一種無線傳感器網絡的低功耗組網方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及物聯網領域，尤其涉及一種無線傳感器網絡的低功耗組網方法。
【背景技術】
[0002]在物聯網時代，無線傳感器網絡的用于非常廣泛。所述無線傳感器網絡包括一個連接電腦的基站節點、若干分散布置的傳感器節點，分散的傳感器節點各自采集環境信息并實時發送給基站節點，再由基站節點發送給檢測電腦進行分析。
[0003]傳感器節點通常采用電池供電，能量非常有限，而某一傳感器節點電量耗盡都將影響到整個無線傳感器網絡的工作。目前，傳感器節點的功耗問題已經成為制約無線傳感器網絡的一大瓶頸。
[0004]現有技術中，無線傳感器網絡組網的方式包括洪泛方式(Flooding)和層次型自組織方式(LEACH, LowEnergyAdaptiveClusteringHierar2chy)。其中，洪泛方式為:節點以廣播的形式發送消息，接收到消息的節點再以廣播形式轉發數據包給所有的鄰節點，這個過程重復執行，直到數據包到基站節點位置。LEACH主要通過隨機選擇聚類首領節點、平均分攤整個無線傳感器網絡中的中繼通信業務來實現。但是，Flooding方式存在消息“內爆”和“重疊”的缺陷；而LEACH的動態分簇節點帶來了拓撲變換和大量廣播這樣的額外開銷，造成了額外的節點能耗。
[0005]因此，現有技術還有待改進。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種無線傳感器網絡的低功耗組網方法，以實現無線傳感器網絡的低功耗快速組網。
[0007]為達此目的，本發明采用以下技術方案:
[0008]本發明一方面提供了一種無線傳感器網絡的低功耗組網方法，包括步驟:
[0009]傳感器節點初始化時，向基站節點發送請求分配節點等級的請求消息；
[0010]統計該傳感器節點發送所述請求消息的次數，當該次數達到預設的第一上限值時，若未收到基站節點返回的請求應答消息，向無線傳感器網絡發送廣播消息；
[0011]統計該傳感器節點接收與所述廣播消息對應的廣播應答消息的次數，當該次數達到預設的第二上限值時，分析接收到的廣播應答消息確定出該傳感器節點的節點等級、以及該傳感器節點的上級節點；
[0012]該傳感器節點發送節點信息到上級節點，以組建網絡；
[0013]所述無線傳感器網絡包括一個基站節點、若干分散布置的傳感器節點。
[0014]其中，所述傳感器節點初始化時，向基站節點發送請求分配節點等級的請求消息之前，還包括:基站節點初始化，進入低功耗模式等待外部事件的喚醒。
[0015]其中,所述傳感器節點初始化時，向基站節點發送請求分配節點等級的請求消息，還包括:
[0016]開啟一個定時喚醒的定時器，進入低功耗模式等待外部事件的喚醒。
[0017]其中，所述向基站節點發送請求分配節點等級的請求消息之后,還包括:
[0018]若該傳感器節點收到基站節點返回的請求應答消息，根據請求應答消息確定出該傳感器節點的節點等級，發送節點信息到基站節點，以組建網絡。
[0019]其中，所述統計該傳感器節點發送請求消息到基站節點的次數，當該次數達到預設的第一上限值時，若未收到基站節點返回的請求應答消息，向無線傳感器網絡發送廣播消息包括:
[0020]當所述定時喚醒的定時器時間到時，若未收到基站節點返回的請求應答消息，判斷該傳感器節點發送請求消息到基站節點的次數是否達到預設的第一上限值；
[0021]當該次數達到預設的第一上限值時，向無線傳感器網絡發送廣播消息，進入低功耗模式等待外部事件的喚醒；否則，繼續向基站節點發送請求分配節點等級的請求消息。
[0022]其中，所述統計該傳感器節點接收與所述廣播消息對應的廣播應答消息的次數，當該次數達到預設的第二上限值時，分析接收到的廣播應答消息確定出該傳感器節點的節點等級、以及該傳感器節點的上級節點包括:
[0023]統計該傳感器節點接收與所述廣播消息對應的廣播應答消息的次數是否達到預設的第二上限值；
[0024]當接收廣播應答消息的次數達到預設的第二上限值時，分析接收到的廣播應答消息確定出該傳感器節點的節點等級、以及該傳感器節點的上級節點；否則，按照預設的時間間隔繼續向無線傳感器網絡發送廣播消息，進入低功耗模式等待外部事件的喚醒。
[0025]其中，所述外部事件包括串口中斷事件、接收到數據事件或定時器的中斷事件。
[0026]其中，所述傳感器節點的處理器、基站節點的處理器均支持低功耗休眠模式。
[0027]其中，所述傳感器節點的射頻芯片、基站節點的射頻芯片均支持載波監聽多路訪問/沖突檢測機制。
[0028]實施本發明實施例，具有如下有益效果:
[0029]本發明實施例的無線傳感器網絡中的傳感器節點初始化時首先發送請求消息到基站節點獲取節點等級，若未收到應答消息則向無線傳感器網絡發送廣播消息，根據收到的廣播應答信息自行確定在網絡中的節點等級以及上級節點，通過上級節點轉發節點信息到基站節點，完成組建網絡拓撲。本發明可快速地組建網絡拓撲，有利于減小了傳感器網絡非必要的能耗，使其在不影響正常工作的前提下盡可能多的處于低功耗休眠狀態，延長了整個無線傳感器網絡的壽命。
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1是本發明的一種無線傳感器網絡的低功耗組網方法第一實施例的流程示意圖。
[0032]圖2是本發明的一種無線傳感器網絡的低功耗組網方法第二實施例的流程示意圖。
[0033]圖3是本發明的一種無線傳感器網絡的低功耗組網方法中通過上級節點發送節點等級到基站節點的流程示意圖。
[0034]圖4是本發明的一種無線傳感器網絡的低功耗組網方法中直接發送節點等級到基站節點的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合本發明的附圖對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0036]本發明實施例中，無線傳感器網絡包括一個連接電腦的基站節點、若干分散布置的傳感器節點，所述傳感器節點的處理器、基站節點的處理器均支持低功耗休眠模式，所述傳感器節點的射頻芯片、基站節點的射頻芯片均支持載波監聽多路訪問/沖突檢測機制CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collis1n Derect),當多個傳感器節點同時與某個傳感器節點或者基站節點通信時，可避免數據丟失。
[0037]下面將結合附圖1-附圖2，對本發明實施例提供的無線傳感器網絡的低功耗組網方法進行詳細介紹。
[0038]請參見圖1，圖1是本發明一種無線傳感器網絡的低功耗組網方法的一實施方式的流程圖，該方法具體包括如下步驟S1-S4:
[0039]步驟S1,傳感器節點初始化時，向基站節點發送請求分配節點等級的請求消息。
[0040]在此之前，需初始化基站節點，基站節點初始化后進入低功耗模式等待外部事件的喚醒。所述外部事件包括串口中斷事件、接收到數據事件和定時器的中斷事件。
[0041]步驟S2,統計該傳感器節點發送請求消息到基站節點的次數，當所述發送請求消息到基站節點的次數達到預設的第一上限值時，若未收到基站節點返回的請求應答消息，向無線傳感器網絡發送廣播消息。
[0042]具體實施時,傳感器節點初始化時，傳感器節點發送請求消息到基站節點請求分配等級，同時開啟一個定時喚醒的定時器，然后進入低功耗模式等待外部事件的喚醒。所述外部事件包括串口中斷事件、接收到數據事件和定時器的中斷事件。較佳的，所述第一上限值為3。
[0043]需要說明的是，傳感器節點向基站節點發送請求分配節點等級的請求消息之后，若收到基站節點返回的請求應答消息，根據請求應答消息確定出節點等級，發送節點信息到基站節點，組建網絡。即若收到基站節點返回的請求應答消息，則不再執行步驟S2-S4。
[0044]步驟S3，統計該傳感器節點接收與所述廣播消息對應的廣播應答消息的次數，當所述接收廣播應答消息的次數達到預設的第二上限值時，分析接收到的廣播應答消息確定出該傳感器節點的節點等級、以及該傳感器節點的上級節點。
[0045]當傳感器節點發送廣播消息的次數達到第二上限值時，該節點就會將接收到的廣播應答信息進行整理和分析，確定出自己在網絡中的節點級別，并確定出自己的上級節點、同級節點和/下級節點的相關信息(若自己為最低等級的節點，則沒有下級節點)。所述第二上限值可根據具體的無線傳感器網絡情況確定。較佳的，本實施例中所述第二上限值為4。
[0046]步驟S4，發送節點信息到上級節點，組建網絡。
[0047]該傳感器節點向上級節點發送包含自己信息的數據包，該數據包經由所述上級節點最終傳送到基站節點，從而確定整個網絡的拓撲結構，完成網絡的組建。
[0048]本實施例中，傳感器節點初始化后，首先向基站節點發送請求分配節點等級的請求消息，同時打開一個定時喚醒的定時器，然后進入低功耗模式等待外