[发明专利]多汇聚节点无线传感器网络组网方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种针对多汇聚节点无线传感器网络组网方法及其系统。

背景技术

无线传感器网络是一种集成无线通信、传感器技术、嵌入式技术和分布式计算等技术，通过传感器节点之间的协同工作，对各种环境进行实时监测和感知的系统，它实现了物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通，因而也被称为“物联网”。传感器网络具有重要的应用价值，例如智能交通、环境监测、精准农业、国防军事、智能家居、安防监控、抢险救灾等许多重要领域都有广阔的应用前景。目前，在许多行业已经开始该项技术的推广和应用，并取得一定的成效。随着应用的展开和技术的推广，传感器网络系统的规模已经从最初的数十个发展数百、数千、数万。可以预见，未来将会出来规模越来越大的传感器网络系统。

然而，目前传感器网络的组网方法都是针对小规模应用，不能适应大规模应用的需求。现有的组网方法可以分两类：一类基于单汇聚节点网络的组网方法；另一类是基于多汇聚节点网络的组网方法，但是对应用范围有非常大的局限性或对网络拓扑有一定的限制。目前，绝大部分为第一类，只有少数几种方法属于第二类。基于单汇聚节点网络的组网方法，在整个网络中均使用一个汇聚节点而避免采用多个汇聚节点后引入路由建立、时间同步等技术难题。这类组网方法的网络拓扑或为簇状、或为树状、或为网状，在网络规模较小时，能够较好的工作。但是，当网络规模较大后，传感节点到汇聚节点的跳数将急剧增大，路径变得很长，加上无线链路本身的不稳定性和汇聚节点的热点问题，使得采集的传感数据要传送到汇聚节点将经历很大的时延，成功传送的概率也将降低、单个传感数据传送所带来的能量消耗也将变得非常大，因而，网络寿命、数据采集的成功率和时延等都将受到严重影响。

目前，基于多汇聚节点的组网方法较少，也可将其分为两小类：一小类是只能应用于河流等带状监测对象的组网方法，这种方法应用范围具有较大的局限性。另一小类采用以汇聚节点为簇头的单跳成簇组网方式，因此限定了传感节点必须在汇聚节点的一跳范围内，因而网络的规模也不可能太大。

综上所述，大规模传感器网络应用的迫切需要一种可扩展、能量消耗小、数据传输服务质量高的组网方法。本发明公开的基于多汇聚节点的多树组网方法克服了单汇聚节点组网和目前带限制的多汇聚节点组网方法的缺点，其应用于大规模传感器网络时，既具有越好的可扩展性和能量效率，同时又可提供较好的传输服务质量。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的缺陷，设计可扩展、能量消耗小、数据传输服务质量高的组网方法，为大规模传感器网络的应用提供关键的基础设施。

一种多汇聚节点无线传感器网络组网方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤101，由控制服务器根据需求向网络中发送采集传感数据的控制命令；

步骤102，普通节点配备短距离无线通信模块，由普通节点负责采集传感数据，发送给汇聚节点；

步骤103，由汇聚节点收集采集到的传感数据，并向普通节点发送采集传感数据的命令，同时负责将采集到的传感数据发送给无线基站，汇聚节点配备短距离无线通信模块和长距离无线通信模块；

步骤104，由时间服务器负责每个汇聚节点的时间同步；

步骤105，由无线基站接收的传感数据通过网络传送给数据服务器，同时将采集传感数据的命令发送给汇聚节点，无线基站配备长距离无线通信模块；

步骤106，由数据服务器负责存储采集的传感数据。

所述的组网方法，其特征在于，所述步骤102还包括：

步骤201，普通节点经历一个初始化阶段，在这个阶段初次建立路由，如果建立路由成功则进入同步工作状态；否则，进入非同步工作状态，执行步骤202；

步骤202，非同步工作状态时，普通节点建立路由或修复路由。

所述的组网方法，其特征在于，所述步骤201还包括：

步骤301，在同步工作状态下，普通节点以低占空比周期方式工作后经历一次更新路由过程，依此循环；

步骤302，普通节点在各周期的休眠态，关闭微处理器模块、传感模块和无线通信模块；

步骤303，普通节点在各周期的活动态时，节点发送数据和命令，在活动态结束时，判断是否路由已失效，在失效时进入非同步工作状态以修复路由；在未失效时，进入休眠态，执行步骤302；