CN102340819B - 传感器网络无冲突传输方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种传感器网络无冲突传输方法，包括以下步骤：将协调器的工作时段划分为由连续时隙组成的时隙序列，并对所述时隙序列中的时隙进行编号，所述时隙的编号组成的编号序列具有周期性；将在所述时隙序列中的时隙内工作的协调器虚拟成与所述时隙对应的虚拟协调器，且编号相同的时隙对应同一个虚拟协调器；一般节点与所述虚拟协调器建立连接；所述一般节点向虚拟协调器发出保护时隙分配请求；所述虚拟协调器根据所述保护时隙分配请求向一般节点发送回复信息；所述一般节点根据所述回复信息与所述虚拟协调器传输数据。上述传感器网络无冲突传输方法可以有效地提高传输效率。

Description

传感器网络无冲突传输方法和系统

【技术领域】

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种传感器网络无冲突传输方法和系统。

【背景技术】

在许多无线传感器网络应用中，如环境监测，人们计划在目标区域内部署大量的传感器节点，这些节点能工作几个月或几年而不需要维护。在这些环境中，电池替换和手动充电几乎是不可能的。因此，能源使用效率是关键。在许多实际应用中，传感器测量数据的采集一般每隔几个小时甚至几天。因此，测量数据本身，例如温度和湿度，仅仅用一个数字即可表示，通常只有很低的数据率。

为满足上述需求，传统技术中的IEEE 802.15.4协议为低速率无线个人区域网指定介质访问控制子层和物理层。其目标是低速率、低能耗、低成本的无线网络应用。

传统技术中的IEEE 802.15.4网络包括两种节点：协调器和一般节点。一般节点用于采集传感数据；协调器和一般节点相比，除了直接参与应用以外，还要完成成员身份管理、链路状态信息管理以及分组转发等任务。

IEEE 802.15.4协议提供了信标使能通信模式，允许周期性的叫醒与节点同步校准。这一模式对于低负载循环应用可以起到节约能耗的作用，节点可以在大部分时间里处于休眠状态来节省能量。

信标使能通信模式规定了一种“超帧”的格式，协调器在超帧的开始发送信标帧，里面含有一些时序以及网络的信息，紧接着是竞争接入时期，在这段时间内各节点以竞争方式接入信道，再后面是非竞争接入时期，节点采用时分复用的方式接入信道，然后是非活跃时期，节点进入休眠状态，等待下一个超帧周期发送的信标帧。

传统技术中的IEEE 802.15.4网络的所有节点都工作在同一个信道上，如果邻近的节点同时发送数据就有可能发生冲突。因此，所有数据利用分时的CSMA/CA在节点和协调器之间交换。

传统技术中的IEEE 802.15.4协议里，一个协调器按时分的方式与一般节点通信，但最多只能分配7个保护时隙给一般节点传输数据。因此，当大量一般节点同时向协调器请求分配保护时隙时，会造成拥堵丢包。且在信标间隔(发送的两次相邻的信标帧之间的时间间隔)很大的情况下，保持信标同步的消耗大，同步丢失后很难恢复同步。因此，传统的传感器网络无冲突传输方法存在传输效率低的问题。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种能提高传输效率的传感器网络无冲突传输方法。

将协调器的工作时段划分为由连续时隙组成的时隙序列，并对所述时隙序列中的时隙进行编号，所述时隙的编号组成的编号序列具有周期性；

将在所述时隙序列中的时隙内工作的协调器虚拟成与所述时隙对应的虚拟协调器，且编号相同的时隙对应同一个虚拟协调器；

一般节点与所述虚拟协调器建立连接；

所述一般节点向虚拟协调器发出保护时隙分配请求；

所述虚拟协调器根据所述保护时隙分配请求向一般节点发送回复信息；

所述一般节点根据所述回复信息与所述虚拟协调器传输数据。

优选的，所有虚拟协调器的信标间隔相同；在所述时隙序列中，与所述虚拟协调器对应的时隙即为所述虚拟协调器的活动期，与位于所述时隙序列首位的时隙对应的虚拟协调器为初始虚拟协调器，所述初始虚拟协调器的活动期为初始活动期；所述初始活动期的长度不小于其他虚拟协调器的活动期的长度。

优选的，所述一般节点向虚拟协调器发出保护时隙分配请求之后还包括：

一般节点发送保护时隙分配请求失败后，等待若干个初始活动期后继续监听信道，当接收到所述虚拟协调器广播的信标帧后，继续向虚拟协调器发送保护时隙分配请求；所述等待的初始活动期的个数为随机整数，且大于0并小于所述编号序列的一个周期中的编号的个数。

优选的，所述虚拟协调器根据所述保护时隙分配请求向一般节点发送回复信息的步骤具体为：

虚拟协调器按照预设的分配策略将未分配的保护时隙分配给所述一般节点，并在所述虚拟协调器下次广播的信标帧里，定义分配给所述一般节点的保护时隙的起始位置和长度。

优选的，所述虚拟协调器根据所述保护时隙分配请求向一般节点发送回复信息的步骤还包括：

虚拟协调器在可分配保护时隙分配完后，向一般节点回复信息，所述回复信息包括可分配保护时隙的虚拟协调器的编号以及所述可分配保护时隙的虚拟协调器发送信标帧的时间；

可分配保护时隙的虚拟协调器在进入活动期时，向一般节点广播信标帧，所述信标帧包含有分配给一般节点的保护时隙信息；

所述一般节点根据所述回复信息与所述虚拟协调器传输数据的步骤具体为：

一般节点在接收到可分配保护时隙的虚拟协调器广播的，分配给该一般节点的保护时隙信息后，在所述保护时隙内向所述虚拟协调器传输数据。

优选的，所述虚拟协调器按照预设的分配策略将未分配的保护时隙分配给所述一般节点的步骤具体为：

所述虚拟协调器按接收到保护时隙分配请求的时间的先后顺序，在当前虚拟协调器的活动期内为一般节点依次分配保护时隙。

优选的，所述一般节点向虚拟协调器发出保护时隙分配请求之前还包括：

一般节点以载波监听避免碰撞的方式向所述协调器发送连接请求；

若所述协调器同意所述一般节点的连接请求，则所述一般节点与所述协调器连接成功。

基于此，还有必要提供一种能提高传输效率的传感器网络无冲突传输系统。

一种传感器网络无冲突传输系统，包括协调器和与协调器连接的一般节点；所述协调器将其工作时段划分为由连续时隙组成的时隙序列，并对所述时隙序列中的时隙进行编号，所述时隙的编号组成的编号序列具有周期性；所述协调器将在所述时隙序列中的时隙内工作的协调器虚拟成与所述时隙对应的虚拟协调器，且编号相同的时隙对应同一个虚拟协调器；所述一般节点用于与所述虚拟协调器建立连接后向虚拟协调器发出保护时隙分配请求；所述虚拟协调器用于根据所述保护时隙分配请求向一般节点发送回复信息；所述一般节点用于根据所述回复信息与所述虚拟协调器传输数据。

采用了上述传感器网络无冲突传输方法和系统后，一个协调器(物理实际装置)时分复用后被虚拟成多个连续工作的虚拟协调器，每个虚拟协调器都定义了多个保护时隙，从而使得协调器的保护时隙的个数得到了扩展，使得能够为更多一般节点分配保护时隙。从而减少了一般节点请求分配保护时隙的次数，降低了由于多并发所引起的拥堵丢包率。同时，由于多个虚拟协调器分摊了原本与一个协调器连接的一般节点(实质是仅仅是时分复用)，因此与每个虚拟协调器连接的节点较少，从而使得编号相邻的虚拟协调器发送信标帧的时间间隔较短，使得保持信标同步的消耗较小。由上所述可知，上述传感器网络无冲突传输方法和系统可以有效地提高无线网络的传输效率。

处于活动期的虚拟协调器无法在当前活动期内为该一般节点分配保护时隙时，继续通过调度，将其他虚拟协调器的保护时隙以“预约”的方式分配给该一般节点的方式，使得该一般节点不用在每个虚拟协调器活动期的竞争时段反复地发送保护时隙分配请求，从而进一步减少了一般节点发送保护时隙分配请求的次数，降低了网络的拥塞度，提高了无线网络的传输效率。

【附图说明】

图1为一个实施例中传感器网络无冲突传输方法的流程图；

图2为一个实施例中将协调器虚拟成多个虚拟协调器后网络的拓扑结构图；

图3为一个实施例中多个虚拟协调器交替工作的工作过程示意图；

图4为图3中编号为i的虚拟协调器工作过程示意图。

【具体实施方式】

在一个实施例中，如图1所示，一种传感器网络无冲突传输方法，包括以下步骤：

步骤S102，将协调器的工作时段划分为由连续时隙组成的时隙序列，并对该时隙序列中的时隙进行编号，且时隙的编号组成的编号序列具有周期性。

本实施例中，无线网络为基于IEEE 802.15.4协议的无线传感器网络，拓扑结构为星型，包括协调器和与协调器连接的一般节点。一般节点为用于检测环境变化的传感器，协调器为星型网络的中心节点，与其他一般节点相连，不仅用于检测环境变化，还作为数据传输的中继节点。

本实施例中，按照时分复用的方式将协调器的工作时段划分为具有多个时隙的时隙序列，时隙序列中的每个时隙都有编号，且时隙对应的编号构成的编号序列具有周期性。如图2所示，编号序列的周期为K，因此，也可称时隙序列具有周期性，时隙序列一个周期内的K个时隙分别编号为0、1、2、......、K-1。

步骤S104，将在时隙序列中的时隙内工作的协调器虚拟成与该时隙对应的虚拟协调器，且编号相同的时隙对应同一个虚拟协调器。

本实施例中，如图2所示，同一个协调器(实际装置)处于前述的周期性的时隙序列中的不同时隙中工作时，被虚拟成为K个虚拟协调器。编号相同的时隙对应同一个虚拟协调器，也就是说，虚拟协调器也被编号为0、1、2、......、i、......、K-1，且编号为i的虚拟协调器与时隙序列中的所有编号为i的时隙对应，i为1至K-1的任意一个编号。在其他实施例中，也可以采用随机数字，随机字符串进行编号。

与某个虚拟协调器对应的时隙即为该虚拟协调器的活动期，与某个虚拟协调器不对应的时隙即为该虚拟协调器的非活动期。也就是说，将一个协调器的连续的工作过程虚拟成K个虚拟协调器在不同时隙交替工作的过程，是一种时分复用的方式。

定义与位于时隙序列首位的时隙对应的虚拟协调器为初始虚拟协调器。初始虚拟协调器的活动期为初始活动期。虚拟协调器的信标间隔即同一个虚拟协调器连续发送两次信标帧之间的时间间隔。

本实施例中，如图3所示，初始虚拟协调器即0号虚拟协调器(编号为0)。优选的，所有虚拟协调器的信标间隔相同。虚拟协调器的活动期长度即为与该虚拟协调器具有相同编号的某个时隙的时长。优选的，初始活动期的长度不小于其他虚拟协调器的活动期的长度。

K个虚拟协调器按照编号的顺序从小到大依次工作。也就是说，编号较大的虚拟协调器在前一个编号较小的虚拟协调器进入非活动期后进入活动期，由于时隙序列的周期性，一个周期结束时，即K-1号虚拟协调器进入非活动期时，0号虚拟协调器再次进入活动期。

如图3和图4所示，虚拟协调器的活动期分为三个时间段：广播信标帧时段、竞争时段和无竞争时段。

在广播信标帧时段，虚拟协调器广播信标帧，信标帧用于同步无线网络各节点的时钟以及向一般节点广播通知信息。

竞争时段用于接收一般节点的保护时隙分配请求。所有一般节点只能在此时段向虚拟协调器发送保护时隙分配请求。

非竞争时段用于数据传输，被划分为多个保护时隙，优选为小于7个。一个保护时隙对应一个一般节点的传输任务，即一个保护时隙的时长为一个一般节点向虚拟协调器传输数据的时间的单位长度。若数据量大，虚拟协调器也可以为某个一般节点分配多个保护时隙。也就是说，每个虚拟协调器在其活动期都作为IEEE 802.15.4协议的信标使能模式中所规定的协调器独立的进行工作。

本实施例中，已编号的K个虚拟协调器按编号顺序依次进入活动期，并向一般节点广播信标帧。由前述关于协调器的时分复用的描述可知，同一时间只有一个虚拟协调器处于活动期，当一个虚拟协调器进入非活动期后，另一个虚拟协调器进入活动期。

广播的信标帧主要有两个作用：通知各个一般节点此虚拟协调器已进入活动期并即将进入竞争时段；各个一般节点与虚拟协调器同步时钟，以保证通信不会出错。

步骤S106，一般节点与虚拟协调器建立连接。

一般节点向虚拟协调器发送保护时隙分配请求之前还要先跟虚拟协调器建立连接关系。建立连接关系的步骤为：

一般节点以载波监听避免碰撞的方式向虚拟协调器发送连接请求；

若虚拟协调器同意所述一般节点的连接请求，则一般节点与协调器连接成功。否则，一般节点等待若干个初始活动期后，重新开始信道侦测，在接收到虚拟协调器广播的信标帧后，向虚拟协调器发送连接请求。等待的初始活动期的个数为随机整数，且大于0并小于编号序列的一个周期中的编号的个数。

对于具有多个协调器的网络，如果一般节点连接某个协调器失败，还可以在接收到其他协调器广播的信标帧后，选择连接其他的协调器。

与虚拟协调器成功连接的一般节点，被称为该虚拟协调器的子节点。

步骤S108，一般节点向虚拟协调器发出保护时隙分配请求。

一般节点接收到协调器广播的信标帧后，先同步时钟，若有向虚拟协调器传输数据的需求，则在该虚拟协调器活动期中的竞争时段，向该虚拟协调器发送保护时隙分配请求。

在一个实施例中，当一般节点发送保护时隙分配请求失败后，等待若干个初始活动期后继续监听信道，当接收到该虚拟协调器广播的信标帧后，继续向虚拟协调器发送保护时隙分配请求；等待的初始活动期的个数为随机整数，且大于0并小于编号序列的一个周期中的编号的个数。

此处要指出的是，编号0至K-1的虚拟协调器本质上仍是同一个协调器，虚拟协调器只是实际装置时分复用后虚拟出来的虚拟装置。因此，一般节点和虚拟协调器之间的通信本质上仍是一般节点和协调器之间的通信，只是限定了某个一般节点只能在特定的时隙内才能与协调器进行通信。

步骤S110，虚拟协调器根据保护时隙分配请求向一般节点发送回复信息。

步骤S112，一般节点根据回复信息与虚拟协调器传输数据。

在一个实施例中，虚拟协调器为一般节点分配保护时隙，并通知该一般节点的方式为：

按照预设的分配策略将未分配的保护时隙分配给一般节点，并在该虚拟协调器下次广播的信标帧里，定义分配给一般节点的保护时隙的起始位置和长度。

在一个实施例中，虚拟协调器按接收到保护时隙分配请求的时间的先后顺序，在当前虚拟协调器的活动期内，优先为先收到的保护时隙分配请求对应的一般节点分配保护时隙。也就是说，采用了一种先进先出的队列式处理方式，先收到的请求先分配，后收到的请求后分配。

在一个实施例中，虚拟协调器在可分配的保护时隙分配完后，向一般节点回复信息，该回复信息包括可分配保护时隙的虚拟协调器的编号以及可分配保护时隙的虚拟协调器发送信标帧的时间。

可分配保护时隙的虚拟协调器在进入活动期时，向一般节点广播信标帧，该信标帧包含有分配给一般节点的保护时隙信息。

一般节点在接收到可分配保护时隙的虚拟协调器广播的，分配给该一般节点的保护时隙信息后，在该保护时隙内向虚拟协调器传输数据。

也就是说，当一个一般节点向虚拟协调器请求分配保护时隙，却因为该虚拟协调器的活动期内的保护时隙已分配完而无法被分配保护时隙时，该虚拟协调器会为该一般节点在接下来的会进入活动期的众多虚拟协调器中挑选一个虚拟协调器，然后以预约的方式将这个未来才有保护时隙可分配的虚拟协调器的编号和下次广播信标帧的时间(即活动期开始时间)通知该一般节点。从本质上讲，即虚拟协调器为该一般节点预定了一个在未来空闲的保护时隙。

上述优选的分配方式使得一般节点的要求分配保护时隙进行数据传输的请求能够在保护时隙分配请求发送成功时得到响应，即使处于活动期的虚拟协调器无法在当前活动期内为该一般节点分配保护时隙，但虚拟协调器可以通过调度，将其他虚拟协调器的保护时隙以“预约”的方式分配给该一般节点，使得该一般节点不用在每个虚拟协调器活动期的竞争时段反复地发送保护时隙分配请求，从而减少了一般节点发送保护时隙分配请求的次数，降低了网络的拥塞度。

更进一步的，由于虚拟协调器提前通知了该一般节点其“预约”的虚拟协调器的编号和信标帧的发送时间，因此该一般节点可以在此“预约”的虚拟协调器进入活动期之前进行休眠，即关闭信道监听及其它一些为数据传输而进行的准备工作，而到“预约”的虚拟协调器即将进入活动期时再唤醒。这种休眠和唤醒的方式可以更进一步的减少一般节点的能量损耗，从而增加一般节点的能量续航能力。

在一个实施例中，如图2所示，一种传感器网络无冲突传输系统，包括协调器和与协调器连接的一般节点。无线网络为基于IEEE 802.15.4协议的无线传感器网络，拓扑结构为星型。一般节点为用于检测环境变化的传感器，协调器为星型网络的中心节点，与其他一般节点相连，不仅用于检测环境变化，还作为数据传输的中继节点。

协调器将其工作时段划分为由连续时隙组成的时隙序列，并对该时隙序列中的时隙进行编号，该时隙的编号组成的编号序列具有周期性。协调器将在时隙序列中的时隙内工作的协调器虚拟成与时隙对应的虚拟协调器，且编号相同的时隙对应同一个虚拟协调器。一般节点用于与虚拟协调器建立连接后向虚拟协调器发出保护时隙分配请求。虚拟协调器用于根据保护时隙分配请求向一般节点发送回复信息。一般节点还用于根据回复信息与虚拟协调器传输数据。

协调器的工作时段被按照时分复用的方式划分为具有多个时隙的时隙序列，时隙序列中的每个时隙都有编号，且时隙对应的编号构成的编号序列具有周期性。如图2所示，编号序列的周期为K，因此，也可称时隙序列具有周期性，时隙序列一个周期内的K个时隙分别编号为0、1、2、......、K-1。

本实施例中，如图2所示，同一个协调器(实际装置)处于前述的周期性的时隙序列中的不同时隙中工作时，被虚拟成为K个虚拟协调器。编号相同的时隙对应同一个虚拟协调器，也就是说，虚拟协调器也被编号为0、1、2、......、i、......、K-1，且编号为i的虚拟协调器与时隙序列中的所有编号为i的时隙对应，i为1至K-1的任意一个编号。在其他实施例中，也可以采用随机数字，随机字符串进行编号。

与某个虚拟协调器对应的时隙即为该虚拟协调器的活动期，与某个虚拟协调器不对应的时隙即为该虚拟协调器的非活动期。也就是说，将一个协调器的连续的工作过程虚拟成K个虚拟协调器在不同时隙交替工作的过程，是一种时分复用的方式。

与位于时隙序列首位的时隙对应的虚拟协调器为初始虚拟协调器。初始虚拟协调器的活动期为初始活动期。虚拟协调器的信标间隔即同一个虚拟协调器连续发送两次信标帧之间的时间间隔。

如图3所示，初始虚拟协调器即0号虚拟协调器(编号为0)。优选的，所有虚拟协调器的信标间隔相同。虚拟协调器的活动期长度即为与该虚拟协调器具有相同编号的某个时隙的时长。优选的，初始活动期的长度不小于其他虚拟协调器的活动期的长度。

K个虚拟协调器按照编号的顺序从小到大依次工作。也就是说，编号较大的虚拟协调器在前一个编号较小的虚拟协调器进入非活动期后进入活动期，由于时隙序列的周期性，一个周期结束时，即K-1号虚拟协调器进入非活动期时，0号虚拟协调器再次进入活动期。

如图3和图4所示，虚拟协调器的活动期分为三个时间段：广播信标帧时段、竞争时段和无竞争时段。

在广播信标帧时段，虚拟协调器广播信标帧，信标帧用于同步无线网络各节点的时钟以及向一般节点广播通知信息。

竞争时段用于接收一般节点的保护时隙分配请求。所有一般节点只能在此时段向虚拟协调器发送保护时隙分配请求。

非竞争时段用于数据传输，被划分为多个保护时隙，优选为小于7个。一个保护时隙对应一个一般节点的传输任务，即一个保护时隙的时长为一个一般节点向虚拟协调器传输数据的时间的单位长度。若数据量大，虚拟协调器也可以为某个一般节点分配多个保护时隙。也就是说，每个虚拟协调器在其活动期都作为IEEE 802.15.4协议的信标使能模式中所规定的协调器独立的进行工作。

本实施例中，已编号的K个虚拟协调器按编号顺序依次进入活动期，并向一般节点广播信标帧。由前述关于协调器的时分复用的描述可知，同一时间只有一个虚拟协调器处于活动期，当一个虚拟协调器进入非活动期后，另一个虚拟协调器进入活动期。

广播的信标帧主要有两个作用：通知各个一般节点此虚拟协调器已进入活动期并即将进入竞争时段；各个一般节点与虚拟协调器同步时钟，以保证通信不会出错。

一般节点向虚拟协调器发送保护时隙分配请求之前还要先跟虚拟协调器建立连接关系。一般节点先以载波监听避免碰撞的方式向虚拟协调器发送连接请求。若虚拟协调器同意所述一般节点的连接请求，则一般节点与协调器连接成功。否则，一般节点等待若干个初始活动期后，重新开始信道侦测，在接收到虚拟协调器广播的信标帧后，向虚拟协调器发送连接请求。等待的初始活动期的个数为随机整数，且大于0并小于编号序列的一个周期中的编号的个数。

对于具有多个协调器的网络，如果一般节点连接某个协调器失败，还可以在接收到其他协调器广播的信标帧后，选择连接其他的协调器。

与虚拟协调器成功连接的一般节点，被称为该虚拟协调器的子节点。

一般节点接收到协调器广播的信标帧后，先同步时钟，若有向虚拟协调器传输数据的需求，则在该虚拟协调器活动期中的竞争时段，向该虚拟协调器发送保护时隙分配请求。

在一个实施例中，当一般节点发送保护时隙分配请求失败后，等待若干个初始活动期后继续监听信道，当接收到该虚拟协调器广播的信标帧后，继续向虚拟协调器发送保护时隙分配请求；等待的初始活动期的个数为随机整数，且大于0并小于编号序列的一个周期中的编号的个数。

此处要指出的是，编号0至K-1的虚拟协调器本质上仍是同一个协调器，虚拟协调器只是实际装置时分复用后虚拟出来的虚拟装置。因此，一般节点和虚拟协调器之间的通信本质上仍是一般节点和协调器之间的通信，只是限定了某个一般节点只能在特定的时隙内才能与协调器进行通信。

在一个实施例中，虚拟协调器按照预设的分配策略将未分配的保护时隙分配给一般节点，并在该虚拟协调器下次广播的信标帧里，定义分配给一般节点的保护时隙的起始位置和长度。

在一个实施例中，虚拟协调器按接收到保护时隙分配请求的时间的先后顺序，在当前虚拟协调器的活动期内，优先为先收到的保护时隙分配请求对应的一般节点分配保护时隙。也就是说，采用了一种先进先出的队列式处理方式，先收到的请求先分配，后收到的请求后分配。

在一个实施例中，虚拟协调器还用于在可分配的保护时隙分配完后，向一般节点回复信息，该回复信息包括可分配保护时隙的虚拟协调器的编号以及可分配保护时隙的虚拟协调器发送信标帧的时间。可分配保护时隙的虚拟协调器还用于在进入活动期时，向一般节点广播信标帧，该信标帧包含有分配给一般节点的保护时隙信息。

一般节点还用于在接收到可分配保护时隙的虚拟协调器广播的，分配给该一般节点的保护时隙信息后，在该保护时隙内向虚拟协调器传输数据。

也就是说，当一个一般节点向虚拟协调器请求分配保护时隙，却因为该虚拟协调器的活动期内的保护时隙已分配完而无法被分配保护时隙时，该虚拟协调器会为该一般节点在接下来的会进入活动期的众多虚拟协调器中挑选一个虚拟协调器，然后以预约的方式将这个未来才有保护时隙可分配的虚拟协调器的编号和下次广播信标帧的时间(即活动期开始时间)通知该一般节点。从本质上讲，即虚拟协调器为该一般节点预定了一个在未来空闲的保护时隙。

上述优选的协调器和一般节点的工作方式使得一般节点的要求分配保护时隙进行数据传输的请求能够在保护时隙分配请求发送成功时得到响应，即使处于活动期的虚拟协调器无法在当前活动期内为该一般节点分配保护时隙，但虚拟协调器可以通过调度，将其他虚拟协调器的保护时隙以“预约”的方式分配给该一般节点，使得该一般节点不用在每个虚拟协调器活动期的竞争时段反复地发送保护时隙分配请求，从而减少了一般节点发送保护时隙分配请求的次数，降低了网络的拥塞度。

更进一步的，由于虚拟协调器提前通知了该一般节点其“预约”的虚拟协调器的编号和信标帧的发送时间，因此该一般节点可以在此“预约”的虚拟协调器进入活动期之前进行休眠，即关闭信道监听及其它一些为数据传输而进行的准备工作，而到“预约”的虚拟协调器即将进入活动期时再唤醒。这种休眠和唤醒的方式可以更进一步的减少一般节点的能量损耗，从而增加一般节点的能量续航能力。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种传感器网络无冲突传输方法，包括以下步骤：

将协调器的工作时段划分为由连续时隙组成的时隙序列，并对所述时隙序列中的时隙进行编号，所述时隙的编号组成的编号序列具有周期性；

将在所述时隙序列中的时隙内工作的协调器虚拟成与所述时隙对应的虚拟协调器，且编号相同的时隙对应同一个虚拟协调器；

一般节点与所述虚拟协调器建立连接；

所述一般节点向虚拟协调器发出保护时隙分配请求；

所述虚拟协调器根据所述保护时隙分配请求向一般节点发送回复信息；

所述一般节点根据所述回复信息与所述虚拟协调器传输数据；

且所有虚拟协调器的信标间隔相同；在所述时隙序列中，与所述虚拟协调器对应的时隙即为所述虚拟协调器的活动期，与位于所述时隙序列首位的时隙对应的虚拟协调器为初始虚拟协调器，所述初始虚拟协调器的活动期为初始活动期；所述初始活动期的长度不小于其他虚拟协调器的活动期的长度；

且所述虚拟协调器根据所述保护时隙分配请求向一般节点发送回复信息的步骤为：

虚拟协调器按照预设的分配策略将未分配的保护时隙分配给所述一般节点，并在所述虚拟协调器下次广播的信标帧里，定义分配给所述一般节点的保护时隙的起始位置和长度。

2.根据权利要求1所述的传感器网络无冲突传输方法，其特征在于，所述一般节点向虚拟协调器发出保护时隙分配请求之后还包括：

一般节点发送保护时隙分配请求失败后，等待若干个初始活动期后继续监听信道，当接收到所述虚拟协调器广播的信标帧后，继续向虚拟协调器发送保护时隙分配请求；所述等待的初始活动期的个数为随机整数，且大于0并小于所述编号序列的一个周期中的编号的个数。

3.根据权利要求1所述的传感器网络无冲突传输方法，其特征在于，所述虚拟协调器根据所述保护时隙分配请求向一般节点发送回复信息的步骤还包括：

虚拟协调器在可分配保护时隙分配完后，向一般节点回复信息，所述回复信息包括可分配保护时隙的虚拟协调器的编号以及所述可分配保护时隙的虚拟协调器发送信标帧的时间；

可分配保护时隙的虚拟协调器在进入活动期时，向一般节点广播信标帧，所述信标帧包含有分配给一般节点的保护时隙信息；

所述一般节点根据所述回复信息与所述虚拟协调器传输数据的步骤具体为：

一般节点在接收到可分配保护时隙的虚拟协调器广播的，分配给该一般节点的保护时隙信息后，在所述保护时隙内向所述虚拟协调器传输数据。

4.根据权利要求1所述的传感器网络无冲突传输方法，其特征在于，所述虚拟协调器按照预设的分配策略将未分配的保护时隙分配给所述一般节点的步骤具体为：

所述虚拟协调器按接收到保护时隙分配请求的时间的先后顺序，在当前虚拟协调器的活动期内为一般节点依次分配保护时隙。

5.一种传感器网络无冲突传输系统，包括协调器和与协调器连接的一般节点；所述协调器将其工作时段划分为由连续时隙组成的时隙序列，并对所述时隙序列中的时隙进行编号，所述时隙的编号组成的编号序列具有周期性；所述协调器将在所述时隙序列中的时隙内工作的协调器虚拟成与所述时隙对应的虚拟协调器，且编号相同的时隙对应同一个虚拟协调器；所述一般节点用于与所述虚拟协调器建立连接后向虚拟协调器发出保护时隙分配请求；所述虚拟协调器用于根据所述保护时隙分配请求向一般节点发送回复信息；所述一般节点用于根据所述回复信息与所述虚拟协调器传输数据；

且所有虚拟协调器的信标间隔相同；在所述时隙序列中，与所述虚拟协调器对应的时隙即为所述虚拟协调器的活动期，与位于所述时隙序列首位的时隙对应的虚拟协调器为初始虚拟协调器，所述初始虚拟协调器的活动期为初始活动期；所述初始活动期的长度不小于其他虚拟协调器的活动期的长度；

且所述虚拟协调器还用于在可分配保护时隙分配完后，向一般节点回复信息，所述回复信息包括可分配保护时隙的虚拟协调器的编号以及所述可分配保护时隙的虚拟协调器发送信标帧的时间；所述可分配保护时隙的虚拟协调器还用于在进入活动期时，向一般节点广播信标帧，所述信标帧包含有分配给一般节点的保护时隙信息；所述一般节点还用于在接收到可分配保护时隙的虚拟协调器广播的，分配给该一般节点的保护时隙信息后，在所述保护时隙内向所述虚拟协调器传输数据。