基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡及其拓撲控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡和基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡拓撲控制方法。其中基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡由傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點和上位機軟件三個部分組成。而基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡拓撲控制方法主要分為三個步驟，首先通過動態(tài)路由機制建立網絡拓撲，其次根據RSSI和LQI指標對信道進行評估后調整傳感器節(jié)點的發(fā)射功率，最后是網絡拓撲結構的維護，保證網絡的連通性和可靠性。基于功率控制的拓撲控制算法可以降低信號間干擾，提高網絡的穩(wěn)定性，延長網絡的生命周期。
【專利說明】
基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡及其拓撲控制方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于無線傳感器網絡的技術領域，設及一種基于動態(tài)路由機制的無線傳感 器網絡及其拓撲控制方法。
【背景技術】
[0002] 無線傳感器網絡由部署在監(jiān)測區(qū)域內的大量廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線 通信方式形成一種多跳自組織的網絡系統(tǒng)，能夠通過協(xié)作實時監(jiān)測、感知和采集網絡分布 區(qū)域內的各種環(huán)境信息，并對運些信息進行處理，從而獲取詳盡而準確的信息。無線傳感器 網絡的應用前景非常廣闊，能夠廣泛地應用于國防軍事、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、交通管理和 空間探索等領域。網絡拓撲控制是指在滿足網絡覆蓋度和連通度的前提下，通過功率控制 和骨干節(jié)點選擇，剔除節(jié)點之間不必要的無線通信鏈路，生成一個高效的數據轉發(fā)網絡拓 撲結構。網絡拓撲的合理設計與優(yōu)化對改善網絡性能尤為重要，體現在W下幾個方面：
[0003] ①降低傳感器節(jié)點能耗，延長整個網絡的生命周期。隨著集成電路工藝的進步，傳 感器節(jié)點的處理器和傳感器模塊的功耗變得很低，絕大部分能量消耗在無線通信模塊上， 并且節(jié)點通常采用能量有限的電池供電，更換或者給電池充電都較難實現。拓撲控制通過 自適應調整傳感器節(jié)點的發(fā)射功率，使節(jié)點的功耗降低，延長網絡的生存時間。
[0004] ②降低傳感器節(jié)點通信干擾、提高通信效率。無線傳感器網中節(jié)點的分布密度比 較大，如果每個節(jié)點都W最大的發(fā)射功率傳輸數據，會加劇通信信道的干擾、加大誤碼率、 降低網絡通信的效率，造成節(jié)點能量的浪費。反之，如果節(jié)點的發(fā)射功率過小，會影響到網 絡的連通性，丟失部分傳感數據。網絡拓撲控制的功率控制技術可W有效解決運一問題。
[0005] ③拓撲控制為路由協(xié)議提供基礎。路由協(xié)議需要知道網絡的拓撲結構，只有有效 的節(jié)點才能進行數據傳輸和轉發(fā)。拓撲控制能夠提高MAC協(xié)議和路由協(xié)議的效率、為數據融 合提供拓撲基礎。
[0006] 無線傳感器網絡中的傳感器節(jié)點大多采用電池供電且電源不可更換，由于缺乏持 續(xù)、穩(wěn)定的能源補充，所W其首要目標是高效地使用能源來最大化地延長網絡的生命周期。 在實際的應用中，所有的傳感器節(jié)點W最大的發(fā)射功率進行通信，雖然保證了網絡拓撲的 連通性，但不可避免地造成了能量的浪費，同時也會導致信號沖突，從而使得網絡的生存時 間變短。網絡拓撲控制可W優(yōu)化網絡拓撲結構，提高傳感器節(jié)點能耗利用率，延長網絡的生 命周期。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明提供一種基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡，由傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點 和上位機軟件S個部分組成，傳感器節(jié)點周期性地喚醒，采集環(huán)境數據并通過2.4G化的無 線信號上傳給匯聚節(jié)點，傳感器節(jié)點具有數據采集、數據傳輸、路由轉發(fā)功能;匯聚節(jié)點通 過有線或WiFi或GPRS無線方式將采集到的各個節(jié)點信息上傳至本地PC及遠程數據中屯、，匯 聚節(jié)點用于傳感器節(jié)點的數據匯總，作為所有傳感器節(jié)點的父節(jié)點，同時還有下發(fā)網絡命 令的功能;上位機軟件用于處理匯聚節(jié)點的數據信息，W便觀測者實時監(jiān)控網絡數據;本地 PC及遠程數據中屯、的上位機軟件下發(fā)命令與網絡節(jié)點進行信息交互來修改網絡休眠周期、 節(jié)點重啟功能。
[0008] 本發(fā)明還提供一種基于動態(tài)路由的無線傳感器網絡拓撲控制方法，首先通過動態(tài) 路由建立樹形網絡拓撲，其次根據RSS巧日LQI指標對信道進行評估后調整節(jié)點的發(fā)射功率， 功率調整完畢后進入網絡拓撲維護階段，周期性地檢查網絡的拓撲結構，保證網絡的連通 性和可靠性。通過動態(tài)地調整傳感器節(jié)點的發(fā)射功率，使傳感器節(jié)點W合適的發(fā)射功率進 行通信，不僅可W保證網絡的連通性，還可W有效地降低節(jié)點的功耗，從而達到延長網絡生 命周期的目的。
[0009] 基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡拓撲控制方法包含如下步驟：
[0010] 步驟1:本系統(tǒng)采用動態(tài)路由機制構建網絡拓撲結構，動態(tài)路由是通過節(jié)點之間不 斷地交換彼此的信息，按照特定的算法選擇最優(yōu)的尋路效果，同時也可W適應不斷變化的 網絡，動態(tài)的調整網絡的拓撲結構。
[0011] 拓撲構建的流程為:一個節(jié)點加入網絡，當有數據需要發(fā)送時首先會檢查路由表， 如果路由表中不存在任何路由信息，那么該節(jié)點會發(fā)送一個廣播路由請求。其它節(jié)點在收 到該節(jié)點路由請求的時候，如果自身有合適的路由信息則會將路由信息回復給請求節(jié)點。 請求節(jié)點在收到應答的時候會去更新路由表的信息，W保證路由表的信息是最新的。其中 更新路由表是動態(tài)路由協(xié)議中關鍵的部分，當接收到一個新的路由信息時會首先遍歷路由 表，檢查在路由表中是否存在新的路由信息中包含的節(jié)點號相同的表項。如果存在運樣的 表項，說明運條表項已經是比較舊的了，所W用接收到的新的路由信息覆蓋運條比較舊的 表項。遍歷完路由表后如果發(fā)現不存在節(jié)點號相同的表項，說明之前不存在運樣的路由信 息，那么運條路由信息一定要加入到路由表中將運條信息加入到路由表中。如果出現路由 表已經滿的情況，此時系統(tǒng)會用新的路由信息覆蓋最沒有價值的路由表項。每個節(jié)點都會 構建一個路由表，當節(jié)點發(fā)送數據的時候，會從路由表中選取跳數最少并且鏈路質量最好 的路由表項將數據發(fā)送出去。
[0012] 步驟2:當拓撲結構構建完成后，系統(tǒng)會進入功率調整階段，自適應地調整每個節(jié) 點的發(fā)射功率，使其在保證數據正確傳輸的情況下，盡量降低每個節(jié)點在數據傳輸時的功 耗。每個節(jié)點維護了一個路由表信息，通過函數getRouteStatusO獲取節(jié)點與其父節(jié)點之 間的路由狀態(tài)信息，使用路由信息中RSSI(Receive Si即曰1 Shength Indicator)和LQI 化ink Quality Indicator)指標對無線通信信道進行分級，一共分為五個級別，它們分別 是VERYG00D、GOOD、PERFECT、BAD和VERYBAD。當信道的評級為VERYG00D和GOOD時表明信道質 量很好，可W適當降低節(jié)點的發(fā)射功率，降低節(jié)點的通信功耗；當信道評級為其他級別時， 節(jié)點仍采用最大的發(fā)射功率，保證網絡的連通性與可靠性。
[0013] 步驟3:當傳感器節(jié)點完成功率調整后W合適的發(fā)射功率進行通信，系統(tǒng)進入拓撲 維護階段。由于傳感器節(jié)點需要完成采集數據、處理數據和傳輸數據等任務，都需要消耗能 量，因此網絡拓撲狀態(tài)可能發(fā)生改變，因此需要對其進行維護使其保持最優(yōu)狀態(tài)。
[0014] 網絡拓撲的維護是周期性的任務，采用定時器觸發(fā)。定時周期的長度非常關鍵，時 間太短可能導致不必要的維護開銷。另一方面，時間太長可能會由于網絡拓撲結構變化導 致節(jié)點失效，無法傳輸數據。系統(tǒng)需要周期性地檢查網絡拓撲結構的變化，根據網絡拓撲的 變化，適當調整節(jié)點的發(fā)射功率。拓撲維護的情況比較復雜，功率調整的方式也不一樣。一 個節(jié)點的父節(jié)點失效后，它需要增加自身的發(fā)射功率增強通信的范圍，重新尋找新的路由。 受到環(huán)境的影響信道質量急劇下降，也需要節(jié)點增強發(fā)射功率保證通信的可靠性。新的節(jié) 點加入網絡，節(jié)點之間的通信距離變短，需要適當降低節(jié)點的發(fā)射功率，W適應新的網絡拓 撲。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是：
[0016] 1、本發(fā)明提出的方法不僅可W有效地控制節(jié)點的發(fā)射功率，降低節(jié)點的功耗，延 長網絡的生命周期，而且還可W降低節(jié)點之間的通信干擾，提高數據傳輸的準確性；
[0017] 2、本發(fā)明提出的方法適用于計算能力和通信能力有限的傳感器節(jié)點，功率調整的 依據是LQI和RSSI，運些指標只需要讀取寄存器的值就可W獲取，降低了功率調整的算法開 銷；
[0018] 3、本發(fā)明提出的方法提出的具有自適應能力，周期性地檢查網絡的拓撲結構的變 化，動態(tài)調整傳感器節(jié)點的發(fā)射功率，保證傳感器節(jié)點W合適的發(fā)射功率工作。
【附圖說明】
[0019] 為進一步說明本發(fā)明的技術內容W下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中：
[0020] 圖1為傳感器節(jié)點各種工作狀態(tài)功耗分布圖；
[0021 ]圖2為無線傳感器網絡形成的樹形網絡拓撲結構圖；
[0022] 圖3為動態(tài)路由構建拓撲結構的流程圖；
[0023] 圖4為傳感器節(jié)點調整發(fā)射功率流程圖；
[0024] 圖5為無線傳感器網絡系統(tǒng)結構示意圖。
[00劇附圖標記說明：
[00%] 1匯聚節(jié)點2-10傳感器節(jié)點
【具體實施方式】
[0027] -種本發(fā)明中基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡的具體實施例。該系統(tǒng)主要由 傳感器節(jié)點，匯聚節(jié)點（網關)和上位機軟件=個部分組成。系統(tǒng)結構示意圖如圖5所示，傳 感器節(jié)點周期性地喚醒，采集環(huán)境數據并通過2.4G化的無線信號上傳給匯聚節(jié)點，傳感器 節(jié)點具有數據采集、數據傳輸、路由轉發(fā)功能;匯聚節(jié)點通過有線或WiFi或GPRS無線方式將 采集到的各個節(jié)點信息上傳至本地PC及遠程數據中屯、，匯聚節(jié)點用于傳感器節(jié)點的數據匯 總，作為所有傳感器節(jié)點的父節(jié)點，同時還有下發(fā)網絡命令的功能;上位機軟件用于處理匯 聚節(jié)點的數據信息，W便觀測者實時監(jiān)控網絡數據;本地PC及遠程數據中屯、的上位機軟件 下發(fā)命令與網絡節(jié)點進行信息交互來修改網絡休眠周期、節(jié)點重啟功能。
[0028] 傳感器節(jié)點的核屯、模塊采用TI公司的CC2530忍片，該模塊實現射頻收發(fā)、存儲控 制和執(zhí)行控制的功能。傳感器節(jié)點通常由4大功能模塊組成，即電源模塊、傳感器模塊、處理 器模塊、無線通信模塊，并且電源模塊采用電池供電且不易更換。隨著集成電路工藝的進 步，傳感器節(jié)點的處理器和傳感器模塊的功耗變得很低，絕大部分能量消耗在無線通信模 塊上。無線通信模塊存在發(fā)送、接收、空閑和睡眠四種狀態(tài)，不同的工作狀態(tài)下節(jié)點的功耗 不同。在睡眠狀態(tài)下，射頻模塊關閉，只有處理器模塊在工作，節(jié)點消耗的能量很小。在接收 狀態(tài)下，節(jié)點需要偵聽空中的射頻信號，因此節(jié)點的功耗明顯增加，空閑狀態(tài)和接收狀態(tài)能 量消耗接近。在發(fā)送狀態(tài)下，由于射頻模塊在發(fā)送瞬間的工作電流很大，W及節(jié)點電路受電 容、電感等儲能元件的共同影響，節(jié)點的功耗是所有狀態(tài)中最大的。傳感器節(jié)點傳輸數據時 要比執(zhí)行計算時更加消耗能量，距離IOOm傳輸1比特數據需要的能量大約相當于執(zhí)行3000 條計算指令消耗的能量。
[0029] 圖1描述的傳感器節(jié)點各部分能量消耗情況。減小節(jié)點的發(fā)射功率可有效減少節(jié) 點的功耗，延長整個無線傳感器網絡的生命周期。
[0030] 本專利提出的拓撲控制算法的核屯、思想是通過動態(tài)路由協(xié)議建立樹形網絡拓撲 結構，無線傳感器網絡的拓撲結構通常是樹形結構如圖2所示，根據路由信息對節(jié)點之間通 信信道進行評級，評級所采用的指標包括RSSI和LQI，最后根據評級的結果動態(tài)地調整傳感 器節(jié)點的發(fā)射功率，使節(jié)點W合適的發(fā)射功率工作，避免能量的浪費。匯聚節(jié)點作為整個網 絡的根節(jié)點，網絡采集的數據最終都將傳輸到匯聚節(jié)點。傳感器節(jié)點不僅是數據采集節(jié)點， 同時也是路由中繼節(jié)點。傳感器節(jié)點將采集的數據發(fā)送給自己的父節(jié)點，同時也轉發(fā)其他 節(jié)點發(fā)送的數據，數據最終通過層層轉發(fā)傳輸至匯聚節(jié)點。
[0031] 功率控制算法具體分為=個步驟，它們分別是拓撲結構構建階段、功率調整階段 和拓撲維護階段。
[0032] 1)拓撲構建階段
[0033] 拓撲構建的流程如圖3所示。系統(tǒng)采用動態(tài)路由機制構建網絡拓撲結構，動態(tài)路由 是通過節(jié)點之間不斷地交換彼此的信息，按照特定的算法選擇最優(yōu)的尋路效果，同時也可 W適應不斷變化的網絡，動態(tài)的調整網絡的拓撲結構。一個節(jié)點加入網絡，當有數據需要發(fā) 送時首先會檢查路由表，如果路由表中不存在任何路由信息，那么該節(jié)點會發(fā)送一個廣播 路由請求。其它節(jié)點在收到該節(jié)點路由請求的時候，如果自身有合適的路由信息則會將路 由信息回復給請求節(jié)點。請求節(jié)點在收到應答的時候會去更新路由表的信息，W保證路由 表的信息是最新的。其中更新路由表是動態(tài)路由協(xié)議中關鍵的部分，當接收到一個新的路 由信息時會首先遍歷路由表，檢查在路由表中是否存在新的路由信息中包含的節(jié)點號相同 的表項。如果存在運樣的表項，說明運條表項已經是比較舊的了，所W用接收到的新的路由 信息覆蓋運條比較舊的表項。遍歷完路由表后如果發(fā)現不存在節(jié)點號相同的表項，說明之 前不存在運樣的路由信息，那么運條路由信息一定要加入到路由表中將運條信息加入到路 由表中。如果出現路由表已經滿的情況，此時系統(tǒng)會用新的路由信息覆蓋最沒有價值的路 由表項。每個節(jié)點都會構建一個路由表，當節(jié)點發(fā)送數據的時候，會從路由表中選取跳數最 少并且鏈路質量最好的路由表項將數據發(fā)送出去。
[0034] 2)功率調整階段
[0035] 功率調整的流程如圖4所示。當拓撲結構構建完成后，系統(tǒng)會進入功率調整階段， 自適應地調整每個節(jié)點的發(fā)射功率，使其在保證數據正確傳輸的情況下，盡量降低每個節(jié) 點在數據傳輸時的功耗。通過獲取路由狀態(tài)判斷是否存在合法路由信息，不存在則更新路 由表。當存在合法路由時，每個節(jié)點維護了一個路由表信息，通過函數getRouteStatus獲取 節(jié)點與其父節(jié)點之間的路由狀態(tài)信息，使用路由信息中RSSI和LQI指標對無線通信信道進 行分級，一共分為五個級別，它們分別是VERYG00D、G00D、陽RFECT、BAD和VERYBAD。當信道的 評級為VERYG00D和GOOD時表明信道質量很好，可W適當降低節(jié)點的發(fā)射功率，降低節(jié)點的 通信功耗;當信道評級為其他級別時，節(jié)點仍采用最大的發(fā)射功率，保證網絡的連通性與可 靠性。重復此過程則最終確定傳感器節(jié)點的發(fā)射功率。
[0036] 信道評級所采用的指標是RSS巧化QI，它們反映了通信信道的狀態(tài)。RSSI是衡量接 收到射頻信號功率的方式，CC2530忍片中有?？谧x取RSSI值的寄存器，當數據包接收后， CC2530忍片中的協(xié)處理器將該數據包的RSSI值寫入寄存器。RSSI值和接收信號功率Pr的換 算關系如下：
[0037] Pr = RSSI_VAL+RSSI_OFFSET[dBm]
[003引其中，RSSIJFFSET是經驗值，一般取-45，在收發(fā)節(jié)點距離固定的情況下，RSSI值 隨發(fā)射功率線性增長。LQI反映了信道的鏈路質量，表示接收數據帖的能量與質量，其大小 基于信號強度W及檢測到的信噪比（SNR)，通常情況下與正確接收到數據帖的概率有關。 LQI相對于RSSI的動態(tài)范圍更大，并且擁有更高的分辨率，然而RSSI的響應速度比LQI快，所 WRSSI可W更快的反映網絡的狀態(tài)變化。結合RSSI和LQI兩個指標來評估網絡的狀態(tài)可W 做到準確和快速，保證功率調整的準確性和有效性。
[0039] 發(fā)射功率調整的方法實現是通過修改TinyOS操作系統(tǒng)中RfConfi評組件，該組件 負責射頻模塊參數的配置，使用變量m_tx_power來控制發(fā)射功率的等級，分別實現了 gainTXPower()和reduceTX化wer ()兩個函數，用來調整射頻模塊的發(fā)射功率。CC2530射頻 忍片支持16個發(fā)射功率等級，最大發(fā)射功率是4.5地m，最小發(fā)射功率是-22地m。可W通過軟 件對CC2530的TXPOWER寄存器進行設置，達到設置發(fā)射功率的目的。當中屯、頻率設置為 2.440G化時，TXPOWER設置的典型輸出功率和電流消耗如下表1所示。
[0040] 表 1 [00411
[0042] 功率控制函數的具體實現如下：
[0043] //增加節(jié)點的發(fā)射功率
[0044] command void RfConfig.gainTXF^owerO
[0045] {
[0046] if (m_tx_power= =OxFS)
[0047] return；
[004引 m_tx_power+ = 16;
[0049] writeTxPower()；
[(K)加 ]}
[0051] //降低節(jié)點的發(fā)射功率
[0052] command void RfConfig.reduceTXF^owerO
[0化3] {
[0054] if (m_tx_power= =0x05)
[0055] return；
[0056] m_tx_power- = 16 ；
[0057] writeTxPower()；
[0化引 }
[0059] 3)拓撲維護階段
[0060] 當傳感器節(jié)點完成功率調整后W合適的發(fā)射功率進行通信，系統(tǒng)進入拓撲維護階 段。由于傳感器節(jié)點需要完成采集數據、處理數據和傳輸數據等任務，都需要消耗能量，因 此網絡拓撲狀態(tài)可能發(fā)生改變，因此需要對其進行維護使其保持最優(yōu)狀態(tài)。網絡拓撲的維 護是周期性的任務，采用定時器觸發(fā)。定時周期的長度非常關鍵，時間太短可能導致不必要 的維護開銷。另一方面，時間太長可能會由于網絡拓撲結構變化導致節(jié)點失效，無法傳輸數 據。系統(tǒng)需要周期性地檢查網絡拓撲結構的變化，根據網絡拓撲的變化，適當調整節(jié)點的發(fā) 射功率。拓撲維護的情況比較復雜，功率調整的方式也不一樣。一個節(jié)點的父節(jié)點失效后， 它需要增加自身的發(fā)射功率增強通信的范圍，重新尋找新的路由。受到環(huán)境的影響信道質 量急劇下降，也需要節(jié)點增強發(fā)射功率保證通信的可靠性。新的節(jié)點加入網絡，節(jié)點之間的 通信距離變短，需要適當降低節(jié)點的發(fā)射功率，W適應新的網絡拓撲。
[0061] W上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，W上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保 護范圍之內。
【主權項】
1. 一種基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡，由傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點和上位機軟件 三個部分組成，傳感器節(jié)點周期性地喚醒，采集環(huán)境數據并通過2.4GHz的無線信號上傳給 匯聚節(jié)點，傳感器節(jié)點具有數據采集、數據傳輸、路由轉發(fā)功能;匯聚節(jié)點通過有線或WiFi 或GPRS無線方式將采集到的各個節(jié)點信息上傳至本地PC及遠程數據中心，匯聚節(jié)點用于傳 感器節(jié)點的數據匯總，作為所有傳感器節(jié)點的父節(jié)點，同時還有下發(fā)網絡命令的功能;上位 機軟件用于處理匯聚節(jié)點的數據信息，以便觀測者實時監(jiān)控網絡數據;本地PC及遠程數據 中心的上位機軟件下發(fā)命令與網絡節(jié)點進行信息交互來修改網絡休眠周期、節(jié)點重啟功 能。2. 如權利要求1所述的基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡，其特征在于，其中所述傳 感器節(jié)點由電源模塊、傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和大功能模塊組成。3. 如權利要求1所述的基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡的拓撲控制方法，包括如 下步驟： 1) 拓撲結構構建階段:采用動態(tài)路由機制構建網絡拓撲結構，動態(tài)路由機制是通過傳 感器節(jié)點之間不斷地交換彼此的信息，按照特定的算法選擇最優(yōu)的尋路效果，同時適應不 斷變化的網絡，動態(tài)的調整網絡的拓撲結構； 2) 功率調整階段：自適應地調整每個傳感器節(jié)點的發(fā)射功率，使其在保證數據正確傳 輸的情況下，盡量降低每個傳感器節(jié)點在數據傳輸時的功耗； 3) 拓撲維護階段：當傳感器節(jié)點完成功率調整后以合適的發(fā)射功率進行通信，系統(tǒng)進 入拓撲維護階段，網絡拓撲的維護是周期性的任務，采用定時器觸發(fā)。4. 如權利要求3所述的基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡的拓撲控制方法，其特征 在于，其中在所述2)功率調整階段，根據節(jié)點之間的路由信息對通信節(jié)點之間的信道進行 評級，然后根據信道的評級結果動態(tài)地調整節(jié)點的發(fā)射功率，使節(jié)點以合適的發(fā)射功率工 作，避免能量的浪費。5. 如權利要求4所述的基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡的拓撲控制方法，其特征 在于，其中所述通信信道評級的方法是，根據動態(tài)路由機制所構建的網絡拓撲獲取通信節(jié) 點之間的LQI和RSSI信息，作為信道評級所采用的指標，將信道分為5個等級，分別是 VERYGOOD、GOOD、PERFECT、BAD和VERYBAD，其中RSSI是衡量接收到射頻信號功率的方式， RSSI值和接收信號功率Pr的換算關系如下： Pr = RSSI_VAL+RSSI_OFFSET [dBm] 其中，RSSI_OFFSET是經驗值;LQI反映了信道的鏈路質量，表示接收數據幀的能量與質 量，其大小基于信號強度以及檢測到的信噪比。6. 如權利要求5所述的基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡的拓撲控制方法，其特征 在于：其中 RSSI_OFFSET 取-45。7. 如權利要求4所述的基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡的拓撲控制方法，其特征 在于:其中所述傳感器節(jié)點調整發(fā)射功率的方法為，通過軟件設置發(fā)射功率寄存器的數值， 選擇不同的發(fā)射功率。8. 如權利要求6所述的基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡的拓撲控制方法，其特征 在于:其中所述傳感器節(jié)點調整功率的策略是，當信道的評級為VERYGOOD和GOOD時表明信 道質量很好，適當降低節(jié)點的發(fā)射功率，降低節(jié)點的通信功耗；當信道評級為其他級別時， 節(jié)點仍采用最大的發(fā)射功率，保證網絡的連通性與可靠性。9. 如權利要求3所述的基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡的拓撲控制方法，其特征 在于:其中步驟3)網絡拓撲維護的策略是，一個節(jié)點的父節(jié)點失效后，增加自身的發(fā)射功率 增強通信的范圍，重新尋找新的路由；受到環(huán)境的影響信道質量急劇下降，節(jié)點增強發(fā)射功 率保證通信的可靠性;新的節(jié)點加入網絡，節(jié)點之間的通信距離變短，適當降低節(jié)點的發(fā)射 功率，以適應新的網絡拓撲。10. 如權利要求3所述的基于動態(tài)路由機制的無線傳感器網絡的拓撲控制方法，其特征 在于:其中步驟3)拓撲維護的周期采用定時器觸發(fā)。
【文檔編號】H04W40/24GK105979565SQ201610312888
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】王亞聰, 趙柏秦
【申請人】中國科學院半導體研究所