一種基于802.15.4通信協(xié)議的wsn漸進(jìn)式物理拓?fù)涠ㄎ环椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于802. 15. 4通信協(xié)議的無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN)漸進(jìn)式物理拓?fù)?發(fā)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)與普及，作為物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用 越來越廣泛。由于科研及應(yīng)用的需求，需要對受限空間中的某些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)或定時(shí)分布 式監(jiān)測。例如煤礦井下采空區(qū)中的溫度、氧氣濃度、瓦斯?jié)舛鹊葏?shù)的監(jiān)測。為了把握被監(jiān) 測參數(shù)在空間中的分布特征，往往需要分布式布置數(shù)量較多的傳感器節(jié)點(diǎn)，形成監(jiān)測網(wǎng)格， 如果通過有線方式連接各傳感器節(jié)點(diǎn)，在經(jīng)濟(jì)性、安全性、部署方便性、抗毀性等方面都是 不現(xiàn)實(shí)的，甚至是不可能的，因此在該樣的應(yīng)用場景中，常利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對參數(shù)進(jìn)行 分布式采集。
[0003] 在受限空間中，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對其中的一些參數(shù)(例如煤礦采空區(qū)中的溫 度，瓦斯?jié)舛龋鯕鉂舛鹊龋┻M(jìn)行分布式測量，需要漸進(jìn)地在檢測區(qū)域內(nèi)逐行部署無線傳感 器節(jié)點(diǎn)，上位機(jī)在處理該些傳感器檢測信息時(shí)，必須明確知道該些傳感節(jié)點(diǎn)的物理位置，考 慮到降低傳感器部署人員勞動(dòng)強(qiáng)度，避免人為記錄位置出錯(cuò)，需要發(fā)明一種方法自動(dòng)確定 每一行傳感器物理拓?fù)?。為了精確處理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，必須準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)傳感器 節(jié)點(diǎn)與部署位置的匹配，該就需要對布置其中的每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行物理拓?fù)涞亩?位，即實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的通信地址與其部署位置的匹配。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的；解決無線傳感器節(jié)點(diǎn)通信地址與其所布置的地點(diǎn)的匹配問題，從而 保證每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)來源地點(diǎn)的正確性；提供一種基于802. 15. 4通信協(xié)議的WSN漸進(jìn) 式物理拓?fù)涠ㄎ环椒ā?br>[0006] 一種基于802. 15. 4通信協(xié)議的WSN漸進(jìn)式物理拓?fù)涠ㄎ环椒?，其特征在于，包?W下步驟： 51、 根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，逐行布置傳感器節(jié)點(diǎn)； 52、 在整體傳感網(wǎng)絡(luò)的左右兩側(cè)各布置一個(gè)可前后移動(dòng)的信息匯聚節(jié)點(diǎn)sinkA和 sinkB，sinkA與sinkB與網(wǎng)關(guān)連接；每當(dāng)新布置一行無線傳感器節(jié)點(diǎn)后，sinkA與sinkB同 時(shí)移動(dòng)到該行節(jié)點(diǎn)左右兩側(cè)； 53、 由SinkA向該行節(jié)點(diǎn)廣播發(fā)送傳感器拓?fù)涠ㄎ粩?shù)據(jù)包D,，然后收到該數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn) 廣播轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包D,，D,在該行傳感器節(jié)點(diǎn)間順序遍歷，最終到達(dá)SinkB節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn) 發(fā)D,時(shí)就將本機(jī)地址附在D,后面，最后由SinkB將包含了全部轉(zhuǎn)發(fā)路徑的D,上傳到上位 機(jī)；其中，已轉(zhuǎn)發(fā)過D,的節(jié)點(diǎn)稱為已錄節(jié)點(diǎn)，未轉(zhuǎn)發(fā)過D,的節(jié)點(diǎn)稱為未錄節(jié)點(diǎn)，所有傳感器 節(jié)點(diǎn)初始為未錄節(jié)點(diǎn)； S4、上位機(jī)對步驟S3中sinkB轉(zhuǎn)發(fā)的D,進(jìn)行分析，解析出節(jié)點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系，將實(shí)際 物理位置與各節(jié)點(diǎn)的通信地址相匹配。
[0007] 進(jìn)一步的，D述歷過程包括W下步驟： 步驟1;上位機(jī)控制sinkA節(jié)點(diǎn)廣播一個(gè)傳感器拓?fù)涠ㄎ粩?shù)據(jù)包D,; 步驟2;當(dāng)一個(gè)未錄節(jié)點(diǎn)收到D,時(shí)，根據(jù)接收D,的RSSI值計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)等待時(shí)間T，，節(jié)點(diǎn) 進(jìn)入等待狀態(tài)； 步驟3;若節(jié)點(diǎn)在期間T，內(nèi)沒有再次收到D,，就將該節(jié)點(diǎn)通信地址附在D,后面，作為新 的廣播形式轉(zhuǎn)發(fā)出去，并標(biāo)記本機(jī)為已錄節(jié)點(diǎn)，避免重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)； 步驟4;若節(jié)點(diǎn)在等待期間T，內(nèi)收到新的D,，則根據(jù)新到數(shù)據(jù)包RSSI值重新計(jì)算并配 置等待T，，轉(zhuǎn)步驟3; 步驟5;當(dāng)本行最后一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)Dj^sinkB接收時(shí)，其內(nèi)容就包含了該包的全 部轉(zhuǎn)發(fā)路徑，最后由sinkB將0,上傳到上位機(jī)； 步驟6 ;上位機(jī)對D進(jìn)行分析，解析出節(jié)點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系，將實(shí)際物理位置與各節(jié)點(diǎn)的 通信地址相匹配。
[0008] 進(jìn)一步的，所述Ds轉(zhuǎn)發(fā)使用相同的發(fā)射功率。
[0009] 進(jìn)一步的，所述每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)有一個(gè)最小信號強(qiáng)度闊值RSSIthesh，若一 個(gè)數(shù)據(jù)達(dá)到節(jié)點(diǎn)時(shí)的信號強(qiáng)度小于RSSIthtwh，該節(jié)點(diǎn)將該數(shù)據(jù)視為噪聲不予接收。
[0010] 進(jìn)一步的，所述步驟（2)中節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)等待時(shí)間計(jì)算方法包括W下步驟： 步驟5a;節(jié)點(diǎn)接收信號強(qiáng)度記為RSSIf，計(jì)算與節(jié)點(diǎn)接收闊值的信號強(qiáng)度差值RSSIjj-RSSIf-RSSIthesh; 步驟化：節(jié)點(diǎn)根據(jù)RSSId計(jì)算等待時(shí)間
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于802. 15. 4通信協(xié)議的WSN漸進(jìn)式物理拓?fù)涠ㄎ环椒ǎ涮卣髟谟?，包括?下步驟： 51、 根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，逐行布置傳感器節(jié)點(diǎn)； 52、 在整體傳感網(wǎng)絡(luò)的左右兩側(cè)各布置一個(gè)可前后移動(dòng)的信息匯聚節(jié)點(diǎn)sinkA和 sinkB，sinkA與sinkB與網(wǎng)關(guān)連接；每當(dāng)新布置一行無線傳感器節(jié)點(diǎn)后，sinkA與sinkB同 時(shí)移動(dòng)到該行節(jié)點(diǎn)左右兩側(cè)； 53、 由sinkA向該行節(jié)點(diǎn)廣播發(fā)送傳感器拓?fù)涠ㄎ粩?shù)據(jù)包Ds，然后收到該數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn) 廣播轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包D s，03在該行傳感器節(jié)點(diǎn)間順序遍歷，最終到達(dá)sinkB節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn) 發(fā)Ds時(shí)就將本機(jī)地址附在D s后面，最后由sinkB將包含了全部轉(zhuǎn)發(fā)路徑的D s上傳到上位 機(jī)；其中，已轉(zhuǎn)發(fā)過Ds的節(jié)點(diǎn)稱為已錄節(jié)點(diǎn)，未轉(zhuǎn)發(fā)過D s的節(jié)點(diǎn)稱為未錄節(jié)點(diǎn)，所有傳感器 節(jié)點(diǎn)初始為未錄節(jié)點(diǎn)； 54、 上位機(jī)對步驟S3中sinkB轉(zhuǎn)發(fā)的03進(jìn)行分析，解析出節(jié)點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系，將實(shí)際 物理位置與各節(jié)點(diǎn)的通信地址相匹配。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于802. 15. 4通信協(xié)議的WSN漸進(jìn)式物理拓?fù)涠ㄎ环?法，其特征在于，Ds遍歷過程包括以下步驟： 步驟1 :上位機(jī)控制sinkA節(jié)點(diǎn)廣播一個(gè)傳感器拓?fù)涠ㄎ粩?shù)據(jù)包Ds; 步驟2 :當(dāng)一個(gè)未錄節(jié)點(diǎn)收到03時(shí)，根據(jù)接收D 3的RSSI值計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)等待時(shí)間T w，節(jié)點(diǎn) 進(jìn)入等待狀態(tài)； 步驟3 :若節(jié)點(diǎn)在期間Tw內(nèi)沒有再次收到D s，就將該節(jié)點(diǎn)通信地址附在Ds后面，作為新 的Ds以廣播形式轉(zhuǎn)發(fā)出去，并標(biāo)記本機(jī)為已錄節(jié)點(diǎn)，避免重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)； 步驟4 :若節(jié)點(diǎn)在等待期間Tw內(nèi)收到新的D s，則根據(jù)新到數(shù)據(jù)包RSSI值重新計(jì)算并配 置等待Tw，轉(zhuǎn)步驟（3); 步驟5 :當(dāng)本行最后一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)03被sinkB接收時(shí)，其內(nèi)容就包含了該包的全 部轉(zhuǎn)發(fā)路徑，最后由sinkB將DsI傳到上位機(jī)； 步驟6 :上位機(jī)對Ds?行分析，解析出節(jié)點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系，將實(shí)際物理位置與各節(jié)點(diǎn)的 通信地址相匹配。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于802. 15. 4通信協(xié)議的WSN漸進(jìn)式物理拓?fù)涠ㄎ环?法，其特征在于，所述Ds轉(zhuǎn)發(fā)使用相同的發(fā)射功率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于802. 15. 4通信協(xié)議的WSN漸進(jìn)式物理拓?fù)涠ㄎ环?法，其特征在于，所述每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)有一個(gè)最小信號強(qiáng)度閾值RSSIthresh,若一個(gè)數(shù) 據(jù)達(dá)到節(jié)點(diǎn)時(shí)的信號強(qiáng)度小于RSSI thresh,該節(jié)點(diǎn)將該數(shù)據(jù)視為噪聲不予接收。
5. 權(quán)利要求2所述的一種基于802. 15. 4通信協(xié)議的WSN漸進(jìn)式物理拓?fù)涠ㄎ环椒?，?特征在于，所述步驟（2)中節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)等待時(shí)間計(jì)算方法包括以下步驟： 步驟5a:節(jié)點(diǎn)接收信號強(qiáng)度記為RSSIy計(jì)算與節(jié)點(diǎn)接收閾值的信號強(qiáng)度差值 RSSId=RSSIr-RSSIthresh； 步驟5b :節(jié)點(diǎn)根據(jù)RSSId計(jì)算等待時(shí)間Tw:
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于802. 15. 4通信協(xié)議的WSN漸進(jìn)式物理拓?fù)涠ㄎ环?法，其特征在于，所述步驟5中sinkB對Ds進(jìn)行判斷包括以下步驟： 步驟6a :sinkB在收到03后，采用所述步驟5b的方法，計(jì)算上傳轉(zhuǎn)發(fā)等待時(shí)間T w，如果 在等待期間沒有再次收到Ds，則等待時(shí)間結(jié)束后，將比上傳至上位機(jī)； 步驟6b :如果在等待期間，再次收到Ds，則轉(zhuǎn)到步驟6a。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于802.15.4通信協(xié)議的WSN漸進(jìn)式物理拓?fù)涠ㄎ环椒?；在傳感器布點(diǎn)過程中，每布置一行傳感節(jié)點(diǎn)，上位機(jī)就通過sinkA向本行節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)傳感器拓?fù)涠ㄎ粩?shù)據(jù)包Ds，節(jié)點(diǎn)采用廣播中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式將Ds向sinkB轉(zhuǎn)發(fā)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)Ds時(shí)就將本機(jī)地址附在Ds后面，當(dāng)Ds被sinkB接收時(shí)，其內(nèi)容就包含了該包的經(jīng)歷的全部轉(zhuǎn)發(fā)路徑。本拓?fù)涠ㄎ环椒ǎ谕負(fù)浒l(fā)現(xiàn)過程中限制每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)只能進(jìn)行一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，有效減低了節(jié)點(diǎn)通信能耗；每次僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，避免了網(wǎng)絡(luò)中通信碰撞現(xiàn)象的發(fā)生；從而確保Ds順序遍歷該行全部節(jié)點(diǎn)，保證了節(jié)點(diǎn)物理拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)確性。
【IPC分類】H04W40-20, H04W52-02, H04W40-02
【公開號】CN104837170
【申請?zhí)枴緾N201510194666
【發(fā)明人】華鋼, 黃冬勃, 顧博聞, 曹佩永, 聶政
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月23日