一种高传输率多跳无线传感器网络的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线传感技术领域，具体涉及一种高传输率多跳无线传感器网络。
【背景技术】
[0002]无线传感网络系统有很广泛的应用领域，例如结构健康监测、视频监控、车辆监控、生产环境及设备状态监控、人体健康监测等。其中，许多应用领域对无线传感网络所具备的远距离数据传输效率提出了更高要求，需要无线传感器网络系统在多跳远距离传输下能够有更高的数据传输率。
[0003]如多媒体数据传输，结构健康监测等无线传感网络都是面向高传输率、大数据量的无线传感器网络系统的应用领域。以美国金门大桥的结构健康监测为例，大桥上布置了64个加速度传感器。在一个周期的采样后，系统会产生20MB的数据，数据量非常大。在多媒体数据传输中，为了保持数据的流畅性，更需要高数据传输率。但是基于IEEE802.15.4协议的传输速率最大才能达到250kbps，当组网网络的数据量变大时，该网络速率已经无法满足要求。因此需要多信道网络来提高网络带宽，增加多个信道以提高网络的传输率。但多信道协议不能解决节点单射频模块结构带来的限制，常用无线节点如Micaz、Telosb及Imote等，均为单控制芯片单射频模块结构，不能同时处理多个信道内数据，实时性不足，数据容量受限于IEEE 802.15.4协议规定的250kbps，多个信道传输的数据仍需由基站通过依次切换信道进行接收；大多数多信道协议需要节点以较高频率发送信标帧控制信道，占用数据帧的发送时隙，加大了数据容量的负担。因此单射频模块多信道网络的数据传输率仍然受到了单射频模块的严重制约。
[0004]当网络传输范围较大时，如何在不影响网络高传输率的情况下，实现网络的数据传输的距离延伸，也是一个需要解决的问题。目前，为实现多跳远距离的连续传输，国内外许多科研机构通过部署具有复杂路由协议的路由节点进行网络的数据传输延伸。这些路由节点虽然能够延伸传输距离，但是路由节点的引入却极大降低了网络的传输率和网络吞吐量。首先，路由节点上的复杂的路由软件协议会极大占用节点资源和运行效率；其次，路由节点一般都是单射频模块节点，无法在同一时刻实现并行接收和发送数据，从而导致数据不能实时地进行中转。
【发明内容】
[0005]为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中无线传感器网络在长距离时传输率低、在多节点时网络传输带宽利用率低。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种高传输率多跳无线传感器网络，包括N条信道、N簇叶子节点、N组路由节点和一个无线网关；每一组路由节点中包括M级路由节点，N和M均为大于I的自然数；其中:
[0007]同一个信道里面的叶子节点将数据包在各自的发送信道上发到对应接收信道上的第一级路由节点，第一级路由节点逐级将数据包发送到第M级路由节点，最后第M级路由节点将数据发送给无线网关；无线网关将控制命令发送给第M级路由节点，第M级路由节点将控制命令逐级发送到第一级的路由节点上，然后第一级路由节点将控制命令广播到对应信道的所有叶子节点，每一叶子节点根据控制指令执行相应动作。
[0008]优选地，所述的高传输率多跳无线传感器网络中，每一路由节点利用发送数据包的空隙时间接收相应信道上的控制指令，利用接收数据包的空隙时间将控制指令发送至与其对应相同信道的上一级路由节点。
[0009]优选地，所述的高传输率多跳无线传感器网络中，每一路由节点包括对应不同信道的第一射频模块和第二射频模块；
[0010]第一射频模块用于接收相应信道上的数据包，并利用接收数据包的空隙时间将控制指令转发至与其对应相同信道的上一级路由节点或者叶子节点；
[0011]第二射频模块用于接收相应信道上的控制指令，并利用接收控制指令的空隙时间将数据包转发至与其对应相同信道的下一级路由节点或者无线网关。
[0012]优选地，所述的高传输率多跳无线传感器网络中，无线网关包括N个独立射频模块和一个控制射频模块；
[0013]每一独立射频模块，用于接收相应信道上的M级路由节点发送的数据包；
[0014]控制射频模块，用于周期性地发出用于保证所有叶子节点的时间同步的控制指令。
[0015]优选地，所述的高传输率多跳无线传感器网络中，无线网关、每一路由节点以及每一叶子节点均工作在相同频段。
[0016]优选地，所述的高传输率多跳无线传感器网络中，相同频段为2.42-2.4835GHZ或者频段 233MHZ-928MHZ 或者频段 5.725-5.850GH。
[0017]优选地，所述的高传输率多跳无线传感器网络中，频段2.42-2.4835GHZ下，叶子节点与第一级路由节点之间、相邻两级路由节点之间、第M级路由节点与无线网关之间的最大传输距离为100米；
[0018]频段2.42-2.4835GHZ和频段233MHZ-928MHZ下，叶子节点与第一级路由节点之间、相邻两级路由节点之间、第M级路由节点与无线网关之间的最大传输距离为7000米。
[0019]优选地，所述的高传输率多跳无线传感器网络中，每一叶子节点采用CSMA机制发送状态或者TDMA机制发送状态；
[0020]采用CSMA机制发送状态发送数据包时，只要叶子节点检测到相应信道空闲即发送数据包；
[0021]采用TDMA机制发送状态时，叶子节点按照预设的时序发送数据包。
[0022]优选地，所述的高传输率多跳无线传感器网络中，无线网关，还用于通过检测数据包的帧格式和包长度过滤错误数据包或者乱码数据包。
[0023]优选地，所述的高传输率多跳无线传感器网络中，无线网关，还用于在接收到的数据包尾部增加CRC校验码。
[0024]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
[0025]本发明所述的高传输率多跳无线传感器网络，包括具有在N条信道上通信的N个独立射频模块的无线网关、N个具有双射频模块的路由节点、不同信道的N个簇上的叶子节点成。由于路由节点具有对应不同信道的第一射频模块和第二射频模块，因此可以同时利用两个射频模块分别进行数据包的接收和发送。第一射频模块可以利用接收上一级路由节点数据的空隙时间发送控制指令，第二射频模块可以利用向下一级路由节点发送数据的空隙时间接收控制指令，从而能够极大的提高数据的传输效率。第一射频模块和第二射频模块可以同时接收来自上一级路由节点的数据包和来自下一级路由节点的控制命令。
[0026]本发明中，不同信道的N个簇上的叶子节点根据TDMA(Time Divis1n MultipleAccess)协议或者CSMA (Carrier Sense Multiple Access)协议将数据发送到对应信道上的N个第一级路由节点，由这N个第一级路由节点将数据逐级传递给第M级路由节点，然后由第M级路由节点将数据转发给有N个信道的无线网关。采用上述方案，如果是2.4GHZ网络在一跳为40-70m的情况下，N个信道中每个信道最大传输率可达到IMbps左右，整个网络最大传输率可到N*lMbps左右。如果是IGHZ以下网络则能够实现在一跳为3km-7km的情况下，N个信道中每个信道最大传输率可达到IMkbps左右，整个网络最大传输率可到N*lMbps左右。实现了远距离、高传输率的数据传输方式。
【附图说明】
[0027]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中