数据传输路径建立方法、无线电通信网络系统和传感器网络系统

摘要

一种数据传输路径建立方法，一种无线电通信网络系统和一种传感器网络系统。基站向多个无线电设备传送检测信号。接收到检测信号的每个无线电设备传送检测响应信号，每个检测响应信号均包括用于唯一识别所述设备的标识符，并加倍为针对另一无线电设备的响应信号和检测信号。接收到来自无线电设备的检测响应信号之后，基站根据包括在检测响应信号中的标识符，将所述无线电设备识别为属于所述基站的无线电设备。在下游无线电设备从上游无线电设备接收到检测响应信号的情况下，该下游无线电设备属于上游无线电设备。下游无线电设备向上游无线电设备传送检测响应信号。当从下游无线电设备接收到检测响应信号时，上游无线电设备向基站传送表示该下游无线电设备的标识符的链路信息信号。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在包括多个无线电通信终端的通信系统中建立数据传输路径的方法、一种无线电通信网络系统和一种传感器网络系统，更具体地，涉及一种建立能够以较少的业务量进行稳定的无线电通信的数据传输路径的方法、无线电通信网络系统和传感器网络系统。

背景技术

在无所不在的网络时代，可以设想到每一个均具有无线电通信功能的传感器将通过无线电彼此通信，并且建立传感器网络。将会需要这样的传感器网络向处于远程位置处的用户提供对从各个传感器自动收集到的传感数据的访问。

然而，在通常的传统无线电通信系统中，已经期望无线电通信网络要由少量的如传感器等的设备来形成，并且大量数据必须在无线电通信时处理。结果，难以与传感器形成无线电通信网络。

此外，通常的情况为：在无法确保电源线的位置处使用如传感器这样的小型电子设备。在这样的情况下，小型电子设备依赖太阳能电池、蓄电器(蓄电池)等作为必需品来进行工作。因此，需要小型电子设备在消耗更低功率的同时进行操作。

通常，未考虑低电能消耗而开发了传统的无线电通信系统。在此方面，传统系统不适合于与如传感器等小型电子设备形成无线电通信网络。

作为可以适用于与如传感器等小型电子设备创建无线电通信网络的传统无线电通信系统，已经存在如下系统：

(1)其中各个传感器终端以固定时间间隔同时交换路径信息的系统，如在日本专利申请待审公开No.2001-237764“Multi-hop RadioNetwork and Radio Station”中所描述的那样；以及

(2)其中不是所有的传感器终端都建立了数据通信路径，而是部分的骨干终端自动设置路径，并且在各个骨干终端和传感器终端之间保持固定无线电通信的系统。

根据前述的“Multi-hop Radio Network and Radio Station”，每一个无线电台从可访问的无线电台获得跳数信息。当到基站的直接访问可用时，选择基站作为连接目的地无线电台。在其他情况下，选择可以使其跳数最小的一个可访问无线电台作为高阶连接目的地无线电台。然后，将从从属无线电台接收到的信号传送到高阶无线电台。

然而，在如上所述的系统(1)中，增加了包括一个不必要的传输的传输频率，因此，难以减小电能消耗。出于该原因，系统(1)不适合于如传感器等小型设备。

此外，在如上所述的系统(2)中，不能够满足按照在一个位置(基站)处收集数据而与所有设备的布置无关的方式来自动设置数据传输路径的要求。

在日本专利申请待审公开No.HEI9-331284“Radio RelaySystem”中，已经公开了用于与如传感器等小型电子设备形成无线电通信网络的另一传统技术。

根据“Radio Relay System”，通过位于发送和接收电子设备之间的电子设备，将消息中继到其目的地，以减小传输所需的功率。这表示发送消息的电子设备需要预先知道在其和作为消息目的地的电子设备之间存在哪些电子设备。当每一个电子设备在位置上固定时，不存在任何问题。然而，如果电子设备改变了位置，即，如果网络结构是可变的，并且必须单独地建立到基站的数据传输路径，则不能够采用无线电中继系统。

如上所述，在传统的无线电通信系统中，并未提出一种单独地建立从每一个设备到基站的数据传输路径的数据传输路径建立方法，从而与如传感器等需要消耗较低功率的小型设备形成网络。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种数据传输路径建立方法，用于单独建立从每个设备到基站的数据传输路径，从而以如传感器等需要消耗较低功率的小型设备创建网络；一种无线电通信网络系统和一种传感器网络系统。

根据本发明的第一方面，为了实现上述目的，提出了一种数据传输路径建立方法，其中：基站向多个无线电设备传送检测信号；已经接收到检测信号的每一个无线电设备传送检测响应信号，每个所述检测响应信号均包括用于唯一识别所述设备的标识符，并加倍为针对另一无线电设备的响应信号和检测信号；已经接收到来自无线电设备的检测响应信号的基站根据包括在检测响应信号中的标识符，将所述无线电设备识别为属于所述基站的无线电设备；当所述设备不属于所述基站或其他任何无线电设备时，已经接收到来自另一无线电设备的检测响应信号的无线电设备属于作为检测响应信号的信号源的无线电设备，同时，当所述无线电设备属于基站或另一无线电设备时，所述设备向所述设备所属的基站或无线电设备传送表示作为检测响应信号的信号源的无线电设备的标识符的链路信息信号；以及已经接收到链路信息信号的无线电设备将链路信息信号转发到所述设备所属的基站或无线电设备。

根据本发明的第一方面，仅当检测信号接收强度等于或大于规定阈值时，已经接收到检测信号的无线电设备才可以传送检测响应信号。

另外，根据本发明的第一方面，仅当检测响应信号的接收强度等于或大于规定阈值时，不属于所述基站或其他任何无线电设备的无线电设备才可以属于作为检测响应信号的信号源的无线电设备。

根据本发明的第二方面，提出了一种数据传输路径建立方法，其中：基站向每一个均具有用于输出传感数据的传感器的多个传感器终端传送检测信号；已经接收到检测信号的每一个传感器终端传送检测响应信号，每个所述检测响应信号均包括用于唯一识别所述终端的标识符，并加倍为针对另一传感器终端的响应信号和检测信号；已经接收到来自传感器终端的检测响应信号的基站根据包括在检测响应信号中的标识符，将所述传感器终端识别为属于所述基站的传感器终端；当所述终端不属于所述基站或其他任何传感器终端时，已经接收到来自另一传感器终端的检测响应信号的传感器终端属于作为检测响应信号的信号源的传感器终端，同时，当所述无线电设备属于基站或另一传感器终端时，所述设备向所述设备所属的基站或传感器终端传送表示作为检测响应信号的信号源的传感器终端的标识符的链路信息信号；以及已经接收到链路信息信号的传感器终端将链路信息信号转发到所述终端所述的基站或无线电设备。

根据本发明的第二方面，仅当检测信号接收强度等于或大于规定阈值时，已经接收到检测信号的传感器终端才可以传送检测响应信号。

另外，根据本发明的第二方面，仅当检测响应信号的接收强度等于或大于规定阈值时，不属于所述基站或其他任何传感器终端的传感器终端才可以属于作为检测响应信号的信号源的传感器终端。

根据本发明的第三方面，提出了一种包括基站和多个无线电设备的无线电通信网络系统：其中，所述基站包括：部分，用于向至少部分无线电设备传送检测信号；以及部分，当接收到来自无线电设备的检测响应信号时，所述部分根据包括在检测响应信号中的无线电设备的标识符，将无线电设备识别为属于所述基站的无线电设备；以及其中，每一个无线电设备包括：部分，用于响应从基站接收到的检测信号，传送检测响应信号，每个所述检测响应信号均包括用于唯一识别所述设备的标识符，并加倍为针对另一无线电设备的响应信号和检测信号；部分，当无线电设备接收到来自另一无线电设备的检测响应信号时，在所述设备不属于所述基站或其他任何无线电设备的情况下，所述无线电设备属于作为检测响应信号的信号源的无线电设备，同时，在所述无线电设备属于基站或另一无线电设备的情况下，向所述设备所属的基站或无线电设备传送表示作为检测响应信号的信号源的无线电设备的标识符的链路信息信号；以及部分，当无线电设备接收到链路信息信号时，用于将链路信息信号转发到所述设备所属的基站或无线电设备。

根据本发明的第三方面，仅当检测信号接收强度等于或大于规定阈值时，每个无线电设备才可以传送检测响应信号。

此外，根据本发明的第三方面，仅当检测响应信号的接收强度等于或大于规定阈值时，不属于所述基站或其他任何无线电设备的无线电设备才可以属于作为检测响应信号的信号源的无线电设备。

根据本发明的第四方面，提出了一种包括基站和每一个均具有用于输出传感数据的多个传感器终端的传感器网络系统：其中，所述基站包括：部分，用于向至少部分传感器终端传送检测信号；以及部分，当接收到来自传感器终端的检测响应信号时，所述部分根据包括在检测响应信号中的传感器终端的标识符，将传感器终端识别为属于所述基站的传感器终端；以及其中，每一个传感器终端包括：部分，用于响应从基站接收到的检测信号，传送检测响应信号，每个所述检测响应信号均包括用于唯一地识别所述设备的标识符，并加倍为针对另一传感器终端的响应信号和检测信号；部分，当传感器终端接收到来自另一传感器终端的检测响应信号时，在所述终端不属于所述基站或其他任何传感器终端的情况下，所述传感器终端属于作为检测响应信号的信号源的传感器终端，同时，在所述传感器终端属于基站或另一传感器终端的情况下，向所述终端所属的基站或传感器终端传送表示作为检测响应信号的信号源的传感器终端的标识符的链路信息信号；以及部分，当传感器终端接收到链路信息信号时，用于将链路信息信号转发到所述终端所属的基站或传感器终端。

根据本发明的第四方面，仅当检测信号接收强度等于或大于规定阈值时，每个传感器终端才可以传送检测响应信号。

此外，根据本发明的第四方面，仅当检测响应信号的接收强度等于或大于规定阈值时，不属于所述基站或其他任何传感器终端的传感器终端才可以属于作为检测响应信号的信号源的传感器终端。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述，本发明的目的和特征将变得更加明显，其中：

图1是示出了本发明的原理的图；

图2是示出了根据本发明实施例的传感器网络的结构示例的图；

图3是示出了在图2所示的传感器网络中建立传感数据传输路径时的信息流的图；

图4是示出了向基站和传感器终端提供的路由表的示例的图；以及

图5是示出了根据本发明实施例的传感器网络的结构示例的图。

具体实施方式

下面将描述本发明的原理。本发明涉及一种在无线电通信网络中建立数据传输路径的方法、以及其中根据该方法来建立数据传输路径的无线电通信网络。所述方法的特征在于：确保以较少的业务量来进行稳定的无线电通信，并且能够以较低的功率来建立数据传输路径。

图1是示出了本发明的原理的图。参考图1，无线电通信网络包括基站50和多个无线电设备51到54。在该无线电通信网络中，当无线电设备51和52的每一个均从基站50接收到具有超过了阈值电平Pth的无线电场强度或场强的检测信号55时，设备51和52分别传送检测响应信号56和57。因此，在基站50和各个无线电设备51和52之间设置了数据传输路径。此时，基站50获得基站50已经与其建立了数据传输路径的无线电设备51和52的ID 51和ID 52。ID 51和ID 52分别唯一地识别无线电设备51和52。

此外，每一个检测响应信号56和57还具有检测另一无线电设备的功能。在图1所示的无线电通信网络中，已经接收到检测响应信号56的无线电设备53向无线电设备51回送检测响应信号58，从而建立设备51和53之间的数据传输路径。按照类似的方式，已经接收到检测响应信号57的无线电设备54向无线电设备52回送检测响应信号59，从而设置设备52和54之间的数据传输路径。

已经建立了到无线电设备53和54的数据传输路径之后，无线电设备51和52分别向基站50传送链路信息信号60和61。所述链路信息信号60向基站50通知在无线电设备51和53之间已经建立了数据传输路径，同时链路信息信号61向基站50通知在无线电设备52和54之间已经设置了数据传输路径。链路信息信号60和61分别包括唯一识别无线电设备53和54的ID 53和ID 54。因此，基站50可以获得已经建立了数据传输路径的所有无线电设备的ID。

通过如上所述的一系列处理，基站50已经建立了到所有无线电设备的数据传输路径，而与无线电设备的数量无关。因此，基站50可以收集来自所有无线电设备的数据。

此外，从基站50附近的无线电设备开始，将数据传输路径顺序地构造为树。由此，确保可以减少网络业务量，并且基站和无线电设备可以建立数据传输路径，同时消耗较低功率。此外，每一个无线电设备设置了到仅当信号的接收场强超过了规定的场强阈值电平Pth时、已经向其传送了检测响应信号或检测信号的另一无线电设备或基站的数据传输路径。结果，能够确保无线电场强度或场强上较稳定的无线电通信。

图2是示出了传感器网络的结构示例的图。所述传感器网络包括基站0和多个传感器终端1到4。如图2所示，通过采用如图1中的前述无线电通信网络中的无线电设备那样、每一个均具有检测传感数据的功能的传感器终端，能够创建传感器网络，其中基站0可以收集来自所有传感器设备1到4的传感数据。在这种情况下，可以使用任何传感器而无任何限制。

如果本发明的传感器网络应用于测量温度、湿度、日射量、CO₂浓度、NO_x浓度等的环境监控领域，则例如，可以在城市道路上自动监控NO_x。此外，如果本发明的传感器网络应用于农业领域，则能够从远程位置处自动地监控塑料温室内的温度、湿度等。另外，当将摄像机用作传感器网络中的传感器终端时，基站收集由摄像机拍摄的图像数据，并且将由基站收集到的数据发送到安装在安全公司内的服务器。按照该方式，本发明的传感器网络适用于灾害防止和犯罪防止或与安全有关的领域。附带地，在将该传感器网络应用于与安全有关的领域的情况下，大楼的出口和入口可以是摄像机的对象。在将该传感器网络应用于与灾害有关的领域的情况下，江河可以是摄像机的对象，从而可以监控江河的水位。另外，当将输出与气体、水有关的读数的设备和电测量仪用作传感器终端时，可以在处于远程位置处的基站中自动地获得在这样的测量仪上与读数有关的信息。另外，当将位置传感器用作传感器终端时，可以通过给人配备传感器或将传感器附在物体上，可以指定人或物体的位置。

尽管将ID用作唯一地识别每一个无线电设备或传感器终端的标识符，但是其仅作为示例给出而非限定性的。每个无线电设备或传感器终端的IP地址、MAC地址等均可以用作标识符。

现在参考附图，将详细描述本发明的优选实施例。

图3是示出了根据本发明实施例的传感器网络的结构的图。参考图3，该传感器网络包括基站0、多个传感器终端1到4和服务器12。

基站0是用于传输控制信号以开始建立路径并从所有传感器终端1到4收集传感数据的设备。

每一个传感器终端1到4配备有内置传感器或可与其相连的外部传感器。内置传感器或与传感器终端相连的外部传感器的检测对象示例包括但不局限于：温度、湿度、日射量、CO₂浓度、NO_x浓度和位置(行进距离)。

将标识号(ID)赋予基站0和传感器终端1到4的每一个，从而可以在通信时识别相应的终端(基站或每个终端正在与其进行通信的终端)。附带地，尽管图3示出了四个传感器终端，但是仅作为示例给出了终端的数量，而非限定性的。

服务器12指示基站0开始建立基站0和传感器终端1到4之间的路径，并且从终端1到4中收集传感数据。服务器12还向每一个传感器终端1到4提供关于启动内置传感器或与终端相连的外部传感器的监控或监视的指令。另外，服务器12通过因特网(未示出)向处于远程位置处的计算机终端等提供由基站0从传感器终端1到4中收集到的传感数据。传感器12通过无线或固定线路与基站0进行通信。

基站0传送检测信号5以检测基站0要与其建立路径的传感器终端。响应检测信号5或从另一终端接收到的检测响应信号，传感器终端1到4分别传送检测响应信号6到9。另外，检测响应信号(6到9)具有检测传感器终端(1到4)将要设置到其的路径的传感器终端的功能。换句话说，检测响应信号加倍为响应信号和检测信号。传感器终端1和2分别传送链路信息信号10和11。链路信息信号(10和11)向基站0通知在基站0还未与其建立直接路径的传感器终端(1和2)和传感器终端(3和4)之间已经建立了路径。所述链路信息信号10和11包括用于分别唯一地识别传感器终端3和4的ID 3和ID 4。

每一个传感器终端的链路值指示了从基站0到达终端的跳数。在图3中，每一个均已经设置了到基站0的直接路径(即，1跳)的传感器终端1和2的链路值为“1”。另一方面，每一个均通过另一终端设置了到基站0的路径(即，2跳)的传感器终端3和1的链路值为“2”。

在下文中，将描述根据本发明实施例的传感器网络的操作。

在开始设置传感数据传输路径时，服务器12指示基站0开始建立路径。接收到这些指令之后，基站0传送检测信号5，以检测基站0要与其建立路径的传感器终端。

当检测信号5的接收场强超过了规定阈值Pth时，已经接收到检测信号5的传感器终端向基站0回送检测响应信号。

图4是示出了向基站0和传感器终端1到4提供的路由表的示例的图。在图4中，假定传感器终端1和2的每一个均接收到具有超过了阈值Pth的无线电场强度或场强的检测信号5。

在这种情况下，如在图4中可以看到，传感器终端1在其路由表的上游终端ID栏中写入“ID 0”。将链路值设置为“1”。类似地，传感器终端2在其路由表的上游终端ID栏中写入“ID 0”，并将链路值设置为“1”。

之后，传感器终端1和2分别向基站0传送检测响应信号6和7，每一个均包括其自身ID(ID 1和ID 2)。

在接收到检测响应信号6和7时，基站0将“ID 1”和“ID 2”写入其路由表的下游终端ID栏中，如图4所示。按照该方式，在基站0和各个传感器终端1和2之间建立了路径。

每一个检测响应信号6和8也具有检测每一个传感器终端1和2将要设置到其的路径的下游传感器终端的功能。在图4中，假定传感器终端3和4分别接收到具有超过阈值Pth的无线电场强度和场强的检测响应信号6和7。

此时，每一个传感器终端3和4还未建立到任一基站或传感器终端的路径。换句话说，其路由表的上游终端ID栏为空白。因此，如图4中可以看到，传感器终端3将“ID 1”写入到其路由表的上游终端ID栏中，并将链路值设置为“2”。类似地，传感器终端4将“ID 2”写入到其路由表的上游终端ID栏中，并且将链路值设置为“2”。

此后，传感器终端3和4分别向传感器终端1和2传送检测响应信号8和9，每一个均包括其自身ID(ID 3和ID 4)。

在该阶段，在传感器终端1的路由表中的下游终端ID栏为空白。因此，当接收到检测响应信号8时，传感器终端1将“ID 3”写入其路由表的下游终端ID栏中，如在图4中可以看到。此外，传感器终端1向基站0传送包括ID 3的链路信息信号10，从而向基站0通知已经在终端1和3之间设置了路径。

按照与传感器终端1相同的方式，当接收到检测响应响应9时，传感器终端2将“ID 4”写入其路由表中的下游终端ID栏中。然后，传感器终端2将包括ID 4的链路信息信号11传送到基站0，从而向基站0通知已经在终端2和4之间设置了路径。

如上所述，在具有其中上游终端ID栏为空白的路由表的传感器终端从另一传感器终端接收到检测响应信号或从基站接收到检测信号时，该终端识别已经向其发送了信号的终端或基站，作为上游或上方节点。另一方面，在已经建立了到另一传感器终端或基站的路径的终端(即，具有其中将ID写入到上游终端ID栏的路由表的传感器终端)接收到来自另一传感器终端的检测响应信号时，该终端将已经向其发送了信号的终端的ID写入到其路由表的下游终端ID栏中，从而使该下游终端属于该终端。

基站0可以根据链路信息信号10和11，获得已经建立了数据传输路径的所有传感器终端的ID。

如刚才所描述的，基站0可以根据从终端接收到的链路信息信号，获得已经建立了路径的所有传感器终端的ID。这表示：如果提前向服务器12登记了各个传感器终端的ID，并且基站0向服务器12发送从已经建立了路径的传感器终端中获得的ID，则服务器12可以知道是否所有终端已经完成了路径设置。

在图3中，已经接收到传感器终端1到4的ID 1到4之后，服务器12识别到所有终端1到4已经完成了路径设置。

参考写入在路由表的上游终端ID栏中的ID，每一个传感器终端向该终端所属的上游传感器终端传送传感数据。同时，当从下游终端中接收传感数据时，每一个传感器终端将数据转发到该终端所属的上游传感器终端。在接收到传感数据的传感器终端直接属于基站的情况下，该终端将数据转发到基站。结果，在基站处收集由所有传感器终端检测到的传感数据。

根据本发明的实施例，从其中收集了由所有传感器终端检测到的传感数据的终端(在图3中，基站0)开始，将数据传输路径顺序地构造为树。此外，如在图3中可以看到，从每一个传感器终端传送的检测响应信号将响应功能与检测功能组合在一起。因此，基站和传感器终端可以有效地建立数据传输路径，同时消耗较低的功率。

附带地，已经描述了两个无线电设备或传感器终端直接属于基站的情况。然而，如图5所示，可以存在直接属于基站的三个或更多的无线电设备或传感器终端。在这种情况下，每一个无线电设备或传感器终端按照与前面所述相同的方式进行操作。由此，所有无线电设备或传感器终端可以建立到基站的数据传输路径。

如以上所阐明的，根据本发明，能够创建一网络，其中，如传感器等需要消耗较低功率的各个小型设备单独地建立到基站的数据传输路径。

而且，能够减小用于传送和接收无线电信号的操作数量，这需要可观的功率。由于并不一定要传送和接收无线电信号，还能够创建无线电通信网络，能够减小电能消耗。此外，仅当信号的接收场强超过了规定的场强阈值电平时，每一个无线电设备才设置到已经向其传送了信号的另一无线电设备或基站的数据传输路径。结果，能够确保无线电场强度或场强上稳定的无线电通信。

另外，本发明的数据传输路径建立方法适用于任何类型的传感器终端。因此，在遍布目标区域来设置传感器终端的情况下，在各个终端之间自动地建立数据传输路径以形成传感器网络。因此，可以在基站或一个终端处自动收集由设置在目标区域中的所有传感器终端检测到的传感数据。

尽管已经参考特定的说明性实施例描述了本发明，本发明并不由这些实施例来限定而是仅由所附权利要求来限定。将会意识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以改变或修改这些实施例。