[发明专利]一种随机部署的无ID传感器节点两跳时隙分配方法

说明书

技术领域

本发明属于无线网络通信技术领域，具体涉及一种随机部署的无ID传感器节点两跳时隙分配方法。

背景技术

在很多无线传感器网络应用中，大量的传感器节点需要随机部署在监测区域中。在完成节点部署的初始阶段，各传感器节点对网络环境信息了解很少，例如部署的节点数目、邻居节点个数、网络拓扑等。此外，这些传感器节点甚至可能没有ID地址。这是因为在实际应用中，对大量廉价的通用传感器节点逐一设置独立永久ID，十分麻烦。而且，设置这种永久的独立ID地址，需要较长的位数以保证唯一性，这对实际面向简单数据采集应用的传感器节点而言，显然将造成较大的通信开销。为了让这些初始随机部署的无ID节点迅速组建成一个无线传感器网络，显然节点之间需要建立可靠的通信链路，以便进行一定的消息交互。通常节点间的通信链路分为两种形式：随机竞争和时分复用。前者由于必须有确认机制，因而无法在无ID情况下适用。后者由于能够为两跳内的节点建立独立的时隙信道，有效避免网络通信中的冲突干扰问题，因而可以在无ID情况下完成信息确认，所以成为一种可行的链路形式。然而，要想在没有这些初始无ID的节点中进行两跳时隙分配，节点之间必须完成一定的消息交换，这又反过来需要链路的建立。所以，时隙分配和链路建立，两者是一个相互制约相互依赖的关系。因此，如何在初始随机部署的无ID节点中进行两跳时隙分配，建立时分复用的通信链路，成为一个挑战性问题。现有的无线传感器网络时隙分配方法主要有如下：

(1)基于通信链路的时隙分配，见Ted Herman，Sebastien Tixeuil，“ADistributed TDMA Slot Assignment Algorithm for Wireless Sensor Networks”，Lecture Notes in Computer Science，Vol.3121，2004，pp.45-58，这种方法完成在无线传感器网络中的两跳时隙分配，然而它假设节点间链路已经存在，在分配中节点可以自由传递消息，这显然不适用于初始随机部署的传感器节点。

(2)基于节点ID的时隙分配，见Johannes Schneider and RogerWattenhofer，“Coloring unstructured wireless multi-hop networks”，inProceedings of PODC，Calgary，Alberta，Canada，Aug.2009，pp.210-219，这种方法初始无链路的节点进行两跳甚至更多跳的时隙分配，然而它假设节点已经有自己的ID，这使得在分配中节点可以对自己收到的信息进行确认，因而不适用于初始无ID的传感器节点。

因此，上述方法由于假设了节点之间已经建立了通信链路，或者假设了节点已经分配了ID，因此，不适宜用于基于随机部署的无ID传感器节点。

发明内容

本发明的目的是提供一种随机部署的无ID传感器节点两跳时隙分配方法，可以在传感器节点对周围部署环境一无所知且不携带自身ID情况下，实现对节点的两跳时隙分配。

一种随机部署的无ID传感器节点两跳时隙分配方法，各节点存储有相同的时隙号列表，该方法具体为：

(1)各节点通过随机广播数据包实现时钟同步，初始化自身状态为竞争节点；

(2)各竞争节点随机广播数据包，并记录各次广播数据包的时钟，数据包携带有竞争节点自身存储的时隙号列表中的第一个时隙号信息；当某竞争节点收到数据包，则记录收到该数据包的时钟，并将自身状态更新为非竞争节点，最终持续到任何竞争节点的邻居范围内没有竞争节点；

(3)非竞争节点随机广播在步骤(2)中收到数据包的时钟，竞争节点收到邻居范围内所有非竞争节点广播的时钟，从中选出最小时钟与自身在步骤(2)中各次广播数据包的时钟比较，若存在与最小时钟相同的时钟，则获取该时钟对应广播的数据包中携带的时隙号，而剩下的未获取时隙号的节点删除时隙号列表中第一个时隙号，并更新自身状态为竞争节点，返回步骤(2)，直到所有节点成功获取时隙号。

作为优化，所述步骤(1)～(3)均以概率p＝1/Δ广播，Δ为节点的邻居个数上限。