專利名稱：一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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)領(lǐng)域，具體涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)及通訊協(xié)議。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(英文Wireless Sensor Networks，簡稱WSN)是一種全新的信息獲取平臺，能夠?qū)崟r監(jiān)測和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種檢測對象的信息，并將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的指定范圍內(nèi)目標(biāo)檢測與跟蹤，具有快速展開、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，有著廣闊的應(yīng)用前景。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基于微機(jī)電系統(tǒng)(英文Micro-Electro-Mechanism System,簡稱 MEMS)、片上系統(tǒng)(英文System on Chip，簡稱S0C)、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)帶來了信息感知的一場變革。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有眾多類型的傳感器，可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象。 基于MEMS的微傳感技術(shù)和無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)賦予了廣闊的應(yīng)用前景。這些潛在的應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為軍事、航空、反恐、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多采用五層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。其中數(shù)據(jù)鏈路層是被研究最多的一層，多媒體研究接入控制，原因在于無線傳感器攜帶能量的局限性。媒體訪問控制(英文Media Access Control，簡稱MAC)是數(shù)據(jù)鏈路層的底級組成部分，它定義在局域網(wǎng)上用載波監(jiān)聽多路訪問沖突檢測和在令牌環(huán)局域網(wǎng)上如何共享訪問傳輸介質(zhì)，是其中的一項(xiàng)重要協(xié)議。傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的核心之一是功耗管理，射頻模塊是節(jié)點(diǎn)中最大的耗能模塊，是優(yōu)化的最主要的目標(biāo)，MAC協(xié)議直接控制射頻模塊，對節(jié)點(diǎn)的耗能有極大的影響。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的底層通信協(xié)議，特別是MAC協(xié)議都是沿襲因特網(wǎng)及 IEEE802. 11協(xié)議的擴(kuò)展技術(shù)。在這些通信協(xié)議中，仍然采用傳統(tǒng)的載波偵聽和基于隨機(jī)退避機(jī)制的沖突避免方法作為底層的信道管理機(jī)制，而能量有效性則依賴于節(jié)點(diǎn)間協(xié)同的睡眠/喚醒機(jī)制。因此，除節(jié)點(diǎn)間的同步開銷外，將節(jié)點(diǎn)間的通信限制在狹窄的通信窗口內(nèi)不可避免的會增加沖突概率和無關(guān)的數(shù)據(jù)偵聽。因此在低速率的、節(jié)點(diǎn)密集的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中采用這種傳統(tǒng)技術(shù)并不能有效的緩解無線沖突、節(jié)省能量，尤其在大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，這種影響更為顯著，從而進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的能量消耗。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議，它能夠在低速率的、節(jié)點(diǎn)密集的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中有效地緩解無線沖突、節(jié)省能量，尤其在大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中影響更為顯著，能極大的降低系統(tǒng)的能量消耗。本發(fā)明的無線傳感器的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，包括節(jié)點(diǎn)主板、電池和發(fā)送模塊，其特征是，節(jié)點(diǎn)中還包含RFID模塊，該RFID模塊為一半有源RFID標(biāo)簽結(jié)構(gòu)，包括天線、射頻前端、控制器、存儲器和系統(tǒng)激活單元。在上述節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，本發(fā)明提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通訊協(xié)議，該 MAC協(xié)議采用非傳統(tǒng)的交錯的喚醒機(jī)制IWS，采用數(shù)據(jù)包交錯的，逐跳的轉(zhuǎn)發(fā)模式。該機(jī)制的主要思想是讓節(jié)點(diǎn)更頻繁的喚醒來緩解基站周圍的擁塞狀況，且利用頻譜空間的交替使用以降低沖突概率。每個節(jié)點(diǎn)從一個時間周期中隨機(jī)選擇一個時間點(diǎn)作為初始喚醒點(diǎn)， 然后進(jìn)行周期性的調(diào)度。交錯的喚醒機(jī)制IWS只有相鄰的一組節(jié)點(diǎn)才共享一個時間周期。 該機(jī)制的具體內(nèi)容為將一個喚醒-催眠周期設(shè)置為Tc，Ui表示傳感器節(jié)點(diǎn)u到基站的跳數(shù)為I ；為了計算節(jié)點(diǎn)與基站的距離(跳數(shù))i，基站可以通過在網(wǎng)絡(luò)的初始化階段發(fā)送一個廣播數(shù)據(jù)包，攜帶一個計算距離的字段，初始值設(shè)定為0，每被中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)一次，該字段加 1，直到遍歷整個網(wǎng)絡(luò)將路由上的所有節(jié)點(diǎn)分成不同的虛擬組，每個組包含G個節(jié)點(diǎn)。在單個組中，根據(jù)該節(jié)點(diǎn)到sink點(diǎn)的跳數(shù)，每個節(jié)點(diǎn)會被賦值一個不同但連續(xù)的喚醒時間窗口 Tr/G，在時間段Tr/G內(nèi)均勻隨機(jī)的選擇一個喚醒時間點(diǎn)，進(jìn)行喚醒和數(shù)據(jù)發(fā)送。傳輸路徑后面的其他分組則采用相同的調(diào)度方法。IWS利用頻譜空間的復(fù)用，及G的大小所控制的喚醒頻率來降低沖突概率。


圖1為本發(fā)明所述一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所述一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的一個實(shí)施例的示意圖。圖中10.電池，20. RFID模塊，21.天線，22.射頻前端，23.控制器，24.存儲器， 25.系統(tǒng)激活單元，30.傳感模塊，40.節(jié)點(diǎn)主板，41.節(jié)點(diǎn)內(nèi)存，42.節(jié)點(diǎn)CPU，50.發(fā)送模塊。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖來對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。圖1中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由電池(10)，RFID模塊(20)，傳感模塊(30)，節(jié)點(diǎn)主板(40)，發(fā)送模塊(50)組成，其中RFID模塊00)由天線(21)，射頻前端(22)，控制器 (23)，存儲器(M)，系統(tǒng)激活單元(25)組成，節(jié)點(diǎn)主板(40)由節(jié)點(diǎn)內(nèi)存(41)，節(jié)點(diǎn)CPU (42) 組成。節(jié)點(diǎn)一般情況下處于休眠狀態(tài)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)感應(yīng)到外界的射頻信號時，系統(tǒng)激活單元05) 在電池(10)的支持下激活RFID模塊(20)，RFID模塊Q0)接收信息，傳送至節(jié)點(diǎn)主板00)， 節(jié)點(diǎn)CPU (42)、節(jié)點(diǎn)內(nèi)存處理來自RFID模塊Q0)和傳感模塊(30)的信息，并將處理信息通過發(fā)送模塊(50)發(fā)送出去。圖2所示的實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)CPU選擇了 Atmegal 128L型芯片，發(fā)送模塊為CClllO 芯片，工作中，RFID模塊接收信號傳輸?shù)紸tmegal 128L芯片的MISO接口，經(jīng)該芯片處理后， 將處理信息由MOSI接口輸出并由CClllO芯片發(fā)送出去。該選擇具有高度集成、低功耗、處
4理速度快、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，是較理想的選擇。
權(quán)利要求
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括傳感器節(jié)點(diǎn)及通訊協(xié)議，其特征是，所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括電池，半有源RFID模塊，傳感模塊，節(jié)點(diǎn)主板和輸出模塊，所述通訊協(xié)議中媒體訪問控制協(xié)議采用交錯的喚醒機(jī)制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征是，所述半有源RFID模塊包括天線，射頻前端，控制器，存儲器和系統(tǒng)激活單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征是，所述節(jié)點(diǎn)主板包括節(jié)點(diǎn)CPU 和節(jié)點(diǎn)內(nèi)存。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征是，所述媒體訪問控制協(xié)議的主要思想是讓節(jié)點(diǎn)更頻繁的喚醒來緩解基站周圍的擁塞狀況，且利用頻譜空間的交替使用以降低沖突概率。每個節(jié)點(diǎn)從一個時間周期中隨機(jī)選擇一個時間點(diǎn)作為初始喚醒點(diǎn)，然后進(jìn)行周期性的調(diào)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征是，所述節(jié)點(diǎn)主板為Atmegal 128L型芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征是，所述輸出模塊為CClllO型芯片。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議，它能夠在低速率的、節(jié)點(diǎn)密集的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中有效地緩解無線沖突、節(jié)省能量，尤其在大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中影響更為顯著，能極大的降低系統(tǒng)的能量消耗。本發(fā)明的無線傳感器的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，包括節(jié)點(diǎn)主板、電池和發(fā)送模塊，其特征是，節(jié)點(diǎn)中還包含RFID模塊，該RFID模塊為一半有源RFID標(biāo)簽結(jié)構(gòu)，包括天線、射頻前端、控制器、存儲器和系統(tǒng)激活單元。
文檔編號H04W84/18GK102457902SQ20101050957
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者何兵 申請人:上海復(fù)萊信息技術(shù)有限公司