通过智能寻路进行物联网节点唤醒的系统及方法技术方案

本发明专利技术物联网技术领域，具体涉及通过智能寻路进行物联网节点唤醒的系统及方法。所述系统包括：传感网结构构建模块，配置用于构建基于传感器节点的传感网结构，并为所述传感网结构中的每一传感器节点分配地址；网状网结构构建模块，配置用于增加传感器节点间的非树路径，以构建基于传感网的网状网结构；节点加入模块，配置用于子节点根据自身位置及能量选取一个传感器节点作为该子节点的父节点，由该父节点为所包含的子节点分配不同的地址。其通过智能寻路使得唤醒节点的效率更高，平均路径更短，唤醒目标节点所需要经过的中间节点更少，提升了节点的寿命。

【技术实现步骤摘要】
通过智能寻路进行物联网节点唤醒的系统及方法
本专利技术属于物联网
，具体涉及通过智能寻路进行物联网节点唤醒的系统及方法。
技术介绍
随着物联网技术的快速发展，其在各个领域的应用越来越广泛，而无线通信技术作为物联网主要通信技术之一，应用也越来越广泛，因此，在无线通信技术日益广泛的应用中，对无线通信系统的低功耗、远距离传输等都提出了很高的要求。一般的无线通信系统主要由一个主节点和多个从节点组成。传统技术中，无线通信系统采用周期唤醒机制来降低功耗，从节点在唤醒周期内自动唤醒后，准备接收数据。当从节点在接收数据时发现所接收的数据不属于自身要接收的数据时，会产生多余唤醒的问题，当无线通信系统中的从节点比较多时，频繁的多余唤醒将会大大增加节点的平均功耗，导致增加了无线通信系统的功耗。无线传感器网络是一项通过无线通信技术把数以万计的传感器节点以自由式进行组织与结合进而形成的网络形式。构成传感器节点的单元分别为：数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元以及能量供应单元。其中数据采集单元通常都是采集监测区域内的信息并加以转换，比如光强度跟大气压力与湿度等；数据传输单元则主要以无线通信和交流信息以及发送接收那些采集进来的数据信息为主；数据处理单元通常处理的是全部节点的路由协议和管理任务以及定位装置等；能量供应单元为缩减传感器节点占据的面积，会选择微型电池的构成形式。无线传感器网络当中的节点分为两种，一个是汇聚节点，一个是传感器节点。汇聚节点主要指的是网关能够在传感器节点当中将错误的报告数据剔除，并与相关的报告相结合将数据加以融合，对发生的事件进行判断。汇聚节点与用户节点连接可借助广域网络或者卫星直接通信，并对收集到的数据进行处理。专利号为：CN2008801268373A的专利公开了一种用于低功率传感器节点的唤醒设备和唤醒方法，其可以通过使传感器节点的不必要功耗最小化，来延长传感器节点的电池寿命并且使得由整个传感器网络功率消耗的功率量最小化。所述用于低功率传感器节点的唤醒设备包括：唤醒信号检测器，用于接收和检测传感器节点的唤醒信号；唤醒射频(RF)电路单元，用于对该唤醒信号进行滤波和放大；以及唤醒基带变换器，用于从该唤醒信号中检测唤醒地址，并且对该唤醒地址与从用以管理该传感器节点的服务器提供的唤醒地址进行比较和验证。如果当验证该唤醒地址时没有检测到误差，则该唤醒设备输出用于传送该传感器节点的感测事件的中断信号，或者输出其中要感测该中断信号的区域中的另一传感器节点的唤醒地址。专利号为：CN201810474859.4A的专利一种无线传感网络系统及其节点唤醒方法。本系统的各无线传感器节点均有与微处理器连接的一个射频收发模块和一个低频收发模块。本节点唤醒方法，监测区域内各子区域的节点为一个簇，选择簇头。采用模拟退火法得到唤醒各节点的最短路径。侦测状态节点侦测到目标即用低频信号按所得最短路径唤醒其它节点，被唤醒的节点捕捉侦测数据记录存储，并预测，根据各节点记录数据和预测数据，采用层次分析法确定各个节点的权重，调整初始最短路径，最终唤醒本网络内所有节点进入侦测状态。本法控制网络中大部分节点处于睡眠状态，这些节点的低频收发模块处于待机状态，消耗电量极小，降低了整个传感器网络的功耗，延长系统寿命。不难发现，现有技术针对传感器网络的节点唤醒主要通过每个传感器接单进行监控。根据各个节点的状态来实现唤醒，智能程度低，且唤醒效率较低，唤醒路径长，降低了传感器节点的寿命。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供通过智能寻路进行物联网节点唤醒的系统及方法，其通过智能寻路使得唤醒节点的效率更高，平均路径更短，唤醒目标节点所需要经过的中间节点更少，提升了节点的寿命。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：通过智能寻路进行物联网节点唤醒的系统，所述系统包括：传感网结构构建模块，配置用于构建基于传感器节点的传感网结构，并为所述传感网结构中的每一传感器节点分配地址；网状网结构构建模块，配置用于增加传感器节点间的非树路径，以构建基于传感网的网状网结构；节点加入模块，配置用于子节点根据自身位置及能量选取一个传感器节点作为该子节点的父节点，由该父节点为所包含的子节点分配不同的地址；路径规划模块，配置用于查找地址块，对数据包进行转发，并进行寻路，以构建多条备份路径；节点唤醒模块，配置用于根据路劲规划模块构建的路径，发送控制命令，唤醒路径上的传感器节点。进一步的，所述路径规划模块包括：路由表模块，配置用于为每条相邻节点间的路径设定该路径上路由权值的初始值，并存储于所有节点共用的路由表中；寻路单元，配置用于根据源节点与目的节点在所述源节点生成前向探索寻路集合，每只所述前向探索寻路按照选择概率不停地选择并移动到下一个相邻节点直到到达所述目的节点；其中，任意两个相邻节点间路径的所述选择概率正相关于该路径上的路由权值，负相关于两相邻节点间的物理距离；探索单元，配置用于在每只前向探索寻路到达目的节点后在目的节点生成反向探索寻路，所述反向探索寻路沿相同路径反向回到源节点，同时按固定比例或固定值增加其所经过路径上的路由权值，并建立对应于该路径的路由表；路径生成单元，配置用于在每只所述反向探索寻路到达源节点后，在源节点生成前向管理寻路，所述前向管理寻路沿相同路径回到目的节点，同时基于有约束的马尔可夫决策过程对节点参数进行自适应调整，所述节点参数包括节点的传输速率、位置坐标和带宽等级。进一步的，每只所述前向探索路由在节点u处从节点u的邻居节点集合N中选择下一个节点的所述选择概率为：其中，其中，τ(u，v)为所述信息素表中从节点u到节点v路径上的信息素权值，du，v为节点u与节点v之间的所述物理距离，Ev或El为节点v或节点l的所述节点的优先级，α、β、β为大于零的预设参数。一种通过智能寻路进行物联网节点唤醒的方法，所述方法执行以下步骤：步骤S1：构建基于传感器节点的传感网结构，并为所述传感网结构中的每一传感器节点分配地址；步骤S2：增加传感器节点间的非树路径，以构建基于传感网的网状网结构；步骤S3：节点加入模块，配置用于子节点根据自身位置及能量选取一个传感器节点作为该子节点的父节点，由该父节点为所包含的子节点分配不同的地址；步骤S4：查找地址块，对数据包进行转发，并进行寻路，以构建多条备份路径；步骤S5：根据路劲规划模块构建的路径，发送控制命令，唤醒路径上的传感器节点。进一步的，所述步骤S4：根据路劲规划模块构建的路径，发送控制命令，唤醒路径上的传感器节点具体包括：步骤S4.1：为每条相邻节点间的路径设定该路径上路由权值的初始值，并存储于所有节点共用的路由表中；步骤S4.2:根据源节点与目的节点在所述源节点生成前向探索寻路集合，每只所述前向探索寻路按照选择概率不停地选择并移动到下一个相邻节点直到到达所述目的节点；其中，任意两个相邻节点间路径的所述选择概率正相关于该路径上的路由权值，负相关于两相邻节点间的物理距离；步骤S4.3：在每只前向探索寻路到达目的节点后在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.通过智能寻路进行物联网节点唤醒的系统，其特征在于，所述系统包括：传感网结构构建模块，配置用于构建基于传感器节点的传感网结构，并为所述传感网结构中的每一传感器节点分配地址；网状网结构构建模块，配置用于增加传感器节点间的非树路径，以构建基于传感网的网状网结构；节点加入模块，配置用于子节点根据自身位置及能量选取一个传感器节点作为该子节点的父节点，由该父节点为所包含的子节点分配不同的地址；路径规划模块，配置用于查找地址块，对数据包进行转发，并进行寻路，以构建多条备份路径；节点唤醒模块，配置用于根据路劲规划模块构建的路径，发送控制命令，唤醒路径上的传感器节点。/n

【技术特征摘要】
1.通过智能寻路进行物联网节点唤醒的系统，其特征在于，所述系统包括：传感网结构构建模块，配置用于构建基于传感器节点的传感网结构，并为所述传感网结构中的每一传感器节点分配地址；网状网结构构建模块，配置用于增加传感器节点间的非树路径，以构建基于传感网的网状网结构；节点加入模块，配置用于子节点根据自身位置及能量选取一个传感器节点作为该子节点的父节点，由该父节点为所包含的子节点分配不同的地址；路径规划模块，配置用于查找地址块，对数据包进行转发，并进行寻路，以构建多条备份路径；节点唤醒模块，配置用于根据路劲规划模块构建的路径，发送控制命令，唤醒路径上的传感器节点。


2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述路径规划模块包括：路由表模块，配置用于为每条相邻节点间的路径设定该路径上路由权值的初始值，并存储于所有节点共用的路由表中；寻路单元，配置用于根据源节点与目的节点在所述源节点生成前向探索寻路集合，每只所述前向探索寻路按照选择概率不停地选择并移动到下一个相邻节点直到到达所述目的节点；其中，任意两个相邻节点间路径的所述选择概率正相关于该路径上的路由权值，负相关于两相邻节点间的物理距离；探索单元，配置用于在每只前向探索寻路到达目的节点后在目的节点生成反向探索寻路，所述反向探索寻路沿相同路径反向回到源节点，同时按固定比例或固定值增加其所经过路径上的路由权值，并建立对应于该路径的路由表；路径生成单元，配置用于在每只所述反向探索寻路到达源节点后，在源节点生成前向管理寻路，所述前向管理寻路沿相同路径回到目的节点，同时基于有约束的马尔可夫决策过程对节点参数进行自适应调整，所述节点参数包括节点的传输速率、位置坐标和带宽等级。


3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，每只所述前向探索路由在节点u处从节点u的邻居节点集合N中选择下一个节点的所述选择概率为：

其中，其中，τ(u，v)为所述信息素表中从节点u到节点v路径上的信息素权值，du，v为节点u与节点v之间的所述物理距离，Ev或El为节点v或节点l的所述节点的优先级，α、β、γ为大于零的预设参数。


4.一种基于权利要求1至3之一所述系统的通过智能寻路进行物联网节点唤醒的方法，其特征在于，所述方法执行以下步骤：
步骤S1：构建基于传感器节点的传感网结构，并为所述传感网结构中的每一传感器节点分配地址；
步骤S2：增加传感器节点间的非树路径，以构建基于传感网的网状网结构；
步骤S3：节点加入模块，配置用于子节点根据自身位置及能量选取一个传感器节点作为该子节点的父节点，由该父节点为所包含的子节点分配不同的地址；
步骤S4：查找地址块，对数据包进行转发，并进行寻路，以构建多条备份路径；
步骤S5：根据路劲规划模块构建的路径，发送控制命令，唤醒路径上的传感器节点。


5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S4：根据路劲规划模块构建的路径，发送...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘广智，刘瑞萍，
申请(专利权)人：山东奥深智能工程有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37