[发明专利]一种无线传感器网络通信资源分配方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，涉及一种应低功耗的无线传感器网络通信资源分配方法，特别是针对健康医疗、智慧农业、智能楼宇、工业等领域应用的无线传感器网络通信资源分配方法。

背景技术

微电子技术、计算机技术和无线通信技术等的不断发展和融合，推动了低功耗、多功能传感器的快速发展，研制开发了具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器，而无线传感器网络就是由部署在一定区域的传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统。

无线传感器网络是一种多跳自组织网络，综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象信息，并对这些数据进行处理，获得详尽准确的信息，同时传送给需要这些信息的用户。因此无线传感器网络被认为是21世纪最重要的技术之一。

随着无线传感器网络的发展，从最初的军事应用逐渐扩展到环境质量监测控制、交通管理、医疗救助、智能家居、自动化生产等各个方面。与此同时，应用的复杂性，如组网方式趋向规模化、设备种类和功能多样化、工作环境复杂化，在无线传感器网络的可靠性、实时性等方面提出了较高要求。

近年来，各种大规模、低成本、高可靠的近距离无线网络应运而生，但是相当多的方法仍然处于理论研究阶段，真正实用的大规模无线传感器网络更是少之又少，而应用过程中多跳大规模网络全网低功耗和网络资源的高效合理利用也成为制约无线传感器网络大范围应用的重要因素之一，因此无线传感器网络应用过程中迫切需要一套可靠的行之有效的无线网络通信资源分配方法。

发明内容

本发明的目的在于为无线传感器网络应用提供一种行之有效的无线网络通信资源分配方法，能够便捷有效地实现大规模、低功耗、多跳网络的组建，实现大规模无线节点低功耗接入的目的，该方法具有功耗低、可扩展性强等特点，能够满足无线传感器网络在野外、室内以及工业现场等环境下的应用需求。

为了实现上述目的，本发明提供了一种无线传感器网络通信资源分配方法，所述方法中涉及两种类型设备：无线集中器、无线设备。

无线集中器为网络中的集中设备，负责网络信息的集中管理和维护，在同一个网络中无线集中器是唯一的。

无线设备为网络主体设备，除集中器外，网络中的各节点由无线设备组成。各无线设备维持到集中器的双向路径：通过主动发起数据传输的上行路径；接收来自集中器的管理配置数据的下行路径。

本发明所述无线传感器网络资源分配方法包含如下内容：

S110）网络分层：无线集中器作为网络中心发起网络，无线设备依次按照与无线集中器跳数逐渐加入网络。网络为分层结构，新加入网络节点根据父节点的层号加1作为节点自身网络层号；

S120）时隙分配：从时间顺序上来看，网络资源以超帧和时隙的形式存在，资源分配将网络资源分配到网络中不同的节点，从而实现网络中所有无线设备与无线集中器之间的通信。超帧中的时隙以时分多址接入方式分配到各个层，同一层内无线设备共享该层对应时隙，采取载波侦听多路访问方式；

S130）无线信道分配：从空间顺序上来看，网络资源主要以不同无线信道存在，也就是无线集中器和无线设备在不同的无线信道进行通信，从而实现同一时间对不同信道的充分利用。非间隔层在不同信道可以共享相同时隙；

进一步地，所述网络分层包括：

S111）所述网络分层以无线集中器为0层，无线设备根据与无线集中器通信所需跳数距离设定自身层号；

S112）所述无线设备选择父节点过程如下：首先判断所扫描到的在网无线设备信号强度，当信号强度超过门限，为可靠无线链路，信号强度门限根据无线功率和应用场景设置。其次判断无线设备层号，层号越小优先级越高。最后相同层的在网节点，信号强度越强优先级越高。无线设备通过上述判断将优先级最高节点作为父节点；

S113）所述新入网无线设备建立层号，通过步骤S112选择优先级最高的无线设备作为父节点加入网络，新入网无线设备将父节点层号加1作为自身层号，同时通知父节点其在网状态。

S114）所述无线设备层号是动态可变的，入网完成的无线节点正常运行过程中将根据收到的无线报文，周期性依据步骤S112判断其父节点优劣，如果周围出现优先级更高的备选父节点，经过多次判断确认后切换到新的父节点。

进一步地，所述时隙分配包括：