[發(fā)明專利]一種基于動態(tài)梯度分簇和簇間分頻路由的系統(tǒng)及裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210410338.5
• 申請日: 2012-10-25
• 公開（公告）號: CN103781197A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設計）人: 冀磊
• 申請（專利權）人: 北京屹林智信科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: H04W84/18
• 分類號: H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發(fā)明屬于無線通信領域的傳感器網(wǎng)絡技術，本發(fā)明基于物理層的無線通信信道以及MAC層和路由層的協(xié)議棧，做到傳感器節(jié)點向匯聚節(jié)點匯聚信息及匯聚節(jié)點向傳感器節(jié)點擴散控制信息。?

背景技術

無線傳感器網(wǎng)絡通過分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元、和通信模塊的微小節(jié)點通過自組織的方式構成網(wǎng)絡，其特征是大規(guī)模、無線、自組織、多跳傳輸、無基礎設施支持的網(wǎng)絡。?

基于多跳、小功率傳輸?shù)母呙芏?、靜態(tài)節(jié)點的傳感器網(wǎng)絡是無線傳感器網(wǎng)絡研究的熱點，但此類網(wǎng)絡在應用到某些場合(如消防人員火場生命體征監(jiān)測)時，由于單跳的通信距離較近，且節(jié)點處于運動當中，無法實時確定路由路徑，不能滿足要求。?

本發(fā)明解決了需要單跳距離較遠，且節(jié)點運動類型的無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點的硬件裝置和路由層節(jié)點自組網(wǎng)的方法。?

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有的傳感器網(wǎng)絡的硬件物理層以及自組網(wǎng)方法在解決移動節(jié)點單跳遠距離傳輸網(wǎng)絡方面的不足，設計一種能夠單跳遠距離傳輸?shù)膫鞲衅鞴?jié)點硬件物理層和一種基于層次梯度和分簇路由策略的自組網(wǎng)方法，以及基于此硬件物理層和自組網(wǎng)方法的傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)。?

本發(fā)明包括：一種基于動態(tài)梯度分簇和簇間分頻路由自組網(wǎng)方法的遠距離傳輸移動節(jié)點傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，包括匯聚節(jié)點[1]和傳感器節(jié)點[2]。傳感器節(jié)點[2]通過物理層硬件和基于動態(tài)梯度分簇和簇間分頻路由自組網(wǎng)方法與匯聚節(jié)點[1]進行雙向的數(shù)據(jù)傳輸。?

節(jié)點物理層硬件結(jié)構包括基帶芯片[3]、PA[4]、LNA[5]、射頻開關[6]、?MCU[7]、A/D[8]。?

匯聚節(jié)點，是指網(wǎng)絡的中心節(jié)點，負責維護網(wǎng)絡并收集傳感器節(jié)點信息。傳感器節(jié)點，是指采集數(shù)據(jù)和進行多跳傳輸?shù)墓?jié)點。?

基帶芯片，是指射頻調(diào)制芯片。?

PA，是指功率放大器。?

LNA，是指低噪聲放大器。?

射頻開關，是指切換發(fā)射和接收電路的開關。?

MCU，是指微控制器。?

A/D，是指模擬和數(shù)字轉(zhuǎn)換電路。?

電路原理圖如圖10所示。?

基于動態(tài)梯度分簇和簇間分頻路由的運動節(jié)點自組網(wǎng)方法，節(jié)點類型分為匯聚節(jié)點和傳感器節(jié)點，節(jié)點都是同構的。匯聚節(jié)點以T為周期由發(fā)起梯度廣播，傳感器節(jié)點采用基于跳數(shù)的梯度生成方式，產(chǎn)生本節(jié)點梯度，并記錄周圍節(jié)點的剩余能量、梯度、及本傳感器節(jié)點距上一梯度傳感器節(jié)點的平均距離；梯度廣播結(jié)束后，根據(jù)本節(jié)點剩余能量、周圍節(jié)點剩余能量、周圍節(jié)點梯度、及本傳感器節(jié)點距上一梯度傳感器節(jié)點的平均距離，以歸一化的加權平均系數(shù)計算加權平均值。平均值最大者優(yōu)先成為簇頭并向周圍節(jié)點發(fā)送成簇廣播，傳感器節(jié)點則有選擇性加入某簇。成簇后，簇頭間和簇頭與匯聚節(jié)點間進行反向的路徑廣播、將簇頭間路徑和簇頭所帶簇節(jié)點信息匯集到匯聚節(jié)點；簇間采用F?D?M?A的方式分配信道，信道以每簇簇頭的ID號做為分配依據(jù)。簇內(nèi)節(jié)點和簇頭以TDMA的方式進行位置確認簇內(nèi)同步，簇內(nèi)通信采用功率控制的方式、根據(jù)接收到的簇首信號的功率強度，自適應原則發(fā)送強度；通過采用簇間FDMA、簇內(nèi)TDMA和功率控制的方法，減小能量消耗、簇間串擾和隱終端、暴露終端的問題。在周期T的時間內(nèi)，匯聚節(jié)點和簇頭保持時間同步，并且發(fā)送位置確認幀確認簇頭間和簇頭與匯聚節(jié)點間的位置變化，實時更新路由表，并將路由表的變化傳遞給匯聚節(jié)點；由于節(jié)點運動變化，造成簇內(nèi)鏈路和簇間鏈路斷裂，節(jié)點將監(jiān)聽周圍簇頭間信息，修改本節(jié)點的梯度，加入周圍的簇或加入形生成的簇。每一個周期T開始，將重復梯度廣播、成簇、簇間路由路徑選擇、位置確認的過程。?

附圖說明：

圖1是網(wǎng)絡系統(tǒng)組成圖?

圖2是本發(fā)明的節(jié)點硬件架構?

圖3是發(fā)射支路示意圖?

圖4是接收支路示意圖?

圖5是本發(fā)明節(jié)點實物圖?

圖6自組網(wǎng)時序圖?

圖7是本發(fā)明的基于層次梯度和分簇路由自組網(wǎng)方法的梯度生成過程?

圖8是本發(fā)明的基于層次梯度和分簇路由自組網(wǎng)方法的節(jié)點成簇過程?

圖9是本發(fā)明的基于層次梯度和分簇路由自組網(wǎng)方法的運動節(jié)點鏈路斷裂后的重新組網(wǎng)過程。?

圖10電路原理圖?

具體實施方式

圖1為網(wǎng)絡系統(tǒng)組成圖，分為匯聚節(jié)點和傳感器節(jié)點，匯聚節(jié)點和傳感器節(jié)點是同構的。?