一種高傳輸率多跳無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無(wú)線傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高傳輸率多跳無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有很廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，例如結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、車(chē)輛監(jiān)控、生產(chǎn)環(huán)境及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、人體健康監(jiān)測(cè)等。其中，許多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)o(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)所具備的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸效率提出了更高要求，需要無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在多跳遠(yuǎn)距離傳輸下能夠有更高的數(shù)據(jù)傳輸率。
[0003]如多媒體數(shù)據(jù)傳輸，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)等無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)都是面向高傳輸率、大數(shù)據(jù)量的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。以美國(guó)金門(mén)大橋的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)為例，大橋上布置了64個(gè)加速度傳感器。在一個(gè)周期的采樣后，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生20MB的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量非常大。在多媒體數(shù)據(jù)傳輸中，為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的流暢性，更需要高數(shù)據(jù)傳輸率。但是基于IEEE802.15.4協(xié)議的傳輸速率最大才能達(dá)到250kbps，當(dāng)組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量變大時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)速率已經(jīng)無(wú)法滿足要求。因此需要多信道網(wǎng)絡(luò)來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)帶寬，增加多個(gè)信道以提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸率。但多信道協(xié)議不能解決節(jié)點(diǎn)單射頻模塊結(jié)構(gòu)帶來(lái)的限制，常用無(wú)線節(jié)點(diǎn)如Micaz、Telosb及Imote等，均為單控制芯片單射頻模塊結(jié)構(gòu)，不能同時(shí)處理多個(gè)信道內(nèi)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)性不足，數(shù)據(jù)容量受限于IEEE 802.15.4協(xié)議規(guī)定的250kbps，多個(gè)信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)仍需由基站通過(guò)依次切換信道進(jìn)行接收；大多數(shù)多信道協(xié)議需要節(jié)點(diǎn)以較高頻率發(fā)送信標(biāo)幀控制信道，占用數(shù)據(jù)幀的發(fā)送時(shí)隙，加大了數(shù)據(jù)容量的負(fù)擔(dān)。因此單射頻模塊多信道網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸率仍然受到了單射頻模塊的嚴(yán)重制約。
[0004]當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸范圍較大時(shí)，如何在不影響網(wǎng)絡(luò)高傳輸率的情況下，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x延伸，也是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。目前，為實(shí)現(xiàn)多跳遠(yuǎn)距離的連續(xù)傳輸，國(guó)內(nèi)外許多科研機(jī)構(gòu)通過(guò)部署具有復(fù)雜路由協(xié)議的路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸延伸。這些路由節(jié)點(diǎn)雖然能夠延伸傳輸距離，但是路由節(jié)點(diǎn)的引入?yún)s極大降低了網(wǎng)絡(luò)的傳輸率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量。首先，路由節(jié)點(diǎn)上的復(fù)雜的路由軟件協(xié)議會(huì)極大占用節(jié)點(diǎn)資源和運(yùn)行效率；其次，路由節(jié)點(diǎn)一般都是單射頻模塊節(jié)點(diǎn)，無(wú)法在同一時(shí)刻實(shí)現(xiàn)并行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)地進(jìn)行中轉(zhuǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在長(zhǎng)距離時(shí)傳輸率低、在多節(jié)點(diǎn)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬利用率低。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高傳輸率多跳無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括N條信道、N簇葉子節(jié)點(diǎn)、N組路由節(jié)點(diǎn)和一個(gè)無(wú)線網(wǎng)關(guān)；每一組路由節(jié)點(diǎn)中包括M級(jí)路由節(jié)點(diǎn)，N和M均為大于I的自然數(shù)；其中:
[0007]同一個(gè)信道里面的葉子節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包在各自的發(fā)送信道上發(fā)到對(duì)應(yīng)接收信道上的第一級(jí)路由節(jié)點(diǎn)，第一級(jí)路由節(jié)點(diǎn)逐級(jí)將數(shù)據(jù)包發(fā)送到第M級(jí)路由節(jié)點(diǎn)，最后第M級(jí)路由節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送給無(wú)線網(wǎng)關(guān)；無(wú)線網(wǎng)關(guān)將控制命令發(fā)送給第M級(jí)路由節(jié)點(diǎn)，第M級(jí)路由節(jié)點(diǎn)將控制命令逐級(jí)發(fā)送到第一級(jí)的路由節(jié)點(diǎn)上，然后第一級(jí)路由節(jié)點(diǎn)將控制命令廣播到對(duì)應(yīng)信道的所有葉子節(jié)點(diǎn)，每一葉子節(jié)點(diǎn)根據(jù)控制指令執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。
[0008]優(yōu)選地，所述的高傳輸率多跳無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，每一路由節(jié)點(diǎn)利用發(fā)送數(shù)據(jù)包的空隙時(shí)間接收相應(yīng)信道上的控制指令，利用接收數(shù)據(jù)包的空隙時(shí)間將控制指令發(fā)送至與其對(duì)應(yīng)相同信道的上一級(jí)路由節(jié)點(diǎn)。
[0009]優(yōu)選地，所述的高傳輸率多跳無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，每一路由節(jié)點(diǎn)包括對(duì)應(yīng)不同信道的第一射頻模塊和第二射頻模塊；
[0010]第一射頻模塊用于接收相應(yīng)信道上的數(shù)據(jù)包，并利用接收數(shù)據(jù)包的空隙時(shí)間將控制指令轉(zhuǎn)發(fā)至與其對(duì)應(yīng)相同信道的上一級(jí)路由節(jié)點(diǎn)或者葉子節(jié)點(diǎn)；
[0011]第二射頻模塊用于接收相應(yīng)信道上的控制指令，并利用接收控制指令的空隙時(shí)間將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)至與其對(duì)應(yīng)相同信道的下一級(jí)路由節(jié)點(diǎn)或者無(wú)線網(wǎng)關(guān)。
[0012]優(yōu)選地，所述的高傳輸率多跳無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)線網(wǎng)關(guān)包括N個(gè)獨(dú)立射頻模塊和一個(gè)控制射頻模塊；
[0013]每一獨(dú)立射頻模塊，用于接收相應(yīng)信道上的M級(jí)路由節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包；
[0014]控制射頻模塊，用于周期性地發(fā)出用于保證所有葉子節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步的控制指令。
[0015]優(yōu)選地，所述的高傳輸率多跳無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)線網(wǎng)關(guān)、每一路由節(jié)點(diǎn)以及每一葉子節(jié)點(diǎn)均工作在相同頻段。
[0016]優(yōu)選地，所述的高傳輸率多跳無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，相同頻段為2.42-2.4835GHZ或者頻段 233MHZ-928MHZ 或者頻段 5.725-5.850GH。
[0017]優(yōu)選地，所述的高傳輸率多跳無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，頻段2.42-2.4835GHZ下，葉子節(jié)點(diǎn)與第一級(jí)路由節(jié)點(diǎn)之間、相鄰兩級(jí)路由節(jié)點(diǎn)之間、第M級(jí)路由節(jié)點(diǎn)與無(wú)線網(wǎng)關(guān)之間的最大傳輸距離為100米；
[0018]頻段2.42-2.4835GHZ和頻段233MHZ-928MHZ下，葉子節(jié)點(diǎn)與第一級(jí)路由節(jié)點(diǎn)之間、相鄰兩級(jí)路由節(jié)點(diǎn)之間、第M級(jí)路由節(jié)點(diǎn)與無(wú)線網(wǎng)關(guān)之間的最大傳輸距離為7000米。
[0019]優(yōu)選地，所述的高傳輸率多跳無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，每一葉子節(jié)點(diǎn)采用CSMA機(jī)制發(fā)送狀態(tài)或者TDMA機(jī)制發(fā)送狀態(tài)；
[0020]采用CSMA機(jī)制發(fā)送狀態(tài)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，只要葉子節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到相應(yīng)信道空閑即發(fā)送數(shù)據(jù)包；
[0021]采用TDMA機(jī)制發(fā)送狀態(tài)時(shí)，葉子節(jié)點(diǎn)按照預(yù)設(shè)的時(shí)序發(fā)送數(shù)據(jù)包。
[0022]優(yōu)選地，所述的高傳輸率多跳無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)線網(wǎng)關(guān)，還用于通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)包的幀格式和包長(zhǎng)度過(guò)濾錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包或者亂碼數(shù)據(jù)包。
[0023]優(yōu)選地，所述的高傳輸率多跳無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)線網(wǎng)關(guān)，還用于在接收到的數(shù)據(jù)包尾部增加CRC校驗(yàn)碼。
[0024]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0025]本發(fā)明所述的高傳輸率多跳無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括具有在N條信道上通信的N個(gè)獨(dú)立射頻模塊的無(wú)線網(wǎng)關(guān)、N個(gè)具有雙射頻模塊的路由節(jié)點(diǎn)、不同信道的N個(gè)簇上的葉子節(jié)點(diǎn)成。由于路由節(jié)點(diǎn)具有對(duì)應(yīng)不同信道的第一射頻模塊和第二射頻模塊，因此可以同時(shí)利用兩個(gè)射頻模塊分別進(jìn)行數(shù)據(jù)包的接收和發(fā)送。第一射頻模塊可以利用接收上一級(jí)路由節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的空隙時(shí)間發(fā)送控制指令，第二射頻模塊可以利用向下一級(jí)路由節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的空隙時(shí)間接收控制指令，從而能夠極大的提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。第一射頻模塊和第二射頻模塊可以同時(shí)接收來(lái)自上一級(jí)路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包和來(lái)自下一級(jí)路由節(jié)點(diǎn)的控制命令。
[0026]本發(fā)明中，不同信道的N個(gè)簇上的葉子節(jié)點(diǎn)根據(jù)TDMA(Time Divis1n MultipleAccess)協(xié)議或者CSMA (Carrier Sense Multiple Access)協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到對(duì)應(yīng)信道上的N個(gè)第一級(jí)路由節(jié)點(diǎn)，由這N個(gè)第一級(jí)路由節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)逐級(jí)傳遞給第M級(jí)路由節(jié)點(diǎn)，然后由第M級(jí)路由節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給有N個(gè)信道的無(wú)線網(wǎng)關(guān)。采用上述方案，如果是2.4GHZ網(wǎng)絡(luò)在一跳為40-70m的情況下，N個(gè)信道中每個(gè)信道最大傳輸率可達(dá)到IMbps左右，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最大傳輸率可到N*lMbps左右。如果是IGHZ以下網(wǎng)絡(luò)則能夠?qū)崿F(xiàn)在一跳為3km-7km的情況下，N個(gè)信道中每個(gè)信道最大傳輸率可達(dá)到IMkbps左右，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最大傳輸率可到N*lMbps左右。實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離、高傳輸率的數(shù)據(jù)傳輸方式。
【附圖說(shuō)明】
[0027]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中