无线传感器网络及构建方法、数据传输调度方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络及该无线传感器网络的 网络拓扑构建方法、应用于该无线传感器网络的数据传输调度方法和装置。
【背景技术】
[0002] 在无线传感器网络中，典型的业务是sink(汇聚节点）收集大量传感器节点产生 的数据。这种多对一业务被称为汇聚播。许多TDMA(TimeDivisionMultipleAccess,时 分多址）调度算法被设计用于满足树形拓扑中的汇聚播。
[0003] 应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、 完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的
【背景技术】部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
【发明内容】
[0004] 发明人在实现本发明的过程中发现，任何一种TDMA调度的吞吐量都取决于拓扑， 然而什么样的树形拓扑具有较佳的吞吐量，至少需要多少时隙，这些问题还没有被解决。
[0005] 本发明实施例提供一种无线传感器网络及该无线传感器网络的网络拓扑构建方 法、应用于该无线传感器网络的数据传输调度方法和装置，以提高调度效率。
[0006] 根据本发明实施例的第一方面，提供了一种无线传感器网络，所述无线传感器网 络包括N个传感器节点和1个汇聚节点，其中，
[0007] 所述N个传感器节点被分为n组，每一组传感器节点被分为Nbramh个分支，所述 NbMnc;h为在所述无线传感器网络中可并行调度的最大分支数；
[0008] 对应每组传感器节点的各个分支上的传感器节点的数量相等或相差预定数，并且 两个相邻分支之间的角度为360° /Nbraneh。
[0009] 根据本发明实施例的第二方面，提供了一种无线传感器网络的网络拓扑构建方 法，所述无线传感器网络包括N个传感器节点和1个汇聚节点，其中，所述方法包括：
[0010] 根据干扰半径计算在无线传感器网络中可并行调度的最大分支数；
[0011] 将所述N个传感器节点分为n组；
[0012] 根据所述最大分支数和所述分支的组数构建汇聚播树，包括：使所述汇聚节点 位于所述无线传感器网络所在区域的中央，将每一组传感器节点分为NbMnc;h个分支，所述 NbMnc;h为所述在无线传感器网络中可并行调度的最大分支数，对应每组传感器节点的各个 分支上的传感器节点的数量相等或相差预定数，并且两个相邻分支之间的角度为360° / ^branch0
[0013] 根据本发明实施例的第三方面，提供了一种传感器节点，其中，所述传感器节点包 括：
[0014] 确定单元，其确定所述传感器节点所在传感器网络的最小调度状态数、所述传感 器节点所在分支组的调度开始时隙、所述传感器节点的发送状态序号以及接收状态序号；
[0015] 调度单元，其从所述传感器节点所在分支组的调度开始时隙开始，以所述最小调 度状态数对应的时隙为周期，重复以下操作：在每个周期内，在所述发送状态序号对应的时 隙发送数据包，在所述接收状态序号对应的时隙内接收数据包，在其余时隙内保持空闲状 态。
[0016] 根据本发明实施例的第四方面，提供了一种应用于无线传感器网络的数据传输调 度方法，其中，所述方法包括：
[0017] 传感器节点确定所述传感器网络的最小调度状态数、所述传感器节点所在分支组 的调度开始时隙、所述传感器节点的发送状态序号以及接收状态序号；
[0018] 所述传感器节点从其所在分支组的调度开始时隙开始，以所述最小调度状态数对 应的时隙为周期，重复以下操作：在每个周期内，在所述发送状态序号对应的时隙发送数据 包，在所述接收状态序号对应的时隙内接收数据包，在其余时隙内保持空闲状态。
[0019] 根据本发明实施例的第五方面，提供了一种汇聚节点，其中，所述汇聚节点包括：
[0020] 计算单元，其根据所述汇聚节点所在传感器网络的拓扑信息计算所述传感器网络 的最小调度状态数以及所述传感器网络的各分支组的调度开始时隙；
[0021] 调度单元，其在所述传感器网络的各分支组的调度开始时隙，调度各分支组内的 传感器节点的数据传输。
[0022] 根据本发明实施例的第六方面，提供了 一种应用于无线传感器网络的数据传输调 度方法，其中，所述方法包括：
[0023] 汇聚节点根据所述传感器网络的拓扑信息，计算所述传感器网络的最小调度状态 数以及所述传感器网络的各分支组的调度开始时隙；
[0024] 所述汇聚节点在各分支组的调度开始时隙，调度各分支组内的传感器节点的数据 传输。
[0025] 所述汇聚节点在各分支组的调度开始时隙，调度各分支组的数据传输。
[0026] 根据本发明实施例的第七方面，提供了一种无线传感器网络，其中，所述网络包括 前述的汇聚节点，以及多个前述的传感器节点。
[0027] 本发明的有益效果在于：在本发明实施例所提出的树形拓扑的无线传感器网络 中，应用本发明实施例的数据传输调度方法，可以提高调度效率。
[0028] 参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原 理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附 权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
[0029] 针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更 多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特 征。
[0030] 应该强调，术语"包括/包含"在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但 并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
【附图说明】
[0031] 所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部 分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下 面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创 造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0032] 图1是无线传感器网络中的树形拓扑示意图；
[0033] 图2是在树形拓扑中2R干扰模型的示意图；
[0034] 图3是本发明实施例的网络拓扑构建方法示意图；
[0035] 图4是在相邻分支间的3R流间无干扰模型的示意图；
[0036] 图5是在相邻分支间的mR流间无干扰模型的示意图；
[0037] 图6是围绕sink节点的2R流间干扰示意图；
[0038] 图7是通过本实施例的方法构建的无线传感器网络的树形拓扑示意图；
[0039] 图8是本发明一实施例的数据传输调度方法示意图；
[0040] 图9是数据传输调度方法的一个实施方式的信息交互示意图；
[0041] 图10是数据传输调度方法的另一个实施方式的信息交互示意图；
[0042] 图11是数据传输调度方法的再一个实施方式的信息交互示意图；
[0043] 图12是树形拓扑中的五个状态切换调度示意图；
[0044] 图13是本发明实施例的传感器节点的组成示意图；
[0045] 图14是本发明实施例的传感器节点的构成示意图；
[0046] 图15是本发明另一实施例的数据传输调度方法示意图；
[0047] 图16是本发明实施例的汇聚节点的组成示意图；
[0048] 图17是本发明实施例的汇聚节点的构成示意图；
[0049] 图18是本发明实施例的传感器网络的构成示意图。
【具体实施方式】
[0050] 参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书 和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部 分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权 利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。
[0051] 在一个无线传感器网络（WSN)中，每个传感器节点产生数据，唯一的sink节点收 集这些数据，由此，每个传感器节点维护一个指向sink节点的路由，并且这些路由构成了 一棵树，该sink节点是这棵树的根，如图1所示。
[0052] 在本发明实施例中，假设一个树形拓扑由一个sink节点和N个传感器节点构成， 每个传感器节点在同一时间(例如时间〇)产生一个数据包，sink节点是所有数据包