[发明专利]无线传感器网络中的传输功率自适应控制系统

说明书

本申请公开了一种无线传感器网络中的传输功率自适应控制系统，具体内容包括：(1)基于大规模无线网络中的分簇机制，由ZigBee协议组成簇内子网，由WiFi协议组成簇间主干网络；(2)设计开发一种基于RSSI‑LQI加权数据融合测距算法；(3)设计开发了一种基于K‑NEIGH和COMPOW的改进的功率控制算法。

技术领域

本发明属于无线监测和工程勘探中的网络传输功率自适应调整、网络拓扑优化以及数据传输控制，具体涉及一种无线传感器网络中的传输功率自适应控制系统。

背景技术

无线传感器网络作为一种分布式网络，它的终端节点可以通过挂载合适的传感器来感知和检测外部环境。终端节点的数据可经过多级路由发送到网关节点，而网关节点能以无线或有线的方式接入互联网，并最终将数据发往服务器或者采集站。传感器网络中大部分能量都是用于通信环节，对网络中节点进行拓扑控制显然是降低网络能耗的重要方法，良好的拓扑结构不仅能提高路由协议和MAC(Media access control)协议的工作效率，降低无效的能量消耗，还能优化网络整体的性能，为时间同步、数据融合和测距定位等技术提供支撑基础。

发明内容

本发明无线传感器网络中的传输功率自适应控制系统主要由总控制单元、本地存储单元、ZigBee传输单元、WiFi传输单元、测距单元、功率控制单元、远程监测单元组成，主要发明内容如下：

(1)高低速率结合的低功耗分簇异构网络的设计

在一般的采集传输系统中，单个传感器节点的数据量不算太大，但是节点的数据最终需要汇聚到簇头节点并上传到远程监测单元中。当节点较多的时候，主干网络中的负载也将变大。如果仅使用低速率、低功耗的传输协议，显然不能满足主干网络中的负载要求。而如果仅使用高速率、高实时性的传输协议，那无线传感器网络中的末端节点功耗过大，工作时长降低，而且也无法发挥协议应有的传输效率。因此在无线采集传输系统中使用单一的传输协议难以满足实际环境中的应用需求。

为解决这一问题，本发明设计开发了高低速率结合的低功耗分簇异构网络。根据采集传输系统的应用特点，结合大规模无线网络中的分簇区域机制，由基于IEEE 802.15.4标准的ZigBee协议组成低速率、低功耗的簇内子网，由基于IEEE 802.11b/g/n标准的WiFi协议组成高速率、高实时性的簇间主干网络。其中ZigBee通信部分使用的是在TI公司研发设计的CC2530之上进行封装设计的E18-MS1-IPX通信模块，协议栈使用的是Z-Stack3.0.1。基于该协议栈，在应用层进行无线数据传输的软件功能、测距以及功率控制算法的实现。WiFi通信部分使用的是高性能串口转WiFi通信模块USR-WIFI232-B2，模块支持802.11b/g/n标准，在满足主干网络高负载要求的同时，汇聚簇头节点能通过WiFi与电脑上位机控制系统直接相连。该设计所组建的网络示意图如图(1)所示。

(2)传感器节点测距算法的优化设计

无线网络中节点之间相对距离的获取对于无线传感器网络的应用具有非常重要的意义。节点之间的距离信息不仅在无线测距、节点位置部署和定位技术应用上具有重要作用，网络传输功率自适应控制的研究也依赖于节点间距离信息的精确获取。