[發明專利]一種基于二次碰撞概率模型的自適應異步無線喚醒方法

有效

• 申請號: 201811533556.1
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109495957B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 謝昊飛;柯俊逸;王平;李昭;徐國超
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W74/08;H04W84/18
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種基于二次碰撞概率模型的自適應異步無線喚醒方法，屬于無線傳感器網絡通信技術領域。該方法包括：S1：建立信道二次碰撞概率模型，估算無線網絡中節點監測到信道繁忙和喚醒請求碰撞造成的丟包率α、延遲時間T_A和總能耗E_A；S2：通過建立閾值自適應選擇機制，更新終端節點的閾值序列；S3：數據發送成功或達到重傳次數上限時，記錄當前退避次數BN和退避指數BE；當節點喚醒接收器匹配地址錯誤時，重置退避計時器，并進行下一個退避階段；并采集當前平均傳輸負載大小對二次碰撞概率模型進行更新。本發明能夠實現低功耗無線喚醒，在保證成功率的同時減少或避免喚醒請求產生的碰撞，降低同一信道下對正常通信的干擾。

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡通信技術領域，涉及低功耗流量自適應無線按需喚醒技術。

背景技術

在物聯網高速發展當前，網絡節點的低功耗和長生命周期成為急需解決關鍵性問題。在野外森林的環境監測、無人職守的傳感器網絡系統、工業環境下的監測等都需要使用大量電池供電的設備和儀器。目前已有大量技術對無線喚醒低功耗技術進行了研究，主要的有：硬件電路設計技術、周期喚醒技術、能量吸收技術。硬件電路設計主要通過設計一個低頻低功耗的射頻電路如AS3933作為單獨并僅執行喚醒任務的模塊(Wake up on radio，WuR)，當發現喚醒請求時候，主動喚醒MCU。按需喚醒技術，節點MCU一直長時間深度睡眠，直到喚醒收發器的接收端WuRx收到喚醒請求觸發中斷并使其切換到正常工作狀態。能量吸收技術主要通過外界震動、光等信號，把能量匯集起來給喚醒電路供電，減少電池能量的消耗。

但是喚醒收發器WuR是通過不同調制技術與主收發器共享天線，所以在喚醒請求過程中容易產生碰撞，而且成功率低。因此亟需避免發生碰撞，高成功率的喚醒技術。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于二次碰撞概率模型的自適應異步無線喚醒方法，針對需要無線傳感器網絡應用環境，在既滿足低功耗又無需額外電路設計開銷的情況下，利用終端設備數量、數據包平均到達速率、退避窗口大小、重傳次數閾值、WuR發送速率等信息識別出信道當前是否處于繁忙狀態或產生數據碰撞，并根據其丟包率、平均延遲、能耗等方面選擇最優的退避窗口大小；能夠實現無線喚醒，減少或避免喚醒請求產生的碰撞、提高喚醒成功效率、降低同一信道下對正常通信的干擾。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于二次碰撞概率模型的自適應異步無線喚醒方法，應用于低功耗環境數據采集無線網絡節點單跳場景，該方法包括以下步驟：

S1：建立信道二次碰撞概率模型，估算無線網絡中節點監測到信道繁忙和喚醒請求碰撞造成的丟包率α、延遲時間T_A和總平均能量消耗E_A；

S2：通過建立閾值自適應選擇機制，更新終端節點的閾值序列；

S3：數據發送成功或達到重傳次數上限時，記錄當前退避次數BN和退避指數BE；當節點喚醒接收器匹配地址錯誤時，重置退避計時器，并進行下一個退避階段；并計算當前平均傳輸負載大小DS等參數對網絡中終端節點進行更新。

進一步，所述步驟S1具體包括：使用考慮服務時間指數分布的馬爾可夫鏈M/G/1/2隊列模型，引入二次碰撞和有限隊列因素，并使用C_T次短暫的CCA空閑信道檢測對信道狀態進行評估，當檢測到信道繁忙時能快速進行退避；再考慮到基于副載波調制的喚醒模塊與主收發器模塊共用天線在同一信道通信以增加喚醒請求傳輸范圍，所以得到二次碰撞概率模型：