[发明专利]一种长距离线型无线传感器网络跨层通信方法

权利要求书

1.一种长距离线型无线传感器网络跨层通信方法，其特征在于：包含以下步骤：

(1)对无线传感器网络采用双链式拓扑结构，每个汇聚节点仅与两个传感器节点进行通信；

(2)汇聚节点进行全网周期性时间同步；

(3)时间同步之后，各传感器节点均同步进行周期性侦听及睡眠，所述周期性侦听及睡眠依次包含侦听阶段和睡眠阶段，在侦听阶段，传感器节点通过发送时隙部署请求完成全网传感器节点的时隙部署，在睡眠阶段，传感器节点根据自身的时隙部署进行数据传输；

所述时隙部署请求为LS-RTS请求，所述LS-RTS请求包括RTS、链编号和数据发送时间，RTS里包含数据发送所需时间，链编号用于区别是否为同一路由路径上的传感器节点，数据发送时间是该传感器节点部署的数据发送时隙；

所述侦听阶段某一路由路径：源节点-传感器节点N1-…-传感器节点Nn-汇聚节点，n为自然数，完成时隙部署的具体过程是：

a)所述源节点计算数据发送时间，广播LS-RTS信号；

b)传感器节点N1接收到该LS-RTS信号，部署时隙，并计算下次数据发送时间存到其对应的LS-RTS信号中，然后传感器节点N1调节发送功率使得源节点和传感器节点N2都在其通信半径内，发送本节点的LS-RTS信号；

c)当源节点收到传感器节点N1的LS-RTS信号时则认为步骤(3)的时隙部署请求发送成功，传感器节点N2收到传感器节点N1的LS-RTS信号时，重复步骤b)，直至传感器节点Nn接收到来自传感器节点Nn-1的LS-RTS信号；

d)传感器节点Nn回复CTS信号给传感器节点Nn-1，以保证建立通信。

2.根据权利要求1所述一种长距离线型无线传感器网络跨层通信方法，其特征在于：每个传感器节点通过固定路由的方式向汇聚节点传输数据，即传感器节点路由的路径是已知的。

3.根据权利要求1所述一种长距离线型无线传感器网络跨层通信方法，其特征在于：每个传感器节点都将数据存储在自己的缓冲区，每个传感器节点都设置一个缓冲区数据量最大值，若传感器节点当前的缓冲区数据量超过该最大值，则表示出现网络拥塞，该传感器节点停止中继其他传感器节点的数据，并降低自身数据采集速率。

4.根据权利要求1所述一种长距离线型无线传感器网络跨层通信方法，其特征在于：传感器节点在传输数据时，将具有相同汇聚节点和相同数据类型的数据融合后再上传。

5.根据权利要求1-4任意一项所述一种长距离线型无线传感器网络跨层通信方法，其特征在于：所述步骤(2)中的时间同步采用粗粒度同步方式，由汇聚节点广播包含编号的一系列信标帧，以保证网内所有节点均至少接收到一个信标帧，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。

6.根据权利要求1所述一种长距离线型无线传感器网络跨层通信方法，其特征在于：所述传感器节点在接收LS-RTS请求后，需要通过通信门限判决公式来判定是否具备通信条件，若具备通信条件，则部署时隙，若不具备通信条件，则当前传感器节点根据已知的所有节点的位置，找到能够参与通信的邻居节点，调节自身发射功率，使得两者之间可以建立通信；

所述通信门限判决公式：

当

其中，I＝1表示具备通信条件，I＝0表示不具备通信条件，ε_LS-RTS是信号LS-RTS的信噪比，ε_TH是该传感器节点的信噪比门限值，β是该传感器节点的当前缓冲区数据量，β^max是该传感器节点的缓冲区数据量最大值，E_res是该传感器节点的剩余能耗；E_min是该传感器节点的低能耗限制，d、d_des、d_src分别表示当前传感器节点位置、汇聚节点位置、源节点位置。