專利名稱：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三層體系構(gòu)架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三層體系構(gòu)架。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是集成了信息監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理以及無線通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，隨機布設(shè)的節(jié) 點數(shù)目成千上萬，分布較為密集，特別是軍事偵察、環(huán)境監(jiān)控、公共安全等無線傳感器網(wǎng)絡(luò)， 其設(shè)計規(guī)模一般均較大，受環(huán)境影響和能源耗盡，節(jié)點容易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā) 生變化，同時，存在能源、通信、計算、存儲等四大受限的特點，是一種大規(guī)模的、殘缺的、 受限的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)架涉及總體技術(shù)方案，針對這種大規(guī)模的、殘缺的、受限的網(wǎng)絡(luò) 特點，必須在體系構(gòu)架上保證網(wǎng)絡(luò)的健壯性，緩解四大受限，分層設(shè)計與其配套的專用網(wǎng)絡(luò) 體系構(gòu)架。
國外也有一些關(guān)于類似的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)架的報到，如美國軍方研制的軍事偵察
系統(tǒng)NS0F (networked sensors for the objective force),它采用戰(zhàn)術(shù)通信體制、星型加 中繼的網(wǎng)絡(luò)拓撲，最終接入戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有限、數(shù)據(jù)融合處理能力相對較弱、 數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低。又如美國加州大學(xué)伯克利分校研制的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)GDI (Great Duck Island),它采用分簇加中繼的網(wǎng)絡(luò)拓撲，最終接入Internet,同樣存在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有限、 數(shù)據(jù)融合處理能力相對較弱、數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三層體系構(gòu)架，以緩解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的四 大受限,適用于軍事偵察、環(huán)境監(jiān)控、公共安全等大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 為達上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案-
一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三層體系構(gòu)架，包括采用分層路由協(xié)議設(shè)計和分布式信息協(xié)同處理 與融合的底層、中層、頂層，其中底層為隨機布設(shè)末梢感知微傳感器結(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)，中層 為可與底層節(jié)點通信的中程無線網(wǎng)狀(MESH)傳感器結(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)，用于層間協(xié)同處理與 融合，頂層為選擇連接中層節(jié)點的接入網(wǎng)絡(luò)。由于釆用分層的路由協(xié)議設(shè)計，從而減少了參 與路由計算的節(jié)點數(shù)目，減小路由表尺寸，降低交換路由信息所需的通信開銷和維護路由表
所需內(nèi)存開銷，緩解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的四大受限。此外，由于采用分布式信息協(xié)同處理與融 合，使得底層、中層、頂層相互作用、協(xié)同工作、聯(lián)合完成信息處理，進一步緩解了四大受 限。
比較好的是，還包括有為所述中程無線Mesh傳感器節(jié)點提供能源的能源接入點。 比較好的是，所述底層的隨機布設(shè)末梢感知傳感器節(jié)點之間的連接方式為網(wǎng)狀、分簇、
樹型中的一種或多種。
比較好的是，所述頂層接入網(wǎng)絡(luò)為光纖網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、PSTN (公共交換電話網(wǎng))。 比較好的是，所述中層的中程無線Mesh傳感器節(jié)點組成的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)為非視距高速數(shù)據(jù)傳
輸網(wǎng)絡(luò)。
比較好的是，為各層提供的能量由底層至中層到頂層逐層提高。隨機布設(shè)的末梢感知節(jié) 點可采用電池供電。由于網(wǎng)絡(luò)的能源供給采用分層設(shè)計，使布設(shè)的中程無線Mesh傳感器節(jié)點 能可靠完成層間協(xié)同處理與融合、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，并能擴展中程無線Mesh傳感器專用 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，組建大規(guī)模的軍事偵察、環(huán)境監(jiān)控、公共安全等無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
以下結(jié)合附圖及實施例進一步說明本發(fā)明。


圖1為本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三層體系構(gòu)架結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示， 一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三層體系構(gòu)架，包括采用分層路由協(xié)議設(shè)計和分布式 信息協(xié)同處理與融合的底層、中層、頂層，其中，
底層為隨機布設(shè)末梢感知微傳感器結(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)(微傳感器網(wǎng)絡(luò))，例如振動、聲陣、 紅外、磁敏等傳感器接入底層隨機布設(shè)末梢感知傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，對感知的信息數(shù)據(jù)進行單 節(jié)點多傳感器數(shù)據(jù)融合，隨機布設(shè)的末梢感知節(jié)點可快速組成網(wǎng)狀、分簇、樹型等網(wǎng)絡(luò)拓撲， 對多節(jié)點數(shù)據(jù)進行融合，完成分布式協(xié)同處理，同時，完成網(wǎng)絡(luò)動態(tài)可重構(gòu)算法，保持網(wǎng)絡(luò) 的健壯性。
中層為可與底層節(jié)點通信的中程無線網(wǎng)狀(MESH)傳感器結(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)(中程傳感器 網(wǎng)絡(luò))，所述中層的中程無線MESH傳感器節(jié)點可以是固定的或移動的節(jié)點，組成非視距高速 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。
頂層為選擇連接中層節(jié)點的接入網(wǎng)絡(luò)。例如光纖網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、PSTN (公共交換電話網(wǎng))等。
底層節(jié)點與中層的無線MESH傳感器節(jié)點可進行層間協(xié)同處理與融合，以及非視距高速數(shù) 據(jù)傳輸，并通過頂層光纖等其它接入網(wǎng)絡(luò)提供更大的冗余機制和通信負載平衡能力，完成分 層分布式信息協(xié)同處理。
其中，還包括有為所述中程無線MESH傳感器節(jié)點提供能源的能源接入點。
上述系統(tǒng)，由底層完成信息感知、單節(jié)點多傳感器數(shù)據(jù)融合、多節(jié)點數(shù)據(jù)融合、分布式 協(xié)同數(shù)據(jù)處理，中層與底層節(jié)點通信，完成層間協(xié)同處理與融合，頂層的接入網(wǎng)絡(luò)通過選擇 連接的中層節(jié)點，為中層提供更大的冗余機制和通信負載平衡能力。
提供的能量由底層至中層到頂層逐層提高。隨機布設(shè)的末梢感知節(jié)點可采用電池供電。 由于網(wǎng)絡(luò)的能源供給采用分層設(shè)計，例如，假設(shè)是在20km2區(qū)域內(nèi)至少有一個能源接入點，包 括市電、車載蓄電池、太陽能、風(fēng)能等，提供給中程無線Mesh傳感器節(jié)點，可有效緩解四大 受限。
本發(fā)明中所述底層、中層各傳感器節(jié)點之間通信以及底層、中層、頂層三層之間的通信 均可采用現(xiàn)有通信方法實現(xiàn)，本發(fā)明的主要創(chuàng)新點在于提出三層的體系構(gòu)架，大大降低了設(shè) 計難度，緩解了四大受限。只要采用本發(fā)明三層構(gòu)架方式，無論采用何種通信協(xié)議，均落入 本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三層體系構(gòu)架，其特征在于包括采用分層路由協(xié)議和分布式信息協(xié)同處理與融合的底層、中層、頂層，其中底層為隨機布設(shè)末梢感知微傳感器結(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)，中層為可與底層節(jié)點通信的中程無線網(wǎng)狀傳感器結(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)，用于層間協(xié)同處理與融合，頂層為選擇連接中層節(jié)點的接入網(wǎng)絡(luò)。
2、 如權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三層體系構(gòu)架，其特征在于還包括為所述中程無線 網(wǎng)狀傳感器節(jié)點提供能源的能源接入點。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三層體系構(gòu)架，其特征在于所述底層的隨機布設(shè)末梢感知傳感器節(jié)點之間的連接方式為網(wǎng)狀、分簇、樹型中的一種或多種。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三層體系構(gòu)架，其特征在于所述頂層接入網(wǎng)絡(luò) 為光纖網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、PSTN。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三層體系構(gòu)架，其特征在于所述中層的中程無線網(wǎng)狀傳感器節(jié)點組成的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)為非視距高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三層體系構(gòu)架，底層為隨機布設(shè)末梢感知微傳感器網(wǎng)絡(luò)，能快速自動組成分簇、網(wǎng)狀、樹型等靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲，完成信息感知、單節(jié)點多傳感器數(shù)據(jù)融合、多節(jié)點協(xié)同處理與融合等功能；中層為中程無線MESH傳感器網(wǎng)絡(luò)，由固定和移動節(jié)點組成，可與底層通信，完成層間協(xié)同處理與融合、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?；頂層為光纖等其它接入網(wǎng)絡(luò)，提供更大的冗余機制和通信負載平衡能力。可緩解四大受限，用于軍事偵察、環(huán)境監(jiān)控、公共安全等領(lǐng)域。
文檔編號H04L12/56GK101170486SQ20061011760
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月26日
發(fā)明者劉海濤, 封松林, 龐瑞帆 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所