传感器阵列中的数据路由的制作方法

传感器阵列中的数据路由的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种对数据进行路由的方法，所述数据在第一时间窗期间由阵列的节点构成设备(Ci)接收，所述阵列具有多个能够经由无线通信信道进行通信的节点。根据本发明，所述方法被设计用于从与所述第一时间窗连续的第二时间窗的一组预定时隙中选择一个时隙，在所述第一时间窗结尾和所选择时隙之间监视所述通信信道以检测所述信道上是否存在信号，在检测到不存在信号的情况下从所选择的时隙的一点起广播所述数据，以及在检测到存在信号的情况下不广播数据。本发明还涉及一种实施所述路由方法的节点构成设备(Ci)。
【专利说明】传感器阵列中的数据路由

【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信网络领域，更具体地，涉及用于没有基础设施的无线通信网络的多跳路由协议。

【背景技术】
[0002]以已知的方式，没有基础设施的网络，也被称作“自组织”网络，是由节点(例如传感器)组成的网络，它通过点对点连接而没有任何中央控制。
[0003]在多跳路由协议中，不能直接到达目的节点(例如因为距离或者资源限制)的源节点利用中间节点来传递消息。因此，源节点通过无线链路，例如无线电链路，来广播消息。该消息被源节点通信范围内的至少一个节点接收，它被称作相邻节点，并转而向它的至少一个相邻节点传送消息，以此类推，直至到达最后的目的地。节点仅与它们的直接邻居相互作用。它们并不知道网络的整体拓扑结构。
[0004]协议在两个阶段上运行。在第一阶段，计算路径。然后，在第二阶段，在计算出的路径上传输数据包。路径被周期性地重新计算，以考虑网络拓扑结构中可能的变化。
[0005]例如在Ivan Stojmenovic 发表于 IEEE Communicat1ns Magazine 上的题为“Posit1n based routing in ad hoc networks”的文章中所描述的“贪婪转发”路由协议，就是一个多跳路由协议的示例。在该路由协议中，路径通过增量构造法来计算。由节点基于相邻节点提供的信息所计算出的度量使得随后的节点能够被选择。
[0006]更确切地，贪婪转发路由协议使用两种类型的信息包:HELL0和DATA。HELLO包是信令消息。DATA包用于传输数据。网络中的每个节点知道其自身的区域位置以及最终目的地的位置。每个节点通过周期性地发送HELLO包与其直接相邻的节点交换它的位置信息。这样，每个节点知道它邻居的位置。有数据要传送的节点利用从它的邻居处接收的位置数据来选择最靠近最终目的地的相邻节点，并在一个或多个DATA包中将数据传送至所选择的这个节点。
[0007]尤其在延迟、输出率和功率消耗方面，所述协议提供了很好的性能。
[0008]然而，它对用于计算度量的信息的篡改非常敏感。例如，由恶意节点传送的HELLO包可能包含错误的位置信息，例如靠近最终目的地。以这样的信息为基础，恶意节点因而总是从与寻求确定下一节点的节点相邻的节点中被选择出来。所述节点然后总是将需要传送的那些DATA包传送至恶意节点，但恶意节点并不将这些DATA包传递至下一节点。因而单个的恶意邻居就足以从一个节点吸引所有流量以使得源节点和目的节点之间的连接完全断开。
[0009]因此需要有这样的路由协议，它很简单，能强有力地对抗通过侵犯干扰网络运行的企图，并且能耗小。


【发明内容】

[0010]本发明寻求改善这种情况。
[0011]为此目的，本发明提供一种对数据进行路由的方法，该数据在第一时间窗期间由第一设备广播并由第二设备接收，所述第一和第二设备分别构成多节点网络的节点，其适用于在无线通信信道上进行通信，所述方法的特征在于它包含由第二节点构成设备实现的下列步骤:
[0012].从与所述第一时间窗连续的第二时间窗的一组预定时隙中选择一个时隙；
[0013].在所述第一时间窗的结尾和所选择的时隙之间监视所述信道，以检测所述信道上是否存在/[目号；
[0014].如果检测到不存在信号，则从所选择的时隙的一个时刻起广播所述数据；以及
[0015].如果检测到存在信号，则不进行广播。
[0016]通过广播的路由使得可能获得强有力对抗侵犯的路由。
[0017]监视步骤用于检测无线电链路上信号的存在。信号存在意味着考虑中的节点的通信范围内的节点有广播活动。
[0018]检测到存在信号的节点推断该信号可能对应于另一节点正在广播的数据而不广播该数据。
[0019]相反，如果它没有检测到任何活动，就会广播它已接收的数据。
[0020]激活节点处的数据传送需要消耗能量。不广播该数据使得能量得到节省。
[0021]借助这个方法，由节点传送的数据的数量整体减少，因而使得可能减少所述节点的能耗。
[0022]广播方法及使得被传送的消息数量能够减少的机制的使用用于提供一种节约能量，同时还简单、可靠且强有力的方法。
[0023]根据所述路由方法的特征，通过随机抽取标识所述时隙的值来选择时隙，随机抽取通过应用已定义的概率分布来实现。
[0024]随机抽取用于使得数据传送的时刻不可预测，因而获得有力对抗侵犯的方法。
[0025]在所述路由方法的具体实施中，第二时间窗包含预定的数量N个预定的连续时隙，作为与第二时间窗的起点相关的所述时隙的位置的函数，阶数与时隙相关联，从N个时隙中选择k+Ι阶时隙的概率大于或等于选择k阶时隙的概率。
[0026]该概率分布有利于选择高阶时隙，即远离接收数据的时刻的时隙。在这样的选择中，监视步骤比选择低阶时隙时长。检测活动的概率增加了。需要广播数据的概率因而减少了。这提供了额外的能量节省。
[0027]在可单独使用或与以上实施结合使用的所述路由方法的另一实施中，作为接收所述数据时代表所接收信号质量的值的函数来确定选择时隙标识值的概率。
[0028]作为信号质量的函数来确定的概率分布用于作为所接收信号的质量的函数来加权选择时隙的概率。当传送者和接收者节点之间的距离较短时所接收信号的质量优于当所述距离较长时。这个特性在这里用于加权选择不同时隙的概率。例如，加权会有利于选择靠近数据接收时刻的时隙，从而有利于由所述节点广播数据，或者相反，有利于选择远离接收时刻的时隙从而减少节点广播数据的概率。
[0029]在所述路由方法的具体特征中，基于所述信号的测量值来确定代表信号质量的所述值。
[0030]当接收数据时，在所接收信号上实现代表所接收信号质量的信号测量值。所述信号测量值用于确定代表每个节点及每个消息接收特定的质量的值。代表所接收信号的值由每个节点确定。在相同时刻接收相同数据的两个节点计算出不同的值。同样，在不同时刻接收相同数据的单个节点计算出不同的值。
[0031]在所述路由方法的具体实施中，选择标识时隙的值的概率作为代表在接收所述数据期间所接收的信号质量的值、时隙数量和标识时隙的所述值的函数来确定，选择低阶时隙的概率与代表所接收信号质量的所述值成反比。
[0032]不好的接收信号质量表明传送者节点和接收者节点之间的距离较长。增加选择低阶时隙的概率的加权增加了在监视阶段期间所述节点不接收信号的可能性，从而增加了它广播数据的可能性。那么，数据由较少的中间节点传送并过程快速地传送至其目的地。
[0033]在所述路由方法的实施中，广播步骤后面是空闲步骤，其间接收功能被停用。
[0034]由第一节点传送的广播数据被作为第二节点的相邻节点接收。这个第二节点重播该消息。在第二节点的重播期间，因为第一节点在第二节点的通信范围内，它可能接收到重播数据。广播步骤后的空闲状态避免了第一节点接收重播数据。因为节点接收数据比空闲时消耗更多的能量，采用空闲状态提供额外的能量节省。
[0035]在可单独使用或与上述实施结合使用的另一实施中，无广播步骤包括侦听步骤，其间接收功能被激活。
[0036]侦听步骤使得没有广播数据的节点确保所述数据已由相邻节点广播。
[0037]在可单独使用或与上述实施结合使用的实施中，无广播步骤后面是选择最小阶时隙的步骤和广播数据的步骤。
[0038]在所述过程期间，选择低阶时隙使得所述节点首先预约对介质的访问，并从而广播数据，而与其他节点选择的时隙无关。在恶意实体总是在低阶时隙期间传送信号以阻止其他节点传送信号从而阻塞系统时，这个过程尤其有用。该过程使得所述方法更好地对抗侵犯。
[0039]根据具体特征，如果在监视步骤期间检测到信号，则所述路由方法包括接收数据的接收步骤和将第一时间窗期间所接收的数据与接收步骤期间所接收的数据比较的比较步骤。
[0040]在该实施中，检测活动之后，节点转换至接收以确保它接收的数据对应于它先前接收的数据。从而证实它接收的数据已被转发。如果不是这样，例如如果数据是不同的或者错误的，它将设想传送最初接收的数据。该实施用于增加数据传送的可靠性。
[0041]在所述路由方法的实施中，广播步骤后面是接收数据的接收步骤，将所述接收数据和广播步骤期间传送的数据比较的比较步骤，以及作为比较结果的函数，其间接收功能被停用的空闲步骤，或重播所述传送数据的步骤。
[0042]接收和比较步骤使得可能确保数据已被转发。它们被用作数据传送的确认。未接收数据或者接收到与传送数据不相对应的数据被解析为传送错误且所述数据被再次重传。该实施用于增加数据传输的可靠性。
[0043]在变型中，可以定义最大次数的重传尝试以确保过程完成。
[0044]本发明还提供构成网络节点的设备，该网络具有多个适用于经由无线通信信道进行通信的节点，所述设备具有用于在第一时间窗期间接收数据消息的接收装置，所述数据由第一节点构成设备广播。
[0045]根据本发明，所述设备包含:
[0046].选择器装置，用于从与所述第一时间窗连续的第二时间窗的一组预定时隙中选择时隙；
[0047].监视装置，用于在所述第一时间窗结尾和所选择的时隙之间监视所述信道，以检测所述链路上是否存在信号；
[0048].广播装置，用于如果检测到不存在信号则从所述时隙的一个时刻起广播所述数据；以及
[0049].用于如果检测到存在信号则不进行广播的装置。
[0050]本发明还涉及适用于收集数据并向收集器设备转发数据的传感器，该传感器的特征在于它包含上述节点构成设备。
[0051]本发明还提供包含多个节点构成设备的系统，包括至少一个上述节点构成设备。
[0052]最后，本发明提供计算机程序产品，当由处理器载入并执行时包括实现上述路由方法步骤的指令。

【专利附图】

【附图说明】
[0053]本发明的其他特点和优势将在参照附图的下列作为非限制性示例给出的实施的描述中显现，其中:
[0054].图1是示出了本发明的总体环境的总体示意图；
[0055].图2是示出了适用于实现本发明的实施中路由方法的步骤的传感器的方框图；
[0056].图3是示出了第一实施中路由方法的不同步骤的流程图；
[0057].图4是示出了时间窗的示意图；
[0058].图5是示出了一个时间窗的示意图；
[0059].图6是示出了第二实施中路由方法的不同步骤的流程图；
[0060].图7不出了用于确定代表信号质量的值的函数的不例；
[0061]?图8示出了曲线的示例，该曲线作为时隙阶数k及代表信号质量的值的函数来表明一组16个时隙中每个时隙获得的概率值；和
[0062].图9是示出了由多个传感器实现的路由方法的实施的示意图。

【具体实施方式】
[0063]本发明借助软件和/或硬件组件来实现。在该环境及本文中，在下面对所谈及模块进行描述时，术语“模块”可同等对应于适用于实现函数或函数组的软件组件或硬件组件，或一组硬件和/或软件组件。
[0064]软件组件包含一个或多个计算机程序，一个或多个子程序，或更一般地程序或软件的任何组成部分。这样的软件组件存储在存储器中，然后由物理实体的数据处理器(终端、服务器、网关、机顶盒、路由器等)载入并执行，它能够访问该物理实体的硬件资源(存储器、数据介质、通信总线、电子输入/输出卡、用户接口等)。
[0065]以相同的方式，硬件组件对应于硬件组装的任何组成部分。它可能是可编程硬件组件或合并有执行软件的处理器，例如集成电路、智能卡、执行固件的电子卡等。
[0066]参照图1至5，本发明的第一实施描述如下。
[0067]图1示出了系统SYS，它包含收集器设备D和多个传感器C1、C2、……、C1、……，它们以地理区域上的均匀分布随机放置。
[0068]举例来说，每个传感器Ci是测量传感器，它适用于周期性地实现一组测量并将包含所做测量的数据传送至收集器设备D。
[0069]每个传感器Ci还适用于从系统SYS的另一传感器接收数据，并将这些数据传递至收集器设备D。
[0070]每个传感器Ci分别代表一个节点。
[0071]在所谓没有基础设施或被称作“自组织”的网络中，所述多个节点被组织起来。
[0072]在下面的描述中，传感器可被同等称作节点或者传感器。
[0073]传感器代表构成节点的设备。
[0074]每个节点适用于经由无线链路，例如Zigbee、WiFi或其他无线电类型的链路，与相邻节点通信。
[0075]与当前节点相邻的节点是当前节点通信范围内的节点。更确切地，当前节点和当前节点的相邻节点之间的欧几里得距离即是通信范围。规定通信范围可随传播条件而变化。
[0076]两个节点之间的链路是双向链路。
[0077]以已知的方式，对无线链路传送功率的限制使当前节点不能在直接链路上与系统SYS的所有节点对话。
[0078]这样，经由一个或多个中间节点，数据从当前节点传送至当前节点范围之外的收集器设备D。更一般地，从源节点到收集器设备D的数据传送使用多跳路由协议来进行。
[0079]举例来说，在进行一组测量后，系统SYS的传感器，例如传感器Cl，寻求将包括所做测量的数据MD传送至收集器设备D。因为收集器设备D不在传感器Cl的通信范围内，传感器Cl不能将数据直接传送至收集器设备D。数据MD经由系统SYS的传感器逐个节点地传送直至到达收集器设备D。
[0080]更确切地，传感器Cl广播包含数据MD的消息M。消息M被相邻节点(即节点Cl通信范围之类的节点)接收。此后，至少一个相邻节点广播它所接收的消息M。该过程重复进行直至消息M到达收集器设备D。
[0081 ] 图2示出了系统SYS的传感器Ci的示例。
[0082]以传统方式，传感器Ci具体包含具有微处理器的处理器单元UT，只读存储器(ROM)或电子可擦除可编程只读存储器(EEPROM) 103，随机存储器(RAM) 104，传送模块EMI，和接收模块REC。
[0083]传送模块EMI适用于经由无线链路传送数据。更确切地，传送模块EMI适用于在预定频率的通信信道Z上传送代表数据的信号。
[0084]接收模块REC适用于经由无线链路接收数据。更确切地，接收模块REC适用于接收代表数据的信号，该数据由通信范围内的节点在预定频率的通信信道Z上传送。
[0085]ROM 103具有存储计算机程序PG的寄存器。
[0086]处理器单元UT具体由计算机程序PG控制以实现下述本发明的实施之一中的路由方法。
[0087]传感器Ci还具有用于选择时隙的选择器模块SEL，监视模块SUR，控制模块CMD，和临时存储器MT。
[0088]举例来说，存储器MT是RAM类型的存储器，适用于存储数据，例如作为从相邻节点接收的测量报告。
[0089]传感器Ci还可以包括测量模块MES，其适用于周期性进行一组测量并在临时存储器MT中存储测量结果。
[0090]接收模块REC适用于接收包含数据的消息，并在临时存储器MT中存储所接收的数据。
[0091]以已知方式,传感器Ci以下列三种模式之一来运行:广播模式，其中传送模块EMI可在通信信道上传送数据；侦听模式，其中接收模块REC可在通信信道上接收数据；空闲模式，其中传感器既不能传送也不能接收数据。
[0092]参照图3，由系统SYS的传感器Ci实现的本发明的方法描述如下。
[0093]在第一步骤EO中，传感器Cj在通信信道Z上广播包含数据MD的数据包PA。
[0094]在第一时间窗Fl期间,传感器Cj发送包PA。更确切地,第一时间窗Fl包含第一竞争时间窗Fll,随后是第一数据传送时间窗F12。
[0095]图4是示出了时间窗的示意图。
[0096]在从位于第一竞争时间窗Fll中的时刻T开始并终止于第一竞争时间窗结尾处的持续时间内，传感器Cj传送信道预约信号。这个预约信号是适用于预约对介质访问的控制信号。
[0097]所述信道预约信号例如可以是通过调制预定符号序列而获得的信号。
[0098]然后，在第一数据传送时间窗F12期间，传感器Cj在通信信道Z上传送数据包PA。数据包PA包含前同步码PB，随后是数据MD。前同步码PB包含使包PA可被识别的数据，比如，源节点(即传送数据MD的网络中的第一节点)的标识。前同步码PB还可包含一个或多个中间节点(即已接收数据MD并已将其传递的节点)的标识。
[0099]在步骤E2期间，包含数据MD的包PA由传感器Ci的接收模块REC接收。为简化描述，转移数据包所需的时间在这里被认为可忽略不计，并假设包PA —被传送就被接收了，即在第一时间窗Fl期间，或者更确切地在数据传送时间窗F12期间，包PA被接收。换句话说，步骤EO和E2是同时实现的。
[0100]节点Ci接收包PA的结束发生在时刻TA，对应于时间窗Fl的结尾。
[0101]在步骤E4期间，传感器Ci的选择器模块SEL从第二时间窗F2的一组预定时隙中选择时隙IT。
[0102]图5示出了第二时间窗F2。
[0103]第二时间窗F2是与第一时间窗Fl的时长相等的时间窗。第二时间窗F2开始于第一时间窗Fl结尾的时刻TA，即接收包PA的结束。
[0104]第二时间窗F2包含第二竞争时间窗F21，随后是第二数据传送时间窗F22，每个都有预定时长。
[0105]第二竞争时间窗F21被细分成预定的数量N个时隙IT1、IT2、……、ITn。
[0106]在所述实施中，时隙都有相同的时长。它们是连续的，一个时隙的结束对应于下一个时隙的开始。时隙从而被排序。每个时隙具有作为其与第二时间窗F2的开始时刻TA相关的位置的函数来分配的阶数，阶数为I的时隙ITl是开始于时刻TA的时隙，阶数为N的时隙ITn是结束于第二竞争时间窗F21结尾处的时隙。
[0107]阶数为k的时隙ITk因而开始于阶数为(k-Ι)的时隙IT(k-l)的结尾处。
[0108]作为替代，时隙可以是不连续的。
[0109]阶数为k的时隙ITk开始于时刻Tlri并结束于时刻Tk。
[0110]在步骤E4期间，传感器Ci的选择器模块SEL从N个时隙中选择时隙IT。
[0111]通过随机抽取标识时隙的值来选择时隙IT，随机抽取符合已定义的概率分布。
[0112]标识时隙的值例如可以是与所述时隙相关联的阶数。
[0113]举例来说，随机抽取可在一组标识时隙的值中实现，例如N个阶数。
[0114]概率分布Pl是递增分布，即选择阶数(k+Ι)的概率Pl(k+1)大于或等于选择阶数k的概率Pl (k)。
[0115]因此，选择阶数(k+Ι)的时隙的概率大于或等于选择阶数k的时隙的概率。
[0116]此外，概率分布Pl使得选择每个时隙IT的概率的和等于1:
[0117]Pl (I) +Pl (2) +......+Pl (N) = I
[0118]举例来说，概率分布Pl是均匀分布，其中选择每个时隙的概率为1/N。
[0119]所选择时隙IT例如可以是阶数为k的时隙ITk，它开始于时刻Tlri并终止于时刻Tk0
[0120]在第二时间窗F2开始处的时刻TA和所选择时隙ITk开始处的时刻Tlrl之间实现的步骤E6期间，传感器Ci的监视模块SUR监视通信信道Z以检测其上相邻节点的传送活动。更确切地，监视模块SUR监视是否有信号被传感器Ci的接收模块REC接收。当相邻节点尝试访问介质时，它传送如上所述的信号。该信号然后由传感器Ci的接收模块REC接收。接收模块REC在TA和Tlri之间的至少一部分时间期间接收信号表明与传感器Ci相邻的至少一个节点在进行传送活动。
[0121]如果在监视步骤E6期间没有检测到信号，那么传感器Ci的控制模块CMD在步骤E8期间起动以使传感器Ci的传送模块EMI广播在第一时间窗Fl期间接收的数据MD。更确切地，在时刻Tlri和Tn之间，传感器Ci的传送模块EMI发送信号以预约对介质的访问，然后在时刻Tn和第二时间窗F2结尾的时刻TB之间，传感器Ci的传送模块EMI传送数据MD。更确切地，传感器Ci的传送模块EMI传送包含前同步码PB和随后的数据MD的数据包PA。
[0122]作为替代，所传送的包是包含前同步码PR和数据MD的包PAl。前同步码PR对应于在步骤E2期间接收的前同步码PB，并有所修改。举例来说，修改的前同步码PR对应于前同步码PB，并对其增加了传感器Ci的细节。
[0123]步骤ES后面是步骤E10，其间传感器Ci的控制模块CMD在一段预定时长内，例如一个或几个时间窗，将传感器Ci置于空闲模式。
[0124]如果在监视步骤E6期间接收到信号，那么传感器Ci的控制模块CMD将这个信号的存在解析为形成由接收到相同包PA的相邻节点对包PA的广播，传感器Ci的控制模块CMD不会使包含数据MD的包PA被广播(步骤E12)。包PA不会被传感器Ci广播。步骤E12是无广播步骤。
[0125]在所述实施中，在无广播步骤E12期间，传感器Ci被置于空闲模式，并在一段预定时长内，例如一个或几个时间窗，保持这种模式。空闲模式是这样一种模式，其间传感器既聋又哑，即它不发送任何信号而且不考虑相邻节点广播的信号。
[0126]在第一变型中，无广播步骤E12是侦听步骤，其间传感器Ci的控制模块CMD不引发传感器Ci转换至空闲模式，因此在第二时间窗F2期间，它保持在接收模式。
[0127]如果在第二时间窗F2期间，传感器Ci的接收模块REC没有接收到数据包，那么在第三时间窗F3期间步骤E4到E12将重复进行(图4)。时间窗F3的时长与第二时间窗F2的时长相等，它开始于时间窗F2的结尾。
[0128]如果在第二时间窗F2期间接收到包PA1，传感器Ci的控制模块CMD将第二时间窗F2期间接收到的包PAl和第一时间窗Fl期间接收到的包PA比较。作为比较结果的函数，控制模块CMD执行空闲步骤或重播步骤。
[0129]如果在比较期间确定包PA和包PAl是相同的，那么传感器Ci的控制模块CMD将传感器Ci置于空闲模式。接收到与包PA相同的包PAl意味着在第一时间窗Fl期间接收包PA的邻居之一已在第二时间窗F2期间将其广播。
[0130]在具体实施中，两个数据包之间的比较包含比较包含在包的前同步码中的部分或全部信息，例如源节点的标识。
[0131]在第二时间窗F2期间接收到与包PA相同的包PAl作为传送的确认起作用。
[0132]如果在比较期间确定数据包PAl和PA不相同，那么在开始于第二时间窗F2结尾处且长度与第一和第二时间窗Fl和F2各自长度相同的第三时间窗F3期间，步骤E4至E12
将重复进行。
[0133]重传过程，S卩如果在当前时间窗期间没有接收到包或在当前时间窗期间接收到的包与预期的包不相符，则在紧随当前时间窗之后的时间窗期间，对步骤E4至E12的重复可能会执行好几次。
[0134]在变型实施中，重复的最大次数被设定，当达到最大次数时重传过程停止。
[0135]在另一变型实施中，当达到重复的最大次数时，侦听步骤后面是选择具有最低阶(例如I阶)时隙的步骤，然后重复进行监视步骤E6、广播步骤ES和空闲步骤E10。选择阶数1，即选择时隙IT1，表示广播数据的步骤ES将被执行。当选择的是时隙ITl时，在监视步骤E6期间没有信号被接收。
[0136]在可单独使用或结合第一变型一起使用的第二变型中，在第二时间窗F2期间广播包PA的步骤E8后面是侦听步骤，其间传感器Ci的控制模块CMD在紧随第二时间窗F2的第三时间窗F3期间，将传感器Ci置于侦听模式。
[0137]如果在第三时间窗F3期间传感器Ci的接收模块REC没有接收到包，那么在开始于时间窗F3结尾处的第四时间窗F4期间，将重复步骤E4至ElO (图4)。
[0138]如果在第三时间窗F3期间接收到数据包PA2，传感器Ci的控制模块CMD将在第三时间窗F3期间接收的包PA2和第二时间窗F2期间传送的包PA比较。
[0139]如果包PA和PA2相同，在一个或几个时间窗期间，传感器Ci的控制模块CMD将传感器Ci置于空闲模式。接收到与包PA相同的包PA2意味着在时间窗F2期间传感器Ci的一个邻居接收到包PA并在第三时间窗F3期间将其重播。
[0140]在第三时间窗F3期间接收到与包PA相同的包PA2可作为对所述传送的确认。
[0141]如果数据包PA和PA2不相同，在开始于第三时间窗F3结尾处且长度与第一和第二时间窗Fl和F2各自长度相等的第四时间窗F4期间，传感器Ci将重复步骤E4至E12。
[0142]在实施的变型中，重传的最大尝试次数可被定义以便确保过程完成。
[0143]在可单独使用或组合使用的另一变型中，在预定最大次数的不成功传送尝试后，最低阶时隙被选择。选择最低阶时隙意味着数据将被广播。
[0144]下面将参照图6描述由系统SYS的传感器Ci实现的路由方法的第二实施。
[0145]在步骤E52期间，传感器Ci接收包含数据MD2的数据包PA3。举例来说，包PA3已由与传感器Ci相邻的传感器Cj广播。
[0146]在第一时间窗Fl期间接收包PA3。
[0147]更确切地,第一时间窗Fl包含第一竞争时间窗Fll和随后的第一数据传送时间窗F12。
[0148]在开始于第一竞争时间窗Fll中的时刻T且终止于第一竞争时间窗结尾处的持续时间内，传感器Ci接收在通信信道Z上传送的信号，以表明数据包将要被广播。然后在第一传送窗F12期间，传感器Ci接收包含前同步码和数据MD2的数据包。
[0149]同样地，在步骤E52期间，当接收前同步码时，传感器Ci获取对接收信号强度指示(RSSI)的测量值H。RSSI在电气和电子工程师协会(IEEE)的802.11标准中有具体定义，是对所接收无线电信号功率的测量值。
[0150]以已知的方式，作为传送者节点和接收数据的节点之间距离的函数，所接收信号的功率会有变化。距离越大，所接收信号的功率越小。
[0151]作为替代，测量值H可以是对接收信道功率指示(RCPI)的测量值，或实际上就是对所接收信号强度的测量值。
[0152]更一般地，测量值H是在接收数据包时对传感器Ci所接收信号的测量值。
[0153]作为替代，测量值H贯穿在接收数据包期间实现。
[0154]更一般地，测量值H是适用于估算传送信号的传送者节点和接收信号的接收传感器Ci之间广义上的“距离”的测量值。
[0155]在步骤E54期间，传感器Ci的选择器模块SEL从第二时间窗F2的一组N个预定时隙中选择时隙IT。
[0156]第二时间窗F2是与第一时间窗Fl时长相等的时间窗，它开始于第一时间窗Fl结尾处的TA时刻，即接收包PA2结束接收时。
[0157]第二时间窗F2包含第二竞争时间窗F21和随后的第二数据传送时间窗F22，每个都有预定时长。
[0158]第二竞争时间窗F21被细分为预定数量N个时隙ITl、IT2、……、ITn。
[0159]在现在描述的实施中，时隙是连续的，一个时隙的结尾对应下一时隙的开始。时隙从而有序排列。作为与第二时间窗F2开始处的时刻TO相关的位置的函数，每个时隙给定一个阶数，阶数为I的时隙ITl是开始于时刻TO的时隙，阶数为N的时隙ITn在第二时间窗F2的结尾处结束。
[0160](k+Ι)阶时隙因而从k阶时隙结尾处开始。
[0161]通过随机抽取标识时隙的值来选择时隙IT，随机抽取符合概率分布P2。
[0162]概率分布P2是递增的概率分布，并使得每个时隙IT的概率之和等于I。
[0163]更确切地，步骤E54包含3个子步骤E542、E544和E546。
[0164]在第一子步骤E542期间，代表所接收信号质量的值A以在步骤E52期间确定的测量值H为基础来确定。
[0165]值A通过对测量值H应用预定函数来确定。更确切地，代表信号质量的值A通过下列方程式来确定:
[0166]A = G(H)
[0167]其中G代表预定的递减函数。
[0168]图7示出了函数G的示例。
[0169]举例来说，函数G可以是线性函数Gl，指数函数G2，或者双弯曲函数G3。
[0170]在图7所示的示例中，H和A的值都在[0，I]范围内。
[0171]作为替代，可为A和H定义任意范围。
[0172]举例来说，值A可通过下列表达式来确定:
[0173]A = G(H) = (1-8(η))/(1-8-1)
[0174]其中测量值H以预定数量比特的形式表示，例如8比特。在这个环境下，值A是O到I范围内的数。
[0175]以已知的方式，作为传送者节点和接收数据的节点之间距离的函数，所接收信号的功率会有变化。这个距离越大，功率越弱，且值A越接近O。
[0176]值A因而作为所接收信号的测量值的函数来确定。该测量值随节点的周围环境而定，具体随传送者节点和接收数据的节点之间的距离而定。因而对于每个节点以及在每个数据接收的时刻，值A是不相同的。因此，作为其本地周围环境的函数，每个节点各自调节其分布。
[0177]然后，在步骤Ε544期间，选择每个时隙ITk的概率P2k得到确定。
[0178]选择时隙ITk的概率P2k是代表所接收信号质量的值A和竞争窗内时隙数量N的函数F。
[0179]例如，
[0180]P2k = F (A, N, k) = A^k(1-A) An/ (1-An)
[0181]值A代表控制概率分布P2的增长率的参数。
[0182]对于每个时隙IT1、IT2、......、ITn，N个概率P21、P22、......、Ρ2η从而分别被确定。
[0183]作为时隙的阶数k和值A的函数，图8示出了表明为一组16个时隙中的每个时隙获得的概率值P2k的曲线的示例。
[0184]曲线Cl对应于值A = Al = 0.95。
[0185]曲线C2对应于值A = A2 = 0.8。
[0186]曲线C3对应于值A = A3 = 0.5。
[0187]在A = A3时为低阶时隙获得的值P2k大于A2和Al时。
[0188]如上定义的函数P2使得可能在功率低时获得比功率高时更高的选择低阶时隙的概率。
[0189]作为所接收信号功率的函数对概率分布P2进行加权使得可能增加远程节点传送消息的概率。
[0190]此后，在步骤E546期间，通过应用概率分布P2的随机抽取，传感器Ci从N个时隙中选择标识时隙IT的值。由这个值标识的时隙IT就是所选择的时隙。
[0191]作为替代，对于A、N和k的不同值，P2k的不同的可能值在先前阶段(未显示)期间被确定并存储在传感器Ci的存储器中，例如存储器103。步骤E544然后读取存储器103。
[0192]所选择的的时隙IT例如可以是k阶时隙ITk，它开始于时刻T1^1并终止与时刻Tk。
[0193]在时刻TA和时刻T1^1之间实现的步骤E56期间，传感器Ci的监视模块SUR监视通信信道Z以检测相邻节点在信道上的任何传送活动。更确切地，监视模块SUR监视是否有信号被传感器Ci的接收模块REC接收。
[0194]如果在监视步骤E56期间没有检测到活动，那么传送模块EMI在步骤E58期间起动，以重传在第一时间窗期间在包PA2中接收的数据MD2。更确切地，在时刻Tlri和Tn之间，传送模块EMI传送竞争信号以预约对介质的访问，然后在时刻Tn到TB期间，传送模块EMI传送前同步码和随后的数据MD2。
[0195]如果在监视步骤E56期间检测到广播活动，那么在步骤E60期间，传感器将这个活动解析为数据MD2被接收到相同消息的相邻节点广播，而它不广播数据MD2。
[0196]图9示出了由多个传感器实现路由方法的实施。
[0197]在第一时间窗Fl期间，传感器Y广播包含数据M的数据包P。
[0198]在第一时间窗Fl期间，所有与传感器Y相邻的传感器B、C、D和E接收包P。
[0199]第一时间窗Fl包含竞争窗和随后的数据传送窗。举例来说,竞争窗被细分为4个时隙 ITU IT2、IT3 和 IT4。
[0200]为了简化说明，数字4是随意选取的。实际上，作为网络密度(即每个节点的相邻节点的平均数量)的函数，所述数字更大，例如16或者32。
[0201]因为源节点和不同相邻节点之间的传递时间差可忽略不计，传感器同时接收数据包P的结尾。该结尾对应于第一时间窗Fl的结束时刻TA，并形成同步事件，使得每个传感器能够确定第二时间窗F2的开始。该同步事件用于确定所有已接收数据包PA的相邻节点共有的一系列时间窗。
[0202]在与第一时间窗Fl连续的第二时间窗F2期间,传感器B、C、D和E中的每一个从第二时间窗F2的竞争窗的4个时隙中选择时隙IT。例如，传感器B选择第二时隙IT2，传感器C选择第一时隙ITl，传感器D选择第四时隙IT4，传感器E选择第三时隙IT3。
[0203]规定每个传感器选择时隙而不考虑相邻传感器所做的选择。因而可能两个相邻传感器选择相同的时隙。
[0204]传感器C从第一时隙ITl开始传送信号。靠近传感器C的传感器B检测到传感器C传送的信号，而不广播数据M。同样靠近传感器C的传感器E也检测到传感器C传送的信号，而不广播数据M。
[0205]传感器D不靠近传感器C。在第一个时间窗Fl的结尾和第二时间窗F2的第三时隙IT3的起点之间的监视步骤期间，传感器D没有检测到任何信号。因而传感器D广播包含数据M的数据包。
【权利要求】
1.一种对数据(MD)进行路由的方法，该数据在第一时间窗(Fl)期间由第一设备(Cj)广播且由第二设备(Ci)接收，第一和第二设备分别构成多节点网络的节点，所述节点适用于在无线通信信道上进行通信，所述方法的特征在于它包含由第二设备实现的下列步骤: ?从与所述第一时间窗(Fl)连续的第二时间窗(F2)的一组预定时隙中选择(E4) —个时隙(IT)； ?在所述第一时间窗结尾(TA)和所选择的时隙之间监视(E6)所述信道，以检测所述信道上是否存在信号； ?如果检测到不存在信号，则从所选择的时隙(IT)的一个时刻起广播(ES)所述数据；和 ?如果检测到存在信号，则不进行广播(E12)。
2.如权利要求1所述的路由方法，其中通过随机抽取用于标识所述时隙的值来选择时隙(IT)，该随机抽取通过应用所定义的概率分布来实现。
3.如权利要求2所述的路由方法，其中第二时间窗包含预定数量N个预定的连续时隙，阶数作为时隙相对于第二时间窗起点的位置的函数与时隙相关联，并且从N个时隙中选择k+Ι阶时隙的概率大于或等于选择k阶时隙的概率。
4.如权利要求2所述的路由方法，其中将选择时隙标识值的概率作为接收所述数据(MD)时代表所接收信号质量的值(A)的函数来确定。
5.如权利要求4所述的路由方法，其中以所述信号的测量值为基础来确定代表信号质量的所述值。
6.如权利要求3所述的路由方法，其中将选择标识时隙的值的概率作为在接收所述数据(MD)期间代表所接收信号质量的值、时隙数量以及标识时隙的所述值的函数来确定，并且选择低阶时隙的概率与代表所接收信号质量的所述值成反比。
7.如权利要求1所述的路由方法，其中广播步骤后面是接收功能被停用的空闲步骤。
8.如权利要求1所述的路由方法，其中无广播步骤包括接收功能被激活的侦听步骤。
9.如权利要求3所述的路由方法，其中无广播步骤后面是选择最小阶时隙的步骤和广播数据的步骤。
10.如权利要求1所述的路由方法，其中如果在监视步骤期间检测到信号，则所述方法包括接收数据的接收步骤和将在第一时间窗期间所接收的数据和在接收步骤期间所接收的数据比较的比较步骤。
11.如权利要求1所述的路由方法，其中广播步骤后面是: ?接收数据的接收步骤； ?将所接收的数据和在广播步骤期间所传送的数据比较的比较步骤，以及作为所述比较的结果的函数； ?接收功能被停用的空闲步骤；或 ?重播所传送的数据的步骤。
12.—种构成网络节点的设备(Ci)，所述网络具有多个适用于经由无线通信信道进行通信的节点，所述设备具有用于在第一时间窗(Fl)期间接收数据(MD)的接收装置，所述数据由第一节点构成设备(Cj)广播，所述设备的特征在于它包含: ?选择器装置(SEL)，用于从与所述第一时间窗(Fl)连续的第二时间窗的一组预定时隙中选择时隙； ?监视装置(SUR)，用于在所述第一时间窗结尾和所选择的时隙之间监视信道，以检测所述信道上是否存在信号； ?广播装置(CMD)，如果检测到不存在信号则从所述时隙的一个时刻起广播所述消息；和 ?用于如果检测到存在信号则不进行广播的装置。
13.一种包含多个构成节点的设备的系统(SYS)，其中至少一个所述设备(Ci)如权利要求12所述。
【文档编号】H04W74/08GK104205986SQ201380017413
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月27日 优先权日:2012年3月29日
【发明者】A.孔图瑞斯 申请人:奥林奇公司