一種基于tdma的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法，該方法包括：根據(jù)一個(gè)TDMA分配表為無線傳感網(wǎng)內(nèi)的簇分配TDMA幀；所述TDMA分配表包括簇頭身份、包含起始時(shí)間和持續(xù)時(shí)長的TDMA幀、分配給簇間的重疊區(qū)域節(jié)點(diǎn)的重疊子幀；重疊子幀是TDMA幀中的一段持續(xù)時(shí)間。本發(fā)明利用時(shí)隙分配的TDMA機(jī)制通過基站協(xié)助來消除傳感網(wǎng)的簇間干擾，降低了路由重建中的能量損耗和不必要的信令交互，避免了因重傳導(dǎo)致的能量消耗，同時(shí)減小了包丟失率、信令開銷以及延時(shí)，提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的吞吐量，延長WSN網(wǎng)絡(luò)的生命周期，提高能量使用效率。
【專利說明】—種基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種干擾消除方法，特別是涉及一種基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)中期以來，計(jì)算技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合催生了許多新的應(yīng)用模式和技術(shù)手段，但這二者的結(jié)合仍然基本屬于傳統(tǒng)的“人與人”或者“人與機(jī)”交互的范疇。直到20世紀(jì)90年代，隨著通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)以及微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各類電子產(chǎn)品的制造成本持續(xù)地降低到人們可以接受的范圍的時(shí)候，一種同時(shí)擁有感知、計(jì)算和通信能力，并且能適用于各類不同環(huán)境的微型智能傳感器開始在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)。這些微小傳感器節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)化全面改變了人們獲取信息的方式，這就是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興的、極具發(fā)展?jié)摿Φ木W(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這種網(wǎng)絡(luò)可以將大量簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)大冗余地隨機(jī)部署在人跡罕至的惡劣環(huán)境中，節(jié)點(diǎn)之間通過自組織的組網(wǎng)，能夠協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種復(fù)雜環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)處理，從而獲得詳盡而準(zhǔn)確的信息并傳送給后臺(tái)骨干網(wǎng)服務(wù)器或者相關(guān)觀測(cè)者。
[0003]無線傳感網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵問題之一是媒體訪問控制的設(shè)計(jì)，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)能量大量消耗于媒體訪問控制。時(shí)分多路訪問的媒體訪問控制機(jī)制雖然本質(zhì)上解決了碰撞問題，但可擴(kuò)展性差。基于樹狀的時(shí)分復(fù)用接入機(jī)制比傳統(tǒng)的時(shí)分復(fù)用接入機(jī)制的可擴(kuò)展性強(qiáng)，但是當(dāng)在同一區(qū)域簇間存在重疊區(qū)域時(shí)就會(huì)引入干擾問題。
[0004]目前解決干擾的方法有很多，一種方法是基于競(jìng)爭(zhēng)的CSMA接入方式，基于TDMA的時(shí)隙分配方法和跳頻方式等等。相對(duì)簡(jiǎn)單有效的一種方法是簇間通信采用碰撞檢測(cè)的多路訪問或者頻分復(fù)用LEACH和HEED，在各個(gè)簇內(nèi)則采用獨(dú)立的時(shí)分復(fù)用接入機(jī)制。盡管這種方法能有效的減小干擾，但其增加了頻譜使用成本和網(wǎng)絡(luò)接口的復(fù)雜度。
[0005]第二種方法是每個(gè)簇維護(hù)一個(gè)本地時(shí)分復(fù)用的介質(zhì)訪問控制幀。為了避免與鄰居簇重疊區(qū)域內(nèi)其它節(jié)點(diǎn)時(shí)隙分配重疊，節(jié)點(diǎn)首先進(jìn)行載波偵聽確定信道中是否正在傳輸數(shù)據(jù)，如果信道空閑則傳輸數(shù)據(jù)，否則數(shù)據(jù)包被緩沖直到下一個(gè)被分配的時(shí)隙。然而，這種由簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)偵聽載波的方法會(huì)造成大量的能量消耗。
[0006]第三種方法如圖1和圖2所示，該方法根據(jù)傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的位置信息定義了兩種不同類型的傳感節(jié)點(diǎn):第一類傳感節(jié)點(diǎn)是簇間非重疊區(qū)域的節(jié)點(diǎn)，采用時(shí)分復(fù)用機(jī)制與簇頭通信；第二類傳感節(jié)點(diǎn)是簇間重疊區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，采用基于競(jìng)爭(zhēng)的媒體訪問機(jī)制與簇頭通信。因此，其詳細(xì)過程也可以分為簇間調(diào)度和全網(wǎng)信令傳輸兩個(gè)部分。該方法定義了以下
相關(guān)參量:
[0007]CH:簇頭節(jié)點(diǎn)，即根據(jù)不同的選簇方法選擇合適的傳感節(jié)點(diǎn)作為簇頭；
[0008]Gff:根據(jù)某種算法選擇出來的在兩個(gè)或者以上節(jié)點(diǎn)一跳范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)；
[0009]BS:以有線方式和主干網(wǎng)連接并管理無線傳感網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)；
[0010]TN:處于非重疊區(qū)域，用TDMA方法進(jìn)行介質(zhì)訪問與簇頭通信的節(jié)點(diǎn)；[0011]CN:處于重疊區(qū)域，用CSMA方法進(jìn)行介質(zhì)訪問與簇頭通信的節(jié)點(diǎn)；
[0012]BTP:用于基站和簇頭之間下行傳輸?shù)男艠?biāo)傳輸期間；
[0013]BRP:用于網(wǎng)關(guān)下行傳輸?shù)男艠?biāo)轉(zhuǎn)發(fā)期間。
[0014]簇內(nèi)調(diào)度過程詳細(xì)做法如下:
[0015]I)簇頭節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)關(guān)向重疊區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)和非重疊區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信標(biāo)和查詢。簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)時(shí)分復(fù)用子幀中各個(gè)非重疊區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配信息通知非重疊區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的時(shí)分復(fù)用時(shí)隙。
[0016]2)非重疊區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)采用時(shí)分復(fù)用的介質(zhì)訪問機(jī)制在時(shí)分復(fù)用子幀內(nèi)與簇頭節(jié)點(diǎn)通信。
[0017]3)在信標(biāo)轉(zhuǎn)發(fā)期間，網(wǎng)關(guān)將從簇頭節(jié)點(diǎn)接收到的信標(biāo)和查詢轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居簇頭節(jié)點(diǎn)。信標(biāo)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)期用于網(wǎng)關(guān)的下行鏈路傳輸。
[0018]4)重疊區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)用基于競(jìng)爭(zhēng)(CSMA/CA)的介質(zhì)訪問方法與簇頭節(jié)點(diǎn)通信。
[0019]基站協(xié)助簇調(diào)度的信令傳輸如下:
[0020]I)以有線方式與主干網(wǎng)連接并管理無線傳感網(wǎng)的基站發(fā)送信標(biāo)和查詢請(qǐng)求給同一簇內(nèi)的所有網(wǎng)關(guān)，非重疊區(qū)域節(jié)點(diǎn)和重疊區(qū)域節(jié)點(diǎn)。
[0021]2)簇內(nèi)網(wǎng)關(guān)收到來自基站的信標(biāo)和查詢請(qǐng)求后將其轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居簇頭節(jié)點(diǎn)。
[0022]3)鄰居簇頭節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)關(guān)發(fā)來的信標(biāo)和查詢后，在第二幀的信標(biāo)傳輸期間將其發(fā)送給其簇內(nèi)的所有網(wǎng)關(guān)，重疊區(qū)域節(jié)點(diǎn)和非重疊區(qū)域節(jié)點(diǎn)。
[0023]4)這些網(wǎng)關(guān)收到來自簇頭節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)和查詢后，在第二幀的信標(biāo)轉(zhuǎn)發(fā)期間將其發(fā)送給其鄰居簇頭節(jié)點(diǎn)。
[0024]以上過程不斷重復(fù)，直到傳感網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)收到基站發(fā)送的信標(biāo)和查詢請(qǐng)求，如圖3所示。上述方案中的子幀的幀格式如圖4所示。此解決干擾的傳統(tǒng)方法中，重疊區(qū)域節(jié)點(diǎn)采用CSMA/CA的介質(zhì)訪問方法，可以消除部分簇間干擾。但是，當(dāng)傳感網(wǎng)絡(luò)分布較廣并且密集或者某個(gè)簇距離基站很遠(yuǎn)時(shí)，信令處理過程就會(huì)很長。因?yàn)榛疽芷谛缘匕l(fā)送信標(biāo)和查詢來調(diào)度全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，而簇頭節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)要持續(xù)發(fā)送并轉(zhuǎn)發(fā)信標(biāo)和查詢，所以會(huì)造成很大的信令開銷和能量消耗；另一方面，當(dāng)重疊區(qū)域內(nèi)存在大量節(jié)點(diǎn)時(shí)，該方法也不能有效地避免包的碰撞。以上三種方法都不能很好的解決傳感網(wǎng)簇間的干擾問題，因此，如何利用蜂窩資源來解決樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的傳感網(wǎng)絡(luò)中基于TDMA機(jī)制的簇間干擾是研究傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的一個(gè)關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法，用于解決現(xiàn)有無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于TDMA機(jī)制的簇間干擾的問題。
[0026]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法。
[0027]一種基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法，該方法包括:根據(jù)一個(gè)TDMA分配表為無線傳感網(wǎng)內(nèi)的簇分配TDMA幀；所述TDMA分配表包括簇頭身份、包含起始時(shí)間和持續(xù)時(shí)長的TDMA幀、分配給簇間的重疊區(qū)域節(jié)點(diǎn)的重疊子幀；重疊子幀是TDMA幀中的一段持續(xù)時(shí)間。
[0028]優(yōu)選地，所述TDMA分配表由基站維護(hù)。
[0029]優(yōu)選地，當(dāng)基站不能區(qū)分節(jié)點(diǎn)是否處于簇間重疊區(qū)域時(shí)，所述基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法的實(shí)現(xiàn)過程為:
[0030]Sll,當(dāng)簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)時(shí),簇頭節(jié)點(diǎn)向移動(dòng)網(wǎng)關(guān)發(fā)送TDMA幀請(qǐng)求；
[0031]S12，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)接收到所述TDMA幀請(qǐng)求后，通過蜂窩網(wǎng)鏈路向基站發(fā)送TDMA幀分配請(qǐng)求；
[0032]S13，基站判斷所述簇頭節(jié)點(diǎn)所在的簇是否與其他簇存在重疊區(qū)域，如果存在重疊區(qū)域，則根據(jù)TDMA分配表給所述簇頭節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)與重疊簇完全不同的TDMA幀；否則，基站給所述簇頭節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分配一個(gè)TDMA幀；
[0033]S14,基站將所述簇頭節(jié)點(diǎn)的TDMA分配信息發(fā)送給移動(dòng)網(wǎng)關(guān)；所述TDMA分配信息包括分配給所述簇頭節(jié)點(diǎn)的TDMA幀和所述簇頭節(jié)點(diǎn)身份信息；
[0034]S15，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)通過無線傳感網(wǎng)接口將TDMA分配信息發(fā)送給所述簇頭節(jié)點(diǎn)；
[0035]S16，所述簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)基站分配的TDMA幀調(diào)度成員節(jié)點(diǎn)。
[0036]優(yōu)選地，當(dāng)基站能區(qū)分節(jié)點(diǎn)是否處于簇間重疊區(qū)域時(shí)，所述基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法的實(shí)現(xiàn)過程為:
[0037]S21,當(dāng)簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)時(shí),簇頭節(jié)點(diǎn)向移動(dòng)網(wǎng)關(guān)發(fā)送TDMA幀請(qǐng)求；
[0038]S22，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)接收到所述TDMA幀請(qǐng)求后，通過蜂窩網(wǎng)鏈路向基站發(fā)送TDMA幀分配請(qǐng)求；
[0039]S23，基站判斷所述簇頭節(jié)點(diǎn)所在的簇是否與其他簇存在重疊區(qū)域，如果存在重疊區(qū)域，則基站確定所述簇頭節(jié)點(diǎn)下轄的簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)是否處于重疊區(qū)域；若該簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)處于重疊區(qū)域，則基站分配給所述簇頭節(jié)點(diǎn)一個(gè)TDMA幀，該TDMA幀的重疊子幀與同所述簇頭節(jié)點(diǎn)所在的簇有重疊區(qū)域的簇使用的TDMA幀的重疊子幀不同；
[0040]S24,基站將所述簇頭節(jié)點(diǎn)的TDMA分配信息發(fā)送給移動(dòng)網(wǎng)關(guān)；所述TDMA分配信息包括分配給所述簇頭節(jié)點(diǎn)的TDMA幀和所述簇頭節(jié)點(diǎn)身份信息；
[0041]S25，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)通過無線傳感網(wǎng)接口將TDMA分配信息發(fā)送給所述簇頭節(jié)點(diǎn)；
[0042]S26，所述簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)基站分配的TDMA幀調(diào)度成員節(jié)點(diǎn)。
[0043]優(yōu)選地，所述TDMA分配表由網(wǎng)關(guān)維護(hù)。
[0044]優(yōu)選地，當(dāng)網(wǎng)關(guān)不能區(qū)分節(jié)點(diǎn)是否處于簇間重疊區(qū)域時(shí)，網(wǎng)關(guān)為具有重疊區(qū)域的簇分配不同的TDMA幀。
[0045]優(yōu)選地，當(dāng)網(wǎng)關(guān)能區(qū)分節(jié)點(diǎn)是否處于簇間重疊區(qū)域時(shí)，網(wǎng)關(guān)為具有重疊區(qū)域的簇分配相同的TDMA幀，但為處于簇間重疊區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)分配不同的重疊子幀。
[0046]如上所述，本發(fā)明所述的基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法，具有以下有益效果:
[0047]本發(fā)明利用時(shí)隙分配的TDMA機(jī)制通過基站協(xié)助來消除傳感網(wǎng)的簇間干擾，降低了路由重建中的能量損耗和不必要的信令交互，避免了因重傳導(dǎo)致的能量消耗，同時(shí)減小了包丟失率、信令開銷以及延時(shí)，提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的吞吐量，延長WSN網(wǎng)絡(luò)的生命周期，提高能量使用效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]圖1顯示為典型的無線傳感網(wǎng)中簇重疊的場(chǎng)景示意圖。
[0049]圖2顯示為無線傳感網(wǎng)中簇重疊部分的節(jié)點(diǎn)應(yīng)用處理的過程示意圖。
[0050]圖3顯示為無線傳感網(wǎng)中簇重疊部分的簇間干擾場(chǎng)景示意圖。
[0051]圖4顯示為幀結(jié)構(gòu)的格式示意圖。
[0052]圖5顯示為本發(fā)明的一種應(yīng)用場(chǎng)景示意圖。
[0053]圖6顯示為實(shí)施例一所述的基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法的流程示意圖。
[0054]圖7顯示為實(shí)施例二所述的基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0056]請(qǐng)參閱附圖。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0057]本發(fā)明公開了一種基于時(shí)分復(fù)用接入(Time Division Multiple Access, TDMA)的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法，其中異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)是由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)(Wireless Sensor Networks, WSNs)融合構(gòu)成的,屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明所述的方法可以應(yīng)用于無線傳感器自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，傳感器節(jié)點(diǎn)通過手機(jī)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過手機(jī)網(wǎng)絡(luò)(包括移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)、2G/3G網(wǎng)絡(luò)、WiFi網(wǎng)絡(luò)等)發(fā)送給后臺(tái)服務(wù)器，其中手機(jī)是雙模具有傳感網(wǎng)絡(luò)通信模塊和蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信模塊；本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種監(jiān)測(cè)環(huán)境和對(duì)象的信息，可以廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域。
[0058]本發(fā)明的應(yīng)用前提是:在蜂窩網(wǎng)與無線傳感網(wǎng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的架構(gòu)下，移動(dòng)終端受到蜂窩網(wǎng)基站的監(jiān)控，在蜂窩網(wǎng)的覆蓋范圍內(nèi)有一組無線傳感節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)。蜂窩網(wǎng)移動(dòng)終端擔(dān)任移動(dòng)網(wǎng)關(guān)并且提供回程的無線傳感節(jié)點(diǎn)的訪問，即移動(dòng)終端是雙模的且有蜂窩網(wǎng)和無線傳感網(wǎng)接口。假設(shè)當(dāng)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)入無線傳感網(wǎng)區(qū)域時(shí)，它可以監(jiān)測(cè)或者偵聽到無線傳感網(wǎng)絡(luò)的信道，然后移動(dòng)網(wǎng)關(guān)可以從傳感節(jié)點(diǎn)中收集監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給基站。此外，基站通過布網(wǎng)或者網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息的匯報(bào)可以確定節(jié)點(diǎn)的位置；并且基站需要維護(hù)每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)的通信半徑，根據(jù)這個(gè)通信半徑信息獲悉是否存在簇間重復(fù)區(qū)域及重復(fù)節(jié)點(diǎn)。
[0059]經(jīng)過蜂窩網(wǎng)和無線傳感網(wǎng)的融合，無線傳感網(wǎng)的應(yīng)用服務(wù)和覆蓋范圍可以得到擴(kuò)展，本發(fā)明的一種應(yīng)用場(chǎng)景如圖5所示，其中有3個(gè)簇，簇I和簇2有重疊區(qū)域，簇2和簇3有重疊區(qū)域，即在簇I和簇2的重疊區(qū)域內(nèi)布置有屬于簇I和簇2的傳感節(jié)點(diǎn)，在簇2和簇3的重疊區(qū)域內(nèi)布置有屬于簇2和簇3的傳感節(jié)點(diǎn)。當(dāng)重疊區(qū)域內(nèi)的簇I節(jié)點(diǎn)和簇2節(jié)點(diǎn)使用相同時(shí)隙時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生干擾并且導(dǎo)致碰撞。所以，在樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的傳感網(wǎng)絡(luò)中如何利用蜂窩資源來解決基于TDMA機(jī)制的簇間干擾即是本發(fā)明要解決的技術(shù)問題。
[0060]為達(dá)到以上消除簇間干擾的目的，本發(fā)明所述的基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法的主要實(shí)現(xiàn)過程為:首先，基站(Base Station,BS)通過判斷傳感節(jié)點(diǎn)是否處于重疊區(qū)域?qū)ζ渌诖剡M(jìn)行不同的TDMA分配。其次，基站輔助實(shí)現(xiàn)簇間干擾，其通過維護(hù)一張傳感網(wǎng)各個(gè)簇的TDMA表來完成全網(wǎng)的TDMA調(diào)度。該TDMA表包括三個(gè)部分:簇頭身份，TDMA幀和重疊子幀。然后，本發(fā)明通過使用額外的TDMA幀分配方法和信令交互來完成簇頭節(jié)點(diǎn)、移動(dòng)網(wǎng)關(guān)、基站之間的信息傳輸，從而有效地消除簇間干擾，避免干擾引發(fā)的重傳，大大節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量，減小傳輸延時(shí)，增大網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的吞吐量，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。
[0061]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0062]實(shí)施例一
[0063]本實(shí)施例提供一種基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法，該方法是基于樹狀傳感網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與時(shí)分復(fù)用接入機(jī)制的融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾的消除方法，其中，基站不能區(qū)分節(jié)點(diǎn)是否處于簇間重疊區(qū)域。本實(shí)施的具體實(shí)現(xiàn)過程如圖6所示，包括以下步驟:
[0064]Sll,當(dāng)簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)時(shí),簇頭節(jié)點(diǎn)向移動(dòng)網(wǎng)關(guān)發(fā)送TDMA幀請(qǐng)求。
[0065]S12，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)接收到所述TDMA幀請(qǐng)求后，通過蜂窩網(wǎng)鏈路向基站發(fā)送TDMA幀分配請(qǐng)求。
[0066]S13，基站校驗(yàn)數(shù)據(jù)庫并確定所述簇頭節(jié)點(diǎn)所在的簇是否與其他簇存在重疊區(qū)域；如果存在重疊區(qū)域，則根據(jù)TDMA分配表給所述簇頭節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)與重疊簇(即與所述簇頭節(jié)點(diǎn)所在的簇有重疊區(qū)域的簇)完全不同的TDMA幀；否則，基站給所述簇頭節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分配一個(gè)TDMA幀。
[0067]本步驟中的TDMA分配表用于解決重疊區(qū)域節(jié)點(diǎn)的簇間干擾，該表包括三個(gè)部分:簇頭身份，包含起始時(shí)間和持續(xù)時(shí)長的TDMA幀，分配給重疊區(qū)域節(jié)點(diǎn)的重疊子幀；重疊子幀是TDMA幀中的一段持續(xù)時(shí)間。
[0068]S14,基站將所述簇頭節(jié)點(diǎn)的TDMA分配信息發(fā)送給移動(dòng)網(wǎng)關(guān)；所述TDMA分配信息包括分配給所述簇頭節(jié)點(diǎn)的TDMA幀和所述簇頭節(jié)點(diǎn)身份信息。
[0069]S15，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)通過無線傳感網(wǎng)接口將TDMA分配信息發(fā)送給所述簇頭節(jié)點(diǎn)。
[0070]S16，所述簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)基站分配的TDMA幀使用TDMA方案調(diào)度成員節(jié)點(diǎn)；每個(gè)簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)在分配的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)給所述簇頭節(jié)點(diǎn)。
[0071]本發(fā)明通過使用額外的TDMA幀分配方法和信令交互來完成簇頭節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)，基站之間的信息傳輸，針對(duì)節(jié)點(diǎn)的位置信息，分別使用不同的TDMA幀分配方法，尤其是當(dāng)節(jié)點(diǎn)位于非重疊區(qū)域時(shí)，通過時(shí)隙復(fù)用來提高傳輸效率效率。本發(fā)明利用時(shí)隙分配的TDMA機(jī)制通過基站協(xié)助來消除傳感網(wǎng)的簇間干擾，降低了路由重建中的能量損耗和不必要的信令交互，避免了因重傳導(dǎo)致的能量消耗，同時(shí)減小了包丟失率、信令開銷以及延時(shí)，提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的吞吐量，延長WSN網(wǎng)絡(luò)的生命周期，提高能量使用效率。
[0072]實(shí)施例二[0073]本實(shí)施例提供一種基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法,其與實(shí)施例一的區(qū)別在于:基站能夠區(qū)分節(jié)點(diǎn)是否處于簇間重疊區(qū)域。本實(shí)施的具體實(shí)現(xiàn)過程如圖7所示，包括以下步驟:
[0074]S21,當(dāng)簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)時(shí),簇頭節(jié)點(diǎn)向移動(dòng)網(wǎng)關(guān)發(fā)送TDMA幀請(qǐng)求。
[0075]S22，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)接收到所述TDMA幀請(qǐng)求后，通過蜂窩網(wǎng)鏈路向基站發(fā)送TDMA幀分配請(qǐng)求。
[0076]S23，基站校驗(yàn)數(shù)據(jù)庫并確定所述簇頭節(jié)點(diǎn)所在的簇是否與其他簇存在重疊區(qū)域；如果存在重疊區(qū)域，則基站確定所述簇頭節(jié)點(diǎn)下轄的簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)是否處于重疊區(qū)域；若該簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)處于重疊區(qū)域，則基站分配給所述簇頭節(jié)點(diǎn)一個(gè)TDMA巾貞,該TDMA巾貞的重疊子幀與重疊簇(即與所述簇頭節(jié)點(diǎn)所在的簇有重疊區(qū)域的簇)使用的TDMA幀的重疊子幀不同。
[0077]本步驟中，處于不同簇且處于重疊區(qū)域的節(jié)點(diǎn)，由重疊子幀分配不同時(shí)隙，以保證重疊區(qū)域的節(jié)點(diǎn)在不同的時(shí)間點(diǎn)通信，從而避免干擾。當(dāng)基站可以區(qū)分節(jié)點(diǎn)是否處于重疊區(qū)域時(shí)，基站給重疊區(qū)域的節(jié)點(diǎn)分配時(shí)隙不同的TDMA幀。即，給重疊簇分配不同的TDMA幀，那么重疊區(qū)域節(jié)點(diǎn)自然分配到不同的時(shí)隙；或者給重疊簇分配相同的TDMA幀，但是給重疊區(qū)域節(jié)點(diǎn)分配不同的重疊子幀。
[0078]S24，基站將所述簇頭節(jié)點(diǎn)的TDMA分配信息發(fā)送給移動(dòng)網(wǎng)關(guān)；所述TDMA分配信息包括分配給所述簇頭節(jié)點(diǎn)的TDMA幀、重疊子幀和所述簇頭節(jié)點(diǎn)的身份信息。
[0079]S25，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)通過無線傳感網(wǎng)接口將TDMA分配信息發(fā)送給所述簇頭節(jié)點(diǎn)。
[0080]S26，所述簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)基站分配的TDMA幀使用TDMA方案調(diào)度成員節(jié)點(diǎn)；由基站BS指定的時(shí)隙分配給重疊區(qū)域的成員節(jié)點(diǎn)，剩下的時(shí)隙由簇頭節(jié)點(diǎn)分配給其他成員節(jié)點(diǎn)。
[0081]實(shí)施例三
[0082]本實(shí)施例提供一種基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法，其與實(shí)施例一和二的區(qū)別在于:所述TDMA分配表由網(wǎng)關(guān)維護(hù)。
[0083]當(dāng)網(wǎng)關(guān)不能區(qū)分節(jié)點(diǎn)是否處于簇間重疊區(qū)域時(shí)，網(wǎng)關(guān)為具有重疊區(qū)域的簇分配不同的TDMA幀。
[0084]當(dāng)網(wǎng)關(guān)能區(qū)分節(jié)點(diǎn)是否處于簇間重疊區(qū)域時(shí)，網(wǎng)關(guān)為具有重疊區(qū)域的簇分配相同的TDMA幀，但為處于簇間重疊區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)分配不同的重疊子幀。
[0085]本發(fā)明適用于人員相對(duì)比較集中的城市熱點(diǎn)地區(qū)，即傳感網(wǎng)及蜂窩網(wǎng)覆蓋相對(duì)密集的區(qū)域。在該區(qū)域中，存在有大量的能夠成為網(wǎng)關(guān)的移動(dòng)終端。也就是說，本發(fā)明所述的方法適用于密集型傳感網(wǎng)，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)分布密集將會(huì)導(dǎo)致各個(gè)簇間重疊，產(chǎn)生大量的簇間重疊區(qū)域，而基于TDMA的接入方式不能很好的解決簇間干擾，所以本發(fā)明提供的基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法就能很好的抑制并減少簇間干擾，減少傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)由于碰撞帶來的能量消耗和傳輸時(shí)延，很好的延長網(wǎng)絡(luò)周期。
[0086]綜上所述，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0087]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法，其特征在于，所述基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法包括:根據(jù)一個(gè)TDMA分配表為無線傳感網(wǎng)內(nèi)的簇分配TDMA幀；所述TDMA分配表包括簇頭身份、包含起始時(shí)間和持續(xù)時(shí)長的TDMA幀、分配給簇間的重疊區(qū)域節(jié)點(diǎn)的重疊子幀；重疊子幀是TDMA幀中的一段持續(xù)時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法，其特征在于:所述TDMA分配表由基站維護(hù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法，其特征在于:當(dāng)基站不能區(qū)分節(jié)點(diǎn)是否處于簇間重疊區(qū)域時(shí)，所述基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法的實(shí)現(xiàn)過程為: Sll,當(dāng)簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)時(shí)，簇頭節(jié)點(diǎn)向移動(dòng)網(wǎng)關(guān)發(fā)送TDMA幀請(qǐng)求； S12，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)接收到所述TDMA幀請(qǐng)求后，通過蜂窩網(wǎng)鏈路向基站發(fā)送TDMA幀分配請(qǐng)求； S13，基站判斷所述簇頭節(jié)點(diǎn)所在的簇是否與其他簇存在重疊區(qū)域，如果存在重疊區(qū)域，則根據(jù)TDMA分配表給所述簇頭節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)與重疊簇完全不同的TDMA幀；否則，基站給所述簇頭節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分配一個(gè)TDMA幀； S14，基站將所述簇頭節(jié)點(diǎn)的TDMA分配信息發(fā)送給移動(dòng)網(wǎng)關(guān)；所述TDMA分配信息包括分配給所述簇頭節(jié)點(diǎn)的TDMA幀和所述簇頭節(jié)點(diǎn)身份信息； S15，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)通過無線傳感網(wǎng)接口將TDMA分配信息發(fā)送給所述簇頭節(jié)點(diǎn)； S16，所述簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)基站分配的TDMA幀調(diào)度成員節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法，其特征在于:當(dāng)基站能區(qū)分節(jié)點(diǎn)是否處于簇間重疊區(qū)域時(shí)，所述基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法的實(shí)現(xiàn)過程為: S21,當(dāng)簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)時(shí),簇頭節(jié)點(diǎn)向移動(dòng)網(wǎng)關(guān)發(fā)送TDMA幀請(qǐng)求； S22，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)接收到所述TDMA幀請(qǐng)求后，通過蜂窩網(wǎng)鏈路向基站發(fā)送TDMA幀分配請(qǐng)求； S23，基站判斷所述簇頭節(jié)點(diǎn)所在的簇是否與其他簇存在重疊區(qū)域，如果存在重疊區(qū)域，則基站確定所述簇頭節(jié)點(diǎn)下轄的簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)是否處于重疊區(qū)域；若該簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)處于重疊區(qū)域，則基站分配給所述簇頭節(jié)點(diǎn)一個(gè)TDMA幀，該TDMA幀的重疊子幀與同所述簇頭節(jié)點(diǎn)所在的簇有重疊區(qū)域的簇使用的TDMA幀的重疊子幀不同； S24,基站將所述簇頭節(jié)點(diǎn)的TDMA分配信息發(fā)送給移動(dòng)網(wǎng)關(guān)；所述TDMA分配信息包括分配給所述簇頭節(jié)點(diǎn)的TDMA幀和所述簇頭節(jié)點(diǎn)身份信息； S25，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)通過無線傳感網(wǎng)接口將TDMA分配信息發(fā)送給所述簇頭節(jié)點(diǎn)； S26，所述簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)基站分配的TDMA幀調(diào)度成員節(jié)點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法，其特征在于:所述TDMA分配表由網(wǎng)關(guān)維護(hù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法，其特征在于:當(dāng)網(wǎng)關(guān)不能區(qū)分節(jié)點(diǎn)是否處于簇間重疊區(qū)域時(shí)，網(wǎng)關(guān)為具有重疊區(qū)域的簇分配不同的TDMA幀。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于TDMA的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)簇間干擾消除方法，其特征在于:當(dāng)網(wǎng)關(guān)能區(qū)分節(jié)點(diǎn)是否處于簇間重疊區(qū)域時(shí)，網(wǎng)關(guān)為具有重疊區(qū)域的簇分配相同的TDMA幀，但為處于簇間 重疊區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)分配不同的重疊子幀。
【文檔編號(hào)】H04L25/03GK103634246SQ201210297869
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月20日
【發(fā)明者】袁芝, 胡宏林, 歐陽玉玲 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所