[发明专利]楼宇自动化系统中无线传感器网络的路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及楼宇自动化系统(BAS)中无线传感器网络的路由方法，属于无线传感器网络技术领域。

背景技术

无线传感器网络(WSN)技术以其安装开销低，可在不方便布线的地方进行数据采集，易重构和易升级等优点而倍受青睐，已经成为楼宇自动化系统(BAS)的主流技术之一。而作为WSN关键技术之一的路由问题，也受到大批学者的研究关注。在BAS的无线传感器网络中，解决路由分配问题通常要考虑BAS本身的网络结构特性。节点信息冗余度是影响网络拥塞程度及网络处理速度的主要因素，而BAS中节点信息的冗余度较高；节点能耗是影响网络整体能耗和生存期的主要因素；传输的可靠性是影响网络采集的数据质量的重要因素之一。因此，如何在BAS节点信息冗余度高的情况下，解决节点能耗和生存周期、传输可靠性的问题已经成为BAS中无线传感器网络的一个热点研究方向。

BAS是无线传感器网络技术应用的主要领域之一，但目前还没有专门针对BAS而设计的路由协议。ZigBee协议是在无线传感器网络中广泛应用的一种标准化协议。然而，它却存在扩展限制，因为它的“分布式地址分配”不能为所有节点分配地址，尤其是在主干网中。而且，泛滥路由导致更多的能量消耗，这将耗尽电池的能量，也降低网络的生存时间。

因此路由问题是BAS中亟待解决的问题之一，它的研究具有重要的意义。

发明内容

针对现有BAS无线传感器网络中路由方法的可靠性以及能耗高的问题，本发明对BAS无线传感器网络的特性进行了分析，并提出了一种适合于BAS的无线传感器网络路由方法，达到既保证传输可靠性又节约能耗、并有效解决网络地址分配和局部最小点的目的。

按照本发明提供的技术方案，所述楼宇自动化系统中无线传感器网络的路由方法为：将给定的无线传感器网路拓扑分为主干网和本地控制网，使得楼宇中各个封闭的空间能够通过主干网进行通信；在主干网中采用静态路由方法，在本地控制网中采用无线传感器网络中的路由协议；并给主干网中的簇头节点和普通节点分别分配簇地址和节点地址；根据主干网的簇地址和节点地址，为路由请求选择静态路由方法；在本地控制网中，采用基于贪婪路由方法和面路由方法的混合路由方法，即在源节点利用贪婪路由算法寻找路由，在遇到局部最小点后，采用面路由技术，通过搜索障碍物的面边界，一步一步地逼近目的节点，在已经跳出局部最小点后，继续执行贪婪路由方法；不同的楼层间的路由请求不能直接建立，需由主干网的网关节点进行转发。

所述簇地址的分配方法为：在网络配置中手动设置主干网的每个路由节点的簇地址C_ID，定义分配地址的偏移量Cskip(d)：

Cskip(d)=1-CmLm-d1-Cm]]>

其中，d是当前节点到协调器的深度；Cm是一个节点所能拥有的最大子节点数；Lm是最大深度；

对楼宇自动化系统的多层网络结构，簇头节点的簇地址是0，第i层子簇地址按如下分配：C_ID_i＝C_ID+(i-1)*Cskip(d)+1；在网络配置中，同一个簇中的所有节点拥有相同的簇地址C_ID。

所述节点地址的分配方法为：节点地址N_ID分配从簇头开始，簇头的N_ID为0，它可以广播信标包，当一个没有N_ID的节点接收到来自同一簇节点的信标后，给信标发送者发送加入信息；N_ID分配步骤：

(1)发送信标的簇头节点s(C_ID_s，N_ID_s)在同一簇中收到加入信息，并根据接收信号的强度，按降序将它们记录到一个表中；

(2)簇头节点的节点地址设置成N_ID_s，然后为每一个请求加入的节点分配地址，地址分配原则为：按照顺序在前一个地址的基础上加1；

(3)所有簇成员节点的地址分配结束后，簇头节点将信标发送标记转移到表中的最后一个节点，该节点开始广播信标以及重复前面步骤直到在同一个簇中的所有簇成员拥有自己的节点地址N_ID。