專利名稱：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電力線監(jiān)測系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法，特別是一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電力線監(jiān)測系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)傳輸方法。
背景技術(shù)：
電力線傳輸系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它的穩(wěn)定運(yùn)行與否直接影響國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的生活。同時(shí)，電力線傳輸線路分布點(diǎn)多、面廣，絕大多數(shù)遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，所處地形復(fù)雜、自然環(huán)境惡劣，很容易因?yàn)樽匀粸?zāi)害或者疲勞累積而造成電力線斷裂，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的停電事故。因此，需要建立電力線監(jiān)測系統(tǒng)，對電力線所處的環(huán)境因素、張力等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并能夠?qū)ξｋU(xiǎn)情況及時(shí)報(bào)警，目前新興的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有低功耗的數(shù)據(jù)傳輸特性，特別適合應(yīng)用于電力線檢測系統(tǒng)中。面向電力線網(wǎng)絡(luò)的特殊需求，如鏈狀、多 跳、事件驅(qū)動(dòng)等，需要設(shè)計(jì)專門面向基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電力線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法。目前，針對基于無線傳感器的電力線監(jiān)測系統(tǒng)的專利有[I]吳建國.帶ZIGBEE無線通信功能的電力線路安全監(jiān)測儀[P].中國專利201020204953. 7，2010-05-27. [2]Sensor Networks For Monitoring Pipelines And Power Lines.US2007041333A1，2007-02-22.其中[I]提出了使用ZIGBEE技術(shù)進(jìn)行電力線檢測及數(shù)據(jù)傳輸，然而ZIGBEE是一個(gè)通用性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，并沒有針對電力線網(wǎng)絡(luò)的特殊需求提出數(shù)據(jù)傳輸方法。[2]提出了釆用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對電力線進(jìn)行檢測，并沒有涉及具體數(shù)據(jù)傳輸方法。專利[3]Remote Monitoring of Pipelines using Wireless SensorNetwork. US7526944B2，2009-05-05.提出了利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對鏈狀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測的方法，但其重點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[4] I. Jawhar，N. Mohamed and K. Shuaib.A framework for pipeline infrastructure monitoring using wireless sensornetworks. The Sixth Annual Wireless Telecommunications Symposium(WTS2007), IEEECommunication Society/ACM Sigmobilej Pomona, California, U. S. A.，April 2007.文獻(xiàn)Imad Jawhar, Nader Mohamedj Khaled Shuaib and Nader Kesserwan. An EfficientFramework and Networking Protocol for Linear Wireless Sensor Networks.Ad Hoc&Sensor Wireless NetworksOl/2009, 7:3-21.提出了用于監(jiān)測鏈狀網(wǎng)絡(luò)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)，但其重點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)整體框架的設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[6]MarcoZimmerlingj Waltenegus Dargiej Johnathan M. Reason, Localized power-aware routingin linear wireless sensor networks,Proceedings of the 2nd ACM internationalconference on Context-awareness for self-managing systems,p.24-33，May19-19，2008，Sydney, Australia.設(shè)計(jì)了一種鏈狀多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，但其并沒有考慮更為重要的MAC層設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[7]S. U. Hashmi, J. H. Sarkerj H. T. Mouftahj N.D.Georganasj An Effcient TDMA Scheme with Dynamic Slot Assignment in ClusteredWireless Sensor Networks, GLOBECOM 2010, 2010IEEE. 6-10Dec. 2010.提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中事件驅(qū)動(dòng)型的MAC協(xié)議思想，但其只局限于單跳網(wǎng)絡(luò)中，并沒有擴(kuò)展到多跳鏈狀網(wǎng)絡(luò)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)電力線監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸方式存在的僅限于單跳網(wǎng)絡(luò)、能量負(fù)載不均衡的不足，本發(fā)明提出了一種適用于基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)電力線監(jiān)測系統(tǒng)的鏈狀多跳網(wǎng)絡(luò)、能量負(fù)載均衡的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電力線監(jiān)測系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)傳輸方法。為了解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電力線監(jiān)測系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)傳輸方法，所述電力線監(jiān)測系統(tǒng)包括匯聚節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)周期性的廣播信標(biāo)用于與傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)間 同步；傳感器節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)通過多跳的方式發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，所述數(shù)據(jù)傳輸方法包括以下步驟I)、傳感器節(jié)點(diǎn)以T為工作周期，每個(gè)周期的起始階段通過捕獲信標(biāo)與匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間同步；2)、隨機(jī)接入傳感器節(jié)點(diǎn)通過廣播與鄰居交換節(jié)點(diǎn)信息以確定本周期有數(shù)據(jù)需要發(fā)送的節(jié)點(diǎn)，即發(fā)送節(jié)點(diǎn)；3)、通過發(fā)送節(jié)點(diǎn)間的通信可達(dá)性及局部網(wǎng)絡(luò)能量負(fù)載均衡，分布式選擇中繼節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^；所述的中繼節(jié)點(diǎn)選擇階段由發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)起，選擇在本周期無數(shù)據(jù)發(fā)送的傳感器節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)，步驟如下3. I)查看鄰居信息表，判斷前向N跳鄰居有無數(shù)據(jù)發(fā)送；若有，則退出；若無，執(zhí)行3. 2)；3. 2)選擇前向N跳鄰居中剩余能量最大的傳感器節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)，發(fā)送請求包；3.3)目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)接收到請求包，將自身設(shè)置為中繼節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行3. I)；4)、分布式地為在數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)需要喚醒的節(jié)點(diǎn)，即發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)分配時(shí)間片，其余節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)；發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)通過廣播時(shí)間片數(shù)據(jù)包進(jìn)行分布式的時(shí)間片分配，步驟如下4. I)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)初始化本地時(shí)間片為Stl ；4. 2)廣播時(shí)間片數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包中包含目前本傳感器節(jié)點(diǎn)的時(shí)間片值S。；4. 3)若傳感器節(jié)點(diǎn)收到后向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播的時(shí)間片數(shù)據(jù)包，記錄該數(shù)據(jù)包中時(shí)間片為S。，判斷S0與Sc，若Sc大于等于S0,執(zhí)行4. 4) ；S0=Sc ;執(zhí)行4. 2)；4. 4)若在Ta時(shí)間內(nèi)沒收到時(shí)間片數(shù)據(jù)包，時(shí)間片分配結(jié)束；5)、采用階梯狀的數(shù)據(jù)上傳鏈路對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行喚醒/休眠調(diào)度。進(jìn)一步，所述匯聚節(jié)點(diǎn)在工作周期T的起始階段廣播信標(biāo)幀，信標(biāo)幀中包含時(shí)間同步信息。
更進(jìn)一步，所述工作周期T為隨機(jī)接入、中繼節(jié)點(diǎn)選擇、時(shí)間片分配、數(shù)據(jù)上傳四個(gè)階段，隨機(jī)接入階段長度為 ；，中繼節(jié)點(diǎn)選擇階段長度為Ts，時(shí)間片分配階段長度為Ta，數(shù)據(jù)上傳階段長度為Tu，并且滿足T=I；+Ts+Ta+Tu。所述隨機(jī)接入階段用于傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換，傳感器節(jié)點(diǎn)廣播HELLO數(shù)據(jù)包，其中包括節(jié)點(diǎn)ID、節(jié)點(diǎn)電量、是否需要發(fā)送數(shù)據(jù)指示；同時(shí)，節(jié)點(diǎn)在本地維護(hù)N跳鄰居信息表，表中包含鄰居節(jié)點(diǎn)ID、節(jié)點(diǎn)電量、數(shù)據(jù)發(fā)送指示位。當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)接收到鄰居傳 感器節(jié)點(diǎn)的HELLO數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)包中有關(guān)的節(jié)點(diǎn)信息寫入鄰居信息表中。在數(shù)據(jù)上傳階段，采用階梯狀的數(shù)據(jù)上傳方式，發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)在分配的時(shí)間片內(nèi)喚醒，進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，其余時(shí)間內(nèi)進(jìn)入休眠狀態(tài)；其余節(jié)點(diǎn)一直保持休眠狀態(tài)。設(shè)置所述的時(shí)間片Si大小為Tslrt,分為接收階段RXi和發(fā)送階段TXi,對于鏈路上相鄰節(jié)點(diǎn)i與i+Ι，其對應(yīng)的時(shí)間片Si的發(fā)送階段與Si+1的接收階段重合，即TXi=RXw,以此實(shí)現(xiàn)鏈路階梯狀的數(shù)據(jù)上傳方式。本發(fā)明的的技術(shù)構(gòu)思為主要面向電力線監(jiān)測系統(tǒng)鏈狀多跳網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，并且根據(jù)事件驅(qū)動(dòng)型的性質(zhì)，提出了針對性的數(shù)據(jù)傳輸方法。設(shè)置兩類節(jié)點(diǎn)匯聚節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)周期性的廣播信標(biāo)用于與傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步；傳感器節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)通過多跳的方式發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。該網(wǎng)絡(luò)以T為工作周期，在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)周期，通過廣播交換節(jié)點(diǎn)能量及數(shù)據(jù)發(fā)送信息，并根據(jù)能量負(fù)載均衡原則選擇合理的中繼節(jié)點(diǎn)以延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。在此之后，給發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)分配時(shí)間片使其進(jìn)行梯狀的數(shù)據(jù)上傳以降低數(shù)據(jù)傳輸延遲，同時(shí)控制其余節(jié)點(diǎn)一直保持休眠，以減少節(jié)點(diǎn)能量消耗。本發(fā)明的有益效果為


圖I是本發(fā)明所述基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)電力線監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)工作周期示意圖；圖2是本發(fā)明所述的HELLO廣播幀結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明所述的信標(biāo)幀結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明所述的中繼選擇算法流程圖；圖5是本發(fā)明所述的中繼請求幀結(jié)構(gòu)圖；圖6是本發(fā)明所述的時(shí)間片分配算法流程圖；圖7是本發(fā)明所述的時(shí)間片數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)圖；圖8是本發(fā)明所述的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳時(shí)間片調(diào)度示意圖。
具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的進(jìn)行詳細(xì)說明。參照圖f圖8，一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電力線監(jiān)測系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)傳輸方法，所述電力線監(jiān)測系統(tǒng)包括匯聚節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)周期性的廣播信標(biāo)用于與傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步；傳感器節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)通過多跳的方式發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，所述數(shù)據(jù)傳輸方法包括以下步驟
6)、傳感器節(jié)點(diǎn)以T為工作周期，每個(gè)周期的起始階段通過捕獲信標(biāo)與匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間同步；7)、隨機(jī)接入傳感器節(jié)點(diǎn)通過廣播與鄰居交換節(jié)點(diǎn)信息以確定本周期有數(shù)據(jù)需要發(fā)送的節(jié)點(diǎn)，即發(fā)送節(jié)點(diǎn)；8)、通過發(fā)送節(jié)點(diǎn)間的通信可達(dá)性及局部網(wǎng)絡(luò)能量負(fù)載均衡，分布式選擇中繼節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^；所述的中繼節(jié)點(diǎn)選擇階段由發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)起，選擇在本周期無數(shù)據(jù)發(fā)送的傳感器節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)，步驟如下3. I)查看鄰居信息表，判斷前向N跳鄰居有無數(shù)據(jù)發(fā)送；若有，則退出；若無，執(zhí)行 3. 2)；3. 2)選擇前向N跳鄰居中剩余能量最大的傳感器節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)，發(fā)送請求包；3. 3)目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)接收到請求包，將自身設(shè)置為中繼節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行3. I)；9)、分布式地為在數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)需要喚醒的節(jié)點(diǎn)，即發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)分配時(shí)間片，其余節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)；發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)通過廣播時(shí)間片數(shù)據(jù)包進(jìn)行分布式的時(shí)間片分配，步驟如下4. I)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)初始化本地時(shí)間片為Stl ；4. 2)廣播時(shí)間片數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包中包含目前本傳感器節(jié)點(diǎn)的時(shí)間片值Stl ；4. 3)若傳感器節(jié)點(diǎn)收到后向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播的時(shí)間片數(shù)據(jù)包，記錄該數(shù)據(jù)包中時(shí)間片為S。，判斷S0與Sc，若Sc大于等于S0,執(zhí)行4. 4) ；S0=Sc ;執(zhí)行4. 2)；4. 4)若在Ta時(shí)間內(nèi)沒收到時(shí)間片數(shù)據(jù)包，時(shí)間片分配結(jié)束；10)、采用階梯狀的數(shù)據(jù)上傳鏈路對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行喚醒/休眠調(diào)度。進(jìn)一步，所述匯聚節(jié)點(diǎn)在工作周期T的起始階段廣播信標(biāo)幀，信標(biāo)幀中包含時(shí)間同步信息。更進(jìn)一步，所述工作周期T為隨機(jī)接入、中繼節(jié)點(diǎn)選擇、時(shí)間片分配、數(shù)據(jù)上傳四個(gè)階段，隨機(jī)接入階段長度為 ；，中繼節(jié)點(diǎn)選擇階段長度為Ts，時(shí)間片分配階段長度為Ta，數(shù)據(jù)上傳階段長度為Tu，并且滿足T=I；+Ts+Ta+Tu。所述隨機(jī)接入階段用于傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換，傳感器節(jié)點(diǎn)廣播HELLO數(shù)據(jù)包，其中包括節(jié)點(diǎn)ID、節(jié)點(diǎn)電量、是否需要發(fā)送數(shù)據(jù)指示；同時(shí)，節(jié)點(diǎn)在本地維護(hù)N跳鄰居信息表，表中包含鄰居節(jié)點(diǎn)ID、節(jié)點(diǎn)電量、數(shù)據(jù)發(fā)送指示位。當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)接收到鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)的HELLO數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)包中有關(guān)的節(jié)點(diǎn)信息寫入鄰居信息表中。在數(shù)據(jù)上傳階段，采用階梯狀的數(shù)據(jù)上傳方式，發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)在分配的時(shí)間片內(nèi)喚醒，進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，其余時(shí)間內(nèi)進(jìn)入休眠狀態(tài)；其余節(jié)點(diǎn)一直保持休眠狀態(tài)。設(shè)置所述的時(shí)間片Si大小為Tslrt,分為接收階段RXi和發(fā)送階段TXi,對于鏈路上相鄰節(jié)點(diǎn)i與i+Ι，其對應(yīng)的時(shí)間片Si的發(fā)送階段與Si+1的接收階段重合，即TXi=RXw,以此實(shí)現(xiàn)鏈路階梯狀的數(shù)據(jù)上傳方式。具體的工作周期如圖I所示，匯聚節(jié)點(diǎn)以T (I分鐘)為工作周期廣播信標(biāo)幀，信標(biāo)幀中包含時(shí)間同步信息用于傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步。信標(biāo)幀的結(jié)構(gòu)如圖3所示。時(shí)間T組織為隨機(jī)接入、中繼節(jié)點(diǎn)選擇、時(shí)間片分配、數(shù)據(jù)上傳四個(gè)階段，隨機(jī)接入階段長度為I； (5秒)，中繼節(jié)點(diǎn)選擇階段長度為Ts (5秒)，時(shí)間片分配階段長度為Ta (10秒)，數(shù)據(jù)上傳階段長度為Tu (40秒)，并且滿足T=Tr+Ts+Ta+Tu。隨機(jī)接入階段用于傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換，傳感器節(jié)點(diǎn)廣播HELLO數(shù)據(jù)幀，具體幀格式如圖2所示。HELLO數(shù)據(jù)幀中包括節(jié)點(diǎn)ID、節(jié)點(diǎn)電量、是否需要發(fā)送數(shù)據(jù)指示。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)在本地維護(hù)N (典型值為3)跳鄰居信息表，表中包含鄰居節(jié)點(diǎn)ID、節(jié)點(diǎn)電量、數(shù)據(jù)發(fā)送指示。信息交換過程為I、節(jié)點(diǎn)將本地ID、節(jié)點(diǎn)電量、是否需要發(fā)送數(shù)據(jù)指示記錄到HELLO數(shù)據(jù)包中，并將 該數(shù)據(jù)包廣播。2、當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到鄰居節(jié)點(diǎn)的HELLO數(shù)據(jù)包后，將相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)ID、節(jié)點(diǎn)電量、是否需要發(fā)送數(shù)據(jù)放入本地維護(hù)的N跳鄰居信息表中。中繼節(jié)點(diǎn)選擇階段由發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)起，根據(jù)局部網(wǎng)絡(luò)能量負(fù)載均衡選擇相應(yīng)的在本周期無數(shù)據(jù)發(fā)送的傳感器節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)，如圖4所示，相應(yīng)的步驟如下I、查看鄰居信息表，判斷前向N (典型值為3)跳鄰居有無數(shù)據(jù)發(fā)送。若有，則退出；若無，執(zhí)行2)。2、選擇前向N跳鄰居中剩余能量最大的傳感器節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)，發(fā)送中繼請求幀，幀格式如圖5所示。3、若目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)接收到中繼請求幀，將自身設(shè)置為中繼節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行I)。時(shí)間片分配階段發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行的時(shí)間片分配，其余節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)。發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)通過廣播時(shí)間片數(shù)據(jù)包進(jìn)行分布式的時(shí)間片分配，如圖6所示，相應(yīng)的步驟如下I、發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)初始化本地時(shí)間片為Stl=I ；2、廣播時(shí)間片數(shù)據(jù)幀，格式如圖7所示。時(shí)間片數(shù)據(jù)幀中包含目前本傳感器節(jié)點(diǎn)的時(shí)間片值Stl ；3、若傳感器節(jié)點(diǎn)收到后向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播的時(shí)間片數(shù)據(jù)幀，記錄該數(shù)據(jù)包中時(shí)間片為S。，判斷Stl與S。。若S。大于等于Stl，執(zhí)行4)；4、Stl=Se ;執(zhí)行 2);若在Ta時(shí)間內(nèi)沒收到時(shí)間片數(shù)據(jù)包，時(shí)間片分配結(jié)束。數(shù)據(jù)上傳階段，采用階梯狀的數(shù)據(jù)上傳方式，如圖8所示。發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)在分配的時(shí)間片內(nèi)喚醒，進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，其余時(shí)間內(nèi)進(jìn)入休眠狀態(tài)。其余節(jié)點(diǎn)一直保持休眠狀態(tài)。所述的時(shí)間片Si大小為Tslrt (典型值為200毫秒)，分為接收階段RXi (100毫秒)和發(fā)送階段TXi (100毫秒)。對于鏈路上相鄰節(jié)點(diǎn)i與i+Ι，其對應(yīng)的時(shí)間片Si的發(fā)送階段與si+1的接收階段重合，即TXi=RXw,以此實(shí)現(xiàn)鏈路階梯狀的數(shù)據(jù)上傳方式。
權(quán)利要求
1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電力線監(jiān)測系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于所述電力線監(jiān)測系統(tǒng)包括匯聚節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)周期性的廣播信標(biāo)用于與傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步；傳感器節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)通過多跳的方式發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，所述數(shù)據(jù)傳輸方法包括以下步驟 1)、傳感器節(jié)點(diǎn)以T為工作周期，每個(gè)周期的起始階段通過捕獲信標(biāo)與匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間同步； 2)、隨機(jī)接入傳感器節(jié)點(diǎn)通過廣播與鄰居交換節(jié)點(diǎn)信息以確定本周期有數(shù)據(jù)需要發(fā)送的節(jié)點(diǎn)，即發(fā)送節(jié)點(diǎn)； 3)、通過發(fā)送節(jié)點(diǎn)間的通信可達(dá)性及局部網(wǎng)絡(luò)能量負(fù)載均衡，分布式選擇中繼節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^； 所述的中繼節(jié)點(diǎn)選擇階段由發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)起，選擇在本周期無數(shù)據(jù)發(fā)送的傳感器節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)，步驟如下 3.I)查看鄰居信息表，判斷前向N跳鄰居有無數(shù)據(jù)發(fā)送；若有，則退出；若無，執(zhí)行3.2)； 3.2)選擇前向N跳鄰居中剩余能量最大的傳感器節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)，發(fā)送請求包； 3.3)目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)接收到請求包，將自身設(shè)置為中繼節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行3. I)； 4)、分布式地為在數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)需要喚醒的節(jié)點(diǎn)，即發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)分配時(shí)間片，其余節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)； 發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)通過廣播時(shí)間片數(shù)據(jù)包進(jìn)行分布式的時(shí)間片分配，步驟如下 4.I)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)初始化本地時(shí)間片為Stl ； 4.2)廣播時(shí)間片數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包中包含目前本傳感器節(jié)點(diǎn)的時(shí)間片值S。； 4.3)若傳感器節(jié)點(diǎn)收到后向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播的時(shí)間片數(shù)據(jù)包，記錄該數(shù)據(jù)包中時(shí)間片為Sc，判斷S0與Sc，若Sc大于等于S0,執(zhí)行4. 4) ；S0=Sc ;執(zhí)行4. 2)； 4.4)若在Ta時(shí)間內(nèi)沒收到時(shí)間片數(shù)據(jù)包，時(shí)間片分配結(jié)束； 5)、采用階梯狀的數(shù)據(jù)上傳鏈路對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行喚醒/休眠調(diào)度。
2.如權(quán)利要求I所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電力線監(jiān)測系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于所述匯聚節(jié)點(diǎn)在工作周期T的起始階段廣播信標(biāo)幀，信標(biāo)幀中包含時(shí)間同步信息。
3.如權(quán)利要求2所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電力線監(jiān)測系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于所述工作周期T為隨機(jī)接入、中繼節(jié)點(diǎn)選擇、時(shí)間片分配、數(shù)據(jù)上傳四個(gè)階段，隨機(jī)接入階段長度為 ；，中繼節(jié)點(diǎn)選擇階段長度為Ts，時(shí)間片分配階段長度為Ta，數(shù)據(jù)上傳階段長度為Tu，并且滿足T=I；+Ts+Ta+Tu。
4.如權(quán)利要求f3之一所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電力線監(jiān)測系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于所述隨機(jī)接入階段用于傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換，傳感器節(jié)點(diǎn)廣播HELLO數(shù)據(jù)包，其中包括節(jié)點(diǎn)ID、節(jié)點(diǎn)電量、是否需要發(fā)送數(shù)據(jù)指示；同時(shí)，節(jié)點(diǎn)在本地維護(hù)N跳鄰居信息表，表中包含鄰居節(jié)點(diǎn)ID、節(jié)點(diǎn)電量、數(shù)據(jù)發(fā)送指示位。
5.如權(quán)利要求4所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電力線監(jiān)測系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)接收到鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)的HELLO數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)包中有關(guān)的節(jié)點(diǎn)信息寫入鄰居信息表中。
6.如權(quán)利要求f3之一所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電力線監(jiān)測系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于在數(shù)據(jù)上傳階段，采用階梯狀的數(shù)據(jù)上傳方式，發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)在分配的時(shí)間片內(nèi)喚醒，進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，其余時(shí)間內(nèi)進(jìn)入休眠狀態(tài)；其余節(jié)點(diǎn)一直保持休眠狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電力線監(jiān)測系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于設(shè)置所述的時(shí)間片Si大小為Tslrt，分為接收階段RXi和發(fā)送階段TXi,對于鏈路上相鄰節(jié)點(diǎn)i與i+Ι，其對應(yīng)的時(shí)間片Si的發(fā)送階段與Si+1的接收階段重合，即TXi=RXw,以此實(shí)現(xiàn)鏈路階梯狀的數(shù)據(jù)上傳方式。
全文摘要
一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電力線監(jiān)測系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)傳輸方法，包括以下步驟1)傳感器節(jié)點(diǎn)以T為工作周期，每個(gè)周期的起始階段通過捕獲信標(biāo)與匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間同步；2)傳感器節(jié)點(diǎn)通過廣播與鄰居交換節(jié)點(diǎn)信息以確定本周期有數(shù)據(jù)需要發(fā)送的節(jié)點(diǎn)；3)通過發(fā)送節(jié)點(diǎn)間的通信可達(dá)性及局部網(wǎng)絡(luò)能量負(fù)載均衡，分布式選擇中繼節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^；4)中繼節(jié)點(diǎn)選擇階段由發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)起，選擇在本周期無數(shù)據(jù)發(fā)送的傳感器節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)；5)分布式地為在數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)需要喚醒的節(jié)點(diǎn)；6)采用階梯狀的數(shù)據(jù)上傳鏈路對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行喚醒/休眠調(diào)度。本發(fā)明適用于基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)電力線監(jiān)測系統(tǒng)的鏈狀多跳網(wǎng)絡(luò)、能量負(fù)載均衡。
文檔編號H04W56/00GK102883370SQ20121033010
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者陳慶章, 王凱, 倪云峰, 李興華, 陳宇錚, 宦若紅, 趙小敏, 毛科技, 雷艷靜 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)