[發明專利]無線傳感器網絡網絡拓撲探測方法及其裝置

無效

• 申請號: 200610109496.1
• 申請日: 2006-08-17
• 公開（公告）號: CN101127627A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: 全慶一;董云泉;曹俊慶;崔俊輝
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/56;H04L25/02;H04L29/06;H04L12/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明屬于無線傳感器網絡技術領域，尤其涉及無線傳感器網絡中網絡拓撲探測方法。

背景技術：

隨著微電子技術和無線通信技術的發展，無線傳感器網絡正廣泛應用于眾多領域。無線傳感器網絡是一種自組織網絡，它通過路由算法以多跳方式傳送信息。路由算法在無線傳感器網絡中發揮著重要作用，它對各節點的能耗、網絡壽命以及通信質量起著關鍵性的作用。因此路由算法的研究受到越來越多的關注。探測無線傳感器網絡的網絡拓撲是建立理想路由策略的前提。無線傳感器網絡，其網絡拓撲隨著網絡中各節點的移動和節點數量的增減發生變化。因此周期性的網絡拓撲探測在無線傳感器網絡中是十分必要的。本專利公開的無線傳感器網絡網絡拓撲探測方法與現有的網絡拓撲探測方法相比較，其優越性表現在：(1)能夠獲得完整的網絡拓撲；(2)在網絡拓撲探測過程中傳感器節點消耗的能量較少。本專利公開的無線傳感器網絡網絡拓撲探測方法在網絡拓撲探測過程中合理地使用了網關節點的資源。它通過適當增加網關節點的操作來減少各傳感器節點的操作，進而降低各傳感器節點的資源消耗。這樣做的原因在于，網關節點相比傳感器節點具有更多的資源。

發明內容：

本專利公開了一種無線傳感器網絡結構，其特點在于：從網關節點到各傳感器節點用一跳通信方式；而從傳感器節點到網關節點采用多跳通信方式。因此，網關節點可以有效地控制所有傳感器節點。

本專利公開了無線傳感器網絡網絡拓撲探測內容，它包括各傳感器節點間的通信鏈路質量和各傳感器節點的能量狀態，并用一對稱矩陣描述無線傳感器網絡網絡拓撲。各傳感器節點間的通信鏈路質量劃分為三個等級，即：“優”、“中”、“差”。通信鏈路質量為“優”是指可以建立正常的通信；“中”是指可以檢測到信號的存在，但無法建立正常通信；“差”是指檢測不到信號的存在，故也無法建立通信。

本專利公開了無線傳感器網絡中傳感器節點初始狀態(即加電后狀態)，傳感器節點加電后處于休眠和探聽相互交替狀態。當接收到來自網關節點的控制信息之后，傳感器節點進入網絡拓撲探測狀態。

本專利公開了網關節點發送的控制信息內容及方式。控制信息包括幀時間和時隙分配表。控制信息以幀為單位發送，每幀包括幀時間和時隙分配表。控制信息連續發送m幀。

本專利公開了時隙分配表的生成方法，第一張時隙分配表(即用于第一次網絡拓撲探測時的時隙分配表)采用隨機方法生成，即前n個時隙隨機分配給n個傳感器節點，而最后一個時隙(即第n+1個時隙)分配給網關節點用于發送控制信息。第i(i≥2)張時隙分配表生成方法如下：先給那些在拓撲探測過程中尚未發現的傳感器節點分配時隙，使那些在拓撲探測過程中尚未被網關節點發現的傳感器節點先發送網絡拓撲信息，這些傳感器節點構成的集合我們用符號S₁表示并用k₁表示此集合中傳感器節點的個數；其次給那些與網關節點無直接通信鏈路的傳感器節點分配時隙，這些傳感器節點構成的集合我們用符號S₂表示并用k₂表示此集合中傳感器節點的個數；最后給那些與網關節點具有直接通信鏈路的傳感器節點分配時隙，這些傳感器節點構成的集合我們用符號S₃表示并用k₃表示此集合中傳感器節點的個數。集合S₁中的傳感器節點以隨機方式分得前k₁個時隙；集合S₂中的傳感器節點以隨機方式分得接下來的k₂個時隙；集合S₃中的傳感器節點以隨機方式分得其后的k₃個時隙；最后一個時隙(即第n+1個時隙)仍分配給網關節點發送控制信息。網關節點在第n+1個時隙發送的控制信息有兩種選擇。

選擇一：當需要進一步進行網絡拓撲探測時，控制信息包括以下內容：①網絡拓撲探測繼續指示；②時間信息；③新的時隙分配表(即下次網絡拓撲探測要使用的時隙分配表)。

選擇二：當需要結束網絡拓撲探測時，控制信息僅包括網絡拓撲探測結束指示。

本專利公開了網絡拓撲探測過程終止方法。當相臨的兩次網絡拓撲探測結果一致或已獲得完整的網絡拓撲時，宣布網絡拓撲探測過程結束。

附圖說明：

圖1無線傳感器網絡結構；

圖2無線傳感器網絡中各傳感器節點的初始狀態；

圖3網絡拓撲矩陣；

圖4網關節點發送的控制信息形式以及傳感器節點的初始狀態；

圖5網絡拓撲探測過程。