TWI602457B - 節點網路、電池供電之節點及管理電池供電之節點的方法 - Google Patents

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Description

節點網路、電池供電之節點及管理電池供電之節點的方法
本發明大致係關於無線網路的管理，而且特別關係包括電池供電節點及市電供電節點之異質多點跳躍無線網路的管理。
諸如資料封包路由之能量效率管理對於包括電力源有限之節點的網路是重大問題。根據節點之電力源，節點可分類成兩類，即諸如電池供電節點(BPN)等電力源有限的節點、及諸如市電供電節點(MPN)等電力源非有限的節點。在一些應用中，電池更換是不切實際或不可能的。因此，在包括BPN的無線網路中，延長網路壽命變為至關重要。網路壽命大致是藉由電池供電節點首次用盡電池電力的操作時間來界定。
基於節點的資源及功能，無線網路可分類成同質及異質。在同質無線網路中，所有節點全都具有等同的資源及功能。所有節點全都屬於電池供電、或市電供 電。無線感測器網路是同質無線網路之一實施例，其中所有節點一般全都屬於電池供電。智慧型電表網路是同質無線網路之另一實施例，其中所有節點全都屬於市電供電。另一方面，在異質無線網路中，節點具有不同資源及功能，例如，一些節點可屬於電池供電並具有小型記憶體及有限運算能力，而其它節點則可屬於市電供電並具有更大記憶體及運算能力。
在具有電池供電節點的無線網路中，網路管理之諸如路由等主要目的是要使網路壽命極大。節點消耗其能量以便進行資料傳送、資料接收、控制訊息傳送及控制訊息接收。此類耗能係視為必要的能量使用。節點亦消耗其能量以進行閒置聽喚(idle listening)、串擾(overhearing)、碰撞及重新傳送。此類耗能係視為廢能。節能管理的主要目的之一是要使廢能極小。
然而，為同質(homogeneous)無線網路而設計的能量相關管理方法對於異質(heterogeneous)無線網路運作並不妥適。舉例而言，為異質網路設計的路由方法未考量並且制衡異質性。另外，一些方法藉由使網路節點操作同步來降低同質網路的耗能。請參閱美國專利7,298,716及美國專利7,356,561，這兩份專利說明使用集中式休眠控制機制，其中節點只在預規定時間週期期間才可休眠。然而，網路同步化雖然會減少資料封包碰撞，但也會增加閒置時間而導致另外的廢能。另外，同步化封包傳送與接收亦導致額外的廢能。
因此，有必要提供包括電池供電節點及市電供電節點之異質多點跳躍無線網路能量效率管理用的系統及方法。
本發明之各項具體實施例之一目的在於提供用於異質多點跳躍無線網路能量效率管理的系統及方法，該等異質多點跳躍無線網路具有至少一個匯聚節點(sink node)、及包括電池供電節點(BPN)與市電供電節點(MPN)之資料節點。一些具體實施例之另一目的在於提供以多點跳躍方式傳送封包用的能量效率路由機制，其中至少一個資料節點透過至少一個在該資料節點與該匯聚節點之間中繼轉發該等封包之中間資料節點，與該匯聚節點交換該等封包。另外或替代地，本發明之一些具體實施例之一目的在於為此一異質無線網路提供分散式休眠控制模型，此模型不需要使該等節點操作同步。
本發明之一些具體實施例係基於認知集中式管理對於同質網路比對於異質網路更有助益。這是因為網路同步化會導致廢能。舉例而言，集中式休眠控制方法可減少資料封包傳送之碰撞，但也會增加節點的閒置時間，在資料傳送使用市電供電節點為較佳的情況下尤其如此。
因此，本發明之一些具體實施例提供分散式休眠管理模型以管理異質網路資料節點的休眠排程。舉例而言，在一項具體實施例中，MPN僅具有活動週期，亦 即節點不具有休眠週期。相比之下，BPN兼具有活動週期與休眠週期，但係獨立於網路中其它資料節點的活動週期與休眠週期、或匯聚節點所傳送的命令，判定活動週期與休眠週期的排程。舉例而言，在一些具體實施例中，該BPN之該處理器使用該BPN所感測之該網路的活動，基於該BPN內部資訊判定該排程。結合總是活動之MPN及能量效率路由，此分散式休眠管理模型增加BPN的休眠時間。
另外或替代地，一些具體實施例係基於了解以電池效率路由方式將資料封包從特定資料節點送至匯聚節點應該經由消耗最少電池能量的路由路徑。舉例而言，一些具體實施例沿著減少傳送或接收經傳送資料封包之電池供電節點數的路由路徑傳送資料封包。任選的是，一項具體實施例判定節能度量以定位能量效率路由路徑。該節能度量可包括下列之一者或組合：識別資料節點是否為該BPN或該MPN之電力源(PS)度量、儲存沿著路由路徑之該等BPN之數目的電池供電節點計數(BNC)度量、儲存沿著該路由路徑之該等BPN間之最小電量的最小電池電量(MBL)度量、及儲存該網路之BPN接收及/或串擾該路由路徑上傳送之該等資料封包之次數數目的電池供電串擾計數(BOC)度量。
因此，本發明之一項具體實施例揭示一種包括資料節點及至少一個匯聚節點之節點網路，其中該網路係無線多點跳躍網路(multi-hop network，多次中繼網路)，在該無線多點跳躍網路中，封包係以多點跳躍方式於 該匯聚節點與該等資料節點之間交換，使得至少有一個資料節點透過至少一個在該資料節點與該匯聚節點之間中繼轉發該等封包之中間資料節點，與該匯聚節點交換該等封包，該等資料節點包括具有活動週期與休眠週期之電池供電節點(BPN)、及僅具有活動週期之市電供電節點(MPN)，其中各資料節點只在對應活動週期內才傳送該等封包。
BPN包括用於傳送並接收資料封包之收發器；用於獨立於網路中其它資料節點之活動週期與休眠週期、並獨立於匯聚節點所傳送之命令判定BPN之活動週期與休眠週期之排程的處理器，其中該處理器根據該排程將該收發器切換為開啟及關閉；以及用於對該收發器及該處理器提供能量之電池。
另一具體實施例揭示一種用於形成異質無線多點跳躍節點網路之電池供電節點(BPN)，該異質無線多點跳躍節點網路包括資料節點及至少一個匯聚節點，其中該等資料節點包括電池供電節點(BPN)及市電供電節點(MPN)。該BPN包括用於傳送並接收資料封包之收發器；用於獨立於網路中其它資料節點之活動週期與休眠週期、並獨立於匯聚節點所傳送之命令判定BPN之活動週期與休眠週期之排程的處理器，其中該處理器根據該排程將該收發器切換為開啟及關閉；以及用於對該收發器及該處理器提供能量之電池。
又另一具體實施例揭示一種用於管理電池供電節點(BPN)之方法，該電池供電節點形成包括資料節點 及至少一個匯聚節點之異質無線多點跳躍節點網路，其中該等資料節點包括電池供電節點(BPN)及市電供電節點(MPN)。本方法包括獨立於該網路中其它資料節點之該等活動週期與休眠週期、並獨立於該匯聚節點所傳送之命令，判定該BPN之活動週期與休眠週期之排程；根據該排程將該BPN之收發器切換為開啟及關閉；在各活動週期開始時傳送喚醒信號；判定從該BPN至該匯聚節點之路由路徑，減少傳送或串擾在該路由路徑上傳送之資料封包的該等BPN之數目；以及傳送該等資料封包至親代節點(parent node)，該親代節點在該活動週期期間起始該路由路徑。
100、225、230、235、610、630、640‧‧‧電池供電節點
101‧‧‧資料節點
110、620‧‧‧市電供電節點
120、300、600、S‧‧‧匯聚節點
130‧‧‧有向無線鏈路
140、310、320、350、360、500、510、520‧‧‧節點
150‧‧‧接收器
160‧‧‧傳送器
170‧‧‧處理器
180‧‧‧電力源
190‧‧‧記憶體
200‧‧‧BPN
205‧‧‧間隔
210、255‧‧‧活動週期
215、218、240、245、250、540、550‧‧‧休眠週期
220‧‧‧喚醒訊息
260‧‧‧資料封包
270‧‧‧無限活動週期
330、340‧‧‧鄰近體
370‧‧‧能量位準
380‧‧‧更低電池供電節點
390‧‧‧電池電量
395‧‧‧最低電池電量
400‧‧‧實線
410‧‧‧虛線
560‧‧‧DIO傳送
570‧‧‧廣播間隔
700、705、710、715、720、725、730、735、740、745、750、755、758、760、765、770、775、780、785、790、795、798‧‧‧步驟
800‧‧‧第一喚醒訊息
810‧‧‧下一個喚醒訊息
820‧‧‧封包
第1A圖根據發明之一些具體實施例，係異質無線網路的示意圖。
第1B圖係第1A圖之網路中資料節點之結構的方塊圖。
第2A圖根據發明之一些具體實施例，展示電池供電節點之休眠間隔組態的示意圖。
第2B圖根據發明之一些具體實施例，展示分散式式休眠管理模型的示意圖。
第3A圖繪示習用路由演算法藉由選擇更短路徑來縮短網路壽命之實施例。
第3B圖繪示習用路由演算法藉由發送資料封包至具有更高電池電量之節點來縮短網路壽命之實施例。
第4A圖根據發明之一些具體實施例，繪示如何沿著 路由路徑計數電池供電節點。
第4B圖根據發明之一些具體實施例，繪示如何沿著路由路徑測量最小電池電量。
第4C圖根據發明之一些具體實施例，展示電池供電鄰近體沿著路由路徑串擾封包傳送之實施例。
第5圖根據發明之一些具體實施例，繪示具有分散式休眠管理模型之無線網路中的廣播訊息傳送。
第6圖展示選擇市電供電節點作為下一個待匯聚跳躍節點實際消耗更多電池電力之實施例。
第7圖根據發明之一些具體實施例，展示路由路徑探索的方塊圖。
第8圖繪示利用分散式休眠管理模型有可能實現多點跳躍長延遲。
第1A圖展示使用本發明之具體實施例之異質無線網路之示例的示意圖。該網路包括諸如電池供電節點(BPN)100及市電供電節點(MPN)110等資料節點。該網路亦包括匯聚節點(S)120。該等節點使用有向無線鏈路130形成無線網目網路，其中資料封包一般是從資料節點(電池供電節點或市電供電節點)流動至匯聚節點，但控制訊息可順著任一方向發送。
該網路係無線多點跳躍網路，封包是在該網路中以多點跳躍方式在該匯聚節點與該等資料節點之間交換，使得至少有一個資料節點透過至少一個在該資料節 點與該匯聚節點之間中繼轉發該等封包之中間資料節點，與該匯聚節點交換該等封包。舉例而言，一些節點(例如：140)可直接傳送資料封包至匯聚節點。節點中有一些(例如：100及110)無法直接傳送資料封包至任何匯聚節點。反而，該等資料封包是先傳送至中間節點或中繼節點，該中間節點或中繼節點接著中繼轉發該等封包至匯聚節點。換句話說，資料是以多點跳躍方式進行收集。因此，必須提供路由演算法才可從無法與任何匯聚節點通訊之節點路由出資料封包。
第1B圖示意性展示形成第1圖所示網路之資料節點101的結構。該節點包括用於傳送及接收資料封包之收發器，該收發器包括接收器150及傳送器160之一者或組合。該節點亦包括用於為該節點之組件供電的電力源180。根據一種類型之電力源180，該等節點可分類成兩類，亦即BPN具有諸如電池等有限電力源，以及MPN具有例如由市電或電網供電之非有限電力源。在一些具體實施例中，匯聚節點之電力源沒有限制，該電力源可屬於市電供電或電池供電。
資料節點101包括用於進行節點操作、及/或用於判定節點之活動週期與休眠週期之排程的處理器170。各資料節點僅在對應活動週期期間才傳送封包。
根據一些具體實施例，BPN具有活動週期與休眠週期，而MPN僅具有活動週期。若資料節點101是BPN，亦即電力源180是電池，則該處理器判定該BPN之 活動週期與休眠週期的排程，並且根據該排程將該收發器切換為開啟及關閉。
分散式休眠管理模型
本發明之一些具體實施例係基於認知該集中式管理對於同質網路更有助益，而不是對於異質網路更有助益。這是因為網路同步化會導致廢能。舉例而言，集中式休眠控制方法可減少資料封包傳送之碰撞，但也會增加節點的閒置時間，在資料傳送透過市電供電節點為較佳的情況下尤其如此。
在本發明之各項具體實施例中，BPN之處理器獨立於網路中其它資料節點之活動週期與休眠週期、並獨立於匯聚節點所傳送之任何命令判定排程。舉例而言，BPN之處理器使用BPN所觀測之網路活動，基於BPN內部資訊判定該排程。舉例而言，資料節點101包括用於緩衝待傳送至匯聚節點之資料封包的記憶體190。在一項具體實施例中，處理器基於記憶體中資料封包之數目判定排程，例如，活動或休眠週期與記憶體中資料封包之數目成比例。
第2A圖根據本發明之一些具體實施例，展示分散式式休眠管理模型的示意圖。在這些具體實施例中，BPN 200管理其自有的活動與休眠間隔排程。時間是劃分成不同長度的休眠間隔。間隔205包括活動週期210，後面接著休眠週期215。活動週期與休眠週期的順序隨著 具體實施例不同而變。BPN 200若進入休眠，其收發器便關閉。BPN 200若從休眠喚醒，其收發器便開啟，而且BPN傳送喚醒訊息220以告知鄰近資料節點BPN 200活動中。若鄰近節點具有待發送至BPN 200之資料封包，則鄰近節點可引發該傳送。該節點動態判定活動週期210與休眠週期215的長度，亦即活動週期與休眠週期不一定要有週期性。舉例而言，休眠週期218比休眠週期215還短。
第2B圖根據發明之一些具體實施例，展示分散式式休眠管理模型的示意圖。不同節點可具有不同的活動週期與休眠週期長度，其中電池供電節點B1 225、B2 230及B3 235分別具有不同長度的休眠週期240、245及250。
利用此分散式休眠管理模型，若電池供電節點沒有待傳送的資料，則該節點排程週期性休眠間隔。例如，節點B2 230及B3 235沒有待傳送資料，因此，進行週期性休眠排程。然而，若電池供電節點具有待傳送至另一電池供電節點之資料，舉一項具體實施例來說，則發送器節點等待來自接受者電池供電節點之喚醒訊息220。在這種情況下，發送器節點延長其活動週期。舉例而言，節點B1具有待發送至電池供電節點B2之資料。節點B1延展其活動週期255，並且等待來自節點B2的喚醒訊息。一經接收來自節點B2之喚醒訊息220，節點B1便發送其資料封包260至節點B2。傳送資料之後，節點B1進行休眠排程。
在一項具體實施例中，BPN使用休眠計時 器及喚醒計時器這兩個計時器以管理其休眠排程。該休眠計時器係用於排程該節點在休眠間隔中休眠多久，而喚醒計時器係用於排程該節點在休眠間隔中甦醒多久。電池供電節點動態判定其活動週期長度及休眠週期長度。當休眠計時器到期時，電池供電節點運算活動時間值並且起動活動計時器。當活動計時器到期時，電池供電節點運算休眠時間值並且起動休眠計時器。
在一些具體實施例中，限制並且界定網路的BPN休眠週期長度。電池供電節點必須將其休眠週期設定為小於或等於最大長度。類似的是，亦可界定網路的最小活動週期長度。電池供電節點必須將其活動週期長度設定為大於或等於最小長度。
利用此分散式休眠管理模型，市電供電節點總是處於活動中。舉例而言，MPN 265具有無限活動週期270。節點可在任何時間發送資料封包至市電供電節點。在一些具體實施例中，MPN不傳送喚醒訊息。因此，在一些具體實施例中，路由演算法判定資料節點的類型。
電池能量效率路由
一些具體實施例係基於了解以電池效率路由方式將資料封包從特定資料節點送至匯聚節點應該經由消耗最少能量的路由路徑。舉例而言，一些具體實施例沿著減少傳送或接收資料封包之電池供電節點之數目的路由路徑傳送資料封包。
對於無線網路，習用的路由度量可分類成以下兩種類別：例如跳躍計數與節點能量位準的節點狀態度量、及例如鏈路品質及期望傳送計數(ETX)的鏈路度量。這些習用的路由度量只考量兩個節點之間的測量、或節點本身的狀態。該等度量未利用沿著路由路徑之資訊。因此，那些度量對於不具有休眠節點之同質無線網路運作良好，但對於具有休眠節點的無線網路來說，那些度量會縮短網路壽命。
第3A圖展示B1至B3為電池供電節點且M1至M4為市電供電節點的示例。匯聚節點S 300藉由廣播路徑探索訊息310來引發路徑探索。節點N 320從兩個鄰近體B3 330及M4 340接收路徑探索訊息。利用習用的路由度量，由於路徑S→B1→B2→B3比路徑S→M1→M2→M3→M4還短，因此節點N經由B3選擇路徑。然而，路徑S→B1→B2→B3是由所有電池供電節點所組成。另一方面，路徑S→M1→M2→M3→M4是由所有市電供電節點所組成。因此，節點N應該選擇通過M4的路徑。具有更多電池供電節點的路徑消耗更多電池能量，而且也因電池供電節點之休眠而有更大的延遲。
第3B圖展示具有一個匯聚節點S 300、六個電池供電節點B4至B9及一個節點N 310(電池供電或市電供電)的示例。節點N探索兩條接至匯聚S的路徑，一條路徑是B8→B6→B4→S，而另一條路徑是B9→B7→B5→S。節點N具有待發送至匯聚節點S 300的資料封包。由於 節點N無法與匯聚節點S直接通訊，因此節點N必須發送其封包至節點B8350或B9 360任一者。由於B8具有更高能量位準80% 370，因此習用的路由度量容許N發送其封包至B8。然而，經由B8之路徑具有更低電池供電節點B6 380，該節點具有電池電量18% 390。若節點N經由B8發送其封包至匯聚S，則節點B6將會更快速耗盡電池電力，這是因為B6必須中繼轉發節點N所發送的封包。反而，節點N應該發送其封包至B9。通過B9的路徑具有最低電池電量40% 395，比B6的電池電量更高。然而，利用習用的路由度量，節點N 320不知道B6的電池電量。
因此，一項具體實施例判定節能度量以定位能量效率路由路徑。該節能度量可包括下列之一者或組合：識別資料節點是否為該BPN或該MPN之電力源(PS)度量、儲存沿著路由路徑之該等BPN之數目的電池供電節點計數(BNC)度量、儲存沿著該路由路徑之該等BPN間之最小電量的最小電池電量(MBL)度量、及儲存該網路之BPN串擾該路由路徑上傳送之該等資料封包之次數的電池供電串擾計數(BOC)度量。
路徑之電池供電節點計數(BNC)沿著路徑計數電池供電節點之數目。路由路徑探索期間，匯聚節點在該匯聚係由市電供電時設定BNC=0。否則，匯聚設定BNC=1。電池供電節點將BNC增加1，而市電供電節點未變更BNC的值。
第4A圖展示一示例，其中匯聚S 300設定 BNC=0，電池供電節點B1、B2及B3各將BNC增加1，而市電供電節點M1及M2未變更BNC值。當路由路徑探索訊息傳播至節點N 310(電池供電或市電供電)時，N知道沿著這條路徑有3個電池供電節點。
一路徑的最小電池電量(MBL)測量沿著一路徑之所有電池供電節點間的最小電池電量。路由路徑探索期間，匯聚節點在匯聚屬於市電供電時設定MBL=100。否則，匯聚節點將MBL設定為其電池電量。電池供電節點比較路徑探索訊息中含有的MBL與其自有的電池電量。若其電池電量低於接收之MBL，則節點以其電池電量取代MBL。否則，該節點不變更MBL的值。市電供電節點不變更MBL的值。
第4B圖展示一示例，其中匯聚S 300設定MBL=100，電池供電節點B1變更MBL=60，電池供電節點B2變更MBL=50，電池供電節點B3及市電供電節點M1與M2不變更MBL值。當路由路徑探索訊息傳播至節點N 310(電池供電或市電供電)時，節點N知道沿著這條路徑至少有一個具有50%電池電量的電池供電節點。
一路徑之電池供電串擾計數(BOC)沿著該條路徑計數電池供電鄰近體串擾封包傳送之總數目。若一電池供電節點是該條路徑上多個節點之鄰近體，則該電池供電節點係計數多次。在無線網路中，當傳送器發送封包至接收器時，發送器的所有活動鄰近體即使在該封包未以這些鄰近體為目的地仍然接收該封包。因此，路由演算法 必須使串擾機率極小。BOC是一種度量，可用於降低串擾的電池耗能。各節點在路由路徑探索期間指示其屬於市電供電或電池供電。匯聚節點將BOC設定為其電池供電鄰近體(NBN)之數目。
在一項具體實施例中，該路徑上的節點N(市電供電或電池供電)在每次跳躍都更新BOC，如下：
1)若節點N屬於電池供電，則其將BOC降低1，這是因為前一個跳躍節點必須將節點N計數為電池供電鄰近體。
2)若前一個跳躍節點屬於電池供電，則節點N將其NBN降低1，這是因為前一個跳躍節點是節點N的電池供電鄰近體。
3)節點N將其經更新的NBN加入經更新的BOC，並且在路徑探索訊息中包括BOC。
第4C圖展示一示例，其中實線400代表封包傳送，而虛線410指示電池供電節點造成的封包串擾。節點N 310沿著路徑N→M2→B3→M1→B2→B1→S傳送封包至匯聚節點S 300(本示例中屬於市電供電)。即使電池供電節點B4至B9不在路由路徑上，這些節點仍在該等節點甦醒時接收該等封包。因此，該等節點的電池有在耗電。
路由路徑探索期間，匯聚節點S設定BOC=2，這是因為節點S以B1及B4作為其電池供電鄰近體。B1在接收路徑探索訊息時，將BOC降低1，亦即設定BOC=1。B1具有三個電池供電鄰近體B2、B4及B5。因此，B1將 BOC更新為4。當B2接收路徑探索訊息時，該節點將BOC降低1，亦即BOC=3，B2亦將其NBN降低1，而且最後B2設定BOC=BOC+1=4。類似的是，M1、B3及M2更新BOC。當路由路徑探索訊息傳播至節點N 310時，節點N設定BOC=10。在這項示例中，該等節點B4、B5、B8及B9係計數兩次。
在具有休眠節點的異質無線網路中，路由演算法必須頻繁更新(refresh)路徑級路由度量以反映近來的更新。
新節點狀態路由度量
對於所有節點都屬於電池供電的同質網路，界定習用的節點狀態度量能量位準。對於兼具有市電供電節點與電池供電節點的異質網路，能量位準度量未指示一節點是否屬於市電供電或電池供電，這是因為在網路啟動時，所有節點全都具有100%的能量位準。因此，一些具體實施例中使用的是稱為電力源(PS)之新節點狀態度量。對於一節點N，PS(N)=1指示節點N屬於市電供電，而PS(N)=0指示節點N屬於電池供電。
RPL概述
為了設計低功率有損網路(LLN)之可調式路由協定，網際網路工程任務編組(IETF)低功率與有損網路路由(ROLL)工作小組(WG)已依照RFC 6550標準化低功率與有損網路 路由協定(RPL)。RPL以有向非循環圖(DAG)組織LLN中的節點，並且將DAG劃分成一或多個目的地導向DAG(DODAG)。各資料匯聚有一個DODAG。
為了建構DODAG、及從節點至一資料匯聚(data sink)之向上路由的拓樸型態，該資料匯聚充當DODAG的根源(root)，並且廣播DODAG資訊物件(DIO)訊息至鄰近節點。DIO訊息含有用以建構該DODAG的資訊。舉例而言，含括RPLInstanceID、DODAGID及DODAGVersionNumber這三個參數以識別DODAG版本。一節點的排名參照DODAG的根源，界定該節點相對於其它節點的個別位置。該資料匯聚近接處的節點接收該等DIO訊息，在該等節點決定加入該DODAG時判定其排名，並且傳送經更新的DIO訊息至鄰近節點。該等節點之排名係內含於該等DIO訊息。DIO訊息係順著所有方向傳播，以致該DODAG拓樸型態是以波前方式來建構，直到每一個節點都加入一DODAG為止。RPL將目的地宣傳物件(DAO)訊息用於組建從資料匯聚至其它目的地的向下路由。該等DAO訊息係從節點向上傳送至其親代(parents)或傳送至其根源(root)。該DODAG資訊徵求(DIS)訊息係用於徵求一來自一RPL節點的DIO，亦即，用於探索新路由。
為了達到可靠路由，RPL將此DODAG結構用於判定資料封包轉發的下一個跳躍(hop)，容許一節點具有多個親代。親代之一係選作為較佳親代，而其它親代則為備份親代。該較佳親代是當作封包轉發之預設下一個跳 躍使用。若沒有該較佳親代，則可使用該等備份親代。RPL將目標函數(OF)用於輔助節點判定排名並選擇親代。
路由演算法探索使用控制訊息以探索路由路徑。舉例而言，AODV將路由請求(REQ)訊息及路由回覆(REP)訊息用於路由探索。RPL將DIO訊息用於向上路由路徑探索，並且將DAO訊息用於向下路由路徑探索。傳播路由路徑探索訊息在由休眠節點組成的異質無線網路中是有挑戰性的。在不具有休眠節點的網路中，節點廣播路由探索訊息，則所有鄰近體將接收該廣播訊息。然而，在具有分散式休眠節點的網路中，一些鄰近體休眠，而一些鄰近體則甦醒。休眠鄰近體無法接收任何訊息。
利用集中式休眠控制，控制節點判定一節點何時休眠及何時活動。然而，利用分散式休眠模型，則此類經排程休眠與活動資訊不可用。僅有在休眠節點在喚醒時傳送喚醒訊息係為可用的資訊。對於單播封包，發送器可等待到從接收器接收該喚醒訊息為止。但廣播與多播訊息是不同的。這些訊息的目的地是多個接收器。諸如RPL中的DIO等大部分路由路徑探索訊息係為廣播訊息。為了網路連接性，每一個節點都必須接收此廣播訊息。否則，節點便與網路隔離。因此，對於重要的廣播訊息，發送器必須保證將該訊息遞送至所有鄰近體。
一種利用分散式休眠管理模型將廣播訊息遞送至所有鄰近體的方法是傳送該廣播訊息 次。這些R TX 傳送係均勻分布於稱為廣播間隔的時間週期。廣播間隔的長度是MinActivePeriodLength+MaxSleepPeriodLength。在這些傳送期間，傳送節點可在每次重新傳送後進入休眠，並且為下一次重新傳送而喚醒。傳送節點一經喚醒，便可不發送喚醒訊息。利用R TX 重新傳送，保證每一個鄰近體都接收至少一個複製之廣播訊息。對於重複偵測，傳送節點在廣播訊息中包括序號，並且所有R TX 重新傳送都具有相同序號，以致接收節點可判斷廣播訊息是否有重複。此廣播訊息傳送方法在MinActivePeriodLength較大以致R TX 較小時更有效率。第5圖展示一示例，其中節點N 500(市電供電或電池供電)是DIO傳送節點，而節點B1 510與B2 520是節點N的兩個電池供電鄰近體。節點B1具有比節點B2之休眠週期550更長的休眠週期540。在這項實施例中，MaxSleepPeriodLength=2*MinActivePeriodLength，因此，RTX=4。四次DIO傳送560係均勻分布於廣播間隔570。節點B1接收兩個複製的DIO訊息，而節點B2接收一個複製的DIO訊息。
另一利用分散式休眠管理模型遞送廣播訊息至所有鄰近體的方法是令傳送節點於廣播間隔保持甦醒。廣播間隔開始時，傳送節點傳送廣播訊息一次以確認所有市電供電鄰近體全都接收廣播訊息。廣播間隔期間， 傳送節點每當該節點從電池供電鄰近體接收喚醒訊息，便傳送該廣播訊息一次。利用這種方法，傳送節點傳送該廣播訊息NBN+1次。類似的是，對於重複偵測，傳送節點在廣播訊息中包括序號，而且所有重新傳送都具有相同的序號。若傳送節點具有的電池供電鄰近體更少，則此廣播訊息傳送方法更有效率。
路由演算法可藉由比較R TX 與NBN，適應性地將任一種方法用於不同的節點。該網路中的所有節點全都有相同的R TX ，但NBN具有節點相依性，這是因為不同的節點可具有不同數目之電池供電鄰近體。一市電供電鄰近體接收R TX 或NBN+1個複製之相同廣播訊息。
具有休眠節點之異質網路中的路由路徑探索
在兼具有市電供電與電池供電的異質無線網路中，選擇市電供電節點作為下一個跳躍節點不總是具有能量效率。第6圖是一示例，其中匯聚節點是S 600。電池供電節點B5 610選擇市電供電節點M1 620作為下一個跳躍節點，這是因為M1為市電供電節點。選擇的路徑B5→M1→B6→B2→S實際上消耗更多電池電力，這是因為兩個電池供電節點B2 630與B6 640都在該路徑上。反而，雖然B2是電池供電節點，B5仍應該選擇B2作為其下一個跳躍節點。路徑B5→B2→S比路徑B5→M1→B6→B2→S有更高的能量效率。
現有路由演算法並非為兼具有市電供電節 點與電池供電節點的異質網路而設計，尤其不是為分散式休眠管理模型而設計。必須提供新的路由功能。
以RPL為例，RPL不支援休眠節點。為了支援休眠節點，除了RPL所界定的習用路由度量外，DIO訊息中還必須攜載新度量BNC、MBL、BOC及PS。利用這些度量，有許多方式可當作準則用於選擇親代並運算排名。下文提供此等能量效率方法。RPL將DIO訊息傳播用於探索向上路由路徑。DIO訊息起源於匯聚節點。DIO傳播期間，各節點選擇一個預設親代，若有備份親代可用，還選擇多個備份親代。
第7圖展示RPL，其提供有支援新引進電池電力效率路由度量的路由路徑探索方法。一節點在接收DIO訊息700時，檢查705此DIO是否係用於新DODAG或現有DODAG。若DIO係用於新DODAG，則節點決定710其是否加入此DODAG。若該節點不加入新DODAG，則丟棄715該DIO訊息。若該節點加入該DODAG，則處理720DIO。若BNC等於零725，則該節點將DIO發送器設定為其預設親代730、運算本身的排名、排程735一DAO傳送、並且藉由使用以上所提供的其中一種廣播訊息傳送方法開始740傳送DIO。若BNC不為零，則該節點選擇DIO發送器745作為親代，但不運算排名。反而，該節點起動750計時器以等待更多較佳DIO。若該DIO係用於現有DODAG，則該節點已選擇過親代。所以，檢查755是否運算過排名。若是，則檢查758其排名是否大於DIO訊息內 含的排名。若否，則丟棄715 DIO。若是，則檢查760選擇的親代是否足夠，若否，則該節點將DIO發送器加入765其親代集合，若是，在此DIO含有更佳路由路徑的情況下，節點藉由取代其中一個親代來更新770其親代設定。若未運算排名並且此DIO具有775 BNC=0，則節點將該DIO發送器設定780為預設親代、取消785 DIO等待計時器、運算790排名並在親代選擇足夠的情況下藉由取代其中一個現有親代來更新親代集合、排程735一DAO傳送、以及開始740廣播DIO。若DIO具有BNC>0，該節點在親代選擇不足的情況下將DIO發送器760加入其親代集合，或按另一種方式，在親代選擇足夠的情況下更新770其親代。當計時器到期795時，節點從親代集合選擇798一個親代作為預設親代並運算排名、排程735一DAO傳送、以及開始740 DIO訊息傳送。
若要更新該上層集合，需要界定準則以判定一條路徑比另一路徑更佳。要界定一條路徑比其它路徑更佳有不同的方式。若其它度量類似，則具有更小BNC的路徑係視為比具有大BNC的路徑更佳。若其它度量類似，則具有更大MBL的路徑係視為比具有大更小MBL的路徑更佳。若其它度量類似，則具有更小BOC的路徑係視為比具有大BOC的路徑更佳。若其它度量類似，則具有屬於市電供電之第一跳躍節點的路徑係視為比具有屬於電池供電之第一跳躍節點的路徑更佳。
所揭示之發明提供一種用以判定更佳路徑 的方法。對於各親代候選者P，節點計算親代合格值Q(P)，如下
Q(P)值愈小表示路徑愈好。一節點使用方程式(2)更新其親代集合。當DIO計時器到期時，節點選擇具有最小Q(P)值的親代作為預設親代。若有Q(P)值平局的狀況，則節點使用PS破壞該平局。若PS無法破壞該連結，則使用RPL所界定的習用路由度量來破壞該平局。
利用習用且新的路由度量，有許多方式用來運算節點排名。以下的排名運算方法將四種新度量合併到習用的排名運算：R=R D +R I +C BNC * BNC+C MBL * MBL+C BOC * BOC+C PS *(1-PS(DP)), (3)其中RD是預設親代(DP)的排名，R1是藉由使用習用的RPL路由度量與目標函數運算的排名提升，C BNC 、C MBL 、C BOC 、及C PS 分別是用以反映BNC、MBL、BOC、及PS重要性的係數。這些係數應該選擇成使得一節點若探索更佳預設路徑則排名更小。否則，該節點具有的排名更大。
利用所提供的親代選擇方法，一節點選擇多個親代。換句話說，該節點探索多條朝向匯聚節點的路由路徑。該節點宣傳其DIO訊息中探索的最佳路由路徑。舉例而言，若一節點探索兩條接至匯聚節點之路由路徑，一條是具有BNC=0的路徑而另一條是具有BNC=2的路 徑，則該節點將會宣傳具有BNC=0的路徑。
即使RPL係舉例用於探索電池電力效率路由路徑，所提供的方法仍可套用於任何路由演算法。
閒置聽喚時間縮短
第8圖展示一示例，其中電池供電節點B0、B1、B2、...、Bn使用相同的活動週期長度及休眠週期長度。節點B1具有待發送至節點B0之資料封包，但B1恰好遺漏來自B0的第一喚醒訊息800，B1等待來自節點B0的下一個喚醒訊息810並且傳送封包820至B0。類似的是，節點B2具有待發送至節點B1的資料封包，但B2亦恰好遺漏來自B1的第一喚醒訊息800，所以，節點B2等待來自B1的下一個喚醒訊息810，並且傳送封包820至B1，以此類推。在以上序列中，B1的等待時間近似於ActivePeriodLength+SleepPeriodLength，B1的等待時間近似於ActivePeriodLength+2*SleepPeriodLength，...，BN的等待時間近似於ActivePeriodLength+N*SleepPeriodLength。若活動週期長度是10秒且休眠週期長度是90秒，則節點B5等待大約460秒。
在本發明之一些實施例中，路由演算法管理BPN之活動週期與休眠週期的排程，也縮短導致更多耗能的閒置聽喚時間。若要縮短分散式休眠模型中的閒置聽喚時間，在一些實施例中，傳送節點不需要等待，直到已從接收器節點接收到喚醒訊息為止。不同的實施例將不同 方法之一者或組合用於縮短聽喚時間。
舉例而言，緩衝區中封包之數目是一個可用於降低閒置聽喚的參數。緩衝區中若有更多待傳送的封包，則傳送節點可等待更長的計時器。否則，傳送節點等待更短的計時器，若沒收到喚醒，則傳送節點進入休眠。因此，閒置聽喚時間可設定為與緩衝區中封包之數目成比例。
串擾是另一用以縮短閒置聽喚時間的作法。無線介質是一種共用介質。任何串擾自接收節點的傳送都指示接收節點甦醒，因此，傳送節點可發送封包至接收節點。舉例而言，根據RPL協定，RPL節點基於點滴式計時器演算法(trickle timer algorithm)傳送DIO。此傳送具有偽週期性。若傳送節點串擾來自接著節點之DIO訊息，則接收節點甦醒。網路中的節點也需要傳送其資料至匯聚。
此活動通知是另一用以縮短閒置聽喚時間的方法。當傳送節點在等待來自其接收器的喚醒訊息時，可能有其它節點正在等待來自此傳送節點之喚醒訊息。因此，傳送節點若正在等待一段時間，則可動態發送主動通知信號讓其鄰近體知道其甦醒，以致鄰近體在具有封包的情況下，可對其發送此類封包。
閒置聽喚時間管理時，也需要考量電池電量。界定電池電量臨限值BLTH。若電池節點的電池電量小於BLTH，則此電池節點處於臨界狀態。因此，該電池節點應該將其活動週期設定為最小活動週期，並且將其休眠週 期設定為最大休眠週期。然而，若一電池供電節點具有之電池電量遠高於其收集之MBL，則此電池供電節點可設定更長的閒置聽喚時間。
電池能量效率資料封包傳送
具有休眠節點的情況與不具有休眠節點的情況相比，資料封包的傳送是不同的，其中，在不具有休眠節點的情況下，接收器總是甦醒，而且傳送節點可在任何計時器發送封包至接收器。在具有休眠節點時，傳送器必須確認接收器甦醒以便發送封包。使用習用的集中式休眠控制時，傳送器及接收器係經過排程，以致兩者同時休眠及喚醒，亦即，若傳送器甦醒，則接收器必須甦醒。因此，只要接收器甦醒，傳送器便可發送封包至接收器。然而，利用此分散式休眠模型，傳送器及接收器獨立休眠及喚醒，亦即，當傳送器甦醒時，接收器可睡著。因此，路由演算法必須有效率地管理資料封包傳送以避免封包丟失，並且節省電池電力。
在習用的RPL中，一節點總是發送資料封包至其預設親代。然而，關於此分散式休眠模型，由於預設親代可能睡著，一節點無法總是發送封包至其預設親代。該節點可等待其預設親代喚醒，但等待動作消耗能量，同時也增大資料延遲。此有效率的方式係在於一節點可發送資料封包至任何甦醒的親代。若無親代甦醒，則該節點可藉由使用上述休眠管理方法進入休眠或等待。
對於電池電力效率，若多個親代甦醒，則一傳送節點必須判定應該發送封包至那個親代。為了判定較佳親代，必須估測沿著一通過各活動親代之路徑的電池耗能。一傳送節點接著選擇一通過消耗最少電池能量之活動親代的路徑。此沿著一條路由路徑之電池電力消耗估測在下文作說明。
利用此分散式休眠管理模型，一電池供電節點B甦醒的機率是
假設傳送及接收一資料封包的功率消耗分別是P t 及P n ，用在傳送及接收喚醒訊息的功率消耗分別是W t 及W r 。對於一電池供電節點B，Pi(B)表示封包傳送前閒置聽喚的電池功率消耗，此閒置聽喚係用以等待來自電池供電接收節點之喚醒訊息。
有三個步驟用於估測沿著一路徑供傳送節點遞送資料封包至匯聚節點之電池功率消耗。
步驟1：運算從一節點傳送一封包至另一節點所消耗的電池電力
a)從一電池供電節點Bt傳送一封包至一電池供電節點Br所消耗的電池電力為 其中Nr是節點Br不包括節點Bt之電池鄰近體的總數目，BB r k (k=1至N r )是節點Br不包括節點Bt的電池鄰近體，Nt是節點Bt不包括節點Br之電池鄰近體的總數目，而BB t j (j=1至N t )是節點Bt不包括節點Br的電池鄰近體。
b)從一市電供電節點Mt傳送一封包至一電池供電節點Br所消耗的電池電力為 其中N r 是節點Br之電池鄰近體的總數目，BB r k (k=1至N r )是節點B r 的電池鄰近體，N t 是節點Mt不包括節點Br之電池鄰近體的總數目，而BM t j (j=1至N t )是節點Mt之不包括節點Br的電池鄰近體。
c)從一電池供電節點B t 傳送一封包至一市電供電節點M r 所消耗的電池電力為 其中Nt是節點B t 之電池鄰近體的總數目，而BB t j (j=1至N t )是節點Bt之電池鄰近體。
d)從一市電供電節點M t 傳送一封包至一市電供電節點Mr所消耗的電池電力為 其中Nt是節點Mt之電池鄰近體的總數目，而BM t j (j=1至N t )是節點Mt之電池鄰近體。
步驟2：運算從一訊源節點傳送一封包至一匯聚節點所消耗的電池電力
沿著起自訊源節點N(市電供電或電池供電)至匯聚節點S(市電供電或電池供電)的路徑，假設從電池供電節點至電池供電節點有B2B傳送，從市電供電節點至電池供電節點有M2B傳送，從電池供電節點至市電供電節點有B2M傳送，而從市電供電節點至市電供電節點有M2M傳送。使用方程式(5)至(8)，從一訊源節點N傳送一封包至一匯聚節點S所消耗的電池電力如下式
步驟3：運算沿著一路徑之P(N,S)的最大值及最小值。
對於從訊源N至匯聚節點S之特定路由路徑，即使電池供電節點之數目及市電供電節點之數目固定，這些節點之佈局仍影響電池耗能。包括訊源節點N及匯聚節點S在內，假設路徑上有NB個電池供電節點B1、 B2、…、BNB及NM個市電供電節點M 1 、M 2 、…、M NM 。最大電池耗能出現在所有市電供電節點都位處路徑開頭且後面跟著所有電池供電節點時，亦即，M 1 →M 2 →…→M NM →B 1 →B 2 →…→B NB 。因此，
最小電池耗能出現在電池供電節點及市電供電節點交錯時。若NM>=NB，則最小電池功率消耗佈局為B1→M1→B2→M2→…→BNB→MNB→MNB+1→…→MNM，而且若NM<NB，則最小電池功率消耗佈局為B 1 →M 1 →B 2 →M 2 →…→B NM →M NM →B NM+1 →…→B NB 。因此，若NM>=NB，則 而且若NM<NB，則
運算最大及最小電池耗能後，從訊源節點N至匯聚節點S之路由路徑的平均電池功率消耗如下式
因此，若有多個親代在活動，則傳送節點會以最小avg(P(N,S))轉發其資料封包至該親代。然而，若 一路由路徑之MBL達到BLTH，除非沒有選擇，否則不使用該路徑。
為了讓一節點N實際運算沿著一路徑之avg(P(N,S))，需要知道該路徑上各節點的電池供電鄰近體之數目、及該路徑上市電供電節點之數目，還需要知道各電池供電鄰近體甦醒的機率。
跳躍計數是用於計算沿著一路徑的市電供電節點之數目(NMN)，如下式。
NMN=HopCount-BNC+1. (13)
因此，一路徑上節點之總數目是NMN+BNC。平均而言，該路徑上各節點具有 個電池供電串擾鄰近體。
一般的活動週期長度及一般的休眠週期長度可用於估測一電池供電鄰近體甦醒的機率。
本發明之上述具體實施例可實施成數種方式中的任一種方式。舉例而言，具體實施例可使用硬體、軟體或其組合來實施。若實施成軟體，則軟體碼可在任何適當的處理器或處理器集合上執行，無論處理器係設於單一電腦中或分布於多部電腦間都可執行。此類處理器可實施成積體電路，一積體電路組件中可有一或多個處理器。而一處理器則可使用任何適當格式的電路系統來實施。該處理器可連接至如所屬技術領域已知的記憶體、收發器、 及輸出入介面。
100‧‧‧電池供電節點
110‧‧‧市電供電節點
120、S‧‧‧匯聚節點
130‧‧‧有向無線鏈路
140‧‧‧節點

Claims (15)

  1. 一種包括資料節點及至少一個匯聚節點之節點網路，其中該網路係無線多點跳躍網路，在該無線多點跳躍網路中，封包係以多點跳躍方式於該匯聚節點與該等資料節點之間交換，使得至少有一個資料節點透過至少一個在該資料節點與該匯聚節點之間中繼轉發該等封包之中間資料節點，與該匯聚節點交換該等封包，該等資料節點包括具有活動週期與休眠週期之電池供電節點(BPN)、及僅具有活動週期之市電供電節點(MPN)，其中各資料節點只在對應活動週期內才傳送該等封包，BPN包含：用於傳送及接收資料封包之收發器；用於獨立於該網路中其它資料節點之該等活動週期與休眠週期、並獨立於該匯聚節點所傳送之命令，判定該BPN之活動週期與休眠週期之排程的處理器，其中該處理器根據該排程將該收發器切換為開啟(on)及關閉(off)；以及用於對該收發器及該處理器提供能量之電池；該匯聚節點藉由廣播控制訊息引發路由路徑探索，該等控制訊息包括目的地導向有向非循環圖(DODAG)資訊物件(DIO)訊息、目的地宣傳物件(DAO)訊息、及DODAG資訊徵求(DIS)訊息，其中各資料節點以節能度量判定並且更新該等DIO訊息，該節能度量包括識別資料節點是否為該BPN或該MPN之電力源(PS)度量、儲存沿著路由路徑之該等BPN之數目的電池供電節點 計數(BNC)度量、儲存沿著該路由路徑之該等BPN間之最小電量的最小電池電量(MBL)度量、及儲存該網路之BPN串擾該路由路徑上傳送之該等資料封包之次數數目的電池供電串擾計數(BOC)度量；該BPN之該處理器判定一組親代節點，各親代節點起始對應至該匯聚節點之路由路徑，該處理器還選擇具有下式之最小值的預設親代節點
  2. 如申請專利範圍第1項所述之網路，其中該BPN之該處理器使用該BPN所感測之該網路的活動，基於該BPN內部資訊判定該排程。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之網路，其中該BPN更包含：用於緩衝待傳送至該匯聚節點之該等資料封包的記憶體，其中該處理器基於該記憶體中的該等資料封包之數目判定該排程。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之網路，其中該BPN在各活動週期開始時傳送喚醒信號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之網路，其中不同BPN具有不同活動週期與休眠週期之排程。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之網路，其中該BPN之該處理器判定從該BPN至該匯聚節點之路由路徑，減少傳送或串擾該路徑上傳送之該等資料封包的該等BPN 之數目，並且其中該收發器傳送該等資料封包至起始該路由路徑之親代節點。
  7. 如申請專利範圍第6項之網路，其中該親代節點係電池供電，並且其中該BPN一經串擾由該親代節點傳送之喚醒信號或資料封包，便傳送該等資料封包至該親代節點。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之網路，其中該BPN之該處理器以或然率概念(probabilistically)判定一組活動親代節點，各親代節點起始對應至該匯聚節點之路由路徑，該處理器還從該組選擇預設親代節點，該預設親代節點具有根據下式判定之最小平均電池耗能值avg(P(N,S)) 其中N係該訊源節點，S係匯聚節點，max(P(N,S))係沿著從節點N至節點S之路由路徑之BPN與MPN之佈局間的最大電池耗能估測，並且min(P(N,S))係沿著從該節點N至該節點S之該路由路徑之BPN與MPN之佈局間的最小電池耗能估測。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之網路，其中若沿著該路由路徑之該等BPN間的最小電量大於臨限值，則該BPN透過該路由路徑傳送該等資料封包。
  10. 如申請專利範圍第3項所述之網路，其中該處理器判定該BPN與該記憶體中該等封包數成比例的閒置聽喚時間。
  11. 一種用於形成異質無線多點跳躍節點網路之電池供電節點(BPN)，該異質無線多點跳躍節點網路包括資料節點及至少一個匯聚節點，其中該等資料節點包括電池供電節點(BPN)及市電供電節點(MPN)，該電池供電節點包含：用於傳送及接收資料封包之收發器；用於獨立於該網路中其它資料節點之該等活動週期與休眠週期、並獨立於該匯聚節點所傳送之命令，判定該BPN之活動週期與休眠週期之排程的處理器，其中該處理器根據該排程將該收發器切換為開啟及關閉；以及用於對該收發器及該處理器提供能量之電池；其中該BPN判定從該BPN至該匯聚節點之路由路徑，減少傳送或串擾該路由路徑上傳送之該等資料封包的該等BPN之數目，並且其中該收發器傳送該等資料封包至起始該路由路徑之親代節點；該BPN使用節能度量判定該親代節點，該節能度量包括識別資料節點是否為該BPN或該MPN之電力源(PS)度量、儲存沿著路由路徑之該等BPN之數目的電池供電節點計數(BNC)度量、儲存沿著該路由路徑之該等BPN間之最小電量的最小電池電量(MBL)度量、及儲存該網路之BPN串擾該路由路徑上傳送之該等資料封包之次數的電池供電串擾計數(BOC)度量；該BPN之該處理器判定一組親代節點，各親代節 點起始對應至該匯聚節點之路由路徑，該處理器還選擇具有下式之最小值的預設親代節點
  12. 如申請專利範圍第11項所述之BPN，其中該處理器使用藉由該BPN所觀測之該網路之活動，基於該BPN內部資訊判定該排程。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之BPN，其更包含：用於緩衝該等資料封包的記憶體，其中該處理器基於該記憶體中的該等資料封包之數目判定該排程。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之BPN，其中該BPN在各活動週期開始時傳送喚醒信號。
  15. 一種用於管理電池供電節點(BPN)之方法，該電池供電節點形成異質無線多點跳躍節點網路，該異質無線多點跳躍節點網路包括資料節點及至少一個匯聚節點，其中該等資料節點包括電池供電節點(BPN)及市電供電節點(MPN)，該方法包含：獨立於該網路中其它資料節點之該等活動週期與休眠週期、並獨立於該匯聚節點所傳送之命令，判定該BPN之活動週期與休眠週期之排程；根據該排程將該BPN之收發器切換為開啟及關閉；在各活動週期開始時傳送喚醒信號；判定從該BPN至該匯聚節點之路由路徑，減少傳送或串擾該路由路徑上傳送之資料封包的該等BPN之 數目；以及傳送該等資料封包至親代節點，該親代節點在該活動週期期間起始該路由路徑；使用節能度量判定該親代節點，該節能度量包括識別資料節點是否為該BPN或該MPN之電力源(PS)度量、儲存沿著路由路徑之該等BPN之數目的電池供電節點計數(BNC)度量、儲存沿著該路由路徑之該等BPN間之最小電量的最小電池電量(MBL)度量、及儲存該網路之BPN串擾該路由路徑上傳送之該等資料封包之次數的電池供電串擾計數(BOC)度量；該BPN之該處理器判定一組親代節點，各親代節點起始對應至該匯聚節點之路由路徑，該處理器還選擇具有下式之最小值的預設親代節點
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