,752 北京科技大学学报 第29卷 该簇，同时给簇头发一个确认信号 数是有限的，n<(T+Ta)/(Ta十Tm)·这样能和 节点 簇头 簇头直接通讯的节点会按不同的时隙以同样的休眠 探询信号 周期来工作. 这里需要指出的是，如果节点发送的探询簇头 回应信号 的信号被多个簇头接收到，则每个簇头都会为这个 确认信号 节点分配一个工作时隙，而节点只采用最先收到的 响应包含的时隙调整休眠时间，未被采用的其他簇 头的时隙对于该簇头来讲则被浪费了， 图3簇头选择 3.3创建休眠同步机制 Fig.3 Schedule of selecting a cluster header 本文所描述的同步机制是一种近似的同步机 制，传感器节点及其父节点会先醒来进行数据的传 3.2创建分时机制 输，同一条链路上的其他节点依次延迟短暂时间后 如图4所示，假设节点1发送的探询信号是某 醒来进行后续的数据传输，这样减少没有传输任务 个簇头收到的第一个探询信号，在簇头给节点1发 的节点的监听时间，节省能耗 送响应时，启动一个计时器，计每次收到节点的探询 被分配工作时隙的节点如果是传感器节点，醒 信号后发送响应信号的时刻，该计时器每隔T十 来后采集数据并向簇头发送，收到簇头的确认后转 T时间自动清零.在给节点发送的响应中包含这 入休眠状态，如果节点是辅助节点，则设置该节点 个计时器值，节点在收到响应后根据该计时器值计 的级别为1级（见图5中的1级节点），同时发送寻 算下次醒来的时间，然后立即转入休眠状态，节点1 找子节点的信号，该信号带有该辅助节点号和级别 是第一个加入某个簇头的节点，因此它收到的计时 号，发送后转入监听状态直到休眠时间到，转入休眠 器值是0，时间参数t=T,表明节点1在收到响应 状态 后立即转入休眠状态，隔时间t后醒来，以后的休眠 周期为T,假设节点2是第二个加入某簇头的节 1级节点 TTT-T 节点/ 点，该簇头在给节点2发布响应时，计时器的值是 2 t1,则时间参数t=(T一t1)十Ta十Tm(Ta是一个 2级节点 固定的延时时间，表示加入同一簇头的各节点的工 节点+1 作时隙；To是节点醒来后持续的时间)，表明节点2 3级节点 节点+2 在收到响应后立即转入休眠状态，隔t时间后醒来， 以后的休眠周期为T.同理，如果节点3是第三个 图5同步机制 加入簇头的节点，则收到的时间参数T=(T一tz) Fig.5 Synchronous scheme +(2Ta十2Tm),以此类推，第n个加入簇头的节 当节点（可能是传感器节点或辅助节点，见图5 点收到的时间参数是： 中的2级节点)在额定的发射功率下没有收到来自 t=(T-t)+[(n-1)Ta+(n-1)Ton](1) 簇头的响应，则转入监听状态，监听上一级节点发出 的寻找子节点的信号，如果收到寻找子节点信号的 是传感器节点，则立即发送包含了本节点号的应答， 节点1 然后转入监听状态，这样保证上一级节点最先收到 的应答来自于传感器节点，实现传感器节点到簇头 节点2.4→ 建立最短传输路径， 如果收到寻找子节点信号的是辅助节点，设定 节点3 2Ta+T 本节点的级别是2级，随机回退一定的时间t(ID) 图4分时机制 后，发送包含了本节点号的应答，然后转入监听状 Fig.4 Schedule of dispatching time slot 态，1级节点以最先收到的应答所属的节点作为自 己的子节点，再广播一个包含了自己子节点号和本 需要注意在周期T内所能分配的时隙是有限 节点号的确认信号，同时包含了从1级节点醒来到 的，这就意味着通过单跳加入某个簇头的节点的个 发送确认信号的时间间隔T。·子节点在收到确认该簇‚同时给簇头发一个确认信号． 图3 簇头选择 Fig．3 Schedule of selecting a cluster header 3∙2 创建分时机制 如图4所示‚假设节点1发送的探询信号是某 个簇头收到的第一个探询信号‚在簇头给节点1发 送响应时‚启动一个计时器‚计每次收到节点的探询 信号后发送响应信号的时刻‚该计时器每隔 T ＋ Ton时间自动清零．在给节点发送的响应中包含这 个计时器值‚节点在收到响应后根据该计时器值计 算下次醒来的时间‚然后立即转入休眠状态．节点1 是第一个加入某个簇头的节点‚因此它收到的计时 器值是0‚时间参数 t＝ T‚表明节点1在收到响应 后立即转入休眠状态‚隔时间 t 后醒来‚以后的休眠 周期为 T．假设节点2是第二个加入某簇头的节 点‚该簇头在给节点2发布响应时‚计时器的值是 t1‚则时间参数 t＝（ T — t1）＋ Td＋ Ton（ Td 是一个 固定的延时时间‚表示加入同一簇头的各节点的工 作时隙；Ton是节点醒来后持续的时间）‚表明节点2 在收到响应后立即转入休眠状态‚隔 t 时间后醒来‚ 以后的休眠周期为 T．同理‚如果节点3是第三个 加入簇头的节点‚则收到的时间参数 T ＝（ T — t2） ＋（2Td＋2Ton）．以此类推‚第 n 个加入簇头的节 点收到的时间参数是： t＝（ T—t n）＋［（ n—1） Td＋（ n—1） Ton ］ （1） 图4 分时机制 Fig．4 Schedule of dispatching time slot 需要注意在周期 T 内所能分配的时隙是有限 的‚这就意味着通过单跳加入某个簇头的节点的个 数是有限的‚n＜（ T ＋ Td）／（ Td＋ Ton）．这样能和 簇头直接通讯的节点会按不同的时隙以同样的休眠 周期来工作． 这里需要指出的是‚如果节点发送的探询簇头 的信号被多个簇头接收到‚则每个簇头都会为这个 节点分配一个工作时隙‚而节点只采用最先收到的 响应包含的时隙调整休眠时间‚未被采用的其他簇 头的时隙对于该簇头来讲则被浪费了． 3∙3 创建休眠同步机制 本文所描述的同步机制是一种近似的同步机 制‚传感器节点及其父节点会先醒来进行数据的传 输‚同一条链路上的其他节点依次延迟短暂时间后 醒来进行后续的数据传输‚这样减少没有传输任务 的节点的监听时间‚节省能耗． 被分配工作时隙的节点如果是传感器节点‚醒 来后采集数据并向簇头发送‚收到簇头的确认后转 入休眠状态．如果节点是辅助节点‚则设置该节点 的级别为1级（见图5中的1级节点）‚同时发送寻 找子节点的信号‚该信号带有该辅助节点号和级别 号‚发送后转入监听状态直到休眠时间到‚转入休眠 状态． 图5 同步机制 Fig．5 Synchronous scheme 当节点（可能是传感器节点或辅助节点‚见图5 中的2级节点）在额定的发射功率下没有收到来自 簇头的响应‚则转入监听状态‚监听上一级节点发出 的寻找子节点的信号．如果收到寻找子节点信号的 是传感器节点‚则立即发送包含了本节点号的应答‚ 然后转入监听状态‚这样保证上一级节点最先收到 的应答来自于传感器节点‚实现传感器节点到簇头 建立最短传输路径． 如果收到寻找子节点信号的是辅助节点‚设定 本节点的级别是2级‚随机回退一定的时间 t （ID） 后‚发送包含了本节点号的应答‚然后转入监听状 态．1级节点以最先收到的应答所属的节点作为自 己的子节点‚再广播一个包含了自己子节点号和本 节点号的确认信号‚同时包含了从1级节点醒来到 发送确认信号的时间间隔 Tc．子节点在收到确认 ·752· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷