一种无线传感器网的多跳传输方法、介质及系统

技术领域

本发明涉及无线传感器技术领域，尤其涉及一种无线传感器网的多跳传输方法、介质及系统。

背景技术

现阶段无线传感网发展迅速，2015年中国移动IoT终端的数量为7亿枚，2018年增长至18亿枚，2015-2018年的CAGR约为37％，预计2019年到2022年的复合增长率为12.13％。物联网产业、工业4.0、智慧城市、车联网、VR/AR虚拟现实、自动驾驶、5G万物互联等各种概念项目都需要传感器支撑。

现阶段无线传感网的部署，需要对巨量低功耗、低速率、低成本的传感节点提供可靠稳定的路由传输。无线传感网具有形态不确定、地理区域不确定、部署密度不确定等特点，其多跳传输网络的拓扑形态和布置位置难以预先规划，具有很强的自生长特点，且传感器无线通信具有广播特征通信，在物理信道上暴露，这种特性也要求无线传感网络的汇聚节点、网关节点具有易部署、易维护、高稳定性的特点，整个网络需要具备高安全性。

面对无线多跳传输技术的需求目标，Ad-hoc、Mesh等技术还在发展过程中，现有通信网中无线多跳传输技术存在一些缺点：需要本地预先配置汇聚节点，后续每跳的路径确定，不能动态变化，可用多跳传输路径少，多跳传输流量动态范围小，传输节点及其频谱资源使用效率低，无线节点数据转发时延大，网络安全性需不断加强，多跳传输的频谱利用率低，多跳传输可靠性不足，多跳网络传输时延高。

发明内容

本发明实施例提供一种无线传感器网的多跳传输方法、介质及系统，以解决现有技术存在的传输路径确定等问题。

第一方面，提供一种无线传感器网的多跳传输方法，包括：在无线传感器网的无线节点主天线端口配置用于与相邻层级的无线节点通信的控制信道；无线节点通过控制信道接收与相邻层级的无线节点有关的配置信息；根据与相邻层级的无线节点有关的配置信息，在无线节点的主天线端口配置用于与相邻层级的无线节点的主天线端口或辅天线端口通信的业务信道；无线节点与相邻层级的无线节点之间通过对应的业务信道建立单跳传输路径；将起始的无线节点和目标的无线节点之间的可连通的单跳传输路径连通得到多跳传输路径，其中，一单跳传输路径的起点和另一单跳传输路径的终点是同一无线节点，则两单跳传输路径可连通；起始的无线节点和目标的无线节点之间通过多跳传输路径进行业务信号传输。

第二方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述第一方面实施例所述的无线传感器网的多跳传输方法。

第三方面，提供一种无线传感器网的多跳传输系统，包括：如上述第二方面实施例所述的计算机可读存储介质。

这样，本发明实施例，能够扩展多跳路径灵活性，增加网络安全性，提高节点间时间同步性，提高多跳传输节点的传输可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的无线传感器网的传输方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种无线传感器网的多跳传输方法。该传输方法用于无线传感器网的无线节点，使无线传感器网的多级无线节点之间建立多跳传输路径。如图1所示，该传输方法包括如下的步骤：

步骤S1：在无线传感器网的无线节点主天线端口配置与相邻无线节点通信的控制信道。

控制信道上可以传输如下的至少一种信息：多跳传输路径控制信息、多跳传输路径射频带宽信息、多跳传输路径射频频点信息、多跳传输路径毫米波资源信息、多跳传输入网注册信息和无线节点工作频段的信号强度检测信息。这些信息中部分信息可以进一步作为配置信息，以便建立传输路径。

步骤S2：无线节点通过控制信道接收与相邻层级的无线节点有关的配置信息。

无线节点和相邻层级的无线节点之间通过控制信道传输配置信息。具体的，配置信息包括：多跳传输路径控制信息、多跳传输路径射频频点信息和多跳传输路径毫米波资源信息。其中，多跳传输路径控制信息包括时隙资源信息和无线节点连接关系信息。

步骤S3：根据与相邻层级的无线节点有关的配置信息，在无线节点的主天线端口配置用于与相邻层级的无线节点的主天线端口或辅天线端口通信的业务信道。

主天线端口是用于多跳传输的射频天线端口。辅天线端口是用于传感器或汇聚终端接入的射频天线端口。主天线端口可以有至少一组，每组至少包括两个天线端口。

具体的，无线节点根据配置信息中的无线节点连接关系信息确定端口对，并通过端口对配置业务信道。

具体的，业务信道可通过三种方式进行配置，从而可通过三种方式进行信号的传输。该三种方式如下：

(1)在无线传感器网的无线节点的主天线端口配置用于与相邻无线节点的主天线端口或辅天线端口通信的MAC协议处理单元及射频传输网络。

其中，MAC协议处理单元对业务信号进行解调和调制后通过射频传输网传输业务信号。

(2)在无线传感器网的无线节点的主天线端口配置用于与相邻无线节点的主天线端口或辅天线端口通信的射频传输分配网络。

其中，射频传输分配网络以射频直接放大和/或射频变频方式传输业务信号。

(3)在无线传感器网的无线节点的主天线端口配置用于与相邻无线节点的主天线端口或辅天线端口通信的毫米波传输网络。

其中，毫米波传输网络以毫米波通信方式传输业务信号。

通过上述的三种方式实现一对一、一对多、多对一或者多对多的业务信号传输。

此外，控制信道的工作频带与业务信道的工作频带可以相同，也可以不同，具体的，控制信道的工作频带可能为以下一种或多种：(1)当其与业务传输信道工作频带相同，其为频带内控制信道；(2)当其与业务信道工作频带不同，其为频带外控制信道。

步骤S4：无线节点与相邻层级的无线节点之间通过对应的业务信道建立单跳传输路径。

无线节点通过控制信道向相邻层级的无线节点发送配置业务信道的注册请求，或者，接收相邻层级的无线节点通过其对应控制信道发送的配置业务信道的注册请求。无线节点通过控制信道向相邻层级的无线节点发送配置业务信道的配置成功的通知，或者，接收相邻层级的无线节点通过其对应控制信道发送的配置成功的通知。最终建立好单跳传输路径。

步骤S5：将起始的无线节点和目标的无线节点之间的可连通的单跳传输路径连通得到多跳传输路径。

其中，一单跳传输路径的起点和另一单跳传输路径的终点是同一无线节点，则两单跳传输路径可连通。

步骤S6：起始的无线节点和目标的无线节点之间通过多跳传输路径进行业务信号传输。

此外，多跳传输路径还可传输射频信号的质量，其包括接收信号强度及丢包率等。多跳传输路径还可传输候选多跳传输频带上的配置信息。

优选的，为了提高传输的安全性，在步骤S1之后，该传输方法还包括：

(1)在无线节点的已配置的控制信道上配置节点身份认证单元。

(2)通过节点身份认证单元对相邻层级的无线节点进行安全认证。

具体的，控制信道还传输身份信息。安全认证采用国密SM7低功耗加密方式进行安全认证。

(3)若通过安全认证，则存储相邻层级的无线节点的身份信息并保存控制信道。

(4)若未通过安全认证，则删除已经配置的控制信道，重新配置用于与相邻层级的其他无线节点通信的控制信道及节点身份认证单元，直到连接的相邻层级的其他无线节点通过安全认证。

通过安全认证确保连接的无线节点为经过权威机构颁发安全签名证书的无线节点，防止信息泄露、信息篡改、拒绝服务等威胁，以及防止传感节点受攻击者操纵、获取传感节点的信息，从而控制部分网络的威胁。

优选的，步骤S1之后，该传输方法还包括：

(1)在无线节点的已配置的控制信道上配置节点逻辑时间同步单元。

(2)通过节点逻辑时间同步单元将无线节点与无线传感器网内的其他无线节点保持时间同步。

控制信道还传输时间同步信息。具体的，由网关节点周期性逐级下发带有本地时间戳和序列号的报文到无线节点的节点逻辑时间同步单元，本无线节点的节点逻辑时间同步单元收到上一层级下发的带有本地时间戳和序列号的报文后与本地已记录的序列号对比，判断是否接收过，如果已接收过则不做处理，否则，按报文更新本地逻辑时间，并以层级方式传递本无线节点的逻辑时间戳和序列号到下一层级无线节点，直到基准时间覆盖所有的传感器节点，对无线传感器网内所有无线节点进行一次时间同步。

通过上述的时间同步步骤确保网络内各无线节点的时间基于同一基准源。

优选的，已建立的单跳传输路径也可以根据实际需求而被删除，具体的，通过控制信道删除对应的已建立的无线节点与相邻层级的无线节点之间的单跳传输路径。

具体的，无线节点通过控制信道向相邻层级的无线节点发送删除对应的单跳传输路径的执行指令，并在本地删除该单跳传输路径；相邻层级的无线节点收到该执行指令后，在本地删除对应的单跳传输路径。或者，相邻层级的无线节点通过控制信道向无线节点发送删除对应的单跳传输路径的执行指令，并在本地删除该单跳传输路径；无线节点收到该执行指令后，在本地删除单跳传输路径。最终完成单跳传输路径的删除。

本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述实施例所述的无线传感器网的多跳传输方法。

本发明实施例还公开了一种无线传感器网的多跳传输系统，包括：如上述实施例所述的计算机可读存储介质。

综上，本发明实施例，能够扩展多跳路径灵活性，增加网络安全性，提高节点间时间同步性，提高多跳传输节点的传输可靠性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。