[发明专利]一种无线传感器网络节点入网及运行功率自适应方法

说明书

技术领域

       本发明涉及网络控制技术，嵌入式技术，微电子技术，无线通信技术，分布式信息处理技术等多种现代先进技术。特别涉及到了一种无线传感器网络节点入网及运行功率自适应方法，该方法利用接收信号强度（RSSI）的大小，动态调节节点发射功率，实现节点功率自适应，保证节点的低功耗的技术。

背景技术

       无线传感器网络节点的传输距离和节点的发射功率有着很大的关系，一般情况下节点的发射功率越大，无线信号发射的信号强度就越大，相应节点传输无线信号的距离也就越远。因此节点的长距离传输和节点的低功耗是一对矛盾体，如何平衡好节点的传输距离和节点功耗之间的关系，对于发射功率的调整至关重要。在实际的无线传感网络的应用中，并不是所有的节点都需要点点传输极远的距离，绝大多数的节点都是部署在一个比较合理的位置上。有的节点就算需要传输很远的距离，也有相关的路由节点进行数据转发，因此，如果对单一节点的发射功率，在不顾节点传输距离的情况下，直接将发射功率打到最大，对节点能量的消耗是非常严重的。如图2所示，节点发送无线信号的时候可以设置多档发射功率。不同的节点发射功率其节点的传输距离也不一样，发射功率越大节点的传输区域也越远。当节点和网关的距离不是非常远的时候，节点只需要设置一个中间档的发射功率，便能将自身的无线信号发送给网关。同样当节点发射功率太低的时候，节点其传输距离不能达到网关的时候，需要将节点的发射功率增加，以满足发送需求。另外，随着2.4GHz 的ISM利用率的提高，无线局域网，蓝牙等各种无线设备的不断出现2.4GHz的ISM频段变的越来越密集，在各个无线局域网之间的射频干扰和频率复用问题变得越来越严重。基于这些原因，需要将节点的发射功率，根据节点信号的传输距离的远近做动态的自适应调节，节点所需的无线信号的传输距离越远，节点的发射功率就越大；节点所需的无线信号的传输距离越近，节点的发射功率就越小。

       目前无线传感器网络中实现功率自适应的研究，已有相关的专利。例如：北京时代凌宇科技有限公司于2008年9月9日申请的“无线传感器网络中实现发射功率自适应的系统”，提出了在传感器节点中安置接收模块，控制模块，信号输出模块；在汇聚节点中安置控制模块，发送模块。通过两者各个模块间的协调工作，实现功率的自适应控制。另外，皇家飞利浦电子股份有限公司与2004年8月24日申请的“无线局域网中的功率自适应控制机制”，针对的是采用IEEE802.11a/b协议的无线局域网提出的一种功率自适应机制。

       目前，将无线收发模块，功率控制模块，及处理器单元集成于同一块芯片，并且面向IEEE802.15.4的无线协议传感器节点的功率自适应机制的相关专利还没有。本发明提出的功率自适应方法面向加载IEEE802.15.4的无线协议的传感器节点。通过合理设置接收信号强度上下限阈值的方法，无需网关向节点发布相应命令，智能实现节点发射功率的自适应调节。保证无线传感器网络的传感器节点低功耗，延长整个无线传感器网络的寿命。

发明内容

       本发明内容的目的在于针对IEEE802.15.4协议的节点恒定发射功率，信道干扰大，功耗大的技术的不足，提出一种无线传感器网络节点入网及运行功率自适应方法。根据节点与网关之间的距离远近，实现节点发射功率动态调节。

       为了达到上述的目的本发明的构思是：

       构建由网关及节点组成的星型无线传感器网络，该无线传感器网络的传感器节点主要负责数据采集，及无线收发，网关实现整个网络的调度管理。为了使得节点在整个网络的运行过程中能够有序，低功耗的运行，加入节点的功率自适应方法，节点的功率自适应方法主要包括节点入网的功率自适应，节点运行的功率自适应。节点入网的功率自适应在保证节点能够成功入网后，将功率逐渐从最小开始逐渐增加，直到接收信号强度高于阈值，为节点在正常工作期的低功耗无线收发做准备。节点进入正常工作时隙，采用调整后的节点发射功率进行数据发送。由于环境的变化，节点的接收信号强度仍然会产生波动，因此需要设置接收信号强度的上下限来调整节点的发射功率。当节点的发射功率高于或低于相应的阈值的时候，节点自适应调节发射功率，使得节点的接收强度满足阈值要求，实现节点的低功耗。

       根据上述的发明构思本发明采用下述的技术方案：

一种无线传感器网络节点入网及运行功率自适应方法，其特征在于：采用星型无线传感器网络：包括一个网关，N个节点，及一个上位机；