[发明专利]一种基于链路稳定性估算的无线栅格传感器网络组网方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络组网方法。

背景技术

本发明申请所采用的背景技术可以概括为以下几点：1)多跳无线中继技术；2)低开销网络传输技术；3)基于链路稳定性的容错技术；4)基于ID寻址技术；5)静态网络高效组网技术。

无线传感器网络中的节点由于成本和体积等方面的限制，通常都是由通信性能十分有限的无线收发设备组成。这些设备通过将采集的各种监测信号利用多跳中继传输的方式传递给远端中心节点，以此来共同完成对某一特定环境参数的监测任务，常见的监测对象有大气污染物、湿度、温度和电磁频谱等。无线传感器网络节点普遍具有以下技术特点：

1)通信距离有限；由于成本和体积的限制，无线传感器节点的通信距离十分有限，通常只有几十米甚至几米。因此，在大规模组网应用时，许多无线传感器节点都不能和中心节点直接通信，而必须通过其它无线传感器节点进行中继多跳通信。此时，如何有效的进行路由选择就会在很大程度上影响网络的性能。

2)能量有限；由于无线传感器节点通常都采用电池供电，所以它们的电量十分有限。并且在绝大部分应用场合，都无法对电池及时进行充电。因此，在无线传感器网络中如何进行有效的能量管理也是关键的技术问题。

3)故障率高；由于无线传感器节点成本较低，因此在软硬件性能上也十分有限，并不具备复杂的容错技术和及时修复的条件。因此一旦设备发生故障，就将会永久失效。这种高故障率，导致了整个传输系统的路由可靠性大大降低。

4)数量庞大；由于节点的通信能力和处理能力都非常有限，并且还具有高故障率的特点，因此为了使网络能够长期稳定运行，无线传感器网络都会放置大量的节点，以达到分布式处理和容错备份的目的。此时传统的基于IP寻址的通信技术由于效率较低并且地址数量的限制通常无法使用，所以无线传感器网络就大量使用ID或参数寻址的方式。

5)位置相对固定；由于成本和体积的限制，无线传感器节点通常功能简单，不具备移动能力，因此网络的拓扑结构相对稳定。

除以上所述的五个特点外，从传感器网络本身的监测背景出发，传感器节点通常需要获知自己的位置信息，以便使中心节点在获知各个节点上传的数据时能够同时获知信息所采集的地理位置。通过这种方法，中心节点就能够有效利用监测数据及位置信息来形成整个网络的态势图，从而为决策提供数值依据。目前最常用的定位技术就是基于全球定位系统(GPS)的定位方式，但是这种方式通常耗电量较大并且成本较高，所以在精度要求不高的场合也可以通过到达角估计等信号处理技术来估算出节点的地理位置。

由此可见以往的传感器网络组网技术不能够利用本地节点自身的地理位置信息来进行链路估算，导致网络吞吐量低、网络时延高和协议开销高。

发明内容

本发明的目的是针对原始的传感器网络组网技术不能够利用本地节点自身的地理位置信息来进行链路估算，导致的网络吞吐量低、网络时延高和协议开销高的问题，提出了一种基于链路稳定性估算的无线栅格传感器网络组网方法。

一种基于链路稳定性估算的无线栅格传感器网络组网方法，该方法的实现步骤为：

步骤一、将无线传感器网络划分为栅格，每个栅格中存在若干个传感器节点，在数据传输过程中，在同一个栅格里面，在任意时刻，只有一个传感器节点作为中继节点；

步骤二、中心节点通过洪泛广播的方式配置网络的几何坐标、子网ID、中心节点坐标及其ID、垂直方向栅格数目m和水平方向栅格数目n；

步骤三、第一次接收到该配置分组广播数据的每个中继节点，依据网络参数计算出网络的水平方向长度H和垂直方向长度L，并记录这些配置信息，然后继续中继广播该配置分组；接收过该配置分组的中继节点，将不再转发，直接丢弃该分组广播数据；此时，如果传感节点接收到该配置分组广播数据，将依据网络参数调整它的配置信息后直接丢弃该分组广播数据；

步骤四、当某一个传感节点或中继节点有数据分组信息需要发送给中心节点时，它将会依据它与中心节点间的相对位置信息来初步选择分组将发送的方向，并列出所有备选中继节点；

步骤五、该发送节点依据它与所选定方向相邻栅格间的相对位置信息，利用发送节点与各栅格中心间的距离来估算链路稳定度，估算出该发送节点与这些栅格中的中继节点链路稳定性信息来估算在该方向上所有备选中继节点的链路稳定性信息，具体方法如下：