[发明专利]用于线状监测网络的节能MAC与路由跨层方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于线状监测网络的节能MAC(Media Access Control)和路由跨层方法，利 用本方法，不仅保证传输的健壮性和可靠性，而且实现节点的低能耗，长寿命。尤其适用于 物理线状监测网络及电池不易更换场合。

背景技术

目前低速无线组网领域各层都有大量的方法，包括MAC实现如典型的802.15.4，SMAC， TMAC等，路由实现如AODV，DD，LEACH等。然而针对线状监测网络场合，简单采用两层 结合并不能达到能耗和可靠性最优的特点，尤其对节点能量有限，不易更换电池的场合，可 能造成节点早死而导致整个网络瘫痪的后果。

此外，现在工业上运用比较成熟的无线组网的Zigbee协议，其主要适应于星型结构，其 协调节点通过超帧结构来同步周围的节点实现通信，在线状场合，无法用一个中心来同步所 有节点，从而直接用成熟的Zigbee协议也不能达到理想的效果，综上所述，我们认为在现今 应用得越来越多的，线状场合如管道监测，道路监测，燃气组网抄表，该提出一种具有针对 性的，适应性好的方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种低耗能，高可靠性的用于线状监测网络的节能MAC与路 由跨层方法，专门针对现实生活中的线状网络场合，实现监测。本方法能够实现，周期性地 对网络监测所有节点进行数据采集并传至汇聚节点，若网络中发生节点损坏的现象，则通过 跨跳的方法实现网络的健壮传输。

为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于线状监测网络的节能MAC和路由跨层方法。其特征在于，对所有节点预先按照物 理位置，配置逻辑ID；通信由端节点发起，MAC协议基于睡眠唤醒机制实现，且唤醒方法为 群唤，被唤醒的节点具有根据收到数据中的ID和方向信息自动判断是否睡眠或者继续侦听， 节点在选择下跳节点时，路由层根据MAC层数据中上一跳节点信息自动选择下一跳；邻居节 点在被呼节点无回复情况时，可跨跳应答；当前节点融合以前所有节点数据并向下一级传输， 从而减少发送无用信息，提高能耗效率。

上述技术方案采用以下具体步骤来实现：

(1)首先我们根据节点的位置对其进行逻辑ID编号，ID编号规则为按物理位置的左 右顺序逐跳加一，从而节点可判断其两个方向上最近的邻居节点。我们将线状网的数据汇集 的两个方向分为正向汇集和反向汇集，在进行数据汇集时，每跳节点发送的数据并不包含路 由信息，汇集由最远端(最左或最右端)节点发起汇集。所有节点平时都采用睡眠唤醒的方 式，节点间采用通过异步唤醒方式通信。

(2)汇聚由线状网中端节点发起，汇聚发起端节点先发送足够长的唤醒序列，长度需大 于节点的睡眠侦听周期，待唤醒序列发送完毕，发送一帧握手帧，然后处于侦听状态等待目 的节点的应答。

(3)被唤醒的节点根据发起节点的ID判断，若为其目的节点，即发起节点的一跳邻居 节点，则保持侦听直至收到发起节点的握手帧，从而建立与发起节点的连接，进行数据传输。 其他所有被唤醒节点则一直保持侦听状态。

(4)若被唤醒节点虽然不是本跳目的节点，但却是下一跳目的节点，且在收到发送节 点的唤醒信号后，并未侦听到本跳目的节点的回复，则主动应答，与发送节点建立连接，完 成跨层传输。

(5)前跳的目的节点在完成上一跳数据的接力传输后，成为下一跳的发起节点，作为当 前跳节点，该节点融合前面所有的数据，生成新的数据包。启动传输时，当前跳节点先发一 帧试探帧，若有应答，则直接建立连接，进行下一跳数据传输，否则，按照发起节点相同方 法发送唤醒序列，进行下一级汇聚传输。

(6)被唤醒节点根据接收到的MAC数据，唤醒序列中的ID信息和方向信息判断自身 情况，判断自己是否目的节点，当为目的节点时，等待发送节点的唤醒序列发送完毕，回发 应答帧，与呼叫节点建立连接并通信。如果不是目的节点，但出于数据汇聚方向上，仍然保 持侦听。

(7)若被唤醒节点虽然不是本跳目的节点，但却是下一跳目的节点，且在收到发送节 点的唤醒信号后，并未侦听到本跳目的节点的回复，则主动应答，与发送节点建立连接，完 成跨层传输。

(8)回到第(5)步，并重复步骤(5)-(8)，直至线状数据链路汇聚完成。 数据传输至另一端汇聚节点。