[发明专利]网络中节点集合的发现

说明书

技术领域

本发明概括地涉及用于允许在网络中发现节点集合的计算机化方法和系统，并且特别地涉及对于集中无线传感器网络架构的拓扑发现过程。

背景技术

例如在环境监测或者数据采集领域中，多对一通信是诸如传感器网络应用的网络应用的常见需求。传感器节点（SN）基本上与基站（BS）交换信息，SN之间很少交换信息。SN生成周期数据采样并且将其发送（可能使用其他SN来转发消息）至BS以用于进一步处理。

与SN相比，BS通常配备有更加强大的处理单元以及用于程序和数据的更多的存储器。集中式网络架构最适合这种环境，因为其可以开发BS中可用的资源来执行复杂的路由功能，由此保持传感器节点尽量简单。

为了能够计算所需要的路由信息，BS需要知道网络的完整拓扑，即，所部属的所有SN以及这些节点之间的无线链路的质量。

在相当静态的网络拓扑的情况下，BS可以被手动地配置拓扑信息，但是这种方法易于出错，并且在无线SN的数目较大时变得不切实际。

大多数传感器网络具有分布式架构，其中，传感器节点通过与相邻节点交换信息来建立本地拓扑数据库。在这种分布式架构中，不需要知道“全局”拓扑。

所谓的PEDAMACS架构[1]是集中式传感器网络架构，其操作需要自动拓扑发现。PEDAMACS的拓扑发现包括两个阶段：拓扑学习和拓扑收集阶段。BS通过广播协调消息而开始学习阶段，假设该协调消息将被网络中的所有节点接收到。在协调消息之后，BS利用由SN重新广播的树构造消息来泛洪网络。节点使用其从邻居接收的树构造消息来建立其本地拓扑信息（即，其相邻节点和到这些节点的链路的质量），并且选择在其想要向BS发送消息的情况下将使用的节点（父节点）。

在拓扑学习阶段之后，BS还通过广播协调消息而开始拓扑收集阶段，再次假设该协调消息将被网络中的所有节点接收。当节点接收到第二协调消息时，其向其父节点发送在前一阶段已经收集的本地拓扑，以便随后向BS转发。

在两个阶段中，节点彼此之间尚未协调，并且使用载波感应多路访问（CSMA）来处理可能的传输冲突。

TSMP[2]是另一种集中式传感器网络架构。这是基于TDMA的，并且保留时隙用于周期邻居发现过程。在该时隙期间，节点随机地交换发现消息以用于链路探测的目的。通过周期性健康报告的方式报告结果。

Chandra等人[3]公开了混合无线网络中的自适应拓扑发现，其中网络发现过程接近于PEDAMACS的网络发现过程。也就是，该过程包括将发现消息泛洪（广播）到网络中。有趣的是，通过发送机重传直到接收到确认来确定所广播的消息的接收。该解决方案增加了所传输的消息的总数，并且随之需要广播强度。

上文引用的以下参考由此作为本发明的背景技术的一部分：

[1]S.C.Ergen,P.Varaija,“PEDAMACS:Power Efficient and Delay Aware Medium Access Protocol for Sensor Networks”，IEEE Trans on Mobile Computing，第5卷第7号，2006年7月；

[2]K.Pister,L.Doherty,“TSMP:Time Synchronized Mesh Protocol”,Proc IASTED Int.Symposium Distributed Sensor Networks(DSN2008),2008年11月16-18日，美国佛罗里达州奥兰多；以及

[3]R.Chandra,C.Fetzer,K.Hogstedt;“Adaptive Topology Discovery in Hybrid Wireless Networks”;Informatics’02。

发明内容

根据第一方面，本发明实现为一种发现网络中的节点集合的方法，包括：

-在要被处理的节点群组中的节点之中选择节点；以及

-指示实现针对所选择的节点的发现过程，所述过程包括：

-在网络的共享传输介质上从当前选择的节点广播邻居发现请求；以及

-在当前选择的节点处接收由邻居节点在共享传输介质上发送的回复，并且将所述邻居节点添加到待处理节点群组；以及

-针对所述待处理节点群组中的其他节点（30）重复（S14）选择和指示的步骤，直到发现集合的所有节点。

在其他实施方式中，所述方法可以包括以下特征中的一个或多个：