專利名稱：一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)混合mac協(xié)議的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)混合MAC協(xié)議，屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為現(xiàn)實(shí)世界和數(shù)字世界的接口，在軍事、工農(nóng)業(yè)、城市管理、數(shù)字樓宇、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程監(jiān)控等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。MAC協(xié)議是保證無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)高效通信的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之一，它決定無(wú)線信道的使用方式，在傳感器節(jié)點(diǎn)之間分配有限的無(wú)線信道資源，用來(lái)構(gòu)建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的底層基礎(chǔ)架構(gòu)，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能有非常重要的影響。目前，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議主要有三類第一類是基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議；其基本思想是當(dāng)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)接入信道；如果發(fā)生沖突，則采用某種策略重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直至數(shù)據(jù)發(fā)送成功或放棄發(fā)送。該類協(xié)議通常采用載波偵聽(tīng)工作模式， 并結(jié)合沖突避免機(jī)制、握手信號(hào)和退避接入機(jī)制來(lái)減少?zèng)_突的可能性。其優(yōu)點(diǎn)是協(xié)議簡(jiǎn)單、 可擴(kuò)展好；缺點(diǎn)是存在碰撞、串音、公平性差和信道利用率低等問(wèn)題。第二類是基于調(diào)度的 MAC協(xié)議；其基本思想是采用某種調(diào)度算法使每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)只在給定的時(shí)間段/子頻帶 /正交碼內(nèi)接入信道進(jìn)行通信，沒(méi)有參與通信的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)以節(jié)能，其主要優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)無(wú)沖突通信、占空比可控性好、網(wǎng)絡(luò)能量效率高等，缺點(diǎn)是可擴(kuò)展性差、同步要求高以及調(diào)度維護(hù)開(kāi)銷大等。第三類是混合MAC協(xié)議，其基本思想是結(jié)合基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議和基于調(diào)度的MAC協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免各自的缺點(diǎn)。當(dāng)時(shí)空域或某種網(wǎng)絡(luò)條件改變時(shí)，該類協(xié)議仍表現(xiàn)為以某類協(xié)議為主，其它協(xié)議為輔的特性。協(xié)議的主要優(yōu)點(diǎn)是有利于網(wǎng)絡(luò)全局優(yōu)化，不足之處是算法通常比較復(fù)雜。以上現(xiàn)有無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議存在以下共同缺陷無(wú)法同時(shí)保證周期性感知數(shù)據(jù)和突發(fā)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸；無(wú)法保證異構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)的信道使用公平性；無(wú)法滿足異構(gòu)傳感器不同業(yè)務(wù)等級(jí)的QoS需要，這些問(wèn)題導(dǎo)致現(xiàn)有MAC協(xié)議無(wú)法適應(yīng)周期性事件感知和事件驅(qū)動(dòng)感知共存的異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已有無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的不足之處，針對(duì)周期性事件感知和事件驅(qū)動(dòng)感知共存的異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，提出一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)混合 MAC協(xié)議，解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中周期性感數(shù)據(jù)和突發(fā)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、異構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)信道接入公平性、異構(gòu)傳感器不同業(yè)務(wù)等級(jí)的不同QoS需要等問(wèn)題，為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠同時(shí)支持周期性事件感知和事件驅(qū)動(dòng)感知任務(wù)提供技術(shù)支撐。本發(fā)明的一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)混合MAC協(xié)議，包括以下步驟1、一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)混合MAC協(xié)議，其特征在于，包括以下步驟1)網(wǎng)絡(luò)為三層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
網(wǎng)絡(luò)由匯聚節(jié)點(diǎn)、骨干節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)組成，普通節(jié)點(diǎn)將感知數(shù)據(jù)發(fā)送給骨干節(jié)點(diǎn)，由骨干節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)融合后轉(zhuǎn)發(fā)給匯聚節(jié)點(diǎn)；2)基于固定時(shí)幀長(zhǎng)度的交叉時(shí)隙分配算法；21)時(shí)幀用TF表示，時(shí)隙用TS表示，則TF = 3X2kTS(0彡k彡15)，其中k由簇容量大小確定，TS由數(shù)據(jù)分組大小、數(shù)據(jù)傳輸速率和時(shí)鐘漂移參數(shù)確定，時(shí)幀的開(kāi)始用時(shí)幀信標(biāo)標(biāo)識(shí)，其中包含子網(wǎng)號(hào)、信標(biāo)時(shí)戳、信標(biāo)持續(xù)時(shí)間、時(shí)隙總數(shù)、剩余時(shí)隙數(shù)等參數(shù)；22)將一個(gè)時(shí)幀分為A、B、C三組，每組包括2k個(gè)時(shí)隙，每組中的時(shí)隙都分配一個(gè)索引號(hào)，取值范圍為0 2k-l。每個(gè)時(shí)隙組的時(shí)隙與其它時(shí)隙組的時(shí)隙交替編排A-0，B-0, c-o, A-I，B-I，C-I，…，A-2k"l, B_2k_l，C_2k_l ；23)A-O, B-0, C-O為預(yù)留時(shí)隙，其中A_0用于骨干節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)精同步；B_0用于新增節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)精同步，C-O用于新增節(jié)點(diǎn)接收時(shí)隙分配參數(shù)；24)不包括預(yù)留時(shí)隙，A組時(shí)隙為分配給普通節(jié)點(diǎn)的固定時(shí)隙，用于普通節(jié)點(diǎn)向骨干節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；B組時(shí)隙為公共競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙，用于普通節(jié)點(diǎn)向骨干節(jié)點(diǎn)發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)；C組時(shí)隙為骨干節(jié)點(diǎn)預(yù)留時(shí)隙，用于骨干節(jié)點(diǎn)向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；25)根據(jù)QoS需求，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可分配多個(gè)時(shí)隙，稱為時(shí)隙塊，時(shí)隙塊的大小由重復(fù)率數(shù)表征，重復(fù)率數(shù)等于所分配時(shí)隙個(gè)數(shù)的對(duì)數(shù)，節(jié)點(diǎn)η所分配的時(shí)隙塊可表示為 W-/。"-凡，其中A表示節(jié)點(diǎn)η的時(shí)隙塊是A組時(shí)隙的子集，/。"表示節(jié)點(diǎn)η的時(shí)隙塊起始時(shí)隙索引值，&表示節(jié)點(diǎn)η的時(shí)隙重復(fù)率值，時(shí)隙塊中的各個(gè)時(shí)隙索引可表示為:r0+mx”，其
中m的取值為[。，臚-⑴/〃」];26)網(wǎng)絡(luò)初始拓?fù)湫纬蓵r(shí)，骨干節(jié)點(diǎn)分配給普通節(jié)點(diǎn)的A組時(shí)隙不能超過(guò)A組總時(shí)隙數(shù)的80%，除預(yù)留時(shí)隙外，未分配時(shí)隙為新增節(jié)點(diǎn)備用時(shí)隙；3)基于發(fā)送抖動(dòng)和傳播時(shí)延保護(hù)的時(shí)鐘漂移影響抵消方法；傳感器節(jié)點(diǎn)的時(shí)間精度隨著本地時(shí)鐘的漂移而下降，在發(fā)送時(shí)隙的開(kāi)始和結(jié)束預(yù)留一段時(shí)間At可以抵消時(shí)鐘漂移產(chǎn)生的時(shí)間重疊導(dǎo)致的發(fā)送沖突，At由有以下公式給出A/ = 7Fx外，其中TF為時(shí)幀長(zhǎng)度，外《_為傳感器節(jié)點(diǎn)本地時(shí)鐘漂移率；4)基于業(yè)務(wù)等級(jí)加權(quán)的交叉時(shí)隙塊分配算法；利用步驟2)所述的時(shí)隙塊分配算法，為業(yè)務(wù)等級(jí)高的節(jié)點(diǎn)分配較多的時(shí)隙；5)基于匯聚節(jié)點(diǎn)-骨干節(jié)點(diǎn)-普通節(jié)點(diǎn)分級(jí)粗同步和按需精同步的同步算法；51)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫纬呻A段，匯聚節(jié)點(diǎn)周期性地廣播入網(wǎng)同步報(bào)文，該同步報(bào)文中包含匯聚節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前時(shí)間；骨干節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的入網(wǎng)同步報(bào)文調(diào)整自己的本地時(shí)間，實(shí)現(xiàn)粗同步。粗同步完成以后，骨干節(jié)點(diǎn)采用CSMA/CA和隨機(jī)退避機(jī)制接入信道，通過(guò)雙向報(bào)文交換機(jī)制與匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)入網(wǎng)精同步；52)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段，骨干節(jié)點(diǎn)的時(shí)間精度會(huì)隨著本地時(shí)鐘的漂移而下降，因此需要再同步，骨干節(jié)點(diǎn)根據(jù)時(shí)間精度等級(jí)要求，按需在時(shí)隙A-O內(nèi)采用CSMA/CA和隨機(jī)退避機(jī)制接入信道，通過(guò)雙向報(bào)文交換機(jī)制與匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)精同步；53)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫纬呻A段，當(dāng)骨干節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與匯聚節(jié)點(diǎn)精同步后，開(kāi)始周期性地廣播信標(biāo)，信標(biāo)中包括子網(wǎng)號(hào)、時(shí)戳、發(fā)射功率等信息；普通節(jié)點(diǎn)收到信標(biāo)后，根據(jù)信標(biāo)時(shí)戳調(diào)整自己的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)粗同步；普通節(jié)點(diǎn)可能會(huì)收到多個(gè)來(lái)自于不同骨干節(jié)點(diǎn)信標(biāo)，普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收信標(biāo)功率的強(qiáng)度選擇合適的匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求；骨干節(jié)點(diǎn)根據(jù)入網(wǎng)請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)的特征參數(shù)(包括剩余能量、業(yè)務(wù)等級(jí)、申請(qǐng)時(shí)隙個(gè)數(shù)等)為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配相應(yīng)時(shí)隙塊；每個(gè)節(jié)點(diǎn)利用所分配時(shí)隙塊的起始時(shí)隙完成與骨干節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)精同步；54)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段，普通節(jié)點(diǎn)的時(shí)間精度會(huì)隨著本地時(shí)鐘的漂移而下降，因此需要再同步；普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)時(shí)間精度等級(jí)要求，按需在所分配時(shí)隙塊的起始時(shí)隙，通過(guò)雙向報(bào)文交換機(jī)制與骨干節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)精同步，不需要同步時(shí)，所分配時(shí)隙塊的起始時(shí)隙用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)；55)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段，新增節(jié)點(diǎn)利用時(shí)幀信標(biāo)進(jìn)行入網(wǎng)粗同步，然后在B-O時(shí)隙通過(guò)雙向報(bào)文交換機(jī)制與骨干節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)精同步，在C-O時(shí)隙接收骨干節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配參數(shù)進(jìn)行入網(wǎng)；6)基于公共競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙塊的突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸方法；需要傳輸突發(fā)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)在B組時(shí)隙(B-0除外)通過(guò)CSMA/CA競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制接入信道；7)基于業(yè)務(wù)等級(jí)加權(quán)退避的CSMA/CA算法；將傳感器節(jié)點(diǎn)按照業(yè)務(wù)等級(jí)分類，業(yè)務(wù)等級(jí)高的節(jié)點(diǎn)在競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙塊內(nèi)退避時(shí)間較短，從而獲得更高的信道接入概率。本發(fā)明的有益效果是能夠克服已有無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的不足之處；解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中周期性事件感知和事件驅(qū)動(dòng)感知數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、異構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)信道接入公平性、異構(gòu)傳感器不同業(yè)務(wù)等級(jí)的不同QoS需要等問(wèn)題，為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠同時(shí)支持周期性事件感知和事件驅(qū)動(dòng)感知任務(wù)提供技術(shù)支撐。


圖1是本發(fā)明所述一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)混合MAC協(xié)議的序列圖；圖2是本發(fā)明所述一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)混合MAC協(xié)議的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，如圖1、2所示，本發(fā)明包括以下步驟(1)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫纬呻A段，匯聚節(jié)點(diǎn)周期性地廣播入網(wǎng)同步報(bào)文，該同步報(bào)文中包含匯聚節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前時(shí)間；骨干節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的入網(wǎng)同步報(bào)文調(diào)整自己的本地時(shí)間，實(shí)現(xiàn)粗同步。粗同步完成以后，骨干節(jié)點(diǎn)采用CSMA/CA和隨機(jī)退避機(jī)制接入信道，通過(guò)雙向報(bào)文交換機(jī)制與匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)入網(wǎng)精同步。(2)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫纬呻A段，當(dāng)骨干節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與匯聚節(jié)點(diǎn)精同步后，開(kāi)始周期性地廣播信標(biāo)，信標(biāo)中包括子網(wǎng)號(hào)、時(shí)戳、發(fā)射功率等信息；普通節(jié)點(diǎn)收到信標(biāo)后，根據(jù)信標(biāo)時(shí)戳調(diào)整自己的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)粗同步；普通節(jié)點(diǎn)可能會(huì)收到多個(gè)來(lái)自于不同骨干節(jié)點(diǎn)信標(biāo)，普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收信標(biāo)功率的強(qiáng)度選擇合適的骨干節(jié)點(diǎn)，并采用CSMA/CA和隨機(jī)退避機(jī)制接入信道發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求；骨干節(jié)點(diǎn)根據(jù)入網(wǎng)請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)的特征參數(shù)(包括剩余能量、業(yè)務(wù)等級(jí)、申請(qǐng)時(shí)隙個(gè)數(shù)等)為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配相應(yīng)時(shí)隙塊；每個(gè)節(jié)點(diǎn)利用所分配時(shí)隙塊的起始時(shí)隙完成與骨干節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)精同步。(3)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段，骨干節(jié)點(diǎn)的時(shí)間精度會(huì)隨著本地時(shí)鐘的漂移而下降，因此需要再同步。骨干節(jié)點(diǎn)根據(jù)時(shí)間精度等級(jí)要求，按需在時(shí)隙A-O內(nèi)采用CSMA/CA和隨機(jī)退避機(jī)制接入信道，通過(guò)雙向報(bào)文交換機(jī)制與匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)精同步。(4)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段，普通節(jié)點(diǎn)的時(shí)間精度會(huì)隨著本地時(shí)鐘的漂移而下降，因此需要再同步。普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)時(shí)間精度等級(jí)要求，按需在所分配時(shí)隙塊的起始時(shí)隙，通過(guò)雙向報(bào)文交換機(jī)制與骨干節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)精同步。不需要同步時(shí)，所分配時(shí)隙塊的起始時(shí)隙用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。(5)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段，新增節(jié)點(diǎn)利用時(shí)幀信標(biāo)進(jìn)行入網(wǎng)粗同步，然后在B-O時(shí)隙通過(guò)雙向報(bào)文交換機(jī)制與骨干節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)精同步。(6)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段，如果當(dāng)前時(shí)隙正好屬于某一節(jié)點(diǎn)，則該節(jié)點(diǎn)可以利用當(dāng)前時(shí)隙將數(shù)據(jù)發(fā)送給所屬骨干節(jié)點(diǎn)。(7)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段，如果某一節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)超出設(shè)定門限，則需要在最短的時(shí)間內(nèi)將超限數(shù)據(jù)發(fā)送給所屬骨干節(jié)點(diǎn)。如果當(dāng)前時(shí)隙正好屬于該節(jié)點(diǎn)，則該節(jié)點(diǎn)可以利用當(dāng)前時(shí)隙將數(shù)據(jù)發(fā)送給所屬骨干節(jié)點(diǎn)；如果當(dāng)前時(shí)隙不屬于該節(jié)點(diǎn)，且屬于步驟24)規(guī)定的B組時(shí)隙，則該節(jié)點(diǎn)采用CSMA/CA和隨機(jī)退避機(jī)制接入信道，將數(shù)據(jù)發(fā)送給所屬骨干節(jié)點(diǎn)；如果當(dāng)前時(shí)隙屬于步驟24)規(guī)定的C組時(shí)隙，則需要等待下一個(gè)時(shí)隙，如果下一個(gè)時(shí)隙屬于該節(jié)點(diǎn)，則該節(jié)點(diǎn)可以利用下一個(gè)時(shí)隙將數(shù)據(jù)發(fā)送給所屬骨干節(jié)點(diǎn)，否則再等待一個(gè)時(shí)隙，采用CSMA/CA和隨機(jī)退避機(jī)制接入信道，將數(shù)據(jù)發(fā)送給所屬骨干節(jié)點(diǎn)。(8)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段，骨干節(jié)點(diǎn)利用步驟24)規(guī)定的C組時(shí)隙將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)ο以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明公開(kāi)的范圍內(nèi)，能夠輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)混合MAC協(xié)議，其特征在于，包括以下步驟1)網(wǎng)絡(luò)為三層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)由匯聚節(jié)點(diǎn)、骨干節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)組成，普通節(jié)點(diǎn)將感知數(shù)據(jù)發(fā)送給骨干節(jié)點(diǎn)，由骨干節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)融合后轉(zhuǎn)發(fā)給匯聚節(jié)點(diǎn)；2)基于固定時(shí)幀長(zhǎng)度的交叉時(shí)隙分配算法；21)時(shí)幀用TF表示，時(shí)隙用TS表示，則TF= 3X2kTS(0彡k彡15)，其中k由簇容量大小確定，TS由數(shù)據(jù)分組大小、數(shù)據(jù)傳輸速率和時(shí)鐘漂移參數(shù)確定，時(shí)幀的開(kāi)始用時(shí)幀信標(biāo)標(biāo)識(shí)，其中包含子網(wǎng)號(hào)、信標(biāo)時(shí)戳、信標(biāo)持續(xù)時(shí)間、時(shí)隙總數(shù)、剩余時(shí)隙數(shù)等參數(shù)；22)將一個(gè)時(shí)幀分為A、B、C三組，每組包括2k個(gè)時(shí)隙，每組中的時(shí)隙都分配一個(gè)索引號(hào)，取值范圍為0 2k-l。每個(gè)時(shí)隙組的時(shí)隙與其它時(shí)隙組的時(shí)隙交替編排A-0，B-0，C-0， A-I, B-I, C-I,…，A-2k-l，B-2k-l，C_2k_l ；23)A-0,B-0, C-O為預(yù)留時(shí)隙，其中A-O用于骨干節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)精同步；B-O用于新增節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)精同步，C-O用于新增節(jié)點(diǎn)接收時(shí)隙分配參數(shù)；24)不包括預(yù)留時(shí)隙，A組時(shí)隙為分配給普通節(jié)點(diǎn)的固定時(shí)隙，用于普通節(jié)點(diǎn)向骨干節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；B組時(shí)隙為公共競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙，用于普通節(jié)點(diǎn)向骨干節(jié)點(diǎn)發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)；C組時(shí)隙為骨干節(jié)點(diǎn)預(yù)留時(shí)隙，用于骨干節(jié)點(diǎn)向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；25)根據(jù)QoS需求，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可分配多個(gè)時(shí)隙，稱為時(shí)隙塊，時(shí)隙塊的大小由重復(fù)率數(shù)表征，重復(fù)率數(shù)等于所分配時(shí)隙個(gè)數(shù)的對(duì)數(shù)，節(jié)點(diǎn)η所分配的時(shí)隙塊可表示為其中A表示節(jié)點(diǎn)η的時(shí)隙塊是A組時(shí)隙的子集，/。"表示節(jié)點(diǎn)η的時(shí)隙塊起始時(shí)隙索引值，Rn表示節(jié)點(diǎn)η的時(shí)隙重復(fù)率值，時(shí)隙塊中的各個(gè)時(shí)隙索引可表示為-J:他”，其中m的取值為[θ,[(2'·- /2^·\]；26)網(wǎng)絡(luò)初始拓?fù)湫纬蓵r(shí)，骨干節(jié)點(diǎn)分配給普通節(jié)點(diǎn)的A組時(shí)隙不能超過(guò)A組總時(shí)隙數(shù)的80%，除預(yù)留時(shí)隙外，未分配時(shí)隙為新增節(jié)點(diǎn)備用時(shí)隙；3)基于發(fā)送抖動(dòng)和傳播時(shí)延保護(hù)的時(shí)鐘漂移影響抵消方法；傳感器節(jié)點(diǎn)的時(shí)間精度隨著本地時(shí)鐘的漂移而下降，在發(fā)送時(shí)隙的開(kāi)始和結(jié)束預(yù)留一段時(shí)間At可以抵消時(shí)鐘漂移產(chǎn)生的時(shí)間重疊導(dǎo)致的發(fā)送沖突，At由有以下公式給出 Ai = TFx外，其中TF為時(shí)幀長(zhǎng)度，外《_為傳感器節(jié)點(diǎn)本地時(shí)鐘漂移率；4)基于業(yè)務(wù)等級(jí)加權(quán)的交叉時(shí)隙塊分配算法；利用步驟幻所述的時(shí)隙塊分配算法，為業(yè)務(wù)等級(jí)高的節(jié)點(diǎn)分配較多的時(shí)隙；5)基于匯聚節(jié)點(diǎn)-骨干節(jié)點(diǎn)-普通節(jié)點(diǎn)分級(jí)粗同步和按需精同步的同步算法；51)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫纬呻A段，匯聚節(jié)點(diǎn)周期性地廣播入網(wǎng)同步報(bào)文，該同步報(bào)文中包含匯聚節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前時(shí)間；骨干節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的入網(wǎng)同步報(bào)文調(diào)整自己的本地時(shí)間，實(shí)現(xiàn)粗同步。粗同步完成以后，骨干節(jié)點(diǎn)采用CSMA/CA和隨機(jī)退避機(jī)制接入信道，通過(guò)雙向報(bào)文交換機(jī)制與匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)入網(wǎng)精同步；52)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段，骨干節(jié)點(diǎn)的時(shí)間精度會(huì)隨著本地時(shí)鐘的漂移而下降，因此需要再同步，骨干節(jié)點(diǎn)根據(jù)時(shí)間精度等級(jí)要求，按需在時(shí)隙A-O內(nèi)采用CSMA/CA和隨機(jī)退避機(jī)制接入信道，通過(guò)雙向報(bào)文交換機(jī)制與匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)精同步；53)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫纬呻A段，當(dāng)骨干節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與匯聚節(jié)點(diǎn)精同步后，開(kāi)始周期性地廣播信標(biāo)，信標(biāo)中包括子網(wǎng)號(hào)、時(shí)戳、發(fā)射功率等信息；普通節(jié)點(diǎn)收到信標(biāo)后，根據(jù)信標(biāo)時(shí)戳調(diào)整自己的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)粗同步；普通節(jié)點(diǎn)可能會(huì)收到多個(gè)來(lái)自于不同骨干節(jié)點(diǎn)信標(biāo)，普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收信標(biāo)功率的強(qiáng)度選擇合適的匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求；骨干節(jié)點(diǎn)根據(jù)入網(wǎng)請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)的特征參數(shù)為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配相應(yīng)時(shí)隙塊；每個(gè)節(jié)點(diǎn)利用所分配時(shí)隙塊的起始時(shí)隙完成與骨干節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)精同步；54)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段，普通節(jié)點(diǎn)的時(shí)間精度會(huì)隨著本地時(shí)鐘的漂移而下降，因此需要再同步；普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)時(shí)間精度等級(jí)要求，按需在所分配時(shí)隙塊的起始時(shí)隙，通過(guò)雙向報(bào)文交換機(jī)制與骨干節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)精同步，不需要同步時(shí)，所分配時(shí)隙塊的起始時(shí)隙用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)；55)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段，新增節(jié)點(diǎn)利用時(shí)幀信標(biāo)進(jìn)行入網(wǎng)粗同步，然后在B-O時(shí)隙通過(guò)雙向報(bào)文交換機(jī)制與骨干節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)精同步，在C-O時(shí)隙接收骨干節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配參數(shù)進(jìn)行入網(wǎng)；6)基于公共競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙塊的突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸方法；需要傳輸突發(fā)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)在B組時(shí)隙，B-O除外，通過(guò)CSMA/CA競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制接入信道；7)基于業(yè)務(wù)等級(jí)加權(quán)退避的CSMA/CA算法；將傳感器節(jié)點(diǎn)按照業(yè)務(wù)等級(jí)分類，業(yè)務(wù)等級(jí)高的節(jié)點(diǎn)在競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙塊內(nèi)退避時(shí)間較短， 從而獲得更高的信道接入概率。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)混合MAC協(xié)議，屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。其技術(shù)特點(diǎn)是基于匯聚節(jié)點(diǎn)-骨干節(jié)點(diǎn)-普通節(jié)點(diǎn)分級(jí)粗同步和按需精同步的同步算法；用于解決異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下節(jié)點(diǎn)接入公平性問(wèn)題的基于固定時(shí)幀長(zhǎng)度的交叉時(shí)隙分配算法；基于預(yù)留時(shí)隙塊的突發(fā)數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)傳輸方法；基于業(yè)務(wù)等級(jí)加權(quán)退避的CSMA/CA算法；基于業(yè)務(wù)等級(jí)加權(quán)的交叉時(shí)隙塊分配算法；基于發(fā)送抖動(dòng)和傳播時(shí)延保護(hù)的時(shí)鐘漂移影響抵消方法。本發(fā)明的MAC協(xié)議算法可以在降低無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)整體能耗的同時(shí)，滿足不同業(yè)務(wù)等級(jí)的QoS需求，并為周期性感知和事件觸發(fā)感知共存的無(wú)線傳感網(wǎng)應(yīng)用提供一種全新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸解決方案。
文檔編號(hào)H04W80/02GK102196598SQ20111014309
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者何遵文, 劉陽(yáng), 匡鏡明, 賈建光 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)