CN108243485B - 一种无线传感网络中的时分多址信道接入方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种无线传感网络中的时分多址信道接入方法及装置。方法包括：协调器生成并发送静态信标帧，传感器节点根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道并发送第一数据帧，协调器根据第一数据帧判断传感器节点预备传输的第二数据帧是否为应急数据帧，针对第二数据帧为应急数据帧的传感器节点，根据应急数据帧的数据长度信息，计算第二时隙信息，根据第二时隙信息、其他传感器节点的第一时隙信息，确定第二超帧信息，根据第一/第二时隙信息和第二超帧信息，协调器生成并发送动态信标帧，传感器节点根据动态信标帧中自身对应的时隙信息接入信道，应用本发明实施例，实现了对突发事件的处理能力，提高了无线传感器网络的可靠性。

Description

一种无线传感网络中的时分多址信道接入方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种无线传感网络中的时分多址信道接入方法及装置。

背景技术

随着传感技术、无线通信技术的发展，无线传感器网络应运而生。无线传感器网络是一种新型的信息获取系统，是由协调器和大规模精小、低功耗的传感器节点组成，通过传感器节点监测、感知和采集网络覆盖区域内各种感知对象的信息，并对这些信息进行处理。在基于IEEE 802.15.4协议的网络中，所有节点都工作在同一个信道上，当邻近的节点同时发送数据时，就有可能发生网络碰撞。因此，对于无线传感网络而言，需要提供一种有效的传感器节点信道接入方法，来降低网络的碰撞概率，避免碰撞引起的丢包，提高传输的效率。

目前，MAC(Medium Access Control，介质访问控制)协议采用的传感器节点信道接入方法主要可以分为以下两类：CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access withCollision Avoidance，载波侦听多路访问/冲突避免)接入方法，TDMA(Time DivisionMultiple Access，时分多址)接入方法。CSMA/CA通过竞争信道的方式进行接入信道，主要是针对数据量少的网络，对于数据量多的网络性能较差。TDMA通过信标帧同步分配时隙的方式进行接入信道，信标帧中包括超帧信息和每个传感器节点的时隙信息，超帧信息中包括了超帧的长度以及每个传感器接入信道的顺序，时隙信息中包括了时隙长度，用于确定单个传感器节点接入TDMA信道的时间。因此，各个传感器节点按信标帧接入TDMA信道不会发生数据碰撞，能很好保证传输效率。但是，目前，信标帧中包括的超帧信息和时隙信息是固定不变的，因此对突发事件没有处理能力，从而可能导致网络拥堵，造成网络丢包率上升和延时长的问题，影响无线传感网络的可靠性。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种无线传感网络中的时分多址信道接入方法及装置，以应对无线传感器网络中突发事件，实现对突发事件的处理能力，提高无线传感网络器的可靠性。

为达到上述目的，本发明实施例提供了一种无线传感网络中的时分多址信道接入方法，应用于无线传感器网络中的协调器，所述无线传感器网络还包括：至少一个传感器节点；所述方法包括：

生成静态信标帧；所述静态信标帧中包括：每个传感器节点正常发送数据帧时的第一时隙信息和第一超帧信息；

将所述静态信标帧发送给所有传感器节点，以使所述各个传感器节点根据所述静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道；

接收各个传感器节点在接入信道后发送的第一数据帧；所述第一数据帧至少包括：预备传输的第二数据帧的数据长度信息以及表示第二数据帧是否为应急数据帧的应急标识；

根据各个传感器节点发送的第一数据帧中的应急标识分别判断各个传感器节点预备传输的第二数据帧是否为应急数据帧；

针对第二数据帧为应急数据帧的各个第一传感器节点，根据各个第一传感器节点的第二数据帧的数据长度信息，计算各个第一传感器节点的第二时隙信息；

根据各个第一传感器节点的第二时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一时隙信息，确定第二超帧信息；

根据各个第一传感器节点的第二时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一时隙信息，以及所述第二超帧信息，生成动态信标帧；

在等待一个所述超帧长度后，将所述动态信标帧发送给所有传感器节点，以使所述各个传感器节点根据所述动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道。

可选的，所述生成静态信标帧的步骤，包括：

根据所述无线传感器网络中的传感器节点数量、每个传感器节点正常发送的数据帧的数据长度信息，确定每个传感器节点的第一时隙信息；

根据所述每个传感器节点的第一时隙信息，确定第一超帧信息；

根据所述每个传感器节点的第一时隙信息以及所述第一超帧信息，生成静态信标帧。

可选的，若各个传感器节点预备传输的第二数据帧都不是应急数据帧，则该方法还包括：

在等待一个所述超帧长度后，将所述静态信标帧发送给所有传感器节点，以使所述各个传感器节点根据所述静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道。

可选的，所述方法还包括：

接收各个第一传感器节点在接入信道后发送的第二数据帧；所述第二数据帧至少包括：预备传输的第三数据帧的数据长度信息以及表示第三数据帧是否为应急数据帧的应急标识；

根据各个第一传感器节点发送的第二数据帧中的应急标识分别判断各个第一传感器节点预备传输的第三数据帧是否仍为应急数据帧；

针对第三数据帧变为非应急数据帧的各个第二传感器节点，根据各个第二传感器节点的第一时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一/第二时隙信息，确定第三超帧信息；

根据各个第二传感器节点的第一时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一/第二时隙信息，以及所述第三超帧信息，生成动态信标帧；

在等待一个所述超帧长度后，将所述动态信标帧发送给所有传感器节点，以使所述各个传感器节点根据所述动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道。

本发明实施例还提供了另一种无线传感网络中的时分多址信道接入方法，应用于无线传感器网络中的传感器节点，所述无线传感器网络还包括：协调器；方法包括：

接收协调器用上述发送静态信标帧的方法发送的静态信标帧；

根据所述静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道；

根据预备传输的第二数据帧是否为应急数据帧，在第一数据帧中加入应急标识；

将第一数据帧发送至协调器；

接收协调器发送的静态信标帧或动态信标帧；

根据所述静态信标帧中自身对应的第一时隙信息或所述动态信标帧中自身对应的第二时隙信息接入信道。

本发明实施例还公开了一种无线传感网络中的时分多址信道接入装置，应用于无线传感器网络中的协调器，所述无线传感器网络还包括：至少一个传感器节点；所述装置包括：

第一生成模块，用于生成静态信标帧；所述静态信标帧中包括：每个传感器节点正常发送数据帧时的第一时隙信息和第一超帧信息；

第一发送模块，用于将所述静态信标帧发送给所有传感器节点，以使所述各个传感器节点根据所述静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道；

第一接收模块，用于接收各个传感器节点在接入信道后发送的第一数据帧；所述第一数据帧至少包括：预备传输的第二数据帧的数据长度信息以及表示第二数据帧是否为应急数据帧的应急标识；

第一判断模块，用于根据各个传感器节点发送的第一数据帧中的应急标识分别判断各个传感器节点预备传输的第二数据帧是否为应急数据帧；

计算模块，用于针对第二数据帧为应急数据帧的各个第一传感器节点，根据各个第一传感器节点的第二数据帧的数据长度信息，计算各个第一传感器节点的第二时隙信息；

第一确定模块，用于根据各个第一传感器节点的第二时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一时隙信息，确定第二超帧信息；

第二生成模块，用于根据各个第一传感器节点的第二时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一时隙信息，以及所述第二超帧信息，生成动态信标帧；

第二发送模块，用于在等待一个所述超帧长度后，将所述动态信标帧发送给所有传感器节点，以使所述各个传感器节点根据所述动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道。

可选的，所述第一生成模块，具体用于：

根据所述无线传感器网络中的传感器节点数量、每个传感器节点正常发送的数据帧的数据长度信息，确定每个传感器节点的第一时隙信息；

根据所述每个传感器节点的第一时隙信息，确定第一超帧信息；

根据所述每个传感器节点的第一时隙信息以及所述第一超帧信息，生成静态信标帧。

可选的，若各个传感器节点预备传输的第二数据帧都不是应急数据帧，则所述装置还包括：

第三发送模块，用于在等待一个所述超帧长度后，将所述静态信标帧发送给所有传感器节点，以使所述各个传感器节点根据所述静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道。

可选的，所述装置还包括：

第二接收模块，用于接收各个第一传感器节点在接入信道后发送的第二数据帧；所述第二数据帧至少包括：预备传输的第三数据帧的数据长度信息以及表示第三数据帧是否为应急数据帧的应急标识；

第二判断模块，用于根据各个第一传感器节点发送的第二数据帧中的应急标识分别判断各个第一传感器节点预备传输的第三数据帧是否仍为应急数据帧；

第二确定模块，用于针对第三数据帧变为非应急数据帧的各个第二传感器节点，根据各个第二传感器节点的第一时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一/第二时隙信息，确定第三超帧信息；

第三生成模块，用于根据各个第二传感器节点的第一时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一/第二时隙信息，以及所述第三超帧信息，生成动态信标帧；

第四发送模块，用于在等待一个所述超帧长度后，将所述动态信标帧发送给所有传感器节点，以使所述各个传感器节点根据所述动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道。

本发明实施例还提供了另一种无线传感网络中的时分多址信道接入装置，应用于无线传感器网络中的传感器节点，所述无线传感器网络还包括：协调器；所述装置包括：

第三接收模块，用于接收协调器用上述第一发送模块发送的静态信标帧；

第一接入模块，用于根据所述静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道；

加入模块，用于根据预备传输的第二数据帧是否为应急数据帧，在第一数据帧中加入应急标识；

第五发送模块，用于将第一数据帧发送至协调器；

第四接收模块，用于接收协调器发送的静态信标帧或动态信标帧；

第二接入模块，用于根据所述静态信标帧中自身对应的第一时隙信息或所述动态信标帧中自身对应的第二时隙信息接入信道。

由上述的技术方案可见，本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入方法及装置，应用于无线传感器网络，该无线传感器网络包括：至少一个传感器节点和协调器，能够使各个传感器节点在正常发送数据帧时，根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道，在需要发送应急数据帧时，根据动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道，从而，在面临传感器节点需要发送应急数据帧的突发状况时，可以保证传感器节点有足够的传输时间传输数据，因此，可以应对无线传感器网络中突发事件，实现对突发事件的处理能力，提高无线传感器网络的可靠性。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入方法的一种流程示意图；

图2为本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入方法的另一种流程示意图；

图3为本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入方法的再一种流程示意图；

图4为本发明实施例提供的另一无线传感网络中的时分多址信道接入方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种无线传感网络中的时分多址信道接入装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入装置的另一种结构示意图；

图7为本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入装置的再一种结构示意图；

图8为本发明实施例提供的另一无线传感网络中的时分多址信道接入装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种无线传感网络中的时分多址信道接入方法及装置，以下分别进行详细说明。

参见图1，图1为本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入方法的一种流程示意图，应用于无线传感器网络中的协调器，该无线传感器网络还包括：至少一个传感器节点，包括如下步骤：

S101，生成静态信标帧。

具体的，静态信标帧中包括：每个传感器节点正常发送数据帧时的第一时隙信息和第一超帧信息，生成静态信标帧的步骤为：根据无线传感器网络中的传感器节点数量、每个传感器节点正常发送的数据帧的数据长度信息，确定每个传感器节点的第一时隙信息；根据每个传感器节点的第一时隙信息，确定第一超帧信息；根据每个传感器节点的第一时隙信息以及第一超帧信息，生成静态信标帧。由于静态信标帧在正常网络情况下使用，在正常情况下，加入网络的传感器节点个数固定，每个传感器节点正常发送的数据帧的数据长度固定，因此，每个传感器节点的第一时隙信息以及第一超帧信息固定不变，所以静态信标帧的参数固定不变。

需要说明的是，无线传感器网络的拓扑结构是星型网络拓扑结构。网络通信由协调器进行统一控制，协调器作为无线传感器网络的主要控制设备，是一个全功能节点。每个传感器节点通过PAN ID(Personal Area Network ID，个域网标志符)加入到协调器管理的无线传感器网络，从而，协调器根据加入网络的传感器节点数确定每个第一超帧中的时隙数量，根据每个传感器节点正常发送的数据帧的数据长度信息，确定每个传感器节点对应时隙的大小。静态信标帧是一种TDMA信标帧，主要是用于对整个网络进行时间的同步，使得网络内的传感器节点能够在分配的时隙内进行数据通信。一个TDMA信标帧主要由MAC帧头、MAC载荷和MAC帧尾组成。MAC帧头主要包含帧控制、DSN(Data Sequence Number，数据序列号)、源MAC地址和目的MAC地址，MAC载荷中包含超帧信息和时隙信息，MAC帧尾包含帧校验序列，帧校验序列是根据MAC帧头和MAC载荷生成的，生成帧校验序列的方法为现有技术，在此不再赘述。

S102，将静态信标帧发送给所有传感器节点，以使各个传感器节点根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道。

需要说明的是，在所有传感器节点加入无线传感器网络后，协调器使用的广播发送的方式，向网络中的所有传感器节点发送静态信标帧，使得网络内的传感器节点收到该静态信标帧后，可以根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道。

需要说明的是，第一超帧信息包括超帧长度和时隙个数，时隙个数分为节点时隙个数和信标帧时隙个数，节点时隙个数与加入网络的传感器节点个数相等，在一个超帧长度内，协调器只发送一个信标帧，因此信标帧时隙个数为1。第一超帧信息中的每个节点时隙大小相等，信标帧时隙大小固定，因此，每个第一超帧的超帧长度相等。第一时隙信息对应每个传感器节点传输的时间长度,每个传感器节点通过解析静态信标帧中自身对应的时隙信息，来获得传输数据帧的时间长度。第一超帧中节点时隙的先后顺序决定与节点时隙所对应的传感器节点接入信道的先后顺序，具体的传感器节点解析信标帧的方法为现有技术，在此不再赘述。

示例性的，无线传感器网络拥有一个协调器和N个传感器节点，则一个第一超帧包含的时隙个数为N+1，即N个节点时隙和一个信标帧时隙，假设，信标帧时隙长度为a，节点时隙的长度为b，则每个第一超帧的超帧长度为：a+N*b。对于无线传感器网络中的传感器节点i，对应第一超帧中的第i个时隙，则在第i个时隙内接入信道，获得的发送数据帧的时间长度为第i个时隙的时间长度。

S103，接收各个传感器节点在接入信道后发送的第一数据帧。

具体的，第一数据帧至少包括：预备传输的第二数据帧的数据长度信息以及表示第二数据帧是否为应急数据帧的应急标识。在遇到突发事件时，例如：传感器节点采集数据速率发生变化，或者传感器节点采集到的数据长度发生变化，导致预备传输的第二数据帧的数据长度信息不同于正常发送的数据帧的数据长度信息。此时，传感器节点需要向协调器发送应急数据帧，为了使协调器能够获知接收到的第一数据帧是否为应急数据帧，传感器节点会根据预备传输的第二数据帧是否为应急数据帧，在第一数据帧中加入应急标识，通过设置应急标识的具体参数值，来区分应急数据帧和非应急数据帧。

示例性的，应急标识为1，表示第二数据帧为应急数据帧；应急标识为0，表示第二数据帧为非应急数据帧。

需要说明的是，各个传感器节点按照其接收到的静态信标帧中的分配的时隙，依次接入信道，并在传感器节点对应的时隙长度内完成第一数据帧的发送。由于，一个时隙只有一个传感器节点传输数据帧，因此，数据不存在碰撞，能很好保证传输效率。

示例性的，加入无线传感器网络的节点个数为N，则第1个传感器节点在第1个时隙内接入信道，并在第1个时隙长度内完成第一数据帧的发送，第2个传感器节点在第2个时隙内接入信道，,并在第2个时隙长度内完成第一数据帧的发送，……，第N个传感器节点在第N个时隙内接入信道，并在第N个时隙长度内完成第一数据帧的发送。

S104，根据各个传感器节点发送的第一数据帧中的应急标识分别判断各个传感器节点预备传输的第二数据帧是否为应急数据帧。

S105，针对第二数据帧为应急数据帧的各个第一传感器节点，根据各个第一传感器节点的第二数据帧的数据长度信息，计算各个第一传感器节点的第二时隙信息。

需要说明的是，在出现突发事件时，传感器节点需要发送应急数据帧，应急数据帧的数据长度信息不同于正常发送的数据帧的数据长度信息，因此，需要根据应急数据帧的数据长度信息，重新计算时隙信息，以使第一传感器节点能被分配足够的时间，来传输第二数据帧。

示例性的，传感器节点正常发送的数据帧长度为15Byte，数据帧中携带的数据内容的数据长度为4Byte，第一传感器节点预备传输的第二数据帧长度为30Byte，第二数据帧中携带的数据内容的数据长度为19Byte，则正常发送的数据帧的数据长度信息为15Byte，应急数据帧的数据长度信息为30Byte，根据应急数据帧的数据长度信息，计算得到第一传感器节点第二时隙信息的时间长度为10ms，不同于根据正常发送的数据帧的数据长度信息，计算得到的第一传感器节点第一时隙信息的时间长度5ms。

S106，根据各个第一传感器节点的第二时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一时隙信息，确定第二超帧信息。

需要说明的是，第二超帧信息的结构与第一超帧信息的结构相同，只是超帧信息中的参数不同，由于各个第一传感器节点预备传输的第二数据帧为应急数据帧，因此，各个第一传感器节点对应的时隙信息由之前的第一时隙信息变为第二时隙信息，其他传感器节点预备传输的第二数据帧为正常情况下的数据帧，因此，对应的时隙信息不变，仍然为第一时隙信息，最终将所有节点的时隙信息组合形成第二超帧信息。

示例性的，无线传感器网络中总共有A、B、C、D、E五个传感器节点，第一传感器节点为D、E，对应的第二时隙信息分别为m、n，传感器节点A、B、C对应的第一时隙信息分别为a、b、c，则第二超帧信息由a、b、c、m、n五个时隙信息组成。

S107，根据各个第一传感器节点的第二时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一时隙信息，以及第二超帧信息，生成动态信标帧。

需要说明的是，动态信标帧也一种TDMA信标帧，与静态信标帧的结构相同，主要的区别在于两种信标帧中MAC载荷中包含的超帧信息和时隙信息不同。静态信标帧在正常网络情况下使用，而动态信标帧在应急情况下使用，在应急情况下，一些传感器节点的预备传输的数据帧长度不同于正常发送的数据帧的数据长度，由于超帧信息和时隙信息需要根据变化的数据帧长度重新计算，所以动态信标帧内的超帧信息和时隙信息能够根据数据帧长度的变化实时改变，从而，能够应对突发状况，可以保证传感器节点有足够的传输时间传输应急数据帧。具体的生成动态信标帧的方法与生成静态信标帧的方法类似，可以参见S101部分的说明，在此不再赘述。

S108，在等待一个超帧长度后，将动态信标帧发送给所有传感器节点，以使各个传感器节点根据动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道。

需要说明的是，每隔一个超帧长度，协调器以广播方式向所有传感器节点发送一次信标帧，使得网络内的传感器节点收到该动态信标帧后，可以根据动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道。超帧长度为S102中发送的静态信标帧中包含的超帧信息中的超帧长度。静态信标帧包含的超帧信息中的超帧长度固定，动态信标帧包含的超帧信息中的超帧长度根据应急数据帧长度的变化而变化。协调器发送动态信标帧时，意味着在无线传感器网络中，有至少一个需要传输应急数据帧的第一传感器节点，其他传感器节点仍然传输正常的数据帧，因此，动态信标帧中的时隙信息包含至少一个第二时隙信息。每个第一传感器节点根据动态信标帧中自身对应的第二时隙信息接入信道，每个其他传感器节点根据动态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道。

示例性的，在S106所描述示例的基础上，传感器节点A在第a个时隙内接入信道、传感器节点B在第b个时隙内接入信道、传感器节点C在第c个时隙内接入信道、传感器节点D在第m个时隙内接入信道、传感器节点E在第个n时隙内接入信道。

可见，应用本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入方法，能够使各个传感器节点在正常发送数据帧时，根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道，在需要发送应急数据帧时，根据动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道，从而，在面临传感器节点需要发送应急数据帧的突发状况时，可以保证传感器节点有足够的传输时间传输数据，因此，可以应对无线传感器网络中突发事件，实现了对突发事件的处理能力，提高了无线传感网络器的可靠性。

若各个传感器节点预备传输的第二数据帧都不是应急数据帧，则参见图2，图2为本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入方法的另一种流程示意图，本发明图2所示实施例在图1所示实施例的基础上，在步骤S104之后执行S109：在等待一个超帧长度后，将静态信标帧发送给所有传感器节点，以使各个传感器节点根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道。

需要说明的是，若各个传感器节点预备传输的第二数据帧都不是应急数据帧，则说明无线传感器网络当前没有发生突发事件，各个传感器节点预备传输的第二数据帧仍然为正常数据帧，因此，不需要重新计算时隙信息和超帧信息，只需要在等待一个超帧长度后，将S101中生成的静态信标帧再次发送给所有传感器节点，以使各个传感器节点根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道。此处各个传感器节点根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道的方法与S102类似，示例可以参照S102中描述的示例，在此不再赘述。

可见，应用本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入方法，能够使各个传感器节点在正常发送数据帧时，根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道，在需要发送应急数据帧时，根据动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道，从而，在面临传感器节点需要发送应急数据帧的突发状况时，可以保证传感器节点有足够的传输时间传输数据，因此，可以应对无线传感器网络中突发事件，实现了对突发事件的处理能力，提高了无线传感网络器的可靠性，并且，在没有突发状况发生时，可以直接将已生成的静态信标帧发送给所有节点，不需要再次计算超帧信息和时隙信息来生成静态信标帧，降低了运行成本，提高了网络运行效率。

参见图3，图3为本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入方法的再一种流程示意图，本发明图3所示实施例在图1所示实施例的基础上，在S108之后增加S110、S111、S112、S113、S114。

S110，接收各个第一传感器节点在接入信道后发送的第二数据帧。

具体的，这里的第一传感器节点是指第二帧数据为应急数据帧的传感器节点。

第二数据帧至少包括：预备传输的第三数据帧的数据长度信息以及表示第三数据帧是否为应急数据帧的应急标识。S110与S103方法类似，具体说明及示例参照S103部分，在此不再赘述。

S111，根据各个第一传感器节点发送的第二数据帧中的应急标识分别判断各个第一传感器节点预备传输的第三数据帧是否仍为应急数据帧。

关于应急标识的描述及示例参照S103部分，在此不再赘述。

S112，针对第三数据帧变为非应急数据帧的各个第二传感器节点，根据各个第二传感器节点的第一时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一/第二时隙信息，确定第三超帧信息。

具体的，这里第二传感器节点是指，第三数据帧变由应急数据帧为非应急数据帧的传感器节点。

需要说明的是，各个第一传感器节点当前对应的时隙信息为第二时隙信息，是利用S105计算获得的，不同于静态信标帧包含的第一时隙信息，是为了保证第一传感器节点有足够的时间传输应急数据帧而分配的，对于第一传感器节点中的预备传输的第三数据帧变为非应急数据帧的第二传感器节点而言，其时隙信息需要由第二时隙信息重新变为第一时隙信息；对于第一传感器节点中的预备传输的第三数据帧仍然为应急数据帧的第三传感器节点而言，其时隙信息为第二时隙信息，第二时隙信息依然利用S105计算获得；对于无线传感器网络中不是第一传感器节点的其他节点而言，当其他节点中有预备传输的第三数据帧为应急数据帧的第四传感器节点，则第四传感器节点的时隙信息由第一时隙信息变为第二时隙信息，第二时隙信息依然利用S105计算获得，对于无线传感器网络中不是第一、第四传感器节点的其他节点而言，其时隙信息仍然为第一时隙信息，最终将所有节点的时隙信息组合形成第三超帧信息。

示例性的，无线传感器网络中总共有A、B、C、D、E、F、G，7个传感器节点，对应的第一时隙信息分别为：a、b、c、d、e、f、g，其中A、B、C为第一传感器节点，对应的第二时隙信息分别为：m、n、k，第二传感器节点为A、B，第三传感器节点为C,对应的第二时隙信息为：s，第四传感器节点为：D、E，对应的第二时隙信息为：p、q，则第三超帧信息由a、b、s、p、q、f、g七个时隙信息组成。

S113，根据各个第二传感器节点的第一时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一/第二时隙信息，以及第三超帧信息，生成动态信标帧。

需要说明的是，S113与S107方法类似，具体说明可以参考S107部分，在此不再赘述。

S114，在等待一个超帧长度后，将动态信标帧发送给所有传感器节点，以使各个传感器节点根据动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道。

需要说明的是，S114与S108方法类似，具体说明及示例可以参考S108部分，在此不再赘述。

可见，应用本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入方法，能够使各个传感器节点在正常发送数据帧时，根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道，在需要发送应急数据帧时，根据动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道，从而，在面临传感器节点需要发送应急数据帧的突发状况时，可以保证传感器节点有足够的传输时间传输数据，因此，可以应对无线传感器网络中突发事件，实现了对突发事件的处理能力，提高了无线传感网络器的可靠性。

参见图4，图4为本发明实施例提供的另一无线传感网络中的时分多址信道接入方法的一种流程示意图，应用于无线传感器网络中的传感器节点，该无线传感器网络还包括：协调器，包括如下步骤：

S401，接收协调器用S102发送静态信标帧方法发送的静态信标帧。

S402，根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道。

需要说明的是，静态信标帧中包括：每个传感器节点正常发送数据帧时的第一时隙信息和第一超帧信息，由于静态信标帧在正常网络情况下使用，在正常情况下，加入网络的传感器节点个数固定，每个传感器节点正常发送的数据帧的数据长度固定，因此，每个传感器节点的第一时隙信息以及第一超帧信息固定不变，所以静态信标帧的参数固定不变。其中，第一超帧信息包括超帧长度和时隙个数，时隙个数分为节点时隙个数和信标帧时隙个数，节点时隙个数与加入网络的传感器节点个数相等。在一个超帧长度内，协调器只发送一个信标帧，因此信标帧时隙个数为1。第一超帧信息中的每个节点时隙大小相等，信标帧时隙大小固定，因此，每个第一超帧的超帧长度相等。第一时隙信息对应每个传感器节点传输的时间长度，每个传感器节点通过解析静态信标帧中自身对应的时隙信息，来获得传输数据帧的时间长度。第一超帧中节点时隙的先后顺序决定与节点时隙所对应的传感器节点接入信道的先后顺序，具体的传感器解析信标帧的方法为现有技术，在此不再赘述。

示例性的，传感器节点A对应的时隙a位于第一超帧中的第i个位置，则传感器节点A在第i个时隙内接入信道，占用信道的时间长度为a。

S403，根据预备传输的第二数据帧是否为应急数据帧，在第一数据帧中加入应急标识。

需要说明的是，在遇到突发事件时，例如：传感器节点采集数据速率发生变化，或者传感器节点采集到的数据长度发生变化，导致预备传输的第二数据帧的数据长度信息不同于正常发送的数据帧的数据长度信息。此时，传感器节点需要向协调器发送应急数据帧，为了使协调器能够获知接收到的第一数据帧是否为应急数据帧，传感器节点会根据预备传输的第二数据帧是否为应急数据帧，在第一数据帧中加入应急标识，通过设置应急标识的具体参数值，来区分应急数据帧和非应急数据帧。

示例性的，应急标识为1，表示第二数据帧为应急数据帧；应急标识为0，表示第二数据帧为非应急数据帧。

S404，将第一数据帧发送至协调器。

需要说明的是，各个传感器节点按照其接收到的静态信标帧中的分配的时隙，依次接入信道，并在传感器节点对应的时隙长度内完成第一数据帧的发送。由于，一个时隙只有一个传感器节点传输数据帧，因此，数据不存在碰撞，能很好保证传输效率。

示例性的，加入无线传感器网络的节点个数为N，则第1个传感器节点在第1个时隙内接入信道，并在第1个时隙长度内完成第一数据帧的发送，第2个传感器节点在第2个时隙内接入信道，,并在第2个时隙长度内完成第一数据帧的发送，……，第N个传感器节点在第N个时隙内接入信道，并在第N个时隙长度内完成第一数据帧的发送。

S405，接收协调器发送的静态信标帧或动态信标帧。

需要说明的是，静态信标帧和动态信标帧都是TDMA信标帧，一个TDMA信标帧主要由MAC帧头、MAC载荷和MAC帧尾组成。MAC帧头主要包含帧控制、DSN(Data SequenceNumber，数据序列号)、源MAC地址和目的MAC地址。MAC载荷中包含超帧信息和时隙信息。MAC帧尾包含帧校验序列。动态信标帧与静态信标帧的结构相同，主要的区别在于两种信标帧中MAC载荷中包含的超帧信息和时隙信息不同。静态信标帧在正常网络情况下使用，静态信标帧的参数固定不变，而动态信标帧在应急情况下使用，在应急情况下，一些传感器节点的预备传输的数据帧长度不同于正常发送的数据帧的数据长度。由于协调器会根据变化的数据帧长度重新计算超帧信息和时隙信息，所以动态信标帧内的超帧信息和时隙信息能够根据数据帧长度的变化实时改变，从而，能够应对突发状况，可以保证传感器节点有足够的传输时间传输应急数据帧。

S406，根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息或动态信标帧中自身对应的第二时隙信息接入信道。

需要说明的是，第一时隙信息是协调器根据无线传感器网络中的传感器节点数量、每个传感器节点正常发送的数据帧的数据长度信息计算出来的，第二时隙信息是协调器根据传感器节点预备传输的应急数据帧的数据长度信息计算出来的。传感器节点接入信道的方法与S402描述的方法类似，具体过程和示例可以参考S402，在此不再赘述。

可见，应用本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入方法，能够使各个传感器节点在正常发送数据帧时，根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道，在需要发送应急数据帧时，根据动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道，从而，在面临传感器节点需要发送应急数据帧的突发状况时，可以保证传感器节点有足够的传输时间传输数据，因此，可以应对无线传感器网络中突发事件，实现了对突发事件的处理能力，提高了无线传感网络器的可靠性。

与上述的方法实施例相对应，本发明实施例还提供一种无线传感网络中的时分多址信道接入装置。

参见图5，图5为本发明实施例所提供的一种无线传感网络中的时分多址信道接入装置的结构示意图，应用于无线传感器网络中的协调器，无线传感器网络还包括：至少一个传感器节点；包括：

第一生成模块501，用于生成静态信标帧；静态信标帧中包括：每个传感器节点正常发送数据帧时的第一时隙信息和第一超帧信息；

第一发送模块502，用于将静态信标帧发送给所有传感器节点，以使各个传感器节点根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道；

第一接收模块503，用于接收各个传感器节点在接入信道后发送的第一数据帧；第一数据帧至少包括：预备传输的第二数据帧的数据长度信息以及表示第二数据帧是否为应急数据帧的应急标识；

第一判断模块504，用于根据各个传感器节点发送的第一数据帧中的应急标识分别判断各个传感器节点预备传输的第二数据帧是否为应急数据帧；

计算模块505，用于针对第二数据帧为应急数据帧的各个第一传感器节点，根据各个第一传感器节点的第二数据帧的数据长度信息，计算各个第一传感器节点的第二时隙信息；

第一确定模块506，用于根据各个第一传感器节点的第二时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一时隙信息，确定第二超帧信息；

第二生成模块507，用于根据各个第一传感器节点的第二时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一时隙信息，以及第二超帧信息，生成动态信标帧；

第二发送模块508，用于在等待一个超帧长度后，将动态信标帧发送给所有传感器节点，以使各个传感器节点根据动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道。

其中，第一生成模块501，具体用于：

根据无线传感器网络中的传感器节点数量、每个传感器节点正常发送的数据帧的数据长度信息，确定每个传感器节点的第一时隙信息；

根据每个传感器节点的第一时隙信息，确定第一超帧信息；

根据每个传感器节点的第一时隙信息以及第一超帧信息，生成静态信标帧。

可见，应用本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入方法，能够使各个传感器节点在正常发送数据帧时，根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道，在需要发送应急数据帧时，根据动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道，从而，在面临传感器节点需要发送应急数据帧的突发状况时，可以保证传感器节点有足够的传输时间传输数据，因此，可以应对无线传感器网络中突发事件，实现了对突发事件的处理能力，提高了无线传感网络器的可靠性。

若各个传感器节点预备传输的第二数据帧都不是应急数据帧，则参见图6，图6为本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入装置的另一种结构示意图，与图2所示的流程相对应，本发明图6实施例在图5所示实施例的基础上，增加第三发送模块509，用于在等待一个超帧长度后，将静态信标帧发送给所有传感器节点，以使各个传感器节点根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道。

可见，应用本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入装置，能够使各个传感器节点在正常发送数据帧时，根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道，在需要发送应急数据帧时，根据动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道，从而，在面临传感器节点需要发送应急数据帧的突发状况时，可以保证传感器节点有足够的传输时间传输数据，因此，可以应对无线传感器网络中突发事件，实现了对突发事件的处理能力，提高了无线传感网络的可靠性，并且，在没有突发状况发生时，可以直接将已生成的静态信标帧发送给所有节点，不需要再次计算超帧信息和时隙信息来生成静态信标帧，降低了运行成本，提高了网络运行效率。

参见图7，图7为本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入装置的再一种结构示意图，与图3所示的流程相对应，本发明图7实施例在图5所示实施例的基础上，增加第二接收模块510、第二判断模块511、第二确定模块512、第三生成模块513、第四发送模块514，具体如下：

第二接收模块510，用于接收各个第一传感器节点在接入信道后发送的第二数据帧；第二数据帧至少包括：预备传输的第三数据帧的数据长度信息以及表示第三数据帧是否为应急数据帧的应急标识；

第二判断模块511，用于根据各个第一传感器节点发送的第二数据帧中的应急标识分别判断各个第一传感器节点预备传输的第三数据帧是否仍为应急数据帧；

第二确定模块512，用于针对第三数据帧变为非应急数据帧的各个第二传感器节点，根据各个第二传感器节点的第一时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一/第二时隙信息，确定第三超帧信息；

第三生成模块513，用于根据各个第二传感器节点的第一时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一/第二时隙信息，以及第三超帧信息，生成动态信标帧；

第四发送模块514，用于在等待一个超帧长度后，将动态信标帧发送给所有传感器节点，以使各个传感器节点根据动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道。

可见，应用本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入装置，能够使各个传感器节点在正常发送数据帧时，根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道，在需要发送应急数据帧时，根据动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道，从而，在面临传感器节点需要发送应急数据帧的突发状况时，可以保证传感器节点有足够的传输时间传输数据，因此，可以应对无线传感器网络中突发事件，实现了对突发事件的处理能力，提高了无线传感网络器的可靠性。

参见图8，图8为本发明实施例提供的另一无线传感网络中的时分多址信道接入装置的结构示意图，应用于无线传感器网络中的传感器节点，该无线传感器网络还包括：协调器，装置包括：

第三接收模块801，用于接收协调器用第一发送模块502发送的静态信标帧；

第一接入模块802，用于根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道；

加入模块803，用于根据预备传输的第二数据帧是否为应急数据帧，在第一数据帧中加入应急标识；

第五发送模块804，用于将第一数据帧发送至协调器；

第四接收模块805，用于接收协调器发送的静态信标帧或动态信标帧；

第二接入模块806，用于根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息或动态信标帧中自身对应的第二时隙信息接入信道。

可见，应用本发明实施例提供的无线传感网络中的时分多址信道接入装置，能够使各个传感器节点在正常发送数据帧时，根据静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道，在需要发送应急数据帧时，根据动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道，从而，在面临传感器节点需要发送应急数据帧的突发状况时，可以保证传感器节点有足够的传输时间传输数据，因此，可以应对无线传感器网络中突发事件，实现了对突发事件的处理能力，提高了无线传感网络器的可靠性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种无线传感网络中的时分多址信道接入方法，其特征在于，应用于无线传感器网络中的协调器，所述无线传感器网络还包括：至少一个传感器节点；所述方法包括：

生成静态信标帧；所述静态信标帧中包括：每个传感器节点正常发送数据帧时的第一时隙信息和第一超帧信息；

将所述静态信标帧发送给所有传感器节点，以使所述各个传感器节点根据所述静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道；

接收各个传感器节点在接入信道后发送的第一数据帧；所述第一数据帧至少包括：预备传输的第二数据帧的数据长度信息以及表示第二数据帧是否为应急数据帧的应急标识；

根据各个传感器节点发送的第一数据帧中的应急标识分别判断各个传感器节点预备传输的第二数据帧是否为应急数据帧；

针对第二数据帧为应急数据帧的各个第一传感器节点，根据各个第一传感器节点的第二数据帧的数据长度信息，计算各个第一传感器节点的第二时隙信息，所述第二时隙信息的时间长度不同于所述第一时隙信息的时间长度；

根据各个第一传感器节点的第二时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一时隙信息，确定第二超帧信息；

根据各个第一传感器节点的第二时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一时隙信息，以及所述第二超帧信息，生成动态信标帧，所述动态信标帧包含的超帧信息中的超帧长度根据所述应急数据帧长度的变化而变化；

在等待一个所述超帧长度后，将所述动态信标帧发送给所有传感器节点，以使所述各个传感器节点根据所述动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道；

其中，所述生成静态信标帧的步骤，包括：

根据所述无线传感器网络中的传感器节点数量、每个传感器节点正常发送的数据帧的数据长度信息，确定每个传感器节点的第一时隙信息；

根据所述每个传感器节点的第一时隙信息，确定第一超帧信息；

根据所述每个传感器节点的第一时隙信息以及所述第一超帧信息，生成静态信标帧。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

若各个传感器节点预备传输的第二数据帧都不是应急数据帧，则该方法还包括：

在等待一个所述超帧长度后，将所述静态信标帧发送给所有传感器节点，以使所述各个传感器节点根据所述静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收各个第一传感器节点在接入信道后发送的第二数据帧；所述第二数据帧至少包括：预备传输的第三数据帧的数据长度信息以及表示第三数据帧是否为应急数据帧的应急标识；

根据各个第一传感器节点发送的第二数据帧中的应急标识分别判断各个第一传感器节点预备传输的第三数据帧是否仍为应急数据帧；

针对第三数据帧变为非应急数据帧的各个第二传感器节点，根据各个第二传感器节点的第一时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一/第二时隙信息，确定第三超帧信息；

根据各个第二传感器节点的第一时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一/第二时隙信息，以及所述第三超帧信息，生成动态信标帧；

在等待一个所述超帧长度后，将所述动态信标帧发送给所有传感器节点，以使所述各个传感器节点根据所述动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道。

4.一种无线传感网络中的时分多址信道接入装置，其特征在于，应用于无线传感器网络中的协调器，所述无线传感器网络还包括：至少一个传感器节点；所述装置包括：

第一生成模块，用于生成静态信标帧；所述静态信标帧中包括：每个传感器节点正常发送数据帧时的第一时隙信息和第一超帧信息；

第一发送模块，用于将所述静态信标帧发送给所有传感器节点，以使所述各个传感器节点根据所述静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道；

第一接收模块，用于接收各个传感器节点在接入信道后发送的第一数据帧；所述第一数据帧至少包括：预备传输的第二数据帧的数据长度信息以及表示第二数据帧是否为应急数据帧的应急标识；

第一判断模块，用于根据各个传感器节点发送的第一数据帧中的应急标识分别判断各个传感器节点预备传输的第二数据帧是否为应急数据帧；

计算模块，用于针对第二数据帧为应急数据帧的各个第一传感器节点，根据各个第一传感器节点的第二数据帧的数据长度信息，计算各个第一传感器节点的第二时隙信息，所述第二时隙信息的时间长度不同于所述第一时隙信息的时间长度；

第一确定模块，用于根据各个第一传感器节点的第二时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一时隙信息，确定第二超帧信息；

第二生成模块，用于根据各个第一传感器节点的第二时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一时隙信息，以及所述第二超帧信息，生成动态信标帧，所述动态信标帧包含的超帧信息中的超帧长度根据所述应急数据帧长度的变化而变化；

第二发送模块，用于在等待一个所述超帧长度后，将所述动态信标帧发送给所有传感器节点，以使所述各个传感器节点根据所述动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道；

其中，所述第一生成模块，具体用于：

根据所述无线传感器网络中的传感器节点数量、每个传感器节点正常发送的数据帧的数据长度信息，确定每个传感器节点的第一时隙信息；

根据所述每个传感器节点的第一时隙信息，确定第一超帧信息；

根据所述每个传感器节点的第一时隙信息以及所述第一超帧信息，生成静态信标帧。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，若各个传感器节点预备传输的第二数据帧都不是应急数据帧，则所述装置还包括：

第三发送模块，用于在等待一个所述超帧长度后，将所述静态信标帧发送给所有传感器节点，以使所述各个传感器节点根据所述静态信标帧中自身对应的第一时隙信息接入信道。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二接收模块，用于接收各个第一传感器节点在接入信道后发送的第二数据帧；所述第二数据帧至少包括：预备传输的第三数据帧的数据长度信息以及表示第三数据帧是否为应急数据帧的应急标识；

第二判断模块，用于根据各个第一传感器节点发送的第二数据帧中的应急标识分别判断各个第一传感器节点预备传输的第三数据帧是否仍为应急数据帧；

第二确定模块，用于针对第三数据帧变为非应急数据帧的各个第二传感器节点，根据各个第二传感器节点的第一时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一/第二时隙信息，确定第三超帧信息；

第三生成模块，用于根据各个第二传感器节点的第一时隙信息、该网络中其他传感器节点的第一/第二时隙信息，以及所述第三超帧信息，生成动态信标帧；

第四发送模块，用于在等待一个所述超帧长度后，将所述动态信标帧发送给所有传感器节点，以使所述各个传感器节点根据所述动态信标帧中自身对应的第一/第二时隙信息接入信道。

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