设\(t)表示η个无线信号 叠加之后的混合信号，τρηι分别表示第i个信号的幅值，相位，和信号噪声，我们有
经过相干解调，查询节点以周期1微秒对基带信号进行 采样。sjt)的幅值Aj^可以表示成
+η小其中2TC为采样周期lus。 那么sjt)的能量值匕可以表示成：
[0034]
⑴
[0035] 通过估计邻居节点的时钟漂移糸数，^可以取平均值0.25US。如果知道每个邻 居节点接收能量值通过公式（1)就可以估计所有邻居节点叠加信号的接收能量值。
[0036] 第四阶段、估计邻居节点中满足某一条件的节点数目或者节点身份信息
[0037] 本阶段分为两个功能模块，节点数目估计和节点身份识别。是针对不同的应用场 景而提出的功能互补的两种协议，两个协议都需要在离线阶段给所有邻居节点分配一个发 送能量。然而这两个协议采用了截然不同的发送能量分配方案。具体来说，节点技术协议 给每个节点分配的发送能量非常分散，从而使得任意一个邻居节点子集所发送的信号叠加 之后产生的接收能量都不一样。相反，节点身份识别协议给所有邻居节点分配的发送能量 比较相似，从而使得任意单个节点发送的信号在查询节点处的接收能量都相同。这样，计 数协议就可以通过判断混合信号的接收能量与单个信号的接收能量之间的关系来估算发 送节点的数目。计数协议采用了一种新型的概率估计方法以确保其可以应用在任意大小的 无线传感器网络中。需要指出目前节点身份识别协议仅适合邻居节点数目比较少的稀疏网 络中。
[0038] 本发明设计了节点时钟补偿方法以降低无线信号之间的相位差（即时序错位 值）。从无线信号的角度来看，我们将多个无线信号的相位差降到了 0.28微秒之内。同时， 本发明提出了概率估计方法以克服节点硬件对接收能量的限制。
[0039] 节点计数协议发送能量分配方案：计数要求所有单个节点发送ACK信号的接收 能量都大致相同，因而在分配发送能量时，查询节点寻找一个特定的接收能量ξ使得所有 的邻居节点都能相应地调整自己的发送能量，这样信号到达节点之后的接收能量恰好都是 ξ;查询节点根据每个节点的路径损耗，计算其发送能量的大小；查询节点选择能使所有 节点能量调整距离最小的ξ;
[0040] 节点计数协议工作流程：计数协议的目的是估计邻居节点中满足一个谓语条件Q的节点的数目。与以往采用轮询或TDMA的实现方式相比，本协议允许满足Q的多个邻居节 点同时回复ACK信号，并根据混合ACK信号接收能量的大小来判断回复节点的数目。本协议 在实际应用中面临一个严峻的挑战，即查询节点所能接收的能量值有一个上限，这是普通 传感器节点的硬件限制所造成的。在密集网络中，邻居节点中满足条件Q的节点数目可能 很多，如果它们同时回复ACK的话，将很有可能超过查询节点的接收能量上限。为了应对这 一挑战，我们设计了一套新颖的概率估计方法，并讨论了优化回复概率Ρ以及动态调整回 复概率ρ的策略。另外，本协议在工作之前还根据邻居节点的路径损耗，给所有的邻居节点 分配一个发送能量。这使得所有邻居节点的ACK信号到达查询节点后的接收能量都相似。
[0041] 节点身份识别协议发送能量分配方案：
[0042] 在身份识别中，节点的发送能量非常分散；任意一个邻居节点子集所回复的信号 叠加之后都会在查询节点处产生截然不同的能量；用一个原则给每个节点分配一个发送能 量：路径损耗越大的节点分配的发送能量越低；
[0043] 节点身份识别协议工作流程：
[0044] 身份识别协议的工作流程如下：（1)给每个邻居节点分配一个发送能量；(2)广播 Q并测量回复信号的能量；（3)在获得接收能量之后，查询节点将映射到一个特定的节点 集合上；映射过程：找到一个节点子集I，使得I中的节点所发送的能量与接收到的能量差 距最小；其中第（1)步在离线阶段完成，第（2)、（3)二步和第三步在常数时间复杂度内完 成。
[0045] 本发明提出的方法实现了传感器网络中高能效的同时查询技术，该技术能让查询 节点能一次查询所有邻居节点的状态信息，极大地提高了查询效率。本发明主要考虑两种 典型的状态查询例子，节点计数和节点身份识别。
[0046] 本发明实现基于实验中所观察到的一个现象：多个无线信号叠加在一起之后的能 量值通常大于单个无线信号的能量值。而且信号叠加之后的能量随着信号个数增加而增 大。这为我们提供了一种解决问题的思路，即根据接收能量值来估计回复节点的个数，甚至 识别回复节点的身份。但叠加信号的接收能量要满足上述性质需要多个无线信号能够实现 精确同步，而高精度的同步在普通无线传感器中通常难以实现。为了克服这一问题，本发明 设计了节点时钟补偿方法以降低无线信号之间的相位差（即时序错位值）。从无线信号的 角度来看，我们将多个无线信号的相位差降到了 0.28微秒之内。同时，本发明提出了概率 估计方法以克服节点硬件对接收能量的限制。
[0047] 本发明的有益效果，本发明技术能让查询节点一次查询所有邻居节点的状态信 息，从而使查询的效率大大增加。我们主要考虑两种典型的状态查询应用，节点计数和节点 身份识别，并提出了基于接收能量的估计邻居节点数目估计以及基于接收能量的邻居节点 身份识别两种高能效的通信协议。与当前的邻居状态查询方法相比，本发明显著地也降低 了查询节点的通信开销。 四、
【附图说明】
[0048] 图1是本发明工作流程图；
[0049] 图2是本发明一个查询节点和2个接收节点通信时，SFD引脚上电平跳变时序图；
[0050] 图3是节点身份识别协议的发送能量分配算法。 五、
【具体实施方式】
[0051] 如图所示，本发明的的工作如下：
[0052] 第一阶段：估计邻居节点的路径损耗
[0053] 考虑一个由查询节点s和邻居节点集合N所组成的静态无线网络。用L(s，i)来 表示节点i(ieN)到s的路径损耗。本文中的L(s，i)表示的是i到s的实际路径损耗， 不仅包含自由空间损耗还包括遮蔽和多径效应等。在静态网络中，我们假定L(s，i)的变化 很小，可以当做一个常数来对待。用Ρα，1〇来表示当单个节点i以发送能量匕回复ACK 信号时查询节点的接收能。，有P(i, =aihi+bi，这里ajPb;是待估系数。注意，a;是发 送能量h的放缩系数，bi与背景噪音n以及路径损耗L(s，i)有关：b1=n-L(s，i)对于某 个特定的节点，a;，bdPn都是常数。
[0054] 要在给定匕的情况下预测PahJ，查询节点首先需要对链路（i，s)上的ajPbi 这两个系数进行估计。这需要至少两个像（ρα,ιο,ιο这样的元组样本。为了降低估计误 差，在实验中我们用了更多的这样的元组样本，然后用最小均方差来估计 &1和bi。知道ai 和匕后就可以计算路径损耗L，以及给定某邻居节点的发送能量预测其接收能量了。
[0055] 第二阶段：估计邻居节点时钟漂移系数
[0056] 我们首先深入的考察造成不同节点之间信号不同步的所有原因。
[0057] (1)信号传播时延：是指信号在空中从查询节点到接收节点，再从接收节点到查 询节点这两趟的飞行时间。严格来讲，还应该包括查询节点和接收节点的通信芯片分别监 测到有信号到达时的电路延迟。但这种时延很难测量，在这里，我们把信号的传播时延和芯 片的电路时延之和称为信号传播时延。
[0058] (2)软件时延：包括a).接收节点的通信芯片监测到信号到达之后将其SFD引脚 置低电平到MCU监测到SFD引脚上的低电平所产生的时延。b).MCU需要判断接收包的谓语 条件以及向通信芯片发出回复ACK命令。这些上层逻辑的所对应的底层指令的执行所产生 的时延以及c).通信芯片监测到的MCU所发出的回复ACK命令的时延。
[0059] (3)硬件时延：通信芯片在回复ACK之前需要调整其内部的压控振荡器（Voltage ControlledOscillator,VC0)以及从接包状态转移到发包状态所需要的时延。
[0060] (4)在图2中，我们画出了 1个查询节点（或称initiator节点）和2个接收节点 的SFD引脚上的活动时序图，并以SFD引脚的跳变时间点为参考标示了以上三种时延。对Receiverl来说，其信号传播时延tp=(t 。Receiver〗的信号传播时延计算方 式也类似。
[0061] 图2 -个查询节点和2个接收节点通信时，SFD引脚上电平跳变时序图。一个值得 注意的事实是，查询节点的数据发送时延与所有节点的数据接收时延都是相同