[發明專利]無線傳感器網絡中基于數據隊列長度的信道接入方法

無效

• 申請號: 201210188360.X
• 申請日: 2012-06-10
• 公開（公告）號: CN102711173A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 姚國良;鄒志烽
• 申請（專利權）人: 姚國良
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W74/04;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及無線網絡領域，特別涉及無線傳感器網絡設計領域，具體給出無線傳感器網絡中基于數據隊列長度的信道接入方法。

背景技術

目前無線傳感器網絡應用系統中信道接入方法是其中最重要的技術之一，是影響網絡總體性能的關鍵因素，當多個節點進行數據通信的時候，需要比較有效的方法來協調節點的信道接入以達到較高的網絡通信性能和較低的能耗。由于目前無線傳感器網絡應用通常對功耗要求比較高，故在信道接入的技術中節點一般采用周期性的偵聽和睡眠調度機制，即節點周期性地進入睡眠狀態以降低能耗，在喚醒的時候偵聽信道以及和鄰居節點進行數據通信。

目前比較有代表性的周期性偵聽睡眠的同步信道接入機制是葉偉提出的S-MAC協議，它最早由參考文獻“An?Energy-Efficient?MAC?Protocol?for?Wireless?Sensor?Networks”?(W.?Ye,?J.?Heidemann,?and?D.?Estrin,?IEEE?INFOCOM,?June?2002)提出。S-MAC協議按照周期性方式運行，協議的一個周期分為偵聽期和睡眠期兩個部分，節點在偵聽期間喚醒進行數據通信，在睡眠期間進入睡眠狀態以降低功耗。為保證節點之間正確通信，協議設計采用定期同步的機制，通過周期性接收和轉發同步包使得節點之間形成一致的偵聽睡眠調度，節點在發送同步包和發送數據傳輸請求包時候采用固定競爭窗口方式接入信道。代表性的異步信道接入方法主要是Michael?Buettner等人提出的X-MAC，由參考文獻?“X-MAC:?A?Short?Preamble?MAC?Protocol?for?Duty-Cycled?Wireless?Sensor?Networks”?(Michael?Buettner,?Gary?V.?Yee,?Eric?Anderson,?and?Richard?Han,?ACM?SenSys,?November?2006)給出，X-MAC協議中節點自身維護獨立的偵聽睡眠調度，在喚醒期間通過競爭信道發送前導包以等待接收節點回復后建立通信過程，競爭信道的方式依然采用固定競爭窗口大小。

但是在實際的無線傳感器網絡應用中，往往存在許多難點問題需要解決：1）?數據通常是通過匯聚的方式從源節點傳輸到匯聚節點，數據包容易在中間節點中堆積起來導致擁塞，從而嚴重降低網絡性能；2）節點采用周期性偵聽睡眠調度的方式，實際上導致很多數據包在本周期內無法發送出去，從而進一步加劇數據包堆積和加重擁塞；3）目前存在的無線傳感器網信道接入方法中，缺少有效的手段能夠讓擁塞的節點有較高的優先權將堆積的數據快速發送出去從而消除擁塞。這些存在的問題導致嚴重影響了無線傳感器網絡各個行業的廣泛應用。

發明內容

本發明的目的是為解決上述現有技術中存在的問題，提供一種無線傳感器網絡中基于數據隊列長度的信道接入方法，使得網絡中的節點在網絡數據負載變化尤其是數據包堆積的情況下，能夠根據當前的數據隊列長度合理調節競爭窗口的大小，使得擁塞越嚴重的節點有更多的機會接入信道取得發送權，從而有效緩解擁塞。

本發明的無線傳感器網絡中基于數據隊列長度的信道接入方法，基本思想是讓節點在進行競爭信道前通過測量當前的數據隊列長度估計擁塞狀況，并根據數據隊列長度調節競爭窗口大小，使得數據隊列長度越大的擁塞節點能夠有更高的優先獲得信道接入權，并盡快將堆積在數據隊列中的數據包發送出去以緩解擁塞。其步驟如下：

1.?節點周期性地進行喚醒和睡眠調度以降低能耗，并在喚醒期間通過競爭方式接入信道進行數據發送；節點在每次喚醒后實時測量數據隊列長度估測擁塞程度，令當前測量的數據隊列長度為Qcur、節點數據隊列的最大容量為Qmax，則測量的數據隊列長度越大則代表擁塞越嚴重，節點根據測量的隊列長度調節競爭窗口大小；

2.?如果測量的數據隊列長度0＜Qcur≤Qmax/3，節點判斷當前有數據包堆積并發生擁塞，此時處于擁塞的前期階段，節點按照平緩的方式調節競爭窗口的大小，使節點接入信道時的競爭窗口大小隨著隊列長度增大而緩慢減小，節點的隊列長度越大則競爭窗口越小，從而使得擁塞節點有更大的概率接入信道，用于緩解和避免節點早期的擁塞；