一種無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法，主要包括：網(wǎng)關合并雙向樹中所有子節(jié)點列表，構建用于遍歷雙向樹中所有樹節(jié)點、且包含端到端的路由信息的路由列表；基于構建的路由列表，網(wǎng)關通過依次向每個樹節(jié)點發(fā)送包含端到端的路由信息的請求，發(fā)起數(shù)據(jù)下載請求；目標節(jié)點沿著雙向樹中與數(shù)據(jù)下載請求相反的路徑，向網(wǎng)關反饋數(shù)據(jù)下載請求所請求的數(shù)據(jù)。本發(fā)明所述無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法，可以克服現(xiàn)有技術中數(shù)據(jù)采集可靠度低和數(shù)據(jù)傳輸效率低等缺陷，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集可靠度高和數(shù)據(jù)傳輸效率高的優(yōu)點。
【專利說明】一種無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及通信【技術領域】，具體地，涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法。
【背景技術】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks,簡稱WSN)是當前在國際上備受關注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域。傳感器技術、微機電系統(tǒng)、現(xiàn)代網(wǎng)絡和無線通信等技術的進步，推動了現(xiàn)代無線傳感器網(wǎng)絡的產(chǎn)生和發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡擴展了人們信息獲取能力，將客觀世界的物理信息同傳輸網(wǎng)絡連接在一起，在下一代網(wǎng)絡中將為人們提供最直接、最有效、最真實的信息。無線傳感器網(wǎng)絡能夠獲取客觀物理信息，具有十分廣闊的應用前景，能應用于軍事國防、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境檢測、搶險救災、危險區(qū)域遠程控制等領域。已經(jīng)引起了許多國家學術界和工業(yè)界的高度重視，被認為是對21世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術之一。
[0003]無線傳感器網(wǎng)絡就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網(wǎng)絡的三個要素。
[0004]無線傳感器網(wǎng)絡是一種由大量小型傳感器所組成的網(wǎng)絡。這些小型傳感器一般稱作傳感器節(jié)點(sensor node)或者節(jié)點(mote)。此種網(wǎng)絡中一般也有一個或幾個基站(稱作sink)用來集中從小型傳感器收集的數(shù)據(jù)。
[0005]在大規(guī)模高密度的無線傳感器網(wǎng)絡中，傳統(tǒng)的下載方式會降低數(shù)據(jù)采集的可靠度。
[0006]在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術中至少存在數(shù)據(jù)采集可靠度低和數(shù)據(jù)傳輸效率低等缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集可靠度高和數(shù)據(jù)傳輸效率高的優(yōu)點。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:一種無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法，主要包括:
a、網(wǎng)關合并雙向樹中所有子節(jié)點列表，構建用于遍歷雙向樹中所有樹節(jié)點、且包含端到端的路由彳目息的路由列表；
b、基于構建的路由列表，網(wǎng)關通過依次向每個樹節(jié)點發(fā)送包含端到端的路由信息的請求，發(fā)起數(shù)據(jù)下載請求；
C、目標節(jié)點沿著雙向樹中與數(shù)據(jù)下載請求相反的路徑，向網(wǎng)關反饋數(shù)據(jù)下載請求所請求的數(shù)據(jù)。
[0009]進一步地,在步驟c之后,還包括: d、數(shù)據(jù)下載請求所請求的數(shù)據(jù)沿目標節(jié)點到達網(wǎng)關后，網(wǎng)關驗證CRC數(shù)據(jù)。
[0010]3.根據(jù)權利要求2所述的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法，其特征在于，在步驟d中，還包括:當網(wǎng)關驗證CRC數(shù)據(jù)出錯時，返回步驟b，請求重傳。
[0011]進一步地,在步驟a與步驟b之間,還包括:
子節(jié)點在路由構建的過程中估算本地延遲時間；
子節(jié)點將本地延遲時間上傳到網(wǎng)關，網(wǎng)關估算到每個節(jié)點的傳輸延遲。
[0012]進一步地，在步驟a中，所述構建用于遍歷雙向樹中所有樹節(jié)點、且包含端到端的路由信息的路由列表的操作，具體包括:
⑴網(wǎng)關查詢第一層子節(jié)點的子節(jié)點列表；
⑵網(wǎng)關向第二層子節(jié)點發(fā)送輪詢請求，得到第二層子節(jié)點的列表；
⑶網(wǎng)關以此方式向更深層級的子節(jié)點尋求子節(jié)點列表；
⑷網(wǎng)關歷遍所有層次的子節(jié)點，獲得完整的子節(jié)點列表和路由信息。
[0013]進一步地，在步驟a之前，還包括:建立具有雙向樹的網(wǎng)絡拓撲。
[0014]進一步地，所述建立具有雙向樹的網(wǎng)絡拓撲的操作，具體包括:
aO、在預設的網(wǎng)絡拓撲表中加入能夠進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鞲衅鞴?jié)點，將該傳感器節(jié)點稱為樹節(jié)點；將暫未加入網(wǎng)絡拓撲表的傳感器節(jié)點稱為非樹節(jié)點；
bO、網(wǎng)關通過廣播樹節(jié)點的心跳消息的方式，初始化網(wǎng)絡拓撲的建立過程；
CO、基于網(wǎng)絡拓撲建立過程的初始化結果，非樹節(jié)點競爭加入網(wǎng)絡拓撲表后，通過發(fā)出自身的心跳消息的方式，募集更多的傳感器節(jié)點，建立所需網(wǎng)絡拓撲結構。
[0015]進一步地，在步驟bO中，網(wǎng)關是整個樹的根節(jié)點，網(wǎng)關會周期性地發(fā)送心跳消息； 當一個節(jié)點加入到樹種之后，節(jié)點會等待其父節(jié)點發(fā)來的第二個心跳消息，此心跳消
息會觸發(fā)該節(jié)點發(fā)送自己的心跳消息；心跳消息中明確標明了該節(jié)點的哪些父節(jié)點和子節(jié)點處于活動狀態(tài)；
如果一個節(jié)點在預設時間段無法從其父節(jié)點得到心跳消息，則該節(jié)點認為其父節(jié)點已經(jīng)不可達，并會將自己重新回復到掃描的狀態(tài)；
同樣地，父節(jié)點也會將子節(jié)點從拓撲表中刪除，如果長時間沒有收到子節(jié)點的心跳數(shù)
據(jù)；
在步驟bO中，網(wǎng)關通過廣播樹節(jié)點的心跳消息的方式,初始化網(wǎng)絡拓撲的建立過程的操作，具體包括:
網(wǎng)關發(fā)送心跳消息；
節(jié)點收到心跳消息,加入樹；
網(wǎng)關再次發(fā)送心跳消息，包含節(jié)點的信息；
節(jié)點確認加入網(wǎng)絡，并向外廣播自身的心跳消息。
[0016]進一步地，在步驟CO中，通過發(fā)出自身的心跳消息的方式，募集更多的傳感器節(jié)點的操作，具體包括:
非樹節(jié)點進入初始化的掃描狀態(tài)，主動地偵聽網(wǎng)絡中的心跳消息；非樹節(jié)點通過以下的方式來確立父節(jié)點:
⑴確保捕獲的心跳消息的信號強度超過閾值；
⑵檢查發(fā)送心跳消息的潛在父節(jié)點的子節(jié)點列表，確定該父節(jié)點是否已經(jīng)達到所允許子節(jié)點數(shù)目的最大值；
⑶通過計算總傳輸計數(shù)ETTC來確定節(jié)點到網(wǎng)關的上行鏈路的質(zhì)量；在步驟⑶中，ETTC的計算如公式如下:
【權利要求】
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法，其特征在于，主要包括: a、網(wǎng)關合并雙向樹中所有子節(jié)點列表，構建用于遍歷雙向樹中所有樹節(jié)點、且包含端到端的路由彳目息的路由列表； b、基于構建的路由列表，網(wǎng)關通過依次向每個樹節(jié)點發(fā)送包含端到端的路由信息的請求，發(fā)起數(shù)據(jù)下載請求； C、目標節(jié)點沿著雙向樹中與數(shù)據(jù)下載請求相反的路徑，向網(wǎng)關反饋數(shù)據(jù)下載請求所請求的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法，其特征在于，在步驟c之后,還包括: d、數(shù)據(jù)下載請求所請求的數(shù)據(jù)沿目標節(jié)點到達網(wǎng)關后，網(wǎng)關驗證CRC數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法，其特征在于，在步驟d中，還包括:當網(wǎng)關驗證CRC數(shù)據(jù)出錯時，返回步驟b，請求重傳。
4.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法，其特征在于，在步驟a與步驟b之間，還包括: 子節(jié)點在路由構建的過程中估算本地延遲時間； 子節(jié)點將本地延遲時間上傳到網(wǎng)關，網(wǎng)關估算到每個節(jié)點的傳輸延遲。
5.根據(jù)權利要求1-4中任一項所述的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法，其特征在于，在步驟a中，所述構建用于遍歷雙向樹中所有樹節(jié)點、且包含端到端的路由信息的路由列表的操作，具體包括: ⑴網(wǎng)關查詢第一層子節(jié)點的子節(jié)點列表； ⑵網(wǎng)關向第二層子節(jié)點發(fā)送輪詢請求，得到第二層子節(jié)點的列表； ⑶網(wǎng)關以此方式向更深層級的子節(jié)點尋求子節(jié)點列表； ⑷網(wǎng)關歷遍所有層次的子節(jié)點，獲得完整的子節(jié)點列表和路由信息。
6.根據(jù)權利要求1-4中任一項所述的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法，其特征在于，在步驟a之前，還包括:建立具有雙向樹的網(wǎng)絡拓撲。
7.根據(jù)權利要求6所述的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法，其特征在于，所述建立具有雙向樹的網(wǎng)絡拓撲的操作，具體包括: aO、在預設的網(wǎng)絡拓撲表中加入能夠進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鞲衅鞴?jié)點，將該傳感器節(jié)點稱為樹節(jié)點；將暫未加入網(wǎng)絡拓撲表的傳感器節(jié)點稱為非樹節(jié)點； bO、網(wǎng)關通過廣播樹節(jié)點的心跳消息的方式，初始化網(wǎng)絡拓撲的建立過程； CO、基于網(wǎng)絡拓撲建立過程的初始化結果，非樹節(jié)點競爭加入網(wǎng)絡拓撲表后，通過發(fā)出自身的心跳消息的方式，募集更多的傳感器節(jié)點，建立所需網(wǎng)絡拓撲結構。
8.根據(jù)權利要求7所述的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法，其特征在于，在步驟bO中，網(wǎng)關是整個樹的根節(jié)點，網(wǎng)關會周期性地發(fā)送心跳消息； 當一個節(jié)點加入到樹種之后，節(jié)點會等待其父節(jié)點發(fā)來的第二個心跳消息，此心跳消息會觸發(fā)該節(jié)點發(fā)送自己的心跳消息；心跳消息中明確標明了該節(jié)點的哪些父節(jié)點和子節(jié)點處于活動狀態(tài)； 如果一個節(jié)點在預設時間段無法從其父節(jié)點得到心跳消息，則該節(jié)點認為其父節(jié)點已經(jīng)不可達，并會將自己重新回復到掃描的狀態(tài)；同樣地，父節(jié)點也會將子節(jié)點從拓撲表中刪除，如果長時間沒有收到子節(jié)點的心跳數(shù)據(jù)； 在步驟bO中，網(wǎng)關通過廣播樹節(jié)點的心跳消息的方式,初始化網(wǎng)絡拓撲的建立過程的操作，具體包括: 網(wǎng)關發(fā)送心跳消息； 節(jié)點收到心跳消息,加入樹； 網(wǎng)關再次發(fā)送心跳消息，包含節(jié)點的信息； 節(jié)點確認加入網(wǎng)絡，并向外廣播自身的心跳消息。
9.根據(jù)權利要求7所述的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法，其特征在于，在步驟CO中，通過發(fā)出自身的心跳消息的方式，募集更多的傳感器節(jié)點的操作，具體包括: 非樹節(jié)點進入初始化的掃描狀態(tài)，主動地偵聽網(wǎng)絡中的心跳消息；非樹節(jié)點通過以下的方式來確立父節(jié)點: ⑴確保捕獲的心跳消息的信號強度超過閾值； ⑵檢查發(fā)送心跳消息的潛在父節(jié)點的子節(jié)點列表，確定該父節(jié)點是否已經(jīng)達到所允許子節(jié)點數(shù)目的最大值； ⑶通過計算總傳輸計數(shù)ETTC來確定節(jié)點到網(wǎng)關的上行鏈路的質(zhì)量；在步驟⑶中，ETTC的計算如公式如下:
10.根據(jù)權利要求7所述的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下載的方法，其特征在于，在步驟bO或步驟CO中，廣播心跳消息時，具體是通過混合機制來廣播心跳消息，父節(jié)點分配預定時長的片段給子節(jié)點； 心跳消息包含的字段，包括相應傳感器節(jié)點的狀態(tài)、相應傳感器節(jié)點距離根節(jié)點的躍點距離、以及相應傳感器節(jié)點所在父節(jié)點的序列號和子節(jié)點的列表；子節(jié)點列表用于協(xié)調(diào)心跳消息的傳輸； 子節(jié)點列表即能夠用于進行本地時分多路復用的分時計劃，子節(jié)點使用的時間窗口的計算公式如下:
【文檔編號】H04W40/02GK103747497SQ201310749108
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權日:2013年12月31日
【發(fā)明者】徐葳 申請人:江蘇寧克傳感器科技有限公司