[发明专利]基于TDMA的无线传感器网络星形自组网方式

说明书

 

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系统。

 

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，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系统等。

以Zigbee为代表的无线传感器网络，通过CDMA(Code-Division Multi-Access)或直序列扩频(Direct-Sequence Spread-Spectrum)通信和FDMA(Frequency-Division Multi-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系统。

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系统，包括：