专利名称：基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制方法
技术领域：
本发明涉及一种无线传感器网络拓扑控制实现方法。
背景技术：
随着传感器技术、无线通信技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术的飞速发展和 日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器和网络开始大范围出现。无线 传感器网络能够协作地实时检测、跟踪和采集网络布设区域内的各种环境或监测对象的信息， 并对这些信息进行协同、融合处理，获得较为准确的结论，然后传送至用户。它在军事、环 境监测、医疗卫生、工业自动化、公共安全等方面具有广泛的应用前景。
微型传感器节点一般采用电池供电使得传感网的一大特点是能量受限，为了延长网络寿 命首要考虑因素是提高能量效率，使节点在无需参与网络工作或获取传感数据时尽量进入睡 眠状态。同时在网络生存期间，节点会动态的加入和离开网络，因此要求网络具有良好的可 扩展性。传感器网络的另一个重要特点是应用特定性，为了提高上传数据信息熵和事件准确 率，网络节点间常需要多类型传感器、多节点协同信息处理，并要求实现被监测区域的无缝 覆盖，因此，传感器网络具有节点布设密度高，节点感知信息具有冗余性等特点。另外，无 线传感器网络不依赖于固定的基础设施，网络节点要求具有自组织能力。
针对以上特点，传统的平面拓扑控制机制已不能满足无线传感器网络的大规模组网的要 求，而且不能很好的支持局部数据融合、高效能耗管理以及传感器的工作、休眠调度机制等， 因此，分簇机制已经成为部署和实现高效可扩展性密集布设无线传感器网络的拓扑控制方法。 它与平面拓扑结构相比，在数据汇聚、融合、能量效率、满足网络QoS要求等方面能取得较 好的改善。现有的分簇方法有几类，如低能量自适应分簇分级算法(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy, LEACH )、混合能效分布分簇方法(Hybrid Energy-Efficient Distributed Clustering, HEED)等，主要关注如何形成基本分簇结构，而没有考虑有效的 簇间通信机制，只是简单的假设簇头可一跳到基站，该假设对于能量受限的传感节点来说是 过于苛刻和较难实现的。较为著名的S-MAC协议虽然也提出了虚拟分簇的思想，但从拓扑控 制上来讲，仍旧是一种平面结构，因此无法有效支持大规模网络的需求，而且S-MAC本身在 设计上存在着如边界节点负担过重、无网络能量均衡机制、无法有效支持数据融合等问题。 Zigbee在802. 15. 4的基础上提出了簇树的拓扑控制机制，伹该方案是一种完全集中式组网方 法，对网络布设的方式要求较高，而且在网络时延与规模可扩展性方面存在严重制约。而其 他一些分簇算法虽然考虑了簇间通信机制，但往往是在假设全局时间同步的前提下进行，而 这一假设对于大规模无线传感器网络来说难以实现或网络额外开销过大。还有一类簇间通信 机制是通过簇间的网关节点来实现，但对于网络生存周期为主要衡量指标的无线传感器网络 来说，要有效保持与周围所有邻居簇的簇间通信，就须保证对应的簇间网关节点处于工作状 态，因此，网络整体时序控制复杂，不利于网络扩展和节能。簇间通信若完全基于簇头间竞 争接入机制实现，则会导致簇间干扰严重、数据传输效率低等问题。近来也有关于采用虚拟 多天线(MIM0)技术来实现簇间通信，但该方法对于簇头物理层实现要求较高，且对节点间 协同、同步和方案预制要求极高，缺乏可实現性。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制方法。本 发明采用如下技术方案
一种基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制方法，包括以下步骤
A、 物理分簇，确定各节点的簇头或簇成员身份，形成物理簇；
B、 虛拟分簇，通过分布式竞争的方式，所述物理簇的簇头产生自身或遵从相邻簇簇头产 生的周期调度表，使相邻物理簇的簇头组成周期性工作、休眠同步的虚拟分簇，并通过自适 应通信机制实现所述簇头间的通信。所述虚拟簇间自适应通信时段根据对方簇间通信时段的 相对起始、结束时间，在本簇头超帧周期中的相应位置设定。
作为本发明的一种优选方式，所述步骤A具体包括以下步骤
al、节点上电启动后，扫描附近是否存在簇头；如果是，则进入步骤a3，否则转步骤a2; a2、通过分布式竞争方式，选举出物理簇簇头，其余节点的身份标记为簇成员； a3、以簇成员身份申请加入该簇头所在物理簇，并服从物理簇的周期时间调度策略。 作为本发明的又一优选方式，所述步骤a2具体为，节点周期性地发送包含自身基本属性 和加权平均值信息的信息帧，同时侦听、接收邻居节点的信息帧，完成邻居发现和节点的局 部信息收集，根据加权平均值的选举算法选举出物理簇簇头，其余节点的身份标记为簇成员。 作为本发明的再一优选方式，在所述步骤a2确定各节点的簇头或簇成员身份之后，所述
簇成员在所述簇头确立自己的周期调度策略后申请加入该物理簇，该物理簇的簇成员到该簇 头均为一跳可达。
作为本发明的再一优选方式，所述周期调度表包括同步时段、簇内通信时段、簇间通信
时段和休眠时段， 一个调度周期为一个超帧，所述簇头及簇成员均依据所在物理簇簇头的周 期调度表来设置各自的休眠、工作时段。
作为本发明的一种改进，在所述步骤B具体为，
M、所述簇头确立身份后，在一段时间内扫描邻居簇头的包含周期调度表相对起始时刻 信息的同步帧，如果扫描到，则进入步骤b3，否则转步骤b2;
b2、所述簇头产生自身的周期调度表，并广播包含自身周期调度表相对起始时刻信息的 同步帧；
b3、所述簇头接收该同步帧，判定是否己确立自身的周期调度表，如果是，则进入步骤 b4，否则转步骤b5;
b4、所述簇头判定自身的周期调度表与接收到周期调度表是否相同，如果是，则进入步 骤b6,否则转步骤b7;
b5、所述簇头遵从该接收到周期调度表，并广播包含自身周期调度表相对起始时刻信息 的同步帧；
b6、所述簇头记录并更新邻居簇头列表，该邻居簇头列表记录自身及邻居簇头的周期调 度信息；
b7、所述簇头根据邻居簇头列表判定是否已存在和自身调度周期相同的邻居簇头，如果 是，则进入步骤b8，否则转步骤b9;
b8、所述簇头根据接收周期调度表修正自身周期调度表，建立和该邻居簇头的簇间通信 时段，更新邻居簇头列表，并广播包含自身周期调度表相对起始时刻信息的同步帧；
b9、所述簇头抛弃自身周期调度表，转步骤5。
作为本发明的又一改进，所述步骤B后还包括
C、网络值守，按照所述周期调度表以超帧方式进行周期性的同步、簇内通信、簇间通信 和休眠调度。
作为本发明的再一改进，所述步骤C的周期性同步方法为，所述簇头以某一同步周期通 过同步帧广播自身的周期调度表，所述邻居簇头通过该同步帧进行时间重同步，新建立的物 理簇簇头通过扫描、接收该同步帧，服从现有虚拟分簇的周期调度表。
作为本发明的再一改进，所述步骤C中还包括一邻居虚拟簇发现步骤，各簇头在某一段
期间内侦听一个同步周期，以发现邻居虚拟簇。
作为本发明的再一改进，所述侦听为连续侦听，在此同步周期内，簇头在所述超帧的休
眠时段均保持侦听状态。
作为本发明的再一改进，所述步骤C中还包括一新成员节点邀请步骤，在所述超帧的簇 内通信时段设有邀请时隙，所述簇头以某一周期在邀请时隙发送邀请帧，新成员通过扫描该 邀请帧，向所述簇头申请加入现有物理簇，并接受该物理簇的周期调度表。
本发明提供的基于双重分簇的分布式拓扑控制方法，它以具有较好的网络负载均衡特性 和簇头分布均匀性的物理分簇结构为基础，同时通过分布式选择和维护各物理分簇的周期性 工作调度表，使相邻物理簇的簇头组成休眠唤醒自动同步的虚拟分簇，通过自适应通信机制 实现不同簇头间通信，从而在无需全局网络同步的前提下，实现局部信息传输的同步和簇间 多跳到基站的数据传输，并减少控制开销和簇间帧冲突概率。同时基于虚拟分簇局部簇头轮 换策略来进一步均衡网络负载。本发明在物理分簇的基础上，形成了一个使邻居簇头能彼此 自由通信的骨干网拓扑结构，同步簇头间形成一个无簇内通信冲突的虚拟簇，很容易适应拓
扑结构的改变。本发明能在满足特定应用QoS要求的基础上有效的实现网络负载均衡，提高
网络能耗效率，延长网络系统寿命。依据本发明组建的无线传感器网络，在单信道的条件下 即可实现，大大节省物理层设计成本。 以下结合附图及实施例进一步说明本发明。
图1为本发明一个完整的超帧结构；
图2为本发明物理分簇控制流程图实施例；
图3本发明虚拟分簇流程图实施例。
具体实施例方式
为方便本发明实施例的描述，先介绍本发明实施例中使用的超帧结构及各时段的属性参 数。 一个调度周期为一个超帧。所述周期调度表规定了一个物理簇簇头和簇成员的工作、休 眠调度机制，主要包括同步时段、簇内通信时段、簇间通信时段和休眠时段， 一个调度周期 为一个超帧，所述簇头及簇成员均依据所在物理簇簇头的周期调度表来设置各自的工作、休
眠时段。如图1所示， 一个完整的超帧7>包括如下时段
簇间同步即同步时段7;^，为簇头发送同步帧设置，在该时段内有一定的时间余量，使每 次发送同步帧时按CSMA-CA机制发送。该时段可采用公共信道，较大级发射功率。
簇内通信时段7;^，主要分为簇内邀请时隙7;^、簇内同步时隙7;^—^和簇内上行通信
时段^t,a。簇成员在该时段内唤醒，在超帧的其他时段均处于休眠状态，以节省能耗。其中
簇内邀请时隙7;^，由簇头根据新成员节点加入网络的频繁度来决定邀请帧的发送间隔
周期，当新加入节点侦听到邀请时隙后，即在随后的簇内通信时段申请加入该物理簇，该时 隙采用公共信道，较低级发射功率。
簇内同步时隙r，c，为簇头和簇成员间同步和簇头下行帧而设置的，同步帧主要为了
纠正时钟漂移而引起的簇头与各簇成员节点的时间偏差，下行帧主要包括一些命令控制及时 隙预约等。该时隙采用本地信道，较低级发射功率。
簇内上行通信时段7;^。，主要为簇成员节点上行数据至簇头而设置，有两个主要时段
非竞争上行时段、随机竞争时段。非竞争上行时段中划分为若干时隙，由簇成员节点根据需 要在上一个超帧周期的随机竞争上行时段向簇头进行预约，然后由簇头在本超帧的簇内同步 时隙中通过时隙预约帧广播非竞争上行时段的使用情况。随机竞争上行时段由簇成员节点采 用时隙csma-ca访问机制与簇头进行通信。簇内上行通信时段采用本地信道，较低级发射 功率。
簇间通信时段7;^，主要为同一虚拟簇内簇头间相互通信而设置，保证在虚拟簇内以较
小的时延进行数据通信。若簇头c7/,只有一种调度周期，即C巧邻居簇头均在同一虚拟分簇内，
则簇间通信时段只要维护簇间通信时段即可。该时段采用公共信道，较大级发射功率。
虚拟簇间自适应通信时段7^^一^ ，主要为侦听邻居虚拟簇簇间通信而设置。当簇头C//,
位于两个虚拟簇交界时，即c/z,有邻居簇头位于另一个虚拟簇，则c/z,需要维护虚拟簇间自适
应通信时段，而对于Ci/,所有邻居簇头均在同一虚拟分簇内时，无需维护虚拟簇间自适应通
信时段。该时段采用公共信道，较大级发射功率。
休眠时段 ; ，如果簇头不在两个虚拟簇交界，则进入休眠节能状态，节点的通信模块
均关闭。
上述各时段的长度存在如下
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一种基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制方法，包括以下步骤A、物理分簇，确定各节点的簇头或簇成员身份，形成物理簇；如图1所示，具体包括以 下步骤-
al、节点上电启动后，扫描附近是否存在簇头；即扫描附近是否存在已经形成的物理簇; 为了尽量加入网络中现有的物理簇，先在公共信道上扫描A^个周期为j;,的时长，通过检测簇
头发出的邀请帧(Invite-Frame),判别周围是否存在物理簇。由新成员加入和节点移动
频繁度以及网络生存时间等因素决定。如在物理簇建立初期A^值较大，簇头会以较高的频率
发送邀请帧，而在物理簇生存后期A^值较小。；即为周期调度表的时长。邀请帧中可包含如
本簇周期调度表、本簇簇内通信所用信道、本簇成员饱和度等信息。如果周围已经存在物理 簇，则进入步骤a3，否则转步骤a2;
a2、通过分布式竞争方式，选举出物理簇簇头，其余节点的身份标记为簇成员；该步骤 具体可以是，节点周期性地发送(可采用现有技术中的载波侦听冲突避免多址接入方式， Carrier Sense Multiple Access-Collision Avoid, CSMA-CA)包含自身基本属性和加权平 均值信息的信息帧，同时侦听、接收邻居节点的信息帧，完成邻居发现和节点的局部信息收 集，根据加权平均值的选举算法选举出物理簇簇头，其余节点的身份标记为簇成员。并且在 确定各节点的簇头或簇成员身份之后，所述簇成员在所述簇头确立自己的周期调度策略后申 请加入该物理簇，该物理簇的簇成员到该簇头均为一跳可达。具体可以采用如下方式实现 在扫描期间没有收到邀请帧，进入簇头竞争选举阶段，每个节点以7;周期广播HELLO帧，同
时收集邻居节点信息。HELLO帧中包含节点自身的加权平均值。节点通过接收邻居节点的HELLO 帧来更新自身网络通信成本的加权平均值，更新后再通过HELLO帧进行广播。节点每次发送
服LL0帧均采用CSMA-CA方式，此过程持续K后可达到局部节点信息一致性，r =7;*A^， 7VA
为HELLO帧广播次数，iVA、 7;均可根据节点布设密度配置。其中，节点根据所收集的邻居节
点加权平均值分布，使用的策略例如基于最小加权平均值算法选举确定簇头和簇成员，该策 略可采用现有技术实现，在此省略对该部分的详细说明。
a3、以簇成员身份申请加入该簇头所在物理簇，并服从物理簇的周期时间调度策略。即 节点收到邀请帧，并在随后的簇内通信时段向簇头发起加入请求，得到簇头许可后开始按该 簇的周期调度表工作。
完成物理分簇后，簇成员虽已获知所在物理簇的簇头，但簇成员暂不正式向簇头申请加入物理簇，直至物理簇头确立自己的周期调度表，开始进入网络值守阶段。并且物理簇簇成 员到簇头均为一跳可达。在此阶段，各节点发射功率设置在较低的水平，该功率水平从统计 上保证节点具有一定数量的邻居数目即可。
B、虚拟分簇，物理簇簇头选举完成后，通过分布式竞争的方式，所述物理簇的簇头产生 自身或遵从相邻簇簇头产生的周期调度表，使相邻物理簇的簇头组成周期性工作、休眠同步 的虚拟分簇，并通过自适应通信机制实现所述簇头间的通信。虚拟簇并没有一个实际存在的 簇头，而是指维护同一周期调度表的物理簇簇头形成的虚拟集合。在此阶段，各簇头发射功 率设置在较高的水平，该功率水平从统计上保证每个簇头拥有合适的邻居簇头数目。簇头间 交换周期调度表，即在同步帧中告知邻居簇头本地调度周期的相)^起始时刻。
其中，所述虚拟分簇步骤B可具体采用图3所示的方式实现，具体描述如下 bl、所述物理簇簇头确立身份后，同样可采用CSMA-CA方式侦听无线信道，在一段时间 内扫描邻居簇头的包含周期调度表相对起始时刻信息的同步帧，例如扫描N个超帧调度周期 7>，以发现周围已经存在虚拟分簇。以保证当网络进入值守阶段后，簇头在N个超帧调度周
期7^中以较高的概率成功发送一次同步帧。如果扫描到，则转步骤b3，否则进入步骤b2;
b2、所述簇头判定是否己确立自身的周期调度表，如果是，则在下一调度周期进入网络 职守阶段；否则，产生自身的周期调度表，并广播包含自身周期调度表相对起始时刻信息的
同步帧；即以当前时间巧为基准建立自己的周期调度表。在本调度周期7;的同步时段内
(《，《+ ;，)以CSMA-CA方式向邻居簇头C/ft,和簇成员集aW5,广播宣布本地周期调度表的 同步帧；
b3、所述簇头接收该同步帧，判定是否已确立自身的周期调度表，如果是，则进入步骤 b4，否则转步骤b5;
b4、所述簇头判定自身的周期调度表与接收到周期调度表是否相同，如果是，则进入步 骤b6，否则转步骤b7;
b5、所述簇头遵从该接收到周期调度表，并广播包含自身周期调度表相对起始时刻信息
的同步帧；即釆用收到C/^的周期调度表，设C/4本调度周期的起始时刻为^ ，当前时刻为 ^ ，并在本调度周期剩余时段，々+7V )以CS區-CA随机退避方式向邻居簇头C/^,及 簇内成员节点CM^.广播自己的周期调度表，并在下一个调度周期开始时^ 进入网络职
守阶段；
b6、所述簇头记录并更新邻居簇头列表，该邻居簇头列表记录自身及邻居簇头的周期调 度信息；即记录C/^调度表簇间通信时段信息，然后根据接收到的周期调度表修改CZ/,的周
期调度表，设c/f,本调度周期的起始时刻为^当前时刻为/1 ，并在本调度周期剩余时段(^ ，
〔+;)以CSMA-CA方式向邻居簇头C他,及簇内成员节点CMy,广播C/7,.的周期调度表，并
在下一个调度周期按新的时段划分进入网络值守阶段，该种情况表明簇头C巧、C/^处于两
个虚拟簇的交界，两个簇头都需要知道对方的调度周期，并修改本地周期调度表，在超帧调 度周期中预留时段来保持两个虚拟簇间的正常通信；
b7、所述簇头根据邻居簇头列表判定是否已存在和自身调度周期相同的邻居簇头，如果 是，则进入步骤b8，否则转步骤b9;
b8、所述簇头根据接收周期调度表修正自身周期调度表，建立和该邻居簇头的簇间通信 时段，更新邻居簇头列表，并广播包含自身周期调度表相对起始时刻信息的同步帧；
b9、所述簇头抛弃自身周期调度表，转步骤5。
C、网络值守，按照所述周期调度表以超帧方式进行周期性的同步、簇内通信、簇间通信 和休眠调度。所述步骤C的周期性同步方法为，所述簇头以某一同步周期(例如各簇头C巧以
N个超帧调度周期;为同步周期r, = W *7V ，即在A^，个超帧周期内成功发送一次同步 帧)通过同步帧广播自身的周期调度表，所述邻居簇头通过该同步帧进行时间重同步，新建 立的物理簇簇头通过扫描、接收该同步帧，服从现有虚拟分簇的周期调度表。
其中，由于在虚拟分簇阶段可能存在广播帧冲突等问题，从而导致邻居簇头不能成功交 互周期调度表，即两个虚拟簇间无法正常通信；另外新建立的虚拟簇和邻近的虚拟簇由于周 期调度表的不同，可能无法正常接收到对方的同步帧，为保证在网络值守期间能发现邻居虚 拟簇的存在，保证网络的连通性，作为本发明的一种改进，所述步骤C中可包括一邻居虛拟 簇发现步骤，因为在网络值守阶段，簇头会以一定的同步周期间隔发送同步帧，因此各簇头 在某一段期间内侦听一个同步周期，即可实现邻居虚拟簇的发现。所述侦听可以是连续侦听，
在此同步周期内，簇头在所述超帧的休眠时段均保持侦听状态。即簇头e《连续工作一段较
长的时间^w，然后在一段紧接的长度为同步周期^的时间内，簇头C/Z,在休眠时段均保持侦 听唤醒状态，其他时段的工作机制保持不变。由于簇头的同步机制设置，在该时间范围内，
各个簇头均会以较高的概率成功发送一次同步帧。因此，通过邻居虚拟簇发现机制，可发现 邻居虚拟簇建立不同虚拟簇间的有效通信。7> ,可根据应用要求以及邻居簇头数等进行动态调整。
其中，当网络值守工作时，可能会有新的节点加入网络，或者少数节点从一个物理簇移 动到另一个物理簇，作为本发明的一种改进，所述步骤C中还包括一新成员节点邀请步骤， 在所述超帧的簇内通信时段设有邀请时隙，所述簇头以某一周期在邀请时隙发送邀请帧，新 成员通过扫描该邀请帧，向所述簇头申请加入现有物理簇，并接受该物理簇的周期调度表。 所述簇头发送邀请帧的周期性根据新成员加入和节点移动的频繁度确定。
权利要求
1、基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制方法，其特征包括以下步骤A、物理分簇，确定各节点的簇头或簇成员身份，形成物理簇；B、虚拟分簇，通过分布式竞争的方式，所述物理簇的簇头产生自身或遵从相邻簇簇头产生的周期调度表，使相邻物理簇的簇头组成周期性工作、休眠同步的虚拟分簇，并通过自适应通信机制实现所述簇头间的通信。
2、 根据权利要求1所述的基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制方法，其特征 在于所述步骤A具体包括以下步骤al、节点上电启动后，扫描附近是否存在簇头；如果是，则进入步骤a3，否则转步骤a2; a2、通过分布式竞争方式，选举出物理簇簇头，其余节点的身份标记为簇成员； a3、以簇成员身份申请加入该簇头所在物理簇，并服从物理簇的周期时间调度策略。
3、 根据权利要求2所述的基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制方法，其特征 在于所述步骤a2具体为，节点周期性地发送包含自身基本属性和加权平均值信息的信息帧， 同时侦听、接收邻居节点的信息帧，完成邻居发现和节点的局部信息收集，根据加权平均值 的选举算法选举出物理簇簇头，其余节点的身份标记为簇成员。
4、 根据权利要求3所述的基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制方法，其特征 在于在所述步骤a2确定各节点的簇头或簇成员身份之后，所述簇成员在所述簇头确立自己 的周期调度策略后申请加入该物理簇，该物理簇的簇成员到该簇头均为一跳可达。
5、 根据权利要求1所述的基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制方法，其特征 在于所述周期调度表包括同步时段、簇内通信时段、簇间通信时段和休眠时段， 一个调度 周期为一个超帧，所述簇头及簇成员均依据所在物理簇簇头的周期调度表来设置各自的休眠、 工作时段。
6、 根据权利要求5所述的基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制方法，其特征在于在所述步骤B具体为，bl、所述簇头确立身份后，在一段时间内扫描邻居簇头的包含周期调度表相对起始时刻信息的同步帧，如果扫描到，则进入步骤b3，否则转步骤b2;b2、所述簇头产生自身的周期调度表，并广播包含自身周期调度表相对起始时刻信息的同步帧-,b3、所述簇头接收该同步帧，判定是否已确立自身的周期调度表，如果是，则进入步骤 b4，否则转步骤b5;b4、所述簇头判定自身的周期调度表与接收到周期调度表是否相同，如果是，则进入步骤b6，否则转步骤b7;b5、所述簇头遵从该接收到周期调度表，并广播包含自身周期调度表相对起始时刻信息 的同步帧；b6、所述簇头记录并更新邻居簇头列表，该邻居簇头列表记录自身及邻居簇头的周期调 度信息；b7、所述簇头根据邻居簇头列表判定是否已存在和自身调度周期相同的邻居簇头，如果 是，则进入步骤b8，否则转步骤b9;b8、所述簇头根据接收周期调度表修正自身周期调度表，建立和该邻居簇头的簇间通信 时段，更新邻居簇头列表，并广播包含自身周期调度表相对起始时刻信息的同步帧；b9、所述簇头抛弃自身周期调度表，转步骤5。
7、 根据权利要求6所述的基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制方法，其特征 在于所述步骤B后还包括C、网络值守，按照所述周期调度表以超帧方式进行周期性的同步、簇内通信、簇间通信 和休眠调度。
8、 根据权利要求7所述的基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制方法，其特征在于所述步骤C的周期性同步方法为，所述簇头以某一同步周期通过同步帧广播自身的周期调度表，所述邻居簇头通过该同步帧进行时间重同步，新建立的物理簇簇头通过扫描、接 收该同步帧，服从现有虚拟分簇的周期调度表。
9、 根据权利要求7所述的基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制方法，其特征在于所述步骤C中还包括一邻居虚拟簇发现步骤，各簇头在某一段期间内侦听一个同步周期，以发现邻居虚拟簇。
10、 根据权利要求9所述的基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制方法，其特征在于所述侦听为连续侦听，在此同步周期内，簇头在所述超帧的休眠时段均保持侦听状态。
11、 根据权利要求7所述的基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制方法，其特征在于所述步骤C中还包括一新成员节点邀请步骤，在所述超帧的簇内通信时段设有邀请时隙，所述簇头以某一周期在邀请时隙发送邀请帧，新成员通过扫描该邀请帧，向所述簇头 申请加入现有物理簇，并接受该物理簇的周期调度表。
全文摘要
本发明涉及一种基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制实现方法，包括物理分簇步骤和虚拟分簇步骤，其中物理分簇步骤，确定各节点的簇头或簇成员身份，形成物理簇；虚拟分簇步骤则通过分布式竞争的方式，所述物理簇的簇头产生自身或遵从相邻簇簇头产生的周期调度表，使相邻物理簇的簇头组成周期性工作、休眠同步的虚拟分簇，并通过自适应通信机制实现所述簇头间的通信。本发明针对无线传感器网络的能量受限性、应用特定性、节点随机密集布设等特点，在满足特定应用的QoS要求的基础上有效的实现了网络负载均衡、提高网络能耗效率、延长网络系统寿命。
文档编号H04L12/28GK101184004SQ200710038130
公开日2008年5月21日 申请日期2007年3月16日 优先权日2007年3月16日
发明者刘海涛, 姚道远, 杰 沈, 袁晓兵, 涛 邢, 奎 马, 黄河清 申请人:中科院嘉兴中心微系统所分中心