专利名称：无线传感器网络内消息传输的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种无线传感器网络内紧急事件传输的方法及系统。
背景技术：
无线传感器网络广泛部署和应用于战场侦察、森林火灾检测或煤矿气体检测等重要的应用场景，用户通常配置如PDA (Personal Digital Assistant，个人数字助理)等通信设备作为无线传感器网络内的节点来进行通信。当无线传感器网络内的某一节点检测到紧急事件发生时，必须尽快向无线传感器网络内其他的所有节点广播该紧急事件的报警信息，以便用户快速对该紧急事件做出反应，保证人们的生命及财产的安全。因此，必须在无线传感器网络中设计一个高效的信息传输方案，才能保证紧急事件可以从任一节点低时延的广播到整个无线传感器网络内其他的所有节点。
发明内容
为了将紧急事件可以从任一节点低时延的广播到整个无线传感器网络内其他的所有节点，本发明实施例提供了一种无线传感器网络内紧急事件传输的方法及系统。所述技术方案如下一种无线传感器网络内紧急事件传输的方法，其特征在于，所述方法包括当检测节点监测到紧急事件时，将所述紧急事件沿建立的由所述检测节点通向中心节点的广度优先路径发送给所述中心节点；当所述中心节点接收到所述紧急事件时，将所述紧急事件沿建立的由所述中心节点通向其他节点的有色联通支配集路径广播给所述其他节点。一种无线传感器网络内紧急事件传输的系统，其特征在于，所述系统至少包括检测节点和中心节点，所述检测节点，用于当监测到紧急事件时，将所述紧急事件沿建立的由所述检测节点通向所述中心节点的广度优先路径发送给所述中心节点；所述中心节点，用于当接收到所述紧急事件时，将所述紧急事件沿建立的由所述中心节点通向其他节点的有色联通支配集路径广播给所述其他节点。本发明实施例通过当检测节点检测到紧急事件时，将检测到的紧急事件通过建立的由检测节点通向中心节点的BFS路径发送给中心节点，当中心节点接收到紧急事件时， 将紧急事件沿建立的由中心节点通向其他节点的CCDS路径广播给其他节点的技术方案的实现，可以有效的减小WSN网络中报警信息的传输时延，可以避免WSN网络中报警信息的传输冲突。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例1提供的一种无线传感器网络内紧急事件传输的方法流程图；图2是本发明实施例2提供的一种无线传感器网络内紧急事件传输的方法流程图；图3是本发明实施例2提供的无线传感器网络内BFS路径示意图；图4是本发明实施例2提供的无线传感器网络内CCDS路径示意图；图5为本发明使用2ms的时隙时，本发明与现有技术方案的传输时延的仿真结果对比示意图；图6为本发明使用IOms的时隙时，本发明与现有技术方案的传输时延的仿真结果对比示意图；图7为本发明使用20ms的时隙时，本发明与现有技术方案的传输时延的仿真结果对比示意图；图6为本发明使用IOms的时隙时，本发明与现有技术方案的传输时延的仿真结果对比示意图；图8是本发明实施例3提供的一种无线传感器网络内紧急事件传输的系统示意图；图9是本发明实施例3提供的一种无线传感器网络内紧急事件传输的系统示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。实施例1参见图1，一种无线传感器网络内紧急事件传输的方法，本方法具体包括如下操作步骤101 当检测节点监测到紧急事件时，将紧急事件沿建立的由检测节点通向中心节点的广度优先路径发送给中心节点；步骤102 当中心节点接收到紧急事件时，将紧急事件沿建立的由中心节点通向其他节点的有色联通支配集路径广播给其他节点。本发明实施例通过当检测节点检测到紧急事件时，将检测到的紧急事件通过建立的由检测节点通向中心节点的BFS路径发送给中心节点，当中心节点接收到紧急事件时， 将紧急事件沿建立的由中心节点通向其他节点的CCDS路径广播给其他节点的技术方案的实现，可以有效的减小WSN网络中报警信息的传输时延，可以避免WSN网络中报警信息的传输冲突。实施例2
本发明实施例中，WSN网络内的某一个节点在初始化时即获取了整个WSN网络的拓扑，具体地，节点可以通过诸如深度包探测技术等来获取整个WSN网络的拓扑结构；本发明实时将该获取了 WSN网络拓扑的节点称为该WSN网络的中心节点，中心节点通过诸如广播的方式将自身的地址等信息告知WSN网络内的其他节点，该中心节点还可以通过诸如在电路中写入标识等方式来标识自身。本发明实施例中，将WSN网络内节点从其相邻节点接收到数据包或者传输数据包到其相邻节点的最小时间，记为τ，这里，将这个τ称之为一个时隙；本发明实施例中，WSN网络内的检测节点将一个数据包传到整个WSN网络内所有节点知道所用的时间称为一个任务周期，记为Τ，其中，T = L* τ，L为每个任务周期内总的时隙数，依据WSN网络的规模预先设定；本发明实施例中，WSN网络内的各节点为了能够降低能量消耗，在不工作时睡眠， 以达到节点在不更换电池的情况下工作更长时间的目的，而WSN网络内的节点都按照预设的时隙分配方法分配有自身的唤醒时隙，睡眠节点只有在自身的唤醒时隙到来时，才能从睡眠状态醒来接收从其他节点接收数据包，另外，需要说明的一点是，节点在接收到数据包后，可以在任务周期内的任何时隙内向其他节点发送该数据包。本发明实施例所提供的技术方案具体包括建立由检测节点通向中心节点的 BFS (Breadth First Search，广度优选)路径和由中心节点通向WSN网络内其他节点的 CCDS(Colour Connect Dominant Set，有色连通支配集)路径；当检测节点检测到紧急事件时，将紧急事件沿所述BFS路径发送给中心节点，中心节点在接收到紧急事件时，将紧急事件沿所述CCDS路径广播给WSN网络内的其他节点；从而可以将紧急事件低时延无广播冲突的由检测节点传到整个WSN网络。下面结合具体实施例来详细说明上述检测节点将检测到的紧急事件低时延无广播冲突地传到整个WSN网络的方法，参见图2，一种无线传感器网络内紧急事件传输的方法，具体包括如下步骤步骤201 建立由检测节点通向中心节点的BFS路径；本发明实施例中，在WSN网络初始化时就可以建立由检测节点通向中心节点的 BFS路径，也可以在检测到紧急事件的时候再建立由检测节点通行中心节点的BFS路径，具体地，建立由检测节点通向中心节点的BFS路径的方法包括将WSN网络内各节点按照其到达中心节点的最少跳数进行分层；根据分层结果及WSN网络内各节点间的连接关系建立以中心节点为根的广度优先树；本发明实施例中，将WSN网络内到达中心节点的最少跳数为1的节点作为所建立的广度优先树的第一层节点，将WSN网络内到达中心节点的最少跳数为2的节点作为所建立的广度优先树的第二层节点，依次类推；在所建立的广度优先树上，确定由检测节点到达中心节点的BFS路径，以便检测节点沿该BFS路径到达中心节点时的跳数最少。步骤202 为BFS路径上的各节点分配唤醒时隙；本发明实施例中，BFS路径上的各节点在未到达其对应的唤醒时隙时休眠，其中， 节点在休眠状态下不会接收任何发向自身的紧急事件；BFS路径上的节点在到达自身对应的唤醒时隙时，才会接收发向自身的数据包。这样，通过节点休眠的方式可以使得节点在不更换电池的情况下工作更长时间的目的，节约能源开支。具体地，为BFS路径上的各节点分配唤醒时隙包括分别确定BFS路径上各节点到中心节点的最少跳数；分别将预先确定任务周期内的总时隙数减去BFS路径上各节点到中心节点的最少跳数后乘以预先确定的时隙得到BFS路径上各节点对应的唤醒时隙，以便BFS路径上的各节点在未到达自身对应的唤醒时隙时睡眠。步骤203 当检测节点检测到紧急事件时，沿着建立的由检测检点通向中心节点的BFS路径将紧急事件发送给中心节点，其中，紧急事件包括如火灾或煤气泄漏等；本发明实施例中，BFS路径上的节点在自身对应的唤醒时隙到来时，接收BFS上的上一跳节点发送的紧急事件，并将紧急事件发送给BFS路径上的下一跳节点；本发明实施例中，BFS路径上节点在接收到紧急事件后，均可以在任务周期内的任一时隙向BFS路径上的下一跳节点发送紧急事件。现举例说明上述步骤的具体实现过程，如下如图3所示的WSN网络，检测节点a所建立的通向中心节点C的BFS路径为 a — b — c，其中，检测节点a经过节点b仅需两跳就可以达到中心节点c，节点b经过一跳就可以达到中心节点C。本发明实施例中，中心节点c达到中心节点c的跳数为0，则在预先设定的任务周期内的总时隙数L为10的情况下，检测节点a所分配到的唤醒时隙为(10-2) τ = 8 τ，节点b所分配到的唤醒时隙为(10-1) τ = 9 τ，中心节点c所分配到的唤醒时隙为(10-0) τ = 10(0) τ，这里，之所以中心节点的唤醒时隙为0是因为本发明实施例中的各节点的唤醒时隙的取值范围是在0到(10-1) τ之间循环取值的。那么，在建立了由检测节点通向中心节点的BFS路径及BFS路径上的各节均分配了各自的唤醒时隙后，下面具体描述一下紧急事件在BFS路径上的传输过程，如下检测节点a在检测得到紧急事件后，将检测到的紧急事件沿着所建立的BFS路径发送给中心节点，首先，检测节点a可以在任务周期内的任一时隙将检测到的紧急事件发送给BFS路径上的下一跳节点，也就是节点b ；此时，如果节点b处于工作状态，则节点b接收检测节点a所发送的紧急事件，如果节点b处于休眠状态，则节点b等待自身唤醒时隙的到来，并在唤醒时隙接收检测节点a所发送的紧急事件；之后，节点b可以在任务周期内的任一时隙将接收到的紧急事件发送给该BFS路径上的下一跳节点c ；同样的，节点c此时如果处于工作状态，则节点c接收BFS路径上的上一跳节点，也就是节点b所发送的紧急事件，如果节点c处于休眠状态，则节点c等待自身唤醒时隙的到来，并在唤醒时隙接收节点 c所发送的紧急事件。步骤204 建立由中心节点通向其他节点的CXDS路径；本发明实施例中，在WSN网络初始化时就可以建立中心节点通向其他节点的CXDS 路径，也可以在中心节点接收到紧急事件后建立由中心节点通向其他节点的CCDS路径，建立由中心节点通向其他节点的CCDS路径的方法包括如下步骤步骤1、分别将WSN网络内其他节点按照其到中心节点的跳数分为N层，N为大于等于1的自然数；
具体地，分别确定WSN网络内其他节点到达中心节点的最少跳数，将到达中心节点的最少跳数相同的节点分为一层；本发明实施例中，将其他节点中到达中心节点的最少跳数为1的各节点作为第一层节点，将其他节点中达到中心节点的最少跳数为2的各节点作为第二层节点，依次类推。步骤2、依次确定各层节点内的独立节点；本步骤的实现方法具体为建立一个MIS (Maximal Independent Set，最大独立集)集合；将中心节点作为独立节点放入MIS集合；在第i层节点内查找与MIS中节点不相邻的节点，每找到一个与MIS中不相邻的节点，就将该查找到的节点作为独立节点加入MIS集合中；之后，继续在第i层节点内查找与更新后MIS中独立节点不相邻的节点，并将再次查找到的节点作为独立节点加入MIS集合；然后，继续执行在第i层节点内查找与更新后MIS中独立节点不相邻的节点，并将再次查找到的节点作为独立节点加入MIS集合的操作，如此循环执行，直到在第i层节点内查找不到与MIS中独立节点不相邻的节点为止。其中，i为从1开始取值的自热数，小于等于N。步骤3、根据所确定的独立节点确定WSN网络内的连通节点；具体地，将第K层上的独立节点构成一个独立节点集I_i，在第K层独立节点集的上一层或者两层节点内的非独立节点中找出能覆盖第K层独立节点集I」的最小覆盖集， 该最小覆盖集内的节点即为连通节点。步骤4、采用IMC(Interactive Markov chains，交互式马尔可夫链)算法对所确定的独立节点及连通节点集进行处理得到CDS集合；本步骤的一优选实现方式为将连通节点集记为W_i，1，在MIS集合中找出一个集合U_i，1，使得该U_i，1集合中节点均只有一个节点的相邻节点在1」，1中；在1」，1中找出一个子集，使得所找出的子集为能够覆盖I_i_U_i，l的最小集合， 记为W_i，2 ；在I_i-U_i，1中找出一个集合U_i，2，使得该集合U_i，2中节点均只有一个节点的相邻节点在W i，2中；在1」，2中找出一个子集，使得该子集为能够覆盖I_i_U_i，I_i_U_i，2的最小集合，记为W_i，3 ；从而得到CDS 集合 U_i，j 和 W_i，j，1 < = j < = 3 ；由以上构建连通支配集的过程可以知道，连通支配集W_i，j和U_i，j中节点位于不同的分层，故，当W_i，j中的节点广播紧急事件时，U_i，j中的节点不会受到冲突。步骤5、为⑶S集中的节点分配信道，构成CXDS路径；本步骤的一优先实现方式为将CDS中所有的节点按照其在CDS中到中心节点C的最小跳数分成三个集合独立节点集(I)、连通节点集(C)和支配节点集(B)，其中，独立节点集在CDS中到中心节点C 的跳数为偶数，记为10，12，14，…；连通节点集在⑶S中到中心节点C的跳数为奇数，记为 Cl，C3，C5，…；支配节点集在⑶S中道中心节点C的跳数为偶数，记为B0，B2, B4,…
将上述步骤4得到的⑶S中的各节点分别分配信道得到连通支配集路径，本发明实施例中，将连CDS中的各节点用不超过12个信道着色成CCDS路径，具体为给⑶S集内的每个节点nk定义发送信道chs (channel send)和接收信道 chr (channel receive)，独立节点集I (Ii)及支配节点集(B)中的每个节点nk按照其在Ui，j中的颜色获取器发送信道chs，连通集中的每个节点nt按照其父节点(Ii-I)在 Wi，j(0彡j彡3)中的颜色获取接收信道chr，独立集I (Ii)中的每个节点nk按照其在 Ui, j中的颜色获取器接收信道chr，连通集中的每个节点nt按照其父节点(Ii-I)在Wi， j(0 ^ j ^ 3)中的颜色获取接收信道chr，这样，各节点便可以分开发送和接收数据，从而使得各节点不会产生广播冲突。步骤205 为CXDS路径上的各节点分配唤醒时隙；本发明实施例中，CCDS路径上的各节点在未到达其对应的唤醒时隙时休眠，其中， 节点在休眠状态下不会接收任何发向自身的紧急事件；CCDS路径上的节点在到达自身对应的唤醒时隙时，才会接收发向自身的数据包。这样，通过节点休眠的方式可以使得节点在不更换电池的情况下工作更长时间的目的，节约能源开支。具体地，为CXDS路径上的各节点分配唤醒时隙包括分别确定CXDS路径上各节点到中心节点的最少跳数；分别将CCDS路径上各节点到中心节点的最少跳数乘以预先确定的时隙得到CCDS 路径上各节点对应的唤醒时隙，以便CCDS路径上各节点在自身未到达其对应的唤醒时隙时睡眠。步骤206 当中心节点接收到紧急事件时，沿着建立的通向其他节点的CCDS路径广播接收到的紧急事件；本发明实施例中，当CCDS路径上的节点在自身对应的唤醒时隙到来时，接收CCDS 路径上的上一跳节点广播的紧急事件，并将紧急事件广播给CCDS路径上的下一跳节点。本发明实施例中，BFS路径上节点在接收到紧急事件后，均可以在任务周期内的任一时隙向BFS路径上的下一跳节点发送紧急事件。本发明实施例中，CCDS路径上节点在接收到紧急事件后，均可以在任务周期内的任一时隙向CCDS路径上的下一跳节点广播紧急事件。图4为本发明实施例所提供的一种中心节点接收到紧急事件时向沿CCDS路径向其他节点广播紧急事件的实例图。另外，本发明实施例中，BFS路径上的节点的唤醒时隙的分配和CCDS路径上的节点的唤醒时隙的分配详见表1。表1 :WSN网络内各节点的时隙分配表
权利要求
1.一种无线传感器网络内紧急事件传输的方法，其特征在于，所述方法包括当检测节点监测到紧急事件时，将所述紧急事件沿建立的由所述检测节点通向中心节点的广度优先路径发送给所述中心节点；当所述中心节点接收到所述紧急事件时，将所述紧急事件沿建立的由所述中心节点通向其他节点的有色联通支配集路径广播给所述其他节点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述紧急事件沿建立的由所述检测节点通向中心节点的广度优先路径发送给所述中心节点之前，所述方法还包括将无线传感器网络内各节点按照其到所述中心节点的最少跳数进行分层；根据分层结果及所述无线传感器网路内各节点间的连接关系建立以所述中心节点为根的广度优先树；在所述广度优先树上，确定由所述检测节点通向所述中心节点的广度优先路径，以便所述检测节点沿所述广度优先路径到达所述中心节点的跳数最少。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将所述紧急事件沿建立的由所述检测节点通向中心节点的广度优先路径发送给所述中心节点之前，所述方法还包括分别确定所述广度优先路径上各节点到所述中心节点的最少跳数；分别将预先确定的任务周期内的总时隙数减去所述广度优先路径上各节点到所述中心节点的最少跳数后乘以预先确定的时隙得到所述广度优先路径上各节点对应的唤醒时隙，以便所述广度优先路径上的各节点在未到达自身对应的唤醒时隙时睡眠。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当所述广度优先路径上的节点在自身对应的唤醒时隙到来时，接收所述广度优先路径上的上一跳节点发送的所述紧急事件，并将所述紧急事件发送给所述广度优先路径上的下一跳节点。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述紧急事件沿建立的由所述中心节点通向其他节点的有色联通支配集路径广播给所述其他节点之前，所述方法还包括分别将所述无线传感器网络内其他节点按照其到所述中心节点的跳数分层；依次确定各层节点内的独立节点；根据所确定的独立节点确定所述无线传感器网络内连通节点；采用交互式马尔可夫链算法对所确定的独立节点及所确定的连通节点进行处理得到连通支配集；为所述连通支配集内的节点分配信道，构成有色连通支配集路径。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述将所述紧急事件沿建立的由所述中心节点通向其他节点的有色联通支配集路径广播给所述其他节点之前，所述方法包括分别确定所述有色连通支配集路径上各节点到所述中心节点的最少跳数；分别将所述有色连通支配集路径上各节点到所述中心节点的最少跳数乘以预先确定的时隙得到所述有色连通支配集路径上各节点对应的唤醒时隙，以便所述有色连通支配集路径上各节点在其未到达自身对应的唤醒时隙时睡眠。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当所述有色连通支配集路径上的节点在自身对应的唤醒时隙到来时，接收所述有色连通支配集路径上的上一跳节点广播的所述紧急事件，并将所述紧急事件广播给所述有色连通支配集路径上的下一跳节点ο
8.一种无线传感器网络内紧急事件传输的系统，其特征在于，所述系统至少包括检测节点和中心节点，所述检测节点，用于当监测到紧急事件时，将所述紧急事件沿建立的由所述检测节点通向所述中心节点的广度优先路径发送给所述中心节点；所述中心节点，用于当接收到所述紧急事件时，将所述紧急事件沿建立的由所述中心节点通向其他节点的有色联通支配集路径广播给所述其他节点。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括广度优选路径建立模块， 所述广度优先路径建立模块包括分层单元，用于将无线传感器网络内各节点按照其到所述中心节点的最少跳数进行分层；广度优先树建立单元，用于根据所述无线传感器网路内各节点间的连接关系及分层结果建立以所述中心节点为根的广度优先树；广度优先路径确立单元，用于在所述广度优先树上，确定由所述检测节点通向所述中心节点的广度优先路径，以便所述检测节点沿所述广度优先路径到达所述中心节点的跳数最少。
10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第一唤醒时隙分配模块，所述第一唤醒时隙分配模块包括确定单元，用于分别确定所述广度优先路径上各节点到所述中心节点的最少跳数； 时隙分配单元，用于分别将预先确定任务周期内的总时隙数减去所述广度优先路径上各节点到所述中心节点的最少跳数后乘以预先确定的时隙得到所述广度优先路径上各节点对应的唤醒时隙，以便所述广度优先路径上的各节点在未到达自身对应的唤醒时隙时睡眠。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统还包括广度优先路径上的节点，用于在自身对应的唤醒时隙到来时，接收所述广度优先路径上的上一跳节点发送的所述紧急事件，并将所述紧急事件发送给所述广度优先路径上的下一跳节点。
12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括有色连通支配集路径建立模块，所述有色连通支配集路径建立模块包括分层单元，用于将所述无线传感器网络内各节点按照其到所述中心节点的跳数分层； 独立节点确定单元，用于依次确定各层节点内的独立节点；连通节点确定单元，用于根据所确定的独立节点确定所述无线传感器网络内连通节 连通支配集构建单元，用于采用交互式马尔可夫链算法对所确定的独立节点及所确定的连通节点进行处理得到连通支配集；信道分配单元，用于为所述连通支配集内的节点分配信道，构成有色连通支配集路径。
13.根据权利要求8或12所述的系统，其特征在于，所述系统包括第二唤醒时隙分配模块，所述第二唤醒时隙分配模块包括确定单元，用于分别确定所述有色连通支配集内各节点到所述中心节点的最少跳数； 时隙分配单元，用于分别将所述有色连通支配集路径上各节点到所述中心节点的最少跳数乘以预先确定的时隙得到所述有色连通支配集路径上各节点对应的唤醒时隙，以便所述有色连通支配集路径上各节点在自身未到达其对应的唤醒时隙时睡眠。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述系统还包括有色连通支配集路径上的节点，用于当自身对应的唤醒时隙到来时，接收所述有色连通支配集路径上的上一跳节点广播的所述紧急事件，并将所述紧急事件广播给所述有色连通支配集路径上的下一跳节点。
全文摘要
本发明实施例提供了一种无线传感器网络内紧急事件传输的方法及系统，涉及通信技术领域，方法包括当检测节点监测到紧急事件时，将紧急事件沿建立的由检测节点通向中心节点的广度优先路径发送给中心节点；当中心节点接收到紧急事件时，将紧急事件沿建立的由中心节点通向其他节点的有色联通支配集路径广播给其他节点。本发明技术方案可以有效的减小WSN网络中报警信息的传输时延，可以避免WSN网络中报警信息的传输冲突。
文档编号H04W4/06GK102497620SQ201110393269
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者张黔, 杨凡, 江涛, 郭鹏 申请人:华为技术有限公司