專利名稱：基于cdma與tdma的無線傳感網分簇協議設計方案的制作方法
技術領域：
本發明屬于無線傳輸協議設計，提出的協議適用于無線傳感網、移動自組織 網絡等領域。
背景技術：
無線傳感器網絡是集成了信息監測、數據處理以及無線通信的網絡系統，隨 機布設的節點數目成千上萬，分布較為密集，特別是軍事偵察、環境監控、公共 安全等無線傳感器網絡，其設計規模一般均較大，節點容易出現故障，導致網絡 拓撲結構發生變化。同時，存在能源、通信、計算、存儲等四大受限的特點，如 何解決這些資源受限的問題是無線傳感網實際應用面臨的難題。碼分多址CDMA、 時分多址TDMA及碼分和時分相結合TD-CDMA協議都已經在無線蜂窩領域得到應 用，而同時將這兩種技術引入無線傳感網還沒有出現過。發明內容本發明針對目前無線傳感網現有協議頻譜效率和能量效率不高的問題，提出 一種基于碼分多址CDMA和時分多址TDMA動態時隙分配的分簇傳感網協議設計方案，可有效提高系統的頻譜效率和能量效率，緩解了頻段資源和能量資源的限制， 對于推動無線傳感網和移動自組織網絡等的實際應用有重要意義。 本發明的實現步驟如下(1) 匯聚節點采用某種策略將傳感網節點分為若干個簇，并選擇簇頭，如 果節點是可移動，則采用動態的分簇策略進行分簇；(2) 匯聚節點給每個簇分配一個一定長度的具有良好自相關和互相關特性 的擴頻碼，使簇間碼分；(3) 簇內采用時分多址TDMA協議設計方式實現簇內多個節點業務的并發，并基于動態時隙預約策略進行時隙分配； (4) 對于簇內節點通信，由簇頭進行時隙分配，通過不同的時隙來實現多 個節點并發工作；對于簇間節點通信，由兩個簇頭通過固定的同步時 隙來協調簇間節點通信所需的時隙，時隙同步可由匯聚節點廣播同步 幀來實現。匯聚節點采用多路匹配相關設計，能夠實現多個簇節點信 息的同時接收；本發明的優點本發明采用分層設計方案，相比平面式傳感網協議設計， 協議設計簡單，維護開銷小；而且本發明的簇頭只負責簇內節點維護及簇間業務 協調，不作為簇間的中繼節點，相比傳統分簇方案只由簇頭負責簇間業務轉發， 減輕了簇頭的負擔，提高了其工作效率，延遲了其生存周期。對于共用一個頻段 的傳感器節點，本發明采用CDMA的分簇方案，相比沒有簇間碼分的分簇方案， 在不考慮多址干擾時，頻譜效率可以提高N倍。本發明采用簇內動態時隙分配相 比靜態時隙分配策略，有更高的頻譜利用率，能夠實現更高的平均信息速率；相 比純CSMA協議能夠實現多用戶并發，也有更高的傳輸效率。對于簇間業務的通 信，采用一路匹配相關接收，實現簡單；而對于傳感網節點的匯聚節點，能量、 資源受限較小，采用多路匹配相關設計，能夠實現多個簇節點的同時接收，提高 了整個系統的頻譜效率。
圖l為本發明的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。如圖1所示，傳感網節點按照某種策略，分為幾個簇，用虛線表示，紅色六 邊形為簇頭節點，負責簇內節點業務維護和和時隙分配及簇間業務協調，綠色圓 形為簇內普通節點，藍色八邊形為能耗受限較小的匯聚節點。系統為每個簇分別 分配一個自相互和互相關均比較好的擴頻碼字，以便多簇節點的業務并發，簇內 節點共用此碼字，每個簇根據業務需求，由簇頭劃分若干個時隙，釆用動態時隙預約策略進行時隙分配。匯聚節點能量和資源受限較小或不受限，負責整個區域 的節點維護，并下行全覆蓋區域節點。本發明的其實現步驟如下 (1)匯聚節點采用某種策略將傳感網節點分為若干個簇，并選擇簇頭，如 果節點是可移動，則采用動態的分簇策略進行分簇；簇頭只負責簇內節點的維護 和時隙分配及簇間的協調，不作為簇間的中繼節點。(2)匯聚節點給每個簇分配 一個一定長度的具有良好自相關和互相關特性的擴頻碼，使簇間碼分；簇間的擴 頻碼相互正交，可實現多簇并發。(3)簇內采用時分多址TDMA協議設計方式實 現簇內多個節點業務的并發，并基于動態時隙預約策略進行時隙分配；(4)對于 簇內節點通信，由簇頭進行時隙分配，通過不同的時隙來實現多個節點并發工作； 對于簇間節點通信，由兩個簇頭通過固定的同步時隙來協調簇伺節點通信所需的 時隙，時隙同步可由匯聚節點廣播同步幀來實現。簇間通信，信宿節點只需要一 路匹配相關就可以實現信號的接收。匯聚節點采用多路匹配相關設計，能夠實現 多個簇節點信息的同時接收。步驟1中傳感網節點采用分簇設計方案。步驟l對于移動的節點，可釆用 動態分簇設計，適用于節點移動的自組織網絡。步驟2中每個簇分配一個自相互 和互相關性能均良好的擴頻碼。步驟3中簇內采用時分多址TDMA協議設計方式 實現簇內多個節點業務的并發，簇頭根據業務需求情況，采用動態時隙預約策略 進行時隙分配。步驟4對于簇間節點通信，由兩個簇頭通過固定的同步時隙來協 調，以便分配簇間節點通信所需的時隙，時隙同步可由匯聚節點廣播同步幀來實 現。
權利要求
1、一種基于碼分多址CDMA和時分多址TDMA動態時隙分配的分簇傳感網協議設計方案，其實現步驟如下(1)匯聚節點采用某種策略將傳感網節點分為若干個簇，并選擇簇頭，如果節點是可移動，則采用動態的分簇策略進行分簇；(2)匯聚節點給每個簇分配一個一定長度的具有良好自相關和互相關特性的擴頻碼，使簇間碼分；(3)簇內采用時分多址TDMA協議設計方式實現簇內多個節點業務的并發，并基于動態時隙預約策略進行時隙分配；(4)對于簇內節點通信，由簇頭進行時隙分配，通過不同的時隙來實現多個節點并發工作；對于簇間節點通信，由兩個簇頭通過固定的同步時隙來協調簇間節點通信所需的時隙，時隙同步可由匯聚節點廣播同步幀來實現。匯聚節點采用多路匹配相關設計，能夠實現多個簇節點信息的同時接收；
2、 如權利要求1所述的一種基于碼分多址CDMA和時分多址TDMA動態時隙分 配的分簇傳感網協議設計方案，其特征在于步驟1中傳感網節點采用分簇 設計方案。
3、 如權利要求1所述的一種基于碼分多址CDMA和時分多址TDMA動態時隙分 配的分簇傳感網協議設計方案，其特征在于步驟1對于移動的節點，可采 用動態分簇設計，適用于節點移動的自組織網絡。
4、 如權利要求1所述的一種基于碼分多址CDMA和時分多址TDMA動態時隙分 配的分簇傳感網協議設計方案，其特征在于簇頭只負責簇內節點的維護和 時隙分配及簇間的協調，不作為簇間的中繼節點。
5、 如權利要求1所述的一種基于碼分多址CDMA和時分多址TDMA動態時隙分 配的分簇傳感網協議設計方案，其特征在于步驟2中每個簇分配一個自相 互和互相關性能均良好的擴頻碼。
6、 如權利要求5所述的一種基于碼分多址CDMA和時分多址TDMA動態時隙分 配的分簇傳感網協議設計方案，其特征在于簇間的擴頻碼相互正交，可實 現多簇并發。
7、 如權利要求1所述的一種基于碼分多址CDMA和時分多址TDMA動態時隙分 配的分簇傳感網協議設計方案，其特征在于步驟3中簇內采用時分多址 TDMA協議設計方式實現簇內多個節點業務的并發，簇頭根據業務需求情 況，采用動態時隙預約策略進行時隙分配。
8、 如權利要求1所述的一種基于碼分多址CDMA和時分多址TDMA動態時隙分 配的分簇傳感網協議設計方案，其特征在于步驟4對于簇間節點通信，由 兩個簇頭通過固定的同步時隙來協調，以便分配簇間節點通信所需的時 隙，時隙同步可由匯聚節點廣播同步幀來實現。
9、 如權利要求8所述的一種基于碼分多址CDMA和時分多址TDMA動態時隙分 配的分簇傳感網協議設計方案，其特征在于簇間通信，信宿節點只需要一 路匹配相關就可以實現信號的接收。
10、 如權利要求1所述的一種基于碼分多址CDMA和時分多址TDMA動態時隙 分配的分簇傳感網協議設計方案，其特征在于步驟4中匯聚節點采用多路匹 配相關設計，能夠實現不同簇節點信息的同時接收。
全文摘要
本發明公開了一種基于碼分多址CDMA和時分多址TDMA動態時隙分配的分簇傳感網協議設計方案，它將傳感網節點按某種策略進行分簇，為每個簇分配一個相互正交的擴頻碼可實現多簇并發，簇內節點根據業務情況劃分多個時隙，采用動態時隙預約策略進行時隙分配可實現多節點并發工作。這樣將有效提高系統的頻譜效率和能量效率，緩解了頻段資源和能量資源的限制。
文檔編號H04J3/16GK101237453SQ20081005995
公開日2008年8月6日 申請日期2008年3月5日 優先權日2008年3月5日
發明者劉海濤, 建 姜, 朱明華, 王營冠, 邱云周 申請人:中科院嘉興中心微系統所分中心