[发明专利]一种无线链状传输系统

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术和无线通信技术领域，尤其涉及一种无线链状传输系统，属于无线传感器网络应用领域。 

背景技术

现有无线传感器网络，一般假设其节点相对集中的分布在一个二维或三维空间，但某些情况，由于自然景观或人造设施的影响，形成一条细长的链状范围。例如，道路、桥梁、隧道、管道、高压输电线路等。类似上述的应用还有很多，链状网络的主要特点如下：(1)地理位置的限制要求传感器按照链状结构进行分布,其位置固定，不易发生改变；(2)节点资源受限：低能量供应、低带宽、低处理能力以及有限的通信能力；(3)特定的数据交互模式，数据只能沿着节点的部署定向传输。 

(1)从目前无线传感网技术研究的情况来看，现有的无线传感网络技术大多数是应用于面状区域的分布式检测领域的，针对无线链状传输系统，主要提出了以下几种网络架构：架构一：无线传感器网络中运用最广泛的就是Zigbee协议栈，其最大的特点是可实现自组网，为完成链状区域的数据监控，提出网络架构，通过若干个子网，最底层节点在物理上构成一个范围较广的链状区域；优点：ZigBee协议栈，其功能非常强大，使用方便。缺点：ZigBee丰富的功能是以增加路由过程中交互的数据量为代价的，在链状监测应用中，监测节点分布较为稀疏，节点的发射功率也较大，数据包单跳传输所消耗的能量不容小视，在这种情况下运用复杂的协议栈会产生一些不必要的开销，引起节点的能耗增加、响应速度变慢、弊大于利。与此同时ZStack协议栈完全是编译好的函数库，不支持用户对其核心代码进行任何修改，也就无法对其进行裁剪和优化。由于ZigBee协议是一个通用的无线传感网协议，其不针对一个特定场景的特殊应用，而无线链状传输系统要求将传感器按照链状结构进行分布，而且相邻的节点间的距离较远，需要硬件提高发射功率和接收灵敏度，射频电路工作时的功耗会 显著增大；如何保证链状网络中每个节点到汇聚节点的数据可靠传输；由于链状网络其结构单一，数据传输具有单向性，越靠近汇聚节点的节点因为转发消息的频率远高于其他节点，会形成链状网络的能量空洞效应，造成网络失效时网络中其他节点仍具有较高的能量，即如何提高能量利用率，减少能量消耗和实现网络的负载均衡。 

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种提高能源利用效率，消除能量空洞、使链状网络的负载均衡的无线链状传输系统，本发明的技术方案如下：一种无线链状传输系统，所述链状传输系统包括若干排成链状的节点，所述链状传输系统包括三层节点，其中第一层由普通节点构成，所述普通节点用于采集现场无线传感器网络的数据，第二层由簇头节点构成，所述簇头节点用于将其覆盖范围内普通节点采集的数据汇聚起来，其中直接与汇聚节点相通信的簇头节点称为转发簇头节点，所述转发簇头节点用于转发其他簇头节点的数据给汇聚节点，同时所述转发簇头节点还用于将其本身覆盖范围内普通节点的数据传输给汇聚节点，第三层由汇聚节点构成，汇聚节点用于接收转发簇头节点传输的数据转发给用户； 

所述链状传输系统的普通节点包括普通发送节点与普通接收节点，所述普通发送节点与普通接收节点之间通过单跳或/和多跳通信方式进行通信，所述普通发送节点向普通接收节点发送请求发送包RTS，当普通接收节点收到请求发送包RTS后应答一个发送允许包CTS给普通发送节点，所述普通发送节点收到发送允许包CTS后开始发送数据包给普通接收节点； 

进一步的，所述链状传输系统的节点在物理层采用射频传输模块进行发送，在MAC层采用调度式接入法进行接入，在网络层采用静态路由协议。 

更进一步的，所述射频传输模块采用CC2530作为无线射频收发器，所述MAC层采用TIMAC协议栈。 

本发明的优点及有益效果如下： 

本发明采用保证单跳范围内的可靠无线通信，这样节点的无线收发器就可以在较低的功率级别上工作，此外这种路由机制不必进行路由发现、建立和维护，从而进一步节省了能量开销，大大减少了数据包的传输时延，十分有利于网络的节能和监测信息的及时传输提高了链状网络的可实现性。提高了链状网络的可靠性。提高了链状网络的能量利用率。使链状网络的负载均衡。 

附图说明

图1是本发明优选实施例链状网络应用场景； 

图2是ZigBee链状网络； 

图3是链状网络的层次模型； 

图4是单跳数据的可靠传输； 

图5是节点通过接力方式实现数据的多跳传输； 

图6无线链状传输系统网络协议；