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专利号: 2017102436019
申请人: 河海大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2023-11-20
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多链型无线传感器网络的无分层通信方法,其特征在于,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。

2.根据权利要求1所述多链型无线传感器网络的无分层通信方法,其特征在于,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。

3.根据权利要求1所述多链型无线传感器网络的无分层通信方法,其特征在于,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:上式中,Plimit为接收节点的功率门限值,Pt为节点发射功率,Pr为节点接收功率,Gt为节点发射增益,Gr为节点接收增益,λ为监测区域内节点的平均密度,d为发射节点和接收节点之间的距离,β为损耗系数。

4.根据权利要求1所述多链型无线传感器网络的无分层通信方法,其特征在于,所述分配时隙请求为RTA0请求,RTA0请求包括链编号、应答节点ID和时隙ID;应答节点是每条链路上距离汇聚节点最远的一跳节点,每条链路上的应答节点根据链编号获取相应的时隙ID。

5.根据权利要求4所述多链型无线传感器网络的无分层通信方法,其特征在于,所述动态时隙部署的过程如下:(a)汇聚节点广播RTA0请求;

(b)每条链路上的应答节点n1收到RTA0请求后,取出时隙ID,并在随机退避一段时间后向下一跳传感器节点n2发送CTA0请求,CTA0请求包括数据发送时间、时隙ID、数据发送标志位和节点ID;

(c)节点n2收到CTA0请求后,首先根据数据发送标志位计算时隙长度,并根据数据发送时间部署数据接收时隙和下一跳的数据上传时隙,若节点n1和n2均无数据发送,则不进行时隙部署,直到汇聚节点收到来自某条链路的CTA0请求,表示该条链路时隙部署完成;

(d)每个传感器节点在收到上一跳节点发送的CTA0请求后,会向上一跳节点返回一个确认信息。

6.根据权利要求1所述多链型无线传感器网络的无分层通信方法,其特征在于,当某条链路上的节点出现传输错误时,重新建立新路由:设某条链路上的节点n1在向下一跳节点n2进行数据传输时,发现链路中断,此时节点n1处于侦听阶段,并发送一个RTS消息帧听两条邻链的信道是否空闲,若两条邻链空闲,则节点n1会向两条邻链上与节点n2处于同一时隙的两个节点a2和b2持续发送路由请求,在接到路由请求后,节点a2和b2首先会判断自己的剩余能量,如果剩余能量低于一个特定的值将忽略此次请求,如果两条相邻的链路的剩余能量都满足条件,则向节点n1发送一个确认帧,那么节点n1根据收到的确认帧的先后来确定新路由,节点n1加入新路由,汇聚节点对新路由所在链路进行时隙重分配。

7.根据权利要求1所述多链型无线传感器网络的无分层通信方法,其特征在于,在数据传输过程中引入临时休眠机制,过程如下:(A)每个传感器节点设有一个计数器,初始值为一个大于0的整数;

(B)若某传感器节点在接收时隙内没有收到来自上一跳节点的数据,则该节点的计数器减1;

(C)若节点n1的计数器为0,则进入省电模式,即在下一个接收时隙到来的时候,该节点n1只在接受时隙的开始阶段侦听一个时间t,t的时长要大于接收一个WAKEUP报文的时间,若没有数据接收,则立即进入睡眠模式,节省能耗;

(D)当链路恢复正常,节点n1的上一条节点首先向节点n1发送一个WAKEUP消息,防止节点n1处于省电模式,WAEKUP消息仅包含下一节点ID和链编号,节点n1在时间t内接收到了这个WAKEUP消息,计数器恢复初始值,并在自己的接收时隙内正常接收数据。

8.根据权利要求1所述多链型无线传感器网络的无分层通信方法,其特征在于,在数据传输过程中引入拥塞控制机制,包括阻止传感器节点参与通信来控制拥塞以及控制节点生成数据包的速率来控制拥塞;当传感器节点满足下式才能参与通信:上式中,pi为节点i传输数据包的错误率,λi,Relay为节点i传输数据包的源速率,λi,Src为节点i传输数据包的延时速率,Tpacket为节点i传输数据包到下一跳节点的平均持续时间;

当检测到拥塞时,数据包的生成速率如下式计算:

上式中,λ(t+Δt)为当前时刻的数据包生成速率,λ(t)为上一时刻的数据包生成速率,Δt为时间间隔,v、α为速率控制因子,v>1,α>0。

9.根据权利要求1所述多链型无线传感器网络的无分层通信方法,其特征在于,为了避免最后一跳数据传输在汇聚节点处发生碰撞,出现丢包,因此在时隙分配时保证各条链路的第一跳的时隙不同。