[发明专利]一种多链型无线传感器网络的无分层通信方法

说明书

本发明公开了一种多链型无线传感器网络的无分层通信方法，所述多链型无线传感器网络采用星‑链式拓扑结构，汇聚节点位于监测区域的中心，每条链上的传感器节点通过多跳方式向汇聚节点传输信息，将通信协议分为时间同步模块、数据融合模块、功率控制模块和介质访问控制模块，通信过程依次为，全网初始化、汇聚节点对全网进行时间同步以及传感器节点均同步进行周期性侦听和睡眠。本发明克服了传统分层通信方法存在的缺陷，改善和优化了无线传感网络的性能。

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，特别涉及了一种多链型无线传感器网络的无分层通信方法。

背景技术

随着无线传感器网络的技术发展和应用，其在工程中的应用越来越广泛，线型无线传感器网络和星型无线传感器网络作为常见的网络拓扑结构，具有广泛的应用前景和发展空间。但是单独的线型无线传感器网络和星型无线传感器网络的拓扑结构在工程应用中的范围都比较小，因此，目前更趋向于研究结合两种拓扑结构的特点的多链式的混合拓扑结构。另外，对于无线传感器网络本身的研究热点主要集中在3个方面的关键技术上：网络通信协议、网络管理技术、网络支撑技术，主要体现在：MAC协议、路由协议、节能降耗以及节点定位四个方面。由于无线传感器网络节点由电池供电，节点的生命周期决定了网络的生命周期，因而从节能降耗的角度设计传感器网络成为当今研究热点。

影响无线传感器网络生命周期的一个重要因素是网络协议。目前广泛使用的网络协议有zigbee、182.15.4等基于层次结构的网络协议，但是，由于无线信道的动态变化特性、无线介质的不可靠性、广播特性、WSN的能量、存储能力、通信能力、计算能力资源受限等特点，使得此类网络协议不能良好的应用于多链型无线传感器网络。因此，需要研究一种适用于多链型无线传感器网络的网络协议，从而更好的实现网络资源分配，延长网络生命周期并提高网络可靠性。

为了解决上述分层协议带来的问题，无分层协议应运而生。目前基于无分层设计方法的无线传感器网络协议并不是很多，多数对无分层协议的研究仅仅是提出一个理论框架，并没有应用到实际的应用场景中，已提出的几个无分层协议也不适用于工业应用中的多链型传感器网络。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种多链型无线传感器网络的无分层通信方法，克服传统分层通信方法存在的缺陷，改善和优化无线传感网络的性能。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种多链型无线传感器网络的无分层通信方法，所述多链型无线传感器网络采用星-链式拓扑结构，汇聚节点位于监测区域的中心，每条链上的传感器节点通过多跳方式向汇聚节点传输信息，通信过程如下：

(1)对整个网络进行初始化，包括初始化传感器节点的功率控制表、流量速率以及一个睡眠周期的时长；

(2)汇聚节点对全网进行时间同步，保证每条链上的传感器节点时间是一致的，相互之间能够进行数据传输；

(3)时间同步之后，各传感器节点均同步进行周期性侦听和睡眠，在侦听阶段，汇聚节点开始发送分配时隙请求，传感器接收到请求后开始动态时隙部署，在睡眠阶段，传感器节点根据部署好的时隙在规定的时间内醒来进行数据传输。

进一步地，采用粗粒度方式进行时间同步；由汇聚节点广播包含编号的一系列信标帧，以保证网内所有传感器节点至少接收到一个信标帧，各传感器节点根据信标帧的编号计算唤醒时间，达到时间同步的目的。

进一步地，每个传感器节点均建立和维护一个功率控制表，用于存放本节点与其相关的传感器节点之间的最优功率值，根据具体通信需要从功率控制表中取出相应的功率值，并在链路发生变化时，对功率控制表进行相应更新；任意两跳传感器节点之间的最优功率值的计算公式如下：