用于泛在传感器网络中的QoS支持的系统和方法

摘要

本发明涉及用于泛在传感器网络中的服务质量QoS支持的系统和方法。用于泛在传感器网络中的QoS支持的该系统包括网状网络协调器和节点。该网状网络协调器组织包含专用QoS数据发送时段的超帧，并将构成一个网络的多个节点中的每一个节点与上述超帧同步。所述节点创建包含与是否设置QoS相关的信息的信标帧，以在需要发送QoS数据时在所述超帧的专用信标时段中广播所述信标帧，以创建具有经设定的优先级的QoS数据帧，并在发送QoS数据的情况下将所述QoS数据帧发送到所述超帧的所述专用QoS数据发送时段。本发明将QoS数据从普通数据中划分出来，以提高数据发送的质量并确保稳定性，并为QoS数据设置优先级，以按照快速和稳定的方式来发送QoS数据中的最重要的数据。

说明书

技术领域

本发明涉及用于泛在(ubiquitous)传感器网络中的QoS(Quality of Service：服务质量)支持的系统和方法，更具体地说，涉及一种用于泛在传感器网络中的QoS支持的系统和方法，其中，对包含QoS数据时隙(slot)的超帧进行协调，该超帧与构成一个网络的每一个节点同步，如果需要发送QoS数据，则使用信标帧通知相邻节点是否要发送QoS数据，产生具有经设置的优先级的QoS数据帧，并根据优先级来在QoS数据时隙中发送具有所设置的优先级的QoS数据帧，以使得可以在QoS数据之间区分数据优先级。

背景技术

泛在传感器网络(USN：Ubiquitous Sensor Network)是泛在计算技术的核心技术之一，并且是其中将通过组合各种传感器节点所产生的数据与应用服务器相关联的技术。这些传感器不同于普通的传感器，而是类似于智能计算机，这些传感器具有收集或处理各种情况的所产生的数据的能力。

利用单个传感器进行监测根据硬件的水平在监测区域或精确性方面受到限制。但是，如果将通过多个节点收集的多条信息合并，则可以比真实世界的情况更精确和更可靠地监测信息。

可以应用USN的领域包括针对真实世界中的各种现象进行监测的领域，诸如灾难预防、环境监测、智能物理分布管理、实时监测、移动保健、家庭安保和机器诊断，并且还可以包括需要远程监测的许多应用领域。

在USN中，分布了许多节点以在广大区域上执行监测任务，通过网络内的数据处理将传感器所感测的数据转换为上级事件(upper event)，并接着将这些数据传送到远程管理者。这里，通过低速度和低功率的多跳无线网络来发送数据。

此外，在韩国，USN(即，下一代网络)已经与IPv6和BcN一起被选作IT 839的三种基础技术之一，并且其全部力量集中在该技术的开发上。

这些无线通信网络技术包括诸如Bluetooth、ZigBee和Motes的技术。但是，这些技术不可能用于智能城市核心(u-City Core)业务，因为它们存在各种问题，诸如过长的关联时间、对于网状网络的不充分的可扩展性、对于装置的非移动性支持、大的功率消耗以及在扩展寻址方面的困难。为了解决这些问题，已经开发了无线信标使能节能网状网络(WiBEEM)技术。

在新开发的WiBEEM技术中，基于信标冲突避免技术，利用信标将所有网络同步为一个网络，并且将所有网络配置为支持网状网络以低功率工作。此外，由于可以利用基于下一个可用的地址(NAA：Next Address Available)的地址分配方法来高效地分配短地址，所以可以控制最多65536个装置。因此，该WiBEEM技术不仅可以在家庭中使用，而且可以在u-City中使用。

该WiBEEM技术的最显著的特征在于，该WiBEEM技术是一种高效的无线网络，其中网状网络即使在信标模式中也能稳定地工作，因而消耗低的功率。无线网状网络稳定地工作的这个事实与比使用有线通信技术作为主干网络的现有无线通信技术高一个等级的技术相对应，并且这意味着，如果存在中间节点，则不仅通信范围内的全部传感器网络节点可以彼此通信，而且RF范围以外的节点也可以通过这些中间节点来彼此通信。

以上的WiBEEM技术是为WPAN应用提供有效通信方法并根据普遍存在的环境来支持移动性的无线协议。

与WiBEEM协议中相同，网状网络以信标模式工作时的优点在于可以提高功率消耗的效率，因为各个节点可以确定非活动时段的时间，在该非活动时段中，节点可以进入其工作在深度睡眠模式时段(DSP：deep sleep mode period)的时段。

该WiBEEM协议还具有支持移动性的重要优点。如果支持移动性，则可以在WPAN内的在任何地方都可以进行自由通信的通信区域中实现自治(autonomy)。

但是，常规的WiBEEM标准不是支持稳定QoS的USN技术。例如，在一位老年人支付比其他人更高的服务费用并要求他的稳定的健康的情况下，必须向该老年人提供一种系统，这种系统能够根据不同种类的服务来提供与健康的年轻人利用少量的金钱和QoS所需要的仅非常基本的服务不同种类的服务。因此，在该WiBEEM技术中，QoS支持技术具有非常重要的意义。

此外，在地下管线管理的情况下，针对城市煤气的泄漏检测的传感器信息需要与针对水服务管理的传感器信息不同级别的QoS。因此，需要使用根据不同的服务来不同地设置QoS参数以及在竞争访问时段CAP(Contention Access Period)中设置不同的退避(backoff)时间的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于泛在传感器网络中的QoS支持的系统和方法，该系统和方法能够向其中对无线通信网络进行了配置的WiBEEM装置提供稳定的QoS。

本发明的另一目的是提供一种用于泛在传感器网络中的QoS支持的系统和方法，该系统和方法能够在无线通信网络中将QoS数据告知相邻节点并通过为QoS数据设置不同的优先级来区分这些QoS数据的优先级。

本发明的另一目的是提供一种用于泛在传感器网络中的QoS支持的系统和方法，该系统和方法能够通过将QoS数据与普通数据区分来提高数据发送的质量并确保数据发送的稳定性，并且能够通过为QoS数据设置优先级来最快速并且最稳定地发送QoS数据中的具有最高优先级的数据。

本发明的另一目的是提供一种用于泛在传感器网络中的QoS支持的系统和方法，该系统和方法能够在网络中分布有使用各种无线网络技术的许多网络节点时保证优先级数据的发送。

[技术方案]

根据本发明的一个方面，提供了一种用于泛在传感器网络中的QoS(服务质量)支持的系统，该系统包括：网状网络(mesh)协调器，其用于协调包含QoS数据时隙的超帧并将所述超帧与所述网络内的多个节点中的每一个节点同步；以及所述多个节点，每一个节点用于创建包含与是否已经设置QoS相关的信息的信标帧，在所述超帧的仅信标时段中广播所创建的信标帧，创建具有经设定的优先级的QoS数据帧，并在所述超帧的所述QoS数据时隙中发送所创建的QoS数据帧。

优选的是，所述网状网络协调器是在所配置的网络中首先被创建的节点。

优选的是，所述网状网络协调器创建包含与是否已经设置QoS相关的信息的信标帧，在超帧的仅信标时段中广播所创建的信标帧，创建具有经设定的优先级的QoS数据帧，并在超帧的QoS数据时隙中发送所创建的QoS数据帧。

优选的是，所述超帧包括：仅信标时段BOP(beacon-only period)(即，发送信标帧的时段)、用于QoS数据发送的QoS数据时隙PQP、竞争访问时段CAP、用于普通数据发送的普通数据发送时段CFP和深度睡眠模式时段DSP。

优选的是，所述网状网络协调器或所述节点按照较高优先级的顺序在QoS数据时隙中发送由所述网状网络协调器或所述节点创建的QoS数据。

优选的是，当接收到多个数据帧时，所述网状网络协调器或所述节点按照较高优先级的顺序排列所述多个数据帧，并按照较高优先级的顺序向其它节点发送所述多个数据帧。

优选的是，由所述网状网络协调器针对每一个节点来设置QoS数据帧的优先级，或者缺省地针对每一个节点来设置QoS数据帧的优先级。

优选的是，当通过所述网状网络协调器或其它节点来广播所述信标帧时，在所述多个节点中的每一个节点自己的地址与所述信标帧相对应时，激活所述多个节点中的每一个节点，而在所述多个节点中的每一个节点自己的地址不与所述信标帧相对应时，所述多个节点中的每一个节点处于非活动状态。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于泛在传感器网络中的QoS支持的网状网络协调器，该网状网络协调器包括：通信单元，其用于与节点通信；超帧结构协调器单元，其用于协调包含QoS数据时隙的超帧结构，并将所述超帧与构成一个网络的多个节点中的每一个同步；信标帧控制单元，其用于创建包含与是否已经设置QoS相关的信息的信标帧，并在由所述超帧结构协调器单元创建的超帧的仅信标时段中广播所创建的信标帧；以及QoS数据处理单元，其基于包含在由所述信标帧控制单元创建的所述信标帧中的与是否已经设置QoS相关的信息，为相关的数据帧设置优先级，并在所述超帧的QoS数据时隙中发送该相关的数据帧。

根据权利要求9所述的网状网络协调器还包括信标调度信息控制单元，该信标调度信息控制单元用于向相邻节点发送包含该网状网络协调器自己的信标时隙信息和与这些相邻节点相关的信标时隙信息的信标调度信息，使得这些相邻节点可以确定它们的信标时隙。

优选的是，用于泛在传感器网络中的QoS支持的所述网状网络协调器还包括普通数据处理单元，该普通数据处理单元基于包含在由所述信标帧控制单元创建的信标帧中的与是否已经设置QoS相关的信息，在所述超帧的普通数据发送时段中发送相关的数据帧。

优选的是，所述信标帧控制单元创建信标帧，该信标帧包括：帧控制字段、信标序列号字段、源地址信息字段、用于指示是否已经设置QoS的超帧规范字段、CFP字段、用于指示等待发送的地址的规范的未决地址字段、用于指示PQPL信息的信标有效载荷字段和FCS字段。

优选的是，所述超帧规范字段包括：规定信标的发送间隔的信标顺序子字段、包含信标帧发送时间的用于规定超帧活动的时段期间的时间长度的超帧顺序子字段、用于指示CAP的持续时间的最终CAP时隙子字段、电池寿命范围子字段、用于指示是否已经设置QoS的PQP使能子字段、PAN协调器子字段和关联允许子字段。

优选的是，所述信标有效载荷字段包括：用于确定在BOP尺寸内将发送多少个信标的BOPL子字段、用于指示发送信标的节点的信标发送时间的MyBTTS(BeaconTxTimeSlot)子字段、用于指示由该网状网络协调器自己发送的信标时隙的尺寸的BTTSL(信标Tx时隙长度)子字段、用于指示与发送信标的节点相关的深度信息的深度子字段、用于通知要新分配的地址的值的NAA(下一个可用地址)子字段、用于插入具有父-子关系并请求到发送信标的节点的连接的子节点的地址值的子短地址子字段、用于插入与子节点的地址值相对应的父节点的地址值的父短地址子字段、HOP计数子字段、子装置类型子字段、我的概况ID子字段以及作为PQP长度并在信标帧的超帧规范字段内的PQP使能的值为1时所产生的PQPL子字段。

优选的是，在发送QoS数据的情况下，信标帧控制单元通过以下步骤来创建信标帧：将信标帧的超帧规范字段内的PQP使能的值设置为1；确定是否将在超帧的时段期间发送QoS数据；以及指示信标有效载荷字段内的PQPL值。

优选的是，所述QoS数据处理单元创建QoS数据帧，该QoS数据帧包括：其中设置有QoS优先级的帧控制字段、用于指示对于所发送的帧唯一的序列ID的序列号字段、4个寻址字段、帧有效载荷字段以及用于错误检测的帧校验序列(FCS)字段。

优选的是，如果在QoS数据时隙内接收到两个或更多个数据，则QoS数据处理单元根据优先级来排列该两个或更多个数据，并按照优先级的顺序将经排列的数据发送到其它节点。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于泛在传感器网络中的QoS支持的节点，该节点包括：通信单元，其被配置为利用具有仅信标时段的超帧来通过网络发送和接收信标和数据；超帧同步单元，其与通过所述通信单元从网状网络协调器接收的超帧同步；信标时隙确定单元，其被配置为在由所述超帧同步单元进行了同步的超帧的仅信标时段中的除相邻节点的信标时隙以外的时段中确定该节点自己的信标时隙，并控制所述通信单元，使得在所确定的信标时隙中发送信标帧；信标帧控制单元，其被配置为创建包含与是否已经设置QoS相关的信息的信标帧，并在由所述信标时隙确定单元所确定的信标时隙中发送所创建的信标帧；以及QoS数据处理单元，其被配置为基于在由所述信标帧控制单元创建的信标帧中包含的与是否已经设置QoS相关的信息，为相关的数据帧设置优先级，并在所述超帧的QoS数据时隙中发送数据帧。

优选的是，用于泛在传感器网络中的QoS支持的节点还包括信标调度信息控制单元，该信标调度信息控制单元用于向相邻节点发送包含该节点自己的信标时隙信息以及与相邻节点相关的信标时隙信息的信标调度信息，使得相邻节点可以确定它们的信标时隙。

优选的是，用于泛在传感器网络中的QoS支持的节点还包括普通数据处理单元，该普通数据处理单元基于包含在由所述信标帧控制单元创建的信标帧中的与是否已经设置QoS相关的信息，在所述超帧的普通数据发送时段中发送相关的数据帧。

优选的是，如果在QoS数据时隙内接收到两个或更多个数据，则所述QoS数据处理单元根据优先级来排列该两个或更多个数据，并按照优先级的顺序来将经排列的数据发送到其它节点。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于泛在传感器网络中的QoS支持的网状网络协调器发送QoS数据帧的方法，该方法包括以下步骤：(a)协调包含QoS数据时隙的超帧，并使该超帧与构成一个网络的每一个节点同步；(b)创建其中设置有QoS的信标帧，在超帧的仅信标时段中发送该信标帧，并创建具有经设定的优先级的QoS数据帧；以及(c)当根据所述超帧到达QoS数据时隙时，发送该QoS数据帧。

优选的是，步骤(a)包括以下步骤：计算信标间隔、超帧持续时间、仅信标时段、QoS数据时隙和普通数据发送时段；基于所计算的多条时段信息来协调超帧，按照仅信标时段BOP、QoS数据时隙PQP、竞争访问时段CAP、普通数据发送时段CFP以及深度睡眠模式时段DSP的顺序来配置该超帧；以及将经协调的超帧与构成一个网络的每一个节点同步。

优选的是，通过以下步骤来创建其中设置有QoS的信标帧：将超帧规范字段内的PQP使能的值设置为1；确定是否将在超帧的时段期间发送QoS数据；以及指示信标有效载荷字段内的PQPL值。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于泛在传感器网络中的QoS支持的网状网络协调器协调超帧结构的方法，该方法包括以下步骤：计算信标间隔和超帧持续时间；通过计算包含在信标帧中的BTTSL(信标Tx时隙长度)和最大信标数量(maxBeaconNumber)来得到仅信标时段；通过计算包含在信标帧中的PQPL(PQP尺寸)和aBaseDuration来得到在所得到的仅信标时段之后的QoS数据时隙；通过计算包含在信标帧中的CFPL和aBaseDuration来得到普通数据发送时段；利用从超帧持续时间中减去仅信标时段、QoS数据时隙和普通数据发送时段所得的值来得到普通数据发送时段与QoS数据时隙之间的CAP时段；以及在所计算的信标间隔中设置除超帧持续时段以外的时段作为深度睡眠模式时段DSP。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于泛在传感器网络中的QoS支持的节点发送QoS数据帧的方法，该方法包括以下步骤：(a)创建其中设置有QoS的信标帧，并确定该节点自己的信标时隙时段；(b)在所确定的信标时隙时段中发送所创建的信标帧，并创建具有经设定的优先级的QoS数据帧；以及(c)在由网状网络协调器进行同步的超帧的QoS数据时隙中发送所创建的QoS数据帧。

[有利效果]

如上所述，根据本发明，可以提供一种用于泛在传感器网络中的QoS支持的系统和方法，该系统和方法能够向其中对无线通信网络进行了配置的WiBEEM装置提供稳定的QoS。

此外，可以提供一种用于泛在传感器网络中的QoS支持的系统和方法，该系统和方法能够在无线通信网络中向相邻节点通知QoS数据，并通过为QoS数据设置不同的优先级来区分这些QoS数据的优先级。

此外，可以提供一种用于泛在传感器网络中的QoS支持的系统和方法，该系统和方法能够通过将QoS数据与普通数据区分来提高数据发送的质量并确保数据发送的稳定性，并且能够通过为QoS数据设置优先级来最快速并且最稳定地发送QoS数据中的具有最高优先级的数据。

此外，可以提供一种用于泛在传感器网络中的QoS支持的系统和方法，该系统和方法通过QoS的实施而能够在网络中分布有使用各种无线网络技术的许多网络节点时保证优先级数据的发送，并能够向使用泛在网络的用户提供更多的各种业务。

附图说明

图1是示出根据本发明的用于泛在传感器网络中的QoS支持的系统的图示；

图2是示意性示出根据本发明的用于QoS支持的网状网络协调器的配置的框图；

图3是示意性示出根据本发明的其中对网络和用于QoS支持的网状网络协调器进行了配置的节点的配置的框图；

图4是示出根据本发明的用于QoS支持的超帧结构的结构的图示；

图5是示出根据本发明的用于QoS设置的信标帧的结构的图示；

图6是示出图5所示的信标帧内的超帧规范字段的详细图示；

图7是示出图5所示的信标帧内的信标有效载荷字段的详细图示；

图8是示出根据本发明的其中已经设置QoS的QoS数据帧的结构的图示；

图9是示出图8所示的QoS优先级字段值的图示；

图10是例示根据本发明的网状网络协调器发送QoS数据帧的方法的流程图；

图11是例示根据本发明的网状网络协调器协调超帧结构的方法的流程图；以及

图12是例示根据本发明的其中已经对泛在传感器网络进行了配置的节点发送QoS数据帧的方法的流程图。

<附图中主要元件的附图标记的说明>

110：传感器节点        120：传感器域(field)

140：汇聚节点

160：WiBEEM网状网络协调器(WMC)

162、302：通信单元

164：超帧结构协调器单元

166、308：信标帧控制单元

168、310：QoS数据处理单元

170、312：普通数据处理单元

180：管理服务器    300：节点

304：超帧同步单元

306：信标时隙确定单元

314：信标调度信息控制单元

具体实施方式

下文中，根据参照附图说明的本发明的以下详细描述，将更清楚地理解与本发明的目的、技术构成和操作效果相关的详细内容。

图1是示出根据本发明的用于泛在传感器网络中的QoS支持的系统的图示。

参照图1，用于泛在传感器网络中的QoS支持的系统包括：传感器节点110，其被配置为包括传感器和通信模块，这些传感器用于实时感测多条有关事物的识别信息或者多条相邻环境信息；传感器域120，每个传感器域120被配置为包括一组传感器节点110；汇聚节点140，每个汇聚节点140被配置为接收通过传感器域120收集的多条信息；以及WiBEEM网状网络协调器(WMC)160，其被配置为对通过汇聚节点140发送的信息进行路由，并经由通信网络向管理服务器180发送该信息。

在该配置中，一个汇聚节点140负责一个传感器域120。为了高效地管理每一个传感器节点110的电源，配置了MAC协议，以使得传感器节点110的电源在不使用电源的非活动时段期间最小化，并且在使用电源的活动时段中使用该电源。

汇聚节点140是指无线通信网络内存在的公共节点，并且汇聚节点140可以被称为WiBEEM可路由协调器(WRC)。下文中将传感器节点110和汇聚节点140称为节点110和节点140。

WiBEEM网状网络协调器160是指在泛在传感器网络内首次产生的节点，并且WiBEEM网状网络协调器160可以被称为网关。

下文将WiBEEM网状网络协调器160称为网状网络协调器。

如果需要发送QoS数据，则网状网络协调器160协调包含QoS数据时隙的超帧，并将超帧与构成一个无线通信网络的节点110和节点140中的每一个同步。在这种情况下，节点110和节点140包括传感器节点110和汇聚节点140。

此外，网状网络协调器160根据是否要发送QoS数据来创建包含与是否已经设置QoS相关的信息的信标帧，并且在超帧的仅信标时段中广播所创建的信标。如果需要发送QoS数据，则网状网络协调器160创建具有经设定的优先级的QoS数据帧，并在超帧的QoS数据时隙中发送所创建的QoS数据帧。

换言之，如果需要发送QoS数据，则网状网络协调器160通过在信标帧中设置QoS来向相邻节点通知该QoS数据将被发送，并通过在数据帧中设置优先级来区分数据的优先级。

此外，网状网络协调器160按照较高优先级的顺序在QoS数据时隙中发送由网状网络协调器160创建的QoS数据。

此外，如果接收了多个QoS数据帧，则网状网络协调器160按照较高优先级的顺序排列QoS数据帧，并按照优先级的顺序向不同的节点或管理服务器180发送这些QoS数据帧。在这种情况下，网状网络协调器160可以针对每个节点设置优先级、缺省地针对每个节点设置优先级，或者针对每个数据或应用设置优先级。

节点110和节点140根据是否要发送QoS数据来创建包含与是否已经设置QoS相关的信息的信标帧，并在超帧的仅信标时段中广播所创建的信标帧。此外，如果需要发送QoS数据，则节点110和节点140创建具有经设定的优先级的QoS数据帧，并在超帧的QoS数据时隙中发送所创建的QoS数据帧。

也就是说，如果需要发送QoS数据，则节点110和节点140通过在信标帧中设置QoS来通知相邻节点，将发送QoS数据，并且通过在数据帧中设置优先级来区分数据的优先级。

此外，当通过网状网络协调器160或其它节点广播信标帧时，如果节点110和节点140的地址与该信标帧相对应，则激活节点110和节点140，但是如果节点110和节点140的地址不与该信标帧相对应，则节点110和节点140处于非活动状态。

此外，节点110和节点140分析来自网状网络协调器160或其它节点的信标帧，并且当节点110和节点140的地址与该信标帧相对应时，激活节点110和节点140。经激活的节点110和节点140创建包含与是否已经设置QoS相关的信息的信标帧，并且在超帧的仅信标时段中广播所创建的信标帧。如果已经设置了QoS，则节点110和节点140创建具有经设定的优先级的QoS数据帧，并在超帧的QoS数据时隙中发送所创建的QoS数据帧。如果没有设置QoS，则节点110和节点140在普通数据发送时段中发送相应的数据。

此外，节点110和节点140按照较高优先级的顺序在QoS数据时隙中发送它们的QoS数据。

此外，如果接收了多个QoS数据帧，则节点110和节点140按照较高优先级的顺序排列这些QoS数据帧，并按照优先级的顺序向其它节点或网状网络协调器160发送这些QoS数据帧。

网状网络协调器(110、140)和节点110和节点140通过为QoS数据设置优先级来将较高优先级的数据与普通数据相区分，并优先处理较高优先级的数据。

图2是示意性示出根据本发明的用于QoS支持的网状网络协调器的配置的框图。

参照图2，用于QoS支持的网状网络协调器160包括：与节点通信的通信单元162；超帧结构协调器单元164；信标帧控制单元166；QoS数据处理单元168；以及普通数据处理单元170。

超帧结构协调器单元164用于协调包含QoS数据时隙的超帧的结构，并使该超帧与构成一个网络的每一个节点同步。

由超帧结构协调器单元164协调的超帧被划分为仅信标时段BOP(即，发送一个或更多个信标帧的时段)、用于QoS数据发送的QoS数据时隙PQP、竞争访问时段CAP、用于实时发送普通数据的普通数据发送时段CFP以及深度睡眠模式时段DSP。

关于该超帧的详细描述，可以参照图4。

如上所述配置的超帧在构成一个无线通信网络的全部节点中具有相同的结构，并具有相同的间隔。这些超帧结构彼此同步并被使用。

为了使用所创建的超帧结构来实现QoS数据，将优先级赋予QoS数据，使得可以独立于普通数据来处理QoS数据。

为了实现QoS，必须通知相邻节点是否已经设置QoS。如果信标帧控制单元166试图使用QoS，则信标帧控制单元166创建指示与是否已经设置QoS相关的信息的信标帧，以通知该信标帧控制单元166具有QoS数据。

也就是说，信标帧控制单元166根据是否需要发送QoS数据来创建包含与是否已经设置QoS相关的信息的信标帧，并在由超帧结构协调器单元164创建的超帧的仅信标时段中广播该信标帧。

由信标帧控制单元166创建的信标帧包括：帧控制字段、信标序列号字段、源地址信息字段、用于指示是否已经设置QoS的超帧规范字段、CFP字段、用于指示等待发送的地址的规范的未决地址字段、用于指示PQPL信息的信标有效载荷字段以及FCS字段。

关于如上所述配置的信标帧的详细描述，可以参照图5。

如果需要发送QoS数据，则信标帧控制单元166通过将信标帧的超帧规范字段内的PQP使能子字段的值设置为1来通知相邻节点：将通过该超帧来发送QoS数据。信标帧控制单元166通过将PQP使能子字段的值设置为0来通知相邻节点：该信标帧控制单元166不具有QoS数据。

也就是说，如果需要发送QoS数据，则信标帧控制单元166将信标帧的超帧规范字段内的PQP使能子字段的值设置为1，确定将在超帧内的哪个时段期间使用QoS，并通过指示信标帧的信标有效载荷字段内的PQPL子字段中的值来创建要求QoS数据发送的信标帧。

关于由信标帧控制单元166创建的信标帧的信标有效载荷字段，可以参照图7。

在确定通过上述信标帧来发送QoS数据后，QoS数据必须被实际发送到目的地。尽管已经通知QoS数据其将通过信标来发送，但是即使在实际发送的数据的前面部分中QoS数据也必须被通知。与普通数据相比，QoS数据具有最高的优先级数据，但是可以具有比具有最高优先级的QoS数据低的优先级。因此，优先级被赋予QoS数据。

由QoS数据处理单元168来执行QoS数据与普通数据之间的区分以及将优先级分配给QoS数据。

如果已经在由信标帧控制单元166创建的信标帧中设置了QoS，则QoS数据处理单元168在相应的数据帧中设置优先级，并在超帧的QoS数据时隙中发送QoS数据帧。

由QoS数据处理单元168设置有优先级的QoS数据帧包括：其中设置有QoS优先级的帧控制字段、用于指示对于所发送的帧唯一的序列ID的序列号字段、4个寻址字段、帧有效载荷字段以及用于错误检测的帧校验序列(FCS)字段。

关于如上所述配置的QoS数据帧的详细描述，可以参照图8。

如果在QoS数据时隙内接收到两个或更多个数据，则QoS数据处理单元168根据优先级排列数据，并按照优先级的顺序向其它节点发送这些数据。

如果在由信标帧控制单元166创建的信标帧中没有设置QoS，则普通数据处理单元170在超帧的普通数据发送时段中发送相应的数据帧。

图3是示意性示出根据本发明的其中对网络和用于QoS支持的网状网络协调器进行了配置的节点的配置的框图。

下文中，其中对网络和用于QoS支持的网状网络协调器进行了配置的节点是指图1所示的传感器节点110或汇聚节点140。

参照图3，其中对网络和网状网络协调器进行了配置的节点300包括：通信单元302、超帧同步单元304、信标时隙确定单元306、信标帧控制单元308、QoS数据处理单元310、普通数据处理单元312以及信标调度信息控制单元314。

通信单元302利用超帧来经由网络执行信标和数据的发送和接收，在一个超帧内具有发送两个或更多个信标的仅信标时段。

超帧同步单元304使网状网络协调器通过通信单元302发送的超帧同步。

信标时隙确定单元306在由超帧同步单元304进行了同步的超帧的仅信标时段中的除相邻节点的信标时隙以外的时段中确定该节点300自己的信标时隙，并且控制通信单元302，使得在所确定的信标时隙中发送信标帧。

如果存在待发送的数据，则信标帧控制单元308根据是否需要发送QoS数据来创建包含与是否已经设置QoS相关的信息的信标帧，并在由信标时隙确定单元306确定的信标时隙中发送所创建的信标帧。

由信标帧控制单元308创建的信标帧等同于图5的信标帧，从而省略对它的描述。

如果已经在由信标帧控制单元308创建的信标帧中设置了QoS，则QoS数据处理单元310向相应的数据帧赋予优先级，并在超帧的QoS数据时隙中发送所创建的QoS数据帧。

由QoS数据处理单元310创建的QoS数据帧等同于图8的信标帧，从而省略对它的描述。

如果在QoS数据时隙内接收了两个或更多个数据，则QoS数据处理单元310根据优先级排列该两个或更多个数据，并按照优先级的顺序向其它节点发送数据。

为了相邻节点确定它们的信标时隙，信标调度信息控制单元314向这些相邻节点发送信标时隙信息，该信标时隙信息包括该节点300自己的信标时隙信息和与相邻节点相关的信标时隙信息。

如果在由信标帧控制单元308创建的信标帧中没有设置QoS，则普通数据处理单元312在超帧的普通数据发送时段中发送相应的数据帧。

图4是示出根据本发明的用于QoS支持的超帧结构的结构的图示。

参照图4，超帧被划分为仅信标时段BOP(即，发送一个或更多个信标帧的时段)410、用于QoS数据发送的QoS数据时隙PQP 420、竞争访问时段CAP 430、用于实时发送普通数据的普通数据发送时段CFP 440以及深度睡眠模式时段DSP 450。

仅信标时段BOP 410是信标调度所必需的时段，并且通过由该节点300自己发送的信标时隙尺寸BTTSL与最大信标数量maxBeaconNumber的乘积来得到该仅信标时段BOP 410。在信标帧内指示该信标时隙尺寸BTTSL。

通过PQP尺寸PQPL与当超帧顺序(order)为“0”时构成超帧的时隙(aBaseDuration)的符号数量的乘积来得到QoS数据时隙PQP 420。在信标帧内指示PQP尺寸PQPL。

通过CFP尺寸CFPL与当超帧顺序为“0”时构成超帧的时隙(aBaseDuration)的符号数量的乘积来得到普通数据发送时段CFP 440。

竞争访问时段CAP 430被设置在QoS数据时隙420与普通数据发送时段440之间，并且是从超帧持续时间(SD)中减去仅信标时段410、QoS数据时隙420和普通数据发送时段440所得到的值。通过aBaseSuperframeduration与2^SO的乘积来得到该SD。aBaseSuperframeduration是指当超帧顺序为“0”时构成超帧的符号的数量。

深度睡眠模式时段DSP 450是用于使用低功率功能的时段，并且深度睡眠模式时段DSP 450是指从信标间隔(BI)中排除了SD的时段。通过aBaseSuperframeduration与2^BO的乘积来得到该信标间隔。

如上所述配置的超帧在构成一个网络的多个节点中具有相同的结构，并具有相同的间隔。这些超帧被同步并被使用。

各个节点完成对于一个超帧时段所必需的数据的发送和接收。除非数据被划分并被发送，否则在超帧时段中的数据发送时段的中间发送和接收数据。如果不在该超帧时段内发送数据，则在下一个超帧时段中发送和接收数据。

图4中示出普通数据发送时段CFP 440存在于超帧中。但是，普通数据发送时段CFP 440是可选部分，可以不存在普通数据发送时段CFP 440。CAP可以占用该可选部分。

图5是示出根据本发明的用于QoS设置的信标帧的结构的图示，图6是示出图5所示的信标帧内的超帧规范字段的详细图示，而图7是示出图5所示的信标帧内的信标有效载荷字段的详细图示。

参照图5，该信标帧包括：帧控制字段、信标序列号字段、源地址信息字段、用于指示是否已经设置QoS的超帧规范字段、CFP字段、用于指示等待发送的地址的规范的未决地址字段、用于指示PQPL信息的信标有效载荷字段以及FCS字段。

当使用如上所述配置的信标帧时，在信标被广播时，仅当检查到网络节点自己的地址时才激活该网络节点，而当没有检查到该网络节点自己的地址时，该网络节点返回到非活动模式。

如果需要发送QoS数据，则将信标帧的超帧规范字段内的PQP使能子字段的值设置为1，由此通知相邻节点：将通过该超帧来发送该QoS数据。将PQP使能子字段的值设置为0，以通知相邻节点：不存在QoS数据。

参照图6来更详细地描述该超帧规范字段。

参照图6，该超帧规范字段包括：用于规定信标的发送间隔的信标顺序子字段、用于规定超帧活动时段期间的时间(包含信标帧发送时间)的长度的超帧顺序子字段、用于指示CAP的持续时间的最终CAP时隙子字段、电池寿命范围子字段、用于指示是否已经设置QoS的PQP使能子字段、PAN协调器子字段以及关联允许子字段。

信标顺序子字段具有4比特的长度并规定信标的发送间隔。当BO是信标发送间隔并且BI是信标间隔时，下面的等式成立。

BI＝aBaseSuperframeduration*2^BO个符号，其中0≤BO≤14。

超帧顺序子字段具有4比特的长度，并指示超帧活动时段期间(当接收器可用时)的时间(包含信标帧发送时间)的长度。节点必须能够仅在超帧活动的时段中在PAN中彼此通信。SO(即，超帧顺序的值)和SD(即，超帧持续时间值)计算如下。

0≤SO≤BO≤14，SD＝aBaseSuperframeduration*2^SO个符号。

在这种情况下，当SO＝15时，超帧不应该在其发送信标后立即进入活动时段。

最终CAP时隙子字段应该是aMinCAPLength值或更高。但是，在需要增加信标帧的长度以执行CFP维护管理的情况下，可以应用最终CAP时隙子字段可以暂时比aMinCAPLength值小的例外情况。

电池寿命范围子字段具有1比特的长度。

PQP使能子字段是通知是否使用QoS的子字段。如果PQP使能子字段的值为1，则表明使用QoS。如果PQP使能子字段的值为0，则表明不使用QoS。

PAN协调器子字段具有1比特的长度。如果从网状网络协调器发送信标帧，则PAN协调器子字段被设置为“1”。如果不从网状网络协调器发送信标帧，则PAN协调器子字段被设置为“0”。

关联允许子字段具有1比特的长度。如果macAssociationPermit为真(当网状网络协调器允许PAN中的关联时)，该关联允许子字段被设置为1。如果网状网络协调器不接受该网状网络协调器自己的网络中的关联请求，则该关联允许子字段被设置为0。

如果需要发送QoS数据，则将信标帧的超帧规范字段内的PQP使能子字段的值设置为1，确定将在超帧的哪个时段期间使用QoS，并且通过指示信标有效载荷字段中的PQPL子字段中的值来创建要求QoS数据发送的信标帧。

参照图7来更详细地描述信标帧的信标有效载荷字段。

参照图7，信标有效载荷字段包括：用于确定在BOP尺寸内将发送多少个信标的BOPL子字段、用于指示发送信标的节点的信标发送时间的MyBTTS(BeaconTxTimeSlot)子字段、用于指示由该网状网络协调器自己发送的信标时隙的尺寸的BTTSL(信标Tx时隙长度)子字段、用于指示与发送信标的节点相关的深度信息的深度子字段、用于通知要新分配的地址的值的NAA(下一个可用地址)子字段、用于插入具有父-子关系并请求到发送信标的节点的连接的子节点的地址值的子短地址子字段、用于插入与子节点的地址值相对应的父节点的地址值的父短地址子字段、HOP计数子字段、子装置类型子字段、我的概况ID子字段以及作为PQP长度并且在信标帧的超帧规范字段内的PQP使能子字段的值为1时所产生的PQPL子字段。

BTTSL(信标Tx时隙长度)子字段指示由该网状网络协调器自己发送的信标时隙的尺寸。该BTTSL子字段指示了一个网络必须具有相同的值，并且指示由该网状网络协调器自己发送的信标的尺寸与TxBeaconMargin值的和。可以通过将最大信标数量与BTTSL值相乘来计算BOP的总尺寸。

MyBTTS(BeaconTxTimeSlot)子字段指示发送信标的节点的信标发送时间。深度子字段指示与发送信标的节点相关的深度信息。NAA(下一个可用地址)子字段用于通知将新分配的地址的值，并且该NAA遵循WiBEEM NWK层的网络地址分配机制。

子短地址子字段用于插入具有父-子关系并请求到发送信标的节点的连接的子节点的地址值。父短地址子字段用于插入与子节点的地址值(即，节点300自己的地址值)相对应的父节点的节点，并处理该节点。

子装置类型子字段被划分为高位4个比特和低位4个比特并被使用。低位4个比特指示子节点是移动类型节点还是固定类型装置。该低位4个比特与MAC性能数据格式的移动性子字段相同，因而创建一个值。

换言之，如果该移动性子字段是移动类型节点，则子装置类型子字段的低位4个比特具有值1，使得子装置类型子字段与该移动性子字段的值相同。如果移动性子字段是固定类型节点，则子装置类型子字段的低位4个比特具有值0。与路由表的管理相关联地使用高位4个比特，在网络层中针对具有子短地址值的下级节点来执行该路由表的管理。

如果当前的下级节点与发送信标的节点关联，则发送值为0的高位4个比特，以通知其它节点：该关联继续。如果该下级节点被分离(disassociate)，则高位4个比特值变为1，以通知其它节点：具有子短地址值的下级节点现在被分离，使得可以更新路由表。

我的概况ID子字段指示WiBEEM的概况。可以基于我的概况ID值来检验节点是否使用WiBEEM协议。

PQPL子字段是指示PQP长度的子字段，当信标帧的超帧规范子字段内的PQP使能的值为1时产生该PQPL子字段。该PQPL子字段是计算使用QoS时的QoS时段的长度所必需的值。

最大MaxBeaconPayloadLength八位字节可以在如上所述配置的信标有效载荷字段中指定。如果MaxBeaconPayloadLength不为0，则MaxBeaconPayload中包含的八位字节必须被设置在信标有效载荷字段中。当节点接收到包含信标有效载荷字段的信标时，该节点向网络层通知该信标有效载荷字段，并且处理包含在超帧规范字段和地址列表字段中的多条信息。如果MAC接收到不包含信标有效载荷字段的信标，则该MAC立即解释该信标，并处理包含在超帧规范字段和地址列表字段中的多条信息。

如果上述信标帧的超帧规范字段内的PQP使能子字段的值为1，则向相邻节点通知：将通过该超帧来发送QoS数据。如果该PQP使能子字段的值为0，则通知不存在QoS数据。

图8是示出根据本发明的其中已经设置了QoS的QoS数据帧的结构的图示，并且图9是示出图8所示的QoS优先级字段值的图示。

参照图8，该QoS数据帧包括：其中设置有QoS优先级的帧控制字段、用于指示对于所发送的帧唯一的序列ID的序列号字段、4个寻址字段、帧有效载荷字段以及用于错误检测的FCS(帧校验序列)字段。

帧控制字段包括诸如帧类型、安全使能、帧未决、确认请求、Intra-PAN、目的地寻址模式、QoS优先级和源寻址模式的子字段。

当帧类型子字段为“001”时，其指示数据类型，当帧类型子字段为“010”时，其指示确认类型，当帧类型子字段为“011”时，其指示MAC命令类型，而当帧类型子字段为“000”时，其指示信标类型。

当使用用于利用存储在MIB(MAC信息库)中的密钥来保护帧的加密操作时，安全使能子字段被设置为“1”，并且当不使用该加密操作时，该安全使能子字段被设置为“0”。

当在发送当前数据后存在附加数据时，帧未决子字段被设置为“1”，而当不存在其它数据时，帧未决子字段被设置为“0”。当分配了1比特的确认请求子字段被设置为“1”时，发送数据或MAC命令帧的接收终端必须发送确认帧。

将1比特分配给Intra-PAN子字段。当在相同的PAN中发送MAC帧时确定Intra-PAN子字段，或者根据是否在其它PAN中发送MAC帧来进行确定。

在各自具有2比特的目的地寻址模式子字段和源地址模式子字段中，“00”指示不存在网状网络ID和地址字段，“01”不被使用。此外，“10”指示16比特短地址字段，并且“11”指示64比特扩展地址字段。具有8比特长度的序列号字段指示对于所发送的帧唯一的序列ID。

QoS优先级子字段使用2个比特。将MAC层中的值与NWK层中的值相互比较，从而具有相同的值。

被划分为2个比特的QoS优先级子字段如图9所示被分类，并且该QoS优先级子字段根据优先级具有有限数量的退避(backoff)。

由于为QoS优先级子字段分配的数据尺寸是2比特，所以优先级分为总共4种情况。优先级为0的数据具有0到5之间的退避值，优先级为1的数据具有0到7之间的退避值，优先级为2的数据具有0到10之间的退避值，并且优先级为3的数据具有0到15之间的退避值。

数据根据较高的QoS优先级值而具有较高的优先级。较高优先级的数据具有比较低优先级的数据较早发送的机会，因为较高优先级的数据具有较小的退避数。优先级比特是根据用户的情况可以使用多个比特的可变数据比特。

在该优先级中，针对管理，在帧控制字段中选择QoS优先级。在数据的情况下，确定一个应用，然后确定优先级。这里，假设当形成QoS数据时通常不使用最高优先级。

这意味着较高优先级中的最高优先级。该最高优先级被清空，以使用应该非常紧急地并且准确地发送的数据或管理分组。当使用符合这种情形的数据或管理分组时，使用最高优先级。

发送QoS数据帧的节点在CAP时段期间首先发送该节点自己产生的QoS数据中的具有最高优先级的数据，并接着发送不具有优先级的普通数据。已经接收QoS数据帧的节点发送具有较高优先级的数据，尽管该节点在PQP内比较高优先级的数据更早接收到较低优先级的数据。

目的地网状网络标识符字段具有16比特或64比特的长度，并指示接收帧的唯一网状网络ID。目的地地址字段具有16比特或64比特的长度，并指示接收帧的节点的地址。

源网状网络标识符字段具有16比特的长度，其指示发送帧的唯一网状网络ID。源地址字段具有16比特或64比特的长度，其指示发送帧的节点的地址。

帧有效载荷字段具有可变长度，其具有的字节最大为114字节、最小为102字节。加载在有效载荷上的数据包含与单独帧类型相关的信息。当安全使能字段的值被设置为1时，由安全套件(Security Suite)来保护有效载荷。

FCS子字段具有16比特的CRC(循环冗余校验)。

通过使用如上所述配置的QoS数据帧，不仅可以使QoS数据和普通数据相互区分，而且可以将优先级分配给QoS数据。

图10是例示根据本发明的网状网络协调器发送QoS数据帧的方法的流程图。

参照图10，在步骤S1000中，该网状网络协调器协调包含QoS数据时隙的超帧，并且将超帧与构成一个网络的每一个节点同步。

也就是说，网状网络协调器计算信标间隔、超帧持续时间、仅信标时段、QoS数据时隙和普通数据发送时段，并基于所计算的多条时段信息来按照仅信标时段BOP、QoS数据时隙PQP、竞争访问时段CAP、普通数据发送时段CFP和深度睡眠模式时段DSP的顺序来构建由它们组成的超帧。

关于网状网络协调器协调超帧的方法的详细描述，可以参照图10。关于所协调的超帧的详细描述，可以参照图4。

执行步骤S1000后，网状网络协调器在步骤S1002中确定是否需要发送QoS数据。

作为步骤S1002中的确定的结果，如果需要发送QoS数据，则网状网络协调器在步骤S1004中创建其中设置有QoS的信标帧，并在超帧的仅信标时段中发送该信标帧。

也就是说，网状网络协调器通过以下步骤来创建其中设置有QoS的信标帧：将该信标帧的超帧规范字段内的PQP使能子字段的值设置为1；确定将在超帧的哪个时段期间使用QoS；以及指示该信标帧的信标有效载荷字段内的PQPL值。关于该信标帧的详细描述，可以参照图4。

在执行步骤S1004后，网状网络协调器在步骤S1006中创建具有经设定的优先级的QoS数据帧，并在步骤S1008中利用超帧来确定是否已经到达QoS数据时隙。

作为步骤S1008中的确定的结果，如果已经到达QoS数据时隙，则网状网络协调器在步骤S1010中发送所创建的QoS数据帧。

作为步骤S1002中的确定的结果，如果不需要发送QoS数据，则网状网络协调器在步骤S1012中创建指示在PQP使能子字段中不使用QoS的信标帧，并发送所创建的信标帧。

接着，网状网络协调器在步骤S1014中确定是否已经到达普通数据发送时段，并在步骤S1016中在普通数据发送时段中发送相应的数据帧。

图11是例示根据本发明的网状网络协调器协调超帧结构的方法的流程图。

参照图11，网状网络协调器在步骤S1100中计算信标间隔和超帧持续时间。

接着，网状网络协调器在步骤S1102中通过计算信标帧中包含的BTTSL值和maxBeaconNumber来得到仅信标时段，并且在步骤S1104中通过计算包含在信标帧中的PQPL值和aBaseDuration来得到在所得到的仅信标时段之后的QoS数据时隙。

接着，网状网络协调器在步骤S1106中通过计算包含在信标帧中的CFPL值和aBaseDuration来得到普通数据发送时段，并在步骤S1108中利用从SD(超帧持续时间)中减去仅信标时段、QoS数据时隙和普通数据发送时段所得的值来得到普通数据发送时段与QoS数据时隙之间的CAP时段。

接着，网状网络协调器在步骤S1110中将所计算的信标间隔中除aBaseSuperframeduration时段以外的时段设置为深度睡眠模式时段DSP。

因此，网状网络协调器可以协调按照仅信标时段BOP、QoS数据时隙PQP、竞争访问时段CAP、普通数据发送时段CFP和深度睡眠模式时段DSP的顺序配置的超帧。

图12是例示根据本发明的其中已经配置了泛在传感器网络的节点发送QoS数据帧的方法的流程图。

参照图12，该节点在步骤S1200中确定是否需要发送QoS数据，并且作为该确定的结果，如果需要发送QoS数据，则该节点在步骤S1202中创建其中设置有QoS的信标帧。这里，该节点必须与通过网状网络协调器协调的超帧同步。

接着，该节点在步骤S1204中在超帧的仅信标时段中确定该节点自己的信标时隙时段，以发送所创建的信标帧。也就是说，该节点在超帧的仅信标时段中的除相邻节点的信标时隙以外的时段中确定该节点自己的信标时隙。

当在步骤S1206中到达所确定的信标时隙时段时，该节点在步骤S1208中发送所创建的信标帧，并在步骤S1210中创建具有经设定的优先级的QoS数据帧。

接着，该节点在步骤S1212中利用超帧来确定是否已经到达QoS数据时隙。

作为步骤S1212中的确定的结果，如果已经到达QoS数据时隙，则该节点在步骤S1214中发送所创建的QoS数据帧。如果存在两个或更多个QoS数据帧，则该节点按照较高优先级的顺序在QoS数据时隙中发送该两个或更多个QoS数据帧。

作为步骤S1200中的确定的结果，如果不需要发送QoS数据，则节点在步骤S1216中创建指示在PQP使能子字段中不使用QoS的信标帧。

接着，为了发送所创建的信标帧，该节点在步骤S1218中在超帧的仅信标时段中确定该节点自己的信标时隙。当在步骤S1220中到达所确定的信标时隙时段时，该节点在步骤S1222中发送所创建的信标帧。

接着，该节点在步骤S1224中确定是否已经到达普通数据发送时段，并在步骤S1226中在普通数据发送时段中发送相应的数据帧。

如上所述，本发明所属技术领域的普通技术人员将理解，在不改变本发明的技术精神或必不可少的特征的情况下，可以按照各种详细的形式来实现本发明。将理解的是，上述实施方式就各方面而言都是例示性而不是限制性的。本发明的范围由所附的权利要求进行限定，而不由详细的描述来限定，并且本发明应当被理解为覆盖从所附的权利要求及其等同物导出的全部修改或变型。

[产业适用性]

如上所述，可以将根据本发明的用于泛在传感器网络中的QoS支持的系统和方法应用于多种技术，在这些技术中，通过为QoS数据设置优先级，可以支持针对无线通信网络内的节点的稳定的QoS，并且需要根据数据优先级保证数据发送的质量并保证稳定性。