及一处理单元，用以通过该传送模块发送一取消信号以取消该第二闸门节点的设置，以 形成一第三群组，其中，该第三群组包含多个第三节点，所述第三节点其中之一根据该取消 信号设置为一第三闸门节点；其中，该第三闸门节点是该第一闸门节点，所述第三节点的数量是所述第一节点的数 量与所述第二节点的数量的总和。
13.根据权利要求9所述的节点装置，其特征在于，该存储器更储存一预定下限时间， 该调整模块还包含一判断单元，用以判断该第一数据聚合时间是小于该预定下限时间；以及一处理单元，用以通过该传送模块发送一移动信号以移动所述第一节点的至少其中之 一至该第二群组中，以取消该第二间门节点的设置，并形成一第三群组以及一第四群组，其 中，该第三群组包含多个第三节点，所述第三节点其中之一是根据该移动信号设置为一第 三闸门节点，该第四群组包含多个第四节点，所述第四节点其中之一是根据该移动信号设 置为一第四闸门节点；其中，该接收模块接收各该第三节点的至少一数据，各该第三节点的至少一数据皆分 别具有一第三单位时间数据长度，该计算模块根据各该第三节点的至少一数据的第三单位 时间数据长度以及该预定数据包长度计算该第三间门节点的一第三数据聚合时间，该接收 模块还接收该第四闸门节点的一第四数据聚合时间，该第四数据聚合时间是由该第四闸门 节点根据各该第四节点的至少一数据的一第四单位时间数据长度以及该预定数据包长度 计算之；其中，该第三闸门节点是该第一闸门节点，该第四闸门节点是所述第二节点的其中之一
14.根据权利要求13所述的节点装置，其特征在于，该存储器还储存一预定上限时间， 当该判断单元判断该第三数据聚合时间以及该第四数据聚合时间皆介于该预定上限时间 以及该预定下限时间之间，该处理单元通过该传送模块发送一设置信号将该第四间门节点 设置为该第二闸门节点，所述第三节点的数量是大于所述第一节点的数量，所述第四节点 的数量是小于所述第二节点的数量。
15.根据权利要求9所述的节点装置，其特征在于该存储器还储存一预定下限时间，该 接收模块接收该第二间门节点的一第二数据聚合时间，该第二数据聚合时间是由该第二闸 门节点根据各该第二节点的至少一数据的一第二单位时间数据长度以及该预定数据包长 度计算之，该调整模块还包含一判断单元，用以判断该第一数据聚合时间以及该第二数据聚合时间皆小于该预定下限时间；以及一处理单元，用以通过该传送模块发送一分离信号将所述第一节点分离为一第三群组 以及一第四群组，其中，该第三群组包含多个第三节点，所述第三节点其中之一根据该分离 信号设置为一第三闸门节点，该第四群组包含多个第四节点，所述第四节点其中之一根据 该分离信号设置为一第四闸门节点；其中，该第三闸门节点是该第一闸门节点，该第四闸门节点是所述第一节点的其中之 一，所述第一节点的数量是所述第三节点的数量与所述第四节点的数量的总和。
16.根据权利要求9所述的节点装置，其特征在于，该计算模块是根据下列方程式计算 该第一数据聚合时间<formula>formula see original document page 6</formula>其中，T代表该第一数据聚合时间、P代表一数据错误率、S代表该预定数据包长度、A i 代表各该第一节点的至少一数据的第一单位时间数据长度、N代表所述第一节点的数量以 及CR代表一数据压缩率。
全文摘要
本发明是揭露一种用于一传感器网络的节点装置及节点数量调整方法。该传感器网络包含多个群组，其中各群组分别具有多个节点。对各该群组而言，所述节点其中之一被设定为一闸门节点，其群组内的节点将各自传送至少一数据至所对应的闸门节点。各该闸门节点可根据所接收的数据的一单位时间数据长度以及一预定数据包长度计算一数据聚合时间，以适当地调整其群组内的节点数量。
文档编号H04W84/18GK101827460SQ200910128118
公开日2010年9月8日 申请日期2009年3月2日 优先权日2009年3月2日
发明者刘永之, 庄哲熙, 曾煜棋, 林致宇 申请人:财团法人资讯工业策进会