[发明专利]分簇结构无线传感器网络及其MAC实现方法

说明书

本发明提供一种分簇结构无线传感器网络的MAC实现方法，以及应用该实现方法的无线传感器网络。该实现方法包括四大过程，分别是：簇频率选择、初始时隙划分、休眠或发送数据、时隙调整。具体的：当簇头节点发送的簇头公告的频率与不同簇的簇头频率发生碰撞时，令对方簇头节点进行频率调整；根据簇内各成员节点的剩余能量进行初始时隙划分；通过是否需要发送数据而将无线模块进行休眠或唤醒，并在发送数据前后进行控制信息的发送；在后续的帧中根据上一帧的忙闲程度动态调整当前帧的时隙。本发明能够使无线传感器网络的总体能耗下降，并有效减少了平均数据包的传输延迟。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，特别涉及一种分簇结构无线传感器网络的MAC实现方法，以及使用该方法的无线传感器网络。

背景技术

无线传感器网络是一种将传感器技术和无线通信技术相结合的网络。无线传感器网络的具体实现是将传感器节点散步在监控区域内，并通过它们的能量模块提供能源，通过传感器进行数据采集，通过控制模块进行数据的聚合，并通过无线模块进行数据的发送或转发。随着电子器件技术的发展，无线传感器网络的建立成本不断下降，应用也越来越广泛，并在工业、农业、畜牧业、渔业、军事、医疗等行业取得了良好的应用。

由于无线传感器网络的随机布放，传感器节点的持续工作是其关键点。由于传感器节点的尺寸较小，难以支撑较长的供能，更换电池也不容易。因此，如何设计无线传感器网络的协议，使得网络的总体能耗尽量减小，是无线传感器网络设计的重点。

对于规模较大的无线传感器网络而言，为了加强网络的管理，同时优化能耗，有必要进行网络的分簇。对于分簇结构的无线传感器网络，设计一种高效的MAC实现方法，有助于整个网络的能耗节省。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供分簇结构无线传感器网络及其MAC实现方法，从而尽量减少无线传感器网络的总体能耗。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种分簇结构无线传感器网络的MAC实现方法，包括：A.簇频率选择：簇头节点发送簇头公告，当与不同簇的簇头频率发生碰撞时，令对方簇头节点进行频率调整；B.初始时隙划分：根据簇内各成员节点的剩余能量，进行初始时隙划分；C.休眠或发送数据：传感器节点在没有数据需要发送时保持无线模块休眠，而在需要发送数据时将无线模块唤醒，并在发送前后发出控制信息；D.时隙调整：根据上一帧的忙闲程度，进行时隙的动态调整。

于本发明一实施例中，所述A.簇频率选择的方法包括以下步骤中的一种或两种组合：A1.簇头节点在预先设置的频率表中选择尚未被占用的频率作为簇头频率，并通过公共信道发送簇头公告；A2.当本簇的成员节点收到其它簇的簇头节点发出的簇头公告时，判断对方的簇头公告中拟使用的频率与本簇已使用的频率是否相同；若否，则在预先设置的频率表中将对方的簇头公告所使用的频率标记为已占用；若是，则对于能量低于一定值的簇头节点，令其保留频率；对于能量高于一定值的簇头节点，通知其重新选择所述频率表中的空闲频率并再度发出簇头公告。

于本发明一实施例中，所述簇头公告包括的内容有：簇头节点号、选用频率、及簇头能量。

于本发明一实施例中，所述B.初始时隙划分的方法包括以下步骤中的一种或两种组合：B1.在网络初始状态下，所有传感器节点都未发送过数据，此时根据簇内节点的剩余能量进行时隙划分；B2.对于包含1个簇头和n个成员节点的簇，令簇头编号为0，成员节点编号为1至n，则成员节点i所分配到的时隙长度为T(i)，T(i)＝kTmin，其中，Tmin为最小能量段所分配的时隙长度，k为成员节点i的能量所位于的能量段的段号，k通过