CN101237453A - 基于cdma与tdma的无线传感网分簇协议设计方案 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于码分多址CDMA和时分多址TDMA动态时隙分配的分簇传感网协议设计方案，它将传感网节点按某种策略进行分簇，为每个簇分配一个相互正交的扩频码可实现多簇并发，簇内节点根据业务情况划分多个时隙，采用动态时隙预约策略进行时隙分配可实现多节点并发工作。这样将有效提高系统的频谱效率和能量效率，缓解了频段资源和能量资源的限制。
Description
技术领域
本发明属于无线传输协议设计，提出的协议适用于无线传感网、移动自组织网络等领域。
背景技术
无线传感器网络是集成了信息监测、数据处理以及无线通信的网络系统，随机布设的节点数目成千上万，分布较为密集，特别是军事侦察、环境监控、公共安全等无线传感器网络，其设计规模一般均较大，节点容易出现故障，导致网络拓扑结构发生变化。同时，存在能源、通信、计算、存储等四大受限的特点，如何解决这些资源受限的问题是无线传感网实际应用面临的难题。码分多址CDMA、时分多址TDMA及码分和时分相结合TD-CDMA协议都已经在无线蜂窝领域得到应用，而同时将这两种技术引入无线传感网还没有出现过。
发明内容
本发明针对目前无线传感网现有协议频谱效率和能量效率不高的问题，提出一种基于码分多址CDMA和时分多址TDMA动态时隙分配的分簇传感网协议设计方案，可有效提高系统的频谱效率和能量效率，缓解了频段资源和能量资源的限制，对于推动无线传感网和移动自组织网络等的实际应用有重要意义。
本发明的实现步骤如下：
(1)汇聚节点采用某种策略将传感网节点分为若干个簇，并选择簇头，如果节点是可移动，则采用动态的分簇策略进行分簇；
(2)汇聚节点给每个簇分配一个一定长度的具有良好自相关和互相关特性的扩频码，使簇间码分；
(3)簇内采用时分多址TDMA协议设计方式实现簇内多个节点业务的并发，并基于动态时隙预约策略进行时隙分配；
(4)对于簇内节点通信，由簇头进行时隙分配，通过不同的时隙来实现多个节点并发工作；对于簇间节点通信，由两个簇头通过固定的同步时隙来协调簇间节点通信所需的时隙，时隙同步可由汇聚节点广播同步帧来实现。汇聚节点采用多路匹配相关设计，能够实现多个簇节点信息的同时接收；
本发明的优点：本发明采用分层设计方案，相比平面式传感网协议设计，协议设计简单，维护开销小；而且本发明的簇头只负责簇内节点维护及簇间业务协调，不作为簇间的中继节点，相比传统分簇方案只由簇头负责簇间业务转发，减轻了簇头的负担，提高了其工作效率，延迟了其生存周期。对于共用一个频段的传感器节点，本发明采用CDMA的分簇方案，相比没有簇间码分的分簇方案，在不考虑多址干扰时，频谱效率可以提高N倍。本发明采用簇内动态时隙分配相比静态时隙分配策略，有更高的频谱利用率，能够实现更高的平均信息速率；相比纯CSMA协议能够实现多用户并发，也有更高的传输效率。对于簇间业务的通信，采用一路匹配相关接收，实现简单；而对于传感网节点的汇聚节点，能量、资源受限较小，采用多路匹配相关设计，能够实现多个簇节点的同时接收，提高了整个系统的频谱效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，传感网节点按照某种策略，分为几个簇，用虚线表示，红色六边形为簇头节点，负责簇内节点业务维护和和时隙分配及簇间业务协调，绿色圆形为簇内普通节点，蓝色八边形为能耗受限较小的汇聚节点。系统为每个簇分别分配一个自相互和互相关均比较好的扩频码字，以便多簇节点的业务并发，簇内节点共用此码字，每个簇根据业务需求，由簇头划分若干个时隙，采用动态时隙预约策略进行时隙分配。汇聚节点能量和资源受限较小或不受限，负责整个区域的节点维护，并下行全覆盖区域节点。
本发明的其实现步骤如下：
(1)汇聚节点采用某种策略将传感网节点分为若干个簇，并选择簇头，如果节点是可移动，则采用动态的分簇策略进行分簇；簇头只负责簇内节点的维护和时隙分配及簇间的协调，不作为簇间的中继节点。(2)汇聚节点给每个簇分配一个一定长度的具有良好自相关和互相关特性的扩频码，使簇间码分；簇间的扩频码相互正交，可实现多簇并发。(3)簇内采用时分多址TDMA协议设计方式实现簇内多个节点业务的并发，并基于动态时隙预约策略进行时隙分配；(4)对于簇内节点通信，由簇头进行时隙分配，通过不同的时隙来实现多个节点并发工作；对于簇间节点通信，由两个簇头通过固定的同步时隙来协调簇间节点通信所需的时隙，时隙同步可由汇聚节点广播同步帧来实现。簇间通信，信宿节点只需要一路匹配相关就可以实现信号的接收。汇聚节点采用多路匹配相关设计，能够实现多个簇节点信息的同时接收。
步骤1中传感网节点采用分簇设计方案。步骤1对于移动的节点，可采用动态分簇设计，适用于节点移动的自组织网络。步骤2中每个簇分配一个自相互和互相关性能均良好的扩频码。步骤3中簇内采用时分多址TDMA协议设计方式实现簇内多个节点业务的并发，簇头根据业务需求情况，采用动态时隙预约策略进行时隙分配。步骤4对于簇间节点通信，由两个簇头通过固定的同步时隙来协调，以便分配簇间节点通信所需的时隙，时隙同步可由汇聚节点广播同步帧来实现。
Claims (10)
1、一种基于码分多址CDMA和时分多址TDMA动态时隙分配的分簇传感网协议设计方案，其实现步骤如下：
(1)汇聚节点采用某种策略将传感网节点分为若干个簇，并选择簇头，如果节点是可移动，则采用动态的分簇策略进行分簇；
(2)汇聚节点给每个簇分配一个一定长度的具有良好自相关和互相关特性的扩频码，使簇间码分；
(3)簇内采用时分多址TDMA协议设计方式实现簇内多个节点业务的并发，并基于动态时隙预约策略进行时隙分配；
(4)对于簇内节点通信，由簇头进行时隙分配，通过不同的时隙来实现多个节点并发工作；对于簇间节点通信，由两个簇头通过固定的同步时隙来协调簇间节点通信所需的时隙，时隙同步可由汇聚节点广播同步帧来实现。汇聚节点采用多路匹配相关设计，能够实现多个簇节点信息的同时接收；
2、如权利要求1所述的一种基于码分多址CDMA和时分多址TDMA动态时隙分配的分簇传感网协议设计方案，其特征在于步骤1中传感网节点采用分簇设计方案。
3、如权利要求1所述的一种基于码分多址CDMA和时分多址TDMA动态时隙分配的分簇传感网协议设计方案，其特征在于步骤1对于移动的节点，可采用动态分簇设计，适用于节点移动的自组织网络。
4、如权利要求1所述的一种基于码分多址CDMA和时分多址TDMA动态时隙分配的分簇传感网协议设计方案，其特征在于簇头只负责簇内节点的维护和时隙分配及簇间的协调，不作为簇间的中继节点。
5、如权利要求1所述的一种基于码分多址CDMA和时分多址TDMA动态时隙分配的分簇传感网协议设计方案，其特征在于步骤2中每个簇分配一个自相互和互相关性能均良好的扩频码。
6、如权利要求5所述的一种基于码分多址CDMA和时分多址TDMA动态时隙分配的分簇传感网协议设计方案，其特征在于簇间的扩频码相互正交，可实现多簇并发。
7、如权利要求1所述的一种基于码分多址CDMA和时分多址TDMA动态时隙分配的分簇传感网协议设计方案，其特征在于步骤3中簇内采用时分多址TDMA协议设计方式实现簇内多个节点业务的并发，簇头根据业务需求情况，采用动态时隙预约策略进行时隙分配。
8、如权利要求1所述的一种基于码分多址CDMA和时分多址TDMA动态时隙分配的分簇传感网协议设计方案，其特征在于步骤4对于簇间节点通信，由两个簇头通过固定的同步时隙来协调，以便分配簇间节点通信所需的时隙，时隙同步可由汇聚节点广播同步帧来实现。
9、如权利要求8所述的一种基于码分多址CDMA和时分多址TDMA动态时隙分配的分簇传感网协议设计方案，其特征在于簇间通信，信宿节点只需要一路匹配相关就可以实现信号的接收。
10、如权利要求1所述的一种基于码分多址CDMA和时分多址TDMA动态时隙分配的分簇传感网协议设计方案，其特征在于步骤4中汇聚节点采用多路匹配相关设计，能够实现不同簇节点信息的同时接收。
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