[发明专利]基于时分复用多频点覆盖无线传感器网络实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种时分复用多频点覆盖无线传感器网络实现方法，属于信息技术中的无线传感器网络协议技术领域。 

背景技术

无线传感器网络是指大量无线传感器节点通过无线通信的方式组成的信息传播网络，在军事、工业、交通、安全、医疗、家庭和办公环境等众多场合有着非常广泛的应用，是当前国内外研究和应用的热点技术之一，也是物联网应用的核心技术之一。 

随着物联网应用的普及，针对无线传感器网络组网方法和协议不断涌现，比如：目前广泛使用的IEEE 802.15.4和Zigbee协议，该协议将节点分为了协调器、路由器和传感器三种类型，其中协调器和路由器功耗较大，都需要持续电源供电。数据通过多跳方式路由至协调器。该协议适合数据量较小、时间延时要求不严格和抗干扰性要求小的环境下使用，比如智能家庭中的电器开关控制。中国专利申请号为CN200710065720.6的文件中公开了一种增大无线传感器网络监测范围的方法，该发明在IEEE 802.15.4和Zigbee协议基础上，针对数据密度低、监控面积大的场合改进其网络拓扑结构。仅在多条网格线中的一条上布置全功能节点和部分功能节点达到扩增网络的监控范围。但其仅扩展了网络的覆盖范围，随着范围增大数据速率和可靠性将进一步降低，延时更长。中国专利申请号为CN 200810105863.X公开了一种基于网格分簇的机会路由方法。使用网格式分簇方法和机会路由算法，使传感器网络在节能的前提下达到数据吞吐 量的优化。但是其方法实现的前提是要求每一个传感器节点知道自己的网络结构和物理位置，比如使用GPS定位坐标。而在现实中满足这个条件的环境并不多见，实用性不强。 

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种时分复用多频点覆盖无线传感器网络实现方法及其应用系统，实现较大数据速率、较大覆盖范围的实时可靠、无碰撞传输和传感器节点的移动切换。 

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的： 

待拷贝权利要求 

由于采用了以上的技术方案，本发明具有如下优点： 

(1)本发明的无线传感器网络接收节点采用双天线和双频点，将设备的加入或切换过程与通信过程从时域上和频域上分开，无线传感器节点首先在默认的公共信令频点和接收节点进行通信，选择范围内通信效果最好的接收节点申请加入，在获得申请的情况下跳频至数据频点。这样设计好处在于无线传感器节点在任一时刻醒来或者有突发信息需要发送时都有一个特定的频点快速响应，无线传感器节点可以以最快的方式加入到某一个双天线的接收节点中，降低了网络的整体功耗，提高了数据传输效率。 

(2)本发明由于无线传感器网络接收节点采用了双天线和双频点，使得处于正常通信过程中的无线传感器如果发生意外或者由于移动原因脱离了通信中的某个接收节点，其可以很快调频到公共的信令频点再次选择一个此刻对此节 点而言最适合的接收节点快速加入。从而实现了网络恢复和移动节点的切换功能。由于加入时间短，较小数据量和数据产生间隔较长的无线传感器节点在发送完一次数据后可以完全脱离网络进入深度休眠，直到下一次有数据传输时醒来加入网络，避免网络维护开销，节省能耗。 

(3)本发明的无线传感器网络接收节点通过自动排除其周围其他接收节点数据频点，并挑选的自身数据频点。在同一空间区域可能出现信号重叠的两个接收节点，其数据频点都是不同的。因此无线电波在空中由于采用了频分复用，对于同时处于通信状态的相邻几个接收节点而言，其通信过程从物理上完全独立，互不干扰，整体上扩大了无线传感器网络的通信带宽和数据速率。 

(4)本发明的接收节点在数据频点中采用时分复用的通信方式，所有加入此接收节点的无线传感器节点都与接收节点时间同步，并采用带有优先级的时间轮转片通信方式：每一无线传感器节点都有一个特定的设备速率字段，接收节点根据加入的无线传感器节点数量和每个无线传感器节点速率字段分配时间片的长度。无线传感器节点在接收节点的统一调度下无碰撞的通信，从而保证了数据的延时可控性和带宽可靠性。 

(5)本发明无线传感器网络接收节点在数据频点的选择上采用了避让算法，接收节点在选择数据频点的时候首先通过信令频点询问通信范围内的其他接节点各自的数据频点。此接节点选择与这些数据频点频域上距离加权最远的数据频点作为自身数据频点。当在一段时间内通信失败次数达到一定门限时，接收节点认为此数据频点可能存在外接干扰，将避开已选择的数据频点重新选择适合的数据频点。