用于在无线传感器网络中路由数据的方法【专利摘要】本发明涉及一种用于在无线传感器网络(10)中路由至少一个数据分组的方法，所述无线传感器网络(10)包含：至少一个源节点(S)，所述源节点可被配置成传输至少一个数据分组；至少一个目的地节点(D)，所述目的地节点可被配置成接收由所述源节点(S)传输的所述数据分组；以及在所述源节点(S)和所述目的地节点(D)之间的可互连网络节点(si)，所述可互连网络节点可被配置成接收及转发所述数据分组，所述方法包含下列步骤：按照休眠–启用进度来操作所述网络节点(si)，所述休眠–启用进度至少包含休眠模式及启用模式；以及配置所述网络节点(si)以具有关于其自身的地理位置及所述目的地节点(D)的地理位置的信息，所述方法进一步包含下列步骤：将所述无线传感器网络(10)分成由边界所分离的多个不相交范围(A0、AM-1、A1、A2)；将每个范围(A0、AM-1、A1、A2)分离成至少两个区域，所述区域为内部边界区域(I)、中心区域(C)及外部边界区域(O)；从所述网络节点(si)中选取转发节点以将所述数据分组从所述源节点(S)路由至所述目的地节点(D)，所述转发节点根据其相对于所述目的地节点(D)的地理位置而被选取，且所述网络节点相对于彼此被同步，以及配置所述休眠–启用进度，使得在给定时间窗口中仅有被选取以路由所述数据分组的那些转发节点可在启用模式中操作，而所有其他网络节点(si)可在休眠模式中操作。【专利说明】用于在无线传感器网络中路由数据的方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及用于在无线传感器网络中路由数据的方法。【
背景技术：
】[0002]无线传感器网络具有用于多样应用的可能性，例如建筑物监控、灾难预防及环境监测。无线传感器网络由相对大量的节点所构成，所述节点泛称为网络节点，遍布在相应于所述无线传感器网络实施所在的地理范围中。网络节点典型地可为平价、电池供电的电子装置，诸如传感器，例如在存储、处理和/或分析数据方面具有减弱的能力。网络节点一般被应用以至少满足两件具挑战性的任务:首先，持续监测物理现象的状态或环境情况;第二，传输所收集数据至远程中心服务器以进行数据处理和/或分析。为了促进第二项任务，每个网络节点可被配备有相对低功率并具有较低覆盖范围的无线电收发器。利用相应于所述网络节点的无线电收发器之间的合作，通过在所述网络节点之一(一般称为源节点)及远程中心服务器(一般称为目的地节点)之间所选取的网络节点(以下称为转发节点)，以形成无线adhoc网络,经由多点跳跃传输(mult1-hoptransmission)来将所述源节点感测的数据路由到所述目的地节点。[0003]无线传感器网络的一个问题(尤其当网络节点通过电池供电的电子装置所实现时)是在网络节点的一个或多个节点中的电池耗损可能导致数据丢失，而最糟的情况是无线传感器网络操作完全失效。[0004]为了解决网络节点中的电池保存的问题，之前有人提出以休眠模式及启用模式两种模式之一来循环地操作无线传感器网络。在休眠操作模式中，网络节点的无线电收发器被关闭，因此在此种操作模式中网络节点在数据转发方面没有贡献。在启用操作模式中，邻近网络节点(特定言之为相应的无线电收发器)彼此通信，并参与朝着且最终到达目的地节点的数据转发。为了促进此通信，在启用模式中，参与朝着目的地节点转发数据的那些网络节点被同步，使得所述网络节点之间的数据接收和/或传输的进度进行可使数据丢失的情况降低或完全得以避免。在此方面，IEEE标准“Partl5.4:ffirelessMediumAccessControl(MAC)andPhysicalLayer(PHY)SpecificationsforLow-RateWirelessPersonalAreaNetworks”(IEEE,LosAlamos,2003年)描述了一种用于无线网络中的同步策略，所述同步策略通过周期地从中心网络协调器传送信标至网络节点来实现。接收信标之后，经同步的网络节点的无线电收发器收听在所述网络节点的无线电收发器之间所建立的无线电信道，收听的时间周期为数据分组可从邻近网络节点接收且如果需要的话持续朝着目的地节点传输的持续时间。在这些任务完成之后到下一信标被接收之前，上述的经同步网络节点在休眠模式中操作，与经同步的网络节点相关的无线电收发器被电力关闭。此电力管理策略所获得的性能增益由网络节点的工作周期所主控，所述工作周期被定义为启用周期长度与信标间隔的比例。已在J.H.Kim等人的美国专利7447256“Powersavingmethodforwirelesssensornetwork，，(2008年11月)，及C.J.Yoon的美国专利申请案号2006/0128349的“Energy-efficientmediumaccesscontrolprotocolandsystemforsensornetworks”(2006年6月)中描述了其他类似的策略。[0005]在之前所提出的无线传感器网络中，静态路由协议被用于从源节点传播数据分组至目的地节点。此种静态路由协议的例子在由c.Perkins及E.Royer在标题为“Ad-hocondemanddistancevector(AodV)route”的文件(发表于IEEEWMSCA,美国路易斯安那州NewOrleans,1999年2月)，以及由D.Johnson、D.Maltz和J.Broch所著的标题为“DSR:Thedynamicsourceroutingprotocolformult1-hopwirelessandad-hocnetworks，，的文件(发表于Ad-HocNetworking,AddisonWesley,2001年)中进行了描述。此种静态路由协议依赖先建立从源节点至目的地节点的单一路径，再由所述源节点传输数据至网络节点，所述网络节点按照所述静态路由协议确定，以用于转发数据至目的地节点。由于路由发现(routediscovery)及路由维护(routemaintenance)的过程的执行在从源节点传输数据之前，静态路由协议的一些相关缺点因此包括增加协议开销，以及就能量消耗而言的性能退化。此外，由于协议开销一般随网络节点的数目呈指数增加，静态路由协议对于相对较大规模的无线传感器网络可能未提供节省能源的解决方案。[0006]对于大规模无线传感器网络，已有人提出使用地理路由协议。M.Zorzi及R.R.Rao在标题为“Geographicrandomforwarding(GeRaF)forad-hocsensornetworks:mult1-hopperformance，，(发表于IEEETransactionsonMobileComputing,第337-348页，2003年)的文件中已提供地理路由协议的例子。地理路由所根据的原理为用于从源节点至目的地节点转发数据的路由为动态建构，而来自所述源节点而朝着(且到达)目的地节点的数据经由转发节点传输。上述的路由的动态建构根据参与转发节点的地理位置信息而执行。在地理路由中，具有数据分组要传输的节点广播请求消息，所述请求消息包含目的地节点的地理坐标的信息。在广播节点的无线电覆盖范围内的网络节点分别接收所述请求消息，这些网络节点一般称为邻近网络节点。这些网络节点然后利用它们的拓扑知识计算朝所述目的地节点所能提供的进程(advancement),并在这些网络节点其中角逐以选出最接近目的地节点的下一网络节点。由于信息仅在具有数据要传输的节点及邻近网络节点之间局部性地交换，因此地理路由会随其实施所在的无线传感器网络的大小而缩放规模，由此地理路由相较于之前所提出的路由协议，例如像是静态路由协议，对于在大规模无线传感器网络中实施具有优点。对于应用地理路由的条件为全部网络节点知道关于其自身在网络内的地理位置。此地理信息可为:在初始布署网络节点时手动设定；或使用位置定位系统来提供，例如像是在户外环境中的全球定位系统(GPS),或通过使用由S.Furrer、W.Schott及B.Weiss在美国专利7761233(2010年7月)所提出的定位系统。[0007]虽然地理路由协议缓解了与之前所提出的技术/协议相关联的一些缺点，但在无线传感器网络中路由数据仍是一项挑战，尤其当无线传感器网络为大规模、具有改善可靠性及网络性能，同时还要解决能源消耗问题时。【
发明内容】[0008]按照本发明的第一方面的实施例，提供一种用于在无线传感器网络中路由至少一个数据分组的方法，所述无线传感器网络包含:至少一个源节点，所述源节点可被配置成传输至少一个数据分组；至少一个目的地节点，所述目的地节点可被配置成接收由所述源节点传输的所述数据分组；以及在所述源节点和所述目的地节点之间的可互连(interconnectable)网络节点，所述可互连网络节点可被配置成接收及转发所述数据分组，所述方法包含下列步骤:按照休眠-启用(sle印-active)进度来操作所述网络节点，所述休眠-启用进度至少包含休眠模式及启用模式，以及配置所述网络节点使所述网络节点具有关于其自身的地理位置及所述目的地节点的地理位置的信息，所述方法进一步包含下列步骤:将所述无线传感器网络分成由边界所分离的多个不相交范围；将每个范围分离成至少两个区域，所述区域为内部边界区域、中心区域及外部边界区域；从所述网络节点中选取转发节点以将所述数据分组从所述源节点路由至所述目的地节点，所述转发节点根据其相对于所述目的地节点的地理位置而被选取，且所述网络节点相对于彼此被同步，以及配置所述休眠-启用进度，使得在给定时间窗口中仅有被选取以路由所述数据分组的那些转发节点可在启用模式中操作，而所有其他网络节点可在休眠模式中可操作。本发明的实施例利用地理路由及休眠模式支持的组合，从所述源节点传输数据至所述目的地节点。在此方面，本发明的实施例中的所述网络节点被同步到公共参考时间，且按照休眠-启用进度操作，使得在任意时间点只有那些被选取以直接参与地理路由的转发节点以启用模式操作，而所有其他网络节点以休眠模式操作。此特征增加给网络节点供电的电池的寿命，并因而对本发明的实施例延伸出增加的能源效率、改善的网络性能及可靠性等优点。此夕卜，相对于例如静态路由协议，在本发明的实施例中一旦数据已经从源节点一般地朝着目的地节点传输，所述转发节点的选取即完成。此特征对本发明的实施例延伸出减少协议开销以及因减少能源消耗所致的改善网络性能等优点。[0009]优选地，完成所述休眠-启用进度的配置，使得对于由边界所分离的给定对的相邻范围，在所述给定对的相邻范围中的一个范围的外部边界区域及所述给定对的相邻范围中的另一范围的内部边界区域中的至少那些转发节点的相应启用模式之间有重迭，其中所述给定对的范围中的一个范围的外部边界区域及所述给定对的范围中的另一范围的内部边界区域邻接分离所述给定对的相邻范围的边界。如此，由于除在上述区域中的所述转发节点以外的所有所述网络节点可停用和/或在所述休眠模式中维护，因此可促进减少的能源消耗及改善的性能。[0010]理想地，完成所述休眠-启用进度的配置，使得在给定范围中相应于所述区域的转发节点的相应启用模式之间有重迭。利用此特征，由于数据分组在所述给定范围中从一个区域到另一区域的切换期间的数据丢失减少，因此进一步促成网络性能的改善，且由于在远程范围中的网络节点和/或可能不属于下一个转发节点集合的那些网络节点可被停用或在休眠模式中保持休眠，可进一步做到能源节约。[0011]优选地，所述启用模式被配置成至少包含:输入(incoming)数据阶段、转发数据阶段及输出(outgoing)数据阶段，所述输入数据阶段相应于当在给定范围的外部边界区域接收所述数据分组时，所述转发数据阶段相应于当所述数据分组横移穿过所述给定范围时，而所述输出数据阶段相应于当从所述给定范围的内部边界区域传输所述数据分组至另一相邻存在的范围时。所述启用模式的每个不同阶段的持续时间可被设定成相应于给定范围中的数据路由。因此，例如，所述输入数据阶段的持续时间可被设定成相应于由给定范围从相邻范围接收数据流量的时间；所述转发数据阶段的持续时间可被设定成相应于所述数据横移穿过所述给定范围的区域以到达所述给定范围与下一相邻存在的范围的边界所花费的时间，而所述输出数据阶段的持续时间可被设定成传输所述数据至所述下一相邻存在的范围所花费的时间。与此特征相关联的优点为在路由期间的数据丢失可能减少，且因此进一步改善网络性能。[0012]理想地，完成所述休眠-启用进度的配置，使得在由边界所分离的给定对的相邻范围中的一个的内部边界区域中的转发节点的输出数据阶段和所述给定对的相邻范围中的另一个的外部边界区域中的转发节点的输入数据阶段之间有重迭。由于此特征，由边界所分离的给定对的范围之间的路由期间的数据丢失得以减少。此外，除了参与在所述给定对的范围之间的数据传输的转发节点之外，所有其他网络节点可在休眠模式下操作。如此可减少能源耗损，并可进一步增加网络可靠性。[0013]优选地，如果所述数据分组在给定对的相邻范围中的一个的转发阶段的结束之前被接收，且所述给定对的相邻范围中的另一个的启用周期尚未开始，则所述数据分组从所述给定对的相邻范围中的一个范围至所述另一范围的转发被延缓直到启用周期开始。此特征扩大了当数据在相邻范围之间传输时降低数据丢失的优点，由此改善了网络性能及可靠性。[0014]优选地，完成所述休眠-启用进度的配置，使得在范围的区域中的转发节点的至少相应转发阶段之间有重迭。由于此特征，在给定范围的区域内的数据路由得以改善。此夕卜，在启用操作模式期间，相应于给定范围中的不同区域的所有转发节点不必全部被启用。在此方面，在启用周期的输入数据阶段期间，只有在给定范围的外部边界区域中的转发节点可被启用，因为只有所述转发节点可能牵涉到从相邻范围接收数据。另外，在启用周期的输出数据阶段期间，只有在给定范围的内部边界区域中的转发节点可被启用，因为只有所述转发节点可能牵涉于与另一相邻存在的范围的边界处的数据切换。在启用周期的转发阶段期间，由于数据横移穿过所述范围，相应于所述范围的不同区域的所有转发节点被启用。本发明的实施例的此特征提供了进一步降低能源耗损及改善网络可靠性和性能的优点。[0015]理想地，在排列所述范围的步骤中，所述范围被排列以包含内部范围、一个或多个外部范围及所述外部范围的最外部范围，所述内部范围包含所述目的地节点，所述一个或多个外部范围围绕所述内部范围，所述最外部范围包含所述源节点。在此方面，包含所述源节点的最外部范围优选地被分离以至少包含中心区域及内部边界区域，和/或包含所述目的地节点的内部范围理想地被分离以至少包含外部边界区域及中心区域。与这些特征相关联的优点在于本发明的实施例可以降低的复杂度实现。此外，并且优选地，在分离所述范围的步骤中，给定外部范围被分离以包含内部边界区域、中心区域及外部边界区域。[0016]理想地，在分离每个范围的步骤中，相应于外部边界区域、中心区域及内部边界区域的网络节点被分别分配成外部边界节点、中心区域节点及内部边界节点。在本发明的实施例中，网络节点被配置成具有关于其自身的地理位置以及所述目的地节点的信息。所述网络节点被进一步配置成自主地识别在给定范围中所述网络节点所属的区域，以及在所述区域中所述网络节点的特定作用。此特征扩大了本发明实施例的改善网络性能的优点。[0017]优选地，在配置所述网络节点以具有关于其自身的地理位置的信息的步骤中，使用全球定位系统。在GPS被用来提供所述网络节点的位置信息时，其也能被用作参考源，用于改善无线传感器网络中的网络节点可与其同步的准确度。因此，此特征扩大了本发明实施例的改善网络性能的优点。[0018]按照本发明的第二方面的实施例，提供了一种无线传感器网络，包含:至少一个源节点，所述源节点可被配置成传输至少一个数据分组；至少一个目的地节点，所述目的地节点可被配置成接收由所述源节点传输的所述数据分组，以及在所述源节点和所述目的地节点之间的可互连网络节点，所述可互连网络节点可被配置成接收及转发所述数据分组，所述网络节点可按照休眠-启用进度操作，所述休眠-启用进度至少包含休眠模式及启用模式，且所述网络节点可被配置成具有关于其自身的地理位置及所述目的地节点的地理位置的信息，所述无线传感器网络进一步包含:由边界所分离的多个不相交范围；在给定范围中的至少两个区域，所述区域为内部边界区域、中心区域及外部边界区域，以及转发节点，所述转发节点包含所述网络节点的子集，所述转发节点根据其相对于所述目的地节点的地理位置而被选取，且所述网络节点相对于彼此被同步，以将所述数据分组从所述源节点路由至所述目的地节点，由此在给定时间窗口中仅有被选取以路由所述数据分组的那些转发节点可在启用模式中操作，而所有其他网络节点可在休眠模式中操作。[0019]按照本发明的第三方面的实施例，提供一种计算机程序，所述计算机程序包含用于当所述计算机程序在计算机系统上执行时，实现按照本发明的第一方面的实施例的步骤。[0020]本发明之一方面的特征可被应用至其他方面，反之亦然。任何被揭露的实施例可与所示出的和/或描述的其他实施例中的一个或多个组合。这对于所述实施例的一个或多个特征也是可能的。【专利附图】【附图说明】[0021]现在将作为示例参考附图，其中:[0022]图1是在本发明的实施例中的网络节点的框图；[0023]图2示意地图示本发明的实施例；[0024]图3示意地图示在本发明的实施例中，对于相应于不同范围的网络节点的活动周期；[0025]图4示意地图示在本发明的实施例中，对于相应于相同范围的网络节点的活动周期；[0026]图5示意地图示按照本发明的实施例的拓扑；[0027]图6示意地图示相应于图5所示的拓扑的时间图；[0028]图7图示针对在本发明的实施例中的外部边界节点的行为的状态转移图；[0029]图8图示针对在本发明的实施例中的中心区域节点的行为的状态转移图，及[0030]图9图示针对在本发明的实施例中的内部边界节点的行为的状态转移图。【具体实施方式】[0031]在本说明书中，相同的参考标号或符号被用于标示相同或类似的部件。[0032]现在参见图1，其示意地图示本发明的实施例中的网络节点的组成。每个网络节点是传感器，包含收发器1、处理器2、存储器3及电源4，由总线架构7将以上各者互连。天线6可连接至收发器I。程序代码5被存储在存储器3中。电源4从电池9接收电力。在操作上，电源4从电池9经由电源供应线8而提供电力至收发器1、处理器2及存储器3。天线6检测来自邻近网络节点的射频信号，并由此促进由收发器I从所述邻近网络节点接收数据分组。同样地，天线6促进将数据分组从收发器I传输到其他邻近网络节点。存储在存储器3中的程序5包含可由处理器2执行的程序指令。处理器2根据存储在存储器3中的程序代码5经由总线架构7来控制收发器I及电源4的操作。处理器2根据程序代码5可控制收发器I传输与接收数据分组。数据可暂时存储在存储器3中。此外，电源4可根据程序代码5在处理器2的控制下，选择性地供应电力至收发器I以启用及停用所述网络节点。如此促进了在停止使用期间保留电池9的寿命。程序代码5在由处理器2执行时，使所述网络节点以上述形式运作。[0033]图2显示按照本发明的实施例的无线传感器网络10。无线传感器网络10包含一组互连且空间上分布在无线传感器网络10实现所在的地理范围上的N个网络节点，N=Is1,S2,…..sN}。所述网络节点Si中的每一个可具有如参考图1所描述的组成。在所述网络节点Si中，源节点S被配置成感测或监视本地的状态，并传输相应于所感测/监视的状态的一个或多个数据分组至目的地节点D，以进一步处理和/或分析。所述网络节点Si中的每一个被配置成具有关于其自身地理位置及目的地节点D的地理位置的信息。所述网络节点Si可按照休眠-启用进度来操作，所述休眠-启用进度至少包含休眠操作模式及启用操作模式，所述网络节点在休眠操作模式中停用，因此无法参与数据分组的接收或传输，以及所述网络节点在启用模式中被启用，由此能够接收及转发所述数据分组。[0034]由于关联于所述网络节点Si的收发器I的电力能力，以及源节点S及目的地节点D位于无线电通信范围之外的可能性，源节点S直接传输数据分组至目的地节点D并不可行。相反，数据经由多点跳跃传输而被路由通过无线传感器网络10。在本发明的实施例中，地理路由被用来从源节点S经由转发节点来路由数据至目的地节点D，所述转发节点是被选取以根据相对于目的地节点D的地理位置来路由数据的网络节点的子集。[0035]关于本发明的实施例中的地理路由，当源节点S具有数据分组欲传输至目的地节点D时，其传输请求消息，所述消息具有关于源节点S至目的地节点D的距离的信息。接收所述请求消息的各邻近网络节点开始分布式争用过程以变成转发节点，通过比较其距目的地节点D的距离与在所述请求消息中所包含的信息，并且将对于所述请求消息的响应延迟一时间间隔，所述时间间隔的持续时间与所述邻近网络节点朝着目的地节点D所能提供的地理进程成反比。如此判明转发节点，即在接收到由源节点S所传输的请求消息的所有邻近网络节点中，朝着目的地节点D提供了增加地理进程的网络节点。转发节点通过如下方式以这样的作用建立其自身:首先在无线传感器网络10中的网络节点Si的无线电收发器I之间所建立的无线电信道上存取并发送响应，同时所有其他竞争者在偷听到转发节点的响应后，避免在所述无线电信道上存取/传输消息。所述数据分组接着由源节点S发送到所述转发节点。上述过程接着被再次启动以识别出下一个转发节点，并重复直到所述数据分组通过所选出的转发节点经由多点跳跃传输被切换至目的地节点D为止。[0036]本发明的实施例采取了地理路由及休眠模式支持的组合，来从源节点S传输数据到目的地节点D。在此方面，本发明的实施例中的网络节点Si被同步到公共参考时间，并且按照休眠-启用进度来操作，使得在任何给定时间点仅有那些直接参与地理路由的转发节点在启用模式中操作，而所有其他网络节点在休眠模式中操作。[0037]为了更好地了解本发明的实施例所提供的优点，现在参考以下事实:在地理路由中，目前拥有数据分组的转发节点只能从网络节点Si的子集选取数据分组路由到的下一个转发节点，其中所述网络节点的子集在所述转发节点发送出请求消息时被启用。在第一情境中，其中下一个转发节点的选取是使用非经同步的休眠-启用进度随机进行的，例如，当转发节点发送出请求消息以发起路由过程时，所述网络节点Si中仅有一些被启用并可用来与所述转发节点通信。试想当请求消息被送出时，最靠近目的地节点D并邻近广播节点(在休眠操作模式中休眠)的网络节点，此情境可导致不适合的选择下一个转发节点。更糟的情况是，试想在所述广播网络节点的无线电覆盖范围中的所有网络节点Si全都无法响应所述请求消息，例如由于在休眠模式中操作，此情境可能导致路由失败。在可靠性及等待时间方面而言，此情境可导致性能降级。在利用经同步的休眠-启用进度完成下一个转发节点的选取的另一情境中，一般来说所有的网络节点Si同时被启用。此方法可改善经由多点跳跃传输以路由数据至目的地节点D的转发节点的识别。然而，不论网络节点Si是否被选取作为路由数据分组至目的地节点D的转发节点，或甚至如果由于离源节点S或目的地节点D较近、距离当前转发节点的位置有数个跳跃之遥，而短期内未参与路由数据，所有网络节点Si仍全部必须在启用模式中操作。因此，与此另一情境相关联的一些缺点是:减少电池寿命、增加能量耗损、性能降级，以及最糟的是，路由失败。对比上述情境，在本发明的实施例中，只有在任何给定时间直接参与地理路由的那些转发节点在启用模式中操作，而所有其他网络节点Si在休眠模式中操作。如此，通过促成选择最受欢迎的转发节点来路由数据，可节省能量且同时保有地理路由在可靠性及等待时间方面所连带的优点。[0038]在本发明的实施例中，在任何给定时间从源节点S至目的地D的数据路由由一组特定的先前(apriori)选取的网络节点子集(也就是转发节点)来完成。一旦数据已概略从源节点S朝着目的地节点D传输，转发节点的选取就完成，这不同于静态路由协议的情况，其中在从源节点S传输数据之前就完成路由选取。由于减少了本发明实施例的能源耗损，因此该特征扩大了减少协议开销及改善网络性能的优点。在本发明的实施例中，除了在任何给定时间参与路由数据的转发节点以外，所有其他网络节点可被停用和/或在休眠模式中维护，该特征促成进一步的能源节省及改善的性能。[0039]在本发明的实施例中，无线传感器网络10被分成多个不相交圆形范围Ai,ie{0，1，…M-1}，所述范围被排列以包含内部范围Atl、围绕所述内部范围Atl的一个或多个外部范围ApA2,以及所述外部范围中的最外部范围AM_lt)所述范围中的每一个通过其之间的边界被彼此分离。所述范围中心位于目的地节点D，且所述范围被定义使得如果满足条件IRa^δ(P，D)〈(i+1)Ra，其中Ra是指定范围的大小的系统参数，δ(P,D)是坐标为(xp，yp)的点P与目的地节点D之间的距离，则点P属于范围A”此限定条件意味源节点S位于最外部范围Ash中，而目的地节点D位于内部范围A0中。假设Ni是地理位置属于范围Ai的一组网络节点。在本发明的实施例中，Ni被分成三个不相交子集O1、Ci及Ii，使得OiUCiUIi=队。Ni中的各节点Sj按照以下条件属于所述子集之一:[0040]【权利要求】1.一种用于在无线传感器网络(10)中路由至少一个数据分组的方法，所述无线传感器网络(10)包含:至少一个源节点(S)，所述源节点可被配置成传输至少一个数据分组；至少一个目的地节点(D)，所述目的地节点可被配置成接收由所述源节点(S)传输的所述数据分组；以及在所述源节点⑶和所述目的地节点⑶之间的可互连网络节点(Si),所述可互连网络节点可被配置成接收及转发所述数据分组，所述方法包含下列步骤:按照休眠-启用进度来操作所述网络节点(Si),所述休眠-启用进度至少包含休眠模式及启用模式；以及配置所述网络节点(Si)以具有关于其自身的地理位置及所述目的地节点(D)的地理位置的信息，所述方法进一步包含下列步骤:将所述无线传感器网络(10)分成由边界所分离的多个不相交范围(Ac^AMfApA2)；将每个范围(“A'Q分离成至少两个区域，所述区域为内部边界区域(I)、中心区域(C)及外部边界区域(O)；从所述网络节点(Si)中选取转发节点(Sps2、s3、s4、s5、s6、S7、S8、S9)以将所述数据分组从所述源节点⑶路由至所述目的地节点(D),所述转发节点(SpSySySpSpSpSpSrS9)根据其相对于所述目的地节点(D)的地理位置而被选取，且所述网络节点相对于彼此被同步，以及配置所述休眠-启用进度，使得在给定时间窗口中仅有被选取以路由所述数据分组的那些转发节点(S1、S2、S3、S4,S5,S6,S7,S8,S9)可在启用模式中操作，而所有其他网络节点(Si)可在休眠模式中操作。2.如权利要求1所述的方法，其中完成所述休眠-启用进度的配置，使得对于由边界所分离的给定对的相邻范围(Am_「Am_2、A2-A1,A1-Aci),在所述给定对的相邻范围(Am_「Am_2、A2-A1,A1-A0)中的一个范围(AMfApAtl)的外部边界区域(O)及所述给定对的相邻范围(AM_rAM_2,A2-A1,A1-A0)中的另一范围(AMfAyA1)的内部边界区域⑴中的至少那些转发节点((^OpOci,VpI2U1)的相应启用模式之间有重迭，其中所述给定对的范围中的一个范围(Hk0)的外部边界区域(O)及所述给定对的范围(Ash-AmiA2-ApA1-Atl)中的另一范围(AM+AyAi)的内部边界区域⑴邻接分离所述给定对的相邻范围(AhU2-A1'A1-A0)的边界。3.如权利要求1或2所述的方法，其中完成所述休眠-启用进度的配置，使得在给定范围(A1)中相应于所述区域(0、C、I)的转发节点(O1X1U1)的相应启用模式之间有重迭。4.如权利要求1、2或3所述的方法，其中所述启用模式(Ta。)被配置成至少包含:输入数据阶段(Tin。)、转发数据阶段(TfJ及输出数据阶段(Twt)，所述输入数据阶段(Tin。)相应于当在给定范围(A1)的外部边界区域(O)接收所述数据分组时，所述转发数据阶段(TfJ相应于当所述数据分组横移穿过所述给定范围(A1)时，而所述输出数据阶段(Twt)相应于当从所述给定范围(A1)的内部边界区域(I)传输所述数据分组至另一相邻存在的范围(Atl)时。5.如权利要求4所述的方法，其中完成所述休眠-启用进度的配置，使得在由边界所分离的给定对的相邻范围(ApAtl)中的一个(A1)的内部边界区域(I)中的转发节点(I1)的输出数据阶段(Ttjut)和所述给定对的相邻范围(ApAtl)中的另一个(Atl)的外部边界区域(O)中的转发节点(O。)的输入数据阶段(Tinc)之间有重迭。6.如权利要求4或5所述的方法，其中，如果所述数据分组在给定对的相邻范围(A2、A1)中的一个(A2)的转发阶段(TfOT)的结束之前被接收，且所述给定对的相邻范围(A2、AJ中的另一个(A1)的启用周期(Ta。)尚未开始，则所述数据分组从所述给定对的相邻范围(AyA1)中的一个范围(A2)至所述另一范围(A1)的转发被延缓直到启用周期(Ta。)开始。7.如权利要求4、5或6所述的方法，其中完成所述休眠-启用进度的配置，使得在范围(A1)的区域中的转发节点(OpCpI1)的至少相应转发阶段(TfJ之间有重迭。8.如前述任何一项权利要求所述的方法，进一步包含以下步骤:排列所述范围，使所述范围包含内部范围(Aci)、一个或多个外部范围(ApA2)及所述外部范围(ApA2)的最外部范围(Aih),所述内部范围(Aci)包含所述目的地节点(D),所述一个或多个外部范围(ApA2)围绕所述内部范围(Atl),所述最外部范围(Athl)包含所述源节点(S)。9.如权利要求8所述的方法，其中，在分离所述范围的步骤中，包含所述源节点(S)的所述最外部范围(Ash)被分离，以至少包含中心区域(C)及内部边界区域(I)。10.如权利要求8或9所述的方法，其中，在分离所述范围的步骤中，包含所述目的地节点(D)的所述内部范围(Atl)被分离，以至少包含外部边界区域(O)及中心区域(C)。11.如权利要求8、9或10所述的方法，其中，在分离所述范围的步骤中，给定外部范围(ApA2)被分离，以包含内部边界区域(I)、中心区域(C)及外部边界区域(O)。12.如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，在分离每个范围(A1)的步骤中，相应于所述外部边界区域(O)、所述中心区域(C)及所述内部边界区域(I)的所述网络节点(Si)被分别分配成外部边界节点(O1)、中心区域节点(C1)及内部边界节点(I1)。13.如前述任何一项权利要求所述的方法，其中，在配置所述网络节点(Si)以具有关于其自身的地理位置的信息的步骤中，使用全球定位系统。14.一种无线传感器网络(10)，包含:至少一个源节点(S)，所述源节点可被配置成传输至少一个数据分组；至少一个目的地节点(D)，所述目的地节点可被配置成接收由所述源节点(S)传输的所述数据分组；以及在所述源节点⑶和所述目的地节点⑶之间的可互连网络节点(Si)，所述可互连网络节点可被配置成接收及转发所述数据分组，所述网络节点(Si)可按照休眠-启用进度操作，所述休眠-启用进度至少包含休眠模式及启用模式，且所述网络节点可被配置成具有关于其自身的地理位置及所述目的地节点(D)的地理位置的信息，所述无线传感器网络(10)进一步包含:由边界所分离的多个不相交范围mu；在给定范围中的至少两个区域，所述区域为内部边界区域(I)、中心区域(C)及外部边界区域(O)，以及转发节点(SpS^SySpSpSpSpS^Sg),所述转发节点包含所述网络节点(Si)的子集，所述转发节点(S1、S2>S3、S4>S5、S6>S7、S8>Sg)根据其相对于所述目的地节点⑶的地理位置而被选取，且所述网络节点(Si)相对于彼此被同步，以将所述数据分组从所述源节点(S)路由至所述目的地节点(D)，由此在给定时间窗口中仅有被选取以路由所述数据分组的那些转发节点&、&、&、&、％、％、&、％、％)可在启用模式中操作，而所有其他网络节点(Si)可在休眠模式中操作。15.如权利要求14所述的无线传感器网络(10)，其中，对于由边界所分离的给定对的相邻范围(Ash-As^A2-A1,A1-A0)，在所述给定对的相邻范围(AM_rAM_2、A2-A1,A1-A0)中的一个范围(Ajh^ApAci)的外部边界区域(O)及所述给定对的相邻范围(Aih-Aih^A2-ApA1-Aci)中的另一范围HA1)的内部边界区域⑴中的至少那些转发节点(OyOpCWpIyI1)可操作，使得在相应启用模式(Ta。)之间有重迭，其中所述给定对的范围中的一个范围(am_2,A1,A0)的外部边界区域(O)及所述给定对的范围mHK)中的另一范围U2J1)的内部边界区域⑴邻接分离所述给定对的相邻范围的边界。16.如权利要求14或15所述的无线传感器网络(10)，其中在给定范围(A1)中相应于所述区域(O、C、I)的转发节点(OpCpI1)可操作，使得在所述转发节点的相应启用模式之间有重迭。17.如权利要求14、15或16所述的无线传感器网络(10)，其中在给定休眠-启用进度中的所述启用模式(Ta。)至少包含:输入数据阶段(Tinc)、转发数据阶段(TfJ及输出数据阶段(Ttjut)，所述输入数据阶段(Tin。)相应于当在给定范围(A1)的外部边界区域(O)接收所述数据分组时，所述转发数据阶段(Tfor)相应于当所述数据分组横移穿过所述给定范围(A1)时，而所述输出数据阶段(Trat)相应于当从所述给定范围(A1)的内部边界区域(I)传输所述数据分组至另一相邻存在的范围(Atl)时。18.如权利要求17所述的无线传感器网络(10)，其中在由边界所分离的给定对的相邻范围(ApAtl)中的所述转发节点可操作，使得在所述给定对的相邻范围(ApAtl)中的一个(A1)的内部边界区域⑴中的转发节点(I1)的输出数据阶段(Trat)和所述给定对的相邻范围(ApAtl)中的另一个(Atl)的外部边界区域(O)中的转发节点(O。)的输入数据阶段(Tinc)之间有重迭。19.如权利要求17或18所述的无线传感器网络(10)，其中在由边界所分离的给定对的相邻范围(AyA1)中的所述转发节点可操作，使得如果所述数据分组在给定对的相邻范围(AyA1)中的一个(A2)的转发阶段(TfJ的结束之前被接收，且所述给定对的相邻范围(AyA1)中的另一个(A1)的启用周期(Tac)尚未开始，则所述数据分组从所述给定对的相邻范围(AyA1)中的一个范围(A2)至所述另一范围(A1)的转发被延缓直到启用周期(Ta。)开始。20.如权利要求17、18或19所述的无线传感器网络(10)，其中在范围(A1)的区域(O、C、I)中的转发节点(OpCpI1)可操作，使得在至少相应转发阶段(TfJ之间有重迭。21.如权利要求14-20中任何一项权利要求所述的无线传感器网络(10)，其中所述范围的排列包含内部范围(Atl)、一个或多个外部范围(ApA2)及所述外部范围(ApA2)的最外部范围(Aim),所述内部范围(Aci)包含所述目的地节点(D),所述一个或多个外部范围(A。A2)围绕所述内部范围(Aci),所述最外部范围(Athl)包含所述源节点(S)。22.如权利要求21所述的无线传感器网络(10)，其中包含所述源节点(S)的所述最外部范围(Ash)至少包含中心区域(C)及内部边界区域(I)。23.如权利要求21或22所述的无线传感器网络(10)，其中包含所述目的地节点(D)的所述内部范围(Atl)至少包含外部边界区域(O)及中心区域(C)。24.如权利要求21、22或23所述的无线传感器网络(10)，其中给定外部范围(ApA2)包含内部边界区域(I)、中心区域(C)及外部边界区域(O)。25.如权利要求14-24中任何一项权利要求所述的无线传感器网络(10)，其中相应于所述外部边界区域(O)、所述中心区域(C)及所述内部边界区域(I)的所述网络节点(Si)分别包含外部边界节点(O1)、中心区域节点(C1)及内部边界节点(I1)1526.如权利要求14-25中任何一项权利要求所述的无线传感器网络(10)，其中全球定位系统被用于配置所述网络节点(Si)以具有关于其自身的地理位置的信息。27.一种计算机程序，所述计算机程序包含用于当所述计算机程序在计算机系统上执行时，实现如权利要求1至13中任一项权利要求所述的方法的步骤的指令。【文档编号】H04W40/02GK104012147SQ201280063160【公开日】2014年8月27日申请日期:2012年11月20日优先权日:2011年12月22日【发明者】A·慕纳瑞,W·H·斯科特申请人:国际商业机器公司