[发明专利]一种协同感知能量有效的无线传感网网络架构

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感网，特别是一种协同感知能量有效的无线传感网(WSN)网络架构。

背景技术

随着传感器技术、无线通信技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器和网络开始大范围出现。无线传感器网络能够协作地实时检测、跟踪和采集网络布设区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行协同、融合处理，获得较为准确的结论，然后传送至用户。它在军事、环境监测、医疗卫生、工业自动化、公共安全等方面具有广泛的应用前景。

无线传感网中的微型传感器节点一般采用电池供电，这使得无线传感器网络的一大特点就是能量受限，而节点无线收发通信耗费的能量最多。为了延长网络寿命首要考虑因素是提高能量效率，使节点在无需参与网络工作或获取传感数据时尽量进入睡眠状态。传感器网络的另一个重要特点是应用特定性，为了提高上传数据信息熵和事件准确率，网络节点间常需要多类型传感器、多节点协同信息处理，并要求实现被监测区域的无缝覆盖，因此，传感器网络具有节点布设密度高，节点感知信息具有冗余性等特点。

针对以上特点，无线传感器网络需要协同感知目标，同时要将结果以最低的开销传递到sink节点。从整体上看无线传感器网是一个数据向sink节点汇聚的网络，而局部区域需要多个传感器交换信息协同感知。对于数据向sink汇聚现有很多的路由协议，如平面式路由可靠性高，但是需要维护很多邻居链路信息，能量耗费大，如按需路由数据量少时可以降低网络功耗，但是延迟太大。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种协同感知能量有效的无线传感器网络架构。

本发明要解决的现有无线传感网络存在的网络功耗大、使用生命周期短的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：它包括以下步骤：

A、分簇，确定各节点成为簇头或者簇成员；

B、簇头之间形成到达sink节点的树型拓扑，并且完成簇头之间的同步，簇头节点收集簇内的数据然后多跳转发给sink节点；

C、当需要多传感器协同感知目标时，目标附近相关节点进入协同感知状态，并且在另一个信道上交互信息，节点之间使用以数据为中心的路由，完成目标定位和跟踪；

该网络架构中采用两个信道，其一用于信息向sink节点汇聚，记为CH1，其二用于多传感器协同感知时信息交互，记为CH2；该网络架构中的网络节点包括数据汇聚状态和协同感知状态，网络中没有需要协同感知的目标时，节点工作于CH1，处于数据汇聚状态，当传感器检测到有目标进入，传感器输入超过预设门限时，节点切换到CH2，进入协同感知状态。

本发明具有无线传感器网络整体数据汇聚、局部协同感知和数据融合的优点，能有效降低通信的能量消耗，同时又保证协同感知的灵活性，是一种能量有效协同感知的无线传感器网络架构。

附图说明

图1本发明分簇控制流程图。

图2本发明成树和同步流程图。

图3本发明簇内簇间通信流程图。

图4本发明无目标形成的拓扑图。

图5本发明目标跟踪形成的拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。

如图所示，本发明的一种协同感知能量有效的无线传感器网络架构，具体包括一下周期性步骤：

A、分簇，确定各节点成为簇头或者簇成员；

B、簇头之间形成到达sink节点的树型拓扑，并且完成簇头之间的同步，簇头节点收集簇内的数据然后多跳转发给sink节点。

C、当需要多传感器协同感知目标时，目标附近相关节点进入协同感知状态，并且在另一个信道上交互信息，节点之间使用以数据为中心的路由，完成目标定位和跟踪。

作为本发明的一种优选方式，所述步骤A具体包括以下步骤：

a1、分簇开始后，各节点广播自己的剩余能量值；