[發(fā)明專利]基于自適應(yīng)按需喚醒技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410073919.3
• 申請日: 2014-03-03
• 公開（公告）號: CN103906207B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐平平;李小娟;秦漢
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04L1/00;H04W84/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)傳輸方法，具體涉及一種基于自適應(yīng)按需喚醒技術(shù)的無限傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法。

背景技術(shù)

近年來，短距離無線通信傳感器節(jié)點(diǎn)的功能不斷發(fā)展變化中，同時(shí)具備感知、數(shù)據(jù)處理和通信功能是對這種微小傳感器的基本要求、正是因?yàn)閭鞲衅骷夹g(shù)日新月異的高速發(fā)展，大大的促進(jìn)了基于大量傳感器節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作相互通信的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)。

對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)影響非常重大的眾多協(xié)議里面，數(shù)據(jù)鏈路級聯(lián)層中的媒體訪問控制協(xié)議占有極其重要的地位。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中，能量主要消耗在通信模塊，數(shù)據(jù)傳輸通信是最主要的耗能者，而媒體訪問控制協(xié)議直接決定了如何使用無線網(wǎng)絡(luò)信道，MAC協(xié)議是傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的主要影響者，因此是保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信高校的關(guān)鍵協(xié)議之一。

發(fā)送端盲等現(xiàn)象是一直存在于接收端發(fā)起的異步MAC協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)中，其中發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)前，可能要等待一段時(shí)間，甚至一直沒機(jī)會(huì)得到傳輸，接收端的數(shù)據(jù)請求幀也可能因?yàn)闆_突以及信道被占用，而一直無法被正確接收，這些，都會(huì)引起能耗和延時(shí)的增加。

現(xiàn)有技術(shù)中的短前導(dǎo)序列報(bào)文機(jī)制就是在低功耗偵聽機(jī)制的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，但在重負(fù)載下因?yàn)榍皩?dǎo)的傳輸過程需要很長時(shí)間的占用信道，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能大幅的降低。

現(xiàn)有技術(shù)中的接收端發(fā)起的異步MAC協(xié)議——RI-MAC協(xié)議是一個(gè)從接收端發(fā)起的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，與B-MAC協(xié)議的顯著不同之處是發(fā)送端和接收端之間如何協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。采用這樣的協(xié)議也存在一定的問題，如：在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)負(fù)載流量大的網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)送端雖然要在接收端喚醒之前醒來，但接收端發(fā)送Beacon幀前，發(fā)送端未處于監(jiān)聽狀態(tài)，則數(shù)據(jù)傳輸將推遲至接收端的下一次喚醒時(shí)刻。若接收端醒來時(shí)，其它節(jié)點(diǎn)正占用信道，接收端也同樣要進(jìn)入休眠。多個(gè)接收端同時(shí)發(fā)送Beacon幀，而產(chǎn)生沖突碰撞，這時(shí)接收端將利用退避等待算法去競爭無線信道，這將導(dǎo)致發(fā)送端的盲等現(xiàn)象，大大的增加了發(fā)送端的能耗，最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)能量不均衡；優(yōu)先級較高或者等待時(shí)間較長的數(shù)據(jù)無法優(yōu)先傳輸，這樣就無法保證優(yōu)先級較高或者等待時(shí)間較長的數(shù)據(jù)先發(fā)送出去，造成了能量消耗增大。

現(xiàn)有技術(shù)中的采用的機(jī)制是發(fā)送端預(yù)測接收端喚醒機(jī)制。該機(jī)制在突發(fā)數(shù)據(jù)流量的情況下，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的緩存隊(duì)列中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包會(huì)很大，每個(gè)接收端醒來后都會(huì)有很多數(shù)據(jù)要接收，導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的沖突會(huì)很大，也使該接收端長時(shí)間的占用信道，延時(shí)將大大的增加，傳輸成功率大幅度下降，增大了發(fā)送端的重傳率；在數(shù)據(jù)流量小的情況下，節(jié)點(diǎn)按照預(yù)定的隨機(jī)數(shù)序列在目標(biāo)接收端喚醒前一刻喚醒，然后空閑偵聽一個(gè)短暫時(shí)間，發(fā)現(xiàn)接收端并沒有數(shù)據(jù)包要發(fā)送，接著發(fā)送端再次進(jìn)入睡眠狀態(tài)。因此數(shù)據(jù)流過大或過小的情況該機(jī)制的能耗均不理想。

現(xiàn)有技術(shù)中的提出了PA-MAC協(xié)議是在RI-MAC協(xié)議的基礎(chǔ)上提出來的，在信標(biāo)幀中加入了節(jié)點(diǎn)的下一次喚醒時(shí)間，這個(gè)時(shí)間是從Beacon發(fā)送第一個(gè)bite位開始到下一次喚醒的時(shí)間間隔，這樣能夠有效的避免發(fā)送端在數(shù)據(jù)傳輸前的長時(shí)間盲等問題。但是PA-MAC協(xié)議的不足也是十分明顯的，比如調(diào)度信息的有效時(shí)間太短，最多只有2個(gè)執(zhí)行周期，這樣就導(dǎo)致了每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸前的Beacon幀均要攜帶接收端的調(diào)度信息，這樣也會(huì)消耗不必要的能量，同時(shí)調(diào)度信息并不夠?qū)崟r(shí)。這種協(xié)議雖然對RI-MAC協(xié)議的性能進(jìn)行了改進(jìn)，但改進(jìn)并不算大，甚至不能跟PW-MAC協(xié)議相媲美。鄰居列表中的調(diào)度信息的有效時(shí)間太短，最多只有2個(gè)執(zhí)行周期，這樣就導(dǎo)致了每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸前的Beacon幀均要攜帶接收端的調(diào)度信息，這樣也會(huì)消耗不必要的能量，同時(shí)調(diào)度信息并不夠?qū)崟r(shí)。這種協(xié)議雖然對RI-MAC協(xié)議的性能進(jìn)行了改進(jìn)，但改進(jìn)并不算大。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于自適應(yīng)按需喚醒技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的一種基于自適應(yīng)按需喚醒技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其具體傳輸步驟如下：

(1)將加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化，并建立鄰居列表用于存儲(chǔ)鄰居節(jié)點(diǎn)的ID和調(diào)度信息；

(2)發(fā)送端S有數(shù)據(jù)要傳輸時(shí)，查看自身的鄰居列表是否有目標(biāo)接收端R的調(diào)度信息；

(3)根據(jù)步驟(2)中所獲得調(diào)度信息，發(fā)送端S自適應(yīng)按需喚醒，然后與接收端R進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

其中，發(fā)送端S自適應(yīng)按需喚醒的具體步驟如下：