[发明专利]无线传感器网络路由建立方法及其装置

说明书

技术领域：

本发明属于无线传感器网络技术领域，尤其涉及无线传感器网络中集中式路由建立方法。

背景技术:

随着微电子技术和无线通信技术的发展，无线传感器网络正广泛运用于众多领域。无线传感器网络是一种自组织网络，它通过路由算法以多跳方式传递信息。路由算法在无线传感器网络中发挥着重要作用，它对各节点的能耗、网络寿命以及通信质量起着关键性的作用。因此路由算法的研究受到越来越多的关注。降低传感器节点能耗，延长网络寿命是设计无线传感器网络路由时着重要考虑的问题。本专利公开的集中式路由建立方法，它根据网络拓扑计算出路由和时隙分配表。此路由不仅考虑了无线传感器网络中各节点间的通信链路质量还考虑了各传感器节点的能量状态，所以它在延长整个无线传感器网络寿命方面具有优越性。

发明内容：

本专利公开了一种无线传感器网络结构，其特点在于：从网关节点到各传感器节点用一跳通信方式；而从传感器节点到网关节点采用多跳通信方式。因此，网关节点可以有效地控制所有传感器节点。

本专利公开了一种基于网络拓扑的路由建立方法，其特点在于：根据无线传感器网络网络拓扑建立以网关节点为树根的树状路由，并给每个传感器节点分配信号发送时隙，从而实现各传感器节点到网关节点的信息传送。

本专利公开了无线传感器网络网络拓扑内容，它包括网关节点及各传感器节点间的通信链路质量和各传感器节点的能量状态，并用一对称矩阵描述无线传感器网络网络拓扑，我们称这个对称矩阵为网络拓扑矩阵。这里网关节点的能量状态不予考虑，默认为网关节点非能量受限。各节点间的通信链路质量划分为三个等级，即：“优”、“中”、“差”。通信链路质量为“优”是指可以建立正常的通信；“中”是指可以检测到信号的存在，但无法建立正常通信；“差”是指检测不到信号的存在，故也无法建立通信。

本专利公开了根据无线传感器网络网络拓扑建立以网关节点为最终汇聚节点的分层树状路由的方法。各传感器发送的感知信息经其上层的汇聚节点一层一层向上转发，最终到达网关节点。在无线传感器网络中传感器节点分为两大类，即汇聚节点和普通节点。汇聚节点除了发送自身感知的信息之外，还对来自网络中其他传感器节点的感知信息提供处理和转发；而普通节点只发送自身感知信息。因此，普通节点只有信号发送状态和体眠状态，普通节点在分配给自己的时隙内发送信号，其它时隙处于休眠状态，节省能量损耗；汇聚节点除信号发送状态和休眠状态之外还有接收状态。一个汇聚节点和由它提供转发服务的其下一层传感器节点构成的集合我们称之为一个汇聚群。在一个汇聚群中汇聚节点仅在其下层的传感器节点发送信号时处于信号接收状态。

本专利公开的树状路由建立方法，其特点在于：①分层树状路由的层数少；②能量更为充足的汇聚节点为更多的传感器节点提供转发服务。其目的在于延长整个传感器网络的寿命。其作法如图2所示。

第一步，设置变量i＝1。在网络拓扑矩阵中寻找与网关节点之间通信链路质量为“优”的各传感器节点，并把它们作为树状路由中的第一层传感器节点，剩余的传感器节点构成的集合我们称之为S₁；

第二步，检测集合S_i是否为空，若为空，操作结束；否则，进入第三步。

第三步，按照能量由大到小的顺序排列这些第i层传感器节点，并按照这个顺序给每个第i层传感器节点寻找与其相链的第i+1层传感器节点。.这些第i+1层传感器节点取自集合S_i，并与相应的第i层传感器节点之间的通信链路质量为“优”。从集合S_i中删除第i+1层的各传感器节点，剩余的传感器节点构成的集合我们称之为S_i+1。设置变量i＝i+1。返回第二步。

本专利公开了各传感器节点信号发送时隙分配方法。其特点在于：在不发生相互干扰的前提下，实现时隙复用，即多个无线传感器节点在相同的时隙发送信息。其目的在于最大限度地减少无线传感器网络所使用的总的时隙数量。其时隙分配方法遵循以下两个原则：

第一，汇聚群内的各传感器节点分配不同的时隙；

第二，两个传感器节点A和B，传感器节点A的上层汇聚节点为C，而传感器节点B的上层汇聚节点为D。若A和B分得相同的时隙，其必要条件是B和C以及A和D之间的通信链路质量均为“差”。

附图说明：

图1无线传感器网络结构；

图2无线传感器网络中分层树状路由生成方法；

图3网络拓扑矩阵；

图4例举一网络拓扑矩阵；