[发明专利]一种基于分簇无线传感器网络的传输方法

说明书

技术领域

本发明实施例属于无线传感器网络技术领域，特别涉及一种基于分簇无线传感器网络的传输方法。

背景技术

无线传感器网络是由大量的低成本和低能耗的节点组成的，集分布式信息采集、信息传输和信息处理技术与一体的网络信息系统，它能实现传感、计算和通信等功能。在无线传感器网络的很多应用中，电池更换是很困难的，因此能量有效性是设计无线传感网络重要的考虑因素之一。

在无线传感器网络节点大规模布设的情况下，为了节省能量消耗，通常的方法是让无线传感器网络节点周期性地自组织形成簇，每个簇由一个簇头节点和位置相近的簇成员节点组成。簇头节点负责簇的组织，收集簇成员节点的数据，进行数据融合并把融合后的数据发送到数据收集基站。然而，对于基站距离传感器监测区域较远的情况，由于传统的分簇协议仅使用单个簇头节点向基站传输，簇头的能量会被快速消耗。

发明内容

本发明提供了一种基于分簇无线传感器网络的传输方法及系统，通过MIMO进行远距离传输，可以有效的减少簇头节点的能耗，延长无线传感器网络的寿命。

本发明提供的一种基于分簇无线传感器网络的传输方法，包括：

无线传感器网络节点自组织形成簇，其中每个簇由簇头节点和簇成员节点组成；

所述簇头节点对接收到的所述簇成员节点发送的数据进行融合；

基站根据所述簇头节点的位置信息将相邻的簇头节点分成一组；

每组中的簇头节点对所述融合后的数据进行空时编码后采用MIMO的方式传输给基站。

本发明通过分簇无线传感器网络中簇头节点的位置信息将簇头节点分成一组，并且每组中的簇头节点将融合后的数据进行空时编码后采用MIMO的方式进行传输的技术方案，可以有效的减少簇头节点的能耗，延长无线传感器网络的寿命。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于分簇无线传感器网络的传输方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于分簇无线传感器网络的传输方法中三个阶段与时间对应的示意图，其中表示一帧；

图3是本发明实施例提供的一种基于分簇无线传感器网络的传输方法中无线传感器网络中自组织形成的簇的示意图，其中“○”表示簇成员节点，“●”表示簇头节点，“---”表示自组成形成的簇；

图4是本发明实施例提供的一种基于分簇无线传感器网络的传输方法中将簇头节点分成两组的示意图，其中“○”表示簇成员节点，“●”表示簇头节点，“---”表示自组成形成的簇，三个簇头节点相连即分成一组；

图5是本发明实施例提供的一种基于分簇无线传感器网络的传输方法中第一分组内簇头节点采用STBC编码方式同时将数据发送给基站进行MIMO传输的示意图，其中“○”表示簇成员节点，“●”表示簇头节点，“---”表示自组成形成的簇，三个簇头节点相连即分成一组，表示基站，“-------------”表示虚拟传输线。

具体实施方式

本发明实施例提供的一种适用于分簇无线传感器网络的虚拟MIMO传输方案的系统，可以包括簇成员节点(即为普通的传感器节点)、簇头节点和基站。其具体的传输方案可以为：簇成员节点和簇头节点形成簇，相邻的簇头节点形成虚拟MIMO传输单元，基站的天线数目与每个虚拟MIMO传输单元内的簇头数目相等。该方案周期性地运行，在每个周期的开始，传感器节点自发地形成簇，每个簇有一个簇头节点负责本簇的组织与数据融合；每个簇成员节点把收集到的数据发送给簇头进行数据融合，去除冗余的数据。然后等待基站的数据请求广播消息，当簇头收到请求消息后回应基站一个消息，基站通过这个回应消息对簇头进行分组和安排调度。在特定的时间，虚拟MIMO传输单元的簇头对数据进行空时编码并通过MIMO传输方式把数据传输给基站。

本发明实施例提供了一种基于分簇无线传感器网络的传输方法，是周期性运行的方法，每个周期具体可以分为如图2所示的三个阶段，即簇建立(步骤11)、稳定的簇内数据传输(步骤12)以及协作MIMO传输(步骤13和14)三个阶段，具体如图1所示，仅以一个周期为例进行说明，包括：

步骤11、无线传感器网络节点自组织形成簇，其中每个簇由簇头节点和簇成员节点组成，具体无线传感器网络中自组织形成的簇的示意图如图3所示

进一步可以包括：

步骤111、无线传感器网络节点根据最优分簇个数与无线传感器网络中节点总数的比值确定自身是否成为簇头节点，确定后的簇头节点发布广播消息给其它节点，所述最优分簇个数为基站配置的协作天线的数目。