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    本發明提供了一種網路睡眠系統，包含：複數個子節點、以及複數個父節點。其中，當父節點或子節點為一網路路徑分享裝置時，父節點與子節點可於第一預設時間內進入一睡眠狀態，並於第二預設時間內被喚醒。(第一預設時間以及第二預設時間，皆可依據即時網路情況動態的做調整。)當子節點被喚醒後，判斷其對應之一父節點是否處於運作狀態,；以及當父節點不處於運作狀態時，子節點係進行重新尋找一新父節點，以設定一新傳輸路徑。
    公开号:TW201309075A
    申请号:TW100128910
    申请日:2011-08-12
    公开日:2013-02-16
    发明作者:Jung-Chun Kao；Kai-Wei Chiou；Te-Li Wang；Fu-Wen Chen
    申请人:Nat Univ Tsing Hua；
    IPC主号:H04W52-00
    专利说明:
    一種睡眠狀態與重新連線機制於網路系統與方法
    本發明係關於一種網路系統，特別是關於一種關於網路路徑分享裝置進入睡眠狀態之網路系統。
    ZigBee是一種短距離、低速率無線網路技術，可應用於感測網路中做為感測器的通訊協定。在ZigBee網路設定中，只有處於ZigBee網路的終端裝置(End Device)節點才有睡眠機制，故其終端設備可選擇進入睡眠狀態或是被喚醒。另外，當終端裝置與協調器(Coordinator)距離太遠時，必須藉由多重跳躍(Multi-hop)的機制，將終端裝置所感測到的資料經由多個網路路徑分享裝置所組成的路徑傳回至協調器。
    然而，在ZigBee網路中負責形成網路主幹的網路路徑分享裝置，並無睡眠機制，換言之，網路路徑分享裝置無法進入睡眠狀態。再者，網路路徑分享裝置若進入睡眠狀態，則會影響整體ZigBee網路傳輸的穩定性。又，網路路徑分享裝置是整個Zigbee網路傳輸負擔最重的節點，故其耗電量也會最多。
    若網路路徑分享裝置係設置於一般市內電源無法供應之地點時，則網路路徑分享裝置必須使用一般電池，然而其高耗電量容易使網路路徑分享裝置電力耗盡。當網路路徑分享裝置電量耗盡或故障時，整個ZigBee無線網路亦也跟著停擺，故即使終端裝置仍有電量也無法進行運作。
    因此，本發明之目的之一，是在提供一種網路系統，可使網路路徑分享裝置進入睡眠狀態。
    本發明之目的之一，是在提供一種網路系統，可降低網路路徑分享裝置之耗電量。
    本發明之目的之一，是在提供一種網路系統，可延長無線網路的整體壽命。
    本發明之目的之一，是在提供一種網路系統，可使處於父節點之網路路徑分享裝置不處於運作狀態時，依然維持整體無線網路運作。
    本發明一實施例提供了一種網路睡眠系統，包含：複數個子節點、以及複數個父節點。父節點相對應於子節點。其中，當父節點或子節點為一網路路徑分享裝置時，父節點與子節點可於第一預設時間內進入一睡眠狀態，並於第二預設時間內被喚醒。
    本發明一實施例提供了一種適用於網路系統之睡眠狀態與重新連線之方法，包含下列步驟：
    判斷一子節點是否為一網路路徑分享裝置；於第一預設時間進入一睡眠狀態，並於第二預設時間被喚醒；當子節點被喚醒後，判斷其對應之一父節點是否處於運作狀態；以及當父節點不處於運作狀態時，子節點係進行重新尋找一新父節點或一新子節點，以設定一新傳輸路徑。
    請參考第1圖，第1圖係顯示本發明網路系統之一實施例之示意圖，網路系統100具有9個節點N1~N9、以及1個協調器(Coordinator)C，在本實施例中，無線網路係為Zigbee無線網路。其中，網路系統100之節點數目不應以此為限。
    協調器C係用負責建立一無線網路；節點N1~N5為網路路徑分享裝置，節點N6~N9為ZigBee網路的終端裝置(End Device)。在一實施例中，終端裝置可為一感測單元，用以感測其所在位置之一環境資料；網路路徑分享裝置為Zigbee無線網路的主幹，具有傳遞各節點資料或各網路資料的功能，在本實施例中，網路路徑分享裝置亦具有感測功能，亦可感測其所在位置之環境資料。在此請注意，上述節點N1~N9所對應之裝置可視使用者需求進行調整，本發明不應以此為限。
    於一實施例中，網路路徑分享裝置可由一路由器(Router)所實現，故節點N1~N5亦可用以傳輸節點N6~N9所感測之環境資料。在此請注意，終端裝置於本實施例中為感測單元，但本發明不應以此為限，亦可為依據使用者需求為電源裝置、影音裝置…等其他裝置所實現。
    在此舉例說明，對節點N1而言，其節點N5與N8可是為其對應的子節點(Child Node)，換言之，節點N1為節點N5與N8的父節點(Parent Node)；對節點N5而言，其節點N6與N7可是為其對應的子節點，換言之，節點N5為節點N6與N7的父節點；對節點N4而言，其節點N2、N3、以及N5可是為其對應的父節點，換言之，節點N4為節點N2、N3、以及N5的子節點。
    故網路系統100可視為具有複數個子節點與複數個父節點，且對每一個節點而言，亦可能是其他的節點的子節點或父節點，需視整個無線網路架構而決定，本發明不應以此為限，換言之，網路路徑分享裝置亦可能是子節點或父節點。
    請同時參考第2A圖，第2A圖顯示本發明網路系統100之架構圖，網路路徑分享裝置包含裝置管制(Device Object)電路201、網路層(Network Layer)電路202、媒體存取控制層(Medium Access Control Layer)電路203、以及實體層(Physical Layer)電路204。其中，實體層電路204用以傳輸與接收各節點的封包。
    其中，本發明之主要控制程式係寫入於媒體存取控制層電路203中，使各節點係透過媒體存取控制層電路203，依據各節點所之處於整個網路系統之位置與裝置類型進行判斷，以決定各節點是否能進入睡眠狀態。
    接著，請參考下述之函式macSleep()，此函式(function)為部份ZigBee網路系統標準公開版之內部程式碼：

    由於在先前技術的ZigBee網路系統標準公開版之內部程式碼中，只要節點N1~N9為網路路徑分享裝置則無法進入睡眠狀態，主要是當函式halSleep()發現到節點N1~N9為網路路徑分享裝置，則在函式halSleep()中，MAC_PwrOffReq(MAC_PWR_SLEEP_DEEP)永遠回傳失敗。
    在本實施例中，也就是當節點是網路路徑分享裝置時，是無法進入睡眠狀態。除此之外，函式MAC_PwrOffReq()會去呼叫到uint8 macsleep(uint8 sleepState)，此函式uint8 macsleep(uint8 sleepState)的主要功能是關閉無線模組，但由於if(macRxActive∥macRxOutgoingAckFlag∥macTxActive∥macRxEnableFlags)之函式會判斷網路路徑分享裝置是處於正在收送封包的狀態，並使網路路徑分享裝置的無線模組永遠處於運作狀態中，故網路路徑分享裝置無法關閉無線模組，換言之，網路路徑分享裝置無法進入睡眠狀態。
    上述的程式碼會使網路路徑分享裝置不能關閉無線模組，故網路路徑分享裝置(本實施例為路由器)在原始ZigBee網路系統中必須永遠醒著，並傳遞封包給協調器C。換言之，節點若為網路路徑分享裝置，則在halSleep()中要求關閉路由器無線模組，則會被上述程式碼阻擋而失敗。
    在此請注意，本發明之一實施例係利用ZigBee網路系統標準公開版之內部程式碼進行修改，換言之係修改函式halSleep()，使節點N1~N9若為父節點且為網路路徑分享裝置時，依然仍進入睡眠狀態，本實施例之修改後函式halSleep()程式碼如下列所述：


    透過上述之修改後的函式halSleep()後，使網路路徑分享裝置能進入睡眠狀態。首先透過函式HAL_SLEEP_MS_TO_320US(osal_timeout)進行睡眠時間長度之設定，當函式if(MAC_PwrOffReq(MAC_PWR_SLEEP_DEEP)==MAC_SUCCESS)判斷節點可進入睡眠模式，則函式HAL_SLEEP_SET_MAIN_CLOCK_RC()會將目前的系統時間進行記錄，主要是因為在睡眠狀態下會關閉系統時間轉而利用睡眠時間進行計時。再由函式halSleepSetTimer(timeout)係用以設定網路路徑分享裝置之睡眠時間長度，故使用者可設定網路路徑分享裝置於第一預設時間進入睡眠狀態，並於第二預設時間被喚醒。再者，當網路路徑分享裝置進入睡眠狀態時，可依據函式HAL_SLEEP_SET_POWER_MODE(CC2430_PM1)，選擇進入Zigbee網路系統所規範之電源模式PM1。
    當網路路徑分享裝置被喚醒時，透過函式HAL_SLEEP_SET_MAIN_CLOCK_CRYSTAL()回復採用系統時間進行計時，再由函式MAC_PwrOnReq()重新開啟網路路徑分享裝置之無線模組使其能繼續傳輸封包，並透過函式osal_adjust_timers()把睡眠時間之度補回系統時間，讓網路路徑分享裝置之系統時間能與整個節點之系統時間同步。
    在此請注意，ZigBee網路系統所規範的電源模式可分為三種等級：電源模式(Power mode 1)PM1、電源模式(Power mode 2)PM2、以及電源模式(Power mode 3)PM3，詳細規格可參照第2B圖。其中，電源模式PM1與PM2是淺層的睡眠模式，可透過內部之計時器自行喚醒；電源模式PM3深層的睡眠，必須藉由外部喚醒(例如：透過使用者按按鈕)。
    另外，透過函式osal_adjust_timers()可調整各節點之時間同步，故媒體存取控制層電路203係可對鄰近的子節點或父節點進行時間同步，換言之，使鄰近的子節點或父節點能同時於該第一預設時間進入睡眠狀態，以及同時於第二預設時間被喚醒。故網路路徑分享裝置在封包傳輸時，透過鄰近的時間同步功能，可以避免鄰近的節點是處於睡眠狀態而無法連線。
    在ZigBee網路系統原先設定的網路架構中，若一父節點是網路路徑分享裝置，則此父節點不會進入睡眠狀態，換言之，此父節點會永遠存在，除非使用者關閉網路路徑分享裝置或故障時。所以此父節點離開ZigBee網路系統(例如：故障或人為關閉)後，此父節點所對應的子節點將會無法再連接上其他網路路徑分享裝置。
    舉例說明，在先前技術之ZigBee網路系統中，若節點N5不處於運作狀態，則節點N5對應的子節點(節點N6與N7)無法再連接上其父節點。則節點N6與N7可無法傳輸感測資料，將造成整個感測網路無法正常運作。
    然而，在本發明的ZigBee網路系統中，子節點若為網路路徑分享裝置，則媒體存取控制層電路203可透過函式ZDO_SyncIndicationCB()呼叫上層的裝置管制電路201，以確認對應的父節點是否處於運作狀態，若此時父節點不處於運作狀態(此時父節點處於睡眠狀態或是處於電力耗盡的關閉狀態)，函式ZDO_StartDevice()可使子節點的網路層電路202重新設定新傳輸路徑，以避免位於終端裝置的感測資料無法進行傳輸。
    舉例說明，請參考第3圖，第3圖為網路系統100於一實施例中重新設定新傳輸路徑之示意圖。假設節點N5不處於運作狀態，則節點N6與N7之媒體存取控制層電路203控制網路層電路202進行重置，並重新設定新傳輸路徑，於本實施例中，節點N6重新連線至節點N1，節點N7重新連線至節點N4。
    函式ZDO_SyncIndicationCB()與ZDO_StartDevice()的程式碼如下：


    由上述程式碼可以了解，透過函式#if !defined(RTR_NWK)判斷節點若為終端裝置，函式ZDApp_SendMsg(ZDAppTaskID,ZDO_NWK_JOIN_REQ,sizeof(osal_event_hdr_t),NULL)發送重新加入網路的封包以重新加回網路；若節點為路由器，則透過ZDO_StartDevice(NODETYPE_ROUTER,MODE_JOIN,BEACON_ORDER_NO_BEACONS,BEACON_ORDER_NO_B EACONS)；重新設定網路層以重新連線至一新的父節點。
    本發明網路系統100的節點N1~N9，若為網路路徑分享裝置時，則本身的媒體存取控制層電路203可透過上述之程式碼，在使用者定義的時間內對所屬的父節點進行確認是否處於運作狀態。當各節點N1~N9所對應的父節點不處於運作狀態時，媒體存取控制層電路203控制網路層電路202進行重置以重新設定新傳輸路徑。
    請參考第4圖，第4圖顯示本發明一種適用於網路系統之睡眠狀態與重新連線之方法流程圖，其包含以下步驟：步驟S400：正常運作；步驟S401：判斷一子節點是否為一網路路徑分享裝置，若否，跳至步驟S402；若是，則跳至步驟S403；步驟S402：利用ZigBee網路系統所自行定義的睡眠模式；步驟S403：於第一預設時間進入一睡眠狀態，並於第二預設時間被喚醒；步驟S404：當子節點被喚醒後，判斷其對應之一父節點是否處於運作狀態，若是，跳至步驟S400；若否，跳至步驟405；步驟S405：子節點係進行重新尋找一新父節點或一新子節點，以設定一新傳輸路徑，接著，跳至步驟S400。
    綜上所述，本發明之網路系統可使位於父節點上之網路路徑分享裝置進入睡眠狀態，使網路路徑分享裝置可以節省能量，同時透過子節點的重新設定新傳輸路徑之機制，解決因父節點不處於運作狀態造成資料無法傳輸之問題。
    100．．．網路系統
    C．．．協調器
    N1~N9．．．節點
    201．．．裝置管制層電路
    202．．．網路層電路
    203．．．媒體存取控制層電路
    204．．．實體層電路
    S400~S405．．．步驟
    第1圖顯示本發明網路系統之一實施例之示意圖。
    第2A圖顯示本發明網路系統之架構圖。
    第2B圖顯示本發明睡眠模式之規格表。
    第3圖為網路系統於一實施例中重新設定新傳輸路徑之示意圖。
    第4圖顯示本發明一種適用於網路系統之睡眠狀態與重新連線之方法流程圖。
    100．．．網路系統
    C．．．協調器
    N1~N9．．．節點
    权利要求:
    Claims (13)
    [1] 一種網路系統，包含：複數個子節點；以及複數個父節點，該些父節點相對應於該些子節點；其中，當該些父節點或子節點為一網路路徑分享裝置時，該些父節點與該些子節點可於第一預設時間進入一睡眠狀態，並於該第二預設時間被喚醒。
    [2] 當一子節點欲進行資料傳輸且該子節點之原父節點不處於運作狀態時，該子節點係進行重新尋找一新父節點或一新子節點，以設定一新傳輸路徑。
    [3] 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中，該網路路徑分享裝置為一路由器(Router)，且該網路系統具有至少一協調器(Coordinator)。
    [4] 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中，該些父節點可為該路由器；該些子節點可為該路由器、或一終端裝置(End-Device)。
    [5] 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中，當該些父節點不處於運作狀態時，所對應之該些子節點係透過一裝置管制(Device Object)電路進行重新連線。
    [6] 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中，該些子節點包含：一媒體存取控制層(Medium Access Control Layer)電路，用每一第三預設時間內判斷所對應之該些父節點是否處與運作狀態，當該些父節點不處於運作狀態時，則該些子節點重新設定該新傳輸路徑；以及一網路層(Network Layer)電路，當該些子節點重新設定該新傳輸路徑時，該網路層電路係進行重置以重新設定該新傳輸路徑。
    [7] 如申請專利範圍第4項所述之系統，其中，該終端裝置與該路由器係用以感測其所在位置之一環境資料。
    [8] 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中，該媒體存取控制層電路係可對鄰近的該些子節點或該些父節點進行一時間同步，使鄰近的該些子節點或該些父節點能於該第一預設時間進入該睡眠狀態，以及同時於該第二預設時間被喚醒。
    [9] 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該睡眠狀態可利用Zigbee網路協定所定義之一第一電源模式、或一第二電源模式；且該第一電源模式與該第二電源模式之耗電量不同。
    [10] 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該網路系統係應用於Zigbee之網路系統。
    [11] 如申請專利範圍第11項所述之系統，其中，該網路系統係應用於Zigbee之網路系統。
    [12] 一種適用於網路系統之睡眠狀態與重新連線之方法，包含：判斷一子節點是否為一網路路徑分享裝置；於第一預設時間進入一睡眠狀態，並於該第二預設時間被喚醒；當該子節點被喚醒後，判斷其對應之一父節點是否處於運作狀態；以及當該父節點不處於運作狀態時，該子節點係進行重新尋找一新父節點或一新子節點，以設定一新傳輸路徑。
    [13] 如申請專利範圍第12項所述之系統，其中，該網路路徑分享裝置為一路由器(Router)。
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