随机分布无线传感网分簇拓扑建立与重建的跨层设计实现方法

摘要

本发明涉及一种随机分布无线传感网分簇拓扑建立与重建的跨层设计实现方法。本发明结合MAC层超帧调度实现分簇拓扑的快速建立与故障恢复；拓扑重建触发依据不同情况，或由簇头广播重建消息，或由备份簇头检测故障后广播重建消息，以启动拓扑重建进程。本发明通过网络层与媒体接入层的跨层设计，精简网络协议，实现了网络拓扑的快速重建，尽量减小对网络正常工作的影响，降低组网与网络故障恢复的控制开销，实现轻量级高效的无线传感网网络协议设计。

主权项

一种随机分布无线传感网分簇拓扑建立与重建的跨层设计实现方法，其特征在于它包括：A.节点身份确定与组网进程，包含下列线程：a1、信道侦听线程；节点初始化后，持续侦听信道一定时间，若接收到簇头消息，则转入a3，启动入网线程，若接收到其他节点的信息，则更新自身邻居表；a2、信息交互线程：节点间通过周期性的Hello消息交互自身信息，并以此为依据竞争簇头；a3、节点入网线程；未竞争成功的节点向其邻居簇头发送入网申请以完成分簇组网过程；B.网络正常工作进程节点的正常工作时间以超帧周期为单位，每个超帧周期包括簇内通信时段、簇间通信时段及簇内与簇间广播时段；簇间通信时段与邻居簇头通信；在簇内通信时段，簇头需要收集簇成员信息以选择合适的备份簇头节点；备份簇头节点的选择步骤：在簇内通信时段，簇头节点启动备份簇头节点的选举进程，指示所有簇成员节点发送携带备份簇头选择所需信息到簇头节点；收集完所需信息后，簇头节点计算每一个簇成员节点做为备份簇头节点的合格度，选择最合适的作为备份簇头节点；C.网络维护与拓扑重建进程，包括：a.拓扑重建进程的触发(1)簇头节点：能量达到阈值，在簇内通信时段广播MSG_CLUSTER_REBUILD消息，改变自身身份为身份未确定的节点;(2)备份簇头：备份簇头在检测到簇头失效，置自身为簇头，在簇内通信时段广播MSG_CLUSTER_REBUILD消息，启动拓扑重建进程；或者在接收到簇头的MSG_CLUSTER_REBUILD消息后，置自身为簇头，开始广播BEACON帧;(3)簇成员节点接收到MSG_CLUSTER_REBUILD消息或者检测到簇头失效的情况下，置自身为身份未确定的节点，启动重入网进程；所述的重入网进程包括：设置WaitCH簇头定时器，如接收到Beacon帧，则设置自身状态为PreCM，PreCM节点局部入网登记；如没有接收到Beacon帧且WaitCH定时器超时，则设置自身状态为簇头，簇头节点局部组网；b.执行拓扑重建进程在拓扑重建阶段，簇头节点仍然维护超帧周期，定时广播BEACON帧，而身份未确定的节点则执行重入网进程。