[发明专利]一种用于环境监测的传感器网络及数据传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及物联网技术领域和目标监测技术领域，具体地说，本发明涉及一种用于环境监测的传感器网络及数据传输方法。

背景技术

随着微电子技术、计算技术、传感技术和无线通信技术的快速发展，无线传感器网络受到越来越广泛的关注，并在民用和军事领域都体现出重大的应用价值。无线传感器网络由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内中感知对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网路具有方便部署、自组织成网、成本低廉、紧密结合应用、可靠及可扩展等特点，被广泛应用于战场监测、敌情侦查、智能交通、远程医疗、文化感知、环境监测、空间探索、大型车间和仓储管理，以及机场、大型工业区园区、建筑物、桥梁等结构安全监测领域。然而，无线传感器网络中节点一般由电池供电、计算、存储及通信带宽资源有限，同时、无线通信信道固有的不可靠性、不可预测性及无线通信环境的复杂性等特点，都为无线传感器网络在理论研究及工程技术方面带来严峻的挑战。

目前无线传感器网络应用系统中实现的具有代表性的数据收集和传输方法主要有CTP(Collection Tree Protocol)、基于地理位置信息的及以数据为中心的数据收集和传输方法。其中CTP方法采用周期性的统计接收到的数据包或控制包来估算节点间双向的链路的质量，同时根据接收到包的LQI值过滤掉质量差的链路，节点根据统计结果选择链路质量最好的邻居节点作为父节点，最终网络会形成一颗以网关节点为根的汇聚树，节点收到数据包后转发给自己的父节点，这种数据收集方法不适合于大规模、密集型的网络，同时没有考虑节点的能效性及能量消耗不均匀的情况。基于地理位置信息的数据收集和传输方式包括GPSR(Greedy Perimeter stateless protocol)协议、GEAR(Geographic and Energy-Aware Routing)协议等，该类协议采用贪婪的思想，利用节点的地理位置信息，选取最接近网关节点的节点转发数据，由于需要知道节点的地理位置信息，需要额外的设备，如GPS全球定位系统，因而不适合于低成本、电池供电的无线传感器网络系统。以数据为中心的数据收集和传输方法包括DD(Directed Diffusion)、GBR(Gradient Based Routing)等，在该类方法中，网关节点向全网广播查询兴趣消息，中间节点记录并建立到网关节点的兴趣梯度，并通过路径加强修复机制提高数据传输的可靠性，该类方法采用周期性的洪泛机制，能量和时间开销大，同时节点需要维护兴趣消息列表，代价大。

同时，目前用于环境监测的数据收集、传输设备一般可分为两大类。第一类采用GSM或GPRS无线通信模块，在一跳范围内通过无线的方式采集数据，最后借助基站通过GSM或GPRS网络将数据传输到中心服务器，此类采集设备成本高，需要有线基础设施的支持；第二类数据收集、传输设备均采用有线的方式，如通过USB接口、串口或专用的工业标准接口收集数据，通过有线局域网或无线局域网将数据传输到中心服务器，此类设备成本高、不方便部署，并且部署维护困难、成本高。

综上所述，当前迫切需要一种部署方便、成本低廉、能够自组织形成多跳且可靠的用于环境监测的传感器网络及数据传输方法。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种部署方便、成本低廉、能够自组织形成多跳且可靠的用于环境监测的传感器网络及数据传输方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一个或多个传感节点、多个路由节点和一个中心节点；

所述传感节点用于采集传感数据并将传感数据包发送到多个路由节点；

所述路由节点用于接收传感数据包，并为所收到的传感数据包设定延迟转发时间，在该延迟转发时间到达且当前时刻该传感数据包还未被其它路由节点转发的情况下，该路由节点将该传感数据包转发至该路由节点的父节点，所述父节点是中心节点或者其它路由节点；所述延迟转发时间随机选择；

所述中心节点用于接收由所述路由节点转发的传感数据包并汇总所述传感数据包。

其中，所述延迟转发时间在延迟转发时间区间内随机选择，所述延迟转发时间区间根据路由节点至中心节点的路由成本得出，使得路由成本越大的路由节点的延迟转发时间区间的中心值也越大。

其中，所述传感节点和路由节点在物理上是分离的。

其中，所述传感器网络还包括同步节点，用于对传感器网络中各节点进行时间同步。