無線傳感器網絡三層體系構架的製作方法

2023-05-15 17:22:31 3

專利名稱：無線傳感器網絡三層體系構架的製作方法
技術領域：
本發明屬於無線傳感器網絡技術領域，特別涉及一種無線傳感器網絡三層體系構架。
背景技術：
無線傳感器網絡是集成了信息監測、數據處理以及無線通信的網絡系統，隨機布設的節 點數目成千上萬，分布較為密集，特別是軍事偵察、環境監控、公共安全等無線傳感器網絡， 其設計規模一般均較大，受環境影響和能源耗盡，節點容易出現故障，導致網絡拓撲結構發 生變化，同時，存在能源、通信、計算、存儲等四大受限的特點，是一種大規模的、殘缺的、 受限的網絡系統。
無線傳感器網絡體系構架涉及總體技術方案，針對這種大規模的、殘缺的、受限的網絡 特點，必須在體系構架上保證網絡的健壯性，緩解四大受限，分層設計與其配套的專用網絡 體系構架。
國外也有一些關於類似的無線傳感器網絡體系構架的報到，如美國軍方研製的軍事偵察
系統NS0F (networked sensors for the objective force),它採用戰術通信體制、星型加 中繼的網絡拓撲，最終接入戰術網際網路，其網絡覆蓋範圍有限、數據融合處理能力相對較弱、 數據傳輸速率相對較低。又如美國加州大學伯克利分校研製的生態環境系統GDI (Great Duck Island),它採用分簇加中繼的網絡拓撲，最終接入Internet,同樣存在網絡覆蓋範圍有限、 數據融合處理能力相對較弱、數據傳輸速率相對較低等問題。

發明內容
本發明的目的在於提供一種無線傳感器網絡三層體系構架，以緩解無線傳感器網絡的四 大受限,適用於軍事偵察、環境監控、公共安全等大規模無線傳感器網絡。 為達上述目的，本發明採用如下技術方案-
一種無線傳感器網絡三層體系構架，包括採用分層路由協議設計和分布式信息協同處理 與融合的底層、中層、頂層，其中底層為隨機布設末梢感知微傳感器結點組成的網絡，中層 為可與底層節點通信的中程無線網狀(MESH)傳感器結點組成的網絡，用於層間協同處理與 融合，頂層為選擇連接中層節點的接入網絡。由於釆用分層的路由協議設計，從而減少了參 與路由計算的節點數目，減小路由表尺寸，降低交換路由信息所需的通信開銷和維護路由表
所需內存開銷，緩解無線傳感器網絡的四大受限。此外，由於採用分布式信息協同處理與融 合，使得底層、中層、頂層相互作用、協同工作、聯合完成信息處理，進一步緩解了四大受 限。
比較好的是，還包括有為所述中程無線Mesh傳感器節點提供能源的能源接入點。 比較好的是，所述底層的隨機布設末梢感知傳感器節點之間的連接方式為網狀、分簇、
樹型中的一種或多種。
比較好的是，所述頂層接入網絡為光纖網、網際網路、PSTN (公共交換電話網)。 比較好的是，所述中層的中程無線Mesh傳感器節點組成的網狀網絡為非視距高速數據傳
輸網絡。
比較好的是，為各層提供的能量由底層至中層到頂層逐層提高。隨機布設的末梢感知節 點可採用電池供電。由於網絡的能源供給採用分層設計，使布設的中程無線Mesh傳感器節點 能可靠完成層間協同處理與融合、高速數據傳輸等功能，並能擴展中程無線Mesh傳感器專用 網絡覆蓋範圍，組建大規模的軍事偵察、環境監控、公共安全等無線傳感器網絡。
以下結合附圖及實施例進一步說明本發明。


圖1為本發明無線傳感器網絡三層體系構架結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示， 一種無線傳感器網絡三層體系構架，包括採用分層路由協議設計和分布式 信息協同處理與融合的底層、中層、頂層，其中，
底層為隨機布設末梢感知微傳感器結點組成的網絡(微傳感器網絡)，例如振動、聲陣、 紅外、磁敏等傳感器接入底層隨機布設末梢感知傳感器網絡節點，對感知的信息數據進行單 節點多傳感器數據融合，隨機布設的末梢感知節點可快速組成網狀、分簇、樹型等網絡拓撲， 對多節點數據進行融合，完成分布式協同處理，同時，完成網絡動態可重構算法，保持網絡 的健壯性。
中層為可與底層節點通信的中程無線網狀(MESH)傳感器結點組成的網絡(中程傳感器 網絡)，所述中層的中程無線MESH傳感器節點可以是固定的或移動的節點，組成非視距高速 數據傳輸網絡。
頂層為選擇連接中層節點的接入網絡。例如光纖網、網際網路、PSTN (公共交換電話網)等。
底層節點與中層的無線MESH傳感器節點可進行層間協同處理與融合，以及非視距高速數 據傳輸，並通過頂層光纖等其它接入網絡提供更大的冗餘機制和通信負載平衡能力，完成分 層分布式信息協同處理。
其中，還包括有為所述中程無線MESH傳感器節點提供能源的能源接入點。
上述系統，由底層完成信息感知、單節點多傳感器數據融合、多節點數據融合、分布式 協同數據處理，中層與底層節點通信，完成層間協同處理與融合，頂層的接入網絡通過選擇 連接的中層節點，為中層提供更大的冗餘機制和通信負載平衡能力。
提供的能量由底層至中層到頂層逐層提高。隨機布設的末梢感知節點可採用電池供電。 由於網絡的能源供給採用分層設計，例如，假設是在20km2區域內至少有一個能源接入點，包 括市電、車載蓄電池、太陽能、風能等，提供給中程無線Mesh傳感器節點，可有效緩解四大 受限。
本發明中所述底層、中層各傳感器節點之間通信以及底層、中層、頂層三層之間的通信 均可採用現有通信方法實現，本發明的主要創新點在於提出三層的體系構架，大大降低了設 計難度，緩解了四大受限。只要採用本發明三層構架方式，無論採用何種通信協議，均落入 本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、一種無線傳感器網絡三層體系構架，其特徵在於包括採用分層路由協議和分布式信息協同處理與融合的底層、中層、頂層，其中底層為隨機布設末梢感知微傳感器結點組成的網絡，中層為可與底層節點通信的中程無線網狀傳感器結點組成的網絡，用於層間協同處理與融合，頂層為選擇連接中層節點的接入網絡。
2、 如權利要求1所述的無線傳感器網絡三層體系構架，其特徵在於還包括為所述中程無線 網狀傳感器節點提供能源的能源接入點。
3、 如權利要求1或2所述的無線傳感器網絡三層體系構架，其特徵在於所述底層的隨機布設末梢感知傳感器節點之間的連接方式為網狀、分簇、樹型中的一種或多種。
4、 如權利要求1或2所述的無線傳感器網絡三層體系構架，其特徵在於所述頂層接入網絡 為光纖網、網際網路、PSTN。
5、 如權利要求1或2所述的無線傳感器網絡三層體系構架，其特徵在於所述中層的中程無線網狀傳感器節點組成的網狀網絡為非視距高速數據傳輸網絡。
全文摘要
本發明提出一種無線傳感器網絡三層體系構架，底層為隨機布設末梢感知微傳感器網絡，能快速自動組成分簇、網狀、樹型等靈活的網絡拓撲，完成信息感知、單節點多傳感器數據融合、多節點協同處理與融合等功能；中層為中程無線MESH傳感器網絡，由固定和移動節點組成，可與底層通信，完成層間協同處理與融合、高速數據傳輸等功能；頂層為光纖等其它接入網絡，提供更大的冗餘機制和通信負載平衡能力。可緩解四大受限，用於軍事偵察、環境監控、公共安全等領域。
文檔編號H04L12/56GK101170486SQ20061011760
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月26日 優先權日2006年10月26日
發明者劉海濤, 封松林, 龐瑞帆 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所