[發明專利]一種適用于占空比無線傳感器網絡的自適應成組喚醒的機會路由策略

在審

• 申請號: 201811318667.0
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109168193A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 向雪梅;劉安豐
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W40/02;H04W40/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種適用于占空比無線傳感器網絡的自適應成組喚醒的機會路由策略。本發明提出的策略針對的是機會路由中數據發送者在發送數據時需要等待n個節點醒來后才一次性廣播給所有接收者。在這樣的路由方法中，傳感器節點醒來的時間是隨機的，因而發送者需要較長的時間才能等到n個節點醒來，從而造成大的延遲。在本發明中，通過調整接收者的占空比，將接收者分組，每一組的節點個數為n個，同一組的節點醒來的周期相同。這樣使得每次同時醒來的接收者數量為n，從而使得發送者發送數據時就能夠同時等到n個接收者醒來，從而大大減少等待所需的時間，也就減少了延遲。同時，對于不同組節點的占空比進行調整，使得不同組間節點的醒來間隔相等，從而使得數據發送者醒來后等待接收者醒來的平均時間最小。經過上述對接收者分組，組內占空比同步，組間占空比均勻分布的方法可有效減少機會路由的延遲，同時減小了傳感器節點的能量消耗，提高了網絡壽命。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡中的機會路由以及占空比控制機制，尤其涉及一種減小時延的傳感器節點成組喚醒的控制機制。

背景技術

無線傳感器網絡被廣泛應用于各個領域，例如：農業監測、森林火災監測、海洋環境監測等等，除此之外，它還逐漸走入了我們的生活，例如智能家居。無線傳感器網絡是由若干無線傳感器節點組成的網絡，這些傳感器節點可以采集周圍環境的相關數據，在簡單處理后將數據通過其他傳感器節點作為中繼發送到控制端。控制端負責接收所有傳感器節點發來的數據，并通過對這些數據的分析，掌控網絡中的變化，并及時對網絡中的特殊情況做出處理。

由于采用無線傳輸，無線傳感器網絡中的數據傳輸過程是不可靠的。研究表明，單跳傳輸的可靠性往往低于0.9，而在多跳的情況下，隨著跳數的增加，可靠性的值減小地非常明顯。在機會路由中，傳感器節點通過將一個數據包發送給多個接收者，達到了提高接收率的效果。這是因為，只有在所有接收者都接收失敗的時候，這一跳傳輸才是失敗的，否則，就是成功的。

除了接收率以外，能量消耗也是無線傳感器網絡中的一個重要議題。由于傳感器節點由電池供電，且一般布置在人跡罕至的地方，頻繁地更換電池是不可能的，所以，盡可能地減小傳感器節點的能量消耗是非常必要的。占空比控制作為節省能量消耗的有效方式，被廣泛地應用在多個無線傳感器網絡中。在占空比控制機制下，傳感器節點只會在某一段時間里保持喚醒，在其他時間里都處于睡眠狀態。我們把傳感器節點處于喚醒狀態的時間除以傳感器處于喚醒和睡眠狀態的時間的和稱為傳感器節點的占空比，它表示一個傳感器節點在一個時鐘周期中保持喚醒的比例。研究表明，當傳感器節點處于睡眠狀態時，消耗的能量是喚醒狀態的1％甚至1‰，傳感器節點的占空比越小，處于喚醒狀態的時間越短，消耗的能量越小。

為了同時達到增加接收率和減小能量消耗的目的，可以將機會路由與占空比控制機制結合起來。事實表明，上述做法的確達到了目的，卻是以增加傳感器節點的時延為代價的。傳感器節點的時延主要來自于占空比控制，在該機制下，當發送者醒來的時候，接收者可能處于睡眠狀態。此時，數據傳輸過程被迫中斷，只有在接收者喚醒之后，才能繼續數據傳輸過程，從而造成了時延。在加上機會路由之后，接收者由一個變為多個，且每一個接收者的喚醒時間都是隨機的，等到他們全部喚醒，需要更多的時間，也就進一步增大了時延。

因此，適當調整傳感器節點的喚醒時間，使得發送者能夠盡快地等到所有的接收者醒來，盡可能地減小時延，是十分有必要的。

發明內容

本發明旨在提供一種適用于占空比無線傳感器網絡的自適應成組喚醒的機會路由策略，該策略減小了機會路由中占空比控制機制下傳感器節點的時延，同時還減小了節點的能量消耗。

為了達到上述的目的，本發明采用以下的技術方案：

一種適用于占空比無線傳感器網絡的自適應成組喚醒的機會路由策略，對接收者進行分組，組內節點占空比同步，組間占空比均勻分布。