[发明专利]一种无线传感网络系统及其节点唤醒方法

说明书

本发明为一种无线传感网络系统及其节点唤醒方法，本系统的各无线传感器节点均有与微处理器连接的一个射频收发模块和一个低频收发模块。本节点唤醒方法，监测区域内各子区域的节点为一个簇，选择簇头。采用模拟退火法得到唤醒各节点的最短路径。侦测状态节点侦测到目标即用低频信号按所得最短路径唤醒其它节点，被唤醒的节点捕捉侦测数据记录存储，并预测，根据各节点记录数据和预测数据，采用层次分析法确定各个节点的权重，调整初始最短路径，最终唤醒本网络内所有节点进入侦测状态。本法控制网络中大部分节点处于睡眠状态，这些节点的低频收发模块处于待机状态，消耗电量极小，降低了整个传感器网络的功耗，延长系统寿命。

技术领域

本发明属于无线传感技术领域，具体涉及一种无线传感网络系统及其节点唤醒方法。

背景技术

近年来，随着微机电系统，片上系统，无线通信和低功耗嵌入式技术的发展，无线传感器网络的应用范围变得愈发广泛。目前，在众多的实际应用中发展最成熟的是环境监测，其他方面比如军事，智能家居，健康护理，道路交通等，大多还处于研究阶段。

目标追踪是无线传感网络典型应用之一。由于传感器节点具有自组织性，鲁棒性和隐蔽性的特点，使其很适合对移动目标进行跟踪。

目前用于无线传感网目标跟踪的方法有很多，例如基于粒子滤波的跟踪方法，基于压缩感知的跟踪方法，基于概率预测的跟踪方法。这些方法都各有优缺点。然而这些方法对功耗的考虑较少。故急需一种低功耗的无线传感网络的目标跟踪方法。

发明内容

本发明的目的是设计一种无线传感网络系统，各无线传感器节点均有与微处理器连接的一个射频收发模块和一个低频收发模块。

本发明的另一目的提供上述无线传感网络系统的节点唤醒方法，多个无线传感器节点分布在待监测区域形成网络，处于侦测状态的节点在侦测到目标后及时发出唤醒信号，使周围节点进入跟踪状态。本网络为分簇结构，监测区域划分为若干子区域，每个子区域的节点为一个簇，基于剩余能量选择一个节点作为簇头管理本簇的节点。在巡逻侦测过程中，簇内少数节点处于侦测状态。簇头记录各个节点坐标，采用模拟退火法得到遍历全局各个节点的最短路径，依此路径决定唤醒各个节点的顺序。侦测状态节点侦测到目标后，按所得最短路径用低频信号唤醒其它节点，被唤醒的节点捕捉侦测数据记录存储，并预测，根据各节点记录数据和预测数据，采用层次分析法确定各个节点的权重，调整初始最短路径，最终唤醒本网络内所有节点进入侦测状态。本法控制网络中大部分节点处于睡眠状态，这些节点的低频收发模块处于待机状态，消耗电量极小，降低了整个传感器网络的功耗，延长系统寿命。

本发明设计的一种无线传感网络系统，包括多个相同的无线传感器节点，各无线传感器节点包括微处理器和与微处理器连接的传感器及信号接收发送模块，无线传感器节点分布于监测区域，本发明的无线传感器节点的信号接收发送模块为一个射频收发模块和一个低频收发模块，均与微处理器连接。无线传感网络监测区域划分为6～8个子区域，每个子区域内的节点组成网络内的一个簇，每一个簇内至少有8个节点，每个簇选出簇头，簇头负责簇内各个节点的管理和控制。

本发明的无线传感网络系统的节点唤醒方法的主要步骤如下：

Ⅰ、划分子区域，选择簇头

所述无线传感网络系统的多个无线传感器节点分布于监测区域形成网络，网络覆盖区域划分为6～8个子区域，，每个子区域内的节点组成网络内的一个簇，即形成分簇结构的网络。每个簇选出的簇头负责该簇内各个节点的管理。

所述无线传感网络中各节点的能量消耗被建模为线性系统。

基于能量剩余、选择各簇的某个节点为簇头并决定另一节点成为簇头的时间。