專利名稱：無線傳感器網絡中實現發射功率自適應的系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線通信技術領域，尤其涉及無線傳感器網絡中實現發 射功率自適應的系統。
背景技術：
無線傳感器網絡綜合了微電子技術、嵌入式計算技術、現代計算機網絡 技術、無線通訊技術和分布式信息處理:t支術等多種先進技術，網絡中的節點 能夠相互協作地進行實時監測、感知和采集網絡覆蓋區域中各種環境或監測 對象的信息，并對其進行處理，將處理后的信息通過無線方式發送，并以自 組多跳的方式傳送給觀察者。無線傳感器網絡將邏輯上的信息世界與客觀的 物理世界融合在了一起，從而實現物理世界、計算世界以及人類社會三元世 界的連通。
傳感器網絡中包括傳感器節點、匯聚節點。傳感器節點以自組織的形式 任意的分布在某一監測區域內，通過多跳中繼方式將監測數據傳送到匯聚節 點。
無線傳感器網絡可以應用于環境監測、設備監測等領域，在這些領域為 了防止無線傳感器網絡的無線通訊信號對其它無線設備的干擾，以及受到體
積和成本的限制，傳感器節點的發射功率很低(一般要求在10dBm以下)， 導致網絡節點之間不能建立長距離的可靠連接；然而在隨機動態組網時且要 求每個節點數據采集高可靠性的應用場合下，網絡中有些節點間的距離超過 了無線收發器的最大通訊距離，則需要通過增加網絡節點數以彌補節點發射 功率不足的缺陷，這樣又增加了網絡的復雜度。因此，在此類應用中，無線 傳感器網絡具有如下特征網絡拓樸不固定，節點位置不固定；節點之間的 距離無法確保在射頻距離之內；要求數據傳輸性能可靠性高且功耗低。
實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題是提供一種無線傳感器網絡中實現發射功 率自適應及系統，根據節點分布情況自動調整發射功率，保證網絡的通信質 量并節省功耗。
為了解決上述問題，本實用新型提供了一種無線傳感器網絡中實現發射 功率自適應的系統，包括通過無線鏈路連接的匯聚節點和傳感器節點，所述
匯聚節點包括相連接的控制模塊和發送模塊；所述傳感器節點包括依次相連 的接收模塊、控制模塊和信號輸出模塊，
所述匯聚節點的控制模塊，用于判斷一個或多個傳感器節點不在通信范 圍內時，向發送;f莫塊發送此傳感器節點標識和增大功率指示信息；所述匯聚 節點的發送模塊，用于接收控制模塊的增大功率指示信息，通過無線鏈路向 其它節點發送包含此傳感器節點標識和增大信號發射功率指示消息的增大功 率廣播消息；所述傳感器節點的接收模塊，用于接收匯聚節點發送的增大功 率廣播消息，轉發給控制模塊；所述傳感器節點的控制模塊，用于接收所述 增大功率廣播消息，判斷其中包含的傳感器節點的標識與其自身標識不同時， 指示所述信號輸出模塊通過無線鏈路向其它節點轉發所述增大功率廣播消 息；還用于判斷其中包含的傳感器節點的標識與其自身標識相同時，指示所 述信號輸出模塊增大信號發射功率后輸出信號。
進一步地，所述匯聚節點的控制才莫塊包括判斷單元；所述判斷單元，用 于在系統設定時間內未收到傳感器節點的標識上l艮消息時，判斷此傳感器節 點不在通信范圍內。
進一步地，所述信號輸出模塊包括與控制模塊相連的放大電路，與放大 電路相連的發射模塊，輸入端與控制模塊相連的單向控制開關；所述傳感器 節點的控制模塊，包括依次相連的接收單元、判斷單元和控制單元；所述接 收單元，用于接收所述增大功率廣播消息；所述判斷單元，用于判斷所述增 大功率廣播消息中包含的傳感器節點的標識與其自身標識不同，向所述控制 單元發送信號轉發消息；還用于判斷所述增大功率廣播消息中包含的傳感器 節點的標識與其自身標識相同時，向所迷控制單元發送信號放大消息；所述
6控制單元，用于接收所述信號轉發消息，控制單向控制開關的輸出端與發射
模塊相連；還用于接收所述信號放大消息，控制單向控制開關與放大電路相連。
進一步地，所述匯聚節點的發送模塊中包含放大電路放大倍數指示單元； 所述放大電路放大倍數指示單元，用于在所述增大功率廣播消息中增加指示 放大電路將其發射功率增大為系統默認的發射功率的X倍的信息，X為大于 零的實數，X的值由系統設定；所述傳感器節點的控制模塊的判斷單元，還 用于判斷所述增大功率廣播消息中包含的傳感器節點的標識與其自身標識相 同時，向所述控制單元發送攜帶X值的信號;^丈大消息；所述傳感器節點的控 制模塊的控制單元，還用于接收所述攜帶X值的信號放大消息，控制放大電 路的放大倍數為X。
進一步地，所述匯聚節點的控制;f莫塊還包括功率恢復指示單元；所述功 率恢復指示單元，用于在匯聚節點發送增大功率指示消息后接收相應的傳感 器節點的標識上報信息，向發送模塊發送包含此傳感器節點標識和恢復功率 指示消息的恢復功率廣播消息；所述匯聚節點的發送模塊包含功率恢復指示 發送單元，所述功率恢復指示發送單元，還用于接收控制模塊的恢復功率廣 播消息，發送包含此傳感器節點標識和恢復功率指示消息的恢復功率廣播消 息；所述傳感器節點的控制模塊的接收單元，還用于接收所述恢復功率廣播 消息；所述傳感器節點的控制模塊的判斷單元，還用于判斷所述恢復功率廣 播消息中包含的傳感器節點的標識與其自身標識相同時，向所述控制單元發 送功率恢復消息；所述傳感器節點的控制模塊的控制單元，還用于接收所述 功率恢復消息，控制單向控制開關與發射模塊相連。
本實用新型的系統中通過在傳感器節點的射頻發射輸出端增加放大電 路，根據節點分布情況自動調整發射功率，保證網絡的通信質量并節省功耗。
圖l是本實用新型中傳感器節點的結構圖。200820110349.0
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具體實施方式
本實用新型提出了一種發射功率自適應的無線傳感器網絡系統，包括通 過無線鏈路連接的匯聚節點和傳感器節點，所述匯聚節點包括相連接的控制 模塊和發送模塊。如圖1所示，所述傳感器節點包括依次相連的接收模塊、
控制模塊和信號輸出模塊，其中
所述匯聚節點的控制才莫塊，用于判斷一個或多個傳感器節點不在通信范 圍內時，向發送才莫塊發送該一個或多個傳感器節點標識和增大功率指示信息；
匯聚節點的控制模塊包括判斷單元，用于在系統設定時間內未收到傳感
器節點的標識上報消息時，判斷此傳感器節點不在通信范圍內；
匯聚節點的控制模塊還包括功率恢復指示單元，用于在匯聚節點發送增 大功率指示消息后接收相應的傳感器節點的標識上才艮信息，向發送;^莫塊發送
包含此傳感器節點標識和恢復功率指示消息的恢復功率廣播消息；
所述匯聚節點的發送模塊，用于接收控制模塊的增大功率指示信息，通 過無線鏈路向其它節點發送包含此傳感器節點標識和增大信號發射功率指示 消息的增大功率廣播消息；
匯聚節點的發送模塊中包含放大電路放大倍數指示單元，用于在所述增 大功率廣播消息中增加指示放大電路將其發射功率增大為系統默認的發射功
率的X倍的信息，X為大于零的實數，X的值由系統設定；
匯聚節點的發送模塊包含功率恢復指示發送單元，用于接收控制模塊的 恢復功率廣播消息，發送包含此傳感器節點標識和恢復功率指示消息的恢復 功率廣播消息；
所述傳感器節點的接收模塊，用于接收匯聚節點發送的增大功率廣播消 息，轉發給控制模塊；
所述傳感器節點的控制模塊，用于接收所述增大功率廣播消息，判斷其 中包含的傳感器節點的標識與其自身標識不同時，指示所述信號輸出模塊通 過無線鏈路向其它節點轉發所述增大功率廣播消息；還用于判斷其中包含的 傳感器節點的標識與其自身標識相同時，指示所述信號輸出模塊增大信號發射功率；
傳感器節點的控制模塊，進一步包括依次相連的接收單元、判斷單元和 控制單元；
所述接收單元，用于接收所述增大功率廣播消息；還用于接收所述恢復 功率廣播消息；
所述判斷單元，用于判斷所述增大功率廣播消息中包含的傳感器節點的 標識與其自身標識不同，向所述控制單元發送信號轉發消息；還用于判斷所 述增大功率廣播消息中包含的傳感器節點的標識與其自身標識相同時，向所 述控制單元發送信號^:大消息；還用于判斷所述增大功率廣播消息中包含的 傳感器節點的標識與其自身標識相同時，向所述控制單元發送攜帶X值的信 號放大消息；還用于判斷所述恢復功率廣播消息中包含的傳感器節點的標識 與其自身標識相同時，向所述控制單元發送功率恢復消息；
所述控制單元，用于接收所述信號轉發消息，控制單向控制開關的輸出 端與發射模塊相連；還用于接收所述信號放大消息，控制單向控制開關與放 大電路相連；還用于接收所述攜帶X值的信號放大消息，控制放大電路的放 大倍數為X;還用于接收所述功率恢復消息，控制單向控制開關與發射模塊 相連。
所述匯聚節點的信號輸出模塊，包括與控制模塊相連的放大電路，與放 大電路相連的發射模塊，輸入端與控制模塊相連的單向控制開關。
本實用新型的系統和方法典型應用于物流檢測場景將貨物放置在貨場， 每個貨物上安裝有傳感器節點設備，每個貨物到來和被取走的時間不確定， 貨物在貨場上擺放的位置是隨機的，貨物之間的距離在5-300米范圍內。查 詢設備(即匯聚節點設備)預先知道貨場有多少貨物，需通過接收貨物上的 傳感器節點設備發送的消息得知該貨物的位置和/或其它相關數據。位于貨物 上的傳感器節點周期性的向匯聚節點發送標識上報消息(其中包含該傳感器 節點的ID)，如果某一貨物因為移動致使其傳感器節點距離匯聚節點和其它 傳感器節點距離較遠后，匯聚節點在系統設定時間內不能收到此傳感器節點發送的標識上報消息時，則發送包含增大信號發射功率的指示消息的廣播消 息，該消息中包含傳感器節點標識，用于指示該傳感器節點增大信號發射功 率。各個傳感器節點收到此消息后，判斷其中包含的傳感器節點的標識與其
自身標識不同時，向其它傳感器節點轉發此消息；廣播消息中所指示的傳感 器節點收到此廣播消息后增大其信號發射功率，向匯聚節點發送標識上"t艮消 息，并與匯聚節點交互，使匯聚節點獲知貨物相關信息。此傳感器節點增大 信號發射功率后可與匯聚節點進行通信后，還可啟動其發光或發聲的裝置， 使貨物便于發現并被取走。此傳感器節點將貨物數據傳送至匯聚節點后，匯 聚節點便可向此傳感器節點發送恢復信號發射功率的指示消息，使其恢復初 始信號發射功率。
本實用新型中通過在傳感器節點的輸出端增加放大電路，根據節點分布 情況自動調整發射功率，保證網絡的通信質量并節省功耗。
本實用新型還可有其他多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質 的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本實用新型做出各種相應的改變 和變形，這些相應的改變和變形都應屬于本實用新型所附的權利要求的保護 范圍。
權利要求1、一種無線傳感器網絡中實現發射功率自適應的系統，包括通過無線鏈路連接的匯聚節點和傳感器節點，所述匯聚節點包括相連接的控制模塊和發送模塊；其特征在于，所述傳感器節點包括依次相連的接收模塊、控制模塊和信號輸出模塊，所述匯聚節點的控制模塊，用于判斷一個或多個傳感器節點不在通信范圍內時，向發送模塊發送此傳感器節點標識和增大功率指示信息；所述匯聚節點的發送模塊，用于接收控制模塊的增大功率指示信息，通過無線鏈路向其它節點發送包含此傳感器節點標識和增大信號發射功率指示消息的增大功率廣播消息；所述傳感器節點的接收模塊，用于接收匯聚節點發送的增大功率廣播消息，轉發給控制模塊；所述傳感器節點的控制模塊，用于接收所述增大功率廣播消息，判斷其中包含的傳感器節點的標識與其自身標識不同時，指示所述信號輸出模塊通過無線鏈路向其它節點轉發所述增大功率廣播消息；還用于判斷其中包含的傳感器節點的標識與其自身標識相同時，指示所述信號輸出模塊增大信號發射功率后輸出信號。
2、 如權利要求1所述的系統，其特征在于， 所述匯聚節點的控制模塊包括判斷單元；所述判斷單元，用于在系統設定時間內未收到傳感器節點的標識上^J肖 息時，判斷此傳感器節點不在通信范圍內。
3、 如權利要求l所述的系統，其特征在于，所述信號輸出模塊包括與控制模塊相連的放大電路，與放大電路相連的 發射模塊，輸入端與控制模塊相連的單向控制開關；所述傳感器節點的控制模塊，包括依次相連的接收單元、判斷單元和控 制單元；所述接收單元，用于接收所述增大功率廣播消息；所述判斷單元，用于判斷所述增大功率廣播消息中包含的傳感器節點的標識與其自身標識不同，向所述控制單元發送信號轉發消息；還用于判斷所 述增大功率廣播消息中包含的傳感器節點的標識與其自身標識相同時，向所 述控制單元發送信號放大消息；所述控制單元，用于接收所述信號轉發消息，控制單向控制開關的輸出 端與發射模塊相連；還用于接收所述信號放大消息，控制單向控制開關與放 大電路相連。
4、 如權利要求3所述的系統，其特征在于，所述匯聚節點的發送模塊中包含放大電路放大倍數指示單元；所述放大電路放大倍數指示單元，用于在所述增大功率廣播消息中增加 指示放大電路將其發射功率增大為系統默認的發射功率的X倍的信息，X為 大于零的實數，x的值由系統設定；所述傳感器節點的控制^t塊的判斷單元，還用于判斷所述增大功率廣播 消息中包含的傳感器節點的標識與其自身標識相同時，向所述控制單元發送 攜帶X值的信號放大消息；所述傳感器節點的控制^f莫塊的控制單元，還用于接收所述攜帶X值的信 號放大消息，控制放大電路的放大倍數為X。
5、 如權利要求3所述的系統，其特征在于， 所述匯聚節點的控制模塊還包括功率恢復指示單元； 所述功率恢復指示單元，用于在匯聚節點發送增大功率指示消息后接收相應的傳感器節點的標識上報信息，向發送模塊發送包含此傳感器節點標識 和恢復功率指示消息的恢復功率廣播消息；所述匯聚節點的發送^t塊包含功率恢復指示發送單元，所述功率恢復指示發送單元，還用于接收控制模塊的恢復功率廣播消息， 發送包含此傳感器節點標識和恢復功率指示消息的恢復功率廣播消息；所述傳感器節點的控制模塊的接收單元，還用于接收所述恢復功率廣播 消息；所述傳感器節點的控制模塊的判斷單元，還用于判斷所述恢復功率廣播 消息中包含的傳感器節點的標識與其自身標識相同時，向所述控制單元發送功率恢復消息；所述傳感器節點的控制模塊的控制單元，還用于接收所述功率恢復消息， 控制單向控制開關與發射模塊相連。
專利摘要本實用新型公開了一種無線傳感器網絡中實現發射功率自適應的系統，包括通過無線鏈路連接的匯聚節點和傳感器節點，傳感器節點包括依次相連的接收模塊、控制模塊和信號輸出模塊，所述匯聚節點，用于判斷一個或多個傳感器節點不在通信范圍內時，向其它節點發送包含此傳感器節點標識和增大信號發射功率指示消息的增大功率廣播消息；所述傳感器節點的控制模塊，用于判斷其包含的傳感器節點的標識與其自身標識相同時，指示信號輸出模塊增大信號發射功率后輸出信號。本實用新型通過在傳感器節點的射頻發射輸出端增加放大電路，根據節點分布情況自動調整發射功率，保證網絡的通信質量并節省功耗。
文檔編號H04B7/005GK201263153SQ200820110349
公開日2009年6月24日 申請日期2008年9月9日 優先權日2008年9月9日
發明者李英奇, 勇 樊, 鄭玉東, 魏劍平, 黃孝斌 申請人:北京時代凌宇科技有限公司