專利名稱：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)組的電池感知?jiǎng)討B(tài)帶寬分配方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信網(wǎng)絡(luò)，特別地，涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
在許多采用星型拓?fù)涞臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)中，除了協(xié)調(diào)器 以外的所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)都是電池供電的。這樣的網(wǎng)絡(luò)的壽命取決 于無線傳感器節(jié)點(diǎn)的壽命。存在兩種可能的情形(1)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的最 后的無線傳感器節(jié)點(diǎn)"死亡"時(shí)，網(wǎng)絡(luò)"死亡"，和(2)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的第一 個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)，網(wǎng)絡(luò)"死亡"。使在第一種情形中所描述的網(wǎng) 絡(luò)的平均容量最大化是無足輕重的工作。采用"勝者獲得一切"的方法， 協(xié)調(diào)器將所有可用的時(shí)隙分配給具有最佳信道容量的無線傳感器節(jié) 占。
八、、Q
然而，在第二種情形中考慮的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相同的操作卻是復(fù)雜的聯(lián) 合最優(yōu)化問題。 一方面，具有良好的信道容量的無線傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng) 被分配盡可能多的時(shí)隙。然而，這樣做會(huì)不均衡地消耗那些節(jié)點(diǎn)的電
池。 .
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在大量必須被設(shè)置到無線傳感器節(jié)點(diǎn)組中的節(jié)點(diǎn)時(shí)， 這個(gè)問題就被擴(kuò)大了。如果沒有對(duì)無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)胤纸M和/ 或沒有適當(dāng)?shù)胤峙鋫鬏敃r(shí)隙，則當(dāng)一個(gè)組中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)，網(wǎng)絡(luò) 就可能"死亡"。
因此，所期望的是，網(wǎng)絡(luò)中的所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)同時(shí)"死亡"。 如果這個(gè)目標(biāo)沒有實(shí)現(xiàn)，則網(wǎng)絡(luò)中的能量源沒有被充分利用(即，可能存在仍然能夠發(fā)射的節(jié)點(diǎn))。

發(fā)明內(nèi)容
公開一種在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)中的無線傳感器組中的無線
傳感器節(jié)點(diǎn)之中分配帶寬的方法和裝置。該方法可以包括基于無線傳 感器節(jié)點(diǎn)的電池水平從多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)形成多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn) 組，基于至少一個(gè)信道質(zhì)量度量為每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組中的無線傳 感器節(jié)點(diǎn)分配傳輸時(shí)隙，確定每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組的平均電池水平 和所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)的平均電池水平，確定每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組 的平均電池水平和所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)的平均電池水平之間的差，其 中，如果平均電池水平的任何差高于預(yù)定閾值，則根據(jù)多個(gè)無線傳感 器節(jié)點(diǎn)的電池水平對(duì)多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新分組，以使所有無 線傳感器節(jié)點(diǎn)組上的平均電池水平的任何變化最小化。


為了描述能夠獲得本發(fā)明的上述以及其它優(yōu)點(diǎn)和特征的方式，將 通過參考在附圖中圖示的本發(fā)明的特定實(shí)施例來提供上面簡要描述的 本發(fā)明的更特定的描述。應(yīng)理解的是，這些附圖僅僅描述本發(fā)明的典 型實(shí)施例，而并不因此被認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍，將通過使用伴隨
的附圖用另外的特征和細(xì)節(jié)來描述和解釋本發(fā)明
圖1是根據(jù)本發(fā)明的可能實(shí)施例的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的示例性示
圖2是根據(jù)本發(fā)明的可能實(shí)施例的示例性的電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬 組協(xié)調(diào)器/無線傳感器節(jié)點(diǎn)的框圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可能實(shí)施例，用于無線傳感器節(jié)點(diǎn) 的同類組的一種可能的電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬協(xié)調(diào)過程的示例性的流程 圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可能實(shí)施例，用于無線傳感器節(jié)點(diǎn) 的異類組的一種可能的電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬協(xié)調(diào)過程的示例性的流程 圖。
具體實(shí)施例方式
在下面的描述中將闡明本發(fā)明另外的特征和優(yōu)點(diǎn)，并且部分將在 描述中顯而易見，或者通過本發(fā)明的實(shí)踐而獲悉。本發(fā)明的特征和優(yōu) 點(diǎn)可以通過附加的權(quán)利要求中特別指出的儀器和組合來實(shí)現(xiàn)和獲得。 本發(fā)明的這些和其它特征將從下面的描述和附加的權(quán)利要求變得更完 全地顯而易見，或者可以通過如這里闡述的本發(fā)明的實(shí)踐而獲悉。
下面詳細(xì)討論本發(fā)明的各種實(shí)施例。當(dāng)討論特定的實(shí)現(xiàn)時(shí)，應(yīng)該 理解這樣做僅僅是為了說明的目的。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到， 在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下也可以采用其它的組件和配置。
本發(fā)明包括諸如方法和裝置的多個(gè)實(shí)施例，以及與本發(fā)明的基本 概念相關(guān)的其它實(shí)施例。
本發(fā)明涉及如何使平均網(wǎng)絡(luò)容量最大化，以及使網(wǎng)絡(luò)的壽命(即， 所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)大約同時(shí)"死亡")最大化。特別地，本發(fā)明涉及使 用信道質(zhì)量度量和節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電池水平來使平均網(wǎng)絡(luò)容量最大化。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的可能實(shí)施例的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN) 100 的示例性示圖。特別地，WSN 100可以包括電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié) 調(diào)器110和無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130，無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130 每個(gè)都包含多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)140。電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器 IIO也可以是WSN IOO中的節(jié)點(diǎn)。但是，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào) 器IIO用于分配WSN IOO中的不同的無線傳感器節(jié)點(diǎn)140的傳輸時(shí)間。 盡管圖1僅示出每組兩個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)，但這個(gè)示例是為了便于討 論，因?yàn)楸绢I(lǐng)域的技術(shù)人員可以意識(shí)到WSN 100中的每組中可以存在 多于兩個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)(或者多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn))。電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110和無線傳感器節(jié)點(diǎn)140可以表 示或者作為WSN100中的電子電池操作設(shè)備的一部分。例如，電池感 知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110和無線傳感器節(jié)點(diǎn)140可以表示移動(dòng)通信 設(shè)備。通信設(shè)備中的移動(dòng)設(shè)備可以是便攜式MP3播放器、衛(wèi)星無線電 接收機(jī)、AM/FM無線電接收機(jī)、衛(wèi)星電視、iPod、便攜式膝上型電腦、 便攜式電腦、無線電臺(tái)、無線電話、便攜式數(shù)字錄像機(jī)、蜂窩電話、 移動(dòng)電話或者個(gè)人數(shù)字助理(PDA)。
WSN 100可以允許無線傳感器節(jié)點(diǎn)140與相同或不同無線傳感器 節(jié)點(diǎn)組120、 130內(nèi)的其它無線傳感器節(jié)點(diǎn)140進(jìn)行通信，也可以與電 池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110進(jìn)行通信。
圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的可能實(shí)施例的示例性電池感知?jiǎng)討B(tài)帶寬組 協(xié)調(diào)器110/示例性無線傳感器節(jié)點(diǎn)140的框圖。由于電池感知的動(dòng)態(tài) 帶寬組協(xié)調(diào)器U0也是WSN 100中的無線傳感器節(jié)點(diǎn)，因此圖2中示 出的示例性結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用到示例性電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110 和示例性無線傳感器節(jié)點(diǎn)140中。為了便于討論，我們將把圖2中的 示例性結(jié)構(gòu)稱為電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110。
電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110可以包括總線210、控制器220、 存儲(chǔ)器230、天線240、收發(fā)器250、通信接口 260、傳感器270和電 源280。總線210可以允許在電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110的組件 之中進(jìn)行通信。
控制器220可以包括解釋和執(zhí)行指令的至少一個(gè)傳統(tǒng)處理器或微 處理器。存儲(chǔ)器230可以是存儲(chǔ)由控制器220執(zhí)行的信息和指令的隨 機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)或者另一種類型的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備。存儲(chǔ)器230 也可以包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)，其可以包括存儲(chǔ)用于控制器220的 靜態(tài)信息和指令的傳統(tǒng)的ROM設(shè)備或另一種類型的靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備。收發(fā)器250可以包括一個(gè)或更多發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。收發(fā)器250可 以包括足夠多的功能性以與任何網(wǎng)絡(luò)或通信站對(duì)接，它可以通過硬件 或軟件以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方式來定義?？刂破?20與收發(fā) 器250協(xié)作以支持WSN 100的操作。收發(fā)器250以本領(lǐng)域技術(shù)人員已 知的方式經(jīng)由天線240發(fā)送和接收傳輸。
通信接口 260可以包括能便于經(jīng)由WSN 100通信的任何機(jī)制 (mechanism)。例如，通信接口 260可以包括調(diào)制解調(diào)器?？商娲兀?通信接口 260可以包括用于輔助收發(fā)器250經(jīng)由無線連接與其它設(shè)備 和/或系統(tǒng)進(jìn)行通信的其它機(jī)制。
例如，傳感器270可以包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，該一個(gè)或多個(gè)傳 感器用于檢測、讀取、感測溫度、壓力、濕度、運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)、聲音等。 由傳感器270產(chǎn)生的信息可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器230中和/或由收發(fā)器250 發(fā)送到另一無線傳感器節(jié)點(diǎn)140、另一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、或者電池感知的動(dòng)態(tài) 帶寬組協(xié)調(diào)器110 (如果傳感器270駐留在不同于電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬 組協(xié)調(diào)器110的無線傳感器節(jié)點(diǎn)上)。
在電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110的情形下，由于電池感知的 動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110可以是被DC或AC供電，所以電源280可以表 示DC(例如，電池)或者AC電源。然而，相對(duì)于無線傳感器節(jié)點(diǎn)140， 電源280可以表示DC電源，諸如電池。
電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110可以通過執(zhí)行包含在諸如存儲(chǔ) 器230的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的指令的順序，來執(zhí)行這樣的功能以響應(yīng) 于控制器220。這樣的指令可以從諸如存儲(chǔ)設(shè)備的另一計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì) 讀入存儲(chǔ)器230中，或者經(jīng)由通信接口 260從分離設(shè)備讀入存儲(chǔ)器230中。
圖1-2圖示了WSN IOO和電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110，以及相關(guān)的討論意在提供對(duì)可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的合適的計(jì)算環(huán)境的簡潔、 一般的描述。盡管不需要，本發(fā)明也會(huì)在，至少部分地在由電池感知 的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110執(zhí)行的諸如程序模塊的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的 一般環(huán)境下描述。通常，程序模塊包括執(zhí)行特定任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定抽象 數(shù)據(jù)類型的例行程序、對(duì)象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。此外，本領(lǐng)域技術(shù) 人員將會(huì)意識(shí)到，本發(fā)明的其它實(shí)施方式可以在具有以電池為動(dòng)力的 多種類型的通信裝備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置的通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)踐，包括 蜂窩設(shè)備、移動(dòng)通信設(shè)備、便攜式計(jì)算機(jī)、手持設(shè)備、便攜式多處理 器系統(tǒng)、基于微處理器的或可編程的消費(fèi)電子設(shè)備等。
為了說明的目的，接下來將相對(duì)于圖1和2中的框圖來描述電池
感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)過程。
圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的可能實(shí)施例，用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)140 的同類組的與電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬協(xié)調(diào)過程相關(guān)的一些基本步驟的示 例性流程圖。在無線傳感器節(jié)點(diǎn)的同類組中，無線傳感器節(jié)點(diǎn)140可 以是所有相同的類型且收集相同類型的數(shù)據(jù)。例如，如果存在五個(gè)溫 度節(jié)點(diǎn)和五個(gè)濕度節(jié)點(diǎn)，則所有溫度節(jié)點(diǎn)應(yīng)該位于一個(gè)組中且所有的 濕度節(jié)點(diǎn)應(yīng)該位于不同的組中。因此，不失一般性，假設(shè)只要組中的 一個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)140活著，那么無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130也活 著。
過程在步驟3100開始，并繼續(xù)到步驟3200，在步驟3200，電池 感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110基于無線傳感器節(jié)點(diǎn)140的電池水平形 成無線傳感器節(jié)點(diǎn)140的組。
在步驟3300，基于至少一個(gè)信道質(zhì)量度量，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬 組協(xié)調(diào)器110為每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130中的多個(gè)無線傳感器 節(jié)點(diǎn)140分配傳輸時(shí)隙。例如，許多現(xiàn)在的低功率無線電裝置提供對(duì) 通信信道質(zhì)量的測量。信道質(zhì)量測量的兩個(gè)示例是相關(guān)信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)和鏈路質(zhì)量指示(LQI)。若干研究表明，LQI與分組錯(cuò)誤率 (PER)高度相關(guān)。因此，為了避免獲得信道質(zhì)量值的額外開銷，可以 將LQI用作信道質(zhì)量度量。
在這個(gè)帶寬分配過程中，分配給節(jié)點(diǎn)i的時(shí)間量表示為
"1 (1 )
其中，Tp是每次分配/再分配期間總的帶寬，且qi是節(jié)點(diǎn)i的信道
質(zhì)量度量。
在步驟3400，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110確定每個(gè)無線傳 感器節(jié)點(diǎn)組120、 130中的無線傳感器節(jié)點(diǎn)140的平均電池水平?？梢?將平均電池水平(或者容量)定義為在給定的負(fù)載和溫度狀況下電池 釋放的平均電量。本發(fā)明與電池類型和/或型號(hào)無關(guān)。
在步驟3500，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器IIO確定每個(gè)無線傳 感器節(jié)點(diǎn)組120、 130的平均電池水平和WSN 100中的所有無線傳感器 節(jié)點(diǎn)的平均電池水平之間的差是否超過閾值。所述閾值可以基于由根 據(jù)環(huán)境狀況等的過程確定的查找表來預(yù)先確定。
例如，假設(shè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)N廣Nh)q的平均電池水平BL分別是 BL廣BLu)o。如果當(dāng)f—IOO時(shí)，IBI^—BLAVG| 5e，且BL八vG可以被計(jì)算
為所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)的所有電池水平的總和除以節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，那么， 無線傳感器節(jié)點(diǎn)140將處于一種"平衡"狀態(tài)，且電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組 協(xié)調(diào)器IIO將與無線傳感器節(jié)點(diǎn)140的信道質(zhì)量成比例地動(dòng)態(tài)分配時(shí) 隙。
如果電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110確定在無線傳感器節(jié)點(diǎn) 140之間的任何一個(gè)電池水平差超過所述閾值，則在步驟3600，電池 感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110根據(jù)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的電池水平重新對(duì)無線傳感器節(jié)點(diǎn)140進(jìn)行分組，以使所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)組的平均電
池水平的任何變化最小化。
例如，假設(shè)電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110正在發(fā)送從無線傳 感器節(jié)點(diǎn)140接收的信息。然而，不久，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào) 器110確定在第一組中的溫度無線傳感器節(jié)點(diǎn)將要耗盡電池，因此， 將不能從這個(gè)組中獲得可靠的溫度信息。結(jié)果，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬 組協(xié)調(diào)器110將對(duì)無線傳感器節(jié)點(diǎn)140重新分組，以確保不僅無線傳 感器節(jié)點(diǎn)組120、 130中的無線傳感器節(jié)點(diǎn)140大約同時(shí)死亡，而且所 有無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130中的所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)140都將大約 同時(shí)死亡。
當(dāng)重新分組后，隨后過程立即或者經(jīng)過延時(shí)周期后返回到步驟 3300,例如，在該情況下，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110基于信 道質(zhì)量度量為每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130中的多個(gè)無線傳感器節(jié) 點(diǎn)140分配傳輸時(shí)隙。
這樣，在同類的無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130中，使網(wǎng)絡(luò)壽命最大 化的策略是在無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130之間保持相同的平均電池電 源。這個(gè)能夠通過使用裝箱(Bin Packing)過程的多種變化中的一個(gè)很 容易地實(shí)現(xiàn)。
在該情況下，所述裝箱的變化是指用匯集的條目(無線傳感器節(jié) 點(diǎn)140的電池水平)填充給定容量(每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130 的期望累積電池水平)的若干個(gè)相同的箱子(傳感器組)的問題，以 使得所述組的電池水平與它們的期望值之間的變化很小。裝箱問題被 表示為NP-hard (Nondeterministic Polynomial-time hard)， 這意味著找 到最佳過程的一個(gè)解需要指數(shù)時(shí)間。然而，存在若干種啟發(fā)式的方法 可以產(chǎn)生好的結(jié)果，但復(fù)雜度卻很低。例如，這些裝箱過程的一些更 公知的方法是首次適配(First-Fit)、下次適配(Next-Fit)和最佳適配(Best-Fit)。
但是，從長遠(yuǎn)來看，在每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130中采用動(dòng) 態(tài)帶寬分配會(huì)導(dǎo)致無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130的平均電池水平發(fā)生變 化。為了補(bǔ)償這個(gè)影響，周期性地需要?jiǎng)討B(tài)地改變無線傳感器節(jié)點(diǎn)組 120、 130或者形成無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130。
如果在步驟3500，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器IIO確定無線傳 感器節(jié)點(diǎn)組120、 130中平均電池水平差沒有超過所述閾值，則電池感 知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110就前進(jìn)到步驟3700，在步驟3700，電池感 知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110判定對(duì)于WSN 100中的所有無線傳感器節(jié) 點(diǎn)140的電池水平是否為零。
如果電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110確定判定并非所有的無線 傳感器節(jié)點(diǎn)140中的電池水平都為零(或者"事實(shí)上"不為零)，則過程 返回到步驟3300，在步驟3300，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器IIO基 于至少一個(gè)信道質(zhì)量度量，為每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130中的多 個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)140分配傳輸時(shí)隙。
如果在步驟3700，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110判定在WSN 100中的所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)140的電池水平為零(或者事實(shí)上為零) (即，網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)"死亡")，則過程前進(jìn)到步驟3800，并且結(jié)束。注意到， 當(dāng)節(jié)點(diǎn)的電池?zé)o法支持它的正常操作時(shí)，則該節(jié)點(diǎn)"死亡"。因此，如上 面所指示的，即使電池水平可能不精確地為零，但當(dāng)節(jié)點(diǎn)的電池不能 再支持它的正常操作時(shí)，它可能事實(shí)上為零。
圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的可能實(shí)施例，用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)140 的異類組的與電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)過程相關(guān)的一些基本步驟的 示例性的流程圖。在無線傳感器節(jié)點(diǎn)的異類組中，無線傳感器節(jié)點(diǎn)140 收集不同的數(shù)據(jù)組，這些數(shù)據(jù)組對(duì)于將要起作用的應(yīng)用是全部需要的。例如，可能存在溫度節(jié)點(diǎn)、濕度節(jié)點(diǎn)、壓力節(jié)點(diǎn)、以及攝像頭，使得 壓力和濕度無線傳感器節(jié)點(diǎn)可能一起被設(shè)置在一個(gè)組中，且攝像頭和 濕度無線傳感器節(jié)點(diǎn)可能被設(shè)置在不同的組中。因此，當(dāng)無線傳感器
節(jié)點(diǎn)組120、 130中的第一個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)140死亡時(shí)，無線傳感器 節(jié)點(diǎn)組120、 130就死亡(電池耗盡)了。
該過程在步驟4100開始并繼續(xù)到步驟4200，在步驟4200，電池 感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110基于無線傳感器節(jié)點(diǎn)140的電池水平形 成無線傳感器節(jié)點(diǎn)140的組。
在步驟4300，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器IIO基于至少一個(gè)信 道質(zhì)量度量和無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130內(nèi)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)的電池 水平，為每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130中的多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)140 分配傳輸時(shí)隙。
在這個(gè)帶寬分配過程期間，分配給每一個(gè)節(jié)點(diǎn)i的帶寬與它的信 道質(zhì)量qi、它的電池水平BLi成比例， t;(《,叫)=+1^~rP2
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其中，^ + ;=;且^是在每個(gè)分配/再分配周期的總帶寬。1i和 T^的選擇取決于電池水平的變化。如果變化高，則增加Tp2將導(dǎo)致更快 的收斂。然而，快速收斂以最小化變化也將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)容量的損失。這 個(gè)折中是應(yīng)用功能的設(shè)計(jì)選擇。
在步驟4400，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器IIO確定在每個(gè)無線 傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130中的無線傳感器節(jié)點(diǎn)140的平均電池水平。
與在同類的情形中一樣，在步驟4500，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié) 調(diào)器IIO判定每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、130的平均電池水平和WSN 100中的所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)的平均電池水平之間的差是否超過閾值。如果電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110判定無線傳感器節(jié)點(diǎn)140之間 的任何電池水平差都超過閾值，則在步驟4600，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬 組協(xié)調(diào)器110根據(jù)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的電池水平對(duì)無線傳感器節(jié)點(diǎn)140 進(jìn)行重新分組，以使在所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)組上的平均電池水平的任 何變化最小化，以及使每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組內(nèi)的節(jié)點(diǎn)的電池水平的 任何變化最小化。
與同類的情形相似，從長遠(yuǎn)來看，在每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130內(nèi)的動(dòng)態(tài)帶寬分配會(huì)導(dǎo)致無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130的平均電池 水平的變化增大。因此，無線傳感器節(jié)點(diǎn)140可能被重新分組以補(bǔ)償 這種影響。這個(gè)過程可以通過監(jiān)控該變化和根據(jù)需要改變無線傳感器 節(jié)點(diǎn)組120、 130，或者通過周期性地更新組的形成來完成。
例如，當(dāng)重新分組之后，過程就立刻或者在延時(shí)周期后返回到步 驟4300，在步驟4300，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器IIO基于至少一 個(gè)信道質(zhì)量度量，為每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130中的多個(gè)無線傳 感器節(jié)點(diǎn)140分配傳輸時(shí)隙。
因此，與在同類的情形中一樣，最大化網(wǎng)絡(luò)壽命的策略是在無線 傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130之間保持相同的平均電源。這個(gè)可以通過利用 上述裝箱(Bin Packing)過程的多種變化中的一個(gè)很容易地實(shí)現(xiàn)。
如果在步驟4500，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器IIO確定無線傳 感器節(jié)點(diǎn)組120、 130中平均電池水平差沒有超過所述閾值，則電池感 知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110前 進(jìn)到步驟4700，在步驟4700，電池感知 的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器IIO判定WSN 100中的所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)140 的電池水平是否為零。
如果電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器110確定并非所有無線傳感器 節(jié)點(diǎn)140中的電池水平都為零(或者"事實(shí)上"不為零)，則過程返回到步驟4300，在步驟4300，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器IIO基于至少 一個(gè)信道質(zhì)量度量，為每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組120、 130中的多個(gè)無線 傳感器節(jié)點(diǎn)140分配傳輸時(shí)隙。
如果在步驟4700，電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器IIO確定在WSN 100中的所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)140的電池水平為零(或者事實(shí)上為零) (即，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)"死亡")，則過程前進(jìn)到步驟4800，并且結(jié)束。
在本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)施例也可以包括用于承載或者具有其上存儲(chǔ) 的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令或者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。這樣的計(jì)算機(jī) 可讀介質(zhì)可以是能夠被通用計(jì)算機(jī)或者專用計(jì)算機(jī)訪問的任何可用的 介質(zhì)。例如，而不是限制，這樣的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)能夠包括RAM、ROM、 EEPROM、 CD-ROM或其他光盤存儲(chǔ)器、磁盤存儲(chǔ)器或者其它磁存儲(chǔ) 設(shè)備，或者能夠用于以計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式承載或存 儲(chǔ)期望的程序代碼的任何其他介質(zhì)。當(dāng)通過網(wǎng)絡(luò)或另一種通信連接(有 線、無線、或它們的組合)將信息傳送或提供給計(jì)算機(jī)時(shí)，計(jì)算機(jī)完 全將所述連接視作計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。因此，任何這種連接也完全被稱 為計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。上述的組合也應(yīng)該被包括在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。
計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令包括，例如，能夠使得通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算 機(jī)、或者專用處理設(shè)備執(zhí)行某個(gè)功能或者功能組的指令和數(shù)據(jù)。計(jì)算 機(jī)可執(zhí)行指令還包括在單機(jī)或網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的程序模塊。 一般地，程序模塊包括實(shí)現(xiàn)特定任務(wù)或者執(zhí)行特定抽象數(shù)據(jù)類型的例 行程序、程序、對(duì)象、組件和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令、相關(guān) 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、以及程序模塊表示執(zhí)行這里所公開的方法步驟的程序代 碼的示例。這樣的可執(zhí)行指令或相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特定順序表示用于 執(zhí)行在這樣的步驟中所描述的功能的相應(yīng)動(dòng)作的示例。
盡管上面的描述可能包含具體的細(xì)節(jié)，但它們不應(yīng)該被解釋為以任何方式限制權(quán)利要求。本發(fā)明所描述的實(shí)施例的其它配置是本發(fā)明 的范圍的一部分。例如，本發(fā)明的原理可以被應(yīng)用到每個(gè)單獨(dú)的用戶， 其中每個(gè)用戶可以單獨(dú)地部署這樣的系統(tǒng)。這使得即使大量可能的應(yīng) 用中的任何一個(gè)不需要這里所描述的功能性，每個(gè)用戶也能夠利用本 發(fā)明的益處。換句話說，在附圖1和2中可能存在電池感知的動(dòng)態(tài)帶 寬組協(xié)調(diào)器110的多個(gè)實(shí)例，每個(gè)實(shí)例以各種可能的方式處理內(nèi)容。 不一定需要是由所有的終端用戶使用的一個(gè)系統(tǒng)。相應(yīng)地，僅應(yīng)當(dāng)由
所附權(quán)利要求以及它們的合法等同物來定義本發(fā)明，而不是給出的任 何具體示例。
權(quán)利要求
1.一種用于在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的無線傳感器組的無線傳感器節(jié)點(diǎn)之中分配帶寬的方法，包括基于所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)的電池水平從多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)形成多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組；基于至少一個(gè)信道質(zhì)量度量，為每個(gè)所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組中的所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)分配傳輸時(shí)隙；確定每個(gè)所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組的平均電池水平和所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)的平均電池水平；確定每個(gè)所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組的所述平均電池水平和所有所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)的所述平均電池水平之間的差，其中，如果所述平均電池水平中的任何差高于預(yù)定閾值，則根據(jù)所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的所述電池水平對(duì)所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新分組，以使所有所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組的平均電池水平的任何變化最小化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中的所述方法，其中，如果所述無線傳感器節(jié) 點(diǎn)組的所述平均電池水平的差不高于預(yù)定閾值，則基于至少一個(gè)信道質(zhì)量度量，為所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組中的所 述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)分配傳輸時(shí)隙。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1中的所述方法，其中基于至少一個(gè)信道質(zhì)量度 量和所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的所述電池水平為所述無線傳感器節(jié)點(diǎn) 組中的所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸時(shí)隙分配，且根據(jù)所述多個(gè) 無線傳感器節(jié)點(diǎn)的所述電池水平執(zhí)行對(duì)所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的所 述重新分組，以使所有所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組的平均電池水平的任何 變化和每個(gè)所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組內(nèi)的節(jié)點(diǎn)的電池水平的任何變化最 小化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l中的方法，其中，所述至少一個(gè)信道質(zhì)量度量 是鏈路質(zhì)量指示和相關(guān)信號(hào)強(qiáng)度指示中的至少一個(gè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1中的方法，其中，所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)中 的一個(gè)用作電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器，并將傳輸時(shí)隙分配給所述 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組中的其它無線傳感器節(jié)點(diǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l中的方法，其中，所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的 每一個(gè)都發(fā)送傳感器信息，所述傳感器信息是溫度、壓力、濕度、運(yùn) 動(dòng)、振動(dòng)和聲音中的至少一個(gè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l中的方法，其中，所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的 每一個(gè)都是移動(dòng)通信設(shè)備的一部分，所述移動(dòng)通信設(shè)備是便攜式MP3 播放器、衛(wèi)星無線電接收機(jī)、AM/FM無線電接收機(jī)、衛(wèi)星電視、iPod、 便攜式膝上型電腦、便攜式計(jì)算機(jī)、無線電臺(tái)、無線電話、便攜式數(shù) 字錄像機(jī)、蜂窩電話、移動(dòng)電話和個(gè)人數(shù)字助理(PDA)中的一個(gè)。
8. —種在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)中的無線傳感器節(jié)點(diǎn)之中分配 帶寬的裝置，包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，用于感測環(huán)境狀況；收發(fā)器，用于使用傳輸時(shí)隙發(fā)送與所感測的環(huán)境狀況相關(guān)的傳感 器信息；以及控制器，用于基于所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)的電池水平從多個(gè)無線傳 感器節(jié)點(diǎn)形成多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組，基于至少一個(gè)信道質(zhì)量度量為 每個(gè)所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組中的所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)分配所述傳輸時(shí) 隙，確定每個(gè)所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組的平均電池水平和所述無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)中的所有所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)的平均電池水平，并且確定每個(gè) 所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組的所述平均電池水平和在所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中的所有所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)的平均電池水平之間的差，其中，如果 所述平均電池水平的任何差高于預(yù)定閾值，則所述控制器根據(jù)所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的所述電池水平對(duì)所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重 新分組，以使所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)組上的平均電池水平的任何變化最 小化。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8中的裝置，其中，如果所述控制器確定所述無 線傳感器節(jié)點(diǎn)組的所述平均電池水平中的差不高于預(yù)定閾值，則所述 控制器基于至少一個(gè)信道質(zhì)量度量為所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組中的所述 多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)分配傳輸時(shí)隙。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8中的裝置，其中所述控制器基于至少一個(gè)信 道質(zhì)量度量和所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的所述電池水平為所述無線傳 感器節(jié)點(diǎn)組中的所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)分配傳輸時(shí)隙，并且根據(jù)所 述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的所述電池水平對(duì)所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn) 行重新分組，以使所有所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組上的平均電池水平的任 何變化最小化，和使每個(gè)所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組內(nèi)的所述無線傳感器 節(jié)點(diǎn)的電池水平的任何變化最小化。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8中的裝置，其中，所述至少一個(gè)信道質(zhì)量度 量是鏈路質(zhì)量指示和相關(guān)信號(hào)強(qiáng)度指示中的至少一個(gè)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8中的裝置，其中，所述裝置用作電池感知的 動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器，所述電池感知的動(dòng)態(tài)帶寬組協(xié)調(diào)器將傳輸時(shí)隙分 配給所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組中的其它無線 傳感器節(jié)點(diǎn)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8中的裝置，其中，所發(fā)送的傳感器信息與溫 度、壓力、濕度、運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)和聲音中的至少一個(gè)相關(guān)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8中的裝置，其中，所述裝置是移動(dòng)通信設(shè)備 的一部分，所述移動(dòng)通信設(shè)備是便攜式MP3播放器、衛(wèi)星無線電接收機(jī)、AM/FM無線電接收機(jī)、衛(wèi)星電視、iPod、便攜式膝上型電腦、便 攜式計(jì)算機(jī)、無線電臺(tái)、無線電話、便攜式數(shù)字錄像機(jī)、蜂窩電話、 移動(dòng)電話和個(gè)人數(shù)字助理(PDA)中的一個(gè)。
15. —種移動(dòng)通信設(shè)備，包括 一個(gè)或多個(gè)傳感器，用于感測環(huán)境狀況；收發(fā)器，用于使用傳輸時(shí)隙發(fā)送與所感測的環(huán)境狀況相關(guān)的傳感 器信息；以及控制器，用于基于所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)的電池水平從多個(gè)無線傳 感器節(jié)點(diǎn)形成多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組，基于至少一個(gè)信道質(zhì)量度量為 每個(gè)所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組中的所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)分配所述傳輸時(shí) 隙，確定每個(gè)所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組的平均電池水平和所述無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)中的所有所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)的平均電池水平，并確定每個(gè)所 述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組的所述平均電池水平和所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的 所有所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)的平均電池水平之間的差，其中，如果所述 平均電池水平的任何差高于預(yù)定閾值，則所述控制器根據(jù)所述多個(gè)無 線傳感器節(jié)點(diǎn)的所述電池水平對(duì)所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新分 組，以使所有所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組上的平均電池水平的任何變化最 小化。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15中的移動(dòng)通信設(shè)備，其中，如果所述控制器 確定所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組的所述平均電池水平中的差不高于預(yù)定閾 值，則所述控制器基于至少一個(gè)信道質(zhì)量度量為所述無線傳感器節(jié)點(diǎn) 組中的所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)分配傳輸時(shí)隙。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15中的裝置，其中，所述控制器基于至少一個(gè) 信道質(zhì)量度量和所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的所述電池水平為所述無線 傳感器節(jié)點(diǎn)組中的所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)分配傳輸時(shí)隙并且根據(jù)所 述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的所述電池水平對(duì)所述多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn) 行重新分組，以使所有所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)組上的平均電池水平的任何變化最小化和使每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組內(nèi)的所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)的 電池水平的任何變化最小化。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15中的移動(dòng)通信設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)信 道質(zhì)量度量是鏈路質(zhì)量指示和相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度指示中的至少一個(gè)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15中的移動(dòng)通信設(shè)備，其中，所發(fā)送的傳感器 信息與溫度、壓力、濕度、運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)和聲音中的至少一個(gè)相關(guān)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15中的移動(dòng)通信設(shè)備，其中，所述移動(dòng)通信設(shè) 備是便攜式MP3播放器、衛(wèi)星無線電接收機(jī)、AM/FM無線電接收機(jī)、 衛(wèi)星電視、iPod、便攜式膝上型電腦、便攜式計(jì)算機(jī)、無線電臺(tái)、無線 電話、便攜式數(shù)字錄像機(jī)、蜂窩電話、移動(dòng)電話和個(gè)人數(shù)字助理(PDA) 中的一個(gè)。
全文摘要
一種在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的無線傳感器組中的無線傳感器節(jié)點(diǎn)之中分配帶寬的方法和設(shè)備，可以包括基于無線傳感器節(jié)點(diǎn)的電池水平從多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)形成多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組(3200)，基于至少一個(gè)信道質(zhì)量度量為每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組中的無線傳感器節(jié)點(diǎn)分配傳輸時(shí)隙(3300)，確定每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組的平均電池水平和所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)的平均電池水平，確定每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組的平均電池水平和所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)的平均電池水平之間的差(3400)，其中，如果平均電池水平的任何差高于預(yù)定閾值，則根據(jù)多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的電池水平對(duì)多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新分組(3600)，以使所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)組上的平均電池水平的任何變化最小化。
文檔編號(hào)H04W52/02GK101658064SQ200880006876
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2008年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月2日
發(fā)明者肯特·D·莫特, 菲利普·E·馬伊, 西爾維烏·基里切斯庫, 阿利·賽義迪 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司