專利名稱：：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由建立方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中集中式路由建立方法。
背景技術(shù)：
：隨著微電子技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正廣泛運(yùn)用于眾多領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種自組織網(wǎng)絡(luò)，它通過路由算法以多跳方式傳遞信息。路由算法在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著重要作用，它對各節(jié)點(diǎn)的能耗、網(wǎng)絡(luò)壽命以及通信質(zhì)量起著關(guān)鍵性的作用。因此路由算法的研究受到越來越多的關(guān)注。降低傳感器節(jié)點(diǎn)能耗，延長網(wǎng)絡(luò)壽命是設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由時著重要考慮的問題。本專利公開的集中式路由建立方法，它根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆嬎愠雎酚珊蜁r隙分配表。此路由不僅考慮了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)間的通信鏈路質(zhì)量還考慮了各傳感器節(jié)點(diǎn)的能量狀態(tài)，所以它在延長整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命方面具有優(yōu)越性。
發(fā)明內(nèi)容本專利公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)在于從網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)到各傳感器節(jié)點(diǎn)用一跳通信方式；而從傳感器節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)采用多跳通信方式。因此，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)可以有效地控制所有傳感器節(jié)點(diǎn)。本專利公開了一種基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞穆酚山⒎椒ǎ涮攸c(diǎn)在于根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣⒁跃W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)為樹根的樹狀路由，并給每個傳感器節(jié)點(diǎn)分配信號發(fā)送時隙，從而實現(xiàn)各傳感器節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的信息傳送。本專利公開了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?nèi)容，它包括網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)及各傳感器節(jié)點(diǎn)間的通信鏈路質(zhì)量和各傳感器節(jié)點(diǎn)的能量狀態(tài)，并用一對稱矩陣描述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，我們稱這個對稱矩陣為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃?。這里網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的能量狀態(tài)不予考慮，默認(rèn)為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)非能量受限。各節(jié)點(diǎn)間的通信鏈路質(zhì)量劃分為三個等級，即"優(yōu)"、"中"、"差"。通信鏈路質(zhì)量為"優(yōu)”是指可以建立正常的通信；"中"是指可以檢測到信號的存在，但無法建立正常通信；"差"是指檢測不到信號的存在，故也無法建立通信。本專利公開了根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣⒁跃W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)為最終匯聚節(jié)點(diǎn)的分層樹狀路由的方法。各傳感器發(fā)送的感知信息經(jīng)其上層的匯聚節(jié)點(diǎn)一層一層向上轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達(dá)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)分為兩大類，即匯聚節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)除了發(fā)送自身感知的信息之外，還對來自網(wǎng)絡(luò)中其他傳感器節(jié)點(diǎn)的感知信息提供處理和轉(zhuǎn)發(fā)；而普通節(jié)點(diǎn)只發(fā)送自身感知信息。因此，普通節(jié)點(diǎn)只有信號發(fā)送狀態(tài)和休眠狀態(tài)，普通節(jié)點(diǎn)在分配給自己的時隙內(nèi)發(fā)送信號，其它時隙處于休眠狀態(tài)，節(jié)省能量損耗；匯聚節(jié)點(diǎn)除信號發(fā)送狀態(tài)和休眠狀態(tài)之外還有接收狀態(tài)。一個匯聚節(jié)點(diǎn)和由它提供轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)的其下一層傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的集合我們稱之為一個匯聚群。在一個匯聚群中匯聚節(jié)點(diǎn)僅在其下層的傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號時處于信號接收狀態(tài)。本專利公開的樹狀路由建立方法，其特點(diǎn)在于①分層樹狀路由的層數(shù)少；②能量更為充足的匯聚節(jié)點(diǎn)為更多的傳感器節(jié)點(diǎn)提供轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。其目的在于延長整個傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。其作法如圖2所示。第一步，設(shè)置變量i=1。在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃囍袑ふ遗c網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)之間通信鏈路質(zhì)量為"優(yōu)"的各傳感器節(jié)點(diǎn)，并把它們作為樹狀路由中的第一層傳感器節(jié)點(diǎn)，剩余的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的集合我們稱之為S,;第二步，檢測集合S,是否為空，若為空，操作結(jié)東；否則，進(jìn)入第三步。第三步，按照能量由大到小的順序排列這些第i層傳感器節(jié)點(diǎn)，并按照這個順序給每個第i層傳感器節(jié)點(diǎn)尋找與其相鏈的第i+1層傳感器節(jié)點(diǎn)。.這些第Z+1層傳感器節(jié)點(diǎn)取自集合S,，并與相應(yīng)的第i層傳感器節(jié)點(diǎn)之間的通信鏈路質(zhì)量為"優(yōu)"。從集合Si中刪除第i+1層的各傳感器節(jié)點(diǎn)，剩余的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的集合我們稱之為S,+,。設(shè)置變量i=i+1。返回第二步。本專利公開了各傳感器節(jié)點(diǎn)信號發(fā)送時隙分配方法。其特點(diǎn)在于在不發(fā)生相互干擾的前提下，實現(xiàn)時隙復(fù)用，即多個無線傳感器節(jié)點(diǎn)在相同的時隙發(fā)送信息。其目的在于最大限度地減少無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所使用的總的時隙數(shù)量。其時隙分配方法遵循以下兩個原則第一，匯聚群內(nèi)的各傳感器節(jié)點(diǎn)分配不同的時隙；第二，兩個傳感器節(jié)點(diǎn)A和B，傳感器節(jié)點(diǎn)A的上層匯聚節(jié)點(diǎn)為C，而傳感器節(jié)點(diǎn)B的上層匯聚節(jié)點(diǎn)為D。若A和B分得相同的時隙，其必要條件是B和C以及A和D之間的通信鏈路質(zhì)量均為"差"。圖1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；圖2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中分層樹狀路由生成方法；圖3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃?；圖4例舉一網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃?；圖5分層樹狀路由。具體實施例方式圖1給出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由一個網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和w個傳感器節(jié)點(diǎn)組成。傳感器節(jié)點(diǎn)把由各傳感器得到的測量信息以多跳方式傳送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)匯集由各傳感器節(jié)點(diǎn)傳送來的測量信息并移交到信息處理中心。此外，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)完成對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由和信號發(fā)送時隙分配的任務(wù)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將經(jīng)計算得到的路由表和時隙通分配表過發(fā)送給各個傳感器節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的這些信息可直接傳送到各個傳感器節(jié)點(diǎn)，無需節(jié)點(diǎn)間多跳傳送。換言之，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)無線信號發(fā)射功率較大，可覆蓋整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作(感知)區(qū)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆靡粋€矩陣描述。如圖3所示，此矩陣是對稱陣，對角線元素表示各傳感器節(jié)點(diǎn)的能量狀態(tài)，其他元素表示相應(yīng)的一對節(jié)點(diǎn)間的通信鏈路質(zhì)量。例如，第2行第2列元素表示傳感器節(jié)點(diǎn)1的能量狀態(tài)；而第2行第3列元素代表傳感器節(jié)點(diǎn)1與傳感器節(jié)點(diǎn)2之間的通信鏈路質(zhì)量，第1行第5列元素代表網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)4之間的通信鏈路質(zhì)量。矩陣的大小與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的個數(shù)一致。下面通過一個例子說明本專利公開的路由及時隙分配方法。此例子中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由一個網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和六個傳感器節(jié)點(diǎn)組成。分層樹狀路由生成過程如下(1)從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃嚨弥?，傳感器?jié)點(diǎn)l、3和6與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)間的通信鏈路質(zhì)量均為"優(yōu)"，因此它們都成為第一層節(jié)點(diǎn)。(2)從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃嚨弥?，上述三個傳感器節(jié)點(diǎn)的能量狀態(tài)。(3)首先給能量最多的傳感器節(jié)點(diǎn)3尋找其對應(yīng)的第二層傳感器節(jié)點(diǎn)。在剩余的傳感器節(jié)點(diǎn)(傳感器節(jié)點(diǎn)2，4，5)中無一傳感器節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)3間的通信鏈路質(zhì)量為"優(yōu)"，所以由節(jié)點(diǎn)3提供轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)的第二層傳感器節(jié)點(diǎn)為無，節(jié)點(diǎn)3成為普通節(jié)點(diǎn)。(4)其次給能量次之的傳感器節(jié)點(diǎn)1尋找其對應(yīng)的第二層傳感器節(jié)點(diǎn)。在剩余的傳感器節(jié)點(diǎn)(傳感器節(jié)點(diǎn)2，4,5)中傳感器節(jié)點(diǎn)2和4與節(jié)點(diǎn)1間的通信鏈路質(zhì)量均為"優(yōu)"，所以由節(jié)點(diǎn)l提供轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)的第二層傳感器節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)2和4。(5)其次給能量再次之的傳感器節(jié)點(diǎn)6尋找其對應(yīng)的第二層傳感器節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)5與傳感器節(jié)點(diǎn)6之間的通信鏈路質(zhì)量為"優(yōu)"，所以由節(jié)點(diǎn)6提供轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)的第二層傳感器節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)5。(6)分層的樹狀路由完成，結(jié)果如圖5所示。時隙分配過程如下(1)首先給第一層的三個傳感器節(jié)點(diǎn)分配三個時隙。傳感器節(jié)點(diǎn)1分得第1個時隙slotl;傳感器節(jié)點(diǎn)3分得第2個時隙slot2;傳感器節(jié)點(diǎn)6分得第3個時隙slot3。(2)其次給第二層傳感器節(jié)點(diǎn)2和4分別分配第4個時隙slot4和第5個時隙slot5。(3)最后給第二層傳感器節(jié)點(diǎn)5分配第5個時隙slot5,即傳感器節(jié)點(diǎn)4和5共享第5個時隙slot5。這兩個傳感器節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)時隙共享的原因在于節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)5之間以及節(jié)點(diǎn)6和節(jié)點(diǎn)4之間的通信鏈路質(zhì)量均為"差"。(4)時隙分配完成，結(jié)果見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求1.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由建立方法及其裝置，其特征在于路由和時隙分配表由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆嬎愕贸?，并由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送給各個傳感器節(jié)點(diǎn)。各傳感器節(jié)點(diǎn)按照路由和時隙分配表發(fā)送、接收信息。2.如權(quán)利要求l所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由建立方法及其裝置，其特征在于根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣⒁跃W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)為樹根的分層樹狀路由，并給每個傳感器節(jié)點(diǎn)分配信號發(fā)送時隙。各傳感器發(fā)送的信息經(jīng)由其上層的匯聚節(jié)點(diǎn)一層一層向上轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達(dá)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，從而實現(xiàn)各傳感器節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的信息傳送。3.如權(quán)利要求l所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由建立方法及其裝置，其特征在于①分層樹狀路由的層數(shù)最少；②能量更為充足的匯聚節(jié)點(diǎn)為更多的傳感器節(jié)點(diǎn)提供轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。4.如權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由建立方法及其裝置，其特征在于根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜕傻穆酚山o每個傳感器節(jié)點(diǎn)分配時隙。5.如權(quán)利要求l所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由建立方法及其裝置，其特征在于時隙分配遵循以下原則，在不發(fā)生相互干擾的前提下，最大限度地實現(xiàn)時隙復(fù)用，即多個無線傳感器節(jié)點(diǎn)共享相同的時隙。6.如權(quán)利要求l所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由建立方法及其裝置，其特征在于所依據(jù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，其?nèi)容包括網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)及各傳感器節(jié)點(diǎn)間的通信鏈路質(zhì)量和各傳感器節(jié)點(diǎn)的能量狀態(tài)，并用一對稱矩陣描述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹８鞴?jié)點(diǎn)間的通信鏈路質(zhì)量劃分為三個等級，即"優(yōu)"、"中"、"差，'。全文摘要本發(fā)明公開了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由建立方法及其裝置。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由一個網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(GatewayNode)和n個傳感器節(jié)點(diǎn)(SensorNode)組成。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆嬎愠雎酚珊蜁r隙分配表，并把它們發(fā)送給各傳感器節(jié)點(diǎn)。各傳感器節(jié)點(diǎn)按照路由和時隙分配表采用多跳方式將各種感知信息傳送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)計算出的路由是以網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)為樹根的分層樹狀路由。各傳感器發(fā)送的感知信息經(jīng)由其上層的匯聚節(jié)點(diǎn)一層一層向上轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達(dá)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，從而實現(xiàn)各傳感器節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的信息傳送。其特點(diǎn)為延長整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。文檔編號H04L29/06GK101132351SQ20061011131公開日2008年2月27日申請日期2006年8月21日優(yōu)先權(quán)日2006年8月21日發(fā)明者全慶一,崔俊輝,曹俊慶,董云泉申請人:北京郵電大學(xué)