[發明專利]一種同步無線傳感器網絡的MAC協議通信方法與裝置

有效

• 申請號: 201410139403.4
• 申請日: 2014-04-08
• 公開（公告）號: CN104302010B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 鄭國強;李濟順;亢丙午;李佩佩;孫亞茹;冀保峰;馬華紅;祁志娟
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: H04W74/02
• 分類號: H04W74/02;H04W80/02
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司41119
• 代理人: 胡泳棋

技術領域

本發明涉及一種同步無線傳感器網絡的MAC協議通信方法，屬于無線傳感器網絡領域。

背景技術

無線傳感器網絡由于采用電池供電，因此網絡壽命受到能量的限制。為了節省能量，無線傳感器網絡的MAC協議通常采用周期偵聽/睡眠的機制來節省能量，這類協議有SMAC、TMAC、PMAC、ASMAC、RMAC等多種，SMAC、TMAC、PMAC協議通常在一個周期數據只能傳遞一跳，自適應的ASMAC協議能傳遞至多兩跳，但它采用串音偵聽和所有鄰居節點喚醒又增加了網絡的能量消耗。因此這類協議造成數據傳遞過程的斷斷續續，使得數據傳遞的多跳時延較大，不適應對及時性要求高的無線傳感器網絡應用。RMAC協議利用偵聽期間發送控制報文預約信道，可以實現在一個周期的數據多跳傳遞，但數據多跳傳遞的跳數直接與節點在每周期的偵聽時間成比例，每周期的偵聽時間越長，可以預約的跳數就越多，但節點的占空比增大，增加了節點的能量消耗。

發明內容

本發明的目的是提供一種同步無線傳感器網絡的MAC協議通信方法與裝置，用以解決現有MAC協議在多跳傳輸時能量消耗大的問題。

為實現上述目的，本發明的方案包括：

一種同步無線傳感器網絡的MAC協議通信方法，包括如下步驟：

網絡初始化：將節點的一個循環工作周期依次分為同步時段T_sync、忙音偵聽/發送時段T_tone、周期信道預約時段T_rc和睡眠時段T_sleep；

在同步時段T_sync：進行同步；

在忙音偵聽/發送時段T_tone：偵聽信道，根據是否有數據需要發送和信道是否空閑將網絡中的節點設置為源節點、候選中繼節點和睡眠節點；源節點發送忙音信號，候選中繼節點在偵聽到忙音信號后也發送忙音信號；

在信道預約時段T_rc：源節點和候選中繼節點偵聽信道，源節點發送RCF幀；候選中繼節點根據偵聽的RCF幀信息競爭中繼節點，中繼節點更新RCF幀并發送更新后的RCF幀；源節點和中繼節點設置對應的進入睡眠時段后的睡眠延遲時間T_delay；

在睡眠時段T_sleep：在睡眠延遲時間T_delay后，源節點發送數據，中繼節點接收并發送數據。

在忙音偵聽/發送時段T_tone：偵聽信道，若有數據需要發送且信道空閑，則設置節點為源節點；若有數據發送且信道忙、或者無數據發送且信道忙，則設置節點為候選中繼節點；若無數據發送且信道空閑，則設置節點為睡眠節點。

在信道預約時段T_rc，源節點若偵聽到信道忙，則設置節點為候選中繼節點。

候選中繼節點通過比較偵聽的RCF幀信息中包含的跳距Hop與當前節點距離SINK節點的跳距H競爭中繼節點，若Hop大于H，當前節點成為中繼節點。

所述網絡初始化具體為：在網絡初始化時段T_init：由SINK節點發起，確定網絡節點距離SINK節點的跳距；設置節點的工作周期T、啟動工作時間t_start、每個周期的同步時間T_sync、周期忙音偵聽/發送時間T_tone、周期信道預約時間T_rc和周期睡眠時間T_sleep，并更新網絡節點到SINK節點的跳距H。

忙音偵聽/發送時段T_tone的具體方法為：

節點進入忙音偵聽/發送時段T_tone后，設置并啟動對應忙音偵聽/發送時段T_tone時間的計時器T₂，激活處于偵聽狀態；