[發明專利]一種分簇WSN中采用超幀的自適應媒體接入控制方法

有效

• 申請號: 202010427746.6
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111556586B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 李長樂;劉釗;樊聰;卜月航;朱麗娜
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W74/08
• 分類號: H04W74/08;H04W40/32
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

1.一種分簇WSN中采用超幀的自適應媒體接入控制方法，其特征在于：包括如下：

(1)設計基于簇容量自適應的超幀結構：

所述超幀結構，包括發送和接收不同MAC幀的非競爭期、競爭期和休眠期，設計如下：

(1a)設置非競爭期時長：并在非競爭期，將簇內節點按照簇ID依次分配上傳時隙，實現快速無沖突的數據上傳，其中：α是關系系數，R_b是分組的傳輸速率，M為簇容量，l_m為簇內成員周期發送的業務數據中的平均分組長度；

(1b)設置競爭期時長：并在競爭期，采用競爭方式將節點接入信道，其中：β是關系系數，N為網絡中包含的節點數量；

(1c)根據節點的業務和能量特性設置固定的休眠期時長T_Sleep，在休眠期不進行節點數據上傳；

(2)優化多種媒體接入控制MAC幀的結構：

(2a)設置多種媒體接入控制MAC幀，其包括管理幀、控制幀和數據幀，該管理幀包括信標幀、入簇請求幀、入簇回復幀、簇頭輪換請求幀和簇頭輪換確認幀；該控制幀包括應答幀；

(2b)對(2a)設置的幀結構進行優化：

(2b1)設計多種媒體接入控制MAC幀通用的幀控制域，包括協議版本域、幀類型域、重試域和功控管理域，含義如下：

所述協議版本域，表示所使用的網絡層協議版本號；

所述幀類型域，表示幀的種類；

所述重試域，表示幀是否是重發幀；

所述功控管理域，表示發送幀的節點狀態，該節點狀態包括能量充足和省電模式；

(2b2)信標幀采用動態幀體，增加簇頭輪換域和前周期接收確認域，所述幀體在網絡初始化階段為空，在初始化結束后，幀體包括非競爭期開始時間域、每個簇內節點分得的非競爭期時長域、競爭期開始時間域、休眠期開始時間域、簇頭輪換域和前周期接收確認域，其中，前周期接收確認域用于對上一個信標幀周期內所有簇內節點的數據信息進行統一回復，以節省開銷；

(2b3)增加入簇請求幀、入簇回復幀、簇頭輪換請求幀和簇頭輪換確認幀，各類型幀的結構如下：

所述入簇請求幀、簇頭輪換請求幀和簇頭輪換確認幀，其均包括：幀控制域、同步域、源地址域、目的地址域和幀校驗序列域；

所述入簇回復幀，其包括：幀控制域、同步域、源地址域、目的地址域、簇內ID域和幀校驗序列域，且該幀是在簇頭同意節點加入本簇時才被發送；

所述各類型幀的同步域、源地址域、目的地址域、幀校驗序列域，及作用均相同，即：

所述同步域，用于實現簇頭節點與簇內節點的同步；

所述源地址域，用于明確發送幀的最初地址；

所述目的地址域，用于明確最終接收幀的地址；

所述幀校驗序列域，用于在傳輸過程中保證幀的正確性；

(3)設置超幀結構中發送和接收MAC幀的機制：

(3a)在超幀結構的開始，簇頭節點發送信標幀，用于同步和控制信道時間的劃分，標志本簇的非競爭期、競爭期和休眠期的開始時間，所有簇內節點在信標幀到達時喚醒；

(3b)在非競爭期，簇內節點發送數據幀，發送完本節點數據后進入休眠，簇頭節點按照時隙接收該數據幀；

(3c)在競爭期，簇頭節點接收部分管理幀，包括：入簇請求幀、入簇回復幀、簇頭輪換請求幀、簇頭輪換確認幀和應答幀；其中，入簇請求幀和入簇回復幀用于發起和處理節點的入簇請求，簇頭輪換幀和簇頭輪換確認幀用于提供簇投輪換功能，在當前簇頭失效時提供替代簇頭；應答幀用于確認幀的接收；簇頭節點在競爭期結束后進入休眠；

(3d)在休眠期，不進行MAC幀的發送和接收。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：各類型幀的幀控制域功能相同，幀控制域中的幀類型域編碼不同，即均用于明確協議版本號、幀的種類、重發幀類型，及發送幀的節點狀態；幀類型域編碼分別如下：

入簇請求幀的幀類型域編碼為0001；

入簇回復幀的幀類型域編碼為0010；

簇頭輪換請求幀的幀類型域編碼為0011；

簇頭輪換確認幀的幀類型域編碼為0100。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述入簇回復幀中的簇內ID域，用于明確簇頭按照順序分配給簇內節點的標號。