[发明专利]一种基于信标帧的无线传感器动态路由组网方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字通信领域数据交换网络的组网方法，特别涉及一种基于信标帧的无线传感器动态路由组网方法。

背景技术

现有典型的几类无线传感器网络动态路由协议都有着各自的特点，但大多数存在能耗高，路由动态自组织能力不强的问题。一般地，按需式路由协议都包括3个过程：路由发现、路由维护和路由拆除，这3个过程都会有能耗产生，其中路由发现消耗能耗最大。

ZigBee技术是一种短距离、低速率的无线网络技术，它的节点设备工作周期较短、收发数据信息功耗低，且使用了休眠模式，特别省电；同时由于ZigBee协议栈设计非常简单，所以其研发和生产成本较低；除此之外，ZigBee技术还具有可靠性高、容量大、时延小、安全性好等优点。

发明内容

一种基于信标帧的无线传感器动态路由组网方法，无线传感器设有唯一的网络地址，当汇聚节点需要与特定目标无线传感器进行通信时，汇聚节点采用泛洪方式广播带有查询信息的信标帧，该信标帧中包括了目标无线传感器的地址信息；

网络中无线传感器接收到信标帧后，通过信标帧中的地址信息判断自己是否是目标传感器；

若当前无线传感器不是目标无线传感器，则在信标帧中加入本无线传感器的地址信息，并把该信标帧进行转发；若当前无线传感器收到过相同信标帧则不作响应；

若当前无线传感器为目标无线传感器，则停止信标帧的转发；

由此，该信标帧的转发路径确定为路由。

上述的一种基于信标帧的无线传感器动态路由组网方法，信标帧还包括信标发送时间间隔。

信标帧是Zigbee协议中的一种数据格式。每个无线传感器设有唯一的地址，每个无线传感器可视为网络中的节点，当用户需要某个节点的数据时，汇聚节点通过广播信标帧来寻找源节点，源节点再将传感器的数据信息通过信标帧的转发路径组成的路由传送给汇聚节点。本方法是一种按需式、后应式路由协议。

汇聚节点主要负责无线节点网络与外网，如手机通信网络、因特网等的连接，可看作网关节点。源节点是指充当信源，发送原始数据包的网络节点。

Zigbee协议中，无线节点之间进行传输的数据主要分为三种形式：信标帧、数据帧和数据确认帧。信标帧用来确定数据帧发送的路由，并实现网络中设备的同步工作和休眠；数据帧用来在承载网络中与源节点连接的传感器获得的向汇聚节点发送的数据；数据确认帧用来向上一节点确认已经收到数据帧，防止数据帧丢失，同时通知上一节点停止数据帧发送，以节省能源。

查询信息是指要向特定的网络节点获取该节点所采集的传感信息，这些传感信息可以包括温度、湿度、重量等信息。

当前节点收到相同信标帧是指将收到的信标帧与已收到过的信标帧编号进行比对，以确定收到的信标帧是否重复。

Zigbee协议中，传感器节点具有数据采集与数据融合转发双重功能。传感器节点基本组成模块有：传感单元、处理单元、通信单元以及电源部分。其中处理单元包括本地地址信息模块，信标帧编号存储模块等。

本发明具有如下优点：

采用泛洪式广播进行信标帧的转发不会导致能量的过量浪费，因为信标帧只是按照同一方向进行转发，不会产生盲目转发的现象。而且采用泛洪的广播方式可以建立多条路由，便于源节点选择不同的路径进行数据的转发。

其次，路径的建立是采用随机的方式，因为传统路径采用的分布式地址分配方式，即无线节点层数和每层节点上限数量预设固定，节点地址无法灵活分配，无线传感器网络的部署规模受到层数和单层节点数的影响，并且各个节点之间是否存在通信也被固定，同一层内的节点一般不会通信，出现大量节点无法被有效利用，同时也无法应对网络拓扑结构变动的情况。

信标帧结构设计时加入了时间间隔的机制，增加数据传输时时间上的随机性，能防止信道的碰撞和占用。

本发明能够根据用户需要动态自组网，减少节点资源的浪费。

本发明能够在已知路由不适用时，建立新路由，平均网络能耗，提高无线节点系统鲁棒性。

基于信标帧的动态路由协议使整个网络的节点能耗均匀，不会让一些重要的节点因为频繁使用而导致失效，从而影响整个无线传感器网络的生命周期，是一种具有较高实用价值的无线传感器动态路由方法。

本方法是一种轻量级、低能耗、灵活性强的动态路由组织方法。

具体实施方式

一种基于信标帧的无线传感器动态路由组网方法，可以采用以下步骤：

步骤1.1：网络中的所有节点处于监听状态；