多汇聚节点无线传感器网络组网方法及其系统

本发明涉及一种多汇聚节点无线传感器网络组网方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤101，由控制服务器根据需求向网络中发送采集传感数据的控制命令；步骤102，由普通节点负责采集传感数据，发送给汇聚节点；步骤103，由汇聚节点收集采集到的传感数据，并向普通节点发送采集传感数据的命令，同时负责将采集到的传感数据发送给无线基站；步骤104，由时间服务器负责每个汇聚节点的时间同步；步骤105，由无线基站接收的传感数据通过网络传送给数据服务器，同时将采集传感数据的命令发送给汇聚节点，无线基站配备长距离无线通信模块；步骤106，由数据服务器负责存储采集的传感数据。

1.一种多汇聚节点无线传感器网络组网方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤101，由控制服务器根据需求向网络中发送采集传感数据的控制命令；步骤102，普通节点配备短距离无线通信模块，由普通节点负责采集传感数据，发送给汇聚节点；步骤103，由汇聚节点收集采集到的传感数据，并向普通节点发送采集传感数据的命令，同时负责将采集到的传感数据发送给无线基站，汇聚节点配备短距离无线通信模块和长距离无线通信模块；步骤104，由时间服务器负责每个汇聚节点的时间同步；步骤105，由无线基站接收的传感数据通过网络传送给数据服务器，同时将采集传感数据的命令发送给汇聚节点，无线基站配备长距离无线通信模块；步骤106，由数据服务器负责存储采集的传感数据；步骤107，实现路由的建立及维护并提供路由路径的父节点和所有子节点的标识号；所构造的路由路径的集合形成多个以各汇聚节点为根的树状拓扑；每个普通节点的传感数据在稳定状态沿该普通节点到汇聚节点的路径进行转发，在不稳定状态会以机会方式转发，而控制服务器的命令由汇聚节点沿树广播至普通节点；步骤108，实现数据包的接收和发送工作，接收的数据是由无线硬件设备提供的，发送的数据包是由步骤107产生的；步骤109，从步骤108经时间同步管理传递过来的数据进行分类，执行步骤110；步骤110，完成缓存待发送数据包；步骤111，完成普通节点和/或汇聚节点的时间控制；步骤112，监测普通节点和/或汇聚节点运行状态，在软件或硬件故障时，自己进行重启，同时响应网络管理员注入网络的强制重启命令、状态查询命令；其中该步骤102还包括：步骤201，普通节点经历一个初始化阶段，在这个阶段初次建立路由，如果建立路由成功则进入同步工作状态；否则，进入非同步工作状态，执行步骤202；步骤202，非同步工作状态时，普通节点建立路由或修复路由；该步骤201还包括：步骤301，在同步工作状态下，普通节点以低占空比周期方式工作后经历一次更新路由过程，依此循环；步骤302，普通节点在各周期的休眠态，关闭微处理器模块、传感模块和无线通信模块；步骤303，普通节点在各周期的活动态时，节点发送数据和命令，在活动态结束时，判断是否路由已失效，在失效时进入非同步工作状态以修复路由；在未失效时，进入休眠态，执行步骤302；步骤304，传感数据的转发采用定向转发和机会转发相结合的策略，并将父节点对该数据的转发作为隐式的成功接收回复包，先是3次向父节点转发，后是3次广播转发，由比自己跳数小的、且处于同步工作状态的节点进行转发，直到收到隐式成功接收回复包为止；步骤305，控制命令的转发依构建的树状拓扑从汇聚节点向普通节点逐条转发。
2.如权利要求1所述的组网方法，其特征在于，所述步骤202还包括：步骤401，由已经和时间服务器同步的汇聚节点同时发起路由建立，普通节点再筛选父节点，估计链路质量，依据剩余能量和链路质量选择最佳父节点；步骤402，当路由失效时，普通节点会启动路由修复，根据工作在同步状态的相邻普通节点回复的响应包筛选父节点，估计链路质量，依据剩余能量和链路质量选择最佳父节点；步骤403，当一次修复失败后，休眠后再次尝试。
3.如权利要求1所述的组网方法，其特征在于，所述步骤103还包括：步骤501，先初始化，然后休眠、活动交替工作后，与处于同步状态的普通节点同时进入更新路由阶段。
4.如权利要求3所述的组网方法，其特征在于，所述步骤501还包括：步骤601，在初始化时段开始后，汇聚节点向时间服务器获取时间实现各汇聚节点间的时间同步；步骤602，在休眠态，汇聚节点同时关闭无线通信模块、微处理器模块和传感模块，进入低功耗状态；步骤603，在活动态，汇聚节点发送命令和数据，并协助普通节点进行路由修复；步骤604，在更新路由时段开始后，汇聚节点广播路由建立包启动更新路由过程。
5.一种多汇聚节点无线传感器网络组网系统，其特征在于，包括：普通节点，用于采集传感数据，其配备有短距离无线通信模块；汇聚节点，用于收集采集到的传感数据和向普通节点发送命令，还负责将数据发送给无线基站，配备短距离无线通信模块，还配有长距离无线通信模块；无线基站，用于将收到的数据传送给数据服务器，也将命令发送给汇聚节点，配备长距离无线通信模块；时间服务器，用于各汇聚节点的时间同步；数据服务器，用于永久存储采集的传感数据；控制服务器，用于根据形成和向网络发送控制命令；路由建立维护模块，用于路由的建立及维护并提供路由路径的父节点和所有子节点的标识号，所构造的路由路径的集合形成多个以各汇聚节点为根的树状拓扑，各普通节点的传感数据在稳定状态下沿该节点到汇聚节点的路径进行转发，在不稳定状态下会以机会方式转发，而控制服务器的命令由汇聚节点沿树广播至普通节点；数据分类模块，用于从接收发送模块经时间同步管理传递过来的数据进行分类，送入队列管理模块或路由建立维护模块；队列管理模块，用于完成缓存待发送数据包；时间同步管理模块，用于完成整个节点的时间控制；接收发送模块，用于数据包的接收和发送工作，接收的数据是由无线硬件设备提供的，发送的数据包是由路由建立维护模块产生的，或由队列管理模块经时间同步管理模块处理后传递过来的；网络监测维护模块，用于负责监测节点运行状态，在软件或硬件故障时，自己进行重启，同时响应网络管理员注入网络的强制重启维护命令、状态查询维护命令；其中该普通节点还包括：同步工作状态模块，用于普通节点经历一个初始化阶段，在这个阶段初次建立路由，如果建立路由成功则进入同步工作状态；否则，进入非同步工作状态模块；非同步工作状态模块：用于非同步工作状态时，普通节点建立路由或修复路由；该同步工作状态模块还包括：更新路由模块，用于在同步工作状态下，普通节点以低占空比周期方式工作后经历一次更新路由过程，依此循环；普通节点休眠态模块，用于普通节点在各周期的休眠态，关闭微处理器模块、传感模块和无线通信模块；普通节点活动态模块，用于普通节点在各周期的活动态时，节点发送数据和命令，在活动态结束时，判断是否路由已失效，在失效时进入非同步工作状态以修复路由；在未失效时，进入休眠态；传感数据转发模块，用于传感数据的转发采用定向转发和机会转发相结合的策略，并将父节点对该数据的转发作为隐式的成功接收回复包，先是3次向父节点转发，后是3次广播转发，由比自己跳数小的、且处于同步工作状态的节点进行转发，直到收到隐式成功接收回复包为止；控制命令转发模块，用于控制命令的转发依构建的树状拓扑从汇聚节点向普通节点逐条转发。
6.如权利要求5所述的组网系统，其特征在于，所述非同步工作状态模块还包括：父节点选择模块，用于由已经和时间服务器同步的汇聚节点同时发起路由建立，普通节点再筛选父节点，估计链路质量，依据剩余能量和链路质量选择最佳父节点；当路由失效时，普通节点会启动路由修复，根据工作在同步状态的相邻普通节点回复的响应包筛选父节点，估计链路质量，依据剩余能量和链路质量选择最佳父节点；当一次修复失败后，休眠后再次尝试。
7.如权利要求5所述的组网系统，其特征在于，所述汇聚节点还包括：初始化更新路由模块，用于先初始化，然后休眠、活动交替工作后，与处于同步状态的普通节点同时进入更新路由阶段。
8.如权利要求7所述的组网系统，其特征在于，所述初始化更新路由模块还包括：初始化模块，用于在初始化时段开始后，汇聚节点向时间服务器获取时间实现各汇聚节点间的时间同步；汇聚节点休眠态模块，用于在休眠态，汇聚节点同时关闭无线通信模块、微处理器模块和传感模块，进入低功耗状态；汇聚节点活动态模块，用于在活动态，汇聚节点发送命令和数据，并协助普通节点进行路由修复；在更新路由时段开始后，汇聚节点广播路由建立包启动更新路由过程。