[發明專利]一種無線傳感器網絡動態信道動態接入控制方法

有效

• 申請號: 201410129841.2
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103957602B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 饒元;曹一明;李紹穩;朱軍;江朝輝;張武;陳衛;傅雷揚;許高建;商伶俐;高寧;鄧成;駱琛
• 申請（專利權）人: 安徽農業大學
• 主分類號: H04W74/00
• 分類號: H04W74/00;H04W28/08
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司11385
• 代理人: 董芙蓉

1.一種無線傳感器網絡動態信道動態接入控制方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：

在網絡形成期，對整體網絡進行管理區域劃分，由管理節點控制區域網絡接入參數；對于管理節點的選舉，節點先根據覆蓋范圍內的節點分布狀況計算其選舉窗口，再采用自身的剩余能量值計算出自己的選舉窗口段在整個網絡形成期時隙中所處位置；各傳感器節點都可以在各自的選舉窗口段中參與管理節點的選舉，自身成為管理節點后立刻向周圍廣播管理節點產生消息，收到此消息的其它非管理節點立刻停止選舉過程，收到多個管理節點產生消息時可以隨機加入其中一個；

在網絡穩定期，節點的狀態分為工作期和睡眠期；工作期又分為兩個小時期：控制同步期、監聽期；每個控制同步期分為三個小階段，分別為控制階段、管理節點同步階段、成員同步階段；

在控制同步期管理節點通過廣播控制同步信息對網絡接入參數進行調節，對區域網絡內的成員節點進行同步，并且安排每個成員節點在睡眠階段的匯報時隙；未收到控制同步信息或新加入的節點可以向鄰近的管理節點進行申請，管理節點收到后進行回復；

處于網絡數據交互期時，管理節點監聽網絡狀態，根據當前區域網絡狀態判斷網絡的承載能力；處于睡眠階段時，區域內所有成員節點在各自特定時隙時醒來向管理節點匯報隊列中分組等待數目，管理節點通過等待分組總數預估未來短期內區域網絡的負載情況；

管理節點根據網絡承載能力和預估負載情況動態調節區域網絡的接入控制參數，包括工作模式、工作睡眠時長、初始競爭窗口等；如果區域網絡信道利用率高、沖突頻發、等待分組數量多，那么當前網絡參數承載能力不足，需要提高網絡工作時間和稍大的初始競爭窗口；如果當前網絡的信道利用率低、沖突鮮發、等待分組數量少或無，那么當前網絡的承載能力過剩，可以適當降低工作時間或者進入多次短監聽短睡眠狀態來控制睡眠造成的時延，并且提供較小的初始競爭窗口；如果網絡信道占用率處于稍高狀態，并且沖突鮮發，那么當前網絡承載能力比較適應；

在下一個工作階段開始時，管理節點通過廣播控制同步信息通知管理區域內成員節點改變網絡接入控制參數；鄰近區域的管理節點能通過邊界節點提前感知負載變化，并做出提前做出判斷和預測，使整體網絡逐漸適應；

當管理節點因為某些原因將不能履行管理職責時會進入管理失效狀態，此時立刻發出網絡控制失效信息，該區域成員節點進行會在下一工作周期開始時進行信息同步并重新選取管理節點，提高網絡容錯性；

成員節點正常數據業務交互時通過動態調整競爭窗口實現信道預約來降低沖突發生概率，以提高數據傳輸可靠性。

2.如權利要求1所述的一種無線傳感器網絡動態信道動態接入控制方法，其特征在于：網絡形成期管理節點的選舉過程中節點先計算其選舉窗口，再計算選舉窗口段在網絡形成周期中所處位置，具體方法如下：

本方法定義形成期是由C個時隙構成，在競爭開始時，節點先根據其有效通信覆蓋半徑節點的分布情況計算選舉窗口m；假設節點均勻分布，整個網絡節點數量越多，那么競爭管理節點時可能被分配到同一個競爭窗口段的節點數就越多，因此競爭窗口時隙數m就需要更多數量的時隙來避免沖突發生：

其中，m一定是整數，最小值為10；N指整個網絡節點總數，Rc為節點有效通信覆蓋半徑，S為此無線傳感器網絡可部署區域總面積，α為控制參數，為向上取整符號；

然后，每個節點根據自己當前的剩余能量值計算一個等待時間(wt，waittime)來控制自身的選舉窗口段在C個時隙中所處位置；此后，各節點在各自的選舉窗口段參與管理節點的選舉，自身成為管理節點后立刻向周圍廣播管理節點產生消息，收到此消息的其它非管理節點立刻停止選舉過程，收到多個管理節點產生消息時可以隨機加入其中一個；

等待時間wt按下式計算，

wt＝waitforCWP(ELR)×t_slot

其中，t_slot指一個時隙的時長；

控制函數waitforCWP(ELR)由“能量剩余率”(ELR，Energy Left Rate)來計算，能量剩余率等于節點剩余能量值比上節點總能量值(ELR＝Eleft/Etotal)：

其中，Eleft為節點剩余能量；Etotal為節點總能量；β為控制參數，使得所有競爭結束后形成期能預留出一部分時隙使網絡得到有效收斂；為向上取整符號。