专利名称：无线传感器网络三层体系构架的制作方法
技术领域：
本发明属于无线传感器网络技术领域，特别涉及一种无线传感器网络三层体系构架。
背景技术：
无线传感器网络是集成了信息监测、数据处理以及无线通信的网络系统，随机布设的节 点数目成千上万，分布较为密集，特别是军事侦察、环境监控、公共安全等无线传感器网络， 其设计规模一般均较大，受环境影响和能源耗尽，节点容易出现故障，导致网络拓扑结构发 生变化，同时，存在能源、通信、计算、存储等四大受限的特点，是一种大规模的、残缺的、 受限的网络系统。
无线传感器网络体系构架涉及总体技术方案，针对这种大规模的、残缺的、受限的网络 特点，必须在体系构架上保证网络的健壮性，缓解四大受限，分层设计与其配套的专用网络 体系构架。
国外也有一些关于类似的无线传感器网络体系构架的报到，如美国军方研制的军事侦察
系统NS0F (networked sensors for the objective force),它采用战术通信体制、星型加 中继的网络拓扑，最终接入战术互联网，其网络覆盖范围有限、数据融合处理能力相对较弱、 数据传输速率相对较低。又如美国加州大学伯克利分校研制的生态环境系统GDI (Great Duck Island),它采用分簇加中继的网络拓扑，最终接入Internet,同样存在网络覆盖范围有限、 数据融合处理能力相对较弱、数据传输速率相对较低等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线传感器网络三层体系构架，以缓解无线传感器网络的四 大受限,适用于军事侦察、环境监控、公共安全等大规模无线传感器网络。 为达上述目的，本发明采用如下技术方案-
一种无线传感器网络三层体系构架，包括采用分层路由协议设计和分布式信息协同处理 与融合的底层、中层、顶层，其中底层为随机布设末梢感知微传感器结点组成的网络，中层 为可与底层节点通信的中程无线网状(MESH)传感器结点组成的网络，用于层间协同处理与 融合，顶层为选择连接中层节点的接入网络。由于釆用分层的路由协议设计，从而减少了参 与路由计算的节点数目，减小路由表尺寸，降低交换路由信息所需的通信开销和维护路由表
所需内存开销，缓解无线传感器网络的四大受限。此外，由于采用分布式信息协同处理与融 合，使得底层、中层、顶层相互作用、协同工作、联合完成信息处理，进一步缓解了四大受 限。
比较好的是，还包括有为所述中程无线Mesh传感器节点提供能源的能源接入点。 比较好的是，所述底层的随机布设末梢感知传感器节点之间的连接方式为网状、分簇、
树型中的一种或多种。
比较好的是，所述顶层接入网络为光纤网、互联网、PSTN (公共交换电话网)。 比较好的是，所述中层的中程无线Mesh传感器节点组成的网状网络为非视距高速数据传
输网络。
比较好的是，为各层提供的能量由底层至中层到顶层逐层提高。随机布设的末梢感知节 点可采用电池供电。由于网络的能源供给采用分层设计，使布设的中程无线Mesh传感器节点 能可靠完成层间协同处理与融合、高速数据传输等功能，并能扩展中程无线Mesh传感器专用 网络覆盖范围，组建大规模的军事侦察、环境监控、公共安全等无线传感器网络。
以下结合附图及实施例进一步说明本发明。
图1为本发明无线传感器网络三层体系构架结构示意图。
具体实施例方式
如图1所示， 一种无线传感器网络三层体系构架，包括采用分层路由协议设计和分布式 信息协同处理与融合的底层、中层、顶层，其中，
底层为随机布设末梢感知微传感器结点组成的网络(微传感器网络)，例如振动、声阵、 红外、磁敏等传感器接入底层随机布设末梢感知传感器网络节点，对感知的信息数据进行单 节点多传感器数据融合，随机布设的末梢感知节点可快速组成网状、分簇、树型等网络拓扑， 对多节点数据进行融合，完成分布式协同处理，同时，完成网络动态可重构算法，保持网络 的健壮性。
中层为可与底层节点通信的中程无线网状(MESH)传感器结点组成的网络(中程传感器 网络)，所述中层的中程无线MESH传感器节点可以是固定的或移动的节点，组成非视距高速 数据传输网络。
顶层为选择连接中层节点的接入网络。例如光纤网、互联网、PSTN (公共交换电话网)等。
底层节点与中层的无线MESH传感器节点可进行层间协同处理与融合，以及非视距高速数 据传输，并通过顶层光纤等其它接入网络提供更大的冗余机制和通信负载平衡能力，完成分 层分布式信息协同处理。
其中，还包括有为所述中程无线MESH传感器节点提供能源的能源接入点。
上述系统，由底层完成信息感知、单节点多传感器数据融合、多节点数据融合、分布式 协同数据处理，中层与底层节点通信，完成层间协同处理与融合，顶层的接入网络通过选择 连接的中层节点，为中层提供更大的冗余机制和通信负载平衡能力。
提供的能量由底层至中层到顶层逐层提高。随机布设的末梢感知节点可采用电池供电。 由于网络的能源供给采用分层设计，例如，假设是在20km2区域内至少有一个能源接入点，包 括市电、车载蓄电池、太阳能、风能等，提供给中程无线Mesh传感器节点，可有效缓解四大 受限。
本发明中所述底层、中层各传感器节点之间通信以及底层、中层、顶层三层之间的通信 均可采用现有通信方法实现，本发明的主要创新点在于提出三层的体系构架，大大降低了设 计难度，缓解了四大受限。只要采用本发明三层构架方式，无论采用何种通信协议，均落入 本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种无线传感器网络三层体系构架，其特征在于包括采用分层路由协议和分布式信息协同处理与融合的底层、中层、顶层，其中底层为随机布设末梢感知微传感器结点组成的网络，中层为可与底层节点通信的中程无线网状传感器结点组成的网络，用于层间协同处理与融合，顶层为选择连接中层节点的接入网络。
2、 如权利要求1所述的无线传感器网络三层体系构架，其特征在于还包括为所述中程无线 网状传感器节点提供能源的能源接入点。
3、 如权利要求1或2所述的无线传感器网络三层体系构架，其特征在于所述底层的随机布设末梢感知传感器节点之间的连接方式为网状、分簇、树型中的一种或多种。
4、 如权利要求1或2所述的无线传感器网络三层体系构架，其特征在于所述顶层接入网络 为光纤网、互联网、PSTN。
5、 如权利要求1或2所述的无线传感器网络三层体系构架，其特征在于所述中层的中程无线网状传感器节点组成的网状网络为非视距高速数据传输网络。
全文摘要
本发明提出一种无线传感器网络三层体系构架，底层为随机布设末梢感知微传感器网络，能快速自动组成分簇、网状、树型等灵活的网络拓扑，完成信息感知、单节点多传感器数据融合、多节点协同处理与融合等功能；中层为中程无线MESH传感器网络，由固定和移动节点组成，可与底层通信，完成层间协同处理与融合、高速数据传输等功能；顶层为光纤等其它接入网络，提供更大的冗余机制和通信负载平衡能力。可缓解四大受限，用于军事侦察、环境监控、公共安全等领域。
文档编号H04L12/56GK101170486SQ20061011760
公开日2008年4月30日 申请日期2006年10月26日 优先权日2006年10月26日
发明者刘海涛, 封松林, 庞瑞帆 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所