一种星链型无线传感器网络无层通信方法技术

本发明专利技术公开了一种星链型无线传感器网络无层通信方法。采用星‑链型拓扑结构构建整个网络，采用无层方法设计通讯协议。所有传感器节点初始化后即进入侦听状态，通过接收来自汇聚节点的信标帧完成时间同步；星型簇成员节点在进行时间同步时，能够在对应的时隙内醒来，并确认簇头节点可达后，向其发送采集到的数据，各簇头节点同时接收所属簇成员节点发送的信息；各个簇头节点在汇聚节点的调度下，通过多跳中继的方式将数据上报至汇聚节点。本发明专利技术打破了传统的协议栈之间的层级关系，将整个通信协议作为一个整体进行全局设计，进而达到能耗减少、时延降低的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种星链型无线传感器网络无层通信方法
本专利技术属于无线传感器网络和电子测控领域，特别涉及了一种星链型无线传感器网络无层通信方法。
技术介绍
无线传感器网络(WirelessSensorNetworks:WSN)是由一系列造价低廉、能耗节约、尺寸适中、具备一定计算能力，并且能在短距离内进行无线通信的大量多功能传感器节点，通过自组织方式构成的一种新型无线网络。由于其具有灵活性高、容错性强、高保真和部署快速等特点，成为近年来通信学科的热点研究领域，也成为一种入侵侦查、周边监控、信息采集和提供军事区域后勤支援的可靠军事化应用。同时，WSN在其他领域也有着越来越多的表现，如基于传感器的个人健康监测、海洋生态系统实时监控、工业生产领域设备健康监测等。随着研究的不断深入和应用场景的多样化，无线传感器网络技术取得了一系列重大进展，同时，也带来了一系列新的问题和挑战，主要集中在：MAC协议、路由协议、定位技术、拓扑控制和能量管理五个方面。由于传感器本身电源能量的局限性，节能降耗又是其中的重中之重，贯穿了无线传感器网络发展的各个阶段，也成为目前制约WSN发展的一个瓶颈问题。因此，无线传感器网络中所有技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星链型无线传感器网络无层通信方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)结合星型网络拓扑结构和链型拓扑结构的特点，对无线传感器网络采用星链型的节点部署方案；其中，每个星型簇的成员节点采集数据，汇总至所在簇的簇头节点，然后簇头节点按照多跳中继的方式传输至汇聚节点；(2)所有传感器节点初始化后即进入侦听状态，通过接收汇聚节点发送的同步信标帧完成时间同步并加入整个网络，之后立即进入睡眠状态；(3)各传感器节点休眠结束后醒来，各星型簇进行簇内数据传递，直至将数据传递至该星型簇的簇头节点；(4)各个簇头节点在汇聚节点的调度下，通过多跳中继的方式进行簇间数据传递，直至将数据上传至汇聚节点。

【技术特征摘要】
1.一种星链型无线传感器网络无层通信方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)结合星型网络拓扑结构和链型拓扑结构的特点，对无线传感器网络采用星链型的节点部署方案；其中，每个星型簇的成员节点采集数据，汇总至所在簇的簇头节点，然后簇头节点按照多跳中继的方式传输至汇聚节点；(2)所有传感器节点初始化后即进入侦听状态，通过接收汇聚节点发送的同步信标帧完成时间同步并加入整个网络，之后立即进入睡眠状态；(3)各传感器节点休眠结束后醒来，各星型簇进行簇内数据传递，直至将数据传递至该星型簇的簇头节点；(4)各个簇头节点在汇聚节点的调度下，通过多跳中继的方式进行簇间数据传递，直至将数据上传至汇聚节点。2.根据权利要求1所述星链型无线传感器网络无层通信方法，其特征在于：每个星型簇包括1个簇头节点和6个簇成员节点，且簇头节点位于簇成员节点围成的正六边形的中心处，6个簇成员节点的编号按照逆时针的方向依次增大，各个星型簇的簇头节点依次连接，直至到达汇聚节点，从而构成无线传感器节点的链型拓扑结构，各个簇头节点的编号按照其与汇聚节点距离的增大而增大。3.根据权利要求2所述星链型无线传感器网络无层通信方法，其特征在于：在步骤(2)中，汇聚节点广播固定数目的同步信标帧，各传感器节点收到汇聚节点发送的同步信标帧后，根据帧类型判断收到的数据是否为同步信号，随即进入睡眠状态直到属于自己的侦听时隙到来；各传感器节点根据收到的信标帧号以及汇聚节点发送的信标帧总个数，再结合自己的节点编号，计算出下次唤醒的时间。4.根据权利要求2所述星链型无线传感器网络无层通信方法，其特征在于：簇成员节点的睡眠时间的计算公式如下：上式中，表示簇成员节点收到同步信标帧后的睡眠时间，m代表汇聚节点一共发送的时间同步信标帧帧数，j代表该簇成员节点接收到的信标帧的序号，j<m，tbeacom为汇聚节点发送一个时间同步信标帧所用的时间，tslot为簇成员节点进行一次数据采集和发送需要的时隙长度，i为当前簇成员节点的编号，1≤i≤6；簇头节点的睡眠时间的计算公式如下：上式中，为簇头节点收到同步信标帧后的睡眠时间，j代表该簇头节点接收到的信标帧的序号，j<m。5.根据权利要求4所述星链型无线传感器网络无层通信方法，其特征在于，步骤(3)中所述簇内数据传递的步骤如下：(31)簇成员节点发送控制消息数据帧给簇头节点，询问此时簇头节点是否处于侦听状态且空闲；(32)簇头节点接收到控制消息数据帧后，如果条件符合则回复确认消息数据帧；如果处于休眠状态或者异常情况，则不执行任何操作；(33)簇成员节点如果收到簇头节点回复的确认消息数据帧，则立即上传数据消息数据帧给簇头节点；如果簇成员节点在一个时隙tslot内没有收到确认消息数据帧，则直接进入休眠状态，不再发送数据消息数据帧；(34)数据消息数据帧上传至簇头节点，至此一次完整的簇成员节点数据传输完成，随即进入睡眠状态，同时下一个簇成员节点开始进行数据传输；簇成员节点按...

【专利技术属性】
技术研发人员：严锡君，刁宏志，于凡，孙颖，潘晓陈，赵姗姗，范媛媛，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32