[发明专利]一种无缝连接多网关无线传感器网络结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种无缝连接多网关无线传感器网络结构，属于物联网技术领域。

背景技术

传感器节点可以连续不断地进行数据采集、事件检测、事件标识、位置监测和节点控制，传感器节点的这些特性和无线连接方式使得无线传感器网络的应用前景非常广阔，能够广泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理，以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。随着无线传感器网络的深人研究和广泛应用，无线传感器网络将逐渐深入到人类生活的各个领域。但是在不同的应用环境下，无线传感器网络的物理信道的容量及数量，以及路由深度有限，并且大多采用短距离无线通信，因此在部署时，存在信息传输延时长，系统容量不足等问题，无法保证大规模、大范围无线传感器网络的实时通信需求。

随着物联网技术及物联网应用的不断发展，无线传感器网络作为物联网的核心技术之一，在物联网应用中扮演着越来越重要的角色。作为一种无线组网及通信技术，ZigBee在无线传感器网络技术中有着十分重要的地位。ZigBee采用全球免费的2.4GHz频段，共有16个物理信道，每个物理信道对应不同的频率。在每个物理信道上，各无线传感器节点在发送数据时为避免冲突需采用信道竞争机制，所以在节点较多时，会带来较大的传输延时。在实际系统中，考虑到实时通信的要求，单个信道所能容纳的节点数远远小于其所能容纳的理论值，导致了系统容量的下降，无法满足传感器网络节点大规模、大范围部署的需求。因此需要针对以上问题，采用有效的网络结构以增加系统容量并降低系统传输延时。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，技术方案如下：

1.多网关及频率复用结构

无线传感器网络由若干个子网构成，每个子网由其对应的网关在相应的信道上建立。每个网关向上通过有线或无线方式连接服务器，向下连接其所属各个传感器节点。因为ZigBee的物理信道数为16，因此通常无线传感器网络所能包含的子网个数最大为16。这里子网、网关及物理信道为一一对应关系，即一个子网对应一个网关，一个网关对应一个物理信道。同单网关结构相比，多网关结构可以将系统容量提高16倍，然而在某些情况下，仍然无法满足无线传感器网络节点大规模、大范围部署用的需求，如将无线传感器网络应用于道路照明系统等。因此可采用频率复用技术进一步增加系统容量。

频率复用即采用相同频率的物理信道可以在相隔一定距离的不同区域同时、重复使用，因为无线信号的传播过程中，信号强度会随着距离的增加而逐步衰减，在距离足够远时，同频信道间的信号互不干扰。因此虽然ZigBee的物理信道数为16，但通过采用频率复用方式，相同频率可以在相隔一定距离的不同区域重复使用，可以大大增加系统的子网数量，从而进一步提高系统容量。

2.无缝连接方式

采用多网关结构时，各子网边缘的节点间通信因需通过相应网关及服务器进行连接，延时较大，往往不能满足实时通信的需求。

针对这一问题，子网边缘的节点根据其相邻子网的个数，包含两个或两个以上通信模块，各通信模块分别同相应的子网连接，该节点称之为共享节点。共享节点的触发信号可以通过其通信模块同时发送给相邻的不同子网，便于子网边缘各节点间的联动，降低延时，实现子网间的无缝衔接。

本发明原理：本发明采用多网关及频率复用进行无线传感器网络的框架构建，大大提高了系统容量；在子网边缘采用共享节点，使共享节点同时连接各相邻的子网，实现了子网间的无缝连接并有效降低了传输延时。

本发明的有益效果：便于无线传感器网络节点的大范围大规模部属，并有效降低了系统的传输延时。

附图说明

图1：本发明结构框图。

图2：频率复用示意图。

图3：未采用无缝连接的多网关无线传感器网络结构简图。