[發(fā)明專利]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速組網(wǎng)方法

無效

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• 申請日: 2010-08-31
• 公開（公告）號: CN101902798A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孔令和;伍民友;薛廣濤
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H04W40/24
• 分類號: H04W40/24;H04W84/18
• 代理公司: 上海交達專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的組網(wǎng)方法，具體是一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速組網(wǎng)方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由一些在空間上分散的自組織的節(jié)點組成的，用來協(xié)同監(jiān)控不同區(qū)域的狀況。典型的傳感器節(jié)點在布撒后是未連接的獨立個體，需要通過自組織的方式進行通信并組成一個網(wǎng)絡(luò)才能進入工作階段，這個過程稱之為組網(wǎng)或初始化。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的初始化在其生命周期中是必不可少的過程，這一過程的時間是從節(jié)點布撒后開始直至整個傳感器網(wǎng)絡(luò)可以進入工作狀態(tài)為止。由于實際應(yīng)用中，通常一次需要布撒大量的傳感器節(jié)點，傳統(tǒng)的組網(wǎng)方法，特別是在面對大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)時，初始化過程需要耗費幾分鐘甚至幾十分鐘的時間。由于實際應(yīng)用中的傳感器節(jié)點一般難以充電或更換電池，系統(tǒng)資源有限，因此現(xiàn)有技術(shù)多數(shù)關(guān)注組網(wǎng)過程的能耗情況，而快速組網(wǎng)技術(shù)成為一片盲區(qū)。

經(jīng)過現(xiàn)有技術(shù)檢索發(fā)現(xiàn)，美國專利號為：7295521，公開日期為：2004年8月4日，名稱為：Directional?flooding?method?in?wireless?sensor?network(無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有向洪泛組網(wǎng)方法)，該技術(shù)以組成有向樹的拓撲結(jié)構(gòu)進行洪泛方式的組網(wǎng)，但是樹形結(jié)構(gòu)組網(wǎng)是一個由根節(jié)點向枝葉節(jié)點多跳信息交換的過程，并且洪泛的組網(wǎng)方式存在大量沖突重傳，導(dǎo)致整個組網(wǎng)時間延長。

又經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號為：CN101188444，公開日期為：2008.05.28，名稱為：一種無線傳感網(wǎng)的分布式分簇組網(wǎng)的方法，該技術(shù)提出了分簇拓撲的基于鄰居發(fā)現(xiàn)的組網(wǎng)方式，然而這一分簇方式需要通過協(xié)商方法來選舉簇頭，同樣耗費了初始化組網(wǎng)的時間，導(dǎo)致整個組網(wǎng)時間延長。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速組網(wǎng)方法。本發(fā)明通過先驗估計在節(jié)點布撒前預(yù)估簇頭節(jié)點數(shù)量，布撒后各簇頭立刻開始并行組成一跳分簇的網(wǎng)絡(luò)并融合成整個網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的盡可能快的組網(wǎng)，具有無需簇頭選舉過程、提供分簇的拓撲結(jié)構(gòu)、組網(wǎng)時間快、因為是并行組網(wǎng)所以組網(wǎng)時間與節(jié)點數(shù)量基本無關(guān)等優(yōu)點。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟：

第一步，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行先驗預(yù)估處理，得到簇頭節(jié)點的個數(shù)n。

所述的先驗預(yù)估處理，是：

n=C×lgN×AR2,]]>

其中：C是常數(shù)，N是傳感器節(jié)點的數(shù)量，A是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測區(qū)域面積，R是傳感器節(jié)點傳輸半徑。

第二步，傳感器節(jié)點在布撒前，隨機選取其中f×n個節(jié)點作為簇頭候選節(jié)點，其它N-f×n個節(jié)點作為簇成員候選節(jié)點，其中：N是傳感器節(jié)點的數(shù)量，f是冗余系數(shù)。所述的冗余系數(shù)f的取值范圍為：

第三步，傳感器節(jié)點在布撒后，各節(jié)點并行自組一跳的分簇網(wǎng)絡(luò)，所有簇頭候選節(jié)點在布撒后同步啟動，當簇頭候選節(jié)點在T時間內(nèi)沒有收到其它簇頭候選節(jié)點的組網(wǎng)信息，則該簇頭候選節(jié)點廣播自身組網(wǎng)消息，且將一跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點組進簇中，執(zhí)行第五步；當簇頭候選節(jié)點在T時間內(nèi)收到其它簇頭候選節(jié)點的組網(wǎng)消息，則使該簇頭候選節(jié)點成為簇成員節(jié)點或網(wǎng)關(guān)節(jié)點，執(zhí)行第五步；

同時所有簇成員候選節(jié)點在T時間內(nèi)進行偵聽，當收到簇頭候選節(jié)點的組網(wǎng)消息時，則該簇成員候選節(jié)點組入簇中成為簇成員節(jié)點或網(wǎng)關(guān)節(jié)點，執(zhí)行第五步；否則，執(zhí)行第四步。

所述的T的取值小于6個Hello數(shù)據(jù)包的傳輸時間。

第四步，當簇成員候選節(jié)點在T時間內(nèi)未收到簇頭候選節(jié)點的組網(wǎng)消息時，使該簇成員候選節(jié)點成為簇頭候選節(jié)點，且返回第三步，重新進行并行組網(wǎng)。

第五步，按照第三步的方法，實現(xiàn)各節(jié)點的并行組網(wǎng)，直至所有的節(jié)點都組入簇中，所有的簇形成網(wǎng)絡(luò)。