專利名稱：：基于Mesh和分簇相結(jié)合的無線傳感網(wǎng)通信調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別地，涉及一種無線傳感網(wǎng)通信調(diào)度方法。技術(shù)背景無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國際上備受關(guān)注的、由多學(xué)科高度交叉的新興前沿研究熱點領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事國防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災(zāi)、危險區(qū)域遠(yuǎn)程控制等許多領(lǐng)域都有重要的科研價值和巨大實用價值，已經(jīng)引起了世界許多國家軍界、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，被認(rèn)為是將對二十一世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一，它將會對人類未來的生活方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。許多研究表明，單一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只是側(cè)重于無線傳感網(wǎng)組網(wǎng)問題的某一個方面，總是存在一定的性能和功能上的不足。當(dāng)前，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都趨向于采用混合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以結(jié)合不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點，得到更加優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和組網(wǎng)方式。Mesh結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于網(wǎng)絡(luò)中的路由建立。分簇的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)成為無線傳感網(wǎng)研究的重要方向之一。在規(guī)?；臒o線傳感網(wǎng)中，分簇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在拓?fù)涔芾?、能量效率方面都具有明顯的優(yōu)勢。分簇的結(jié)構(gòu)將大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)劃分為多個小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，從而降低了拓?fù)涔芾淼碾y度。分簇結(jié)構(gòu)中引入節(jié)點睡眠機制，可以有效實現(xiàn)節(jié)能。骨干節(jié)點的大功率簇間通信會對簇內(nèi)通信帶來干擾；節(jié)點的睡眠會對網(wǎng)絡(luò)的連通性帶來負(fù)面影響。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，滿足網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的通信的需要，本發(fā)明提供了一種基于Mesh和分簇相結(jié)合的無線傳感網(wǎng)通信調(diào)度方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種基于Mesh和分簇相結(jié)合的無線傳感網(wǎng)通信調(diào)度方法，無線傳感網(wǎng)由骨干節(jié)點BB、簇頭節(jié)點CH和簇成員節(jié)點CM組成；其中，BB之間是Mesh結(jié)構(gòu)，BB與CH,CM之間是分簇結(jié)構(gòu)，該方法包括以下步驟(4)形成BB節(jié)點超幀BB節(jié)點形成自己的超幀，周期性廣播攜帶有超幀信息的Beacon幀；(5)形成CH節(jié)點超幀CH節(jié)點收到BB的Beacon幀，申請加入BB組建的簇。CH被BB批準(zhǔn)加入簇后，形成自己的超幀，周期性廣播攜帶有簇內(nèi)通信信息的Beacon幀；(6)形成CM節(jié)點超幀CM節(jié)點收到CH的Beacon幀，申請加入CH組建的簇。CM經(jīng)CH批準(zhǔn)加入簇后，形成自己的超幀。本發(fā)明的有益效果是，1.通過簇內(nèi)通信時段的劃分和引入節(jié)點睡眠機制，有效的解決了簇間大功率通信對簇內(nèi)通信的干擾以及節(jié)點過度空閑偵聽的問題。2.本發(fā)明適用于相當(dāng)一部分典型的無線傳感網(wǎng)應(yīng)用，同時可以作為其他無線傳感網(wǎng)通信調(diào)度方法的擴展基礎(chǔ)。圖l是三類節(jié)點超幀結(jié)構(gòu)示意圖；其中，虛線表示該終點時刻可能因該時段的實際長度小于預(yù)設(shè)長度，或者時段的起始時刻前移，而向前移。具體實施方式本通信調(diào)度方法的主要思想是，簇內(nèi)通信方面，上層節(jié)點形成調(diào)度周期后，以周期性廣播Beacon幀的形式通知下層節(jié)點，以便下層節(jié)點加入上層節(jié)點組建的簇以及維護(hù)與上層節(jié)點的時鐘同步；簇間通信方面，由骨干節(jié)點負(fù)責(zé)路由建立和簇間數(shù)據(jù)傳輸。無線傳感網(wǎng)由骨干節(jié)點(BB)、簇頭節(jié)點(CH)和簇成員節(jié)點(CM)組成。其中，BB之間是Mesh結(jié)構(gòu)，BB與CH，CM之間是分簇結(jié)構(gòu)。節(jié)點以超幀為周期組織通信的調(diào)度。網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點形成自己的超幀，包括以下步驟一、形成BB節(jié)點超幀BB節(jié)點形成自己的超幀，周期性廣播攜帶有超幀信息的Beacon幀0二、形成CH節(jié)點超幀CH節(jié)點收到BB的Beacon幀，申請加入BB組建的簇。CH被BB批準(zhǔn)加入簇后，形成自己的超幀，周期性廣播攜帶有簇內(nèi)通信信息的Beacon幀0三、形成CM節(jié)點超幀CM節(jié)點收到CH的Beacon幀，申請加入CH組建的簇。CM經(jīng)CH批準(zhǔn)加入簇后，形成自己的超幀。經(jīng)歷上面3個階段，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點將形成自己的超幀。從中可以看出，超幀的形成是一個由BB發(fā)起的，自上而下的過程。下面對各個節(jié)點的超幀進(jìn)行介紹。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>3.CM的超幀CM的超幀包括4個時段，它們依次是Scan時段，R印ort時段，Sync時段，Sle印時段。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本發(fā)明的超幀結(jié)構(gòu)如附圖l所示。圖中以BB節(jié)點的超幀周期作為基準(zhǔn)，解釋了CH、CM的超幀結(jié)構(gòu)關(guān)系。所有節(jié)點一個超幀周期的時間長度都相同，用符5Tsuperf咖e表不。超幀中各個時段的長度，由以下方法確定。1.BB的超幀時段確定BB的一個超幀周期包括2個時段，Broadcast時段和Communication時段。一個超幀周期中第一個時段是Broadcast時段，其預(yù)設(shè)長度是r&。^敏，該時段內(nèi)BB節(jié)點以退避的方式向管理范圍內(nèi)的CH廣播Beacon幀。Broadcast時段的實際長度取決于該超幀周期內(nèi)BB成功廣播Beacon幀需要的時間;。具體關(guān)系式如下-"M,』1"BroadcastJBroadcast，JI一^Broadcast,Broadcast時段結(jié)束后，是Communication時段。該時段內(nèi)BB節(jié)點的任務(wù)包括路由建立和數(shù)據(jù)傳輸。Communication時段的長度是，丄BB"Communic:ation丄SuperftameJBB-Broadcast2.CH的超幀時段確定CH的一個超幀周期包括了7個時段，Scan時段，Sync時段，Sle印(Sync與Broadcast之間)時段，Broadcast時段，Collect時段，R印ort日寸段，Sle印(R印ort之后到超幀周期結(jié)束)時段。Scan時段用于掃描BB的Beacon幀，其長度等于BB的Broadcast時段的實際長度，即，71=71。化H-S咖BB-BroadcastDSync時段，CH啟動時鐘同步計算進(jìn)程，根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整本地時鐘，保證與BB節(jié)點的時鐘同步，其長度等于同步計算需要的時間，艮P，r一rnJCH-Sync一"1Sync0CH的Broadcast時段的起點由BB節(jié)點指定，用符號f,表示，同時用符號/。表示Scan時段的預(yù)設(shè)終點。那么有下面的關(guān)系式成立，"-~="X(TcH-Broadcast+^TH-Collect+^H-Report)>Sync。Sle印(Sync與Broadcast之間)時段的長度用符號rcH.s一表示為，^"cH-Sleepl="x(^:H-Broadcast+^;H-Collcct+^:H-Report)-^，+71—71』Broadcast化H-Sc肌Broadcast時段，CH無沖突地廣播Beacon幀，其長度等于發(fā)送Beacon幀需要的時間;，n,艮P，r=r。iCH層BroadcastBeaconaCollect時段，CH接收來自CM的數(shù)據(jù)包，其長度用符號7c^。b。R印ort時段，CH無沖突地向BB發(fā)送數(shù)據(jù)包。假設(shè)CH發(fā)送數(shù)據(jù)包需要的時間為r^，那么有，=<[0,緩沖區(qū)無數(shù)據(jù)RePOTt=ljData,緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)。Sle印(R印ort之后到超幀周期結(jié)束)時段的長度用符號7^.^。2表示為，^yr/JTryr乂CH匿Sleep2=乂Superframe—乂CH-Scan—乂CH-Sync—^CH-Sleepl一71—7"—TiCH-Broadcast』CH-Collect"4CH-Report3.CM的超幀時段確定CM的一個超幀周期中包括4個時段Scan時段，R印ort時段，Sync時段，Sle印時段。Scan時段，CM掃描CH的Beacon幀，其長度等于CH的Broadcast時段的長度，即，化M-Scan1CH-Broadcast0R印ort時段，CM以退避方式向CH發(fā)送數(shù)據(jù)包，其長度等于CH的Collect時段的長度，艮P，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>其中K的計算，如果該超幀周期內(nèi)，CM以退避方式成功發(fā)送一次數(shù)據(jù)包需要的時間為S，那么有，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>Sync時段，CM啟動時鐘同步計算進(jìn)程，根據(jù)結(jié)果調(diào)整本地時鐘，保證與CH節(jié)點的時鐘同步，其長度等于同步計算需要的時間，艮P，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>Sleep時段的長度，為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>權(quán)利要求1.一種基于Mesh和分簇相結(jié)合的無線傳感網(wǎng)通信調(diào)度方法，其特征在于，無線傳感網(wǎng)由骨干節(jié)點BB、簇頭節(jié)點CH和簇成員節(jié)點CM組成；其中，BB之間是Mesh結(jié)構(gòu)，BB與CH，CM之間是分簇結(jié)構(gòu)，該方法包括以下步驟(1)形成BB節(jié)點超幀BB節(jié)點形成自己的超幀，周期性廣播攜帶有超幀信息的Beacon幀；(2)形成CH節(jié)點超幀CH節(jié)點收到BB的Beacon幀，申請加入BB組建的簇。CH被BB批準(zhǔn)加入簇后，形成自己的超幀，周期性廣播攜帶有簇內(nèi)通信信息的Beacon幀；(3)形成CM節(jié)點超幀CM節(jié)點收到CH的Beacon幀，申請加入CH組建的簇。CM經(jīng)CH批準(zhǔn)加入簇后，形成自己的超幀。全文摘要本發(fā)明公開了一種基于Mesh和分簇相結(jié)合的無線傳感網(wǎng)通信調(diào)度方法，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點周期性地執(zhí)行各自的任務(wù)調(diào)度，實現(xiàn)節(jié)點之間的通信。本通信調(diào)度方法的主要思想是，簇內(nèi)通信方面，上層節(jié)點形成調(diào)度周期后，以周期性廣播Beacon幀的形式通知下層節(jié)點，以便下層節(jié)點加入上層節(jié)點組建的簇以及維護(hù)與上層節(jié)點的時鐘同步；簇間通信方面，由骨干節(jié)點負(fù)責(zé)路由建立和簇間數(shù)據(jù)傳輸。本通信調(diào)度方法通過簇內(nèi)通信時段的劃分和引入節(jié)點睡眠機制，有效的解決了簇間大功率通信對簇內(nèi)通信的干擾以及節(jié)點過度空閑偵聽的問題。本發(fā)明提出的通信調(diào)度方法，適用于相當(dāng)一部分典型的無線傳感網(wǎng)應(yīng)用，同時可以作為其他無線傳感網(wǎng)通信調(diào)度方法的擴展基礎(chǔ)。文檔編號H04L12/56GK101252512SQ20081005996公開日2008年8月27日申請日期2008年3月5日優(yōu)先權(quán)日2008年3月5日發(fā)明者劉海濤,姚道遠(yuǎn),杰沈,鄧瀚林,黃河清申請人:中科院嘉興中心微系統(tǒng)所分中心