CN102740365B - 一种适用于无线传感器网络的单流批量数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于无线传感器网络的单流批量数据采集方法，该方法包括如下步骤：节点首先在启动进入无线传感器网络时通过在邻居节点的信道上接收信标帧来获知自己所有一跳邻居节点的唤醒时间信息，并选择自己的本地信道，加入无线传感器网络；节点成功加入无线传感器网络后，会在自己选择的固定信道上进行异步的伪随机唤醒并广播信标帧；当网络中的任一节点在任一时刻有批量数据需要给汇聚节点传送时，在这个节点和汇聚节点之间的这条链路上的所有节点就会通过预测唤醒机制在短期内建立出一条最短延时传输链路。本发明空闲时低功耗、数据采集时高吞吐率。

Description

一种适用于无线传感器网络的单流批量数据采集方法

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，特别涉及一种无线传感器网络中适用于突发流量负载的批量数据的快速采集方法。

背景技术

在无线网络通信协议领域中，大量的MAC(介质访问控制)层、路由层和传输层协议都是基于单信道传输。单信道传输使无线网络由于天线冲突和带宽的限制等原因，不能以较高的数据传输率提供可靠和及时的通信服务。而且大部分的单信道协议存在传输控制复杂等一系列问题。随着硬件技术的发展，单天线多信道协议逐渐成为国内外学者的研究热点。多信道虽然在一定程度上增加了控制代价，但是多信道在较大程度上解决了单信道传输控制复杂等问题，而且所有用户(节点)可以利用一个天线，在不同信道上，在同一时刻进行并行传输。这与单信道相比，在提高信道利用率，降低传输时延和减少冲突等方面又有较大的改善。同时，一些比较常见的无线发射硬件已经提供多频率供用户设置，这为提高信道利用率、降低时延、减少冲突和重传提供了可能。

近年来，无线传感器网络中MAC协议的研究趋势是由基础理论研究转移到面向特定应用。一方面是经过几年的理论研究，无线传感网的理论分析内容已经饱和，很难在基础理论研究上面有所创新；另一方面随着无线传感器网络在工业测控，医疗监护、智能建筑和环境监测等应用领域的迅速发展，简单通用的MAC模型已经不能适应很多应用场景的设计要求，需要根据特定的应用场景提炼出的通信模型设计更有针对性的MAC协议。因此，在本发明中，我们针对突发流量的特定场景，通过加入自适应唤醒机制并融入多信道模型，提出一种新型的适用于突发流量负载的批量数据的快速采集方法。

由于本发明是关于面向突发流量的多信道无线传感器网络批量数据快速采集方法，单节点突发批量数据传输是突发负载传输问题中比较典型的一个应用模型，对应的应用有：感兴趣事件触发的音频、图像或大批量历史数据回取等。针对该应用模型的MAC协议设计要求为：在网络空闲状态下，网络保持低功耗；当节点监测到感兴趣事件发生时，以最快的速度从单个节点取回大批量数据。现有的技术方案当中，特别针对该模型应用的解决方案有限，且都没有很好的利用最短延时传输机制。本发明的核心内容是针对单节点批量数据传输问题，综合利用现有的MAC设计技术并创新的利用异步协议传输过程中唤醒时间不一致的特性，提出一个新型的多信道无线传感网络的单流批量数据快速采集方法。

发明内容

技术问题：本发明针对突发流量型的无线传感器网络应用场景，进行多信道MAC协议设计与实现，提供了一种可实现无干扰单流传输调度，空闲时低功耗、数据采集时低延时的适用于无线传感器网络的单流批量数据采集方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于无线传感器网络的单流批量数据采集方法，该方法包括如下步骤：

节点首先在启动进入无线传感器网络时通过在邻居节点的信道上接收信标帧来获知自己所有一跳邻居节点的唤醒时间信息，并选择自己的本地信道，加入无线传感器网络；

节点成功加入无线传感器网络后，会在自己选择的固定信道上进行异步的伪随机唤醒并广播信标帧；当网络中的任一节点在任一时刻有批量数据需要给汇聚节点传送时，在这个节点和汇聚节点之间的这条链路上的所有节点就会通过预测唤醒机制在短期内建立出一条最短延时传输链路，然后这条链路上的所有节点通过建立完成的最短延时传输链路将数据包通过单包发送的方式快速的传递到汇聚节点；

当批量的数据包采集完毕以后，节点在没有包可发的情况下会依次退出之前形成的最短延时链路，进行空闲情况下的伪随机唤醒；如果在下一时刻该节点仍然需要向汇聚节点传递数据包的话，就会再重复以上过程；

节点在每个环节的传输工作流程包括如下步骤：

步骤1：网络当中的所有节点在首次启动后开始加入网络的过程，对于汇聚节点，直接选择0信道作为自己的固定信道，对于其它非汇聚节点，需要先在各个信道上侦听一段时间，侦听一轮后，如果没有收到邻居节点的信标帧，就进入步骤2，否则进入步骤3；

步骤2：如果节点从0信道开始侦听到16信道侦听结束，这段时间没有收到任何其它节点的信标帧，就需要再进行一轮信道扫描，直到成功收到邻节点的信标帧，然后进入步骤3；

步骤3：节点从侦听到的信标帧中获知自己距离汇聚节点的跳数，以及自己有哪些父节点，然后根据跳数确定自己的信道号，并开始广播自己的信标帧，进入步骤4；

步骤4：节点加入网络后，就进行正常的伪随机异步唤醒调度，如果一直没有数据可发，则停留在步骤4；如果在任一时刻传感器节点产生了批量数据，并需要向汇聚节点进行快速的汇报，则进入步骤5；

步骤5：此时，该源节点需要通过前面若干个数据包在短期内建立最短延时传输链路；

步骤6：最短延时传输链路建立好以后，在这条流上的所有节点都会严格按照设定的唤醒、休眠时间间隔定期醒来接收数据包并给自己的父节点转发；如果在数据包传送的过程中发生丢包情况，则进入步骤7；

步骤7：由于一个数据包的发送过程中，接收节点需要首先发送信标帧来引导发送节点发送数据包，然后接收节点在成功收到数据包后需要回复确认帧；

步骤8：当数据包传送完成后，除源节点外，所有节点都会有一个依次退出最短延时传输链路的过程，本次的批量数据包的采集任务结束，节点重新回到步骤4。

优选的，步骤5中，最短延时传输链路的建立过程如下：

步骤51：首先，源节点通过预测唤醒机制给这条链路上自己的父节点发送数据包，并通过父节点回复的确认帧获知父节点下一次的唤醒时间，然后源节点设定定时器并休眠，等待下一次发送机会；

步骤52：源节点的父节点在收到数据包以后也会通过预测唤醒机制给自己的父节点进行预测发送，同时通过回复的确认帧信息获知下一次唤醒时间，然后设定休眠定时器进入休眠；

步骤53：在这条链路上的所有节点都会依次经过如上过程来快速建立多跳最短延时传输机制，当汇聚节点此时收到第一个数据包的时候，就知道此时网络中有节点需要向它传递批量的数据，则会每隔很短的固定时间醒来接收数据包，然后所有的子节点会按照汇聚节点设定的占空比定期醒来接收或者发送数据包；

步骤54：根据源节点距离汇聚节点的跳数，会通过前面若干个数据包传递的时间建立起最短延时传输链路，当所有节点都已进入最短延时传输模式以后，则进入步骤6。

优选的，步骤7中，数据包的发送过程中丢包的情况有3种可能，解决方法为：

步骤71：如果在发送的过程中发生信标帧丢包，则发送节点需要在接收节点的信道上一直保持唤醒，直到成功收到接收节点的下一次信标帧，而对于接收节点来说，由于本次唤醒没有成功收到数据包，因此当需要给它自己的父节点发送时，就本地产生一个虚拟数据包来维持之前建立好的最短延时传输链路；

步骤72：如果发生数据包丢包，则接收节点不会回复确认帧，因此发送节点也需要取消下一次的自适应唤醒并在接收节点的信道继续等待下一个信标帧，对于接收节点来说，处理方案与信标帧丢包相同；

步骤73：确认帧丢包的话，发送节点的处理方式与数据包丢包相同，而对于接收节点，收到父节点的信标帧后，由于之前已经接收到数据包，所以此时不需要产生一个虚拟数据包来维持最短延时链路；当所有的数据包都成功发送后，则进入步骤8。

有益效果：本发明方法与传统的MAC协议数据传输方案相比，具有以下明显优点：节点通过在入网时根据距离汇聚节点的跳数来选择自己的固定信道，可以避免节点在后期的数据传输时发生碰撞和流内干扰；通过在发送数据包时节点进行自适应的占空比调整来有效降低异步协议在传输过程中的睡眠延时问题，从而最大化采集速度；当节点分布的地理环境不稳定导致节点在转发数据有丢包的时候，通过采用有效的丢包处理机制能够使丢包引起的性能降低得以最小化，显著提升了其在火山监测以及森林火灾监测等应用场景中的协议健壮性和实用性。具体分析如下：

(1)在传统的多信道异步协议中，无论节点发送数据包采用的是固定信道分配方式还是动态信道分配，都不能从根本上解决相邻节点间信道重用的问题，这在信道调度时有可能带来数据包的碰撞和重传，引起协议性能的下降。本发明方法中，节点在入网阶段通过根据距离汇聚节点的跳数来设置信道号，这样在单流传输时，该链路上的所有相邻节点都会选择不同的信道，就能够避免出现以上这种情况。传统方案中，当节点1想要给节点2发包的时候，节点2此刻有可能正在给节点3发数据，这样在节点1处就造成一定的延时和能耗浪费，而在本发明中，当有数据包时，由于节点有统一的传输时间调度，就不会出现节点无谓等待的情况，最大限度的提升了吞吐率。

(2)在一般的异步协议中，由于是接收端发起的协议类型，因此发送节点需要等待接收节点醒来并收到接收端的信标帧之后才能开始数据包的发送，并且这一周期的数据包发送结束以后，若要继续发送数据包，则需要等到接收节点下一次醒来，当在一些突发流量型的场景中，此种类型的协议会带来很大的睡眠延时问题。而在本发明中，由于有数据包的时候，链路上的所有节点会暂时取消伪随机唤醒，进入自适应唤醒模式，发送节点通过接收节点回复的确认帧知道接收节点下一次什么时候醒来，并且节点通过调整自身的占空比来让发送节点等待的延时得以最小化，这就很大程度的提高了批量数据的采集速度。

(3)在一些突发流量型的应用场景中，节点的撒布环境一般较为恶劣，而在这样的环境中，仍需要协议可以保持较好的稳定性和抵御各种外界干扰的能力。而一般的技术方案由于采用的多为固定的传输调度，缺少了一定的灵活性，并且在受外界干扰导致节点传输有丢包的情况下，性能下降较为明显。在本发明中，由于节点可以根据流量变化进行自适应的占空比调整，并且在有丢包的情况下通过有效的处理机制依然能够保持较高的传输效率和协议稳定性。因此，在真实的应用场景中，当节点周围的环境不稳定时，采用本发明中的批量数据快速采集方法将更为有效。

附图说明

图1为本发明方法整体流程图；

图2为节点加入网络过程图；

图3为建立最短延时传输链路流程图；

图4为节点建立多跳多信道最短延时传输链路示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

一种多信道无线传感器网络中适用于突发流量负载的单流批量数据快速采集方法，通过利用路由层信息，在异步协议中实现无干扰单流传输调度，最大化采集速度。所有传感器节点通过节点启动时的入网过程将邻居节点的异步唤醒时间信息存储在自己的邻居列表中。当源节点有大量数据包需要快速传递到目标节点的时候，首先在这条数据流上的所有节点会通过预测唤醒机制在短时间内建立起最短延时传输链路，当所有节点都已加入最短延时传输链路以后就能以最快的速度将批量数据包从源节点传递到目标节点，通过这样一种发明方法，能够很好的解决异步协议在批量数据采集时的睡眠延时问题。同时本方法在节点撒布环境恶劣、丢包严重的情况下仍然有良好的性能表现，这也提升了它在实际场合下的协改健壮性和实用性。本发明提出的数据采集方法实现了空闲时低功耗、数据采集时高吞吐率的协议需求。

本发明的无线传感器网络的单流批量数据快速采集方法，节点首先在启动入网时通过在邻居节点的信道上接收信标帧来获知自己所有一跳邻居节点的唤醒时间信息，并选择自己的本地信道，加入网络；节点成功加入网络后，会在自己选择的固定信道上进行异步的伪随机唤醒并广播信标帧；当网络中的某一节点在某一时刻有批量数据需要给汇聚节点传送时，在这个节点和汇聚节点之间的这条链路上的所有节点就会通过预测唤醒机制在短期内建立出一条最短延时传输链路，然后这条链路上的所有节点通过建立完成的最短延时链路就可以将数据包通过单包发送的方式快速的传递到汇聚节点。当批量的数据包采集完毕以后，节点在没有包可发的情况下会依次退出之前形成的最短延时传输链路，回到空闲情况下的伪随机唤醒。如果在下一时刻该节点仍然需要向汇聚节点传递数据包的话，就会再重复以上过程。

节点在每个环节的传输工作流程包括如下步骤：

1)如图2所示，网络当中的所有节点在首次启动后开始加入网络的过程，对于汇聚节点，直接选择0信道作为自己的固定信道，对于其它节点，需要先在各个信道上侦听一段时间，侦听一轮后，如果没有收到邻居节点的信标帧，就进入步骤2)，否则进入步骤3)；

2)如果节点从0信道开始侦听到16信道侦听结束，这段时间没有收到任何其它节点的信标帧，就需要再进行一轮信道扫描，直到成功收到邻节点的信标帧，然后进入步骤3)；

3)节点从侦听到的信标帧中获知自己距离汇聚节点的跳数，以及自己有哪些父节点，然后根据跳数确定自己的信道，并开始广播自己的信标帧，进入步骤4)；

4)节点加入网络后，就进行正常的伪随机异步唤醒调度，如果一直没有数据可发，则停留在步骤4)；如果在某一时刻传感器节点产生了批量数据，并需要向汇聚节点进行快速的汇报，则进入步骤5)；

5)此时，该源节点需要通过前面若干个数据包在短期内建立最短延时传输链路，最短延时链路的建立过程如下：

51)首先，源节点通过预测唤醒机制给这条链路上自己的父节点发送数据包，并通过父节点回复的确认帧获知父节点下一次的唤醒时间，然后源节点设定定时器并休眠，等待下一次发送机会；

52)源节点的父节点在收到数据包以后也会通过预测唤醒机制给自己的父节点进行预测发送，同时通过回复的确认帧信息获知下一次唤醒时间，然后设定休眠定时器进入休眠；

53)在这条链路上的所有节点都会依次经过如上过程来快速建立多跳最短延时传输机制，当汇聚节点此时收到第一个数据包的时候，就知道此时网络中有节点需要向它传递批量的数据，则会每隔很短的固定时间醒来接收数据包，然后所有的子节点会按照汇聚节点设定的占空比定期醒来接收或者发送数据包。

54)根据源节点距离汇聚节点的跳数，会通过前几个数据包传递的时间建立起最短延时传输链路，当所有节点都已进入最短延时传输模式以后，则进入步骤6)；

6)最短延时传输链路建立好以后，在这条流上的所有节点都会严格按照设定的唤醒、休眠时间间隔定期醒来接收数据包并给自己的父节点发送；如果在建立数据包传送的过程中发生丢包情况，则进入步骤7)；

7)由于一个数据包的发送过程中，接收节点需要首先发送信标帧来引导发送节点发送数据包，然后接收节点在成功收到数据包后需要回复确认帧，因此在数据包的发送过程中丢包的情况有3种可能，对应的也有3种相应的处理方案。

71)如果在发送的过程中发生信标帧丢包，则发送节点需要在接收节点的信道上一直保持唤醒，直到成功收到接收节点的下一次信标帧，而对于接收节点来说，由于本次唤醒没有成功收到数据包，因此当需要给它自己的父节点发送时，就本地产生一个虚拟数据包来维持之前建立好的最短延时链路；

72)如果发生数据包丢包，则接收节点不会回复确认帧，因此发送节点也需要取消下一次的自适应唤醒并在接收节点的信道继续等待下一个信标帧，对于接收节点来说，处理方案与信标帧丢包相同；

73)信标帧丢包的话，发送节点的处理方式与数据包丢包相同，而对于接收节点，收到父节点的信标帧后，由于之前已经接收到数据包，所以此时不需要产生一个虚拟数据包来维持最短延时链路。当所有的数据包都成功发送后，则进入步骤8)；

8)当数据包传送完成后，除源节点外，所有节点都会有一个依次退出最短延时传输链路的过程，本次的批量数据包的采集任务结束。节点重新回到步骤4)。

如图1所示，本发明的无线传感器网络的单流批量数据快速采集方法，节点首先在启动入网时通过在邻居节点的信道上接收信标帧来获知自己所有一跳邻居节点的唤醒时间信息，并选择自己的本地信道，加入网络；节点成功加入网络后，会在自己选择的固定信道上进行异步的伪随机唤醒并广播信标帧；当网络中的某一节点在某一时刻有批量数据需要给汇聚节点传送时，在这个节点和汇聚节点之间的这条链路上的所有节点就会通过预测唤醒机制在短期内建立出一条最短延时传输链路，然后这条链路上的所有节点通过建立完成的最短延时链路就可以将数据包通过单包发送的方式快速的传递到汇聚节点。当批量的数据包采集完毕以后，节点在没有包可发的情况下会依次退出之前形成的最短延时传输链路，回到空闲情况下的伪随机唤醒。如果在下一时刻该节点仍然需要向汇聚节点传递数据包的话，就会再重复以上最短延时链路的建立和通信过程。

节点在空闲状态时采用伪随机异步唤醒调度，在本发明中，为简单起见，我们采用LCG(线性同余发生器)算法的伪随机序列作为节点周期唤醒间隔：

X_n1(aX_n c)modm           (1)

其中，m＞0是系数，a(0＜a＜m)是乘数，是增量，是当前的种子。每个产生的X_n1可以用作随机数，并成为新的种子。这里，我们取a、c、m分别为21、7、100，X₀取节点的序列号。采用这种方法构建伪随机序列发生器，一方面可以使不同节点的时间调度不发生冲突，另一方面发送节点知道伪随机的参数就可以知道接收节点的所有未来唤醒时间。

而在数据传输阶段节点进行自适应唤醒，收到数据包后，节点就进入自适应唤醒模式，在自适应唤醒模式中，节点暂停根据伪随机算法唤醒发信标帧，而只在发送数据包收到确认帧后返回自己的信道唤醒发送信标帧，并通过确认帧告知子节点下一次自适应唤醒时间。在自适应唤醒的过程中，节点如果连续3次发送信标帧都收不到数据包则退出自适应唤醒模式，恢复伪随机唤醒。

节点在每个环节的传输工作流程包括如下步骤：

1)如图2所示，网络当中的所有节点在首次启动后开始加入网络的过程，对于汇聚节点，直接选择0信道作为自己的固定信道并开始伪随机唤醒广播信标帧，对于其它节点，需要先在各个信道上侦听一段时间，侦听一轮后，如果没有收到邻居节点的信标帧，就进入步骤2)，否则进入步骤3)；

2)如果节点从0信道开始侦听到16信道侦听结束，这段时间没有收到任何其它节点的信标帧，则无法根据邻居节点的信标帧信息设置自己距离汇聚节点的跳数，并无法选择信道号。就需要再进行一轮信道扫描，直到成功收到邻节点的信标帧，然后进入步骤3)；

3)节点从侦听到的信标帧中获知自己距离汇聚节点的跳数，以及自己有哪些父节点，然后根据跳数确定自己的信道号，并开始广播自己的信标帧，进入步骤4)；

4)节点加入网络后，就进行正常的伪随机异步唤醒调度，如果一直没有数据可发，则停留在步骤4)；如果在某一时刻该传感器节点产生了批量数据，并需要向汇聚节点进行快速的汇报，则进入步骤5)；

5)此时，该源节点需要通过前面若干个数据包在短期内建立最短延时传输链路，如图3和图4所示，最短延时链路的建立过程如下：

51)首先，源节点通过预测唤醒机制给这条链路上自己的父节点发送数据包，并通过父节点回复的确认帧获知父节点下一次的唤醒时间，然后源节点设定定时器并休眠，等待下一次发送机会；

52)源节点的父节点在收到数据包以后也会通过预测唤醒机制给自己的父节点进行预测发送，同时也通过回复的确认帧信息获知下一次唤醒时间，然后设定休眠定时器进入休眠；

53)在这条链路上的所有节点都会依次经过如上过程来快速建立多跳最短延时传输机制，当链路上的最后一个节点也就是汇聚节点此时收到第一个数据包的时候，就知道此时网络中有节点需要向它传递批量的数据，则会每隔很短的固定时间醒来接收数据包，然后所有的子节点会按照汇聚节点设定的占空比大小自适应的进行占空比调整，定期醒来接收或者发送数据包。

54)根据源节点距离汇聚节点的跳数，会通过前若干个数据包传递的时间建立起最短延时传输链路，这里，所有节点建立最短延时传输链路所需的时间与源节点距离汇聚节点的跳数有关。当所有节点都已进入最短延时传输模式以后，则进入步骤6)；

6)最短延时传输链路建立好以后，在这条流上的所有节点都会严格按照设定的唤醒、休眠时间间隔定期醒来接收数据包并给自己的父节点发送；如果在建立数据包传送的过程中发生丢包情况，则进入步骤7)；

7)由于一个数据包的发送过程中，接收节点需要首先发送信标帧来引导发送节点发送数据包，然后接收节点在成功收到数据包后需要回复确认帧，因此在数据包的发送过程中丢包的情况有3种可能，对应的也有3种相应的处理方案。

71)如果在发送的过程中发生信标帧丢包，则发送节点需要在接收节点的信道上一直保持唤醒，直到成功收到接收节点的下一次信标帧并进行数据包的发送，而对于接收节点来说，由于本次唤醒没有成功收到数据包，因此当需要给它自己的父节点发送时，就本地产生一个虚拟数据包来维持之前建立好的最短延时传输链路，而父节点收到这个虚拟的数据包后直接丢弃，并回复一个包含有下一次唤醒时间的确认帧；

72)如果发生数据包丢包，则接收节点不会回复确认帧，因此发送节点也需要取消下一次的自适应唤醒并在接收节点的信道继续等待下一个信标帧，直到解决本次丢包问题，并在成功收到确认帧后立即进行一次自适应唤醒，这样可以让发送节点的子节点知道本次丢包问题已经解决，并可以将丢包引起的延时问题最小化。而对于接收节点来说，处理方案与信标帧丢包相同；

73)确认帧丢包的话，发送节点的处理方式与数据包丢包相同，而对于接收节点，收到其父节点的信标帧后，由于之前已经接收到数据包，所以此时不需要产生一个虚拟数据包来维持最短延时传输链路，直接转发之前收到的数据包并等待父节点回复的确认帧信息。当所有的数据包都成功发送后，则进入步骤8)；

8)当数据包传送完成后，除源节点外，所有节点都会有一个依次退出最短延时传输链路的过程，本次的批量数据包的采集任务结束。节点重新回到步骤4)。若下一阶段再有批量数据包需要采集的话就再次进入步骤5)，并重复步骤5)到步骤8)的传输过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (3)

1.一种适用于无线传感器网络的单流批量数据采集方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

节点首先在启动进入无线传感器网络时通过在邻居节点的信道上接收信标帧来获知自己所有一跳邻居节点的唤醒时间信息，并选择自己的本地信道，加入无线传感器网络；

节点成功加入无线传感器网络后，会在自己选择的固定信道上进行异步的伪随机唤醒并广播信标帧；当网络中的任一节点在任一时刻有批量数据需要给汇聚节点传送时，在这个节点和汇聚节点之间的这条链路上的所有节点就会通过预测唤醒机制在短期内建立出一条最短延时传输链路，然后这条链路上的所有节点通过建立完成的最短延时传输链路将数据包通过单包发送的方式快速的传递到汇聚节点；

当批量的数据包采集完毕以后，节点在没有包可发的情况下会依次退出之前形成的最短延时链路，进行空闲情况下的伪随机唤醒；如果在下一时刻该节点仍然需要向汇聚节点传递数据包的话，就会再重复以上过程；

节点在每个环节的传输工作流程包括如下步骤：

步骤1：网络当中的所有节点在首次启动后开始加入网络的过程，对于汇聚节点，直接选择0信道作为自己的固定信道，对于其它非汇聚节点，需要先在各个信道上侦听一段时间，侦听一轮后，如果没有收到邻居节点的信标帧，就进入步骤2，否则进入步骤3；

步骤2：如果节点从0信道开始侦听到16信道侦听结束，这段时间没有收到任何其它节点的信标帧，就需要再进行一轮信道扫描，直到成功收到邻节点的信标帧，然后进入步骤3；

步骤3：节点从侦听到的信标帧中获知自己距离汇聚节点的跳数，以及自己有哪些父节点，然后根据跳数确定自己的信道号，并开始广播自己的信标帧，进入步骤4；

步骤4：节点加入网络后，就进行正常的伪随机异步唤醒调度，如果一直没有数据可发，则停留在步骤4；如果在任一时刻传感器节点产生了批量数据，并需要向汇聚节点进行快速的汇报，则进入步骤5；

步骤5：此时，该节点需要通过前面若干个数据包在短期内建立最短延时传输链路；

步骤6：最短延时传输链路建立好以后，在这条流上的所有节点都会严格按照设定的唤醒、休眠时间间隔定期醒来接收数据包并给自己的父节点转发；

步骤7：由于一个数据包的发送过程中，接收节点需要首先发送信标帧来引导发送节点发送数据包，然后接收节点在成功收到数据包后需要回复确认帧；

步骤8：当数据包传送完成后，除源节点外，所有节点都会有一个依次退出最短延时传输链路的过程，本次的批量数据包的采集任务结束，节点重新回到步骤4。

2.根据权利要求1所述的适用于无线传感器网络的单流批量数据采集方法，其特征在于，步骤5中，最短延时传输链路的建立过程如下：

步骤51：首先，源节点通过预测唤醒机制给这条链路上自己的父节点发送数据包，并通过父节点回复的确认帧获知父节点下一次的唤醒时间，然后源节点设定定时器并休眠，等待下一次发送机会；

步骤52：源节点的父节点在收到数据包以后也会通过预测唤醒机制给自己的父节点进行预测发送，同时通过回复的确认帧信息获知下一次唤醒时间，然后设定休眠定时器进入休眠；

步骤53：在这条链路上的所有节点都会依次经过如上过程来快速建立多跳最短延时传输机制，当汇聚节点收到第一个数据包的时候，就知道此时网络中有节点需要向它传递批量的数据，则会每隔很短的固定时间醒来接收数据包，然后所有的子节点会按照汇聚节点设定的占空比定期醒来接收或者发送数据包；

步骤54：根据源节点距离汇聚节点的跳数，会通过前面若干个数据包传递的时间建立起最短延时传输链路，当所有节点都已进入最短延时传输模式以后，则进入步骤6。

3.根据权利要求1所述的适用于无线传感器网络的单流批量数据采集方法，其特征在于，步骤7中，数据包的发送过程中丢包的情况有3种可能，解决方法为：

步骤71：如果在发送的过程中发生信标帧丢包，则发送节点需要在接收节点的信道上一直保持唤醒，直到成功收到接收节点的下一次信标帧，而对于接收节点来说，由于本次唤醒没有成功收到数据包，因此当需要给它自己的父节点发送时，就本地产生一个虚拟数据包来维持之前建立好的最短延时传输链路；

步骤72：如果发生数据包丢包，则接收节点不会回复确认帧，因此发送节点也需要取消下一次的自适应唤醒并在接收节点的信道继续等待下一个信标帧，对于接收节点来说，处理方案与信标帧丢包相同；

步骤73：确认帧丢包的话，发送节点的处理方式与数据包丢包相同，而对于接收节点，收到父节点的信标帧后，由于之前已经接收到数据包，所以此时不需要产生一个虚拟数据包来维持最短延时链路；当所有的数据包都成功发送后，则进入步骤8。