CN111641945A - 一种低功耗自组织无线传感网络通信方法 - Google Patents

一种低功耗自组织无线传感网络通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低功耗自组织无线传感网络通信方法，构建无线传感网络：利用网关、上位机和节点组成无线传感网络的框架，网关的有线接口与上位机的输入接口进行连接，上位机内部的数据传输通过网关向外发送，本发明涉及网络通信技术领域。该低功耗自组织无线传感网络通信方法，通过周期性的休眠和监听机制可以有效减少空闲监听带来的能量损耗，使无线传感网络功耗降低，另外采用差错控制的方式对Qos进行管理，增加通信数据传输时候的通道，避免了通信数据传输过程中出现的拥塞、时延大以及干扰传输丢包等问题，采用消息传递机制，减少控制消息带来的能量损耗，对数据传输采用自适应的监听机制，减少消息传输延迟。

Description

一种低功耗自组织无线传感网络通信方法
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，具体为一种低功耗自组织无线传感网络通信方法。
背景技术
无线传感器网络是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器，WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络，无线传感器网络是一项通过无线通信技术把数以万计的传感器节点以自由式进行组织与结合进而形成的网络形式，构成传感器节点的单元分别为：数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元以及能量供应单元，其中数据采集单元通常都是采集监测区域内的信息并加以转换，数据传输单元则主要以无线通信和交流信息以及发送接收那些采集进来的数据信息为主；数据处理单元通常处理的是全部节点的路由协议和管理任务以及定位装置等；能量供应单元为缩减传感器节点占据的面积，会选择微型电池的构成形式，传感器网络实现了数据的采集、处理和传输三种功能，它与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱，无线传感器网络是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者。
传统的无线传感网络在进行大规模节点通信数据传输的时候，容易出现通信数据传输的拥塞、时延大以及干扰传输丢包，因此本发明提出一种自组织无线传感网络通信方法，具有低功耗和远距离传输的优点，同时可以有效地解决大规模节点通信数据传输的拥塞、时延大以及干扰传输丢包等问题。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种低功耗自组织无线传感网络通信方法，解决了传统无线传感网络在进行大规模节点通信数据传输的时候，容易出现通信数据传输的拥塞、时延大以及干扰传输丢包，并且功耗较高的问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种低功耗自组织无线传感网络通信方法，具体包括以下步骤：
S1、构建无线传感网络：利用网关、上位机和节点组成无线传感网络的框架，网关的有线接口与上位机的输入接口进行连接，上位机内部的数据传输通过网关向外发送，另外利用节点对数据信息进行采集，并且对采集的数据信息进行处理后发送至网关中，网关与基站之间利用有线网络进行连接；
S2、控制传输的选择：采用块传输和差错控制的方式进行Qos管理和数据加密；
S3、形成动态网络拓扑：利用路由表形成动态网络拓扑，并且在每一个数据块完成传输后进行动态网络拓扑更新；
S4、节点数据分析处理：汇聚节点和每个普通节点之间进行连接，并且相邻的两个普通节点之间进行连接，在每个普通节点上设立监听机制和广播睡眠周期唤醒机制，利用监听机制和广播睡眠周期唤醒机制对周围普通节点进行数据包的分发和接收，当有普通节点在接收发送数据时，周围普通节点对这个普通节点发送的数据进行判断和转发，同时与此无关的相邻普通节点进入休眠减少冲突与串音带来的能量损耗，在每个普通节点进行数据传输的时候，采用自适应调整控制信令次数和获取节点队列长度，从而调整传输路径和数据量。
优选的，所述步骤S1中，在无线传感网络中包含n个节点，并且n个节点均与网关之间进行无线网络连接，网关对节点通过入网请求，接着对节点分配网络地址。
优选的，所述步骤S2中，采用差错控制的方式对Qos进行管理，增加通信数据传输时候的通道。
优选的，所述步骤S4中，在普通节点上设立监听机制和广播睡眠周期唤醒机制，利用周期性的休眠和监听机制减少空闲监听带来的能量损耗。
优选的，所述步骤S4中，采用消息传递机制，减少控制消息带来的能量损耗，对数据传输采用自适应的监听机制，减少消息传输延迟。
（三）有益效果
本发明提供了一种低功耗自组织无线传感网络通信方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
该低功耗自组织无线传感网络通信方法，通过构建无线传感网络：利用网关、上位机和节点组成无线传感网络的框架，网关的有线接口与上位机的输入接口进行连接，上位机内部的数据传输通过网关向外发送，另外利用节点对数据信息进行采集，并且对采集的数据信息进行处理后发送至网关中，网关与基站之间利用有线网络进行连接；控制传输的选择：采用块传输和差错控制的方式进行Qos管理和数据加密；形成动态网络拓扑：利用路由表形成动态网络拓扑，并且在每一个数据块完成传输后进行动态网络拓扑更新；节点数据分析处理：汇聚节点和每个普通节点之间进行连接，并且相邻的两个普通节点之间进行连接，在每个普通节点上设立监听机制和广播睡眠周期唤醒机制，利用监听机制和广播睡眠周期唤醒机制对周围普通节点进行数据包的分发和接收，当有普通节点在接收发送数据时，周围普通节点对这个普通节点发送的数据进行判断和转发，同时与此无关的相邻普通节点进入休眠减少冲突与串音带来的能量损耗，在每个普通节点进行数据传输的时候，采用自适应调整控制信令次数和获取节点队列长度，从而调整传输路径和数据量，利用周期性的休眠和监听机制可以有效减少空闲监听带来的能量损耗，使无线传感网络功耗降低，另外采用差错控制的方式对Qos进行管理，增加通信数据传输时候的通道，避免了通信数据传输过程中出现的拥塞、时延大以及干扰传输丢包等问题，采用消息传递机制，减少控制消息带来的能量损耗，对数据传输采用自适应的监听机制，减少消息传输延迟。
附图说明
图1为本发明无线传感网络通信方法的流程图；
图2为本发明无线传感网络的示意图；
图3为本发明节点的示意图；
图4为本发明普通节点的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明实施例提供一种技术方案：一种低功耗自组织无线传感网络通信方法，具体包括以下步骤：
S1、构建无线传感网络：利用网关、上位机和节点组成无线传感网络的框架，网关的有线接口与上位机的输入接口进行连接，上位机内部的数据传输通过网关向外发送，另外利用节点对数据信息进行采集，并且对采集的数据信息进行处理后发送至网关中，网关与基站之间利用有线网络进行连接；
S2、控制传输的选择：采用块传输和差错控制的方式进行Qos管理和数据加密；
S3、形成动态网络拓扑：利用路由表形成动态网络拓扑，并且在每一个数据块完成传输后进行动态网络拓扑更新；
S4、节点数据分析处理：汇聚节点和每个普通节点之间进行连接，并且相邻的两个普通节点之间进行连接，在每个普通节点上设立监听机制和广播睡眠周期唤醒机制，利用监听机制和广播睡眠周期唤醒机制对周围普通节点进行数据包的分发和接收，当有普通节点在接收发送数据时，周围普通节点对这个普通节点发送的数据进行判断和转发，同时与此无关的相邻普通节点进入休眠减少冲突与串音带来的能量损耗，在每个普通节点进行数据传输的时候，采用自适应调整控制信令次数和获取节点队列长度，从而调整传输路径和数据量。
本发明中，步骤S1中，在无线传感网络中包含n个节点，并且n个节点均与网关之间进行无线网络连接，网关对节点通过入网请求，接着对节点分配网络地址。
本发明中，步骤S1中，n个节点在将采集的数据信息进行加密处理后均采用块传输的方式将数据发送至网关中，接着节点完成与网关之间的时间同步。
本发明中，步骤S2中，采用差错控制的方式对Qos进行管理，增加通信数据传输时候的通道。
本发明中，步骤S4中，在普通节点上设立监听机制和广播睡眠周期唤醒机制，利用周期性的休眠和监听机制减少空闲监听带来的能量损耗。
本发明中，步骤S4中，采用消息传递机制，减少控制消息带来的能量损耗，对数据传输采用自适应的监听机制，减少消息传输延迟。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种低功耗自组织无线传感网络通信方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、构建无线传感网络：利用网关、上位机和节点组成无线传感网络的框架，网关的有线接口与上位机的输入接口进行连接，上位机内部的数据传输通过网关向外发送，另外利用节点对数据信息进行采集，并且对采集的数据信息进行处理后发送至网关中，网关与基站之间利用有线网络进行连接；
S2、控制传输的选择：采用块传输和差错控制的方式进行Qos管理和数据加密；
S3、形成动态网络拓扑：利用路由表形成动态网络拓扑，并且在每一个数据块完成传输后进行动态网络拓扑更新；
S4、节点数据分析处理：汇聚节点和每个普通节点之间进行连接，并且相邻的两个普通节点之间进行连接，在每个普通节点上设立监听机制和广播睡眠周期唤醒机制，利用监听机制和广播睡眠周期唤醒机制对周围普通节点进行数据包的分发和接收，当有普通节点在接收发送数据时，周围普通节点对这个普通节点发送的数据进行判断和转发，同时与此无关的相邻普通节点进入休眠减少冲突与串音带来的能量损耗，在每个普通节点进行数据传输的时候，采用自适应调整控制信令次数和获取节点队列长度，从而调整传输路径和数据量。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗自组织无线传感网络通信方法，其特征在于：所述步骤S1中，在无线传感网络中包含n个节点，并且n个节点均与网关之间进行无线网络连接，网关对节点通过入网请求，接着对节点分配网络地址。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗自组织无线传感网络通信方法，其特征在于：所述步骤S1中，n个节点在将采集的数据信息进行加密处理后均采用块传输的方式将数据发送至网关中，接着节点完成与网关之间的时间同步。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗自组织无线传感网络通信方法，其特征在于：所述步骤S2中，采用差错控制的方式对Qos进行管理，增加通信数据传输时候的通道。
5.根据权利要求1所述的一种低功耗自组织无线传感网络通信方法，其特征在于：所述步骤S4中，在普通节点上设立监听机制和广播睡眠周期唤醒机制，利用周期性的休眠和监听机制减少空闲监听带来的能量损耗。
6.根据权利要求1所述的一种低功耗自组织无线传感网络通信方法，其特征在于：所述步骤S4中，采用消息传递机制，减少控制消息带来的能量损耗，对数据传输采用自适应的监听机制，减少消息传输延迟。
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