一种较少冗余链路的无线传感器网络组网方法与流程

本发明公开了一种较少冗余链路的无线传感器网络组网方法，涉及无线传感器网络技术应用领域。

背景技术：

伴随着无线通信(wireless communications)，微电机系统(micro-electro-mechanical systems, MEMS)，低功率电子器件(low power digital electronics)等领域步入成熟，微型传感器(micro-sensors)可利用价值显著提升，逐渐受到更多关注。均匀分布的传感器节点以既定机制组网，即构成无线传感器网络(wireless sensor networks, WSNs)。在无线传感器网络中，各传感器节点感知外界信息，继而将收集的信息通过无线广播方式传送给与之建立无线链路连接的邻居节点或者基站。最终，所有信息均流向基站，由基站分析接收到的感知信息。

无线传感器网络拓扑结构，即各传感器节点的连接形式。若两个传感器节点之间建立链路，则这两个节点连通。若由当前无线传感器网络任意一个节点出发，能通过链路连通至其余每个节点，则此网络具备全局连通性。

现有技术中，无线传感器网络组网的相关专利如下：

“一种无线传感器网络静态分簇算法”（授权公告号CN 102497679A）文中以汇聚节点分簇，各轮簇首选出下轮簇首。

“基于分簇和Mesh相结合的无线传感器网络组网方法”（授权公告号CN 101286911A）文中采用网格与分簇拓扑混合组网方式，骨干节点形成骨干网络，其余节点按分簇结构进行组网。

“基于无线传感器网络的系统组网方法”（授权公告号CN 101459979A）文中以基站作为第一簇层网络，继而构建后续各簇层，形成多跳网络。

现有技术中，无线传感器网络拓扑的相关专利如下：

“一种基于人工神经网络的无线传感器网络拓扑控制方法”（授权公告号CN 102238705A）文中采用神经网络神经元阈值与节点剩余能量选择簇头，继而进行分簇与拓扑控制。

“一种无线传感器网络自适应拓扑控制方法”（授权公告号CN 102256327A）文中在整体建模上采用多层次元胞自动机方法，将部分关键节点抽象为智能体，以离散状态改变表示无线传感器网络拓扑结构，进行优化控制。

“基于LEACH-ANT算法的无线传感器网络拓扑控制方法”（授权公告号CN 101835277A）文中将簇头划分为数据融合簇头与数据发送簇头，簇间传输时采用最优差蚁群算法选择最优路径。

上述6篇专利均致力于构建合理拓扑结构，继而减少网络开销，延长无线传感器网络寿命；但由于涉及智能算法决策，基站统一控制等限定条件，在实施过程中，组网时间较长，且并未削减传递冗余信息的低效链路。

一般，无线传感器网络拓扑结构内互相邻近的传感器节点收集到的信息内容相近。各节点与邻居节点建立链路，所传信息不可避免地包含冗余性。在无线传感器网络领域，通常以数据融合的方式来降低信息冗余，但此法并未减少低效链路数目。过多传递冗余信息的链路对整个网络仍非常不利，它们将降低网络运作效率，增加不必要的能耗开销，继而削弱无线传感器网络对感知区域的掌控能力，缩短网络寿命。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种较少冗余链路的无线传感器网络组网方法，对任意节点，接收广播ID数目少于5个时，与全部接收广播ID节点建立连接，保证无线传感器网络全局连通性；接收广播ID数目多于5个时，根据接收广播强度，与第3,4,5近的邻居节点建立连接，削减传递冗余信息的链路。由此得出一种较少冗余链路的无线传感器网络拓扑结构。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种较少冗余链路的无线传感器网络组网方法，包括以下步骤：

步骤1. 根据应用需求，在待感知区域均匀散播传感器节点；

步骤2. 各传感器节点进行组网准备工作，包括：

步骤201：若该传感器节点未广播自身ID，则即刻广播自身ID；

步骤202：若该传感器节点已广播自身ID，则接收其他传感器节点的广播；

步骤3. 各传感器节点建立实现信息交互的链路双向链路，其中：

步骤301：若一个传感器节点接收广播ID数目少于5个，则与全部接收广播ID节点建立链路；

步骤302：若一个传感器节点接收广播ID数目不少于5个，则根据接收广播强度，只选择与该传感器节点相距大于设定阈值的邻居节点建立链路；

步骤4. 检验是否全部传感器节点均已建立链路，

步骤401：若仍有传感器节点未建立链路，则重复步骤2至步骤4；

步骤402：若全部传感器节点已建立链路，则组网完成。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤302中，当一个传感器节点接收广播ID数目不少于5个时，设定上述传感器节点与其周围邻居节点的距离分别为S1、S2、S3、S4、S5…Sn，其中，n为自然数，且S1至Sn依次增大，则所述传感器节点分别和与其相距S3、S4、S5的邻居节点建立链路。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明在保证无线传感器网络全局连通性的前提下，削减传递冗余信息的链路，得出一种较少冗余链路的无线传感器网络拓扑结构。这将减少平均节点度，抑制信息冗余性，降低信息碰撞概率，进而提升系统吞吐量。本发明不要求基站对所有传感器节点的控制，不涉及智能算法，步骤易于实现，组网时间成本低，成功率高，稳定性强。本发明为抑制冗余信息，节省节点能耗提供了一种可行的方案；同时也将减少平均节点度，降低信息碰撞概率，进而提升系统吞吐量。系统中各节点均服从对称连接规则，拓扑结构削减了冗余链路数目，且以高概率保证全局连通性。

附图说明

图1为本发明流程图。

图2为对称连接规则示意图。

图3为100节点，不具备全局连通性拓扑结构示意图。

图4为100节点，包含冗余链路拓扑结构示意图。

图5为100节点，较少冗余链路拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明流程图如图1所示，所述较少冗余链路的无线传感器网络组网方法，包括以下步骤：

步骤1. 根据应用需求，在待感知区域均匀散播传感器节点；

步骤2. 各传感器节点进行组网准备工作，包括：

步骤201：若该传感器节点未广播自身ID，则即刻广播自身ID；

步骤202：若该传感器节点已广播自身ID，则接收其他传感器节点的广播；

步骤3. 各传感器节点建立实现信息交互的链路双向链路，其中：

步骤301：若一个传感器节点接收广播ID数目少于5个，则与全部接收广播ID节点建立链路；

步骤302：若一个传感器节点接收广播ID数目不少于5个，则根据接收广播强度，只选择与该传感器节点相距大于设定阈值的邻居节点建立链路；

当一个传感器节点接收广播ID数目不少于5个时，设定上述传感器节点与其周围邻居节点的距离分别为S1、S2、S3、S4、S5…Sn，其中，n为自然数，且S1至Sn依次增大，则所述传感器节点分别和与其相距S3、S4、S5的邻居节点建立链路；

步骤4. 检验是否全部传感器节点均已建立链路，

步骤401：若仍有传感器节点未建立链路，则重复步骤2至步骤4；

步骤402：若全部传感器节点已建立链路，则组网完成。

本发明的具体实施例中还包含下述情况：

对称连接：在建立链路过程中，以节点A, B为例，如图2所示，节点B属于距节点A第3,4,5近的邻居节点，但节点A不属于距节点B第3,4,5近的邻居节点。此时，节点A会向节点B发出建立链路请求。为保证全局连通性，本发明允许节点A, B建立双向链路。

若每个节点与周围4个邻居节点均建立链路，且各节点均服从对称连接规则，则生成网络拓扑结构如图3，不能保证全局连通性。

若每个节点与周围5个邻居节点均建立链路，且各节点均服从对称连接规则，则生成网络拓扑结构如图4。此拓扑结构具备全局连通性，但包含较多冗余链路。

若采用本发明组网方法，具体过程如图1所示，且各节点均服从对称连接规则，则生成网络拓扑结构如图5。此拓扑结构削减了冗余链路数目，且以高概率保证全局连通性。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。