CN112637804B - 避障无线传感器网络动态分层组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种避障无线传感器网络动态分层组网方法，将节点进行分层，WSN由此建立的拓扑可消除障碍的影响，然后创建传输方案以从基站的所有节点收集数据，同时，在创建传输方案时，设置节点聚合度限制，适时更新平衡负载，以尽可能延长WSN的寿命，仿真结果表明，与Dijkstra方法相比，WSNs的生命周期明显延长，本发明中的避障无线传感器网络动态分层组网协议可以在使用同质节点的情况下，克服障碍物的影响，同时有效延长无线传感器网络的寿命，在提升网络传输质量方面具有重要意义，应用前景广阔。

Description

避障无线传感器网络动态分层组网方法

技术领域

本发明涉及物联网通信技术领域，尤其涉及一种避障无线传感器网络动态分层组网方法。

背景技术

物联网(loT)已经进入人们的日常生活。作为物联网的输入信息，物联网的感知功能起着重要的作用。无线传感器网络(WSN)可以通过无线传输信道将传感器节点生成的信息发送到基站并进行进一步处理，非常适合作为物联网的感知终端。目前，关于无线传感器网络的大多数研究都是基于传感器节点可以直接与基站通信的前提假设。但是在实际应用中，由于墙壁、山丘等障碍物的存在，并非所有节点都能直接与基站通信。添加中继节点是一种解决方案，但会给用户带来不便，因为用户需要区分节点类型，还需要确定中继节点的位置。此外，尽可能延长无线传感器网络的寿命是无线传感器网络研究的常规要求。

为了便于部署，WSN的节点实体都设计和制造的较为便携。但体积的减小也会限制其电量的大小。这些特征决定了WSN的使用方便性，同时的寿命受到极大限制。对于延长WSN的生命周期，已经有了较多的研究。

LEACH协议通过“分簇－聚合－传输”周期性循环的主要思想，有效地延长了WSN的生命周期。但是，LEACH的假设是每个节点都可以与基站通信，因此每个节点都可以被选为簇头节点。因此，LEACH不适用于节点无法直接与基站通信的情况。

有许多基于LEACH的改进协议，例如LEACH-C、GP-LEACH、EM-LEACH,也有很多具有类似思想的协议，例如HEED、NHEED、MOFCA、MCPCN等。尽管与LEACH相比，这些协议的进行了一定程度的改进，但它们仍不适合某些节点无法直接与基站通信的情况。

地理自适应保真度(GAF)协议。GAF使用位置信息并生成虚拟网格来确定节点等效性，然后等效节点更改活动状态－睡眠状态和发现状态以延长WSN的寿命。该协议的前提也是所有节点(基站)都可以相互通信。但是由于环境因素的影响，即使某些节点位于同一虚拟网格中，它们实际上也可能不是等效的。

在存在障碍的情况下，建立所有节点与WSN基站之间通信的一种可能的方法是Dijkstra算法，因为在存在障碍的情况下工作的WSN拓扑是完全图的子图，完全图是指无障碍条件下工作的WSN的所有节点和基站的拓扑。然而，直接使用Dijkstra算法将类似于MTE方法,这种方法也不能很好提升通信性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的一种避障无线传感器网络动态分层组网(DHN)协议，用于在存在障碍的情况下，尽可能多的节点可以与基站通信，同时尽可能地延长WSN的生命周期。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

避障无线传感器网络动态分层组网协议，包括基站和多个节点，所述节点分为1、2、3、...n层，所述高层节点用于接受同层级和低层级的广播信息，所述低层节点用于接受同层级和低层级的反馈信息。本处数值大层级为数值小层级的高层，数值小层级为数值大层级的低层。

本避障无线传感器网络动态分层组网协议包括以下步骤的组网方法：

步骤A1：广播信息传输，将基站广播信息通过节点进行传输，在此过程中，确定节点层级；

步骤A2：节点按层级收集反馈信息，基站从节点获取该信息；

步骤A3,基站创建信息传输拓扑。

所述节点分层的方法为：

将基站的层级定义为第0层。首先，基站发布广播，广播信息中包括其层级信息。能够接收到基站广播的节点将其自身的层级设置为1，并将基站记录为其父节点。尽管基站的额定功率可能比节点的功率高得多，但是基站应该以与节点的最大传输功率相同的功率进行广播，以便接收基站广播的节点可以对称地与基站进行直接通信。

然后，层级1的所有节点进行广播，广播信息中包括网络运行周期信息、节点ID、层级和剩余能量。其他节点接收广播时，节点根据不同情况执行三种操作：

(101)如果接收广播的节点尚未设置其层级，则将其层级设置为2，并将广播节点记录为其父节点；

(102)如果接收到广播的节点与广播节点具有相同的层级，则将广播节点记录为其兄弟节点；

(103)如果接收到广播的节点的层级低于广播节点，则将广播节点记录为其子节点，但保持其层级值不变；

每个节点广播一次，并且每当接收到广播时便使用上述方法进行操作。通过将节点分层，能再障碍物的阻隔下，尽量保持流畅通信。

本避障无线传感器网络动态分层组网协议反馈组网的方法为：

(201)假定所有节点的最高层次为n。层次结构n的每个节点都向其父节点发送反馈消息。如果父节点不止一个，请选择剩余能量最大的一个。

(202)层次结构n-1的节点通过相同的方法向其父节点发送反馈消息。如果一个节点具有子节点，则应将其反馈消息与从其子节点接收到的反馈消息进行聚合，发送聚合后的消息，以便最终将所有节点的信息发送到基站。

(203)基站从所有节点获取信息，反馈信息包括所有节点的ID，所有节点的父节点，同级节点，子节点和剩余能量。

基站能够通过该信息形成拓扑图，通过拓扑图可创建信息传输方案。该信息传输方案消除障碍的影响。

在信息传输过程中，对于具有较高层级的节点，必须通过较低层级的节点作为中继节点传输其信息，而较低层级并充当中继节点的节点将消耗更多能量。为了延长WSN的寿命，必须进行负载平衡，可利用两种方法来实现负载平衡：层级内聚合和层级间选择传递。层级内聚合的目的是以通过数据聚合的方式增加层级较高的节点的能耗为代价，减少层级较低的节点的能耗。层间选择的目的是保护具有较低剩余能量的节点。

根据这些原则，每个节点至少包括四种信息传递方案片段：

将正在发送数据的节点记为N_send,将其作为数据聚合的兄弟节点记为Nagg，将接收数据的较低层级的节点记为N_rec。

情况一：该节点没有兄弟节点，只有一个父节点。

发送节点(N_send)将数据发送给接收节点(N_rec)。传输方案片断为：

N_send→N_rec (1)

情况二：该节点没有兄弟节点，并且有一个以上的父节点。

发送节点(N_eend)将数据发送给具有最大剩余能量的父节点(N_rec)。

传输方案片断为：

N_send→N_rec (2)

情况三:该节点具有兄弟节点，并且该节点及其兄弟节点具有相同的父节点。

如果节点的剩余能量(N_send)大于其任何同级节点的剩余能量,则它将数据发送到其父节点(N_rec)，传输方案片断为：

N_send→N_rec (3)

否则，该节点(N_send)将数据发送到在其所有兄弟节点中具有最大剩余能量的兄弟节点(Nagg)。传输方案片断为：

N_send→N_agg (4)

情况四:该节点有兄弟节点，并且该节点及其同级节点具有不同的父节点。

将该节点(N_send)及其所有的兄弟节点记为集合A,将集合A中所有节点的所有父节点记为集合B,将集合B中具有最大剩余能量的节点表示为N_parent，然后N_parent在集合A中的子节点记为Nagg。

如果N_parent是N_send一个父节点，并且N_agg与N_send是同一个节点，

那么N_parent即为N_rec，传输方案片断为：

N_send→N_parent (5)

如果N_parent是N_send一个父节点，但是N_agg与N_send不是同一个节点，传输方案片断为：

N_send→N_agg (6)

如果N_parent不是N_send的父节点，那么传输方案片断为：

N_send→N_agg (7)

进一步的，同一层级中的聚合可以减少总体能源消耗，但是聚合节点可能会成为热点，其能量很快耗尽，因此，需限制聚合的规模以平衡负载。

限制聚合规模的方式为：将一个节点从其兄弟节点接收信息的节点数定义为该节点的聚集度。设置一个最高聚合度阈值和禁忌列表，当一个节点的聚合度达到该阈值时，将该节点添加到禁忌列表中。

在上述情况三和情况四中，当节点搜索聚合节点时，应忽略禁忌列表中的节点。但是，当一个节点的所有兄弟节点都在禁忌列表中时，应打破禁忌并随机选择一个兄弟节点作为其聚合节点。

基站遍历每个节点，并根据拓扑和每个节点的剩余能量获得方案片段。然后，所有调度段可以组合成有向树，这个有向树是从WSN拓扑结构的完全图的简化。从最深的叶节点到根节点分配每个节点的传输时间，以便每个节点在其所有叶节点都已向其发送数据之后仅发送一次数据，形成整个信息传输计划方案。

建立传输方案阶段的过程将消耗能量，因此传输方案应尽可能少地更新。但是，由于某些较低层级的节点必须扮演中继的角色，因此热点问题不可避免。经过一段时间的运行后，某些节点的能量消耗可能比其他节点更快，最终更早地耗尽。为了延长WSN的寿命，应该更新传输方案以实现负载平衡。在不同阶段可以使用两种方法：

在网络的早期阶段，所有节点都处于正常运行状态，在经过特定的时间长度后进行传输方案的更新，即再执行一次建立传输方案的操作。这个时间长度通常根据经验或实验仿真确定。

在网络的中后期，节点逐渐死亡。如果一个没有子节点或不是聚合节点的节点死亡，则WSN可能会丢失一个节点的信息；但是，如果一个聚合节点或父节点死亡，即使以该节点为根节点的子树的大部分节点仍然存活，但WSN仍会失去大量的节点信息。因此，当WSN突然丢失一堆节点的信息时，应更新传输方案，避免因个别节点的死亡导致大量信息损失的情况。

本发明的有益效果是：本避障无线传感器网络动态分层组网协议将节点进行分层，WSN由此建立的拓扑可消除障碍的影响，然后创建传输方案以从基站的所有节点收集数据，在创建传输方案时，设置节点聚合度限制，适时更新平衡负载，以尽可能延长WSN的寿命。

综上，本避障无线传感器网络动态分层组网协议可以在使用同质节点的情况下，克服障碍物的影响，同时有效延长无线传感器网络的寿命，在提升网络传输质量方面具有重要意义，应用前景广阔。

附图说明

图1为本DHN协议广播过程示意图；

图2为本DHN协议层级节点结构之间的拓扑示意图；

图3为本无线传感器网络动态分层组网协议节点无线电能耗模型示意图；

图4为在不同仿真周期中使用Dijkstra方法的信号传输路径示例；

图5为DHN协议在不同回合中的信号传输路径示意图；

图6为Dijkstra方法的仿真结果图；

图7为DHN协议的仿真结果图；

图8为DHN协议中不同节点聚合度阈值的仿真结果图；

图9为DHN协议中不同节点分布的蒙特卡罗模拟结果图。

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。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：避障无线传感器网络动态分层组网协议，包括基站和多个节点，所述节点分为1、2、3、...n层，所述高层节点用于接受同层级和低层级的广播信息，所述低层节点用于接受同层级和低层级的反馈信息。

所述节点分层的方法为：

将基站的层级定义为第0层。首先，基站发布广播，广播信息中包括其层级信息。能够接收到基站广播的节点将其自身的层级设置为1，并将基站记录为其父节点。尽管基站的额定功率可能比节点的功率高得多，但是基站应该以与节点的最大传输功率相同的功率进行广播，以便接收基站广播的节点可以对称地与基站进行直接通信。

然后，层级1的所有节点进行广播，广播信息中包括网络运行周期信息、节点ID、层级和剩余能量。其他节点接收广播时，节点根据不同情况执行三种操作：

(102)如果接收广播的节点尚未设置其层级，则将其层级设置为2，并将广播节点记录为其父节点；

(102)如果接收到广播的节点与广播节点具有相同的层级，则将广播节点记录为其兄弟节点；

(103)如果接收到广播的节点的层级低于广播节点，则将广播节点记录为其子节点，但保持其层级值不变；

每个节点广播一次，并且每当接收到广播时便使用上述方法进行操作。通过将节点分层，能再障碍物的阻隔下，尽量保持流畅通信。

参考图1，图1中显示了一个示例，节点1、2、3可以直接接收基站的广播，因此它们的层次结构为1，其父节点为基站。然后，节点1、2、3分别广播。节点1没有收到广播，因此它没有同级节点。节点2可以接收节点3的广播，并且其层次等于节点3的层次，因此节点3是其同级节点之一。节点4可以接收节点1、2、3的广播，并且之前未设置其层次结构，因此节点4的层次结构为2，而节点1、2、3都是其父节点。然后，节点4进行广播，节点1、2、3可以接收其广播，并且节点4的层次结构高于节点1、2、3的层次结构，这意味着节点4是节点1、2、3的子节点。

本避障无线传感器网络动态分层组网协议反馈组网的方法为：

(201)假定所有节点的最高层次为n。层次结构n的每个节点都向其父节点发送反馈消息。如果父节点不止一个，请选择剩余能量最大的一个。

(202)层次结构n-1的节点通过相同的方法向其父节点发送反馈消息。如果一个节点具有子节点，则应将其反馈消息与从其子节点接收到的反馈消息进行聚合，发送聚合后的消息，以便最终将所有节点的信息发送到基站。

(203)基站从所有节点获取信息，反馈信息包括所有节点的ID，所有节点的父节点，同级节点，子节点和剩余能量。

基站能够通过该信息形成拓扑图，通过拓扑图可创建信息传输方案。

在信息传输过程中，对于具有较高层级的节点，必须通过较低层级的节点作为中继节点传输其信息，而较低层级并充当中继节点的节点将消耗更多能量。为了延长WSN的寿命，必须进行负载平衡，可利用两种方法来实现负载平衡：层级内聚合和层级间选择传递。层级内聚合的目的是以通过数据聚合的方式增加层级较高的节点的能耗为代价，减少层级较低的节点的能耗。层间选择的目的是保护具有较低剩余能量的节点。

根据这些原则，每个节点至少包括四种信息传递方案片段：

将正在发送数据的节点记为N_send,将其作为数据聚合的兄弟节点记为Nagg，将接收数据的较低层级的节点记为N_rec。

情况一：该节点没有兄弟节点，只有一个父节点。

发送节点N_send将数据发送给接收节点N_rec，传输方案片断为：

N_send→N_rec； (8)

情况二：该节点没有兄弟节点，并且有一个以上的父节点。

发送节点(N_send)将数据发送给具有最大剩余能量的父节点(N_rec)。传输方案片断为：

N_send→N_rec (9)

情况三:该节点具有兄弟节点，并且该节点及其兄弟节点具有相同的父节点。

如果节点的剩余能量(N_send)大于其任何同级节点的剩余能量，则它将数据发送到其父节点(N_rec)，传输方案片断为：

N_send→N_rec (10)

否则，该节点(N_send)将数据发送到在其所有兄弟节点中具有最大剩余能量的兄弟节点(Nagg)。传输方案片断为：

N_send→N_agg (11)

情况四:该节点有兄弟节点，并且该节点及其同级节点具有不同的父节点。

将该节点(N_send)及其所有的兄弟节点记为集合A,将集合A中所有节点的所有父节点记为集合B,将集合B中具有最大剩余能量的节点表示为N_parent，然后N_parent在集合A中的子节点记为N_agg。

如果N_parent是N_send一个父节点，并且N_agg与N_send是同一个节点，

那么N_parent即为N_rec，传输方案片断为：

N_send→N_parent (12)

如果N_parent是N_send一个父节点，但是N_agg与N_send不是同一个节点，传输方案片断为：

N_send→N_agg (13)

如果N_parent不是N_send的父节点，那么传输方案片断为：

N_send→N_agg (14)

进一步的，同一层级中的聚合可以减少总体能源消耗，但是聚合节点可能会成为热点，其能量很快耗尽，因此，需限制聚合的规模以平衡负载。

限制聚合规模的方式为：将一个节点从其兄弟节点接收信息的节点数定义为该节点的聚集度。设置一个最高聚合度阈值和禁忌列表，当一个节点的聚合度达到该阈值时，将该节点添加到禁忌列表中。

在上述情况三和情况四中，当节点搜索聚合节点时，应忽略禁忌列表中的节点。但是，当一个节点的所有兄弟节点都在禁忌列表中时，应打破禁忌并随机选择一个兄弟节点作为其聚合节点。

基站遍历每个节点，并根据拓扑和每个节点的剩余能量获得方案片段。然后，所有调度段可以组合成有向树，这个有向树是从WSN拓扑结构的完全图的简化。从最深的叶节点到根节点分配每个节点的传输时间，以便每个节点在其所有叶节点都已向其发送数据之后仅发送一次数据，形成整个信息传输计划方案。

整个信息传输计划方案完成，进行传输方案的分发。分发传输方案可使每个节点都知道谁将在什么时间向其发送数据，以及它将在什么时间向谁发送数据。通过广播的方式将传输方案从基站分发到所有节点。这个过程中还有一些需要注意的细节：任何具有子节点的节点都应广播分发传输方案；节点分发调度时的功率应设置为与最远的子节点进行通信的功率，但不需要设置为该节点的最大传输功率；节点仅分发方案的一部分即可，即以该节点是根节点的子树的方案部分。

完成传输方案后，本协议进行数据传输，数据传输阶段是稳态运行阶段。每个节点都从其子节点接收数据，然后根据传输方案将数据传输到其聚合节点或父节点。如果节点具有叶节点，则该节点应聚合其接收到的所有数据及其自身的数据，以便该节点可以收集以该节点为根节点的子树的所有节点的信息。

建立传输方案阶段的过程将消耗能量，因此传输方案应尽可能少地更新。但是，由于某些较低层级的节点必须扮演中继的角色，因此热点问题不可避免。经过一段时间的运行后，某些节点的能量消耗可能比其他节点更快，最终更早地耗尽。为了延长WSN的寿命，应该更新传输方案以实现负载平衡。在不同阶段可以使用两种方法：

在网络的早期阶段，所有节点都处于正常运行状态，在经过特定的时间长度后进行传输方案的更新，即再执行一次建立传输方案的操作。这个时间长度通常根据经验或实验仿真确定。

在网络的中后期，节点逐渐死亡。如果一个没有子节点或不是聚合节点的节点死亡，则WSN可能会丟失一个节点的信息；但是，如果一个聚合节点或父节点死亡，即使以该节点为根节点的子树的大部分节点仍然存活，但WSN仍会失去大量的节点信息。因此，当WSN突然丟失一堆节点的信息时，应更新传输方案，避免因个别节点的死亡导致大量信息损失的情况。

为验证本避障无线传感器网络动态分层组网协议的效果，进行仿真实验，包括一下步骤：

第一步，确定无线电模型：

参考图3所示的节点无线电能耗能模型示意图，接收器在接收l比特数据时的能耗(E_r)如下：

E_r(l)＝l×E_elc (15)

其中，E_elc代表发射器或接收器发射或接收每比特数据的电路能量消耗。

聚合n条总数据量为t比特的数据包时，节点的能耗(E_da)如下：

E_da＝t×E_agg×n (16)

其中，E_agg表示聚合系数。

在距离“d”处传输比特数据时，发射机的能量消耗(E_t)如下：

其中，Efs代表自由空间模型的放大器能量因数，Emp代表多径衰落信道模型的放大器能量因数，d₀为在自由空间和多径衰落模型之间选择的阈值。

通过上述建模，节点间通信能耗符合自由空间模型，节点与基站通信能耗符合多径衰落信道模型。

第二步，定义评估标准

FND(首个节点死亡时间)和HND(半数节点死亡时间)被用作衡量WSN寿命的指标。由于存在障碍，某些节点在仍然存在时可能会与基站失去联系。传递比率作为评估数据包丢失的标准，也可以作为评估WSN寿命的标准。基于这两个评估标准，本实施例中定义了两个新标准作为具有障碍的WSN生命周期的评估标准。

FNL(首个节点失联时间)：基站开始无法从所有节点接收消息的时间(或仿真中的仿真周期数)。这个时间表示此参数表示WSN的性能开始下降。并且，如果WSN的每个节点都很重要，则此参数表示WSN不能正常工作的时间。

HNL(半数节点失联时间)：基站开始无法从半数以上节点接收消息的时间(或仿真中的仿真周期数)，无论是因为该节点已死亡还是因为某些节点仍处于活动状态但无法与基站通信。通常，此参数表示网络无法实现其功能的时间。

第三步，进行仿真，并得到仿真参数和仿真结果；

实际环境中的障碍物可能是墙壁，山脉等，并且障碍物的主要作用是阻碍无线电波的传输。本实施例中，我们将障碍物抽象为线段，并使用线段的两个端点来描述障碍物。当两个节点或一个节点与基站之间的线与代表障碍物的线段相交时，认为两个节点或一个节点与基站不能直接通信。本实施例的仿真中，设置了两个障碍进行测试和验证。

在实际应用中，节点将被部署到的感兴趣位置。但是，从部署结果的角度来看，节点的位置是随机的。因此，在仿真中，节点在传感器场中随机且均匀地分布，并进行了蒙特卡洛仿真，以使结果更加有效和可靠。

假设数据在传输之前已经被压缩，所以聚合的有效性不能是完美的聚合。在本实施例中，我们将聚集率表示为Ragg，并将其定义如下:

其中，l_com表示经过聚合压缩后的比特数，l_decom表示从信号中提取信息时解压缩后的比特数。

下表为TABLE I列出了仿真参数:

参考图4，图4中显示了不同仿真周期中采用Dijkstra方法的信号传输路径示例。所有节点都选择到达基站的最短路径，并且其中一些节点成为热点，这些热点将更早耗尽其能量。

参考图5,图5中显示了在不同仿真周期中采用DHN协议的信号传输路径示例。层级之间的传输可确保每个节点与基站之间的可访问性。每个层次结构中的聚合可在全局范围内降低能耗。限制聚合规模减轻了热点的负载。

参考图6和图7,图6和图7显示了基于相同节点分布场景的Dijkstra方法和DHN方法的仿真结果。alive线表示实际存活的节点数，collected线表示基站可以从中接收其信息的节点数。collected线的突然减少意味着某些特定节点的死亡,这些特定节点是聚合节点或较低层次结构中的节点，从而导致丢失大量信息。

在早期阶段，alive和collected的包络线是重合的，因为只要该节点是活的，基站就可以接收该节点的信息。当所有担负中继器功能的较低层级的节点死亡时，基站只能从可以直接与基站通信的节点接收信息，即使较高层级的节点仍然是活的，基站也无法接收到它们的信息。这时蓝线和红线就不再重合。

在FNL和HNL标准下，根据仿真结果，DNH方法有效地延长了WSN的寿命。

对于相同的节点分布场景，本实验还进行了不同节点聚合度阈值的仿真。仿真结果如图8所示。对于适用于单跳WSN的LEACH-C协议，最佳平均聚合度为20。但是，对于本发明模拟的方案，最佳聚合度是3。此参数与WSN的拓扑有关。但是对于本发明的多跳网络方案，此值一定小于单跳网络的值，因为实际聚合度(所包含信息的节点数量)将随着层级降低成指数增长。

为了进一步验证DHN协议的有效性，进行了500次蒙特卡洛仿真。每次使用相同节点分布分别使用Dijkstra方法和DHN方法进行仿真。仿真结果如图9所示。采用Dijkstra方法的平均FNL和HNL为8.1和149.2，采用DHN方法的平均FNL和HNL为336.2和514.5。充分表明了DHN方法的优越性。

仿真结果表明，与Dijkstra方法相比，WSN的生命周期明显延长。对于特定的WSN，DHN协议的性能与网络拓扑、数据压缩率和节点聚合度等许多因素有关，可以通过仿真来分析和优化其性能。另外，根据协议的机制，使用DHN协议的WSN是可扩展和自适应的。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.避障无线传感器网络动态分层组网方法，其特征在于，避障无线传感器网络包括基站和多个节点，所述节点分为1、2、3、...n层，其中高层节点用于接受同层级和低层级的广播信息，低层节点用于接受同层级和高层级的反馈信息；

组网方法包括以下步骤：

步骤A1：广播信息传输，将基站广播信息通过节点进行传输，在此过程中，确定节点层级；

步骤A2：节点按层级收集反馈信息，基站从节点获取该信息；

步骤A3：基站创建信息传输拓扑；

所述步骤A3中的信息传输拓扑包括至少四种信息传输拓扑情况，将正在发送数据的节点记为N_send，将其作为数据聚合的兄弟节点记为N_agg，将接收数据的较低层级的节点记为N_rec，则四种信息传输拓扑情况为：

情况一：该节点没有兄弟节点，只有一个父节点；

发送节点N_send将数据发送给接收节点N_rec，传输方案片断为：N_send→N_rec；

情况二：该节点没有兄弟节点，并且有一个以上的父节点；

发送节点N_send将数据发送给具有最大剩余能量的父节点N_rec，传输方案片断为：N_send→N_rec；

情况三:该节点具有兄弟节点，并且该节点及其兄弟节点具有相同的父节点；

如果节点的剩余能量N_send大于其任何兄弟节点的剩余能量，则它将数据发送到其父节点N_rec，传输方案片断为：N_send→N_rec；

否则，该节点N_send将数据发送到在其所有兄弟节点中具有最大剩余能量的兄弟节点N_agg，传输方案片断为：N_send→N_agg；

情况四:该节点有兄弟节点，并且该节点及其兄弟节点具有不同的父节点；

将该节点N_send及其所有的兄弟节点记为集合A，将集合A中所有节点的所有父节点记为集合B，将集合B中具有最大剩余能量的节点表示为N_parent，然后N_parent在集合A中的子节点记为N_agg；

如果N_parent是N_send一个父节点，并且N_agg与N_send是同一个节点，那么N_parent即为N_rec，传输方案片断为：N_send→N_parent；

如果N_parent是N_send一个父节点，但是N_agg与N_send不是同一个节点，传输方案片断为：N_send→N_agg；

如果N_parent不是N_send的父节点，那么传输方案片断为：

N_send→N_agg。

2.根据权利要求1所述的避障无线传感器网络动态分层组网方法，其特征在于，所述节点分层的方法为：

将基站的层级定义为第0层，能够接收到基站广播的节点将其自身的层级设置为1，并将基站记录为其父节点；

层级1的所有节点进行广播，其他节点接收广播时，节点根据不同情况执行三种操作：

(101)如果接收广播的节点尚未设置其层级，则将其层级设置为2，并将广播节点记录为其父节点；

(102)如果接收到广播的节点与广播节点具有相同的层级，则将广播节点记录为其兄弟节点；

(103)如果接收到广播的节点的层级低于广播节点，则将广播节点记录为其子节点，但保持其层级值不变；

每个节点广播一次，循环进行操作以确认其他节点层级。

3.根据权利要求1所述的避障无线传感器网络动态分层组网方法，其特征在于，所述步骤A2包括反馈组网过程，所述反馈组网的方法为：

(201)n层级的节点向其父节点发送反馈消息；如果父节点为多个，则选择剩余能量最大的父节点发送反馈消息；

(202)层次结构n-1的节点通过相同的方法向其父节点发送反馈消息；如果一个节点具有子节点，则应将其反馈消息与从其子节点接收到的反馈消息进行聚合，发送聚合后的消息；

(203)基站从所有节点获取反馈信息，反馈信息包括所有节点的ID,所有节点的父节点，兄弟节点，子节点和剩余能量。

4.根据权利要求3所述的避障无线传感器网络动态分层组网方法，其特征在于，所述组网方法中还包括以下步骤，限制节点的聚合度，设置一个聚合度阈值，当节点的聚合度达到阈值时，该节点将不再聚合其他反馈信息。

5.根据权利要求4所述的避障无线传感器网络动态分层组网方法，其特征在于，所述组网方法包括信息传输拓扑更新步骤；当所有节点都处于正常运行状态，在经过特定的时间长度后进行传输方案的更新，所述特定的时间长度根据经验或实验仿真确定；

当无线传感器网络的一个聚合节点或父节点死亡时，即时进行传输方案的更新，所述聚合节点具有子节点，将其反馈消息与从其子节点接收到的反馈消息进行聚合。

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