[發明專利]一種基于鏈路質量指示值的無線傳感器網絡信道調度方法及裝置

有效

• 申請號: 201310367885.4
• 申請日: 2013-08-22
• 公開（公告）號: CN103517443A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 杜軍朝;劉惠;李興;趙昆侖;張春龍;張晨
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W72/12
• 分類號: H04W72/12;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

一般地，本發明涉及無線傳感器網絡，并且具體地，涉及一種基于鏈路質量指示值的無線傳感器網絡信道調度方法及裝置。

背景技術

現代社會已經使用并正變得依賴于無線通信技術，由于無線通信設備的快速開發，出現了能夠實現完全新類型的通信應用的多個領域。蜂窩網絡便于在大型地理區域上的通信。這些網絡技術通常按世代來劃分，從二十世紀七十年代晚期開始，到二十世紀八十年代早期提供基本語音通信的第一代(1G)模擬蜂窩電話，再到當代的數字蜂窩電話。GSM是廣泛采用的2G數字蜂窩網絡的實例，它在歐洲以900MHZ／1.8GHZ的頻帶通信而在美國以850MHz和1.9GHZ通信。盡管例如GSM的遠距離通信網絡是用于發送和接收數據的被普遍接受的手段，但是由于成本、業務和法律問題，這些網絡可能不適合于所有數據應用。

短距離通信技術提供了避免在大型蜂窩網絡中出現的某些問題的通信方案。通用的短距離通信技術包括藍牙、IEEE802.11無線局域網(WLAN)、無線USB(WUSB)、超寬帶(UWB)、ZigBee(IEEE802.15.4、IEEE802.15.4a)、和超高頻射頻識別(UHF?RFID)技術。所有這些無線通信技術具有使得它們適合于各種應用的特征和優點。

其中，基于IEEE802.15.4的無線傳輸技術，例如Zigbee，由于其低能量消耗、低速率傳輸、低成本的特點，近年來被大量地應用于環境數據采集，工業監控，軍事等領域中一些對數據率要求不高但功耗要求較高的應用場景。

目前傳統的無線傳感器數據采集網絡，主要采取如下的工作方式：網絡中存在一個無線網關和若干個無線數據采集節點，無線網關和多個無線數據采集節點都工作在一個無線信道上，采集節點周期性地向無線網關發送采集的數據。這樣的工作方式，當網絡中采集節點的數量達到一定規模時，將導致大量無線信道的競爭訪問，使一些網絡節點長期無法獲取信道的使用權，從而使其數據丟失，造成整個網絡性能的下降。為了避免在單一的物理信道上發生過多的信道競爭訪問，需要對信道進行調度，使一些節點工作在一個信道上另一些節點工作在另一個不同的信道上，以此降低單一信道上節點對物理信道訪問的沖突。而現存的一些無線信道調度方法，大多需要大量的網絡原始信息，使得信道調度這個過程本身會消耗大量的網絡資源和計算資源。并且，在實際的應用場景中，無線網絡中的網關節點和數據采集節點大多使用廉價的處理器芯片，芯片內部資源大多非常有限。大量的數據計算一方面可能帶來較高的能耗，另一方面有可能芯片本身就無法進行高數據量的計算操作。

例如，杭州電子科技大學的專利“一種面向容量擴充的無線傳感網多信道調度方法”(專利申請號：201210179612.2)。該專利公開了一種無線傳感網的多信道調度方法，給每棵子樹分配不同的信道，通過引入協調節點，來減少節點信道切換次數和工作在不同信道上節點間的通信頻率，從而使各子樹的網絡負載達到平衡，提高整個網絡的吞吐量。該專利公開的設備存在的不足是，在進行信道調度之前，需要收集的信息較多，過于復雜。例如，在子樹建立時，節點發送的Beacon包需要包括送節點到網關節點的跳數、路徑期望傳輸次數PETX和發送節點ID。這就要求節點必須具有一定的處理能力，并且節點本身應該對網絡的拓撲結構具有一定的感知。而該事實在實際的應用中并不一定成立。因此，該專利所提出的方法具有一定的局限性。

為了解決現有技術中的缺陷，需要提供一種基于鏈路質量指示值的無線傳感器網絡信道調度方法及裝置。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的不足，提出一種高效可靠的基于鏈路質量指示值的無線傳感器網絡信道調度方法及裝置。通常，在無線傳感器網絡的每個信道上，存在一個協調器(例如，無線網關)節點和多個采集節點，其中節點必須工作在一個相同的信道上。優選地，所述采集節點可以是各種類型的無線移動終端。采集節點通過樹狀的通信鏈路逐層地將其采集的數據發送給協調器節點，以達到數據匯聚采集的效果。

然而，在實際環境中，如果在單一信道上聚集的采集節點過多，將導致該信道上的信道競爭沖突加劇，從而使部分采集節點始終難以獲得物理信道的使用權，進而導致采集節點發送數據的丟失。因此，在實際中，無線傳感器網絡通常采用多個信道，每個信道上都設置一個協調器負責該信道上數據的采集。顯然，每個信道在邏輯上形成了一棵通信樹，而整個無線傳感器網絡就是由每個信道上的樹組成的森林，如圖1所示。如何將每個采集節點分配到合適的子樹上，就是信道分配所要解決的問題。