一种高度可扩展的无线传感器网络组网方案

摘要

本发明公开了一种高度可扩展的无线传感器网络组网方案，根据无线传感器网络应用特定性特点，包括不同网络规模需求、不同节点协同信息处理需求、不同传感数据业务服务质量需求、不同应用信道环境等，以及无线传感器网络共性问题包括网络生命周期最大化需求、节点自组织成网、较弱的网络全局时间同步要求、物理层单信道条件等，采用了自顶向下的设计方法，设计了应用层、网络层、媒体接入层、兼容多种通信机制的物理层；有利于根据本发明方案设计网络性能优异且实用性强的无线传感器网络，从而推动无线传感网的大规模产业化发展。

主权项

1. 一种高度可扩展的无线传感器网络组网方案，其特征在于，包括以下步骤：(1)网络设备分为中心节点和普通传感节点，中心节点为网络中传感数据最终信宿设备，普通传感节点为无线通信组件同构、传感器异构设备；各普通传感节点的数据经无线网络以多跳的方式传输中心节点，接入互联网络；普通传感节点的无线通信组件和网络协议栈同构保证了无线传感器网络能在统一协议栈框架下；(2)根据不同无线传感器网络的应用案例特点和应用环境的信道特征，普通传感节点的物理层通信方案可以采用多种不同的机制；(3)在网络初始化阶段，根据应用特点可配置网络以全功能或半功能无线传感器网络组网；若为全功能组网，则加载节点协同信息处理模块，若为半功能组网，则不加载节点协同信息处理模块；节点协同信息处理模块主要管理不同普通传感节点之间传感数据的协同交互和数据协同处理，该模块主要利用网络层的拓扑管理模块所生成的网络信息，进行协同任务调度和资源管理，以及进行多节点的协同信息处理；(4)完成配置协同信息处理模块后，由网络层的拓扑管理模块驱动网络拓扑形成，网络拓扑结构采用分布式自动分簇结构，由普通传感节点轮流担当簇头和簇成员，普通传感节点通过广播自己的权值，与邻居节点协商从而自组织成簇，称之为物理簇；所采用的竞争权值考虑了节点的剩余能量、节点的邻居数、局部链路质量等权值参数，通过各参数不同的归一化权值比重得到节点的竞争权值；所形成的物理簇均为簇成员一跳到簇头节点，簇规模控制在5～15个节点；(5)形成物理簇网络拓扑后，进入媒体接入层的簇头间调度周期局部同步过程，从而形成支持簇头间通信的虚拟分簇；虚拟分簇建立后，网络进入正常工作时期，普通传感节点通过传感器采集突发性数据或周期性数据，或接收由中心节点而来的查询命令，然后在簇内通信时期将数据传送给簇头节点，簇头节点根据协同信息处理模块的设置，对所收集的传感数据进行不同程度的处理后，在簇间通信期间按所选路由路径经多跳簇头传送给中心节点。