[发明专利]无线传感器网络网络拓扑探测方法及其装置

说明书

技术领域：

本发明属于无线传感器网络技术领域，尤其涉及无线传感器网络中网络拓扑探测方法。

背景技术：

随着微电子技术和无线通信技术的发展，无线传感器网络正广泛应用于众多领域。无线传感器网络是一种自组织网络，它通过路由算法以多跳方式传送信息。路由算法在无线传感器网络中发挥着重要作用，它对各节点的能耗、网络寿命以及通信质量起着关键性的作用。因此路由算法的研究受到越来越多的关注。探测无线传感器网络的网络拓扑是建立理想路由策略的前提。无线传感器网络，其网络拓扑随着网络中各节点的移动和节点数量的增减发生变化。因此周期性的网络拓扑探测在无线传感器网络中是十分必要的。本专利公开的无线传感器网络网络拓扑探测方法与现有的网络拓扑探测方法相比较，其优越性表现在：(1)能够获得完整的网络拓扑；(2)在网络拓扑探测过程中传感器节点消耗的能量较少。本专利公开的无线传感器网络网络拓扑探测方法在网络拓扑探测过程中合理地使用了网关节点的资源。它通过适当增加网关节点的操作来减少各传感器节点的操作，进而降低各传感器节点的资源消耗。这样做的原因在于，网关节点相比传感器节点具有更多的资源。

发明内容：

本专利公开了一种无线传感器网络结构，其特点在于：从网关节点到各传感器节点用一跳通信方式；而从传感器节点到网关节点采用多跳通信方式。因此，网关节点可以有效地控制所有传感器节点。

本专利公开了无线传感器网络网络拓扑探测内容，它包括各传感器节点间的通信链路质量和各传感器节点的能量状态，并用一对称矩阵描述无线传感器网络网络拓扑。各传感器节点间的通信链路质量划分为三个等级，即：“优”、“中”、“差”。通信链路质量为“优”是指可以建立正常的通信；“中”是指可以检测到信号的存在，但无法建立正常通信；“差”是指检测不到信号的存在，故也无法建立通信。

本专利公开了无线传感器网络中传感器节点初始状态(即加电后状态)，传感器节点加电后处于休眠和探听相互交替状态。当接收到来自网关节点的控制信息之后，传感器节点进入网络拓扑探测状态。

本专利公开了网关节点发送的控制信息内容及方式。控制信息包括帧时间和时隙分配表。控制信息以帧为单位发送，每帧包括帧时间和时隙分配表。控制信息连续发送m帧。

本专利公开了时隙分配表的生成方法，第一张时隙分配表(即用于第一次网络拓扑探测时的时隙分配表)采用随机方法生成，即前n个时隙随机分配给n个传感器节点，而最后一个时隙(即第n+1个时隙)分配给网关节点用于发送控制信息。第i(i≥2)张时隙分配表生成方法如下：先给那些在拓扑探测过程中尚未发现的传感器节点分配时隙，使那些在拓扑探测过程中尚未被网关节点发现的传感器节点先发送网络拓扑信息，这些传感器节点构成的集合我们用符号S₁表示并用k₁表示此集合中传感器节点的个数；其次给那些与网关节点无直接通信链路的传感器节点分配时隙，这些传感器节点构成的集合我们用符号S₂表示并用k₂表示此集合中传感器节点的个数；最后给那些与网关节点具有直接通信链路的传感器节点分配时隙，这些传感器节点构成的集合我们用符号S₃表示并用k₃表示此集合中传感器节点的个数。集合S₁中的传感器节点以随机方式分得前k₁个时隙；集合S₂中的传感器节点以随机方式分得接下来的k₂个时隙；集合S₃中的传感器节点以随机方式分得其后的k₃个时隙；最后一个时隙(即第n+1个时隙)仍分配给网关节点发送控制信息。网关节点在第n+1个时隙发送的控制信息有两种选择。

选择一：当需要进一步进行网络拓扑探测时，控制信息包括以下内容：①网络拓扑探测继续指示；②时间信息；③新的时隙分配表(即下次网络拓扑探测要使用的时隙分配表)。

选择二：当需要结束网络拓扑探测时，控制信息仅包括网络拓扑探测结束指示。

本专利公开了网络拓扑探测过程终止方法。当相临的两次网络拓扑探测结果一致或已获得完整的网络拓扑时，宣布网络拓扑探测过程结束。

附图说明：

图1无线传感器网络结构；

图2无线传感器网络中各传感器节点的初始状态；

图3网络拓扑矩阵；

图4网关节点发送的控制信息形式以及传感器节点的初始状态；

图5网络拓扑探测过程。