[发明专利]一种分簇链状无线传感器网络通信方法

说明书

本发明公开了一种分簇链状无线传感器网络通信方法。采用分簇‑链状拓扑构建网络，采用WOR模式设计通讯协议。所有传感器节点初始化完成后进入WOR模式，可由汇聚节点唤醒；汇聚节点周期性地向所有传感器节点发送同步信标帧，对整个网络进行时间同步，并调度网内簇首节点及其簇成员节点分时、协调地传输数据，并接收簇首节点发送过来的监测数据；在簇内周期，簇成员节点在对应的时隙醒来后，向簇首节点发送采集到的数据，各簇首节点同时接收簇成员节点发送的信息，互不干扰；在若干个簇间周期，簇首节点在汇聚节点的调度下，两两醒来传输数据，并通过多跳中继的方式将数据上报至汇聚节点。本发明具有较低的能耗和较高的可靠性，延长了网络生命周期。

技术领域

本发明属于无线传感网络领域，特别涉及了一种分簇链状无线传感器网络通信方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks:WSN)是由一系列价格低廉、能耗小、尺寸适中、具备数据采集和计算能力，并且能在短距离内进行无线通信的大量传感器节点，通过自组织构成的一种特定用途的新型无线网络。由于其具有灵活性高、容错性强和部署快速等特点，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。由于传感器本身电源能量的局限性，节能降耗成为目前制约WSN发展的一个瓶颈问题。因此，无线传感器网络中所有技术的实现都要以节能为第一要素。

分簇和链状都是无线传感器网络中常见的拓扑结构。分簇结构具有组网简单的优点，但是网络覆盖范围有限，可靠性差，一旦簇头节点失效整个星型网络将无法正常工作；链状结构只能保证监测的长度，在大范围的应用中无法保障监测的全面性。

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分簇链状无线传感器网络通信方法，结合分簇和链状拓扑结构，弥补单一网络结构的存在的缺陷。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种分簇链状无线传感器网络通信方法，包括以下步骤：

(1)结合分簇拓扑结构和链型拓扑结构的特点，对无线传感器网络采用分簇链状的节点部署方案；其中，每个簇的簇成员节点采集数据，并汇总至所在簇的簇首节点，然后簇首节点按照多跳中继的方式将数据传输至汇聚节点；

(2)所有传感器节点初始化完成后进入WOR状态，汇聚节点进入发送状态；整个网络完成一轮数据收集需要N+1个周期，包含1个簇内周期和N个簇间周期，N为簇的数量；

(3)进入簇内周期，汇聚节点发送簇内信标帧，唤醒网络内全部传感器节点，簇成员节点在对应的时隙醒来后，向簇首节点发送采集到的数据，各簇首节点同时接收所属簇成员节点发送的信息，互不干扰；

(4)进入簇间周期，汇聚节点发送同步信号帧，唤醒所有簇首节点，相邻簇首节点两两进入工作状态，通过多跳中继的方式将数据上报至汇聚节点；

(5)进入睡眠周期，所有传感器节点处于休眠状态，直至下一轮数据收集周期。

进一步地，网络中的每个分簇包括1个簇首节点和n个簇成员节点，且簇头节点位于簇成员节点的中心处，在一个分簇内，簇首节点的编号为0，各簇成员节点的编号按照逆时针的方向从1开始依次递增；各簇首节点依次连接，直至到达汇聚节点，从而构成链型拓扑结构，在链型拓扑结构中，各簇首节点的编号按照其与汇聚节点距离的增大而从1开始依次递增。

进一步地，步骤(3)的具体步骤如下：

(31)汇聚节点发送包含m个帧的簇内信标帧，唤醒网络内全部传感器节点；