基于无线传感器网络的系统组网方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无线传感器网络的系统组网方法，该方法首先布置并初始化节点与基站，建立基站为簇首的第一层簇层次网络结构后建立其它层次簇层次网络结构，节点根据自己的ＴＤＭＡ时间段与周围节点交换信息，当由于电能不足或干扰等因素造成传输覆盖范围变小时，进行路由变换。本发明专利技术的方法易于实现，同时没有丧失传感器网络本身的特点：使用小的传输功率而扩展网络覆盖范围，并且可以在网络的特性发生变化时而不影响网络的使用，从而增加了网络的稳定性。本发明专利技术能应用于建立实用传感器网络的各种场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种组网方法，特别地，涉及一种基于无线传感器网络的系统 组网方法。
技术介绍
近年来微机电系统(MEMS)和低功耗高集成数字设备的发展，导致了低成 本、低功耗、微体积传感器节点的出现。这种微传感节点由传感单元、数据处 理单元、通信单元和便携式电源组成，能完成数据采集、信号监测和传送信息 的任务。随着传感器技术和通信技术的发展，无线传感器网络技术开始提出， 并因为其应用的广泛性而得到越来越多的高度重视。无线传感器网络是由一组传感器节点通过无线介质连接构成的无线网络，它采用特殊方式配置大量微型 的智能传感节点，通过节点的协同工作来采集和处理网络覆盖区域中的目标信 息。无线传感器网络在环境与军事监控，地震与气候预测、地下、深水以及外 层空间探索等许多方面都具有广泛的应用前景。可以说无线传感器网络是信息 感知和采集的一场革命，是21世纪最重要的技术之一。从目前的技术来看，对于节点的组网，无线传感器网络还处于理论研究阶 段，研究文献较多，但真正的实际应用较少。考虑实际应用情况，由于很多方 面可以人为进行一些预考虑，所以可以简化一些在传感器网络中的相关协议及 算法。1. 节点的布置。学术文章中，大量假设在监控地点随机散布大量的节点。 这在工业或民用的一些场合是不必要的。进行一些预布置能有效减少成本和网 络实现算法的复杂度。2. 数据中心型。传感器网络理论并不强调节点的ID。在很多应用场合，节 点其实只用少量布置，使用ID并不会增加多少数据传输量。同时也减少了节点 定位和路由算法的复杂度。3. 多跳。在传感器网络中，多跳增加了很大的灵活性。但与单跳相比，多3跳出错的几率相当高，应用时尽量避免使用跳数较多的多跳。也许经过这么一些处理，传感器网络已不是纯粹的传感器网路。但这也使 传感器网络能从学术研究走向实际应用，从仿真走向能实现特定功能的物理实 物。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有理论难以利用于实际的不足，提供一种易于实 现的基于传感器网络的系统组网方法。本专利技术的目的是通过以下方案来实现的 一种基于无线传感器网络的系统 组网方法，包括以下步骤(1) 布置节点与基站；(2) 初始化节点与基站；(3) 建立基站为簇首的第一层簇层次网络结构节点进入自动运行状态，基站 开始广播信息，节点接收到基站发出的信息后基于竞争信道回复确认。这些节 点可直接单跳到基站，称为一级节点；基站收到回复确认后，根据一级节点数 量和监控时间间隔广播TDMA表，每个一级节点收至ljTDMA表后回复确认；(4) 建立其它层次簇层次网络结构 一级节点与基站建立好第一层簇结构后， 一级节点在自己分得的TDMA时间段内广播信息，与其它未成为一级节点的节点 形成第二层簇结构与TDMA时间表。临近一级节点也可能收到某一级节点的信息， 但不加入这一级节点的二级节点，只加入临近节点列表。依次类推，最后会形 成一个完整的簇结构，同时会形成一个完整的TDMA时间表；(5) 节点根据自己的TDMA时间段与周围节点交换信息；(6) 当由于电能不足或干扰等因素造成传输覆盖范围变小时，进行路由变换。 本专利技术的有益效果是本专利技术提出的组网方法易于实现，同时并没有丧失传感器网络本身的特点使用小的传输功率而扩展网络覆盖范围，并且可以在网络的特性发生变化时而不影响网络的使用，从而增加了网络的稳定性。本发 明能应用于建立传感器网络的各种场合。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明 图l是基于簇层次结构的路由算法的传感器网络结构图；图2是监控节点结构框图； 图3是基站结构框图4是基于TDMA的路由算法的时间片图5是本专利技术实施例的结构层次图6是本专利技术实施例的路由变换图7是本专利技术实施例的对应TDMA时间片图。 具体实施例方式无线传感器网络是由一组传感器节点通过无线介质连接构成的无线网络， 它采用特别方式配置大量微型的智能传感节点，通过节点的协同工作来采集和 处理网络覆盖区域中的目标信息。节点由传感单元、数据处理单元、通信单元等组成，能完成数据采集、信 号监测、传送信息或执行相关操作的任务。基站是一种特殊节点，并且具有与 外部网络的接口，是连接节点所在无线网络与用户所在的外部网络的中介。节点放置于需要实时监控的区域，负责采集或传送监控区域信息，节点构 架框图如图2，包括核心处理器、环境参量检测模块，无线通信模块，人机交互 模块，现场执行模块。环境参量检测模块负责采集监控区域的信息，包括温度、 湿度、入侵、烟火等状态信息。可选用0 +5V输入的集成温度、湿度传感器， 连接到AD接口。同时可选用集成入侵、烟火探头，连接到工O接口。无线通信模 块负责传送或转发节点之间信息，可以选用声表电子公司的FSK-2A与CZS-7搭 建。人机交互模块提供人机交互接口，可以选用清达光电的1602液晶与普通按 键搭建，当不需要人机交互时可不安装此模块。现场执行模块负责执行用户命 令，如打开冷气操作等，可以选用L298等芯片搭建。当不需要执行相关操作时 可不安装此模块。节点的核心处理器基于51内核，拥有8路AD接口、 16路1/0接 口，可以选用ATMEL公司的AT89C52等芯片搭建，可根据需要连接各种不同的传 感器。基站放置于监控区域边缘，负责汇集节点采集的信息到用户计算机或把用 户计算机的命令传送到节点所在无线网络。基站构架框图如图3，基站是一种特 殊的节点，与一般节点相似，只是省略了环境参量感知与采集部分，增加了与 外部网络的接口。外部网络接口模块用于与外部网络的接口，可以使用美信 (maxim)公司的max232搭建。无线通信模块负责传送或转发节点之间信息，可以 选用声表电子公司的FSK-2A与CZS-7模块搭建。人机交互模块提供人机交互接口，可以选用清达光电的1602液晶与普通按键搭建，当不需要人机交互时可不安装此模块。现场执行模块负责执行用户命令，如打开冷气操作等，可以选用L298等芯片搭建。当不需要执行相关操作时可不安装此模块。节点的核心处理 器基于51内核，拥有8路AD接口、 16路I/0接口，可以选用ATMEL公司的AT89C52 等芯片搭建。簇层次结构考虑图l所示的局部网络结构，每一簇有一个簇首，它汇集簇 成员的数据，数据融合后发送到基站或更上级的簇首。例如，节点2.1.1， 2.1.2 和2.1形成簇，且簇首为节点2.1。同样存在着其它诸如2. 2等簇首。这些簇首， 反过来形成一簇，且节点2为它们的簇首。因此，节点2也成为第二级簇首。这种格局是反复的形成一个簇等级层次，最高等级簇首直接向基站传输。基站形 成等级层次的根结点，监控整个网络。时分多址TDMA (Time Division Multiple Access):时分多址是把时间分割成周期性的帧(Frame)。每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各节点的信号而不混扰。同时，基站发向多个节点的信号都按顺序安排在予定的时隙中传输，各节点只要在指定的时隙内接收，就能在多路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。无线传感器网络的一个簇结构层次一般有很多节点、若干个基站、用户计 算机。为了便于分析与实现， 一个簇采用一个基站为例，这样并没有丧失一般 性。因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线传感器网络的系统组网方法，其特征在于，包括以下步骤：　（１）布置节点与基站；　（２）初始化节点与基站；　（３）建立基站为簇首的第一层簇层次网络结构：节点进入自动运行状态，基站开始广播信息，节点接收到基站发出的信息后基于竞争信道回复确认，这些节点可直接单跳到基站，称为一级节点；基站收到回复确认后，根据一级节点数量和监控时间间隔广播ＴＤＭＡ表，每个一级节点收到ＴＤＭＡ表后回复确认；　（４）建立其它层次簇层次网络结构：一级节点与基站建立好第一层簇结构后，一级节点在自己分得的ＴＤＭＡ时间段内广播信息，与其它未成为一级节点的节点形成第二层簇结构与ＴＤＭＡ时间表。临近一级节点也可能收到某一级节点的信息，但不加入这一级节点的二级节点，只加入临近节点列表，依次类推，最后会形成一个完整的簇结构，同时会形成一个完整的ＴＤＭＡ时间表；　（５）节点根据自己的ＴＤＭＡ时间段与周围节点交换信息；　（６）当由于电能不足或干扰等因素造成传输覆盖范围变小时，进行路由变换。

【技术特征摘要】
1. 一种基于无线传感器网络的系统组网方法，其特征在于，包括以下步骤(1)布置节点与基站；(2)初始化节点与基站；(3)建立基站为簇首的第一层簇层次网络结构节点进入自动运行状态，基站开始广播信息，节点接收到基站发出的信息后基于竞争信道回复确认，这些节点可直接单跳到基站，称为一级节点；基站收到回复确认后，根据一级节点数量和监控时间间隔广播TDMA表，每个一级节点收到TDMA表后回复确认；(4)建立其它层次簇层次网络结构一级节点与基站建立好第一层簇结构后，一级节点在自己分得的TDMA时间段内广播...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健伟，赵勍波，宋执环，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]