CN201263153Y - 无线传感器网络中实现发射功率自适应的系统 - Google Patents

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CN201263153Y CNU2008201103490U CN200820110349U CN201263153Y CN 201263153 Y CN201263153 Y CN 201263153Y CN U2008201103490 U CNU2008201103490 U CN U2008201103490U CN 200820110349 U CN200820110349 U CN 200820110349U CN 201263153 Y CN201263153 Y CN 201263153Y
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樊勇
黄孝斌
魏剑平
李英奇
郑玉东
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Abstract

本实用新型公开了一种无线传感器网络中实现发射功率自适应的系统，包括通过无线链路连接的汇聚节点和传感器节点，传感器节点包括依次相连的接收模块、控制模块和信号输出模块，所述汇聚节点，用于判断一个或多个传感器节点不在通信范围内时，向其它节点发送包含此传感器节点标识和增大信号发射功率指示消息的增大功率广播消息；所述传感器节点的控制模块，用于判断其包含的传感器节点的标识与其自身标识相同时，指示信号输出模块增大信号发射功率后输出信号。本实用新型通过在传感器节点的射频发射输出端增加放大电路，根据节点分布情况自动调整发射功率，保证网络的通信质量并节省功耗。

Description

无线传感器网络中实现发射功率自适应的系统
技术领域
本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及无线传感器网络中实现发射功率自适应的系统。
背景技术
无线传感器网络综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代计算机网络技术、无线通讯技术和分布式信息处理技术等多种先进技术，网络中的节点能够相互协作地进行实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，将处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳的方式传送给观察者。无线传感器网络将逻辑上的信息世界与客观的物理世界融合在了一起，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。
传感器网络中包括传感器节点、汇聚节点。传感器节点以自组织的形式任意的分布在某一监测区域内，通过多跳中继方式将监测数据传送到汇聚节点。
无线传感器网络可以应用于环境监测、设备监测等领域，在这些领域为了防止无线传感器网络的无线通讯信号对其它无线设备的干扰，以及受到体积和成本的限制，传感器节点的发射功率很低(一般要求在10dBm以下)，导致网络节点之间不能建立长距离的可靠连接；然而在随机动态组网时且要求每个节点数据采集高可靠性的应用场合下，网络中有些节点间的距离超过了无线收发器的最大通讯距离，则需要通过增加网络节点数以弥补节点发射功率不足的缺陷，这样又增加了网络的复杂度。因此，在此类应用中，无线传感器网络具有如下特征：网络拓扑不固定，节点位置不固定；节点之间的距离无法确保在射频距离之内；要求数据传输性能可靠性高且功耗低。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种无线传感器网络中实现发射功率自适应及系统，根据节点分布情况自动调整发射功率，保证网络的通信质量并节省功耗。
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种无线传感器网络中实现发射功率自适应的系统，包括通过无线链路连接的汇聚节点和传感器节点，所述汇聚节点包括相连接的控制模块和发送模块；所述传感器节点包括依次相连的接收模块、控制模块和信号输出模块，
所述汇聚节点的控制模块，用于判断一个或多个传感器节点不在通信范围内时，向发送模块发送此传感器节点标识和增大功率指示信息；所述汇聚节点的发送模块，用于接收控制模块的增大功率指示信息，通过无线链路向其它节点发送包含此传感器节点标识和增大信号发射功率指示消息的增大功率广播消息；所述传感器节点的接收模块，用于接收汇聚节点发送的增大功率广播消息，转发给控制模块；所述传感器节点的控制模块，用于接收所述增大功率广播消息，判断其中包含的传感器节点的标识与其自身标识不同时，指示所述信号输出模块通过无线链路向其它节点转发所述增大功率广播消息；还用于判断其中包含的传感器节点的标识与其自身标识相同时，指示所述信号输出模块增大信号发射功率后输出信号。
进一步地，所述汇聚节点的控制模块包括判断单元；所述判断单元，用于在系统设定时间内未收到传感器节点的标识上报消息时，判断此传感器节点不在通信范围内。
进一步地，所述信号输出模块包括与控制模块相连的放大电路，与放大电路相连的发射模块，输入端与控制模块相连的单向控制开关；所述传感器节点的控制模块，包括依次相连的接收单元、判断单元和控制单元；所述接收单元，用于接收所述增大功率广播消息；所述判断单元，用于判断所述增大功率广播消息中包含的传感器节点的标识与其自身标识不同，向所述控制单元发送信号转发消息；还用于判断所述增大功率广播消息中包含的传感器节点的标识与其自身标识相同时，向所述控制单元发送信号放大消息；所述控制单元，用于接收所述信号转发消息，控制单向控制开关的输出端与发射模块相连；还用于接收所述信号放大消息，控制单向控制开关与放大电路相连。
进一步地，所述汇聚节点的发送模块中包含放大电路放大倍数指示单元；所述放大电路放大倍数指示单元，用于在所述增大功率广播消息中增加指示放大电路将其发射功率增大为系统默认的发射功率的X倍的信息，X为大于零的实数，X的值由系统设定；所述传感器节点的控制模块的判断单元，还用于判断所述增大功率广播消息中包含的传感器节点的标识与其自身标识相同时，向所述控制单元发送携带X值的信号放大消息；所述传感器节点的控制模块的控制单元，还用于接收所述携带X值的信号放大消息，控制放大电路的放大倍数为X。
进一步地，所述汇聚节点的控制模块还包括功率恢复指示单元；所述功率恢复指示单元，用于在汇聚节点发送增大功率指示消息后接收相应的传感器节点的标识上报信息，向发送模块发送包含此传感器节点标识和恢复功率指示消息的恢复功率广播消息；所述汇聚节点的发送模块包含功率恢复指示发送单元，所述功率恢复指示发送单元，还用于接收控制模块的恢复功率广播消息，发送包含此传感器节点标识和恢复功率指示消息的恢复功率广播消息；所述传感器节点的控制模块的接收单元，还用于接收所述恢复功率广播消息；所述传感器节点的控制模块的判断单元，还用于判断所述恢复功率广播消息中包含的传感器节点的标识与其自身标识相同时，向所述控制单元发送功率恢复消息；所述传感器节点的控制模块的控制单元，还用于接收所述功率恢复消息，控制单向控制开关与发射模块相连。
本实用新型的系统中通过在传感器节点的射频发射输出端增加放大电路，根据节点分布情况自动调整发射功率，保证网络的通信质量并节省功耗。
附图说明
图1是本实用新型中传感器节点的结构图。
具体实施方式
本实用新型提出了一种发射功率自适应的无线传感器网络系统，包括通过无线链路连接的汇聚节点和传感器节点，所述汇聚节点包括相连接的控制模块和发送模块。如图1所示，所述传感器节点包括依次相连的接收模块、控制模块和信号输出模块，其中：
所述汇聚节点的控制模块，用于判断一个或多个传感器节点不在通信范围内时，向发送模块发送该一个或多个传感器节点标识和增大功率指示信息；
汇聚节点的控制模块包括判断单元，用于在系统设定时间内未收到传感器节点的标识上报消息时，判断此传感器节点不在通信范围内；
汇聚节点的控制模块还包括功率恢复指示单元，用于在汇聚节点发送增大功率指示消息后接收相应的传感器节点的标识上报信息，向发送模块发送包含此传感器节点标识和恢复功率指示消息的恢复功率广播消息；
所述汇聚节点的发送模块，用于接收控制模块的增大功率指示信息，通过无线链路向其它节点发送包含此传感器节点标识和增大信号发射功率指示消息的增大功率广播消息；
汇聚节点的发送模块中包含放大电路放大倍数指示单元，用于在所述增大功率广播消息中增加指示放大电路将其发射功率增大为系统默认的发射功率的X倍的信息，X为大于零的实数，X的值由系统设定；
汇聚节点的发送模块包含功率恢复指示发送单元，用于接收控制模块的恢复功率广播消息，发送包含此传感器节点标识和恢复功率指示消息的恢复功率广播消息；
所述传感器节点的接收模块，用于接收汇聚节点发送的增大功率广播消息，转发给控制模块；
所述传感器节点的控制模块，用于接收所述增大功率广播消息，判断其中包含的传感器节点的标识与其自身标识不同时，指示所述信号输出模块通过无线链路向其它节点转发所述增大功率广播消息；还用于判断其中包含的传感器节点的标识与其自身标识相同时，指示所述信号输出模块增大信号发射功率；
传感器节点的控制模块，进一步包括依次相连的接收单元、判断单元和控制单元；
所述接收单元，用于接收所述增大功率广播消息；还用于接收所述恢复功率广播消息；
所述判断单元，用于判断所述增大功率广播消息中包含的传感器节点的标识与其自身标识不同，向所述控制单元发送信号转发消息；还用于判断所述增大功率广播消息中包含的传感器节点的标识与其自身标识相同时，向所述控制单元发送信号放大消息；还用于判断所述增大功率广播消息中包含的传感器节点的标识与其自身标识相同时，向所述控制单元发送携带X值的信号放大消息；还用于判断所述恢复功率广播消息中包含的传感器节点的标识与其自身标识相同时，向所述控制单元发送功率恢复消息；
所述控制单元，用于接收所述信号转发消息，控制单向控制开关的输出端与发射模块相连；还用于接收所述信号放大消息，控制单向控制开关与放大电路相连；还用于接收所述携带X值的信号放大消息，控制放大电路的放大倍数为X；还用于接收所述功率恢复消息，控制单向控制开关与发射模块相连。
所述汇聚节点的信号输出模块，包括与控制模块相连的放大电路，与放大电路相连的发射模块，输入端与控制模块相连的单向控制开关。
本实用新型的系统和方法典型应用于物流检测场景：将货物放置在货场，每个货物上安装有传感器节点设备，每个货物到来和被取走的时间不确定，货物在货场上摆放的位置是随机的，货物之间的距离在5-300米范围内。查询设备(即汇聚节点设备)预先知道货场有多少货物，需通过接收货物上的传感器节点设备发送的消息得知该货物的位置和/或其它相关数据。位于货物上的传感器节点周期性的向汇聚节点发送标识上报消息(其中包含该传感器节点的ID)，如果某一货物因为移动致使其传感器节点距离汇聚节点和其它传感器节点距离较远后，汇聚节点在系统设定时间内不能收到此传感器节点发送的标识上报消息时，则发送包含增大信号发射功率的指示消息的广播消息，该消息中包含传感器节点标识，用于指示该传感器节点增大信号发射功率。各个传感器节点收到此消息后，判断其中包含的传感器节点的标识与其自身标识不同时，向其它传感器节点转发此消息；广播消息中所指示的传感器节点收到此广播消息后增大其信号发射功率，向汇聚节点发送标识上报消息，并与汇聚节点交互，使汇聚节点获知货物相关信息。此传感器节点增大信号发射功率后可与汇聚节点进行通信后，还可启动其发光或发声的装置，使货物便于发现并被取走。此传感器节点将货物数据传送至汇聚节点后，汇聚节点便可向此传感器节点发送恢复信号发射功率的指示消息，使其恢复初始信号发射功率。
本实用新型中通过在传感器节点的输出端增加放大电路，根据节点分布情况自动调整发射功率，保证网络的通信质量并节省功耗。
本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型做出各种相应的改变和变形，这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1、一种无线传感器网络中实现发射功率自适应的系统，包括通过无线链路连接的汇聚节点和传感器节点，所述汇聚节点包括相连接的控制模块和发送模块；其特征在于，所述传感器节点包括依次相连的接收模块、控制模块和信号输出模块，
所述汇聚节点的控制模块，用于判断一个或多个传感器节点不在通信范围内时，向发送模块发送此传感器节点标识和增大功率指示信息；
所述汇聚节点的发送模块，用于接收控制模块的增大功率指示信息，通过无线链路向其它节点发送包含此传感器节点标识和增大信号发射功率指示消息的增大功率广播消息；
所述传感器节点的接收模块，用于接收汇聚节点发送的增大功率广播消息，转发给控制模块；
所述传感器节点的控制模块，用于接收所述增大功率广播消息，判断其中包含的传感器节点的标识与其自身标识不同时，指示所述信号输出模块通过无线链路向其它节点转发所述增大功率广播消息；还用于判断其中包含的传感器节点的标识与其自身标识相同时，指示所述信号输出模块增大信号发射功率后输出信号。
2、如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述汇聚节点的控制模块包括判断单元；
所述判断单元，用于在系统设定时间内未收到传感器节点的标识上报消息时，判断此传感器节点不在通信范围内。
3、如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述信号输出模块包括与控制模块相连的放大电路，与放大电路相连的发射模块，输入端与控制模块相连的单向控制开关；
所述传感器节点的控制模块，包括依次相连的接收单元、判断单元和控制单元；
所述接收单元，用于接收所述增大功率广播消息；
所述判断单元，用于判断所述增大功率广播消息中包含的传感器节点的标识与其自身标识不同，向所述控制单元发送信号转发消息；还用于判断所述增大功率广播消息中包含的传感器节点的标识与其自身标识相同时，向所述控制单元发送信号放大消息；
所述控制单元，用于接收所述信号转发消息，控制单向控制开关的输出端与发射模块相连；还用于接收所述信号放大消息，控制单向控制开关与放大电路相连。
4、如权利要求3所述的系统，其特征在于，
所述汇聚节点的发送模块中包含放大电路放大倍数指示单元；
所述放大电路放大倍数指示单元，用于在所述增大功率广播消息中增加指示放大电路将其发射功率增大为系统默认的发射功率的X倍的信息，X为大于零的实数，X的值由系统设定；
所述传感器节点的控制模块的判断单元，还用于判断所述增大功率广播消息中包含的传感器节点的标识与其自身标识相同时，向所述控制单元发送携带X值的信号放大消息；
所述传感器节点的控制模块的控制单元，还用于接收所述携带X值的信号放大消息，控制放大电路的放大倍数为X。
5、如权利要求3所述的系统，其特征在于，
所述汇聚节点的控制模块还包括功率恢复指示单元；
所述功率恢复指示单元，用于在汇聚节点发送增大功率指示消息后接收相应的传感器节点的标识上报信息，向发送模块发送包含此传感器节点标识和恢复功率指示消息的恢复功率广播消息；
所述汇聚节点的发送模块包含功率恢复指示发送单元，
所述功率恢复指示发送单元，还用于接收控制模块的恢复功率广播消息，发送包含此传感器节点标识和恢复功率指示消息的恢复功率广播消息；
所述传感器节点的控制模块的接收单元，还用于接收所述恢复功率广播消息；
所述传感器节点的控制模块的判断单元，还用于判断所述恢复功率广播消息中包含的传感器节点的标识与其自身标识相同时，向所述控制单元发送功率恢复消息；
所述传感器节点的控制模块的控制单元，还用于接收所述功率恢复消息，控制单向控制开关与发射模块相连。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101364824B (zh) * 2008-09-09 2012-03-21 北京时代凌宇科技有限公司 无线传感器网络中实现发射功率自适应的方法及系统
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