CN110677893B - 一种基于无线传感网络的组网控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于无线传感网络的组网控制方法，包括将所有传感节点进行区域分组，将每个传感节点通过最优分配分析，分配至最优的网关节点；在一个区域内的大量传感节点通过网络采集到的信息传递到该区域所至网关节点；同时对该区域内的传感节点进行自检验，实时调节最优的网关节点；每个区域的网关节点通过数据融合的技术将数据进行有效的筛选和处理发送到远程的控制中心。本发明能够有效减少广播时间以及避免离网关节点较远的路由节点做出不必要的响应，减少网络能量消耗和信号干扰的同时又保证了网络性能；提升路由层的协议效率又可以提升传感网络的整体性能。

Description

一种基于无线传感网络的组网控制方法
技术领域
本发明属于无线传感器网络技术领域，特别是涉及一种基于无线传感网络的组网控制方法。
背景技术
无线传感器网络(wireless sensor network，WSN)通过自组网络的方式借助大量传感器对目标区域进行检测，它可以完成对目标区域数据的采集、处理并转发工作。WSN的自动装置节点一般没有特定的空间分布规则，各个节点相互协调通过自身传感器采集各自监控区域的环境信息，并将采集到的温湿度、地理位置、风力等信息传送到基站。
通常无线传感网络的应用场景的环境条件较为恶劣，节点携带的电池自主充电和电池更换的难度都相当大，所以网络的能耗问题在网络设计时是不可忽略的问题。通常由于无线传感器为了传递更远的距离而扩大了通信功率，使得无线传感网络节点间产生较大的信道干扰。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于无线传感网络的组网控制方法，能够有效减少广播时间以及避免离网关节点较远的路由节点做出不必要的响应，减少网络能量消耗和信号干扰的同时又保证了网络性能；提升路由层的协议效率又可以提升传感网络的整体性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于无线传感网络的组网控制方法，包括步骤：
S10,将所有传感节点进行区域分组，将每个传感节点通过最优分配分析，分配至最优的网关节点；
S20在一个区域内的大量传感节点通过网络采集到的信息传递到该区域所至网关节点；同时对该区域内的传感节点进行自检验，实时调节最优的网关节点；
S30,每个区域的网关节点通过数据融合的技术将数据进行筛选和处理发送到远程的控制中心。
进一步的是，在所述步骤S10中，将所有传感节点进行区域分组，将每个传感节点通过最优分配分析，分配至最优的网关节点，包括步骤：
S11,每个网关节点设置有自身的管理半径，在所述管理半径中探测收集所在范围内的传感节点初步归纳到该网关的区域分组下；
S12,根据初步归纳的结果，结合相邻网关，对具有多重网关归纳的传感节点进行优化处理后寻求最优网关配置结果，将每个传感节点分配至最优的网关节点。
进一步的是，在所述步骤S11中，所述网关节点在加入网络后，根据其管理半径，向网络内在其传递范围内的传感节点广播该网关节点的网络地址，使整个网络中在此管理半径范围内的传感节点获取该网关节点的网络地址，从而将传感节点初步归纳到该网关的区域分组下。能够有效减少广播时间以及避免离网关节点较远的路由节点做出不必要的响应。
进一步的是，在所述步骤S12中，为传感节点寻求最优网关包括步骤：
如果传感节点仅获取到一个网关节点的网络地址，那么该网关节点作为此传感节点的最优且唯一的网关节点进行数据上报；
如果传感节点获取到多个网关节点的网络地址，对相应网关的管理范围进行对比，选择最优的网关作为该传感节点的管理网关，并将该传感节点划入该最优网关的区域分组内。有效减少网络中路由节点与网关节点建立传输路径的时间。
进一步的是，如果传感节点获取到多个网关节点的网络地址，需要进行最优网关节点的选择，包括步骤：
网关节点通过获取自己的网络地址，随后将这个网络地址通过广播的方式进行发送，由网关节点的广播半径作为管理半径；
当传感节点检测到获取了多个网关节点的网络地址时，通知相应的网关节点，提取相应网络半径的重合区域；
对重合区域内的传感节点进行划分，将重合区域内的传感节点和相关网关进行最优比较分析后，选择一个最佳网关节点进行数据上报。
进一步的是，在进行重合区域内的传感节点和相关网关进行最优比较分析，包括步骤：
提取所述重合区域内所有待优化传感节点；
获取每个待优化传感节点到每个相应网关节点的网络传输距离；
根据待优化传感节点到每个相应网关节点的网络传输距离进行比较，选取网络传输距离最短的相应网关节点作为该待优化传感节点的最佳网关节点。
进一步的是，在所述步骤S20中，在一个区域内的大量传感节点通过网络采集到的信息传递到该区域所至网关节点；同时对该区域内的传感节点进行自检验，实时调节最优的网关节点；包括步骤：
在一个区域内的，每个传感节点向周围的网关节点广播自身信息；网关节点接受到每个传感节点的广播信息后更新本网关节点的网络拓扑连接信息表；
若某一网关节点在连续几个定时信号到达时都没有接收到其管理区域内的某个传感节点的广播信息；则通知共有该传感节点的相邻网关节点是否接收此传感节点的广播信息，若相邻网关节点接收，则判断该传感节点移出该网关节点，在该网关节点的网络拓扑连接信息表中删除该长安节点的连接信息，或者重新调整最优匹配网关节点；若相邻节点没有接收，这重新连接该传感节点或上报连接故障。
进一步的是，若相邻网关节点接收，重新调整最优匹配网关节点时,包括步骤：读取缺失了某个传感节点的网关节点的网络拓扑连接信息表，并获取共有该传感节点的相邻网关节点的连接信息信号信噪比，利用这些信噪比值计算出相邻网关与各相邻网关节点中每两个节点之间的距离，选择最优网关数据上传数据。
进一步的是，若某一网关节点在连续几个定时信号到达时都没有接收到其管理区域内的某个传感节点的广播信息，并且若相邻节点没有接收时，由网关加强对该传感节点的信号强度收集功能，对该传感节点进行重新连接。
采用本技术方案的有益效果：
在本发明中通过将所有传感节点进行区域分组，将每个传感节点通过最优分配分析，分配至最优的网关节点；在一个区域内的大量传感节点通过网络采集到的信息传递到该区域所至网关节点；同时对该区域内的传感节点进行自检验，实时调节最优的网关节点。能够有效减少广播时间以及避免离网关节点较远的路由节点做出不必要的响应，减少网络能量消耗和信号干扰的同时又保证了网络性能；保证其连通性和覆盖度尽量保持原有标准。通过良好的拓扑控制既可以提升路由层的协议效率又可以提升传感网络的整体性能，为定位、数据融合等其他关键技术的研究提供了良好的网络环境。
附图说明
图1为本发明的一种基于无线传感网络的组网控制方法流程示意图；
图2为本发明实施例中节点信息传递的拓扑示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
在本实施例中，参见图1所示，本发明提出了一种基于无线传感网络的组网控制方法，包括步骤：
S10,将所有传感节点进行区域分组，将每个传感节点通过最优分配分析，分配至最优的网关节点；
S20在一个区域内的大量传感节点通过网络采集到的信息传递到该区域所至网关节点；同时对该区域内的传感节点进行自检验，实时调节最优的网关节点；
S30,每个区域的网关节点通过数据融合的技术将数据进行筛选和处理发送到远程的控制中心。
作为上述实施例的优化方案，结合图2所示，在所述步骤S10中，将所有传感节点进行区域分组，将每个传感节点通过最优分配分析，分配至最优的网关节点，包括步骤：
S11,每个网关节点设置有自身的管理半径，在所述管理半径中探测收集所在范围内的传感节点初步归纳到该网关的区域分组下。
在所述步骤S11中，所述网关节点在加入网络后，根据其管理半径，向网络内在其传递范围内的传感节点广播该网关节点的网络地址，使整个网络中在此管理半径范围内的传感节点获取该网关节点的网络地址，从而将传感节点初步归纳到该网关的区域分组下。能够有效减少广播时间以及避免离网关节点较远的路由节点做出不必要的响应。
S12,根据初步归纳的结果，结合相邻网关，对具有多重网关归纳的传感节点进行优化处理后寻求最优网关配置结果，将每个传感节点分配至最优的网关节点。
在所述步骤S12中，为传感节点寻求最优网关包括步骤：
如果传感节点仅获取到一个网关节点的网络地址，那么该网关节点作为此传感节点的最优且唯一的网关节点进行数据上报；
如果传感节点获取到多个网关节点的网络地址，对相应网关的管理范围进行对比，选择最优的网关作为该传感节点的管理网关，并将该传感节点划入该最优网关的区域分组内。有效减少网络中路由节点与网关节点建立传输路径的时间。
其中，如果传感节点获取到多个网关节点的网络地址，需要进行最优网关节点的选择，包括步骤：
网关节点通过获取自己的网络地址，随后将这个网络地址通过广播的方式进行发送，由网关节点的广播半径作为管理半径；
当传感节点检测到获取了多个网关节点的网络地址时，通知相应的网关节点，提取相应网络半径的重合区域；
对重合区域内的传感节点进行划分，将重合区域内的传感节点和相关网关进行最优比较分析后，选择一个最佳网关节点进行数据上报。
其中，在进行重合区域内的传感节点和相关网关进行最优比较分析，包括步骤：
提取所述重合区域内所有待优化传感节点；
获取每个待优化传感节点到每个相应网关节点的网络传输距离；
根据待优化传感节点到每个相应网关节点的网络传输距离进行比较，选取网络传输距离最短的相应网关节点作为该待优化传感节点的最佳网关节点。
作为上述实施例的优化方案，结合图2所示，在所述步骤S20中，在一个区域内的大量传感节点通过网络采集到的信息传递到该区域所至网关节点；同时对该区域内的传感节点进行自检验，实时调节最优的网关节点；包括步骤：
在一个区域内的，每个传感节点向周围的网关节点广播自身信息；网关节点接受到每个传感节点的广播信息后更新本网关节点的网络拓扑连接信息表；
若某一网关节点在连续几个定时信号到达时都没有接收到其管理区域内的某个传感节点的广播信息；则通知共有该传感节点的相邻网关节点是否接收此传感节点的广播信息，若相邻网关节点接收，则判断该传感节点移出该网关节点，在该网关节点的网络拓扑连接信息表中删除该长安节点的连接信息，或者重新调整最优匹配网关节点；若相邻节点没有接收，这重新连接该传感节点或上报连接故障。
其中，若相邻网关节点接收，重新调整最优匹配网关节点时,包括步骤：读取缺失了某个传感节点的网关节点的网络拓扑连接信息表，并获取共有该传感节点的相邻网关节点的连接信息信号信噪比，利用这些信噪比值计算出相邻网关与各相邻网关节点中每两个节点之间的距离，选择最优网关数据上传数据。
其中，若某一网关节点在连续几个定时信号到达时都没有接收到其管理区域内的某个传感节点的广播信息，并且若相邻节点没有接收时，由网关加强对该传感节点的信号强度收集功能，对该传感节点进行重新连接。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种基于无线传感网络的组网控制方法，其特征在于，包括步骤：
S10,将所有传感节点进行区域分组，将每个传感节点通过最优分配分析，分配至最优的网关节点；包括步骤：
S11,每个网关节点设置有自身的管理半径，在所述管理半径中探测收集所在范围内的传感节点初步归纳到该网关的区域分组下；所述网关节点在加入网络后，根据其管理半径，向网络内在其传递范围内的传感节点广播该网关节点的网络地址，使整个网络中在此管理半径范围内的传感节点获取该网关节点的网络地址，从而将传感节点初步归纳到该网关的区域分组下；
S12,根据初步归纳的结果，结合相邻网关，对具有多重网关归纳的传感节点进行优化处理后寻求最优网关配置结果，将每个传感节点分配至最优的网关节点；为传感节点寻求最优网关包括步骤：
如果传感节点仅获取到一个网关节点的网络地址，那么该网关节点作为此传感节点的最优且唯一的网关节点进行数据上报；
如果传感节点获取到多个网关节点的网络地址，对相应网关的管理范围进行对比，选择最优的网关作为该传感节点的管理网关，并将该传感节点划入该最优网关的区域分组内；如果传感节点获取到多个网关节点的网络地址，需要进行最优网关节点的选择，包括步骤：
网关节点通过获取自己的网络地址，随后将这个网络地址通过广播的方式进行发送，由网关节点的广播半径作为管理半径；
当传感节点检测到获取了多个网关节点的网络地址时，通知相应的网关节点，提取相应网络半径的重合区域；
对重合区域内的传感节点进行划分，将重合区域内的传感节点和相关网关进行最优比较分析后，选择一个最佳网关节点进行数据上报；在进行重合区域内的传感节点和相关网关进行最优比较分析，包括步骤：
提取所述重合区域内所有待优化传感节点；
获取每个待优化传感节点到每个相应网关节点的网络传输距离；
根据待优化传感节点到每个相应网关节点的网络传输距离进行比较，选取网络传输距离最短的相应网关节点作为该待优化传感节点的最佳网关节点；
S20在一个区域内的大量传感节点通过网络采集到的信息传递到该区域所至网关节点；同时对该区域内的传感节点进行自检验，实时调节最优的网关节点；包括步骤：
在一个区域内的，每个传感节点向周围的网关节点广播自身信息；网关节点接受到每个传感节点的广播信息后更新本网关节点的网络拓扑连接信息表；
若某一网关节点在连续几个定时信号到达时都没有接收到其管理区域内的某个传感节点的广播信息；则通知共有该传感节点的相邻网关节点是否接收此传感节点的广播信息，若相邻网关节点接收，则判断该传感节点移出该网关节点，在该网关节点的网络拓扑连接信息表中删除该传感节点的连接信息，或者重新调整最优匹配网关节点；若相邻节点没有接收，则重新连接该传感节点或上报连接故障；
若相邻网关节点接收，重新调整最优匹配网关节点时,包括步骤：读取缺失了某个传感节点的网关节点的网络拓扑连接信息表，并获取共有该传感节点的相邻网关节点的连接信息信号信噪比，利用这些信噪比值计算出相邻网关与各相邻网关节点中每两个节点之间的距离，选择最优网关数据上传数据；
若某一网关节点在连续几个定时信号到达时都没有接收到其管理区域内的某个传感节点的广播信息，并且若相邻节点没有接收时，由网关加强对该传感节点的信号强度收集功能，对该传感节点进行重新连接；
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