專利名稱：用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的媒體訪問控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體給 出用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的流量自適應(yīng)的媒體訪問控制方法。
背景技術(shù)：
在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)一般采用電池供電且其容量較小，節(jié)點(diǎn)分布在實(shí) 際的應(yīng)用環(huán)境后電池難以更換或者更換成本很高，所以能量效率是無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)考慮的重點(diǎn)。在許多應(yīng)用領(lǐng)域如火災(zāi)檢測等，節(jié)點(diǎn)需要將采集到的數(shù) 據(jù)及時(shí)發(fā)送給sink節(jié)點(diǎn)并采取必要的措施以減小損失，這對(duì)協(xié)議設(shè)計(jì)的延遲時(shí) 間要求很高。
目前在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)中，節(jié)點(diǎn)一般采用周期性的偵聽和 睡眠調(diào)度以降低能耗，最有代表性的是葉偉提出的S-MAC協(xié)議，它最早由參考 文獻(xiàn)"An Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks" (W. Ye, J. Heidemann, and D. Estrin, IEEE INFOCOM, June 2002)提出。S-MAC協(xié)議按照周 期性方式運(yùn)行，協(xié)議的一個(gè)周期分為偵聽期和睡眠期兩個(gè)部分，其中的偵聽期又 分為同步階段和數(shù)據(jù)階段，偵聽時(shí)間和整個(gè)周期長度的比率為占空比，協(xié)議運(yùn)行 過程中周期長度和占空比均固定。節(jié)點(diǎn)在偵聽期間喚醒進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，在睡眠期 間進(jìn)入睡眠狀態(tài)以降低功耗。為保證節(jié)點(diǎn)之間正確通信，協(xié)議設(shè)計(jì)采用定期同步 的機(jī)制，通過周期性接收和轉(zhuǎn)發(fā)同步包使得節(jié)點(diǎn)之間形成一致的偵聽睡眠調(diào)度， 從而保證節(jié)點(diǎn)之間能夠進(jìn)行正確通信。
但是在實(shí)際的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，上述傳統(tǒng)MAC協(xié)議的性能受到很大 限制，其原因?yàn)棰賹?shí)際無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流量經(jīng)常變換，而且很多情 況下是無規(guī)律或者規(guī)律不可循。采用固定周期和占空比的方法，當(dāng)數(shù)據(jù)流量大的 時(shí)候，容易引起緩沖區(qū)溢出丟包，而數(shù)據(jù)流量小的時(shí)候，不必要的喚醒過程耗費(fèi) 能量，從而使得協(xié)議性能低下。②在傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間維持同歩是一個(gè)復(fù)雜過 程，因?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)需要偵聽一段時(shí)間，接收到同歩包后設(shè)置自己的調(diào)度，然后轉(zhuǎn)發(fā)同步包，最終使全網(wǎng)形成一致的調(diào)度，這是一個(gè)耗費(fèi)時(shí)間耗費(fèi)能量的過程。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出用于無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)的媒體訪問控制方法,該方法使得節(jié)點(diǎn)能夠很好提升協(xié)議在可變數(shù)據(jù)流量條 件下的性能，并且不需要在線調(diào)節(jié)周期和占空比從而避免同步困難問題。
技術(shù)方案本發(fā)明的用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的媒體訪問控制方法，用于解決節(jié) 點(diǎn)數(shù)據(jù)流量變化環(huán)境下協(xié)議性能低下問題。節(jié)點(diǎn)通過測量當(dāng)前的數(shù)據(jù)流量和數(shù)據(jù) 包緩沖區(qū)隊(duì)列長度進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，當(dāng)數(shù)據(jù)流量比較大的時(shí)候采用高流量自適應(yīng) 機(jī)制，當(dāng)數(shù)據(jù)流量比較小的時(shí)候采用低流量自適應(yīng)機(jī)制，從而有效提高協(xié)議在流 量變化條件下的能耗，延遲等方面的性能。數(shù)據(jù)流量測量的具體方法為節(jié)點(diǎn)連 續(xù)記錄數(shù)據(jù)包到達(dá)的時(shí)間，將連續(xù)到達(dá)的兩個(gè)數(shù)據(jù)包間隔的倒數(shù)作為當(dāng)前測量得 到的數(shù)據(jù)流量，則測量的數(shù)據(jù)流量可表示為4+1=1/"+1-&)，其中&，&w分別表 示前一個(gè)數(shù)據(jù)包收到的時(shí)刻和當(dāng)前數(shù)據(jù)包收到的時(shí)刻，測量結(jié)果通過低通濾波器 消除測量干擾。
節(jié)點(diǎn)通過檢測當(dāng)前數(shù)據(jù)緩沖區(qū)隊(duì)列長度iV^進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，當(dāng)Wa^1時(shí)， 啟用高流量自適應(yīng)機(jī)制，當(dāng)7V^《1并且當(dāng)前測量得到的數(shù)據(jù)流量^<^時(shí)啟用低 流量自適應(yīng)機(jī)制，否則采用傳統(tǒng)MAC協(xié)議中每次發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包的方式進(jìn)行通 信。其中的)3為預(yù)先設(shè)定的閾值。
本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中流量自適應(yīng)的媒體訪問控制方法，其高流量自適 應(yīng)機(jī)制采用突發(fā)模式發(fā)送數(shù)據(jù)包，節(jié)點(diǎn)首先確定本次突發(fā)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包數(shù)目Wto，
方法為預(yù)先設(shè)定最大允許的突發(fā)傳輸時(shí)間7; 并以此計(jì)算突發(fā)傳輸最大允許
發(fā)送的包數(shù)目iV^，節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前首先檢測當(dāng)前數(shù)據(jù)緩沖區(qū)隊(duì)列長度W^，
如果A^》AU，則Wfo尸iV,,否則如果iV^〈AU^，則iVte尸AU。然后在數(shù)據(jù)期間 采用載波偵聽方式發(fā)送請(qǐng)求發(fā)送包-RTS包進(jìn)行信道預(yù)約， 一旦預(yù)約成功則通過 RTS/CTS/DATAl/DATA2/.../DAT/WVfo,/ACK的突發(fā)模式一次發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)包，即 發(fā)送節(jié)點(diǎn)首先發(fā)送RTS包給接收節(jié)點(diǎn)，當(dāng)收到接收節(jié)點(diǎn)回復(fù)的允許發(fā)送包-CTS 后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)連續(xù)發(fā)送A^個(gè)數(shù)據(jù)包-DATA給接收節(jié)點(diǎn)，最后收到接收節(jié)點(diǎn)回復(fù) 的確認(rèn)包-ACK后完成本次傳輸。
如果突發(fā)傳輸?shù)臅r(shí)間超過協(xié)議運(yùn)行的周期長度則節(jié)點(diǎn)繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)直到本次突發(fā)傳輸完成為止。突發(fā)傳輸系列中的每個(gè)控制包和數(shù)據(jù)包中都包含離本次發(fā) 送完成所需要的時(shí)間。其他非目的節(jié)點(diǎn)偵聽到這個(gè)突發(fā)包序列中的任何一個(gè)包， 則更新其網(wǎng)絡(luò)分配矢量NAV并進(jìn)入睡眠以降低能耗。
本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中流量自適應(yīng)的媒體訪問控制方法，其高流量自適 應(yīng)機(jī)制在誤碼信道條件下工作時(shí)，一旦檢測到突發(fā)突發(fā)傳輸系列中有包由于信道 誤碼而被破壞，則節(jié)點(diǎn)繼續(xù)傳輸剩余的數(shù)據(jù)包直到本次突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸完成為止。 被破壞的數(shù)據(jù)包將在下次的突發(fā)傳輸系列中進(jìn)行重傳。如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)存在兩個(gè)或 者兩個(gè)以上的下一條鄰居節(jié)點(diǎn)，則當(dāng)前節(jié)點(diǎn)重新調(diào)度堆積在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù) 包，將發(fā)送到同一 目的地址的數(shù)據(jù)包調(diào)度成一個(gè)系列，使得在發(fā)送數(shù)據(jù)包的時(shí)候， 每一個(gè)突發(fā)傳輸系列中只包含發(fā)送到同一目的地址的數(shù)據(jù)包。
本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中流量自適應(yīng)的媒體訪問控制方法，其低流量自適 應(yīng)策略為發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過檢測當(dāng)前待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的相應(yīng)域得到下一條目的節(jié)點(diǎn) 的地址，然后構(gòu)建一個(gè)邀請(qǐng)發(fā)送包(ITS)并在同步階段采用載波偵聽方式發(fā)送這 個(gè)ITS包給目的節(jié)點(diǎn)，目的節(jié)點(diǎn)接收到ITS包后回復(fù)一個(gè)同意發(fā)送包(ATS)確認(rèn) 本次通信。發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)期間采用數(shù)據(jù)包/確認(rèn)包方式直接進(jìn)行數(shù) 據(jù)通信而不采用載波偵聽，其他鄰居節(jié)點(diǎn)接收到ITS或者ATS后更新NAV并進(jìn) 入睡眠以降低功耗。
當(dāng)節(jié)點(diǎn)沒有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送并且沒有收到ITS包則移除本周期內(nèi)余下的偵 聽時(shí)間以降低功耗。同時(shí)設(shè)定一個(gè)閾值e，當(dāng)節(jié)點(diǎn)經(jīng)歷了 e個(gè)周期仍無數(shù)據(jù)或者 控制包發(fā)送或者接收，則節(jié)點(diǎn)喚醒以偵聽可能發(fā)送給自己的控制或數(shù)據(jù)包。如果 接收節(jié)點(diǎn)在同步期檢測到?jīng)_突發(fā)生則在DATA期間保持喚醒以偵聽可能到達(dá)的 報(bào)文，如果發(fā)送節(jié)點(diǎn)在同步期檢測到?jīng)_突發(fā)生則在本周期的數(shù)據(jù)期間采用傳統(tǒng)的 載波偵聽方式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。避免由于節(jié)點(diǎn)睡眠導(dǎo)致傳輸錯(cuò)誤。
有益效果本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中流量自適應(yīng)的媒體訪問控制方法，通 過實(shí)時(shí)測量節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流量和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)隊(duì)列長度，并基于測量值進(jìn)行流量自適 應(yīng)調(diào)節(jié)。在數(shù)據(jù)流量比較大的時(shí)候能夠很大程度上降低數(shù)據(jù)包發(fā)送的延遲時(shí)間和 功耗，并能很好緩解緩沖區(qū)堆積和丟包問題。在數(shù)據(jù)流量比較小的時(shí)候通過移除 不必要的偵聽期降低節(jié)點(diǎn)的能耗，并且不會(huì)明顯影響協(xié)議的延遲性能。此外并發(fā) 明中的方法不需要調(diào)節(jié)協(xié)議的周期和占空比，使得方法實(shí)施比較簡單并且不會(huì)導(dǎo) 致同步困難問題。

圖1為本發(fā)明的流量自適應(yīng)的媒體訪問控制方法總體示意圖， 圖2為本發(fā)明中高流量自適應(yīng)機(jī)制的突發(fā)傳輸操作示意圖， 圖3為本發(fā)明中低流量自適應(yīng)機(jī)制的選擇性喚醒操作示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步說明。 本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中流量自適應(yīng)的媒體訪問控制方法，其總體操作過 程如圖1所示，節(jié)點(diǎn)通過檢測當(dāng)前數(shù)據(jù)緩沖區(qū)隊(duì)列長度iV^進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，當(dāng) A/^一l時(shí)，啟用高流量自適應(yīng)機(jī)制，當(dāng)A/^《1并且當(dāng)前測量得到的數(shù)據(jù)流量丄r^ 時(shí)啟用低流量自適應(yīng)機(jī)制，否則采用傳統(tǒng)MAC協(xié)議中每次發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包的方 式進(jìn)行通信。其中的^為預(yù)先設(shè)定的閾值，其值根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)狀況確定。
數(shù)據(jù)流量測量的具體方法為節(jié)點(diǎn)連續(xù)記錄數(shù)據(jù)包到達(dá)的時(shí)間，將連續(xù)到達(dá) 的兩個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)間間隔的倒數(shù)作為當(dāng)前測量得到的數(shù)據(jù)流量，則測量的數(shù)據(jù)流量
可表示為
其中&,&+1分別表示前一個(gè)數(shù)據(jù)包收到的時(shí)刻和當(dāng)前數(shù)據(jù)包收到的時(shí)刻，由于 測量過程中存在隨機(jī)干擾，故通過一個(gè)低通濾波器消除測量干擾，具體方法為 令丄w為經(jīng)過濾波器消除干擾后的前一次數(shù)據(jù)流量值，丄^為當(dāng)前直接估計(jì)得到 的數(shù)據(jù)流量值，則本次經(jīng)過濾波器消除干擾后得到的數(shù)據(jù)流量值計(jì)算公式為
K—,H (2)
本發(fā)明中的高流量自適應(yīng)機(jī)制的突發(fā)傳輸方式如圖2所示,如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)希 望發(fā)送數(shù)據(jù)包給他的下一跳目的節(jié)點(diǎn)，則首先在數(shù)據(jù)期間通過載波偵聽方式發(fā)送 RTS包，其中包含了本次突發(fā)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包數(shù)目Wto、離本次突發(fā)傳輸結(jié)束的時(shí)
間、以及下一條節(jié)點(diǎn)地址等信息。下一跳目的節(jié)點(diǎn)接收到這個(gè)RTS包后回復(fù)一個(gè) CTS包進(jìn)行傳輸確認(rèn)，其他的鄰居節(jié)點(diǎn)如果偵聽到RTS包或者CTS包，則更新自 己的NAV并進(jìn)入睡眠以降低功耗。此時(shí)發(fā)送節(jié)點(diǎn)連續(xù)發(fā)送A^,個(gè)數(shù)據(jù)包給下一跳 目的節(jié)點(diǎn)，下一跳目的節(jié)點(diǎn)在接收完數(shù)據(jù)包后回復(fù)一個(gè)ACK包進(jìn)行確認(rèn)。突發(fā)傳 輸序列中的包間隔大小具體設(shè)定方法和802.11類似。如果突發(fā)參數(shù)的時(shí)間超過協(xié)議本身的周期長度，則傳輸過程會(huì)繼續(xù)進(jìn)行直到本次傳輸完成為止，并不會(huì)因?yàn)槌?過一個(gè)周期長度而中斷。
其中的一次突發(fā)傳輸包含的數(shù)據(jù)包數(shù)目A^計(jì)算方法為如果滿足公平性條
件下以及維持正確的同步時(shí)最大允許的時(shí)間分別為7>和r,，則最大允許的burst
傳輸時(shí)間r^可表示為
7;狀-min(7;，7;) (3)
根據(jù)最大允許的突發(fā)傳輸時(shí)間和突發(fā)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，假設(shè)突發(fā)傳輸系統(tǒng)中數(shù)據(jù)
包長度相同，則可通過下面公式計(jì)算得到burst傳輸最大允許發(fā)送的包數(shù)目iV，皿
W隨=["min(T,, K) - Z肌.-4 -』- "、
.' (4) 3A: x ,S + A: x尸闊/(Z應(yīng)+ h尸,
其中Z肌，Zero, &廁，^cx分別為RTS， CTS， DATA, ACK包的長度， 而S/FS和尸/尸S分別為控制包間隔和數(shù)據(jù)包間隔，^為數(shù)據(jù)發(fā)送速度。節(jié)點(diǎn)在發(fā) 送數(shù)據(jù)前首先檢測當(dāng)前數(shù)據(jù)緩沖區(qū)隊(duì)列長度A^r，如果A^一A^x，則A^產(chǎn)iV,， 否則如果W^<iV,，則M ,=W^。
本發(fā)明的高流量自適應(yīng)機(jī)制在誤碼信道條件下工作時(shí)， 一旦檢測到突發(fā)傳輸 系列中有包由于信道誤碼而被破壞，則節(jié)點(diǎn)繼續(xù)傳輸剩余的包直到本次突發(fā)數(shù)據(jù) 傳輸完成為止。被破壞的數(shù)據(jù)包將在下次的突發(fā)傳輸系列中進(jìn)行重傳。如果當(dāng)前 節(jié)點(diǎn)存在兩個(gè)或者兩個(gè)以上的下一條鄰居節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的包 進(jìn)行重新排列，將發(fā)送到同一目的地址的數(shù)據(jù)包調(diào)度成一個(gè)系列，使得發(fā)送數(shù)據(jù) 包的時(shí)候，在每一個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)包系統(tǒng)中只包含發(fā)送到同一目的地址的數(shù)據(jù)包。例 如數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的包數(shù)目為7，假定數(shù)據(jù)包的序號(hào)分別為1、 2、 3、 4、 5、 6、 7， 其中序號(hào)為l、 4、 5的數(shù)據(jù)包包含相同的目的地址，而序號(hào)為2、 3、 6、 7的數(shù) 據(jù)包包含另外一個(gè)相同的目的地址，則節(jié)點(diǎn)在突發(fā)傳輸前對(duì)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的這些 數(shù)據(jù)包進(jìn)行重新排列，順序?yàn)?、 4、 5、 2、 3、 6、 7。這些數(shù)據(jù)包將在兩個(gè)burst 傳輸中被發(fā)送出去，其中一個(gè)burst傳輸包含序號(hào)為1、 4、 5的數(shù)據(jù)包，另外一 個(gè)burst傳輸包含序號(hào)為2、 3、 6、 7的數(shù)據(jù)包。
本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中流量自適應(yīng)的媒體訪問控制方法，其低流量自適 應(yīng)策略如圖3所示，采用節(jié)點(diǎn)選擇性喚醒的方式來降低功耗。圖3中節(jié)點(diǎn)0需要 發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包給它的下一跳節(jié)點(diǎn)3,則節(jié)點(diǎn)0首先在同步階段發(fā)送一個(gè)ITS包
8給他的鄰居節(jié)點(diǎn)3，節(jié)點(diǎn)3收到ITS包后檢查包中的相關(guān)域確認(rèn)自己是目的節(jié)點(diǎn)， 則回復(fù)一個(gè)ATS包給節(jié)點(diǎn)0進(jìn)行確認(rèn)。由于節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2通過收到的ITS包 確認(rèn)自己不是本次通信的目的節(jié)點(diǎn)，則更新NAV并提早進(jìn)入睡眠以降低功耗， 其中NAV更新的長度為到離本次數(shù)據(jù)發(fā)送完為止的時(shí)間長度。在數(shù)據(jù)階段的開 始，節(jié)點(diǎn)0直接發(fā)送DATA包給節(jié)點(diǎn)3，然后節(jié)點(diǎn)3收到DATA包后回復(fù)ACK 包進(jìn)行確認(rèn)，則節(jié)點(diǎn)0和節(jié)點(diǎn)3之間的傳輸成功完成，由于已經(jīng)在同步階段通過 載波偵聽進(jìn)行信道預(yù)約，故數(shù)據(jù)通信過程中不采用載波偵聽。由于節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn) 2己經(jīng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，這些鄰居節(jié)點(diǎn)不會(huì)干擾節(jié)點(diǎn)0和節(jié)點(diǎn)3之間的通信。
當(dāng)節(jié)點(diǎn)沒有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送并且沒有收到ITS包則移除本周期內(nèi)余下的偵 聽時(shí)間以降低功耗。同時(shí)設(shè)定一個(gè)閾值仏當(dāng)節(jié)點(diǎn)經(jīng)歷了e個(gè)周期仍無數(shù)據(jù)或者 控制包發(fā)送或者接收，則節(jié)點(diǎn)喚醒以偵聽可能發(fā)送給自己的控制或數(shù)據(jù)包。由于 節(jié)點(diǎn)在同步節(jié)點(diǎn)發(fā)送ITS包進(jìn)行傳輸請(qǐng)求，而節(jié)點(diǎn)周期性的同步包也在同步階段 發(fā)送，則在發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)都有可能發(fā)生同步包和同步包、ITS和ITS，以 及同步包和ITS之間的沖突。如果接收節(jié)點(diǎn)在同步期檢測到?jīng)_突發(fā)生，則在DATA 期間保持喚醒以偵聽可能到達(dá)的報(bào)文，從而避免由于節(jié)點(diǎn)睡眠導(dǎo)致傳輸錯(cuò)誤和降 低延遲。對(duì)于發(fā)送節(jié)點(diǎn)而言，如果檢測到?jīng)_突則采用常規(guī)的通信運(yùn)行方式，即節(jié) 點(diǎn)在數(shù)據(jù)期間采用RTS/CTS/DATA/ACK方式進(jìn)行通信，其中的發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過載 波偵聽方式發(fā)送RTS包。
權(quán)利要求
1、一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的媒體訪問控制方法，其特征在于通過實(shí)時(shí)測量節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的數(shù)據(jù)流量和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)隊(duì)列長度進(jìn)行流量自適應(yīng)調(diào)節(jié)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)隊(duì)列長度大于1時(shí)啟用高流量自適應(yīng)機(jī)制，當(dāng)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)隊(duì)列長度小于等于1且當(dāng)前數(shù)據(jù)流量小于預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)啟用低流量自適應(yīng)策略，否則采用傳統(tǒng)MAC協(xié)議中每次發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包的方式進(jìn)行通信。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的媒體訪問控制方法，其特征在于所述的測量節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的數(shù)據(jù)流量方法為節(jié)點(diǎn)連續(xù)記錄數(shù)據(jù)包到達(dá)的時(shí)間，將連續(xù)兩個(gè)數(shù)據(jù)包間隔時(shí)間的倒數(shù)作為當(dāng)前測量得到的數(shù)據(jù)流量，其計(jì)算方法表示為<formula>formula see original document page 2</formula>其中/k，^!分別表示前一個(gè)數(shù)據(jù)包收到的時(shí)刻和當(dāng)前數(shù)據(jù)包收到的時(shí)刻，測量結(jié)果通過低通濾波器消除測量干擾。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中流量自適應(yīng)的媒體訪問控制方法，其特征在于所述的高流量自適應(yīng)機(jī)制為① 首先確定當(dāng)前突發(fā)傳輸中所包含的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)A^,，則節(jié)點(diǎn)通過 RTS/CTS/DATAl/DATA2/.../DATAA^,/ACK的方式一次預(yù)約發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)包，每 個(gè)控制包和數(shù)據(jù)包中都包含離本次發(fā)送完成所需要的時(shí)間；其他非目的節(jié)點(diǎn)偵聽 到這個(gè)突發(fā)包序列中的任何一個(gè)包，則更新其網(wǎng)絡(luò)分配矢量-NAV并進(jìn)入睡眠以 降低功耗；② 節(jié)點(diǎn)在誤碼信道條件下工作時(shí)， 一旦節(jié)點(diǎn)檢測到突發(fā)傳輸系列中有數(shù)據(jù) 包由于信道誤碼而被破壞，則繼續(xù)傳輸剩余的數(shù)據(jù)包直到本次突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸完成 為止，被破壞的數(shù)據(jù)包將在下次的突發(fā)傳輸中進(jìn)行重傳；③ 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)存在兩個(gè)或者兩個(gè)以上的下一條鄰居節(jié)點(diǎn)，則當(dāng)前節(jié)點(diǎn)重 新調(diào)度堆積在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)包，將發(fā)送到同一目的地址的數(shù)據(jù)包調(diào)度成一 個(gè)系列，使得在發(fā)送數(shù)據(jù)包的時(shí)候，每一個(gè)突發(fā)傳輸系列中只包含發(fā)送到同一目 的地址的數(shù)據(jù)包。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的媒體訪問控制方法，其特 征在于確定當(dāng)前突發(fā)傳輸中所包含的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)A^,的方法為預(yù)先設(shè)定最大允 許的突發(fā)傳輸時(shí)間r^并以此計(jì)算每次突發(fā)傳輸最大允許發(fā)送的包數(shù)目AU^，節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前首先檢測當(dāng)前數(shù)據(jù)緩沖區(qū)隊(duì)列長度AU_，如果A^,7V^，則 iVfc產(chǎn)7V，皿，否則如果AU^7V,，則iVfo尸A^,。
5、根據(jù)權(quán)利1要求所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中流量自適應(yīng)的媒體訪問控制方法，其特征在于所述的低流量自適應(yīng)策略為① 發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過檢測當(dāng)前待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的相應(yīng)域得到下一跳目的節(jié)點(diǎn)的地址，然后構(gòu)建一個(gè)邀請(qǐng)發(fā)送包-ITS并在同步階段通過載波偵聽方式發(fā)送ITS 包給下一條目的節(jié)點(diǎn)，目的節(jié)點(diǎn)接收到ITS包后回復(fù)一個(gè)同意發(fā)送包-ATS確認(rèn) 本次通信過程，發(fā)送方和接收方在數(shù)據(jù)期間采用數(shù)據(jù)包/確認(rèn)包方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通 信，其他非目的節(jié)點(diǎn)接收到ITS或者ATS后更新網(wǎng)絡(luò)分配矢量并進(jìn)入睡眠以降 低功耗；② 當(dāng)節(jié)點(diǎn)沒有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送并且沒有收到ITS包則移除本周期內(nèi)余下的 偵聽時(shí)間以降低功耗；同時(shí)設(shè)定一個(gè)閾值^，當(dāng)節(jié)點(diǎn)經(jīng)歷了0個(gè)周期仍無包發(fā)送 或者接收，則節(jié)點(diǎn)喚醒以偵聽可能發(fā)送給自己的包；③ 如果接收節(jié)點(diǎn)在同步期檢測到?jīng)_突發(fā)生則在數(shù)據(jù)期間保持喚醒狀態(tài)以偵 聽可能到達(dá)的報(bào)文，如果發(fā)送節(jié)點(diǎn)在同步期檢測到?jīng)_突發(fā)生則在本周期的數(shù)據(jù)期 間采用傳統(tǒng)的載波偵聽方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，避免由于節(jié)點(diǎn)睡眠導(dǎo)致傳輸錯(cuò)誤。
全文摘要
用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的媒體訪問控制方法根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具體應(yīng)用中節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流量隨時(shí)間變化的特點(diǎn)調(diào)節(jié)發(fā)送過程。通過測量數(shù)據(jù)包到達(dá)的間隔估算當(dāng)前數(shù)據(jù)流量強(qiáng)度并采用濾波器減小測量過程中的干擾。并通過檢測節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的數(shù)據(jù)包隊(duì)列長度進(jìn)行自適應(yīng)控制，當(dāng)數(shù)據(jù)包隊(duì)列長度大于1時(shí)候，采用突發(fā)傳輸方式將隊(duì)列中的數(shù)據(jù)包成批發(fā)送以減小延遲和能耗。否則根據(jù)當(dāng)前測量的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行判斷，如果當(dāng)前數(shù)據(jù)流量值小于給定的閾值則啟用低流量自適應(yīng)機(jī)制，節(jié)點(diǎn)能夠通過局部的控制包交換移除不必要的喚醒周期。該方法不需要在線調(diào)節(jié)協(xié)議的周期和占空比，避免了節(jié)點(diǎn)之間的同步困難問題，并有效解決了目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中同步和數(shù)據(jù)流量自適應(yīng)的難點(diǎn)問題。
文檔編號(hào)H04W28/10GK101557606SQ20091002799
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者昊 劉, 姚國良, 昊 陳 申請(qǐng)人:東南大學(xué)