[發明專利]實現無線傳感器網絡數據查詢的路由切換方法

有效

• 申請號: 200910105664.3
• 申請日: 2009-02-27
• 公開（公告）號: CN101494919A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 張足生;于峰崎
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: H04W80/06
• 分類號: H04W80/06;H04L29/06;H04W84/18
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司
• 代理人: 曾旻輝

【技術領域】

本發明涉及無線傳感器網絡技術，尤其涉及無線傳感器網絡的數據查詢方法和系統以及路由切換。

【背景技術】

無線傳感器網絡是由布置在監測區域內大量的微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成一個多跳的自組織的網絡系統，其主要工作是對網絡內的數據進行采集、融合、分析、理解以及根據對數據的初期處理進行決策。這一切都是以數據查詢為基礎的，絕大部分基于無線傳感器網絡的應用系統都離不開感知數據的查詢。

現有的數據查詢系統假定樹狀的網絡拓撲，如康奈爾大學的Couger和加州大學伯克利分校的TinyDB都采用單一的路由協議(MintRoute)來處理所有的查詢。同樣大量路由協議也不考慮數據查詢。但傳感器網絡數據查詢系統的性能和路由協議緊密相關，因為查詢命令的發布、數據返回都是由路由協議來完成的。同一路由協議在不同的查詢及網絡狀態下的性能不同。傳感器網絡需要在相同監測區域內完成不同的數據查詢任務，在高效完成查詢任務的同時，需要盡量減少能耗，延長網絡生命周期。為了能夠能量高效地適用于多種查詢，傳感器網絡需要根據應用環境和網絡條件自主選擇節能、可靠、低延時的路由協議。

現有路由協議按拓撲結構可以分為平面路由協議、簇形路由協議、樹形路由協議。數據查詢分為兩個階段：查詢分發，數據返回。從查詢的角度來看，平面路由通常適合用于查詢分發，而簇形及樹形路由協議適合于數據返回。由于每次查詢只需一次查詢分發，而數據返回則是持續的、長時間的操作。不同的查詢分發路由協議對網絡能耗影響有限，而數據返回路由協議則對網絡能耗的影響明顯，所以本發明針對層次路由和樹形路由協議的切換。

在簇形結構的網絡中，將網絡劃分成簇。在簇內有一個簇頭節點，其余節點為簇成員節點，簇頭節點負責簇成員節點的管理和通信。簇形結構的路由有LEACH、PEGASIS、TEEN、AEC、HEED等。在樹形路由協議中，網絡組成一顆以匯聚節點為根的樹，樹形路由協議有MintRoute，EADAT等。

Ossama?Younis等人提出了HEED組簇路由協議，其簇頭選擇主要依據主、次兩個參數。主參數依賴于剩余能量，用于隨機選取初始簇頭集合。具有較多剩余能量的節點有較大的概率成為簇頭。次參數依賴于簇內通信代價，用于確定落在多個簇范圍內的節點最終屬于哪個簇。為了克服簇頭通信能力的問題，HEED協議采用MintRoute算法讓簇頭組成樹形結構，簇頭數據通過多跳的方式傳給基站。

Alec?Woo等人提出了MintRoute路由協議，MintRoute是最著名的，應用最廣泛的無線傳感器網絡樹形拓撲路由協議，它是TinyOS系統自帶的路由協議。它建立一顆以基站為根的樹，基站周期性向網絡廣播路由信息，收到基站廣播信息的節點為樹形的第一層節點，把自己的父節點設為基站，然后這些節點向鄰居廣播路由信息。每個節點選擇到基站跳數最少的節點作為自己父節點，如果有多個可選擇的父節點，則節點選擇通信質量最好的節點作為自己的父節點。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種實現無線傳感器網絡數據查詢的路由切換方法和系統，采用該方法能夠減少數據查詢的能量消耗，提高數據傳輸的可靠性，使無線傳感器網絡更具實用性。

本發明的基本構思是采用基站節點集中控制的方法來實現路由切換：基站節點接收用戶輸入的查詢指令，選擇路由協議來處理當前查詢，將路由信息發送給傳感器網絡；網絡中的傳感器節點收到查詢指令后，根據路由信息進行路由切換；網絡進行組網，將查詢結果返回到基站。

本發明提供一種路由切換方法中，該方法包括：

A、基站接收查詢指令；

B、基站節點發出網絡密度查詢指令，獲取網絡密度信息；

C、判斷查詢指令是屬于數據融合還是數據收集操作；查詢指令中包含avg，max，min，sum等關鍵字時，該查詢為數據融合操作，否則為數據收集操作。

D、結合網絡密度信息選擇路由協議：在稠密網絡中，當查詢為數據融合操作時，選擇簇形路由協議；當查詢為數據收集操作時，選擇樹形路由協議。在稀疏網絡中，不管是數據融合操作還是數據收集操作，都使用樹形路由協議。

E、將路由信息附加在查詢指令中，廣播給傳感器網絡。

本發明提供一種傳感器網絡數據查詢路由切換系統，該系統包括：一臺PC機、一個基站節點、以及多個傳感器節點；

PC機利用串口與基站連接，用戶通過PC機發送查詢指令給基站；