个较佳实施例的时空域复用的农田无线传感器网络频谱交 错接入方法流程图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。W下实施例用于说明本发 明，但不能用来限制本发明的范围。
[0044] -种时空域复用的农田无线传感器网络频谱交错接入方法，如图1所示，所述方 法包括W下步骤：
[0045]S1、成簇首轮，节点按预定的时间唤醒，并接入对应的簇，之后进行数据上传；其 中，上传的数据包括环境数据与节点参数，并且节点数据中包括该节点与对应簇头的距 离；
[0046]S2、对于每一个簇，所述簇头根据其接收到的各个节点的数据，确定其与该簇内各 节点的距离，将该簇内的节点分为主要用户和次要用户；
[0047]S3、对于每一个簇，活动时段包括竞争接入时段W及补充传输时段；所述簇头根据 所述簇头与该簇内各节点的距离，在所述竞争接入时段内，按照从远至近或从近至远的顺 序依次为该簇内的每一个节点分配上传数据时间片；
[0048] 此步骤中，相邻的簇开始上传数据时，不一定是都从距离对应簇头最远或最近的 节点开始，即若一个簇开始接入信道的节点是距离对应簇头最远的节点，与其相邻的簇开 始接入信道的节点是距离对应簇头最近的节点，如图3a、3b所示，运样相邻簇间的信道占 用重叠会大大减小，从而降低了簇间干扰；图3a中1为nl节点通信干扰区，n2节点被nl 节点干扰，所W作为次要用户的n2停止通信转入补充传输时段进行通信；图3b中n3节点 和n4节点相互处于对方的干扰区域，需要进行信道转换；
[0049] 此步骤中，选择从最远的节点接入还是最远的节点接入是随机的，概率都是50%;
[0050]S4、对于簇内每一个节点，接收对应簇头广播的上传数据时间片分配信息，之后转 入休眠状态；
[0051] S5、所述成簇首轮之后的其他数据上传轮次，对于簇内每一个节点，在为其分配的 上传数据时间片内，优选地，在上传数据时间片开始时，该节点唤醒，扫描预设信道，若所述 预设信道空闲，则该节点进行数据上传，上传完毕后进入休眠状态，若所述预设信道被占 用，则转入步骤S6;
[0052]S6、该节点选择其他信道中被占用概率最小的信道作为所述预设信道，并转入步 骤S5 ;
[0053]S7、所述步骤S5中，在该节点行数据上传时，若出现冲突，则判断该节点是否为主 要用户，若该节点是主要用户，则该节点重新传输冲突数据，若重新上数据数时再次出现冲 突，则转入所述步骤S6 ;若该节点是次要用户，则该节点放弃数据上传，进入休眠状态，并 在所述补充传输时段内进行数据上传。
[0054] 本发明在簇中为每一个节点分配上传数据时间片，节点在其对应的时间片内上传 数据，其他时间处于休眠状态，实现了多个节点的动态接入，降低了簇内信道竞争，保证网 络性能，充分利用了频谱资源，并且接入信道之前不用在线侦听，大大降低了功耗。同时本 发明的方法设计了补充传输时段，上传次要用户由于信道干扰导致的上传失败；针对数据 上传过程中遇到冲突的问题设计了信道转换方法，保证了数据上传的准确性和完整性。另 夕F，对于每一个簇，其簇头根据簇头与该簇内各节点的距离，按照占用空域变化趋势不同进 行差异化的节点时间片分配，最大程度上进行空间复用，从而大大降低邻近簇之间的相互 干扰，同时充分利用了频谱资源。同时本发明的方法针对数据上传过程中遇到冲突的问题 设计了信道频谱转换接入方法，减少信道竞争与等待时间，提高了网络通讯的能量利用效 率，在延长网络生命周期的同时保证了数据上传的准确、高效和完整。
[00巧]进一步地，所述步骤Si中，节点接入对应的簇之前，所述方法还包括W下步骤：
[0056] 1个或多个簇头分别在预定成簇半径内广播成簇信息，接收到所述成簇信息的节 点感知所述成簇信息的信号强度，并调整自身发射功率，使对应的簇头在该节点的通信半 径内的边缘处，优选地使对应的簇头在W该节点为圆屯、，W该节点的通信半径为半径作组 成的圆的圆周上（即使对应的簇头恰好在该节点的通信半径内）；之后该节点反馈请求接 入信息；对应的簇头接收所述请求接入信息，并根据所述请求接入信息的信号强度调整自 身发射功率，使所述节点在对应簇头的通信半径内的边缘处，优选地使节点在W对应的簇 头为圆屯、，W该簇头的通信半径为半径作组成的圆的圆周上（即使使节点恰好在该簇头的 通信半径内），实现该节点的接入。
[0057] 在大规模农田自组织网络应用中，节点（即无线传感器）先按既定方法进行网络 簇头选择与成簇，其中上述既定成簇方法包括W下步骤：
[0058] 步骤Sl:根据节点能量感知进行投票，确定簇头。其中，节点根据完成组网采集上 传的顺序不同先后进入休眠状态。
[0059] 具体地，所有节点同时开始进行簇头选举，按节点剩余能量高低在邻居节点中选 取剩余能量最高者进行投票，各节点将所得票数进行拓扑密度加权，最终票数最多的节点 成为簇头。周边节点选择可达簇头加入该簇，该过程中还包括能量逼近式簇头轮换机制。
[0060] 步骤S2 :簇头接收预设阔值内的节点加入，进行成簇操作。
[0061] 步骤S3 :对于未完成成簇操作的节点按预计方法成为簇内子节点。
[0062] 具体地，对于未完成成簇操作的节点W平面扩散路由方式捜索网络接入点，并成 为接入点所在簇的簇内子节点。
[006引步骤S4 :在簇内子节点中选取能量优势节点作为伪簇头。
[0064] 步骤S5 :根据簇头与伪簇头进行反向扩散组网。
[0065] 步骤S6 :所有节点通过组网路由进行环境信息采集与上报。
[0066] 步骤S7 :判断是否有簇头达到能量逼近目标。
[0067] 进一步地，步骤S7进一步包括：
[0068] 步骤S71 :簇头根据选举过程中收集的簇内节点能量信息计算节点初始平均能 量。
[0069] 步骤S72 :簇头W簇内节点初始平均能量为逼近目标。
[0070] 步骤S73 :每轮数据采集结束，所有簇头判断自身当前能量是否大于逼近目标。
[0071] 步骤S74:若任意一个簇头剩余能量不大于逼近目标，则向汇聚节点发送簇头轮 换消息。
[0072] 进一步地，当某节点Si第一次当选簇头时，根据选举过程中收集的簇内节点能量 信息求得节点初始平均能量，记为岛1);簇头Si W节点初始平均能量巨似为逼近目标，每轮 数据采集结束时，所有簇头判断自身当前能量是否大于逼近目标，即Ei>Ew;如有任意一 簇头不满足该条件，则向汇聚节点发送簇头轮换消息，下一轮采集开始时进行簇头轮换选 举，如所有节点均满足该条件，则保持当前簇头不变；若进行簇头轮换选举，则按拓扑密度 关联的能耗感知动态成簇阶段的成簇及簇头选举方法进行，成簇完成后跳转到最开始的过 程继续簇头能量逼近。
[0073]步骤S8 :若存在簇头达到能量逼近目标，则标记下一轮进行簇头选举，结束本轮 采集，若不存在簇头达到能量逼近目标，则本轮采集结束。即簇头节点与汇聚节点组成主干 网络，从汇聚节点自上而下进行反向扩散，由汇聚节点发出报文，一跳簇头接收到报文后， 记录自身路由信息，并继续转发报文，直到所有簇头节点加入主干路由。
[0074]由上述方法可W得出节点可能只担任依次簇头，也可能连续多轮担任簇头，在触 发簇头轮换条件后按既定规则选择新簇头，或是采用可再生能源节点长时间连续担任簇 头，在异常天气持续时才进行簇头转换。成簇时，若某节点成簇半径内有多个可达簇头，贝U 选择距节点最近的簇头加入。
[00巧]步骤Sl可W具体为：若本轮为簇头选举后的首轮，则簇头随机选取一个信道并W预定成簇半径Rclsuter作为通信半径周期性广播成簇消息，成簇消息长度为1个时间槽， 各簇头广播成簇消息的重复周期为rii个时槽周期，rii为取值在[nmm，rimJ之间的随机整数， 其中的ni-1个时槽周期为接收簇内节点接入时间。若为首轮成簇，则节点休眠预定时间， 之后唤醒并接入对应的簇，上传数据后，接收对应簇头广播的上传数据时间片分配信息。其 中各个节点的休眠的预定时间为
[0076] Tsleep=师％ 10)Tslot
[0077] 式中，（ID% 10)表示节点ID对10取余，Lht为1个时槽周期的时间长度。ID表 示节点的编号。当然也可W不根据ID确定休眠时间，只要根据节点接入簇的时间确定休眠 时间即可。
[0078]其中，各节点接入对应簇包括W下步骤：
[0079] 某节点i按预定的时间唤醒后，随机选择信道扫描接收成簇消息，若在ni个时槽 周期中仍未收到成簇消息，则选择其他信道进行接收。若接收到簇头的成簇消息Cluster Msg,则根据感知到的信号强度，节点调整其发射功率，并发送请求加入消息化in_Msg。调 整后的发射功率保证簇头恰好在节点i的通信半径内，请求加入消息化in_Msg中包含