[發明專利]一種Quorum時隙自適應調整的同步無線傳感器網絡MAC方法

有效

• 申請號: 201510116300.0
• 申請日: 2015-03-17
• 公開（公告）號: CN104703273A
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發明（設計）人: 龍軍;劉安豐;張金煥;何岸
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 周志中

技術領域

本發明涉及無線通信領域，尤其是一種同步無線傳感器網絡MAC方法。

背景技術

無線傳感器網絡是由大量的彼此之間通過多跳無線鏈路和通信的傳感器節點以自組織和多跳的方式構成的無線網絡，而無線傳感器的供能往往是通過電池作為其能源的，所以如何合理利用以及分配能耗顯得至關重要。

介質訪問控制(medium?access?control,MAC)協議是無線傳感器網絡中一種基礎協議。其作用是保證節點正常的數據操作與環境監測的同時盡可能的減少能量消耗，從而極大化網絡壽命。在無線傳感器網絡中，為了減少節點的能量消耗通常采用一種方法是讓節點周期性的工作(work)與睡眠(sleep)。由于傳感器器節點處于工作狀態時的能量消耗是處于睡眠狀態時的上100倍甚至上1000倍。因而為了節省能量，應該盡可能的讓節點處于睡眠狀態。但是節點處于睡眠會影響其功能，因為節點在睡眠狀態時不能對周圍環境進行感知與監測，也不能進行數據傳輸。特別是在分布式無線傳感器網絡中，每個節點都是獨立的決定是否工作還是睡眠。這就有可能造成節點在欲進行數據傳輸時，節點的處于工作時隙與其所有的下一跳節點的工作時隙沒有相交時隙(intersection?slot)從而使得其數據不能向前傳輸。特別是在占空比(指節點在一個時間周期內處于工作的時間與工作周期長度的比值，duty?cycle)比較小的網絡中，要保證相鄰路由路徑的任意二個節點間存在相交的工作時隙是傳感器網絡介質訪問協議設計的重要課題。傳感器節點的工作時隙越多，則節點之間相交的工作時隙越多，但，節點的工作時隙越多，則節點的能量消耗越大，影響網絡壽命。反之，降低節點的占空比，雖然能夠節省能量，但是有可能導致節點之間沒有相交的工作時隙，因而導致路由不能建立。而另一方面，在節點的占空比確定的情況，不同節點選擇工作時隙的方法不同也影響節點的介質訪問協議的性能。不好的節點工作時隙選擇方法會導致節點間的相交工作時隙的數量不等，影響數據的傳輸與網絡延遲。因而，設計優秀的節點工作時隙選擇方法是一個挑戰性的任務。

基于Quorum的系統提供了一種介質訪問方法的方法。其中用的最多的方法是一種grid?Quorum方法。在grid?Quorum方法中，一個周期被分為n個時隙(slot)，時隙是時間的基本單位。n個時隙按時間順序被排列成的矩陣。節點A選擇其中的m₁行時隙作為工作時隙，節點在這些選擇的時隙上保持工作狀態(稱為Quorum?Time?Slot(QTS))。而節點B選擇矩陣中的m₂列作為工作時隙。這樣節點A與節點B必定有m₁×m₂個相交工作時隙(intersection?slot)。從而可以保證節點A與節點B之間進行數據通信。顯然Quorum系統設計的目標是使得任意2個節點間的相交工作時隙越多，而節點的占空比越小。

但上述方法各節點采用相同的Quorum時隙數量，節點間相交工作時隙較少,數據轉發延遲較多，能量利用率較小(往往小于50％)。

發明內容

本發明提供一種能減少網絡延遲、提高能量利用率的Quorum時隙自適應調整的同步無線傳感器網絡MAC方法。

為實現上述目的，本發明提供一種基于Quorum系統的無線傳感器網絡的介質訪問控制方法，包括如下步驟：步驟一、形成節點環號，基站節點將自己的環號設置為0，其它節點由近及遠分別設置連續的環號，節點環號相同的節點稱為同一環的節點；步驟二、無線傳感器網絡的每一個節點依據其所在環的環號，選擇基于Quorum的系統；步驟三、依據節點的剩余能量增加節點的工作時隙，依據距離基站的不同距離而選擇不同的Quorum時隙數量，距離基站最近的節點選擇最小的Quorum時隙數量，離基站越遠的節點選擇的Quorum時隙數量逐漸增大；基于上述的Quorum時隙分配方法，采用現有提出的路由方法進行數據路由，能降低網絡延遲。

本發明的有益效果是：本發明利用遠基站區域剩余的能量，增加節點的工作時隙，從而使得節點的工作時隙數量增多，相應的提高了占空比，使得網絡節點間的相交工作時隙增加，從而減少網絡延遲。

附圖說明

圖1為本發明實施例基本SG?quorum系統S-clique、G-clique、SG?quorum及新SG?quorum系統S-clique、G-clique、SG?quorum的工作時隙示意圖。

圖2為本發明實施例節點的剩余能量示意圖。

圖3為本發明實施例節點能夠增加的QTS數量示意圖。