[發明專利]一種星鏈型無線傳感器網絡無層通信方法

有效

• 申請號: 201710990998.8
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107682905B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 嚴錫君;刁宏志;于凡;孫穎;潘曉陳;趙姍姍;范媛媛
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H04W40/04
• 分類號: H04W40/04;H04W40/22;H04W40/24;H04W40/32;H04W52/02;H04W56/00;H04W84/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

本發明公開了一種星鏈型無線傳感器網絡無層通信方法。采用星?鏈型拓撲結構構建整個網絡，采用無層方法設計通訊協議。所有傳感器節點初始化后即進入偵聽狀態，通過接收來自匯聚節點的信標幀完成時間同步；星型簇成員節點在進行時間同步時，能夠在對應的時隙內醒來，并確認簇頭節點可達后，向其發送采集到的數據，各簇頭節點同時接收所屬簇成員節點發送的信息；各個簇頭節點在匯聚節點的調度下，通過多跳中繼的方式將數據上報至匯聚節點。本發明打破了傳統的協議棧之間的層級關系，將整個通信協議作為一個整體進行全局設計，進而達到能耗減少、時延降低的目的。

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡和電子測控領域，特別涉及了一種星鏈型無線傳感器網絡無層通信方法。

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks:WSN)是由一系列造價低廉、能耗節約、尺寸適中、具備一定計算能力，并且能在短距離內進行無線通信的大量多功能傳感器節點，通過自組織方式構成的一種新型無線網絡。由于其具有靈活性高、容錯性強、高保真和部署快速等特點，成為近年來通信學科的熱點研究領域，也成為一種入侵偵查、周邊監控、信息采集和提供軍事區域后勤支援的可靠軍事化應用。同時，WSN在其他領域也有著越來越多的表現，如基于傳感器的個人健康監測、海洋生態系統實時監控、工業生產領域設備健康監測等。

隨著研究的不斷深入和應用場景的多樣化，無線傳感器網絡技術取得了一系列重大進展，同時，也帶來了一系列新的問題和挑戰，主要集中在：MAC協議、路由協議、定位技術、拓撲控制和能量管理五個方面。由于傳感器本身電源能量的局限性，節能降耗又是其中的重中之重，貫穿了無線傳感器網絡發展的各個階段，也成為目前制約WSN發展的一個瓶頸問題。因此，無線傳感器網絡中所有技術的實現都要以節能為第一要素。

星型和鏈型都是無線傳感器網絡中常見的拓撲結構。星型結構具有組網簡單的優點，但是網絡覆蓋范圍有限，可靠性差，一旦簇頭節點失效整個星型網絡將無法正常工作；鏈型結構只能保證監測的長度，在大范圍的應用中無法保障監測的全面性。

分層協議具有擴展方便、維護簡單的優點，因此傳統的WSN多采用此種設計思想進行協議設計。但是無線傳感器網絡存在節點能量受限、動態信道、內存和數據處理能力不足等特點，使得傳統的分層設計思想并不完全適合無線傳感器網絡。

發明內容

為了解決上述背景技術提出的技術問題，本發明旨在提供一種星鏈型無線傳感器網絡無層通信方法，打破傳統的協議棧之間的層級關系，減少能耗，降低時延。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案為：

一種星鏈型無線傳感器網絡無層通信方法，包括以下步驟：

(1)結合星型網絡拓撲結構和鏈型拓撲結構的特點，對無線傳感器網絡采用星鏈型的節點部署方案；其中，每個星型簇的成員節點采集數據，匯總至所在簇的簇頭節點，然后簇頭節點按照多跳中繼的方式傳輸至匯聚節點；

(2)所有傳感器節點初始化后即進入偵聽狀態，通過接收匯聚節點發送的同步信標幀完成時間同步并加入整個網絡，之后立即進入睡眠狀態；

(3)各傳感器節點休眠結束后醒來，各星型簇進行簇內數據傳遞，直至將數據傳遞至該星型簇的簇頭節點；

(4)各個簇頭節點在匯聚節點的調度下，通過多跳中繼的方式進行簇間數據傳遞，直至將數據上傳至匯聚節點。

進一步地，每個星型簇包括1個簇頭節點和6個簇成員節點，且簇頭節點位于簇成員節點圍成的正六邊形的中心處，6個簇成員節點的編號按照逆時針的方向依次增大，各個星型簇的簇頭節點依次連接，直至到達匯聚節點，從而構成無線傳感器節點的鏈型拓撲結構，各個簇頭節點的編號按照其與匯聚節點距離的增大而增大。