[發明專利]一種基于鏈路質量的低占空比無線傳感器網絡節點休眠方法

在審

• 申請號: 201510448501.0
• 申請日: 2015-07-28
• 公開（公告）號: CN105101369A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 王軍;章新宇;李天一;李玉喜
• 申請（專利權）人: 沈陽化工大學
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 沈陽技聯專利代理有限公司 21205
• 代理人: 張志剛

技術領域

本發明涉及一種提高網絡可靠性方法，特別是涉及一種基于鏈路質量的低占空比無線傳感器網絡節點休眠方法。

背景技術

無線傳感器網絡綜合了無線通信技術、嵌入式計算技術、傳感器技術、分布式數據處理技術等。現實應用中的傳感器網絡一般要維持很長的生命周期，甚至要長達幾年。考慮到節點各部分能耗情況，越來越多的國內外科研人員將低占空比介質訪問機制(MediaAccessControl,英文縮寫為MAC)與無線傳感器網絡的研究結合起來，這就形成了所謂的低占空比無線傳感器網絡。它為節點采用低占空比MAC機制，允許節點交替地進行偵聽和休眠，使得節點可以在盡可能多的時間內處于休眠狀態，這就在最大程度上減少了空閑偵聽的時間，節省了大量能量。

低占空比無線傳感器網絡中,節點的占空比一般只有百分之幾,在延長了網絡的生命周期,同時也帶來了鄰居節點之間通信延遲變大的問題,進而影響到數據的及時有效傳輸.對許多實時性要求高的無線傳感器網絡應用,比如軍事應用、災難預測系統等有著很大的影響。已有研究表明鏈路質量對網絡的延遲具有很大的影響。

目前流行的鏈路質量評估機制是基于發送大量數據包來統計得出鏈路上數據包的正確接受率(PacketReceivedRate,英文縮寫為PRR)，從而直觀的反應出當前的鏈路質量。但這種統計方法需要發送大量的數據包，會浪費大量的帶寬和能量，不適合應用于無線傳感器網絡。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于鏈路質量的低占空比無線傳感器網絡節點休眠方法，該方法將整個網絡的節點的工作時間和休眠時間分成一個個相等的時隙。利用鏈路質量指示值和鏈路質量的相關性，選取通信質量好的節點，增加節點的工作時隙，提高整個網絡的可靠性。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于鏈路質量的低占空比無線傳感器網絡節點休眠方法，所述節點休眠方法包括：

利用節點前一次蘇醒的LQI值和此刻的LQI值估測下一次蘇醒時的LQI值：

設計公式：LQI(n+1)=（1+a）*LQI（n）-a*LQI（n-1）（0<a<1）（1）；

其中n表示節點第n次蘇醒，a用來調節估計值的靈敏度；

節點i的工作調度表為公式為：

F=｛（t₁,b）,(t₂,b)……(t_n,b)｝（2）；

F表示節點i工作調度表的一個周期,t表示節點i進入工作狀態的時間，b表示工作持續時間,（t_j，b）表示節點第j次蘇醒的時間以及工作的時間。

所述的一種基于鏈路質量的低占空比無線傳感器網絡節點休眠方法，所述每個節點有一個LQI表，保存自己的LQI值和通信范圍內節點的LQI值；每次節點蘇醒后利用公式(1)計算LQI（n+1），保存在LQI表中,替換上一次計算的LQI(n+1)值；之后廣播自己的LQI值給通信范圍內的節點，并接收其他節點的LQI值，保存到自己的LQI表中。

本發明的優點與效果是：

本發明將整個網絡的節點的工作時間和休眠時間分成一個個相等的時隙。利用鏈路質量指示值(LinkQualityIndicator，英文縮寫為LQI)和鏈路質量的相關性，選取通信質量好的節點，增加節點的工作時隙。可以為整個網絡的數據傳輸提供鏈路質量最優的路徑，減少網絡數據的重傳次數，降低整個網絡的延時性和丟包率。由于良好的鏈路質量減少了節點之間通信的重傳次數，可以用來彌補其他通信的能量開銷，在保證整個網絡的能量開銷在一個可以接受的范圍內的情況下，提高了整個網絡的可靠性。

附圖說明

圖1為統計LQI值與PRR；

圖2為節點工作調度圖表；

圖3為LDW節點休眠策略的工作流程圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進行詳細說明。

流行的鏈路質量評估機制是基于發送大量數據包來統計得出鏈路上數據包的正確接受率(PacketReceivedRate，英文縮寫為PRR)，從而直觀的反應出當前的鏈路質量。但這種統計方法需要發送大量的數據包，會浪費大量的帶寬和能量，不適合應用于無線傳感器網絡。隨著硬件技術的發展一種接受信號強度(ReceivedSignalStrengthIndicator，英文縮寫為RSSI)和鏈路質量指示LQI也能夠提供鏈路質量的硬件檢測。實驗結果表明，PRR與LQI值具有很強的線性相關性，如圖1所示。