無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)至少包括：情報融合設(shè)備、信息處理設(shè)備及傳感器三層；其中，傳感器層的各傳感器用于目標(biāo)信號的采集；信息處理設(shè)備層的各信息處理設(shè)備各自作為相應(yīng)的傳感器的上級設(shè)備，用于對傳感器上傳的信息進(jìn)行處理以便再上傳，并對傳感器進(jìn)行控制；情報融合設(shè)備層的情報融合設(shè)備，作為各信息處理設(shè)備的上級設(shè)備，用于接收各信息處理設(shè)備上報的信息，并進(jìn)行融合處理，形成情報信息。優(yōu)選地，還包括用于各層之間信息中繼轉(zhuǎn)發(fā)的中繼設(shè)備。優(yōu)選地，網(wǎng)絡(luò)物理層采用寬帶擴頻通信方式；網(wǎng)絡(luò)鏈路層采用根據(jù)業(yè)務(wù)類型基于動靜態(tài)混合MAC協(xié)議。本發(fā)明適用于在野外大規(guī)模布設(shè)，具有高魯棒性、抗毀性、抗干擾及長生存周期。
【專利說明】無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由隨機布設(shè)的大量多種類無線傳感器組成，可迅速組成自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對分布式動態(tài)信息進(jìn)行協(xié)同感知和處理，形成自治綜合信息系統(tǒng)，其綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、分布式處理技術(shù)和通信技術(shù)，能夠協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象信息，并對這些信息進(jìn)行處理，獲得詳盡而準(zhǔn)確的情報，傳送到需要這些情報的用戶。傳感器網(wǎng)絡(luò)可以使人們在任何時間、地點和任何環(huán)境條件下獲取大量可靠的信息，廣泛地應(yīng)用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測、智能交通、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)及反恐抗災(zāi)等領(lǐng)域。
[0003]目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究主要集中在分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、路由協(xié)議和MAC協(xié)議等方面，分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中一般選用傳感器節(jié)點作為簇頭，實現(xiàn)對附近區(qū)域傳感器的管理和調(diào)度，忽略了傳感器采集信息的融合處理，而實際上信息融合處理由上級設(shè)備來完成；路由協(xié)議通過傳感器節(jié)點多跳中繼轉(zhuǎn)發(fā)，以此實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳感器信息上報，但由于傳感器發(fā)射功率比較小，傳輸距離比較有限，傳感器中繼轉(zhuǎn)發(fā)距離有限，故需要多個傳感器多跳來實現(xiàn)；而MAC協(xié)議一般采用動態(tài)協(xié)議設(shè)計，過分追求傳感器接入的靈活性和頻率利用率，而可靠性、適用性和能量效率均較低；物理層通常采用窄帶通信體制或多載波通信體制，繞射能力、抗干擾、抗截獲能力均較差。通過長期大量的工程實踐驗證得知，當(dāng)前研究的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議均停留在理論層面，導(dǎo)致實際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實用性、魯棒性、抗干擾性能均較差，網(wǎng)絡(luò)生存周期較短，無法滿足工程實際需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種魯棒性、抗毀性、抗干擾及生存周期優(yōu)越的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其至少包括:
[0006]情報融合設(shè)備、信息處理設(shè)備及傳感器三層；
[0007]其中，傳感器層的各傳感器用于目標(biāo)信號的采集；信息處理設(shè)備層的各信息處理設(shè)備各自作為相應(yīng)的傳感器的上級設(shè)備，用于對傳感器上傳的信息進(jìn)行處理以便再上傳，并對傳感器進(jìn)行控制；情報融合設(shè)備層的情報融合設(shè)備，作為各信息處理設(shè)備的上級設(shè)備，用于接收各信息處理設(shè)備上報的信息，并進(jìn)行融合處理，形成情報信息。
[0008]優(yōu)選地，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還包括:中繼設(shè)備，用于各層之間信息中繼轉(zhuǎn)發(fā)；更為優(yōu)選地，中繼設(shè)備基于鏈路最小原則智能接入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0009]優(yōu)選地，網(wǎng)絡(luò)物理層采用寬帶擴頻通信方式。
[0010]優(yōu)選地，網(wǎng)絡(luò)鏈路層采用根據(jù)業(yè)務(wù)類型基于動靜態(tài)混合MAC協(xié)議。[0011]優(yōu)選地，待發(fā)射數(shù)據(jù)基于業(yè)務(wù)類型來發(fā)射；更為優(yōu)選地，發(fā)射方式包括按時隙發(fā)射及采用動態(tài)預(yù)約分配模式或采用突出避讓機制來發(fā)射。
[0012]優(yōu)選地，業(yè)務(wù)類型包括圖像類數(shù)據(jù)及非圖像類數(shù)據(jù)。
[0013]優(yōu)選地，上級設(shè)備基于主動功率控制法來調(diào)整發(fā)射功率，實現(xiàn)上下鏈路平衡。
[0014]如上所述，本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有以下優(yōu)點:有效解決野外大規(guī)模范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)布設(shè)問題，基于智能中繼轉(zhuǎn)發(fā)，顯著增加了傳輸距離和覆蓋范圍；基于動靜態(tài)混合MAC協(xié)議，降低了傳感器能耗，提高了靈活性、可靠性及頻譜利用率；基于寬帶擴頻通信方式，解決了傳感器地表布設(shè)鏈路不穩(wěn)定、多徑衰減嚴(yán)重、抗干擾和抗截獲等傳輸問題；基于主動功率控制方法，實現(xiàn)上下鏈路平衡，有效減少信息重傳和交互；同時通過網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層的跨層智能優(yōu)化策略，有效提高的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的魯棒性、抗毀性、抗干擾及生存周期。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1顯示為本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)示意圖。
[0016]圖2顯示為本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)過程及功能控制示意圖。
[0017]元件標(biāo)號說明
[0018]I無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
[0019]11情報融合設(shè)備
[0020]21、22、23、24、25信息處理設(shè)備
[0021]31、32、33、34、35、36 傳感器
[0022]41、42、43中繼設(shè)備
【具體實施方式】
[0023]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0024]請參閱圖1至圖2。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)至少包括:情報融合設(shè)備、信息處理設(shè)備及傳感器三層。
[0026]傳感器層的各傳感器，例如，傳感器31至36等，可在野外大范圍規(guī)?；荚O(shè)，用于野外環(huán)境目標(biāo)信號檢測，各傳感器均采用電池供電，具有信號采集處理、組網(wǎng)傳輸?shù)裙δ埽粋鞲衅骺砂?感測震動的傳感器、感測聲響的傳感器、感測圖像的傳感器及其組合傳感器等ο
[0027]信息處理設(shè)備層的各信息處理設(shè)備，分別是相應(yīng)的傳感器的上級設(shè)備，接收相應(yīng)各傳感器獲取的目標(biāo)信息，并對相應(yīng)各傳感器實施控制。[0028]例如，信息處理設(shè)備21是傳感器31的上級設(shè)備；信息處理設(shè)備22是傳感器32的上級設(shè)備；信息處理設(shè)備23是傳感器33的上級設(shè)備；信息處理設(shè)備24是傳感器34的上級設(shè)備；信息處理設(shè)備25是傳感器35的上級設(shè)備。
[0029]情報融合設(shè)備層的情報融合設(shè)備11是信息處理設(shè)備21至25的上級設(shè)備，接收信息處理設(shè)備21至25上報的信息，進(jìn)行融合處理，形成情報信息交給用戶實施控制。
[0030]優(yōu)選地，該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還包括中繼設(shè)備，例如，中繼設(shè)備41至43，用于各層之間信息中繼轉(zhuǎn)發(fā)，增加傳輸距離。
[0031]例如，中繼設(shè)備41用于傳感器層的傳感器36與信息處理層的信息處理設(shè)備25之間的信息中繼轉(zhuǎn)發(fā)；中繼設(shè)備42與43用于情報融合設(shè)備層的情報融合設(shè)備11與信息處理層的信息處理設(shè)備25之間的信息中繼轉(zhuǎn)發(fā)。
[0032]該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)I的組網(wǎng)過程如圖2所示。
[0033]情報融合設(shè)備11上電按超幀周期發(fā)射信標(biāo)幀，中繼設(shè)備42、43和信息處理設(shè)備層的各信息處理設(shè)備21至25，上電后均默認(rèn)處于偵聽模式，如果各中繼設(shè)備及信息處理設(shè)備能接收到情報融合設(shè)備11的信標(biāo)幀，則直接入網(wǎng)，并開始發(fā)射信標(biāo)幀，如不能，則繼續(xù)監(jiān)聽。
[0034]例如，在第一個周期，中繼設(shè)備43與信息處理設(shè)備21至24能接收到情報融合設(shè)備11的信標(biāo)幀，則直接入網(wǎng)，并開始發(fā)射信標(biāo)幀，中繼設(shè)備42與信息處理設(shè)備25不能接收到情報融合設(shè)備11的信標(biāo)幀，則繼續(xù)監(jiān)聽；在第二個周期，由于中繼設(shè)備43及信息處理設(shè)備21至24也開始發(fā)射信標(biāo)幀，中繼設(shè)備42接收到中繼設(shè)備43的信標(biāo)幀，并開始發(fā)射信標(biāo)幀，傳感器31至34分別接收到信息處理設(shè)備21至24的信標(biāo)幀，各自接入網(wǎng)絡(luò)；在第三個周期，信息處理設(shè)備25接收到中繼設(shè)備42的信標(biāo)幀，并開始發(fā)射信標(biāo)幀；在第四個周期，傳感器35與中繼設(shè)備41接收到信息處理設(shè)備25的信標(biāo)幀，接入網(wǎng)絡(luò)，中繼設(shè)備41開始發(fā)射信標(biāo)幀；在第五個周期，傳感器36接收到中繼設(shè)備41的信標(biāo)幀，接入網(wǎng)絡(luò)，由此，所有設(shè)備入網(wǎng)，形成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)I。
[0035]為簡化圖示，圖2中未示出全部信息處理設(shè)備、傳感器及中繼設(shè)備，在此予以說明。
[0036]此外，還需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述所述僅僅只是列示，而非對本發(fā)明的限制，事實上，若信息處理設(shè)備均能接收到情報融合設(shè)備的信標(biāo)幀、所有傳感器均能接收到相應(yīng)的信息處理設(shè)備的信標(biāo)幀，則所有中繼設(shè)備在入網(wǎng)后經(jīng)若干周期確認(rèn)后轉(zhuǎn)入休眠或值守；此外，若部分中繼設(shè)備無下級設(shè)備，則該部分中繼設(shè)備在入網(wǎng)后經(jīng)若干周期確認(rèn)后轉(zhuǎn)入休眠或值守，以便節(jié)能。此組網(wǎng)原則即為鏈路最小原則，即能直接入網(wǎng)則不通過中繼設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)。
[0037]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)I組網(wǎng)成功后，則網(wǎng)絡(luò)的鏈路層采用根據(jù)業(yè)務(wù)類型的動靜態(tài)混合MAC協(xié)議，對于震動、聲響等非圖像類傳感器的小數(shù)據(jù)量突發(fā)傳輸，采用靜態(tài)時隙分配，即數(shù)據(jù)按時隙發(fā)射；對于圖像類的傳感器，數(shù)據(jù)量大，采用動態(tài)時隙分配，即采用動態(tài)預(yù)約分配模式或采用突出避讓機制來發(fā)射，發(fā)完立即釋放時隙資源。此外，各傳感器在無數(shù)據(jù)時休眠或值守，由此可提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性、可靠性及生存周期。
[0038]對于網(wǎng)絡(luò)的物理層，則采用寬帶擴頻通信方式，有效解決傳感器地表布設(shè)鏈路不穩(wěn)定、多徑衰減嚴(yán)重、信號干擾和被截獲等傳輸問題，由此來顯著增加抗干擾、抗截獲和傳輸性能。
[0039]對于功率控制，則采用主動功率控制法，如圖2所示，即；首先確定上下行鏈路性能差額，當(dāng)上級設(shè)備發(fā)射信標(biāo)幀時，主動調(diào)整發(fā)射功率，使上下行鏈路平衡，確保下級設(shè)備接到信標(biāo)幀時，就意味著上級設(shè)備能夠收到上行的確認(rèn)幀，確保上下行鏈路可靠，減少信息重傳和交互；同時通過網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層的跨層智能優(yōu)化策略，根據(jù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、業(yè)務(wù)類型、傳輸速率、分布區(qū)域等要求，自適應(yīng)調(diào)整調(diào)制模式、發(fā)射功率、時隙方案等參數(shù)，可有效提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的魯棒性、抗毀性、抗干擾及生存周期。
[0040]綜上所述，本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用分層拓?fù)浞执貐f(xié)議，有效解決大規(guī)模傳感器布設(shè)組網(wǎng)，簡化了協(xié)議控制；通過多級中繼設(shè)備的智能轉(zhuǎn)發(fā)策略，顯著增加了傳輸距離和覆蓋范圍；鏈路層采用動靜態(tài)混合MAC協(xié)議，降低了傳感器能耗，提高了靈活性、可靠性及頻譜利用率；物理層采用寬帶擴頻通信方式，解決了傳感器地表布設(shè)鏈路不穩(wěn)定、多徑衰減嚴(yán)重等傳輸問題，提高了抗干擾、抗截獲及傳輸性能；針對大范圍遠(yuǎn)距離信息傳輸，采用多級中繼設(shè)備智能轉(zhuǎn)發(fā)策略；對于無線傳輸上下行鏈路不對稱現(xiàn)象，采用主動功率控制方法，有效減少信息重傳和交互，降低了能源消耗；同時通過網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層的跨層智能優(yōu)化策略，有效提高的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的魯棒性、抗毀性、抗干擾及生存周期。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具有高度實用價值，并經(jīng)大量長期的工程應(yīng)用驗證了上述協(xié)議的有效性。
[0041]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)至少包括: 情報融合設(shè)備、信息處理設(shè)備及傳感器三層； 其中，傳感器層的各傳感器用于目標(biāo)信號的采集；信息處理設(shè)備層的各信息處理設(shè)備各自作為相應(yīng)的傳感器的上級設(shè)備，用于對傳感器上傳的信息進(jìn)行處理以便再上傳，并對傳感器進(jìn)行控制；情報融合設(shè)備層的情報融合設(shè)備，作為各信息處理設(shè)備的上級設(shè)備，用于接收各信息處理設(shè)備上報的信息，并進(jìn)行融合處理，形成情報信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于還包括:中繼設(shè)備，用于各層之間信息中繼轉(zhuǎn)發(fā)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:中繼設(shè)備基于鏈路最小原則接入由情報融合設(shè)備、信息處理設(shè)備及傳感器構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:網(wǎng)絡(luò)物理層采用寬帶擴頻通信方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:網(wǎng)絡(luò)鏈路層采用根據(jù)業(yè)務(wù)類型基于動靜態(tài)混合MAC協(xié)議。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:待發(fā)射數(shù)據(jù)基于業(yè)務(wù)類型來發(fā)射。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:發(fā)射方式包括按時隙發(fā)射及采用動態(tài)預(yù)約分配模式或采用突出避讓機制來發(fā)射。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7任一項所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:業(yè)務(wù)類型包括圖像類數(shù)據(jù)及非圖像類數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:上級設(shè)備基于主動功率控制法來調(diào)整發(fā)射功率。
【文檔編號】H04W84/18GK103476148SQ201310450026
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】邱云周, 謝東峰, 肖世良, 潘樂炳, 錢漢望, 王國輝, 袁曉兵 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所