CN105722117B - 一种无线传感器网络通信的信道分配方法及路由器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无线传感器网络通信的信道分配方法及路由器，所述信道分配方法包括：在接收到传感器节点发送的信道分配请求消息后，获取信道分配请求消息中携带的传感器节点当前使用信道的信息；判断传感器节点当前使用信道是否为空闲信道；若不是空闲信道，则根据预先记录的无线传感器网络的信道空闲信息，确定无线传感器网络当前空闲信道；将携带有无线传感器网络当前空闲信道信息的第一反馈消息发送到传感器节点，以使传感器节点在接收到所述第一反馈消息后，在无线传感器网络当前空闲信道上通信。本发明使传感器节点当前使用信道为空闲信道且信道服务质量有保证，从而解决现有无线传感器网络在信息传输过程中的信息拥堵、数据干扰和碰撞问题。
Description
技术领域
本发明涉及无线传感器网络通信技术领域，具体涉及一种高速铁路运行环境下无线传感器网络通信的信道分配方法及路由器。
背景技术
无线传感器网络在高速铁路运行环境领域具有广阔的应用前景。无线传感器网络由包括具有感知、计算和通信能力的传感器节点，所有节点通过自组织的方式组成一对多或者多对一的通信网络，把采集到的传感器数据经过一跳或者多跳的方式发送到汇聚节点。在信息传输过程中，由于网络资源有限，不可避免的会出现信息拥堵和碰撞问题，从而导致信息延迟甚至丢失。因此，合理的分配通信信道就成为了实现良好通信的必经之路。
目前，在铁路运行环境中，基于无线传感器网络的信道建模问题被广泛研究，主要考虑了列车高速移动过程中产生的多普勒效应等造成的信号衰落问题。但是，由于网络传输信息量大、信道服务质量差等造成的信息拥堵、数据干扰和碰撞等问题少有研究，因此研究信道分配问题是非常有意义的。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种无线传感器网络通信的信道分配方法及路由器，以解决现有无线传感器网络在信息传输过程中的信息拥堵、数据干扰和碰撞问题。
为此目的，第一方面，本发明提出一种无线传感器网络通信的信道分配方法，包括：
在接收到无线传感器网络中的传感器节点发送的信道分配请求消息后，获取所述信道分配请求消息中携带的所述传感器节点当前使用信道的信息；
判断所述传感器节点当前使用信道是否为空闲信道；
若所述传感器节点当前使用信道不是空闲信道，则根据预先记录的所述无线传感器网络的信道空闲信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道；
将携带有所述无线传感器网络当前空闲信道信息的第一反馈消息发送到所述传感器节点，以使所述传感器节点在接收到所述第一反馈消息后，在所述无线传感器网络当前空闲信道上通信。
可选的，所述根据预先记录的所述无线传感器网络的信道空闲信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道之前，还包括：
侦测所述无线传感器网络，确定所述无线传感器网络当前空闲信道的信息以及所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息；
记录所述无线传感器网络当前空闲信道的信息以及所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息，得到所述无线传感器网络的信道空闲信息。
可选的，所述根据预先记录的所述无线传感器网络的信道空闲信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道，包括：
根据所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道中信道服务质量大于预设信道服务质量的目标空闲信道；
选取任一目标空闲信道作为所述传感器节点的目标使用信道；
相应地，将携带有所述无线传感器网络当前空闲信道信息的第一反馈消息发送到所述传感器节点，以使所述传感器节点在接收到所述第一反馈消息后，在所述无线传感器网络当前空闲信道上通信，包括：
将携带有所述传感器节点的目标使用信道的第一反馈消息发送到所述传感器节点，以使所述传感器节点在接收到所述第一反馈消息后，在所述目标使用信道上通信。
可选的，所述将携带有所述无线传感器网络当前空闲信道信息的第一反馈消息发送到所述传感器节点之后，还包括：
更新所述无线传感器网络的信道空闲信息。
可选的，若所述传感器节点当前使用信道是空闲信道，则向所述传感器节点发送携带有继续通信信息的第二反馈消息，以使所述传感器节点在接收到所述第二反馈信息后，在所述传感器节点当前使用信道上通信。
第二方面，本发明还提供一种路由器，包括：
获取单元，用于在接收到无线传感器网络中的传感器节点发送的信道分配请求消息后，获取所述信道分配请求消息中携带的所述传感器节点当前使用信道的信息；
判断单元，用于判断所述传感器节点当前使用信道是否为空闲信道；
确定单元，用于在所述判断单元判定所述传感器节点当前使用信道不是空闲信道时，根据预先记录的所述无线传感器网络的信道空闲信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道；
发送单元，用于将携带有所述无线传感器网络当前空闲信道信息的第一反馈消息发送到所述传感器节点，以使所述传感器节点在接收到所述第一反馈消息后，在所述无线传感器网络当前空闲信道上通信。
可选的，所述路由器还包括：
侦测单元，用于侦测所述无线传感器网络，确定所述无线传感器网络当前空闲信道的信息以及所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息；
记录单元，用于记录所述无线传感器网络当前空闲信道的信息以及所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息，得到所述信道空闲信息。
可选的，所述确定单元，用于根据所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道中信道服务质量大于预设信道服务质量的目标空闲信道；选取任一目标空闲信道作为所述传感器节点的目标使用信道；
相应地，所述发送单元，用于将携带有所述传感器节点的目标使用信道的第一反馈消息发送到所述传感器节点，以使所述传感器节点在接收到所述第一反馈消息后，在所述目标使用信道上通信。
可选的，所述路由器还包括：
更新单元，用于更新所述无线传感器网络的信道空闲信息。
可选的，所述确定单元，还用于在所述判断单元判定所述传感器节点当前使用信道是空闲信道时，向所述传感器节点发送携带有继续通信信息的第二反馈消息，以使所述传感器节点在接收到所述第二反馈信息后，在所述传感器节点当前使用信道上通信。
相比于现有技术，本发明的无线传感器网络通信的信道分配方法及路由器，可根据无线传感器网络中传感器节点当前使用信道的信息，确定是否给传感器节点分配空闲信道，使得传感器节点当前使用信道为空闲信道且信道服务质量有保证，从而解决现有无线传感器网络在信息传输过程中的信息拥堵、数据干扰和碰撞问题，减少数据包传输时延和能量消耗，提高网络性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种无线传感器网络通信的信道分配方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种路由器结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本实施例公开一种无线传感器网络通信的信道分配方法，适用于高速铁路运行环境，该方法可包括以下步骤101至104。
101、在接收到无线传感器网络中的传感器节点发送的信道分配请求消息后，获取所述信道分配请求消息中携带的所述传感器节点当前使用信道的信息。
102、判断所述传感器节点当前使用信道是否为空闲信道；若所述传感器节点当前使用信道不是空闲信道，则执行步骤103和104。
103、根据预先记录的所述无线传感器网络的信道空闲信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道。
104、将携带有所述无线传感器网络当前空闲信道信息的第一反馈消息发送到所述传感器节点，以使所述传感器节点在接收到所述第一反馈消息后，在所述无线传感器网络当前空闲信道上通信。
相比于现有技术，本实施例中的无线传感器网络通信的信道分配方法，可根据无线传感器网络中传感器节点当前使用信道的信息，确定是否给传感器节点分配空闲信道，使得传感器节点当前使用信道为空闲信道且信道服务质量有保证，从而解决现有无线传感器网络在信息传输过程中的信息拥堵、数据干扰和碰撞问题，减少数据包传输时延和能量消耗，提高网络性能。
在具体的应用中，本实施例的无线传感器网络通信的信道分配方法的执行主体可以为路由器，本实施例的无线传感器网络不仅包括传感器节点，还包括执行上述信道分配方法的路由器。无线传感器网络中的传感器节点用于采集列车运行周围环境信息，并通过一跳或多跳的形式最终传输到汇聚节点，传感器节点在传输数据之前，向路由器发送信道分配请求消息，该信道分配请求消息可携带有所述传感器节点的位置信息以及传感器节点当前使用信道的信息。传感器节点收到第一反馈消息时，则根据第一反馈消息选择空闲信道将数据传输到邻居节点。邻居节点的实质可以是传感器节点或汇聚节点。
在一个具体的例子中，步骤103“根据预先记录的所述无线传感器网络的信道空闲信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道”之前，所述方法还包括图1中未示出的步骤100和100’：
100、侦测所述无线传感器网络，确定所述无线传感器网络当前空闲信道的信息以及所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息；
100’、记录所述无线传感器网络当前空闲信道的信息以及所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息，得到所述无线传感器网络的信道空闲信息。
需要说明的是，步骤100和100’只要在步骤103之前即可，与步骤101、102之间的先后顺序不作限定。
在具体的应用中，本实施例的信道分配方法的执行主体可以为路由器，路由器侦测并记录无线传感器网络中信道使用情况，得到所述无线传感器网络的信道空闲信息。路由器将空闲信道反馈给传感器节点。
在一个具体的例子中，步骤103“根据预先记录的所述无线传感器网络的信道空闲信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道”，包括图1中未示出的步骤1031和1032：
1031、根据所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道中信道服务质量大于预设信道服务质量的目标空闲信道；本实施例中，预设信道服务质量可以为分配给传感器节点使用的信道的最低信道服务质量。
1032、选取任一目标空闲信道作为所述传感器节点的目标使用信道。
相应地，步骤104“将携带有所述无线传感器网络当前空闲信道信息的第一反馈消息发送到所述传感器节点，以使所述传感器节点在接收到所述第一反馈消息后，在所述无线传感器网络当前空闲信道上通信”，包括：将携带有所述传感器节点的目标使用信道的第一反馈消息发送到所述传感器节点，以使所述传感器节点在接收到所述第一反馈消息后，在所述目标使用信道上通信。
在一个具体的例子中，步骤104“将携带有所述无线传感器网络当前空闲信道信息的第一反馈消息发送到所述传感器节点”之后，所述方法还包括图1中未示出的步骤105。
105、更新所述无线传感器网络的信道空闲信息。
在具体的应用中，步骤105中“更新”可以为执行步骤100和步骤100’。
在一个具体的例子中，步骤102中，若所述传感器节点当前使用信道是空闲信道，向所述传感器节点发送携带有继续通信信息的第二反馈消息，以使所述传感器节点在接收到所述第二反馈信息后，在所述传感器节点当前使用信道上通信。
在具体的应用中，传感器节点在接收到所述第二反馈信息后，继续在传感器节点当前使用信道上发送信息到邻居节点。到下一轮需要传输信息时仍提前发送信道分配请求消息来选择通信信道。邻居节点通过相同信道分配方式进行数据传输，最终将数据传输到汇聚节点。
上述无线传感器网络通信的信道分配方法，在传感器节点采集的信息量过多或使用的信道服务质量差时，可以空闲信道分配给传感器节点，能够解决信息传输过程中的数据干扰和碰撞问题，并减少数据包传输时延和能量消耗，提高网络性能。
如图2所示，本实施例公开一种路由器，可执行图1所示的信道分配方法流程，具体可包括：获取单元21、判断单元22、确定单元23以及发送单元24。
获取单元21，用于在接收到无线传感器网络中的传感器节点发送的信道分配请求消息后，获取所述信道分配请求消息中携带的所述传感器节点当前使用信道的信息；
判断单元22，用于判断所述传感器节点当前使用信道是否为空闲信道；
确定单元23，用于在所述判断单元22判定所述传感器节点当前使用信道不是空闲信道时，根据预先记录的所述无线传感器网络的信道空闲信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道；
发送单元24，用于将携带有所述无线传感器网络当前空闲信道信息的第一反馈消息发送到所述传感器节点，以使所述传感器节点在接收到所述第一反馈消息后，在所述无线传感器网络当前空闲信道上通信。
在一个具体的例子中，所述路由器还可包括图2中未示出的：侦测单元和记录单元。
侦测单元，用于侦测所述无线传感器网络，确定所述无线传感器网络当前空闲信道的信息以及所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息；
记录单元，用于记录所述无线传感器网络当前空闲信道的信息以及所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息，得到所述信道空闲信息。
在一个具体的例子中，所述确定单元23，用于根据所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道中信道服务质量大于预设信道服务质量的目标空闲信道；选取任一目标空闲信道作为所述传感器节点的目标使用信道。
相应地，所述发送单元24，用于将携带有所述传感器节点的目标使用信道的第一反馈消息发送到所述传感器节点，以使所述传感器节点在接收到所述第一反馈消息后，在所述目标使用信道上通信。
在一个具体的例子中，所述路由器还包括图2中未示出的更新单元。
更新单元，用于更新所述无线传感器网络的信道空闲信息。
在具体应用中，更新单元可调用侦测单元和记录单元来实现信道空闲信息的更新。
在一个具体的例子中，所述确定单元23，还用于在所述判断单元22判定所述传感器节点当前使用信道是空闲信道时，向所述传感器节点发送携带有继续通信信息的第二反馈消息，以使所述传感器节点在接收到所述第二反馈信息后，在所述传感器节点当前使用信道上通信。
相比于现有技术，上述路由器，可根据无线传感器网络中传感器节点当前使用信道的信息，确定是否给传感器节点分配空闲信道，使得传感器节点当前使用信道为空闲信道且信道服务质量有保证，从而解决现有无线传感器网络在信息传输过程中的信息拥堵、数据干扰和碰撞问题，减少数据包传输时延和能量消耗，提高网络性能。
需要说明的是，本文中“第一”和“第二”仅仅用来区分名称相同的实体(反馈消息)，并不暗示这两个反馈消息之间的顺序或关系。
本领域技术人员可以理解，可以把装置实施例中的各单元组合成一个单元，以及此外可以把它们分成多个子单元。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是互相排斥之处，可以采用任何组合对本说明书中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种无线传感器网络通信的信道分配方法，其特征在于，包括：
在接收到无线传感器网络中的传感器节点发送的信道分配请求消息后，获取所述信道分配请求消息中携带的所述传感器节点当前使用信道的信息；
判断所述传感器节点当前使用信道是否为空闲信道；
若所述传感器节点当前使用信道不是空闲信道，则根据预先记录的所述无线传感器网络的信道空闲信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道；
将携带有所述无线传感器网络当前空闲信道信息的第一反馈消息发送到所述传感器节点，以使所述传感器节点在接收到所述第一反馈消息后，在所述无线传感器网络当前空闲信道上通信。
2.根据权利要求1所述的信道分配方法，其特征在于，所述根据预先记录的所述无线传感器网络的信道空闲信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道之前，还包括：
侦测所述无线传感器网络，确定所述无线传感器网络当前空闲信道的信息以及所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息；
记录所述无线传感器网络当前空闲信道的信息以及所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息，得到所述无线传感器网络的信道空闲信息。
3.根据权利要求2所述的信道分配方法，其特征在于，所述根据预先记录的所述无线传感器网络的信道空闲信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道，包括：
根据所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道中信道服务质量大于预设信道服务质量的目标空闲信道；
选取任一目标空闲信道作为所述传感器节点的目标使用信道；
相应地，将携带有所述无线传感器网络当前空闲信道信息的第一反馈消息发送到所述传感器节点，以使所述传感器节点在接收到所述第一反馈消息后，在所述无线传感器网络当前空闲信道上通信，包括：
将携带有所述传感器节点的目标使用信道的第一反馈消息发送到所述传感器节点，以使所述传感器节点在接收到所述第一反馈消息后，在所述目标使用信道上通信。
4.根据权利要求1所述的信道分配方法，其特征在于，所述将携带有所述无线传感器网络当前空闲信道信息的第一反馈消息发送到所述传感器节点之后，还包括：
更新所述无线传感器网络的信道空闲信息。
5.根据权利要求1所述的信道分配方法，其特征在于，若所述传感器节点当前使用信道是空闲信道，则向所述传感器节点发送携带有继续通信信息的第二反馈消息，以使所述传感器节点在接收到所述第二反馈信息后，在所述传感器节点当前使用信道上通信。
6.一种路由器，其特征在于，包括：
获取单元，用于在接收到无线传感器网络中的传感器节点发送的信道分配请求消息后，获取所述信道分配请求消息中携带的所述传感器节点当前使用信道的信息；
判断单元，用于判断所述传感器节点当前使用信道是否为空闲信道；
确定单元，用于在所述判断单元判定所述传感器节点当前使用信道不是空闲信道时，根据预先记录的所述无线传感器网络的信道空闲信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道；
发送单元，用于将携带有所述无线传感器网络当前空闲信道信息的第一反馈消息发送到所述传感器节点，以使所述传感器节点在接收到所述第一反馈消息后，在所述无线传感器网络当前空闲信道上通信。
7.根据权利要求6所述的路由器，其特征在于，所述路由器还包括：
侦测单元，用于侦测所述无线传感器网络，确定所述无线传感器网络当前空闲信道的信息以及所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息；
记录单元，用于记录所述无线传感器网络当前空闲信道的信息以及所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息，得到所述信道空闲信息。
8.根据权利要求7所述的路由器，其特征在于，所述确定单元，用于根据所述无线传感器网络当前空闲信道的信道服务质量信息，确定所述无线传感器网络当前空闲信道中信道服务质量大于预设信道服务质量的目标空闲信道；选取任一目标空闲信道作为所述传感器节点的目标使用信道；
相应地，所述发送单元，用于将携带有所述传感器节点的目标使用信道的第一反馈消息发送到所述传感器节点，以使所述传感器节点在接收到所述第一反馈消息后，在所述目标使用信道上通信。
9.根据权利要求6所述的路由器，其特征在于，所述路由器还包括：
更新单元，用于更新所述无线传感器网络的信道空闲信息。
10.根据权利要求6所述的路由器，其特征在于，所述确定单元，还用于在所述判断单元判定所述传感器节点当前使用信道是空闲信道时，向所述传感器节点发送携带有继续通信信息的第二反馈消息，以使所述传感器节点在接收到所述第二反馈信息后，在所述传感器节点当前使用信道上通信。
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