一种无线传感网络系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无线传感网络系统，传感节点以中继节点为中心形成星型拓扑，减少了信息重传和交互，显著降低了传输信号所需带宽，增加了传输距离和覆盖范围

【技术实现步骤摘要】
一种无线传感网络系统


[0001]本专利技术涉及无线通信
，特别是涉及一种基于有无中心结合的无线传感网络系统
。

技术介绍

[0002]无线传感网络将音频
、
震动
、
红外等多种异质传感器通过无线组网，可迅速组成自适应的网络拓扑结构，能够实时协同感知
、
采集环境或检测对象数据，用于情报收集
、
融合分析等
。
无线传感网络核心具有自主建网能力和自我网络管理能力，可自成一体，也可与其他侦察手段结合，满足未知环境的隐蔽
、
持续
、
覆盖监控需求
。
[0003]申请号
202010400328.8
的专利文献中记载了“无线网络自组网方法”，该方法包括以下步骤：
1、
确定一个节点作为网络的中心节点，其他节点作为从节点，然后由中心节点选择无干扰的频点发送建网广播，广播内容包括中心节点标识；
2、
未加入网络的从节点扫描支持的频点，计算扫描到的各邻居节点的
Weight
值，选择
Weight
值最大的节点作为父节点，与之建立连接以加入网络；
3、
从节点加入网络后，广播自己的路由信息，以便下级节点能及时加入网络，进而完成所有节点的前端预组网；
4、
服务器根据各节点参数信息建立网络模型，并优化网络结构和网络能耗，获得最优网络结构，然后将最优网络结构中各节点的路由参数下发至各节点；
5、
各节点依据服务器下发的路由参数调整自身路由参数
。
该专利技术在保障数据传输高可靠性和网络稳定性的前提下，提升了无线传感器网络的抗损毁能力和强自愈能力
。
但是，上述技术方案存在以下不足：
[0004]1、
传感节点承担环境探测功能，同时需要计算邻居节点权重
、
广播路由信息
、
转发其他节点信息，功能负载较大，需要功耗较高的处理器，很难满足无线传感网络长期无人值守对低功耗的要求
。
[0005]2、
所有节点的感知信息需要汇集到中心节点进行融合处理，对传输链路带宽和稳定性要求高，在山地
、
丛林
、
城市等复杂环境下，无线传输受障碍
、
电磁等干扰，传输稳定性很难保证
。
[0006]3、
传感节点一般采用低功耗的传感器，发射功率较小，传输距离有限，信息通过传感节点多跳中继转发，随着跳转节点数量增加功率逐步衰减，信息传输距离受限，导致无线传感网络的节点数量规模
、
覆盖的范围均受限，难以适应复杂环境远距离
、
大范围的监测需求
。
[0007]因此，如何提供一种无线传感网组网方法，提升探测节点规模
、
扩大覆盖范围
、
增强复杂环境的抗干扰能力，是迫切需要本领域技术人员解决的技术问题
。

技术实现思路

[0008]鉴于上述问题，本专利技术提供用于克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种无线传感网络系统
。
提升了探测节点规模
、
扩大覆盖范围
、
增强复杂环境的抗干扰能力
。
[0009]本专利技术提供了如下方案：
[0010]一种无线传感网络系统，包括：
[0011]若干一级无线传感网络，所述一级无线传感网络包括一个中继节点以及若干传感节点；若干所述传感节点均与所述中继节点可通信相连，以使所述中继节点作为中心节点接收若干所述传感节点上传的探测数据并对所述探测数据进行数据融合处理与转发；
[0012]二级无线传感网络，所述二级无线传感网络包括若干所述一级无线传感网络；若干所述一级无线传感网络中的一个所包含的所述中继节点作为虚拟中心节点，其余所述一级无线传感网络中各自所包含的所述中继节点均与所述虚拟中心节点相连；所述虚拟中心节点用于承担节点级别分配工作和网络拓扑的构建优化工作，以使各个所述中继节点之间根据分配的节点级别决定信息流的传输方向
。
[0013]优选地：所述中继节点还用于对与其相连的所有所述传感节点进行管理控制
。
[0014]优选地：所述传感节点包括多种异质传感器用于目标信号的探测
。
[0015]优选地：所述多种异质传感器包括音频传感器
、
震动传感器
、
红外传感器
。
[0016]优选地：所述一级无线传感网络组网方法包括：
[0017]初始化传感节点；
[0018]初始化中继节点作为中心节点，全网发送建网广播；
[0019]传感节点向中心节点发送组网请求，然后进入低功耗状态并打开定时器；
[0020]中心节点根据传感节点的信号强度，分配节点地址并回复传感节点；
[0021]传感节点若在设定时间内收到中心节点分配的地址，将该中心节点作为父节点加入网络；
[0022]如果在设定时间内没有收到中心节点分配的地址，该传感节点会从低功耗状态唤醒，再次发送请求，直至成功分配地址；
[0023]传感节点加入网络后，向中心节点发送组网信息
。
[0024]优选地：所述组网信息包括位置
、
类型信息，所述组网信息用于数据融合
、
数据分析
、
建立拓扑及可视化
。
[0025]优选地：所述虚拟中心节点由若干所述一级无线传感网络包含的中继节点群内采用选举算法选举确定
。
[0026]优选地：所述二级无线传感网络组网方法包括：
[0027]初始化所有中继节点，依据规则采用选举算法选举确定一个目标位置的中继节点作为虚拟中心节点，其余中继节点作为从节点，中心节点向全网发送建网广播；
[0028]所有从节点向虚拟中心节点请求分配级别，并打开定时器；
[0029]虚拟中心节点根据从节点的信号强度
、
剩余能量
、
节点跳数，计算分配级别，并回复从节点；
[0030]从节点得到自身级别后，询问邻居节点级别，得到邻居节点回复后，将高一级别的节点作为父节点，将低一级别的节点作为子节点，加入网络；
[0031]从节点加入网络后，向虚拟中心节点发送自组织信息，所述自组织信息包括路由信息
、
上级节点信息
、
同级节点信息
、
下级节点信息
、
剩余能量信息，所述自组织信息用于后续数据融合
、
数据分析
、
拓扑优化及可视化
。
[0032]优选地：从节点在预定时间内没有接收到回复信息时，重复请求分配级别直至接收到回复信息或达到预定上限次数；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种无线传感网络系统，其特征在于，包括：若干一级无线传感网络，所述一级无线传感网络包括一个中继节点以及若干传感节点；若干所述传感节点均与所述中继节点可通信相连，以使所述中继节点作为中心节点接收若干所述传感节点上传的探测数据并对所述探测数据进行数据融合处理与转发；二级无线传感网络，所述二级无线传感网络包括若干所述一级无线传感网络；若干所述一级无线传感网络中的一个所包含的所述中继节点作为虚拟中心节点，其余所述一级无线传感网络中各自所包含的所述中继节点均与所述虚拟中心节点相连；所述虚拟中心节点用于承担节点级别分配工作和网络拓扑的构建优化工作，以使各个所述中继节点之间根据分配的节点级别决定信息流的传输方向
。2.
根据权利要求1所述的无线传感网络系统，其特征在于，所述中继节点还用于对与其相连的所有所述传感节点进行管理控制
。3.
根据权利要求1所述的无线传感网络系统，其特征在于，所述传感节点包括多种异质传感器用于目标信号的探测
。4.
根据权利要求3所述的无线传感网络系统，其特征在于，所述多种异质传感器包括音频传感器
、
震动传感器
、
红外传感器
。5.
根据权利要求1所述的无线传感网络系统，其特征在于，所述一级无线传感网络组网方法包括：初始化传感节点；初始化中继节点作为中心节点，全网发送建网广播；传感节点向中心节点发送组网请求，然后进入低功耗状态并打开定时器；中心节点根据传感节点的信号强度，分配节点地址并回复传感节点；传感节点若在设定时间内收到中心节点分配的地址，将该中心节点作为父节点加入网络；如果在设定时间内没有收到中心节点分配的地址，该传感节点会从低功耗状态唤醒，再次发送请求，直至成功分配地址；传感节点加入网络后，向中心节点发送组网信息
。6.
根据权利要求5所述的无线传感网络系统，其特征在于，所述组网信息包括位置
、
类型信息，所述组网信息用于数据融合
、
数据分析
、
建立拓扑及可视化
。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘治红，范波，赖春强，张瀚铭，李君妍，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团自动化研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：