專利名稱：一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多速率自適應(yīng)退避方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物理層提供多速率能力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，解決了由于多速率傳輸導(dǎo)致的數(shù)據(jù)沖突增加、競爭窗口值始終較大的問題，能顯著提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量并降低傳輸時(shí)延。特別是一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多速率自適應(yīng)退避方法。
背景技術(shù)：
在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，共享信道是非常有限的資源，所以一個(gè)有效的MAC (MediumAccess Control)協(xié)議對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊性，蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中使用的有中心的信道接入技術(shù)和傳統(tǒng)的基于共享廣播信道的信道接入技術(shù)無法直接移植到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。IEEE 802.11 MAC協(xié)議DFWMAC (DistributedFoundation Wireless Medium Access Control)是目前應(yīng)用最為廣泛的信道接入?yún)f(xié)議。包括IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的很多無線協(xié)議都采用二進(jìn)制指數(shù)退避BEB (BinaryExponential Backoff)方法。每次發(fā)生沖突時(shí),退避時(shí)間加倍；每次交互成功時(shí),退避時(shí)間降至最小值。所以最后一次發(fā)送成功的節(jié)點(diǎn)具有最小的退避時(shí)間，從而在下一次競爭中處于優(yōu)勢。因此，BEB方法總是給最近一次發(fā)送成功的節(jié)點(diǎn)以最大的競爭優(yōu)先權(quán)，難以正確反映信道的爭用狀況。隨著硬件技術(shù)的快速發(fā)展，節(jié)點(diǎn)普遍支持物理層提供多速率的能力；為了利用物理層的多速率能力，出現(xiàn)了不少支持多速率的MAC和路由機(jī)制。其基本思想是對于任意兩個(gè)能夠直接通信的節(jié)點(diǎn)A、B，當(dāng)存在一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)C使得從A到B直接通信所占用的時(shí)間大于通過中間節(jié)點(diǎn)C轉(zhuǎn)發(fā)的間接通信時(shí)，也即
權(quán)利要求
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多速率自適應(yīng)退避方法，其特征在于，包括具體步驟: A、節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)并設(shè)置射頻模塊工作在最大發(fā)射功率； B、節(jié)點(diǎn)以不同速率發(fā)送廣播數(shù)據(jù)包并接收相鄰節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)數(shù)據(jù)包； C、節(jié)點(diǎn)測量并記錄在不同速率條件下與其它節(jié)點(diǎn)的直接通信時(shí)間，并將這些時(shí)間信息發(fā)送給相鄰節(jié)點(diǎn)； D、節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)接收到的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，確定度數(shù)； E、節(jié)點(diǎn)接收相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送的包含節(jié)點(diǎn)間直接通信時(shí)間的數(shù)據(jù)包，確定連接集； F、節(jié)點(diǎn)根據(jù)度數(shù)和連接集的關(guān)系確定最優(yōu)退避因子T.G、節(jié)點(diǎn)根據(jù)て確定反映網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況的自適應(yīng)系數(shù)！)； H、節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽信道上的數(shù)據(jù)發(fā)送情況，根據(jù)i對競爭窗ロ大小進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多速率自適應(yīng)退避方法，其特征在于，所述B步驟具體還包括: 節(jié)點(diǎn)按照由低到高的順序選擇不同的發(fā)送速率，發(fā)送廣播數(shù)據(jù)包； 廣播數(shù)據(jù)包的.m字段為1，確保只有相鄰節(jié)點(diǎn)接收到該廣播數(shù)據(jù)包； 節(jié)點(diǎn)確保每ー種速率條件下，發(fā)送100個(gè)廣播數(shù)據(jù)包； 啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定時(shí)器，設(shè) 定超時(shí)時(shí)間(X論M要大于發(fā)送100個(gè)廣播數(shù)據(jù)包并接收響應(yīng)數(shù)據(jù)包的時(shí)間)；超過選擇另外一種速率發(fā)送廣播數(shù)據(jù)包。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多速率自適應(yīng)退避方法，其特征在于，所述F步驟具體還包括: a)節(jié)點(diǎn)(記為j)更新自己的度數(shù)も和連接集; b)節(jié)點(diǎn)關(guān)閉射頻模塊，防止接收到的數(shù)據(jù)包對接下來的步驟產(chǎn)生影響； c)節(jié)點(diǎn)比較七和0 ■的關(guān)系； 若滿足七/2Sち，執(zhí)行步驟f ;若不滿足，則繼續(xù)執(zhí)行步驟d ； d)節(jié)點(diǎn)比較七和.的關(guān)系； 若滿足七/4SCろS七/2,執(zhí)行步驟g ;若不滿足，則繼續(xù)執(zhí)行步驟e ； e)將自適應(yīng)退避因子賦值為Cme/2； f)將自適應(yīng)退避因子賦值為CfTttax/8； g)將自適應(yīng)退避因子賦值為Cbik/4； h)節(jié)點(diǎn)重新啟動(dòng)射頻模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多速率自適應(yīng)退避方法，其特征在于，所述G步驟具體還包括:節(jié)點(diǎn)從內(nèi)存中讀取上一次的競爭窗ロ值并設(shè)冪值為g ;若CW通 > て，則g賦值為1/8 ;若て/成立,則賦值為1/4 '若CW- くてf2成立，則g賦值為1/2 ;最后確定節(jié)點(diǎn)的自適應(yīng)系數(shù)為￡3 = 1/2s ;取こ力2的冪是從制造エ業(yè)的角度出發(fā)，通過硬件移位的方法快速實(shí)現(xiàn)￡ 的取值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多速率自適應(yīng)退避方法，其特征在于，根據(jù)信息交互成功和數(shù)據(jù)碰撞兩種情形，選擇不同的退避系數(shù)，所述H步驟具體還包括: 記錄節(jié)點(diǎn)上一次的競爭窗口為CWmki; 記錄節(jié)點(diǎn)即將采用的競爭窗口為CiTsfw，CWmJ CUCW麗； 監(jiān)聽信道，判斷節(jié)點(diǎn)上一次的信息發(fā)送是否成功； 若成功， 則確定新的競爭窗口為CWmw = maxi^C Jfmirt, D^W^m);若不成功，則確定新的競爭窗口為⑶肩=媒兩成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多速率自適應(yīng)退避方法，具體包括節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)并設(shè)置射頻模塊工作在最大發(fā)射功率；節(jié)點(diǎn)以不同速率發(fā)送廣播數(shù)據(jù)包并接收相鄰節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)數(shù)據(jù)包；節(jié)點(diǎn)測量并記錄在不同速率條件下與其它節(jié)點(diǎn)的直接通信時(shí)間，并將這些時(shí)間信息發(fā)送給相鄰節(jié)點(diǎn)；節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)接收到的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，確定度數(shù)(相鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)目)；節(jié)點(diǎn)接收相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送的包含節(jié)點(diǎn)間直接通信時(shí)間的數(shù)據(jù)包，確定連接集(一個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接集，就是由那些與其直接通信比間接通信占用更少時(shí)間的鄰居節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的集合)；節(jié)點(diǎn)根據(jù)度數(shù)和連接集的關(guān)系確定最優(yōu)退避因子；節(jié)點(diǎn)確定反映網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況的自適應(yīng)系數(shù)；節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽信道上的數(shù)據(jù)發(fā)送情況，根據(jù)對競爭窗口大小進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，使節(jié)點(diǎn)的競爭窗口合理反映信道的爭用狀況。該發(fā)明適用于物理層提供多速率能力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，解決了由于多速率傳輸導(dǎo)致的數(shù)據(jù)沖突增加、競爭窗口值始終較大的問題，能顯著提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量并降低傳輸時(shí)延。
文檔編號(hào)H04W28/22GK103139834SQ201110384489
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者趙洪鋼, 唐浩漾, 程偉 申請人:趙洪鋼