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功能項目—「室溫偵測」之設計與研究

本系統對於室溫偵測的功能,是利用感測器上所提供的溫度感測單元 負責偵測裝置本身的週遭環境,在網路連通的前提下,透過繞徑協定將室 溫資料回報基地台端來完成。對於無線感測網路而言,由於數據通訊是消 耗電源最嚴重的一項因素,因此在多數的實際範例中,為了有效達到節約

電源消耗的目地,感測裝置會設計以短距離的通訊方式來傳輸,一般而言 項特點,我們設計以圖論當中的「樹狀拓樸(tree topology)」作為系統通 訊的基礎結構,根據圖論中對於樹的定義,每棵樹的組成可分為三種類 型:根節點(root node)、中間節點(intermediate node)與葉節點(leaf node), 鄰近節點之間的關係就類似於親屬關係,除了根節點以外,網路上所有的

建構網路中展延樹拓樸的方法,在此可以不失ㄧ般性地令基地台作為 展延樹的根節點,透過根節點來啟動網路的初始化程序,基地台將發送系 統初始化訊息 PHOENIXCMD_BEACON3,位於基地台週遭的感測節點將 首先收到此訊息,並將本身的區域變數 Parent 設定為發送端的識別碼,俟 此接收與設定程序完成後,隨即再依同樣的方式將此初始化訊息傳送其鄰 近的其他節點,依此過程持續地重複操作,直到網路上所有的節點都收到 資料且建立起與其父節點之間上行連結為止,其程序如下表(一)。

Procedure Network Initiation Process.

1: For Base Station:

2: Let BS be the base station of network.

3: BS broadcast msg=

(PHOENIXCMD_BEACON, BSid, myid(BS));

4:

在網路上的每一個感測器會週期性地執行所謂的「鄰居偵測程序

(neighbor discovery)」,這項程序是感測器用來收集週遭節點資訊的一個 過程,由欲偵測的節點廣播 PHOENIXCMD_DISCOVERY4訊息至其周圍的 鄰居節點,受限於感測器本身的傳輸範圍,僅有那些相對於感測器的距離 小於傳輸範圍之內的周圍節點能夠接收到此訊息,在其鄰近節點接收到此 訊息之後,主動以 PHOENIXCMD_REPLY4訊息回覆,以便完成鄰居偵測 的程序,如下表(二)。

Procedure

Neighbor Discovery Process.

1: For every sender si

2: si

broadcast msg=(PHOENIXCMD_DISCOVERY, my

id(si));

3: If receive msg(PHOENIXCMD_REPLY, senderid, neighborid) 4: If neighborid is not in si’s NeighborList

5: Add neighborid into si’s NeighborList;

6:

7: For all proximal sensors sj near si do 8: Initially NeighborListφ;

9: If receive msg(PHOENIXCMD_DISCOVERY, senderid) 10: If senderid is not in sj’s NeighborList

11: Add senderid into sj’s NeighborList;

12: sj unicast msg=(PHOENIXCMD_REPLY, senderid, myid(sj));

表(二)、鄰居偵測程序。

4 PHOENIX 系統中所有使用的訊息型態請參照表(七)。

我們已經介紹網路的初始化程序,倘若網路本身保持完整的連通性,

這項程序必然使得每一個感測節點依據距離基地台的遠近關係,依序地被 加入網路的展延樹狀拓樸當中,這個初始過後所形成的展延樹狀拓樸稱為

「主要展延樹(primary spanning tree)」。每當感測器依照程序設定 Parent 及 Root 變數後,它將立即以單一傳播(unicast)的通訊方式回報其本身的 基本狀態,包含識別碼、電量等資料,同時也會一併回傳其周圍的鄰近資 訊(proximity information),而鄰近資訊則是透過上述的鄰居偵測(neighbor discovery)程序獲得。

經由上述的初始過程之後,所有的訊息流向便可據此主要展延樹為基 礎,進而達成系統訊息流通的功能。感測器可將尋常室溫或特定回應資料 以己身作為起始的發送端點,依循主要展延樹的樹枝向上回朔至基地台 端,根據圖論中的定義而言,樹狀結構本身即是一幅不存在迴路的連接圖

(acyclic connected graph),這使得我們可以利用這項優點,輕易地設計出 具有無迴路(loop-free)性質的繞徑回報制度,透過上述的初始過程,每