原创 传感器网络启动式自组织方法

2019-1-28 09:33 721 3 分类: 电源/新能源 文集: 硬见小百科

无线传感器网络在环境监测、医疗卫生,目标跟踪等方面有广泛运用,它能实时的感知,采集并传送监测数据,可以认为是物联网,云计算等计算网络的一部分。应用型无线传感器网络的自组织方法一般从某项网络特征入手,突出网络的某一项或某几项功能,最终建立网络的基本工作方式,网络自组织可从地址分配,路由协议,拓扑控制等方面入手。

image.png

(本图来源于网络)

      传感器网络主要包括汇聚节点和监测节点,网络对地址信息敏感,整个网络是一个整体但网络工作时只有部分区域节点工作,其他地理区域的节点处于休眠状态,这种情况称为“信息地雷”环境。针对这种环境,我们来探讨一种网络自组织方式,分为三个步骤。

1. 网络的启动方式

       当汇聚节点收到启动信息后,发布启动命令,只有汇聚节点发送的命令帧点满足某个地理区域(如[a,b])内的节点,且同时不超过传感器节点的检测时间才能成功启动,否则转入休眠状态。

2.为节点分配MAC地址

      邻近节点间的通信ID实际上就是一个MAC地址,采用信令算法,在网络起始时,设定网络地址分配节点,只有接收到信令的节点才允许分配MAC地址。按如下流程进行:

image.png

例如:

      某节点邻节点的地址分别为“0”、“1”、“00”、“10”、“11”,那么该节点要分配的MAC地址应从“0”开始推算,当推算到“01”时,即选取“01”为其MAC地址。MAC地址在全网内可以重复使用,地址分配满足式(1)。

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      当前地址分配结束后其地址状态位置1,信令可用次数加1,此过程递归运。整个分配过程结束后,信令返还给发起节点。

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3.数据路由的基本方式

       在监测节点苏醒后,监测节点将进行监测,并汇报自己的监测数据。由于邻节点间具有相异的MAC地址,可采用基于基于竞争的MAC协议,如CSMA协议等。

       整个网络采取分布式运行,节点每接收到一个邻接点的监测信息后应考虑数据与本节点监测信息的相关性,以做出相应的融合操作,以减少节点的数据量,而后转发其监测数据。节点转发数据的代价函数一般为f = p + r,其中p为节点剩余能量,r为转发数据时节点通信距离的衡量标准。

       下面通过一个仿真实验举例,来说明上述步骤。

image.png

- 总结 -

       网络在远程终端的启动信息驱动下运行,这种自组织方法通过单播信令的方式分配MAC地址,并以邻近节点间的最小代价函数为准则转发数据。这种方法适宜“信息地雷”式的无线传感器网络环境,部署操作简单易行。

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