一种无线传感器网络通信资源分配方法

摘要

本发明公开了一种无线传感器网络通信资源分配方法，包括：网络分层，无线设备依据与无线集中器的跳数距离确定层号，同时动态维护层号；时隙分配，对网络中超帧内的时隙资源以层为单位进行分配，不同层发起的通信以时分多址方式接入，而同一层各节点发起的通信基于载波侦听的竞争方式接入；无线信道分配，不同层可以在不同的无线信道上复用间隔层的时隙资源，实现同一时刻不同无线信道的并发接入。本发明能够便捷有效地实现大规模、低功耗、多跳网络的组建，实现大规模无线节点低功耗接入的目的，能够满足无线传感器网络在野外、室内以及工业现场等环境下的应用需求，为用户提供更优质高效的无线传感器网络服务。

主权项

一种无线传感器网络通信资源分配方法，其特征是，包含如下内容： S110）网络分层：无线集中器作为网络中心发起网络，无线设备依次按照与无线集中器跳数逐渐加入网络；网络为分层结构，新加入网络节点根据父节点的层号加1作为节点自身网络层号； S120）时隙分配：从时间顺序上来看，网络资源以超帧和时隙的形式存在，资源分配将网络资源分配到网络中不同的节点，从而实现网络中所有无线设备与无线集中器之间的通信；超帧中的时隙以时分多址接入方式分配到各个层，同一层内无线设备共享该层对应时隙，采取载波侦听多路访问方式； S130）无线信道分配：从空间顺序上来看，网络资源主要以不同无线信道存在，也就是无线集中器和无线设备在不同的无线信道进行通信，从而实现同一时间对不同信道的充分利用；间隔层在不同信道共享相同时隙；所述网络分层包括： S111）所述网络分层以无线集中器为0层，无线设备根据与无线集中器通信所需跳数距离设定自身层号； S112）所述无线设备选择父节点过程如下：首先判断所扫描到的在网无线设备信号强度，当信号强度超过门限，为可靠无线链路，信号强度门限根据无线功率和应用场景设置；其次判断无线设备层号，层号越小优先级越高；最后相同层的在网节点，信号强度越强优先级越高；无线设备通过上述判断将优先级最高节点作为父节点； S113）所述新入网无线设备建立层号，通过步骤S112选择优先级最高的无线设备作为父节点加入网络，新入网无线设备将父节点层号加1作为自身层号，同时通知父节点其在网状态；   所述无线设备层号是动态可变的，入网完成的无线节点正常运行过程中将根据收到的无线报文，周期性依据步骤S112判断其父节点优劣，如果周围出现优先级更高的备选父节点，经过多次判断确认后切换到新的父节点； 所述时隙分配以超帧和时隙为基础，一个超帧包含若干个时隙，时隙的个数为超帧长度，将每个超帧内的时隙根据不同层号分配到各层，同时分配全网共享时隙用于突发事件数据传输，全网共享时隙指网络中所有节点共享使用的时隙；对应层号分配的时隙用于为该层号对应层内无线设备与其子节点的通信， 所述时隙分配方式为，将超帧中的时隙依据层号分配到各层，同一层内无线设备共享分配到的时隙；将超帧中的时隙按照先后顺序平均分为前半区时隙和后半区时隙，层号为偶数的时隙位于前半区，层号为奇数的时隙位于后半区，各层时隙依据层号大小依次分配；前后半区的最后一个时隙均作为全网共享时隙使用；所述无线信道分配以无线传感器网络的无线设备能够提供多信道切换的无线通信为基础，提供间隔层在同一时间不同信道的并行接入；所述间隔层指层号之间差值在1以上的两层； 所述无线信道分配方式，在完成步骤S120时隙分配的基础上，无线设备通过切换不同的信道从而使用间隔层的时隙，可参与分配的无线信道按照顺序依次分配给互为间隔层的各层，如果参与分配的层数大于可分配无线信道，分配完信道后重新循环信道进行分配；所述无线信道由无线集中器统一管理，网络中无线设备返回各无线信道通信状态，该状态以该信道一段时间通信成功率表示，无线集中器根据统计结果将当前通信成功率超过门限值的无线信道定为可参与分配的无线信道，而低于门限值的无线信道为不可用无线信道。