专利名称：灌区监测无线传感器网络及其通讯协议的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种灌区监测无线传感器网络及其通讯协议，属于无线传感器网络和电子测控领域。
背景技术：
现有的灌区信息化系统，大多采用有线方式将水位、雨量、闸位、土壤含水量等传感器和数据采集器进行连接，传输水情、雨情、工情、墒情、旱情和气象等信息，这种方法存在布线复杂、线路易受意外损坏、安装和维护成本高的缺陷。同时，当需要增加测量参数时， 往往需要对数据采集器硬件和软件进行修改，系统的扩展性较差，使用不方便。为了克服以上缺陷，用无线通信取代有线通信，是灌区监测等工业应用的一个发展趋势。随着无线传感器网络技术的发展，因其具有通信便利、部署方便的优点，而得到了广泛的应用。将无线传感器网络技术应用于灌区信息化系统，构建面向灌区监测的无线传感器网络，以无线传输方式代替有线传输方式，可降低安装和维护成本，提高系统可靠性和扩展性。灌区信息化系统以对水情、雨情、工情、墒情、旱情和气象等自动化监测为基础，融合计算机、现代通讯、人工智能、数据库等技术，对水资源信息的自动采集、传输和处理，从而实现防汛、供水、发电、灌溉等优化调度，提高灌区水资源的合理开发利用。对于小型灌区，因其涵闸规模小，闸孔数不多，且只需监测水位、闸位和雨量等水情、雨情和工情数据，间位传感器节点、水位传感器节点和雨量传感器节点部署在汇聚节点周围，均以一跳的方式与汇聚节点交换信息，采用星型结构构建网络，可提高网络数据传输的可靠性和实时性。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有灌区数据采集系统的上述缺陷，提供一种灌区监测无线传感器网络，采用如下技术方案一种灌区监测无线传感器网络，其特征在于所述无线传感器网络采用星型拓扑结构，包括信息管理中心、汇聚节点和部署在汇聚节点周围，以一跳的方式与汇聚节点交换信息的多种传感器节点，传感器节点分为水位传感器节点，间位传感器节点和雨量传感器节点，传感器节点负责采集现场信息并进行处理获得有效数据，再将有效数据通过无线通信方式发送给汇聚节点；汇聚节点连接无线传感器网络和外部网络，对传感器节点发送来的数据进行分析，并将分析结果通过GPRS (General Packet Radio Service)网络发送给信息管理中心；信息管理中心根据接收到的数据判断传感器节点的工作状态，并采取相应措施。本发明的另一目的在于提供基于上述无线传感器网络的通讯协议，采用面向单覆盖 WSN(Wireless Sensor Networks)监测应用的 MAC (Media Access Control)协议-STAR MAC (STAR Media Access Control)。采用星型拓扑结构的无线传感器网络中汇聚节点和传感器节点之间，普遍采用基于TDMA(Time Division Multiple Access)的MAC协议。针对STAR-WSN(STAR-ffireless Sensor Networks)汇聚节点能量不限、较多采用星型结构的特点，对基于TDMA的MAC协议进行改进。具体方案如下采用面向单覆盖WSN监测应用的MAC协议-STARMAC，在无线传感器网络建立和使用过程中，位于监测现场的传感器节点都要经历加入网络、工作和退出网络三个步骤，汇聚节点始终处于发送/接收的循环工作状态，汇聚节点在发送阶段时，广播一定数目信标帧， 对网内节点进行同步并分配时隙；欲发送数据的传感器节点接收任一帧信标帧，建立同步并延时，待汇聚节点转入接收状态后，在规定时隙向汇聚节点发送数据。有益效果灌区监测无线传感器网络(Irrigation Monitor Wireless Sensor Network, MWSN)具有一般无线传感器网络的特点外，具有自身节点可部置、汇聚节点能量不限、单覆盖和数据流量不太大的特点。对多覆盖无线传感器网络的通讯协议等关键技术进行研究和改进，适用于IMWSN，可降低节点的功耗，延长节点的生命周期，并提高可靠性。IMWSN实现了灌区水情、雨情、工情、墒情等信息的自动采集、传输、显示、存储和处理，提高了灌区管理效率；提高了水的利用率，实现了科学用水、节约用水的目的；对发展灌区农业经济和水利经济，有效扩大灌溉面积，建设良好生态环境，实现灌区经济可持续发展可产生积极的作用。
图1是本发明的无线传感器网络体系结构。
图2是本发明专利的STAR-MAC协议改进MAC协议示意图。
图3是本发明专利的无线传感器网络功能说明图。
图4是本发明专利的汇聚节点结构图。
图5是本发明专利的汇聚节点硬件电路图。
图6是本发明专利的水位节点结构图。
图7是本发明专利的水位节点硬件电路图。
图8是本发明专利的雨量节点结构图。
图9是本发明专利的雨量节点硬件电路图。
图10是本发明专利的节点加入过程示意图。
图11是本发明专利的粗粒度的时间同步示意图。
图12完整的通信协议结构图。
图13平均能量消耗比较图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细阐述如图1所示，本发明的灌区监测无线传感器网络采用星型拓扑结构，包括信息管理中心、汇聚节点和部署在汇聚节点周围、以一跳的方式与汇聚节点交换信息的多种传感器节点，传感器节点分为水位传感器节点，间位传感器节点和雨量传感器节点，传感器节点负责采集现场信息并进行处理获得有效数据，再将有效数据通过无线通信方式发送给汇聚节点；汇聚节点连接无线传感器网络和外部网络，对传感器节点发送来的数据进行分析，并将分析结果通过GPRS网络发送给信息管理中心；信息管理中心根据接收到的数据判断传感器节点的工作状态，并采取相应措施。其中，信息管理中心服务器上运行管理软件，负责接收汇聚节点通过GPRS网络上传的传感器节点工作状态数据。当上传数据显示有节点工作失常，或者“死亡”时，应能及时采取相应措施。汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力比较强，它连接传感器网络与外部网络，把收集到的数据转发到外部网络上。它通过CCM20射频模块与传感器节点交换数据， 同时通过GPRS模块通过hternet和信息中心交换数据。汇聚节点的软件主要由看门狗初始化、CC2420初始化和数据传输三部分组成。系统上电完成初始化工作后，微处理器立即进入发送模式，向传感器节点发送同步信标帧和确认帧，然后进入接收模式，按时隙接收不同传感器节点发送过来的数据帧。若接收到实时数据，则通过串行口将该数据传送给GPRS模块，经GPRS网络和hternet网传送给信息中心，也即管理节点。在完成一个周期的处理后，进入下一个周期，不断循环，实现网络的功能。本发明的传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块组成。传感器模块通常包括传感器和模数转换器ADCs，基于观测的模拟传感器信号通过 ADC转换成数字信号，进而送给处理器处理；处理器模块负责控制整个传感器节点的操作， 存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据；无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；能量供应模块为传感器节点各部分提供运行所需能量，通常采用微型电池，如普通电池和太阳能电池等。大多数传感器网络的路由技术和传感任务需要高精度的定位知识，有时需要传感器节点执行特定任务，通常在传感器节点中包括定位和移动性能，节点中还可能包括定位、功率产生和移动等基于应用的组件。在灌区监测的无线传感器网络中主要由雨量传感器节点和水位\间位传感器节点组成。在水位/闸位传感器节点中常用的水位/闸位传感器有光电式编码器、机械式编码器等，采用格雷码、变形码等编码方式，大多采用并行方式输出编码值。微处理器 MSP430F149通过内部I/O 口读入传感器数据，进行处理后，通过射频模块CCM20发送。同时在测量河流、水库的水位时，由于船的航行等原因，水面会产生波浪，这会使得水位采集产生误差，因此，水位节点必须有消浪的功能。提高数据的准确性。其中雨量传感器节点的雨量传感器通常采用型翻斗式雨量计，分辨率大多为1毫米。当有降雨时，其内部两个轮流储雨的翻斗带动光电转换器，产生一个通断脉冲信号，即为一个雨量，用微处理器MSP430F149对该脉冲信号进行记录、处理，就可得到实时雨量值， 然后通过射频模块CCM20发送。在雨量采样电路中，有可能产生干扰，可根据当地的最大雨强用定时器来进行消除干扰。电路中采用了 RC滤波电路，并将雨量脉冲锁存到锁存中，用查询或中断的方式采集雨量信号。由于发生降雨的总时间不长，节点大部分时间处在掉电工作方式，掉电工作电流仅需18uA，干电池供电可工作很长时间。本发明的通讯协议采用单覆盖监测WSN的MAC协议-STAR MAC,无线传感器网络中星型结构的汇聚节点和传感器节点之间采用分簇结构，簇首和簇成员之间普遍采用基于 TDMA的MAC协议。针对星型结构的STAR-WSN汇聚节点能量不限的特点，STAR-MAC协议是以TDMA的MAC协议为原型的一种改进协议。在STAR MAC协议中，在无线传感器网络建立和工作时，位于监测现场的传感器节点都要经历加入网络、工作和退出网络三个步骤，汇聚节点始终处于发送/接收状态的循环，汇聚节点在发送阶段时，广播一定数目信标帧对网内节点进行同步并分配时隙，欲发送数据的传感器节点接收任一帧信标帧，建立同步，待汇聚节点转入接收状态后，在规定时隙向汇聚节点发送数据。该协议如图2所示。该无线传感器网络的功能说明图如图3所示。本具体方式中，无线传感器网络设置有ι个信息管理中心1、η个汇聚节点2，η为自然数，每个汇聚节点周围部署有传感器节点，包括上游水位传感器节点3，下游传感器节点4，间位传感器节点5、6以及雨量传感器节点7。传感器节点的传感器模块采集相应的现场信息(如水位，间位，雨量等)，然后将采集到的信息经过传感器节点的处理器模块进行处理获得有效数据，将有效数据通过传感器节点的无线通信模块发送给无线传感器网络的汇聚节点，汇聚节点的处理器模块将无线接收模块接受的数据进行分析，将其分析结果通过GPRS网络发送给信息管理中心，当接收到的传感器节点工作状态数据显示有节点工作失常，或者“死亡”时，应能及时采取相应措施。该无线传感器网络的通信协议是对基于TDMA的MAC协议进行改进，基本思想为汇聚节点始终处于发送/接收状态的循环，汇聚节点在发送阶段时，广播一定数目信标帧对网内节点进行同步并分配时隙，欲发送数据的传感器节点接收任一帧信标帧，建立同步，待汇聚节点转入接收状态后，在规定时隙向汇聚节点发送数据。本发明的灌区监测无线传感器网络汇聚节点的结构如图4所示，第一电源电路8 的输出端分别接串行接口电路9、第一单片机电路10和第一射频电路11的电源输入端，串行接口电路9的信号输出、输入端分别与第一单片机电路10的信号输入、输出端连接，第一单片机电路10的信号输入、输出端分别接第一射频电路11的信号输出、输入端。本发明的灌区监测无线传感器网络汇聚节点的电路如图5所示，灌区汇聚节点的主控制器采用高性能ARM处理器LM3S6918，其中第一电源电路8的3. 3V输出电压对其进行供电，串行接口电路9中的串行口收发器SP3223EEA的输出端RlO与第一单片机电路10 的LM3S6918的输入端PD2端口连接，串行电路接口 9的串行接口电路中的串行口收发器 SP3223EEA的输入端TlI与LM3S6918的输出端PD3端口连接，串行接口电路9的SP3223EEA 的RlIN和TlOUT端口与GPRS模块的串口进行连接，第一单片机电路10的LM3S6918的端口 PC7、PC6、PC5、PC4、PA3、PA2、PA5、PA4、PB3和PB2分别与第一射频电路11中的射频芯片 CC2420 的端口 FIFO、FIFOP, CCA、SFD, CSN、SCLK, Si、SO、RESETN 和 VREG_EN 连接。第一射频电路11中还包含电容C26，C27，C28，C29，C30组成的滤波电路，电容C34，C35，C36组成的滤波电路，R_BIAS管脚接41欧姆的电阻，由晶振XTAL_2，电容C43和C44组成的时钟电路，由电感L4，L5，L6和电容C31，C37，C39，C40组成的发送\接收路径与天线连接。灌区检测的无线传感器网络的汇聚节点模块使用交流电供电，采用高性能的ARM 处理器技术，射频技术和无线传感器网络技术。采用高性能的AC/DC变换模块产生工作电源，用串口收发器SP3223EEA构成RS232串口并通过GPRS实现与信息中心的数据交换，射频芯片CCM20通过天线接受传感器节点发送过来的数据，用嵌入式微处理器LM3S6918接收CCM20发送过来的数据，并及时通过RS232串口和GPRS将数据发送出去。1.灌区水位/闸位、雨量传感器节点
1. 1水位/闸位传感器节点本发明的水位/闸位传感器节点的结构如图6所示，第二电源电路12的输出端分别接水位/闸位接口电路13、第二单片机电路14和第二射频电路15的电源输入端，水位/ 闸位接口电路13的信号输出端与第二单片机电路14的信号输入连接，第二单片机电路14 的信号输入、输出端分别接第二射频电路电路15的信号输出、输入端。本发明的水位/闸位传感器节点的电路如图7所示，水位/闸位接口电路13中的水位传感器WATER(X24J19A)的16位并行输出端口 P2分别连接第一缓冲器U4(74HC20) 和第二缓冲器 U3 (74HC20)，第一缓冲器 U4 (74HC20)的输出端 1Y1，1Y2，1Y3，1Y4，2Y1，2Y2， 2Y3，2Y4 与第二单片机电路 14 的 MSP430F149 的 Pl. 0，Ρ1· 1，Ρ1· 2，PL 3，PL 4，PL 5，PL 6， PL 7 连接，第二缓冲器U3 (74HC20)的输出端 IYl，1Y2，1Y3，1Y4，2Y1，2Y2，2Y3，2Y4 与第二单片机电路 14 的 MSP430F149 的 P6. 0，P6. 1，P6. 2，P6. 3，P6. 4，P6. 5，P6. 6，P6. 7 连接，第二单片机电路 14 的 MSP430F149 的端口 P2. 0、Ρ2· 3、Ρ2· 1、Ρ2· 2、Ρ5· 0、Ρ5· 3、Ρ5· 1、Ρ5· 2、Ρ2· 5 和Ρ2. 4分别与第二射频电路15中的射频芯片CCM20的端口 FIFO、FIFOP, CCA、SFD, CSN、 SCLK, Si、SO、RESETN和VREG_EN连接。第二射频电路15中还包含电容C3, C4, C5, C6, C7 组成的滤波电路，电容C11，C12，C13组成的滤波电路，R_BIAS管脚接43K欧姆的电阻，由晶振XTAL_2,电容C21和C20组成的时钟电路，由电感Li，L2，L3和电容C10，C16，C18，C19组成的发送\接收路径与天线连接。本发明的水位/闸位传感器节点模块使用干电池供电，采用高性能的单片机技术，射频技术和无线传感器网络技术。采用3节5号可充电电池供电，用水位传感器X24J19A 连接两片缓冲器74HC20组成水位/闸位接口电路，采用MSP430F149处理器监测，采集和处理水位信号，并将处理后的水位数据输出给射频芯片CC2420，射频芯片通过无线方式将信息发送给汇聚节点。1. 2雨量传感器节点本发明的雨量传感器节点的结构如图8所示，第三电源电路电路16的输出端分别接雨量接口电路17、第三单片机电路电路18和第三射频电路电路19的电源输入端，雨量接口电路17的信号输出端与第三单片机电路电路18的信号输入连接，第三单片机电路电路 18的信号输入、输出端分别接第三射频电路电路19的信号输出、输入端。本发明的雨量传感器节点的电路如图9所示，雨量传感器RAIN(DY1090A)与雨量接口电路17中的反相器U12(74HC04)的输入端连接，反相器U12的输出端与锁存器 U1K74HC74)的CLK端连接，锁存器Ull的⑶输入端和/Q输出端与第三单片机电路18中微控制器MSP430F149的P6. 0输出端和P6. 1输入端口连接，完成对雨量信息的采集，微控制器 MSP430F149 的端口 P2. 0、P2. 3、P2. 1、P2. 2、P5. 0、P5. 3、P5. 1、P5. 2、P2. 5 禾口 P2. 4 分别与第三射频电路19中的射频芯片CC2420的端口 FIFO、FIFOF、CCA、SFD, CSN、SCLK、Si、 S0、RESETN和VREG_EN连接。射频电路4中还包含电容C53，CM，C55，C56，C57组成的滤波电路，电容C61，C62，C63组成的滤波电路，R_BIAS管脚接41欧姆的电阻，由晶振XTAL_2， 电容C70和C71组成的时钟电路，由电感L7，L8，L9和电容C60, C66，C68，C69组成的发送 \接收路径与天线连接。本发明的水位传感器节点模块使用干电池供电，采用高性能的单片机技术，射频技术和无线传感器网络技术。采用3节5号可充电电池供电，用雨量传感器DY1090A连接反相器和锁存器组成雨量接口电路，采用MSP430F149处理器监测，采集和处理水位信号， 并将处理后的雨量数据输出给射频芯片CCM20，射频芯片通过无线方式将信息发送给汇聚节点2.通讯协议本发明的通讯协议采用面向单覆盖监测WSN的MAC协议-STARMAC，在无线传感器网络建立和使用过程中，位于监测现场的传感器节点都要经历加入网络、工作(采集信息和通讯)和退出网络三个步骤。2.1节点的加入由于STAR-WSN具有可部署性，节点可依次加入网络，汇聚节点广播的信标帧中具有专门的时隙，供新节点的加入使用。新节点加入网络时，首先接收汇聚节点广播的信标帧，建立同步，然后延迟一定时间，待网络中工作传感器节点发送数据结束后，在剩余时隙向汇聚节点发送请求帧，申请加入网络。汇聚节点接收到新节点的加入申请后，若同意其加入，在发送状态的开始阶段回馈一个确认帧给新节点，同时更新设备地址表和各传感器节点的发送时隙分配。若汇聚节点因系统资源不足或其他原因拒绝其加入，则不作回应，新节点将在下一周期重试申请操作。 如果超过一定的重试次数仍未成功，新节点就将转入休眠状态，过一段较长时间后重试。节点加入机制如图10所示。2. 2节点的退出一定的工作时间之后，传感器节点会因电池能量耗尽而“死亡”，从网络中退出。当某个传感器节点电池电量低于一定值后，用剩余的能量在当前周期向汇聚节点发送一个数据帧，该数据帧包含的信息为电池低电量告警。信息管理中心收到告警信息后，进行相应的处理。下一周期开始时，汇聚节点向低电量节点发送确认帧，同时把该节点从网络设备地址表中删除，并将节点地址回收到可用地址表中，按一定顺序重新排序可用地址表，使得可用地址表的第一个地址一直具有最高优先级。若某节点发生故障突然“死亡”，来不及向汇聚节点发送警告，则引入超时机制应对此类节点的退出。协议规定，若某节点超过一定周期未将监测数据传送给汇聚节点，汇聚节点就认为此节点可能因故障而“死亡”。汇聚节点在下一周期开始时向该节点发送确认帧，若汇聚节点长时间没有得到该节点的回复，则认定该节点已经“死亡”，同样将故障节点从设备地址表中删除，同时更新全网节点的时隙分配。2. 3粗粒度的时间同步MWSN实时性要求不高，不需要代价较高的精确的时间同步，粗粒度的时间同步就能满足应用要求。汇聚节点在发送阶段向全网广播一定数目的信标帧，作为网内各节点时间同步的依据。在汇聚节点发送阶段，等待发送数据的传感器节点可随机接收一帧信标帧， 用来建立时间同步。由于各传感器节点在建网初期已经分配好发送时隙，这些节点在进行数据发送准备时只需获得一个依据来确定自己所在的时隙。粗粒度的时间同步如图11所
示O假设汇聚节点发送阶段共向全网广播0 η个信标帧，全网供传感器节点分配的时隙共0 j个。若某一节点用接收到的第i(i = 0，...η)帧信标帧建立自己的时间同步，而该节点的时隙分配为第k(k = 0，. . . j)个时隙，汇聚节点一个完整的发送/接收周期为T(HlS)，那么该节点应在接收完成该信标帧后应延迟
权利要求
1.一种灌区监测无线传感器网络，其特征在于所述无线传感器网络采用星型拓扑结构，包括信息管理中心、汇聚节点和部署在汇聚节点周围、以一跳的方式与汇聚节点交换信息的多种传感器节点，传感器节点分为水位传感器节点，间位传感器节点和雨量传感器节点，传感器节点负责采集现场信息并进行处理获得有效数据，再将有效数据通过无线通信方式发送给汇聚节点；汇聚节点连接无线传感器网络和外部网络，对传感器节点发送来的数据进行分析，并将分析结果通过GPRS网络发送给信息管理中心；信息管理中心根据接收到的数据判断传感器节点的工作状态，并采取相应措施。
2.根据权利要求1所述的灌区监测无线传感器网络，其特征在于汇聚节点由第一电源电路(8)、串行接口电路(9)、第一单片机电路(10)和第一射频电路(11)组成；第一电源电路(8)的电源输出端分别接串行接口电路(9)、第一单片机电路(10)和第一射频电路(11) 的电源输入端；串行接口电路(9)的信号输入、输出端分别接第一单片机电路(10)的信号输出、输入端；第一单片机电路(10)的信号输入、输出端分别接第一射频电路(11)的信号输出、输入端。
3.根据权利要求1所述的灌区监测无线传感器网络，其特征在于水位/闸位传感器节点由第二电源电路(12)、水位/闸位接口电路(13)、第二单片机电路(14)和第二射频电路 (15)组成；第二电源电路(12)的电源输出端分别接接口电路(13)、第二单片机电路(14)和第二射频电路(15)的电源输入端；接口电路(13)的信号输出端接第二单片机电路(14)的信号输入端；第二单片机电路(14)的信号输入、输出端分别接第二射频电路(15)的信号输出、输入端。
4.根据权利要求1所述的灌区监测无线传感器网络，其特征在于雨量传感器节点由第三电源电路(16)、雨量接口电路(17)、第三单片机电路(18)和第三射频电路(19)组成， 第三电源电路(16)的电源输出端分别接雨量接口电路(17)、第三单片机电路(18)和第三射频电路(15)的电源输入端；雨量接口电路(17)的信号输出端接第三单片机电路(18)的信号输入端，第三单片机电路(18)的信号输入、输出端分别接第三射频电路(18)的信号输出、输入端。
5.一种基于权利要求1所述无线传感器网络的通讯协议，其特征在于采用面向单覆盖 WSN监测应用的MAC协议一STAR MAC,在无线传感器网络建立和使用过程中，位于监测现场的传感器节点都要经历加入网络、工作和退出网络三个步骤，汇聚节点始终处于发送/接收的循环工作状态，汇聚节点在发送阶段时，广播一定数目信标帧，对网内节点进行时间同步并分配时隙；欲发送数据的传感器节点接收任一帧信标帧，建立同步并延时，待汇聚节点转入接收状态后，在规定时隙向汇聚节点发送数据。
6.根据权利要求5所述的通讯协议，其特征在于新传感器节点加入网络时，首先接收汇聚节点广播的信标帧，建立同步，然后延迟一定时间，待网络中工作传感器节点发送数据结束后，在剩余时隙向汇聚节点发送请求帧，申请加入网络；汇聚节点接收到新节点的加入申请后，若同意其加入，在发送状态的开始阶段回馈一个确认帧给新节点，同时更新设备地址表和各传感器节点的发送时隙分配，若汇聚节点拒绝其加入，则不作回应，新节点将在下一周期重试申请操作，如果超过一定的重试次数仍未成功，新节点就将转入休眠状态，过一段较长时间后重试。
7.根据权利要求5所述的通讯协议，其特征在于传感器节点因电池能量耗尽而退出网络的方法是当传感器节点电池电量低于一定值后，用剩余的能量在当前周期向汇聚节点发送一个数据帧，该数据帧包含的信息为电池低电量告警，信息管理中心收到告警信息后， 进行相应的处理，下一周期开始时，汇聚节点向低电量节点发送确认帧，同时把该节点从网络设备地址表中删除，并将节点地址回收到可用地址表中，按一定顺序重新排序可用地址表，使得可用地址表的第一个地址一直具有最高优先级。
8.根据权利要求5所述的通讯协议，其特征在于若传感器节点发生故障突然“死亡”， 来不及向汇聚节点发送警告，则引入超时机制退出，若某节点超过一定周期未将监测数据传送给汇聚节点，汇聚节点就认为此节点可能因故障而“死亡”，汇聚节点在下一周期开始时向该节点发送确认帧，若汇聚节点长时间没有得到该节点的回复，则认定该节点已经“死亡”，将故障节点从网络设备地址表中删除，同时更新全网节点的时隙分配。
9.根据权利要求5所述的通讯协议，其特征在于所述时间同步采用粗粒度的时间同步，汇聚节点在发送阶段向全网广播一定数目的信标帧，作为网内各节点时间同步的依据， 等待发送数据的传感器节点随机接收一帧信标帧，用来建立时间同步。
10.根据权利要求5所述的通讯协议，其特征在于所述通讯协议定义了信标帧、确认帧、数据帧三种帧格式，它们采用固定长度，在帧前面添加包含前导码和同步词汇的同步头就构成物理层数据包。
全文摘要
本发明公开一种灌区监测无线传感器网络及其通讯协议，所述无线传感器网络采用星型拓扑结构，包括信息管理中心、汇聚节点和部署在汇聚节点周围、以一跳的方式与汇聚节点交换信息的多种传感器节点。所述通讯协议针对STAR-WSN汇聚节点能量不限、较多采用星型结构的特点，对基于TDMA的MAC协议进行改进，采用面向单覆盖WSN监测应用的MAC协议—STARMAC。本发明能够实现灌区现场信息的自动采集、传输、显示、存储和处理，提高了灌区管理效率；提高了水的利用率，实现了科学用水、节约用水的目的；对发展灌区农业经济和水利经济，有效扩大灌溉面积，建设良好生态环境，实现灌区经济可持续发展可产生积极的作用。
文档编号H04L29/08GK102413180SQ20111036155
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者严妍, 严锡君, 余敏, 孙桐, 孟祥薇, 张洪学, 张腾宇, 李亚东 申请人:河海大学