CN101094189A - 无线传感器网络***和基于该***的分簇路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线传感器网络***，包括多个独立的簇，每个簇包括工作簇头及多个簇中节点：所述工作簇头定时检测自身的剩余能量和工作状态，转发本簇节点的数据，并接收外簇节点的转发请求，转发所述外簇节点的数据；所述簇中节点定时判断工作簇头的工作状态，当工作簇头无法进行数据转发时，在与本地存在通信信道的外簇簇头中选择一个作为备用簇头，向其发送转发请求。本发明同时还公开了一种基于该***的分簇路由方法。利用本发明，各独立簇的簇中节点可以通过在本地存在通信信道的外簇簇头中选择一个作为备用簇头，向其发送转发请求来实现与其他节点的信息交互，提高了网络的可靠性。

Description

无线传感器网络***和基于该***的分簇路由方法

技术领域

本发明涉及以太网通信技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络***和基于该***的分簇路由方法。

背景技术

随着以太网技术的发展，以太网越来越多地应用在工业场合，工业生产的稳定运行和效益提高对于工业以太网的可靠性提出了越来越高的要求，因此，工业以太网的高可用性也越来越受到重视。

针对工业无线传感器网络的高可用性要求和现场环境复杂的特点，目前采用的分簇路由实现机制(簇就是多个交换机的集合)，其机理都是通过预先组态的方式确定簇头，簇中节点通过簇头实现与网关的交互。

可以看出，上述实现方式将网络故障的风险高度集中在簇头上，当簇头出现故障的情况下，该簇头所在簇的所有簇中节点将无法与网关通信，网络将处于瘫痪状态。同时，当预先组态不合理，或者现场环境出现临时障碍物的情况下，簇中节点可能无法与本簇簇头通信，从而无法与网关通信。上述两种情况都体现出现有技术可靠性低的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无线传感器网络***和基于该***的分簇路由方法，以解决现有技术的网络风险集中在一台交换机上，可靠性低的问题。

本发明一种无线传感器网络***是这样实现的：

一种无线传感器网络***，包括多个独立的簇，每个簇包括工作簇头及多个簇中节点：

所述工作簇头定时检测自身的剩余能量和工作状态，转发本簇节点的数据，并接收外簇节点的转发请求，转发所述外簇节点的数据；

所述簇中节点定时判断工作簇头的工作状态，当工作簇头无法进行数据转发时，在与本地存在通信信道的外簇簇头中选择一个作为备用簇头，向其发送转发请求。

优选的，与该工作簇头互为冗余的备用簇头及多个簇中节点，其特征在于，

在每个独立簇中还包括一个备用簇头，所述备用簇头定时检测工作簇头的工作状态，并发送本身工作状态和剩余能量给所述工作簇头；

所述工作簇头定时检测自身的剩余能量和工作状态，当本身和备用簇头的剩余能量和工作状态满足冗余切换的条件时进行本身和备用簇头的切换；转发本簇节点的数据，并接收外簇节点的转发请求，转发所述外簇节点的数据；

所述簇中节点定时判断工作簇头的工作状态，当工作簇头无法进行数据转发时，在与本地存在通信信道的外簇簇头中选择一个簇头作为备用簇头，向其发送转发请求。

优选的，所述工作簇头包括：

第一检测单元，用于检测本簇头和冗余簇头的剩余能量及工作状态；

第一冗余切换单元，用于当本身和备用簇头的剩余能量和工作状态满足冗余切换的条件时进行本身和备用簇头的切换；

外簇节点数据处理单元，用于接收外簇节点的转发请求，根据所述第一检测单元的检测结果，当获知本簇头的剩余能量大于预设转发阈值时，确定可以转发该外簇节点的数据，反馈信息给该外簇节点，并记录该外簇节点信息；否则，确定无法转发该外簇节点的数据，反馈信息给该外簇节点；

第一转发单元，用于转发本簇节点的数据；

第二转发单元，用于当外簇节点数据处理单元确定转发外簇节点数据时，对该外簇节点的数据进行转发。

优选的，所述第一冗余切换单元包括：

第一切换单元，用于当所述第一检测单元检测出本簇工作簇头剩余能量低于预置的切换阈值，同时本簇备用簇头的剩余能量高于所述切换阈值时，进行本簇头和互为冗余簇头之间的冗余切换。

优选的，所述第一冗余切换单元包括：

第二切换单元，用于当所述第一检测单元检测出本身剩余能量低于预设的转发阈值，本簇的备用簇头的剩余能量高于所述转发阈值，并且所述外簇节点数据处理单元确定转发外簇节点数据时，进行本身和互为冗余簇头之间的冗余切换。

优选的，所述第一冗余切换单元包括：

第三切换单元，用于当所述第一检测单元的检测结果指示本簇工作簇头的故障严重度比备用簇头的故障严重度高时，进行工作簇头和备用簇头之间的冗余切换。

优选的，所述外簇节点数据处理单元包括：

外簇节点转发请求处理单元，用于接收外簇节点转发请求，并获取所述第一检测单元的检测结果，如果所述第一检测单元检测出本簇工作簇头剩余能量高于所述预先设置的转发阈值时，反馈正响应信息给所述外簇节点；否则，反馈负响应信息给所述外簇节点；

外簇节点信息记录单元，用于记录需要转发的外簇节点信息。

优选的，所述备用簇头包括：

第二检测单元，用于检测本身的剩余能量工作状态，并检测工作簇头的工作状态；

发送单元，用于发送指示自身剩余能量和工作状态的信息给所述工作簇头。

优选的，所述备用簇头进一步包括：

第二冗余切换单元，用于当所述第二检测单元的检测结果指示所述工作簇头无法转发数据时，将本备用簇头切换为工作簇头。

优选的，所述簇中节点包括：

诊断单元，用于诊断本簇簇头的工作是否正常；

记录单元，用于记录与本地存在通信信道的外簇簇头的簇头信息，该簇头信息包括簇头标识和信号强度；

备用簇头选择单元，用于根据诊断单元的诊断结果，当获知本簇簇头均发生故障时，根据所述记录单元记录的簇头信息，在与本地存在通信信道的外簇簇头中选择信号最强的簇头作为备用簇头。

优选的，所述备用簇头选择单元包括：

转发请求发送单元，用于根据所述记录单元记录的簇头信息，按照信号强弱的顺序依次向记录信息中簇头标识对应的外簇簇头发送转发请求；

确定单元，用于在反馈正响应信息的外簇簇头中，选择本地接收到信号强度最强的外簇簇头作为备用簇头。

本发明还公开了一种分簇路由方法，包括：

检测本簇簇头的工作状态；

当获知本簇簇头无法转发数据时，在与本地存在通信信道的外簇簇头中选择一个作为备用簇头。

优选的，按照以下步骤选择一个外簇簇头为备用簇头：

按照本地接收的信号强度的强弱顺序依次发送转发请求给与本地存在通信信道的外簇簇头；

在反馈正响应信息的外簇簇头中，选择将信号强度最强的外簇簇头确定为备用簇头。

优选的，本方法还包括：

定时检测工作簇头和备用簇头的剩余能量和工作状态；

根据检测结果判断所述工作簇头和备用簇头是否满足冗余切换的条件，若是，将工作簇头和备用簇头进行冗余切换，否则，不进行冗余切换。

优选的，按照以下步骤判断所述工作簇头和备用簇头的剩余能量和工作状态是否满足冗余切换的条件：

收到来自外簇节点发送的转发请求后，将本簇工作簇头和备用簇头的剩余能量分别和预置的转发阈值进行比较；

当本簇工作簇头的剩余能量低于所述转发阈值，同时本簇备用簇头的剩余能量高于所述转发阈值时，确定所述工作簇头和备用簇头满足冗余切换的条件。

优选的，按照以下步骤判断所述工作簇头和备用簇头的剩余能量和工作状态是否满足冗余切换的条件：

将和备用簇头的剩余能量分别和预置的切换阈值进行比较；

当本簇工作簇头的剩余能量低于所述切换阈值，同时本簇备用簇头的剩余能量高于所述切换阈值时，确定所述工作簇头和备用簇头满足冗余切换的条件。

优选的，按照以下步骤判断所述工作簇头和备用簇头的剩余能量和工作状态是否满足冗余切换的条件：

根据检测出的工作状态判断工作簇头和备用簇头的故障等级；

当工作簇头的故障等级高于备用簇头的工作等级时，确定所述工作簇头和备用簇头满足冗余切换的条件。

优选的，按照以下步骤判断所述工作簇头和备用簇头的剩余能量和工作状态是否满足冗余切换的条件：

计算备用簇头没有收到来自工作簇头的时间；

当该时间超过预设时间时，确定所述工作簇头和备用簇头满足冗余切换的条件。

从上述技术方案可知，与现有技术相比，本发明中的各独立簇的簇中节点可以判断本簇簇头是否正常工作，并在判断出网络出现障碍物，或者本簇簇头发生故障，无法实现数据转发时，通过在本地存在通信信道的外簇簇头中选择一个作为备用簇头，向其发送转发请求来实现与其他节点的信息交互，从而解决了现有技术存在的当现场环境出现临时障碍物，或者本簇簇头出现故障，无法进行数据转发的情况下，可能无法与其他节点实现通信的问题，提高了网络的可靠性。

附图说明

图1为本发明无线传感器网络***的实施例一结构示意图；

图2为本发明无线传感器网络***的实施例二结构示意图；

图3为本发明无线传感器网络***的实施例二的工作簇头的结构示意图；

图4为本发明无线传感器网络***的实施例二的第一冗余切换单元的结构示意图；

图5为本发明无线传感器网络***的实施例二的外簇节点数据处理单元的结构示意图；

图6为本发明无线传感器网络***的实施例二的备用簇头的结构示意图；

图7为本发明无线传感器网络***的实施例三的备用簇头的结构示意图；

图8为本发明无线传感器网络***的实施例四的簇中节点的结构示意图；

图9为本发明无线传感器网络***的实施例四的备用簇头选择单元的结构示意图；

图10为本发明一种分簇路由方法的实施例一的流程图；

图11为本发明一种分簇路由方法的实施例一中选择备用簇头的流程图；

图12为本发明一种分簇路由方法的实施例二的流程图。

具体实施方式

现有的工业无线传感器网络，包括多个独立的簇，每个簇包含一个工作簇头和若干簇中节点。簇中节点只能通过本簇簇头与网关进行信息交互，这种实现方式将网络故障的风险高度集中在簇头上，当工作簇头发生故障，无法正常工作的时候，所述簇中节点将无法与外界联系，导致网络瘫痪。

另外，即使在工作簇头工作正常的情况下，当网络出现临时障碍物的时候，簇中节点有可能会暂时无法与本簇簇头通信，同样会因此导致通信中断。

需要说明的是，整个无线传感器网络中的所有节点均唯一地属于一个簇，不存在任何属于多个簇或者不属于任何簇的节点。

为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供的改进的技术方案的基本思想是：簇中节点在无法联系到本簇簇头的时候，在外簇簇头中选择一个作为备用簇头，通过与该备用簇头的联系实现与外界的通信。

为了本领域技术人员对本发明的技术方案有更好的理解，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

请参考图1，示出了本发明无线传感器网络***的实施例一结构示意图。

本实施例无线传感器网络***包括多个独立的簇，每个簇包括一个簇头100及多个簇中节点200。

本***的工作过程如下：

在本实施例中，所述簇头100主要用于转发本簇簇中节点200的数据，另外还转发来自外簇的某些节点的数据，也就是说，将本簇簇中节点200的数据和来自外簇的某些节点的数据转发给网关，将网关指定下发的数据转发给簇中节点或者外簇的某些节点。

簇中节点200定时判断本簇的工作簇头100的工作状态，当检测出所述工作簇头100无法进行数据转发时，在与本地存在通信信道的外簇簇头中选择一个作为备用簇头，向其发送转发请求。

处于同一独立簇的簇中节点进行信息交互时，需要通过本簇的簇头进行转发，处于不同独立簇的簇中节点进行通信时，也需要各簇的簇头进行转发，假设处于独立簇10的簇中节点200与处于独立簇20的簇中节点200需要进行通信，则其实现通信的方式是这样的：

独立簇10的簇中节点200通过将数据发送给本簇簇头100，由本簇簇头100将该数据发送给网关，网关将该数据发送给独立簇20的簇头100，由该簇头100将数据发送给独立簇20的簇中节点200。

上述处于簇中节点与本簇的其他节点，或者外簇节点一次通信的时间基本上是固定的，所以当簇中节点200在预定的时间内没有收到来自本簇头转发的数据时，可以判断出网络出现障碍物，或者本簇簇头发生故障，无法实现数据转发。所以，簇中节点判断本簇的簇头100的工作状态可以通过上述方式进行。

当独立簇30的现场环境存在障碍物，该障碍物使得一个簇中节点200无法与该簇30的簇头100相联系，这时，如果该簇中节点200需要与独立簇10中的簇中节点200通信，则其可以将数据发送给该独立簇10的簇头100，由该簇头100将数据发送给该簇的簇中节点200。如果该障碍物同时使得该簇中节点200无法与独立簇20的簇头直接联系，当该簇中节点200需要与独立簇20中的簇中节点200通信时，簇中节点200将数据转发给独立簇100的簇头100，由该簇头100将数据发送给网关，并由网关将该数据发送给所述独立簇20的簇头100，由该簇头100将数据发送给该簇的簇中节点200。

本发明实施例中，各独立簇的簇中节点可以判断本簇簇头是否正常工作，并在判断出网络出现障碍物，或者本簇簇头发生故障，无法实现数据转发时，通过在本地存在通信信道的外簇簇头中选择一个作为备用簇头，向其发送转发请求来实现与其他节点的信息交互，从而解决了现有技术存在的当现场环境出现临时障碍物，或者本簇簇头出现故障，无法进行数据转发的情况下，可能无法与其他节点实现通信的问题，提高了网络的可靠性。

为了进一步提高网络的可靠性，在上述实施例的基础上，本发明还可以包括一个备用簇头，为了描述方便，将上述的簇头称为工作簇头。请参考图2，为本发明无线传感器网络***的实施例二结构示意图。

所述备用簇头300定时检测工作簇头100的工作状态，检测自身的剩余能量和工作状态，并将用于指示本身工作状态和剩余能量的信息发送给所述工作簇头100。

同一独立簇的备用簇头300与工作簇头100互为冗余，其设备标识相同。

所述工作簇头100在具备上述实施例一中所述的功能之外，还定时检测自身的剩余能量和工作状态，获取所述备用簇头300发送过来的信息，判断本身和备用簇头300的剩余能量和工作状态是否满足冗余切换的条件，当满足冗余切换条件时进行本身和备用簇头的切换。

在以下几种情况时，所述工作簇头100判断工作簇头100和备用簇头300满足冗余切换的条件：

1、工作簇头100的剩余能量小于预先设置的“切换阈值”，而备用簇头300大于所述“切换阈值”；

2、工作簇头100的故障严重度(故障等级)高于备用簇头300的故障严重度；

3、工作簇头100收到来自外簇的节点发送的转发请求，并且，工作簇头100的剩余能量低于预先设置的“转发阈值”，同时备用簇头300的剩余能量高于所述“转发阈值”。

图3示出了上述实施例中的工作簇头100的结构示意图。

所述工作簇头100包括第一检测单元111、第一冗余切换单元112、外簇节点数据处理单元113、第一转发单元114和第二转发单元115。

其中，所述第一检测单元111检测本簇头的剩余能量和工作状态，并获取备用簇头300发送过来的用于指示该备用簇头300剩余能量和工作状态的信息。

所述第一冗余切换单元112用于判断本簇头和所述备用簇头300是否满足冗余切换条件，当满足冗余切换条件时，进行冗余切换：将本簇头状态更改为“备用状态”，并发送指令给备用簇头300，命令该备用簇头300将其自身的簇头状态更改为“工作状态”。

所述外簇节点数据处理单元113接收来自外簇节点的转发请求，根据所述第一检测单元111的检测结果，如果本簇头的剩余能量大于所述“转发阈值”时，确定可以转发该外簇节点的数据，反馈信息给该外簇节点，并记录该外簇节点信息(主要包括节点地址信息)；否则，确定无法转发该外簇节点的数据，反馈信息给该外簇节点。

所述第一转发单元114用于转发本簇节点的数据：将本簇节点的数据发送给网关，将网关指定下发的数据转发给簇中节点。

所述第二转发单元115在上述外簇节点数据处理单元113确定可以转发外簇节点的数据的情况下，当接收到所述外簇节点的数据时，对该外簇节点的数据进行转发：将外簇节点的数据发送给网关。

图4示出了该实施例的第一冗余切换单元112的结构示意图。

第一切换单元112包括第一切换单元1121、第二切换单元1122和第三切换单元1123。其中，

第一切换单元1121用于当所述第一检测单元111检测出本簇工作簇头100剩余能量低于所述预先设置的“切换阈值”，同时本簇备用簇头300的剩余能量高于所述“切换阈值”时，进行本簇头和互为冗余簇头之间的冗余切换。

第二切换单元1122用于当所述第一检测单元111检测出本身剩余能量低于预设的“转发阈值”，本簇的备用簇头300的剩余能量高于所述“转发阈值”，并且所述外簇节点数据处理单元113确定转发外簇节点数据时，进行本身和互为冗余簇头(备用簇头)之间的冗余切换。

第三切换单元1123用于当所述第一检测单元111的检测结果指示本簇工作簇头100的故障严重度比备用簇头300的故障严重度高时，进行工作簇头100和备用簇头300之间的冗余切换。

请参考图5，为上述实施例的外簇节点数据处理单元113的结构示意图，如图中所示，该外簇节点数据处理单元113可以包括外簇节点转发请求处理单元1131和外簇节点信息记录单元1132。

所述外簇节点转发请求处理单元1131接收外簇节点转发请求，并获取所述第一检测单元111的检测结果，如果所述第一检测单元111检测出本簇工作簇头100剩余能量高于所述预先设置的“转发阈值”时，反馈用于指示可以转发数据的正响应信息给所述外簇节点，否则，反馈无法转发数据的负响应信息给所述外簇节点；

外簇节点信息记录单元，用于记录需要转发的外簇节点信息。

图6示出了上述实施例的备用簇头的结构示意图。

该备用簇头300包括：第二检测单元311和第一发送单元312。

其中，所述第二检测单元311的主要工作是检测本身的剩余能量工作状态，并检测工作簇头100的工作状态；所述第一发送单元312的主要工作是：发送指示自身剩余能量和工作状态的信息给所述工作簇头100。

请参考图7，为本发明实施例三的备用簇头的结构示意图。

上述实施例中，冗余切换的动作都是由工作簇头100发起的，也就是说存在一定的风险：当工作簇头100出现严重故障时，将无法发起进行冗余切换的动作，所以为了进一步提高网络的可靠性，在上述实施例的基础上，本发明的备用簇头300还可以包括第二冗余切换单元313。

所述第二冗余切换单元313用于在所述第二检测单元311的检测结果指示所述工作簇头100无法转发数据时，将本备用簇头300的簇头状态从“备用状态”更改为“工作状态”，从而使得本备用簇头切换为工作簇头。

在超过预先组态设定的时间内，没有收到所述工作簇头100的任何数据，所述第二检测单元311即可判断所述工作簇头100发生严重故障，无法转发数据。这时，第二冗余切换单元313将本备用簇头切换为工作簇头。从而避免由于工作簇头发生故障而致使网络出现通信中断的情况。

上述所有实施例中，所述簇中节点200的结构示意图可以如图8所示，所述簇中节点200包括：诊断单元211、记录单元212、备用簇头选择单元213。

本簇中节点200的工作过程和工作原理如下：

所述诊断单元211诊断本簇簇头的工作是否正常。

在预定的时间间隔内，如果没有收到来自本簇簇头的数据，则认定本簇簇头发生故障，无法转发数据。

所述记录单元212记录与本地存在通信信道的外簇簇头的簇头信息，该簇头信息包括簇头标识和信号强度。

所述备用簇头选择单元213获取诊断单元211的诊断结果，当获知本簇簇头(可以仅为工作簇头100，也可以同时包括工作簇头100和备用簇头300)发生故障时，根据所述记录单元212记录的簇头信息，按照本地接收信号的强弱顺序向与本地存在通信信道的外簇簇头发送数据转发请求，根据各外簇簇头的响应信息确定其中一个为备用簇头。

上述备用簇头选择单元213选择备用簇头的方式具体如下：

按照本地信号强弱的顺序向与本地存在通信信道的外簇簇头发送转发请求，并获取各外簇簇头的响应信息，根据该响应为正响应信号或负响应信号可知对应的外簇簇头能否执行转发本节点数据，在反馈正响应信号的外簇簇头中选择本地接收到信号最强的外簇节点作为备用簇头。

如果没有接收到某一外簇簇头的响应信息，则可以认为该簇头发生故障，或者无法联系。

在确定备用簇头之后，所述簇中节点200将需要转发的数据发送给该备用簇头，由该备用簇头完成数据的转发。

图9示出了上述实施例的备用簇头选择单元的结构示意图。

所述备用簇头选择单元213包括：转发请求发送单元2131和确定单元2132。其中，所述转发请求发送单元2131用于根据所述记录单元记录的簇头信息，按照信号强弱的顺序依次向记录信息簇头标识对应的的外簇簇头发送转发请求。所述确定单元2132获取各外簇簇头的响应信息，在反馈正响应信号的外簇簇头中选择本地接收到信号强度最强的外簇簇头作为备用簇头。

本发明同时还公开了一种基于上述***的分簇路由方法，请参考图10，为本发明一种分簇路由方法的实施例一的流程图。

包括以下步骤：

步骤S101：检测本簇簇头的工作状态。

步骤S102：当获取本簇簇头无法转发数据时，在与本地存在通信信道的外簇簇头中选择一个作为备用簇头。

簇中节点如果在预定的时间间隔内没有收到来自本簇簇头的数据，则认定本簇簇头发生故障，无法转发数据。于是，在与本地存在通信信道的外簇簇头中选择一个作为备用簇头。

图11示出了本发明一种分簇路由方法的实施例一中选择备用簇头的流程图。

选择一个外簇簇头为备用簇头可以按照以下步骤进行：

步骤S201：按照本地接收的信号强度的强弱顺序依次发送转发请求给与本地存在通信信道的外簇簇头。

步骤S202：在反馈正响应信息的外簇簇头中，选择将信号强度最强的外簇簇头确定为备用簇头。

本发明实施例中，各簇中节点判断本簇簇头是否正常工作，在判断出网络出现障碍物，或者本簇簇头发生故障，无法实现数据转发时，通过在本地存在通信信道的外簇簇头中选择一个作为备用簇头，向其发送转发请求来实现与其他节点的信息交互，从而解决了现有技术存在的当现场环境出现临时障碍物，或者本簇簇头出现故障，无法进行数据转发的情况下，可能无法与其他节点实现通信的问题，提高了网络的可靠性。

请参考图12，为本发明一种分簇路由方法的实施例二的流程图。

步骤S301：定时检测工作簇头和备用簇头的剩余能量和工作状态。

步骤S302：根据检测结果判断所述工作簇头和备用簇头是否满足冗余切换的条件，若是，进入步骤S303；否则，进入步骤S304。

步骤S303：将工作簇头和备用簇头进行冗余切换，结束。

将工作簇头的簇头状态从“工作状态”更改为“备用状态”，将备用簇头的工作状态从“备用状态”更改为“工作状态”。

步骤S304：不进行冗余切换，结束。

需要说明的是，上述步骤S302中所述冗余切换的条件可以为以下几点中的任意一点：

1、工作簇头的剩余能量小于预先设置的“切换阈值”，而备用簇头大于所述“切换阈值”。

2、工作簇头的故障严重度(故障等级)高于备用簇头的故障严重度。

3、工作簇头收到来自外簇的节点发送的转发请求，并且，工作簇头的剩余能量低于预先设置的“转发阈值”，同时备用簇头的剩余能量高于所述“转发阈值”。

4、工作簇头发生严重故障，无法进行数据转发。

上述“切换阈值”和“转发阈值”均是根据网络情况和用户需求预先确定的。

本领域技术人员应能理解，综合上述实施例一和实施例二的技术方案，一方面在工作簇头出现故障时或者转发性能不是很好时，可以通过与备用簇头进行冗余切换来实现对数据的转发，另一方面，簇中节点可以在本簇簇头(包括工作簇头和备用簇头)发生故障时，通过外簇簇头实现数据转发，从而更好地提高网络的可靠性。

以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (18)

1、一种无线传感器网络***，其特征在于，包括多个独立的簇，每个簇包括工作簇头及多个簇中节点：

所述工作簇头定时检测自身的剩余能量和工作状态，转发本簇节点的数据，并接收外簇节点的转发请求，转发所述外簇节点的数据；

所述簇中节点定时判断工作簇头的工作状态，当工作簇头无法进行数据转发时，在与本地存在通信信道的外簇簇头中选择一个作为备用簇头，向其发送转发请求。

2、如权利要求1所述的***，其特征在于，与该工作簇头互为冗余的备用簇头及多个簇中节点，其特征在于，

在每个独立簇中还包括一个备用簇头，所述备用簇头定时检测工作簇头的工作状态，并发送本身工作状态和剩余能量给所述工作簇头；

所述工作簇头定时检测自身的剩余能量和工作状态，当本身和备用簇头的剩余能量和工作状态满足冗余切换的条件时进行本身和备用簇头的切换；转发本簇节点的数据，并接收外簇节点的转发请求，转发所述外簇节点的数据；

所述簇中节点定时判断工作簇头的工作状态，当工作簇头无法进行数据转发时，在与本地存在通信信道的外簇簇头中选择一个簇头作为备用簇头，向其发送转发请求。

3、如权利要求2所述的***，其特征在于，所述工作簇头包括：

第一检测单元，用于检测本簇头和冗余簇头的剩余能量及工作状态；

第一冗余切换单元，用于当本身和备用簇头的剩余能量和工作状态满足冗余切换的条件时进行本身和备用簇头的切换；

外簇节点数据处理单元，用于接收外簇节点的转发请求，根据所述第一检测单元的检测结果，当获知本簇头的剩余能量大于预设转发阈值时，确定可以转发该外簇节点的数据，反馈信息给该外簇节点，并记录该外簇节点信息；否则，确定无法转发该外簇节点的数据，反馈信息给该外簇节点；

第一转发单元，用于转发本簇节点的数据；

第二转发单元，用于当外簇节点数据处理单元确定转发外簇节点数据时，对该外簇节点的数据进行转发。

4、如权利要求3所述的***，其特征在于，所述第一冗余切换单元包括：

第一切换单元，用于当所述第一检测单元检测出本簇工作簇头剩余能量低于预置的切换阈值，同时本簇备用簇头的剩余能量高于所述切换阈值时，进行本簇头和互为冗余簇头之间的冗余切换。

5、如权利要求3所述的***，其特征在于，所述第一冗余切换单元包括：

第二切换单元，用于当所述第一检测单元检测出本身剩余能量低于预设的转发阈值，本簇的备用簇头的剩余能量高于所述转发阈值，并且所述外簇节点数据处理单元确定转发外簇节点数据时，进行本身和互为冗余簇头之间的冗余切换。

6、如权利要求3所述的***，其特征在于，所述第一冗余切换单元包括：

第三切换单元，用于当所述第一检测单元的检测结果指示本簇工作簇头的故障严重度比备用簇头的故障严重度高时，进行工作簇头和备用簇头之间的冗余切换。

7、如权利要求2-6任意一项所述的***，其特征在于，所述外簇节点数据处理单元包括：

外簇节点转发请求处理单元，用于接收外簇节点转发请求，并获取所述第一检测单元的检测结果，如果所述第一检测单元检测出本簇工作簇头剩余能量高于所述预先设置的转发阈值时，反馈正响应信息给所述外簇节点；否则，反馈负响应信息给所述外簇节点；

外簇节点信息记录单元，用于记录需要转发的外簇节点信息。

8、如权利要求2-6任意一项所述的***，其特征在于，所述备用簇头包括：

第二检测单元，用于检测本身的剩余能量工作状态，并检测工作簇头的工作状态；

发送单元，用于发送指示自身剩余能量和工作状态的信息给所述工作簇头。

9、如权利要求8所述的***，其特征在于，所述备用簇头进一步包括：

第二冗余切换单元，用于当所述第二检测单元的检测结果指示所述工作簇头无法转发数据时，将本备用簇头切换为工作簇头。

10、如权利要求2-6任意一项所述的***，其特征在于，所述簇中节点包括：

诊断单元，用于诊断本簇簇头的工作是否正常；

记录单元，用于记录与本地存在通信信道的外簇簇头的簇头信息，该簇头信息包括簇头标识和信号强度；

备用簇头选择单元，用于根据诊断单元的诊断结果，当获知本簇簇头均发生故障时，根据所述记录单元记录的簇头信息，在与本地存在通信信道的外簇簇头中选择信号最强的簇头作为备用簇头。

11、如权利要求10所述的***，其特征在于，所述备用簇头选择单元包括：

转发请求发送单元，用于根据所述记录单元记录的簇头信息，按照信号强弱的顺序依次向记录信息中簇头标识对应的外簇簇头发送转发请求；

确定单元，用于在反馈正响应信息的外簇簇头中，选择本地接收到信号强度最强的外簇簇头作为备用簇头。

12、一种分簇路由方法，其特征在于，包括：

检测本簇簇头的工作状态；

当获知本簇簇头无法转发数据时，在与本地存在通信信道的外簇簇头中选择一个作为备用簇头。

13、如权利要求12所述的方法，其特征在于，按照以下步骤选择一个外簇簇头为备用簇头：

按照本地接收的信号强度的强弱顺序依次发送转发请求给与本地存在通信信道的外簇簇头；

在反馈正响应信息的外簇簇头中，选择将信号强度最强的外簇簇头确定为备用簇头。

14、如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，还包括：

定时检测工作簇头和备用簇头的剩余能量和工作状态；

根据检测结果判断所述工作簇头和备用簇头是否满足冗余切换的条件，若是，将工作簇头和备用簇头进行冗余切换，否则，不进行冗余切换。

15、如权利要求14所述的方法，其特征在于，按照以下步骤判断所述工作簇头和备用簇头的剩余能量和工作状态是否满足冗余切换的条件：

收到来自外簇节点发送的转发请求后，将本簇工作簇头和备用簇头的剩余能量分别和预置的转发阈值进行比较；

当本簇工作簇头的剩余能量低于所述转发阈值，同时本簇备用簇头的剩余能量高于所述转发阈值时，确定所述工作簇头和备用簇头满足冗余切换的条件。

16、如权利要求14所述的方法，其特征在于，按照以下步骤判断所述工作簇头和备用簇头的剩余能量和工作状态是否满足冗余切换的条件：

将和备用簇头的剩余能量分别和预置的切换阈值进行比较；

当本簇工作簇头的剩余能量低于所述切换阈值，同时本簇备用簇头的剩余能量高于所述切换阈值时，确定所述工作簇头和备用簇头满足冗余切换的条件。

17、如权利要求14所述的方法，其特征在于，按照以下步骤判断所述工作簇头和备用簇头的剩余能量和工作状态是否满足冗余切换的条件：

根据检测出的工作状态判断工作簇头和备用簇头的故障等级；

当工作簇头的故障等级高于备用簇头的工作等级时，确定所述工作簇头和备用簇头满足冗余切换的条件。

18、如权利要求14所述的方法，其特征在于，按照以下步骤判断所述工作簇头和备用簇头的剩余能量和工作状态是否满足冗余切换的条件：

计算备用簇头没有收到来自工作簇头的时间；

当该时间超过预设时间时，确定所述工作簇头和备用簇头满足冗余切换的条件。

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