CN102548036B - 基于tdma的无线传感器网络星形自组网方式 - Google Patents
基于tdma的无线传感器网络星形自组网方式 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及基于TDMA的无线传感器网络星形自组网方法及***。该***的技术方案为：处于相同无线传感器网络的所有协调器使用相同频率进行工作；存在同频干扰(即无线传感器网络中某一协调器工作时对另一协调器的正常通信产生影响)的协调器通过时分多址的方式进行工作，当其中一个协调器A工作的时候，其他有可能干扰协调器A或者被协调器A干扰的协调器停止工作；不存在同频干扰的协调器(即无线传感器网络中某一协调器工作时对另一协调器的影响可以忽略不计)，可以同时工作。本发明既能够避免同频干扰，又能够节省不必要的带宽分配。
Description
技术领域
本发明涉及无线传感器网络技术，具体涉及无线传感器网络的组网方法及***。
背景技术
无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)目前已经开始广泛应用于工业监测、智能电网、智能家居、智能交通、公共安全、医疗卫生、环境保护等社会各行各业中，尤其适用于某些不方便布线的领域，例如电力高压设备在线监测、旋转设备振动在线监测等工业领域；或某些经常需要移动测试的场合，例如工业试验数据采集***等。
以Zigbee为代表的无线传感器网络，通过CDMA(Code-DivisionMulti-Access)或直序列扩频(Direct-SequenceSpread-Spectrum)通信和FDMA(Frequency-DivisionMulti-Access)的组网方式区来实现无线传感器网络中的协调器(Coordinator)和所属终端设备(Device)之间的通信。
以CDMA为组网方式的无线传感器网络中，相邻的协调器使用相同频率进行工作，当其中一个协调器与所属终端设备进行通信时,需要通过扩频区分不同的协调器，从而避免来自其他协调器及其所属终端设备的干扰，因此：
1)必须使用更高的无线带宽来实现扩频通信；
2)当网络中的协调器和所属终端设备通信时，需要通过功率控制来抑制来自其他协调器和设备的同频干扰；
3)扩频通信的收发信机结构更加复杂，实现起来十分困难。
以FDMA为组网方式的无线传感器网络，相邻的协调器通过使用不同的工作频率与其所属的终端设备进行通信，从而避免同频干扰，从而使得：
1)必须使用更多无线带宽分配给不同的协调器使用；
2)当终端设备在工作在不同频率上的协调器发生切换的时候，需要额外监听所有可能存在的频率上的协调器，从而导致了不必要的时间的开销和复杂的物理实现；
3)当某个协调器发生故障不能工作时，其所属终端设备必须调整工作频率，接入到其他频点上的协调器，因此网络的鲁棒性不强，自愈合能力差。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提出了一种既能够避免同频干扰，又能够节省不必要的带宽分配的基于TDMA的无线传感器网络星形自组网方法及***。
本发明提供的基于TDMA的无线传感器网络星形自组网方法包括如下步骤：
A）在同一无线传感器网络中，布置多个协调器；每一个协调器设置为通过时分多址方式与与其所属的若干个终端设备进行通信，多个协调器之间也设置为通过时分多址方式进行通信，所有协调器都设置为使用相同频率进行工作；
B）若当其中一个协调器工作时，对另外的一个或多个协调器产生同频干扰，被同频干扰的协调器不能正常工作时，被同频干扰的协调器则停止工作；
C）若其中两个或两个以上的协调器之间不存在同频干扰，这些不存在同频干扰的协调器允许在相同时间工作。
作为优选的，无线传感器网络的网络连接结构为星形拓扑结构。
作为优选的，把多个协调器分别定义为协调器1、协调器2、……、协调器N；终端设备11、终端设备12、……、终端设备1M分别与协调器1通信，终端设备21、终端设备22、……、终端设备2X分别与协调器2通信，……，终端设备N1、终端设备N2、……、终端设备NK分别与协调器N通信；若终端设备11从协调器1切换到与协调器2通信时，终端设备11的通信时间调整为协调器2的工作时间；其中，N、M、X、K均为大于0的自然数。
更优选的，若协调器2发生故障时，且协调器1的工作信号范围覆盖所有原与协调器2通信的终端设备，此时，协调器1的工作时间可设置为协调器2故障前的工作时间以替换协调器2的功能。
实现本发明上述组网方法的基于TDMA的无线传感器网络星形自组网***，包括：
多个协调器以及多个终端设备，多个协调器均位于同一无线传感器网络中，每一个协调器设置为通过时分多址方式与与其所属的若干个终端设备进行通信，多个协调器之间也设置为通过时分多址方式进行通信，所有协调器都设置为使用相同频率进行工作；若当其中一个协调器工作时，对另外的一个或多个协调器产生同频干扰，被同频干扰的协调器不能正常工作时，被同频干扰的协调器则停止工作；若其中两个或两个以上的协调器之间不存在同频干扰，这些不存在同频干扰的协调器允许在相同时间工作。
作为优选的，无线传感器网络的网络连接结构为星形拓扑结构。
作为优选的，把多个协调器分别定义为协调器1、协调器2、……、协调器N；终端设备11、终端设备12、……、终端设备1M分别与协调器1通信，终端设备21、终端设备22、……、终端设备2X分别与协调器2通信，……，终端设备N1、终端设备N2、……、终端设备NK分别与协调器N通信；若终端设备11从协调器1切换到与协调器2通信时，终端设备11的通信时间调整为协调器2的工作时间；其中，N、M、X、K均为大于0的自然数。
更优选的，若协调器2发生故障时，且协调器1的工作信号范围覆盖所有原与协调器2通信的终端设备，此时，协调器1的工作时间可设置为协调器2故障前的工作时间以替换协调器2的功能。
与现有技术相比，本发明具有如下益效果：
无线传感器网络中的各设备，通过时分的方式进行通信，避免了同频干扰和节省了不必要的带宽分配，大大降低了对无线传感器网络设备的要求。相对于现有的CDMA和FDMA方式的组网方式有下列优点：
1)占用带宽窄，适合网络规划优化，最大限度节约无线电资源，简化网络规划优化难度；
2)不需要使用扩频通信方式，从而简化接收机设计难度；
3)不需要使用TDMA异频组网，从而简化接收机设计难度；
4)简化了无线传感器网络的终端设备从一个协调器迁移到另一个协调器的实现难度；
5)组网方式具备自愈合功能，在协调器故障时提供更好的鲁棒性。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的基于TDMA的无线传感器网络星形自组网***的结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，以便于更清楚的理解本发明所要求保护的技术思想。
本实施例提出了一种以TDMA为组网方式的无线传感器网络，该无线传感器网络中的各设备，通过时分的方式进行通信，避免了同频干扰和节省了不必要的带宽分配，大大降低了对无线传感器网络设备的要求。
本实施例提供的基于TDMA的无线传感器网络星形自组网方法包括如下步骤：
A）在同一无线传感器网络中，布置多个协调器；每一个协调器设置为通过时分多址方式与与其所属的若干个终端设备进行通信，多个协调器之间也设置为通过时分多址方式进行通信，所有协调器都设置为使用相同频率进行工作；
B）若当其中一个协调器工作时，对另外的一个或多个协调器产生同频干扰，被同频干扰的协调器不能正常工作时，被同频干扰的协调器则停止工作，也就是说，当被同频干扰的协调器，在同频干扰还不足以影响其正常工作时，被同频干扰的协调器仍然可以使用；
C）若其中两个或两个以上的协调器之间不存在同频干扰，这些不存在同频干扰的协调器允许在相同时间工作。
上述方法中，无线传感器网络的网络连接结构为星形拓扑结构。
如图1所示，本实施例还提出了一种实现上述方法的基于TDMA的无线传感器网络星形自组网***，其包括五个协调器以及二十一个终端设备，这五个协调器分别记为协调器1、协调器2、协调器3、协调器4、协调器5，这二十一个终端设备分别记为终端设备11、终端设备12、终端设备13、终端设备14、终端设备15、终端设备21、终端设备22、终端设备23、终端设备24、终端设备31、终端设备32、终端设备33、终端设备34、终端设备35、终端设备36、终端设备41、终端设备42、终端设备43、终端设备51、终端设备52、终端设备53。这五个协调器均位于同一无线传感器网络中，每一个协调器设置为通过时分多址方式与与其所属的若干个终端设备进行通信，即终端设备11、终端设备12、终端设备13、终端设备14、终端设备15均只与协调器1进行通信；终端设备21、终端设备22、终端设备23、终端设备24均只与协调器2进行通信；终端设备31、终端设备32、终端设备33、终端设备34、终端设备35、终端设备36均只与协调器3进行通信；终端设备41、终端设备42、终端设备43均只与协调器4进行通信；终端设备51、终端设备52、终端设备53均只与协调器5进行通信。这五个协调器之间也设置为通过时分多址方式进行通信，所有协调器都设置为使用相同频率进行工作，即这五个协调器均工作在相同频率上。
若当其中一个协调器工作时，对另外的一个或多个协调器产生同频干扰，被同频干扰的协调器不能正常工作时，被同频干扰的协调器则停止工作；若其中两个或两个以上的协调器之间不存在同频干扰，这些不存在同频干扰的协调器允许在相同时间工作。具体的，可参见图1，协调器1工作时，其影响范围100覆盖到了协调器2、协调器3、协调器4、协调器5以及其所属的终端设备11、终端设备12、终端设备13、终端设备14、终端设备15；协调器2工作时，其影响范围200覆盖到协调器3以及其所属的终端设备21、终端设备22、终端设备23、终端设备24；协调器3工作时，其影响范围300仅覆盖到其所属的终端设备31、终端设备32、终端设备33、终端设备34、终端设备35、终端设备36；协调器4工作时，其影响范围400仅覆盖到其所属的终端设备41、终端设备42、终端设备43；协调器5工作时，其影响范围500覆盖到其所属的终端设备51、终端设备52、终端设备53。也就是说，协调器1工作时，会对协调器2、协调器3、协调器4、协调器5产生同频干扰，当协调器1与其所属设备（即终端设备11、终端设备12、终端设备13、终端设备14、终端设备15中的任一个）进行通信时，协调器2、协调器3、协调器4、协调器5均不工作；当协调器2、协调器3、协调器4、协调器5中的一个与所属终端设备通信时，协调器1不工作；由于协调器2与协调器5不产生同频干扰，协调器2与协调器5允许在相同时间工作。
若终端设备33需要从协调器3切换到与协调器2时（即终端设备33终止与协调器3的通信，开始与协调器2通信，终端设备33变为协调器2的所属设备），只需把终端设备33的通信时间调整为协调器2的工作时间，而不需要切换终端设备33的工作频率，对设备设计的要求大大降低了。
此外，由图1可知，协调器1的工作信号范围（即影响范围100）可以覆盖所有与协调器3通信的终端设备，当协调器3发生故障时，可以把协调器1的工作时间设置为协调器3故障前的工作时间，以替换协调器3的功能，从而完成无线传感器网络的自修复功能。
本实施例的无线传感器网络的网络连接结构可采用星形拓扑结构，即终端设备11、终端设备12、终端设备13、终端设备14、终端设备15只与协调器1通信，由协调器1决定处理要做的事情，如果终端设备11需要传输数据到终端设备23，终端设备11会到数据发送给协调器1，然后由协调器1将数据转发到协调器2，再由协调器2把数据发送给终端设备23，如此类推。
此外，本实施例仅仅是本发明的一个应用实例，不造成对协调器的数量、终端设备的数量以及协调器的影响范围作出限制。
本发明的根本在于：
1)处于相同无线传感器网络的所有协调器使用相同频率进行工作；
2)存在同频干扰(即无线传感器网络中某一协调器工作时对另一协调器的正常通信产生影响)的协调器通过时分多址的方式进行工作，当其中一个协调器A工作的时候，其他有可能干扰协调器A或者被协调器A干扰的协调器停止工作；
3)不存在同频干扰的协调器(即无线传感器网络中某一协调器工作时对另一协调器的影响可以忽略不计)，可以同时工作。
也就是说，在满足无线传输要求的基础上，相邻空间的两个协调器可以使用相同的时间片工作（即这两个协调器允许在相同时间工作），这样，不仅最大化使用了频谱资源，提高覆盖能力，同时也节约了发射机功率，减小功耗，延长电池寿命。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (4)
1.基于TDMA的无线传感器网络星形自组网方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)在同一无线传感器网络中，布置多个协调器；每一个协调器设置为通过时分多址方式与与其所属的若干个终端设备进行通信，多个协调器之间也设置为通过时分多址方式进行通信，所有协调器都设置为使用相同频率进行工作；
B)若当其中一个协调器工作时，对另外的一个或多个协调器产生同频干扰，被同频干扰的协调器不能正常工作时，被同频干扰的协调器则停止工作；
C)若其中两个或两个以上的协调器之间不存在同频干扰，这些不存在同频干扰的协调器允许在相同时间工作；
把多个协调器分别定义为协调器1、协调器2、……、协调器N；终端设备11、终端设备12、……、终端设备1M分别与协调器1通信，终端设备21、终端设备22、……、终端设备2X分别与协调器2通信，……，终端设备N1、终端设备N2、……、终端设备NK分别与协调器N通信；若终端设备11从协调器1切换到与协调器2通信时，终端设备11的通信时间调整为协调器2的工作时间；其中，N、M、X、K均为大于0的自然数；
若协调器2发生故障时，且协调器1的工作信号范围覆盖所有原与协调器2通信的终端设备，此时，协调器1的工作时间可设置为协调器2故障前的工作时间以替换协调器2的功能。
2.如权利要求1所述的基于TDMA的无线传感器网络星形自组网方法，其特征在于，无线传感器网络的网络连接结构为星形拓扑结构。
3.基于TDMA的无线传感器网络星形自组网***，包括多个协调器以及多个终端设备，其特征在于，多个协调器均位于同一无线传感器网络中，每一个协调器设置为通过时分多址方式与与其所属的若干个终端设备进行通信，多个协调器之间也设置为通过时分多址方式进行通信，所有协调器都设置为使用相同频率进行工作；若当其中一个协调器工作时，对另外的一个或多个协调器产生同频干扰，被同频干扰的协调器不能正常工作时，被同频干扰的协调器则停止工作；若其中两个或两个以上的协调器之间不存在同频干扰，这些不存在同频干扰的协调器允许在相同时间工作；把多个协调器分别定义为协调器1、协调器2、……、协调器N；终端设备11、终端设备12、……、终端设备1M分别与协调器1通信，终端设备21、终端设备22、……、终端设备2X分别与协调器2通信，……，终端设备N1、终端设备N2、……、终端设备NK分别与协调器N通信；若终端设备11从协调器1切换到与协调器2通信时，终端设备11的通信时间调整为协调器2的工作时间；其中，N、M、X、K均为大于0的自然数；若协调器2发生故障时，且协调器1的工作信号范围覆盖所有原与协调器2通信的终端设备，此时，协调器1的工作时间可设置为协调器2故障前的工作时间以替换协调器2的功能。
4.如权利要求3所述的基于TDMA的无线传感器网络星形自组网***，其特征在于，无线传感器网络的网络连接结构为星形拓扑结构。
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| 《Scheduled Access Using the IEEE 802.15.4 Guaranteed Time Slots》;M. Takaffoli，等;《Communications (ICC), 2010 IEEE》;20100527;第III-VII节 * |
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