CN102487536A - 一种下行控制信息发送方法、装置及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下行控制信息发送方法、装置及***，包括：移动通信网络的通信设备接收无线传感器网络的管理节点发送的下行控制信息，下行控制信息用于对管理节点管辖的各传感器节点进行控制；并将接收的下行控制信息通过一跳链路发送给各传感器节点。采用本发明实施例提供的方案，提高了无线传感器网络的链路质量和通信效率。

Description

一种下行控制信息发送方法、装置及***

技术领域

本发明涉及无线通信领域中的移动通信网络技术领域和无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种通过移动通信网络进行无线传感器网络中的下行控制信息发送的方法、装置及***。

背景技术

近年来，随着微电子技术、微电子机械***(Micro-Electro-MechanicalSystems：MEMS)技术及无线通信技术的飞速发展，集感知与无线通信功能于一身的低功耗传感器的设计与应用成为现实。由此应运而生的无线传感器网络在医疗、公共安全、军事及环境监控等方面有着巨大的应用前景。只要通过在事件发生地附近部署相应的传感器节点，就可以收集所感兴趣的信息。

另一方面，移动通信网络是目前、也是可预见将来一段时间内基础设施建设最完善、应用范围最广、用户最为广泛、业务成熟度最高的面向大众的网络。随着移动通信网络通信容量的飞速的发展，信息来源及新的增值业务增长点是现在及未来移动通信网络将要面临的一个重要问题。两者的结合或者融合可以使无线传感器网络作为无线通信网络的延伸为移动通信网络提供海量的信息来源，有可能使得无线传感器网络成为推动无线通信网络发展的一极，成为一种新型的移动增值业务来推动无线数据网络的发展。

在无线传感器网络中，一般包括如下三种类型的节点：一种为传感器节点(Sensor Node)，此类节点上配备有各种类型的传感器，负责对周围环境的探测与感知；还包括两种管理节点，一种为簇头节点(CH：Cluster Head)，此类节点作为局部区域数据收敛节点，将把簇内传感器节点传给它的数据(也可能是进行数据融合后的数据)传送给汇聚节点，且簇头之间可以通过多跳的方式把数据汇聚到汇聚节点；另一种管理节点为汇聚节点(Sink Node)，此类节点具有收集来自其它传感器节点信息或者搜集从簇头节点传送的数据信息的功能，且通常都配备两个以上的网络接口，一方面通过无线传感器网络接口与底层的无线传感器网络节点进行通信，另一方面通过连接的以太网或无线网络接入其它网络。汇聚节点又可以分为固定汇聚节点(FSN：Fixed Sink Node)与移动汇聚节点(MSN：Mobile Sink Node)。

无线传感器网络是一种多跳方式通信的网络且具有能量受限的特性，在现有的技术方案中，簇头节点或者汇聚节点与传感器节点建立通信的过程及数据的发送通常都通过逐跳扩散转发方式进行。图1所示为现有技术中的无线传感器网络的拓扑结构示意图，以簇头节点作为管理节点为例，具体包括：簇头节点ch1，簇头节点ch1负责对其周围的该簇内的传感器节点进行通信与管理，包括传感器节点1-n，其中：

传感器节点1-n上配备有各种类型的传感器，负责对周围环境的探测与感知，并且传感器节点1-n可以通过一跳或者多跳的方式与其归属的簇头节点ch1进行通信；簇头节点ch1作为该簇的数据收敛节点，将把传感器节点1-n传给它的数据(可能进行数据融合后的数据)传送给后端设备。且无线传感器网络中可包括多个簇头节点，如还包括簇头节点ch2、ch3，各簇头节点之间可以通过多跳的方式把簇头节点收集的数据汇聚到后端设备。

并且，簇头节点ch1还用于对传感器节点1-n进行管理和控制，如通过向传感器节点1-n发送下行控制信息对其进行管理和控制，包括同步、路由建立和资源调度等管理和控制。目前传统的无线传感器网络工作方式中，簇头节点ch1在根据各传感器节点1-n的当前状况确定出相应的控制决策后，会首先把下行控制信息发送给与其直接连接的传感器节点1，并要求其进行转发。接收到该下行控制信息的传感器节点依次进行转发直到最后一跳的无线传感器节点接收到该信息。如图中下行控制信息从ch1发送给传感器节点1后，经历n跳后最终将到达传感器节点n。

该多跳转发方式有利于节省发送节点的能量并有利于减小节点的复杂度，适用于普通数据包的发送，但是该方式并不完全适用于信令信息及其它控制信息的发送，如节点建立通信过程广播信息、同步信息、路由建立和资源调度等相关控制信息的发送等。此类信息的及时、正确发送是保证后续通信的基础，但是由于无线传感器网络多跳扩散本身具有较大的延迟及各跳链路的不确定性，使得此类信息下发及通信链路的建立过程需要经历一个较长的时间过程，进而导致无线传感器网络的链路质量下降，且通信效率降低。

发明内容

本发明实施例提供一种下行控制信息发送方法、装置及***，用以提高无线传感器网络的链路质量和通信效率。

本发明实施例提供一种下行控制信息发送方法，包括：

移动通信网络的通信设备接收无线传感器网络的管理节点发送的下行控制信息，所述下行控制信息用于对所述管理节点管辖的各传感器节点进行控制；并

将接收的所述下行控制信息通过一跳链路发送给所述各传感器节点。

本发明实施例还提供一种移动通信网络的通信设备，包括：

接收单元，用于接收无线传感器网络的管理节点发送的下行控制信息，所述下行控制信息用于对所述管理节点管辖的各传感器节点进行控制；

发送单元，用于将接收的所述下行控制信息通过一跳链路发送给所述各传感器节点。

本发明实施例还提供一种无线传感器网络的管理节点，包括：

确定单元，用于确定出需要发送给本管理节点管辖的各传感器节点的下行控制信息，所述下行控制信息用于所述各传感器节点进行控制；

发送单元，用于将所述下行控制信息发送给移动通信网络的通信设备。

本发明实施例还提供一种下行控制信息发送***，包括：无线传感器网络的管理节点和移动通信网络的通信设备，其中：

所述管理节点，用于将需要发送给其管辖的各传感器节点的下行控制信息发送给所述通信设备，所述下行控制信息用于对本管理节点管辖的各传感器节点进行控制；

所述通信设备，用于将接收的所述下行控制信息通过一跳链路发送给所述各传感器节点。

本发明实施例提供的方法中，针对用于对无线传感器网络的管理节点管辖的各传感器节点进行控制的下行控制信息，不再需要由管理节点由于能量限制而采用多跳转发的方式发送给各传感器节点，而是由管理节点先将下行控制信息通过一跳链路发送给移动通信网络的通信设备，由该通信设备将接收的下行控制信息发送给各传感器节点。由于移动通信网络的通信设备相比无线传感器网络的管理节点，其能量受限程度低，信息发送时能够覆盖的范围更广泛，即信息发送能力更强，所以能够采用一跳的方式直接将下行控制信息发送给各传感器节点，进而避免了多跳转发方式导致的链路不确定性和延迟问题，因此提高了无线传感器网络的链路质量和通信效率。

附图说明

图1为现有技术中的无线传感器网络的拓扑结构示意图；

图2为本发明实施例提供的下行控制信息发送方法的流程图；

图3为本发明实施例中无线传感器网络的拓扑结构示意图；

图4为本发明实施例提供的下行控制信息发送的详细流程图；

图5为现有技术中簇头节点的时隙周期示意图；

图6为本发明实施例提供的移动通信网络的通信设备的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的无线传感器网络的管理节点的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的下行控制信息发送***的结构示意图。

具体实施方式

为了给出提高无线传感器网络的链路质量和通信效率的实现方案，本发明实施例提供了一种下行控制信息发送方法、装置及***，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例提供一种下行控制信息发送方法，如图2所示，包括：

步骤S201、移动通信网络的通信设备接收无线传感器网络的管理节点发送的下行控制信息，下行控制信息用于对管理节点管辖的各传感器节点进行控制。

步骤S202、将接收的下行控制信息通过一跳链路发送给各传感器节点。

上述通信设备可以为基站或移动终端；上述管理节点可以为簇头节点或汇聚节点。

下面结合附图，以通信设备为基站，管理节点为簇头节点为例，对本发明提供的方法及装置和相应***进行详细描述。

图3所示为本发明实施例中无线传感器网络的拓扑结构示意图，与图1所示拓扑结构相比，将移动通信网络中的通信设备引入到无线传感器网络中，用于代替无线传感器网络中的管理节点发送下行控制信息，如增加了基站BS1，BS1可以与簇头节点ch1等进行通信。

本发明实施例中，移动通信网络包含GSM、IS-95等2G网络，TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000、WiMAX等3G网络，及其它如WIFI、LTE、4G等能够提供无线通信服务的移动通信网络。

由于在对各传感器节点进行控制和管理时，需要簇头节点首先将下行控制信息发送到基站，具体发送时所采用的通信协议可以有如下两种方式：

一是增强簇头节点的功能，使其具备采用移动通信网络协议发送信息的能力，簇头节点采用移动通信网络协议将下行控制信息发送给基站。

二是增强基站的功能，使其具备采用无线传感器网络协议接收信息的能力，簇头节点采用无线传感器网络协议将下行控制信息发送给基站。

相比第一种方式增强簇头节点的功能，采用第二种方式增强基站的功能更利于方案的实现和实施，且后续需要基站采用无线传感器网络协议将下行控制信息发送给各传感器节点，所以采用第二种方式更合适。

图3所示拓扑结构中的其他簇头节点ch2和ch3，可以直接与基站进行信息交互，将下行控制信息发送给基站，也可以先将下行控制信息发送给簇头节点ch1，由簇头节点ch1转发给基站。

图4为本发明实施例提供的下行控制信息发送的详细流程图，具体包括如下步骤：

步骤S401、簇头节点与其管辖的簇内各传感器节点建立通信连接，即簇内各传感器节点接收到簇头节点的广播信息后，向该簇头节点发送接入信息请求加入。簇头节点按照一定的规则决定是否允许传感器节点加入该簇，如果条件满足则回复信息到传感器节点允许其加入该簇。

步骤S402、簇头节点可以根据接收的簇内各传感器节点上报的当前状况信息和需求信息，确定出对各传感器节点的管理和控制决策，进而确定出需要发送给各传感器节点的下行控制信息。

例如，以资源调度控制为例，簇头节点根据各传感器节点的需求及网络拓扑情况，按照一定的规则进行上行及下行资源调度。资源调度的内容包括频率资源分配、时间资源分配(包括时隙的位置及总占用时长等)，还可能包括码资源分配等。

步骤S403、簇头节点在确定出需要发送给其管辖的各传感器节点的下行控制信息后，不再采用现有技术中多跳转发的方式将下行控制信息发送给各传感器节点，而是将下行控制信息发送给基站，如上所述，可以直接发送给基站，也可以通过其他簇头节点转发给基站，并告知(或预先与基站预定)基站该下行控制信息的发送方式，例如，采用广播方式发送，或针对每个传感器节点分别发送对应的下行控制信息；又例如，基站以自身作为发送方发送，或者冒充簇头节点进行发送等。

簇头节点将确定出的下行控制信息发送给基站，如上所述，可以采用移动通信网络协议发送，也可以采用无线传感器网络协议发送，在此再详细描述。

步骤S404、基站在接收到簇头节点发送的下行控制信息后，将该下行控制信息通过一跳链路转发给各传感器节点，为了适应传感器节点的能量首先的特性，以及减少对传感器节点的改进，具体可以采用无线传感器网络协议发送下行控制信息。

按照从无线传感器节点侧来看发送方身份的不同，具体发送方式如下：

第一种方式：基站以簇头节点的节点标识作为发送方标识，将下行控制信息发送给各传感器节点。即在携带下行控制信息的消息中，所携带的发送方标识不是基站自身的标识，而是簇头节点的标识，进而使得各传感器节点在接收到该下行控制信息后，仍然认为该下行控制信息是由簇头节点发送的。采用基站冒充簇头节点发送下行控制信息，则不需要对传感器节点进行改进。

第二种方式：基站以自身的标识作为发送方标识，将下行控制信息发送给各传感器节点。即在携带下行控制信息的消息中，所携带的发送方标识为自身的标识，而此时需要各传感器节点预先获知该基站的存在，以便成功接收到基站发送的下行控制信息。

按照发送时间的不同，具体发送方式如下：

第一种方式：基站在簇头节点的下行控制信息发送时间段内，将下行控制信息发送给各传感器节点。如图5所示为现有技术中簇头节点的时隙周期示意图，采用休眠唤醒周期模式，每个时隙周期包括唤醒时间段和休眠时间段，并在唤醒时间段中划分出了下行控制信息发送时间段。本方式中，即在现有时隙周期中已确定的该下行控制信息发送时间段内，由基站发送该下行控制信息，而簇头节点则不再发送。

第二种方式：基站周期性地将下行控制信息发送给各传感器节点，且进一步的可以采用广播的方式发送，以便各传感器节点在其各自的时频资源对应时间段内接收下行控制信息。

也可以采用其它的基站与各传感器节点之间下行控制信息的发送接收的约定方式，在此不再进行详细描述。

由于移动通信网络中的通信设备的信息发送能力强，覆盖范围更广泛，所以可以通过一跳的方式直接将下行控制信息发送给各传感器节点。

步骤S405、簇内的各传感器节点在接收到基站发送下行控制信息后，则根据该下行控制信息所表征的控制决策进行相应的操作和处理。

例如，以接收到资源调度信息为例，传感器节点按照资源调度信息所表征的资源分配决策确定出自身分配到的处理资源，并利用分配的处理资源进行数据传送。

采用本发明实施例提供的上述下行控制信息发送方法，不再需要由管理节点由于能量限制而采用多跳转发的方式，将下行控制信息发送给各传感器节点，而是由管理节点先将下行控制信息发送给移动通信网络的通信设备，由该通信设备将接收的下行控制信息发送给各传感器节点。由于移动通信网络的通信设备相比无线传感器网络的管理节点，其能量受限程度低，信息发送时能够覆盖的范围更广泛，即信息发送能力更强，所以能够采用一跳的方式直接将下行控制信息发送给各传感器节点，进而避免了多跳转发方式导致的链路不确定性和延迟问题，因此提高了无线传感器网络的链路质量和通信效率。

并且，针对具体某方面的控制和管理，还可以得到进一步的技术效果，例如传感器节点之间的同步的控制。

在大多数无线传感器网络应用中，各节点间同步是必不可少的，即要求各节点间的时钟必须是同步的。在进行节点间同步的控制过程中，同步控制信息同样需要管理节点采用多跳转发的方式发送给其管辖的各传感器节点，以便实现各传感器节点之间的同步。

但由于受到信息多跳转发方式所带来的延迟特性的限制，当需要同步的各传感器节点较多时，则无法实现较多的各传感器节点之间有效和准确的同步控制，所以，现有技术中，同步只能在局部的小范围内的实现，例如在整个无线传感器网络内形成多个具有不同同步控制的簇。

并且由于在无线传感器网络中，节点通常采用休眠唤醒周期，在休眠时关闭射频，而为了使相邻节点之间能够进行通信，相邻节点之间的唤醒周期应该相互协调，这也属于同步控制的一方面。但在移动的场景下，当节点发送簇切换时，如果不能够及时调整该节点的同步控制策略，则可能会导致该节点在切换后所位于的簇内丢失关键数据，例如，该节点如果是管理节点，则在其通过移动发送簇切换后，在其没有与切换后所位于的簇内其它传感器节点进行同步之前，则无法有效的接收其他传感器节点上报的采集数据；又如该节点如果是传感器节点，也无法有效的将其采集的数据上报给切换后位于的簇内的管理节点。因此，现有无线传感器网络中的同步控制的上述缺陷，可能导致无线传感器网络的整体性能下降。

而采用本发明实施例提供的上述下行控制信息发送方法发送同步控制信息时，可以及时高效的将同步控制信息发送给各传感器节点，并且可以覆盖更大区域范围内的传感器节点，使得更多的传感器节点之间实现同步，甚至实现无线传感器网络全网内全部节点之间的同步，进而提高了网络了整体性能。

基于同一发明构思，根据本发明上述实施例提供的下行控制信息发送方法，相应地，本发明另一实施例还提供了一种移动通信网络的通信设备，其结构示意图如图6所示，包括：

接收单元601，用于接收无线传感器网络的管理节点发送的下行控制信息，下行控制信息用于对管理节点管辖的各传感器节点进行控制；

发送单元602，用于将接收的下行控制信息通过一跳链路发送给各传感器节点。

较佳的，发送单元602，具体用于以管理节点的节点标识作为发送方标识，将下行控制信息通过一跳链路发送给各传感器节点；或者以本通信设备的设备标识作为发送方标识，将下行控制信息通过一跳链路发送给各传感器节点。

较佳的，发送单元602，具体用于在管理节点的下行控制信息发送时间段内，将下行控制信息通过一跳链路发送给各传感器节点；或者周期性地将下行控制信息通过一跳链路发送给各传感器节点。

较佳的，上述通信设备为移动终端或基站。

基于同一发明构思，根据本发明上述实施例提供的下行控制信息发送方法，相应地，本发明另一实施例还提供了一种无线传感器网络的管理节点，其结构示意图如图7所示，包括：

确定单元701，用于确定出需要发送给本管理节点管辖的各传感器节点的下行控制信息，下行控制信息用于对各传感器节点进行控制；

发送单元702，用于将下行控制信息发送给移动通信网络的通信设备。

较佳的，上述管理节点为簇头节点或汇聚节点。

基于同一发明构思，根据本发明上述实施例提供的下行控制信息发送方法，相应地，本发明另一实施例还提供了一种下行控制信息发送***，其结构示意图如图8所示，包括：无线传感器网络的管理节点801和移动通信网络的通信设备802，其中：

管理节点801，用于将需要发送给其管辖的各传感器节点的下行控制信息发送给通信设备802，下行控制信息用于对本管理节点801管辖的各传感器节点进行控制；

通信设备802，用于将接收的下行控制信息通过一跳链路发送给各传感器节点。

综上所述，本发明实施例提供的方案，包括：移动通信网络的通信设备接收无线传感器网络的管理节点发送的下行控制信息，下行控制信息用于对管理节点管辖的各传感器节点进行控制；并将接收的下行控制信息通过一跳链路发送给各传感器节点。采用本发明实施例提供的方案，提高了无线传感器网络的链路质量和通信效率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种下行控制信息发送方法，其特征在于，包括：

移动通信网络的通信设备接收无线传感器网络的管理节点发送的下行控制信息，所述下行控制信息用于对所述管理节点管辖的各传感器节点进行控制；并

将接收的所述下行控制信息通过一跳链路发送给所述各传感器节点。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将接收的所述下行控制信息发送通过一跳链路给所述各传感器节点，具体为：

所述通信设备以所述管理节点的节点标识作为发送方标识，将所述下行控制信息通过一跳链路发送给所述各传感器节点；或者

所述通信设备以自身的设备标识作为发送方标识，将所述下行控制信息通过一跳链路发送给所述各传感器节点。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将接收的所述下行控制信息通过一跳链路发送给所述各传感器节点，具体为：

所述通信设备在所述管理节点的下行控制信息发送时间段内，将所述下行控制信息通过一跳链路发送给所述各传感器节点；或者

所述通信设备周期性地将所述下行控制信息通过一跳链路发送给所述各传感器节点。

4.如权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述通信设备为移动终端或基站。

5.如权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述管理节点为簇头节点或汇聚节点。

6.一种移动通信网络的通信设备，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收无线传感器网络的管理节点发送的下行控制信息，所述下行控制信息用于对所述管理节点管辖的各传感器节点进行控制；

发送单元，用于将接收的所述下行控制信息通过一跳链路发送给所述各传感器节点。

7.如权利要求6所述的通信设备，其特征在于，所述发送单元，具体用于以所述管理节点的节点标识作为发送方标识，将所述下行控制信息通过一跳链路发送给所述各传感器节点；或者以本通信设备的设备标识作为发送方标识，将所述下行控制信息通过一跳链路发送给所述各传感器节点。

8.如权利要求6所述的通信设备，其特征在于，所述发送单元，具体用于在所述管理节点的下行控制信息发送时间段内，将所述下行控制信息通过一跳链路发送给所述各传感器节点；或者周期性地将所述下行控制信息通过一跳链路发送给所述各传感器节点。

9.如权利要求6-8任一所述的通信设备，其特征在于，所述通信设备为移动终端或基站。

10.一种无线传感器网络的管理节点，其特征在于，包括：

确定单元，用于确定出需要发送给本管理节点管辖的各传感器节点的下行控制信息，所述下行控制信息用于所述各传感器节点进行控制；

发送单元，用于将所述下行控制信息发送给移动通信网络的通信设备。

11.如权利要求10所述的管理节点，其特征在于，所述管理节点为簇头节点或汇聚节点。

12.一种下行控制信息发送***，其特征在于，包括：无线传感器网络的管理节点和移动通信网络的通信设备，其中：

所述管理节点，用于将需要发送给其管辖的各传感器节点的下行控制信息发送给所述通信设备，所述下行控制信息用于对本管理节点管辖的各传感器节点进行控制；

所述通信设备，用于将接收的所述下行控制信息通过一跳链路发送给所述各传感器节点。

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