專利名稱：基于介質(zhì)訪問(wèn)控制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，尤其涉及一種基于介質(zhì)訪問(wèn)控制的無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)是一種特殊的無(wú)線多 跳分布式網(wǎng)絡(luò)，具有快速組網(wǎng)、休眠節(jié)能、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，它相對(duì)于傳統(tǒng)的 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，有明顯的資源受限和動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，節(jié)能效率和擴(kuò)展性成為重要 性能指標(biāo)。介質(zhì)訪問(wèn)控制(Medium Access Control, MAC)協(xié)議決定WSN無(wú)線 信道的使用方式，在傳感器節(jié)點(diǎn)之間分配有限的無(wú)線信道資源，是保證WSN高 效通信的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之 -。針對(duì)具體的應(yīng)用模型研究高效的MAC協(xié)議意義深 遠(yuǎn)。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的核心問(wèn)題之一是能耗管理，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議桟 各層的設(shè)計(jì)，都以節(jié)能效率作為首耍的考慮。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用密切相關(guān)， 其介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議主要分為(1)基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)訪問(wèn)方式；(2)基于時(shí)間 調(diào)度的MAC協(xié)議，普遍采用TDMA; (3)兩種機(jī)制的混合型方案，這也是廣受關(guān) 注的研究熱點(diǎn)之一?；诟?jìng)爭(zhēng)和調(diào)度的機(jī)制各自側(cè)重考慮和解決的問(wèn)題不同， 各有優(yōu)勢(shì)，單純一種機(jī)制的MAC協(xié)議很難在各個(gè)性能指標(biāo)中獲得較好的平衡。 競(jìng)爭(zhēng)型的MAC協(xié)議擴(kuò)展性好，但延時(shí)大；調(diào)度型的MAC協(xié)議開(kāi)銷小，實(shí)時(shí)性比 較好，但擴(kuò)展性差，時(shí)間同步要求嚴(yán)格。競(jìng)爭(zhēng)性MAC機(jī)制與TDMA時(shí)間調(diào)度機(jī)制 的有機(jī)結(jié)合可以平衡兩者的優(yōu)勢(shì)和不足，取得較好的性能。近年來(lái)吸引了不少 學(xué)者的參與和研究，但在實(shí)際應(yīng)用仍需要進(jìn)一步的討論，混合型方案是高效無(wú) 線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的重要解決思路和發(fā)展趨勢(shì)。
li-MAC協(xié)議特別針對(duì)周期性數(shù)據(jù)采集型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，要求網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量是可預(yù)知的，且不存在動(dòng)態(tài)變化，其主要不足及局限性討論如下
1) u-MAC的適用場(chǎng)合及遲鈍的流量適應(yīng)性。U-MAC針對(duì)周期性數(shù)據(jù)采集 型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，在該特殊的應(yīng)用模型中，流量是可預(yù)測(cè)的，可從應(yīng)用層 信息獲得(傳感任務(wù)中直接包含了需要采集的數(shù)據(jù)類型、頻度、有效期等信息)，
一旦由基站發(fā)起INTEREST數(shù)據(jù)請(qǐng)求，預(yù)約好一個(gè)一定帶寬的傳感報(bào)告子信道 (Sensor Report, SR)后，流量基本是固定的，直到傳感任務(wù)結(jié)束或基站明確 再次發(fā)起新的INTEREST請(qǐng)求，才可能改變子信道帶寬。U-MAC只針對(duì)上述的周
期性數(shù)據(jù)采集型應(yīng)用，沒(méi)有也不需要提供對(duì)動(dòng)態(tài)流量的主動(dòng)調(diào)整機(jī)制，在廣泛 需求的包含動(dòng)態(tài)流量的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用場(chǎng)合中照樣實(shí)施W -MAC，其效率會(huì)非常低。
2) —般流量子信道(General Traffic, GT)效率低。GT功能主要是承載 INTEREST/RESERVE包的傳輸，預(yù)約子信道帶寬。雖然其帶寬不大，是在網(wǎng)絡(luò)運(yùn) 行前固定設(shè)置的，但節(jié)點(diǎn)需要單獨(dú)為GT在無(wú)競(jìng)爭(zhēng)期計(jì)算選擇時(shí)槽，且在這些時(shí) 槽上所有鄰居節(jié)點(diǎn)都必須活動(dòng)偵聽(tīng)或發(fā)送。ti -MAC協(xié)議還規(guī)定在GT子信道上如 果沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸，也要發(fā)送冗余的維持包攜帶未來(lái)n個(gè)時(shí)槽分配的信息。這都 帶來(lái)額外的能量消耗。當(dāng)GT帶寬較大時(shí)，GT子信道效率低的問(wèn)題更加突出。
實(shí)用新型內(nèi)容
針對(duì)以上問(wèn)題，本實(shí)用新型基于u-MAC,擴(kuò)展其適用模型為更廣泛需求的 動(dòng)態(tài)流量的數(shù)據(jù)采集型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，改進(jìn)設(shè)計(jì)了一種基于介質(zhì)訪問(wèn)控制的無(wú)線傳 感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為 一種基于介質(zhì)訪問(wèn)控制的無(wú)
線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括傳感節(jié)點(diǎn)及基站，傳感節(jié)點(diǎn)與基站之間通過(guò)無(wú)線信道 傳輸數(shù)據(jù)，該傳感節(jié)點(diǎn)包括接收環(huán)境事件驅(qū)動(dòng)的觸發(fā)模塊、向基站主動(dòng)請(qǐng)求預(yù) 約傳感報(bào)告子信道初始帶寬的請(qǐng)求模塊及與基站傳送數(shù)據(jù)的第一接口模塊，該 基站包括根據(jù)請(qǐng)求模塊的預(yù)約請(qǐng)求進(jìn)行確認(rèn)處理的應(yīng)答模塊及與傳感節(jié)點(diǎn)傳送 數(shù)據(jù)的第二接口模塊。
該傳感節(jié)點(diǎn)處設(shè)有一發(fā)送緩沖器，該傳感節(jié)點(diǎn)處通過(guò)發(fā)送緩沖器來(lái)監(jiān)測(cè)和本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
本實(shí)用新型把tl-MAC擴(kuò)展成為自適應(yīng)流量變化、自動(dòng)調(diào)整合適帶寬子信道 的協(xié)議，減少了動(dòng)態(tài)流量的傳輸延時(shí)，而保留了U-MAC的時(shí)槽分配機(jī)制的優(yōu)越 性。改進(jìn)的運(yùn)行控制過(guò)程及流量感知和自適應(yīng)調(diào)整過(guò)程能很好應(yīng)付動(dòng)態(tài)流量的 數(shù)據(jù)采集型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

圖1為原信道結(jié)構(gòu)；
圖2為改進(jìn)型的信道結(jié)構(gòu)；
圖3為原li-MAC運(yùn)行控制；
圖4為改進(jìn)的運(yùn)行控制；
圖5為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖5為本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?br> 圖6為節(jié)點(diǎn)平均睡眠比例仿真實(shí)驗(yàn)圖7為4 -MAC報(bào)告包平均時(shí)延仿真實(shí)驗(yàn)圖8為本實(shí)用新型的報(bào)告包平均時(shí)延仿真實(shí)驗(yàn)圖9為傳達(dá)率仿真實(shí)驗(yàn)圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型動(dòng)態(tài)流量的數(shù)據(jù)采集型網(wǎng)絡(luò)模型的特點(diǎn)是傳感節(jié)點(diǎn)以環(huán)境事 件為驅(qū)動(dòng)，主動(dòng)向基站預(yù)約帶寬和傳輸報(bào)告數(shù)據(jù)，并同時(shí)啟動(dòng)流量感知，如果 發(fā)現(xiàn)所使用的傳感報(bào)告(Sensor R印ort， SR)子信道帶寬不足或過(guò)度空閑，則 將自動(dòng)觸發(fā)自適應(yīng)調(diào)整。概括之，主要特點(diǎn)有a)主動(dòng)性，基站只作為一個(gè)數(shù) 據(jù)集合中心，而不再做采集任務(wù)的集中控制，數(shù)據(jù)采集任務(wù)由傳感節(jié)點(diǎn)根據(jù)環(huán) 境情況主動(dòng)產(chǎn)生，主動(dòng)預(yù)約到基站的路徑和帶寬，主動(dòng)周期性地上傳報(bào)告數(shù)據(jù)； b)事件驅(qū)動(dòng)，傳感節(jié)點(diǎn)起監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集功能，環(huán)境事件直接驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù) 采集任務(wù)，并影響采集的數(shù)據(jù)類型和頻度；c)動(dòng)態(tài)流量，環(huán)境變化，傳感任務(wù) 和數(shù)據(jù)亦隨之變化，網(wǎng)絡(luò)允許存在動(dòng)態(tài)流量，應(yīng)用實(shí)例如農(nóng)田生態(tài)保護(hù)智能監(jiān) 控網(wǎng)絡(luò)等。本實(shí)用新型對(duì)U-MAC的信道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，原信道結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，改進(jìn)型
的信道結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，仍分為隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)接入方式的競(jìng)爭(zhēng)期，和TDMA調(diào)度接入的無(wú) 競(jìng)爭(zhēng)期，但簡(jiǎn)化了 u-MAC的無(wú)競(jìng)爭(zhēng)期子信道，只保留傳感報(bào)告SR子信道，而把 一般流量GT子信道的功能(主要是基站的興趣任務(wù)分發(fā)和節(jié)點(diǎn)流量預(yù)約)轉(zhuǎn)移 到競(jìng)爭(zhēng)期。這樣，無(wú)競(jìng)爭(zhēng)期完全由占網(wǎng)絡(luò)主要流量的周期性報(bào)告數(shù)據(jù)的調(diào)度使 用，信道使用率得到提高。
對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)期，開(kāi)頭加入同步信標(biāo)，在此階段，可約定由某個(gè)參考節(jié)點(diǎn)(如 編號(hào)最小的節(jié)點(diǎn))引發(fā)本地局部同步；并采用類似T-MAC協(xié)議的Time Oiit機(jī)制 限制了競(jìng)爭(zhēng)期過(guò)多的空閑偵聽(tīng)。同步后，鄰居節(jié)點(diǎn)保持在競(jìng)爭(zhēng)期偵聽(tīng)，直到TA 時(shí)間超時(shí)后仍沒(méi)有數(shù)據(jù)接收，節(jié)點(diǎn)則自動(dòng)進(jìn)入睡眠模式，直到整個(gè)競(jìng)爭(zhēng)期結(jié)束， 然后進(jìn)入無(wú)競(jìng)爭(zhēng)期只在被調(diào)度的時(shí)槽上活動(dòng)。這個(gè)思路目的在于盡可能減少節(jié) 點(diǎn)空閑偵聽(tīng)，不需要在每個(gè)競(jìng)爭(zhēng)期中讓節(jié)點(diǎn)一直偵聽(tīng)，同時(shí)保持了原競(jìng)爭(zhēng)期的 功能。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法基于流量感知和自適應(yīng)調(diào)整機(jī)制，以 適應(yīng)于其拓展的應(yīng)用模型動(dòng)態(tài)流量的數(shù)據(jù)采集型網(wǎng)絡(luò)。在新的應(yīng)用環(huán)境中，一 方面流量可以動(dòng)態(tài)變化；另一方面節(jié)點(diǎn)采集任務(wù)轉(zhuǎn)為主動(dòng)產(chǎn)生，這都要求在運(yùn) 行控制上作較大改進(jìn)。附圖3是原ii-MAC的控制方式，附圖4是本實(shí)用新型改 進(jìn)的接入控制方法，它取消了圖3中n -MAC運(yùn)行的INTEREST/RESERVE流量預(yù)約 過(guò)程，由基站主控方式改為傳感節(jié)點(diǎn)主動(dòng)調(diào)控方式。傳感節(jié)點(diǎn)根據(jù)環(huán)境事件的 變化主動(dòng)產(chǎn)生作業(yè)任務(wù)，以及帶寬需求，然后節(jié)點(diǎn)主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)預(yù)約通向基站的 子信道，并周期性地上傳傳感報(bào)告數(shù)據(jù)。
介質(zhì)訪問(wèn)的運(yùn)行控制繼承了y-MAC的四個(gè)鏈路層命令兩個(gè)數(shù)據(jù)通信命令 send、 r印ort，禾口兩個(gè)子信道建立命令register、 reserve,流量預(yù)約過(guò)程傳輸 的三種類型數(shù)據(jù)包INTEREST、 RESERVE、 REPORT (主要是為了實(shí)現(xiàn)基站分發(fā)任務(wù)
而設(shè)計(jì)的)在動(dòng)態(tài)流量的數(shù)據(jù)采集型應(yīng)用模型中不全適用，需要改進(jìn)為 RESERVE、 ACK、 REP0RT。不同的數(shù)據(jù)類型交互過(guò)程和功能參見(jiàn)附圖4。
如圖5所示，本實(shí)用新型包括傳感節(jié)點(diǎn)及基站，傳感節(jié)點(diǎn)與基站之間通過(guò)無(wú)線信道傳輸數(shù)據(jù)，該傳感節(jié)點(diǎn)包括接收環(huán)境事件驅(qū)動(dòng)的觸發(fā)模塊、向基站主 動(dòng)請(qǐng)求預(yù)約傳感報(bào)告子信道初始帶寬的請(qǐng)求模塊及與基站傳送數(shù)據(jù)的第一接口 模塊，該基站包括根據(jù)請(qǐng)求模塊的預(yù)約請(qǐng)求進(jìn)行確認(rèn)處理的應(yīng)答模塊及與傳感 節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)的第二接口模塊。
本實(shí)用新型主要的運(yùn)行控制過(guò)程有以下步驟
a) 傳感節(jié)點(diǎn)由環(huán)境事件驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捫枨?，在GT子信道向'
基站發(fā)送RESERVE包，主動(dòng)請(qǐng)求預(yù)約SR子信道的初始帶寬，中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行帶寬 注冊(cè)和綁定，傳遞RESERVE包；
b) 基站在GT子信道回發(fā)ACK確認(rèn)包，逐跳傳回傳感器節(jié)點(diǎn)，并一路上預(yù) 約帶寬，激活請(qǐng)求的SR子信道；
c) 傳感節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生REPORT包，在己建立的SR子信道向基站發(fā)送報(bào)告，并監(jiān) 測(cè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送緩沖器；
d) 當(dāng)環(huán)境事件變化，傳輸任務(wù)需求變化，若流量波動(dòng)超出閾值，節(jié)點(diǎn)將在 GT子信道觸發(fā)同a、 b兩步的RESERVE/ACK流量自適應(yīng)調(diào)整過(guò)程，預(yù)約新的帶寬， 以適應(yīng)動(dòng)態(tài)流量。
上述RESERVE包由路由層協(xié)議決定傳輸路徑，初始帶寬根據(jù)傳感節(jié)點(diǎn)的應(yīng) 用層信息獲得。
本實(shí)用新型的運(yùn)行基于流量感知及自適應(yīng)調(diào)整機(jī)制。P -MAC協(xié)議的節(jié)點(diǎn)維 護(hù)一個(gè)發(fā)送緩沖器，網(wǎng)絡(luò)存在時(shí)延，緩沖器可以在子信道尚未準(zhǔn)備好或忙碌時(shí) 暫存數(shù)據(jù)包。由于針對(duì)周期性數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的特殊性，U-MAC對(duì)緩存器的要求 不大，且隊(duì)列也不長(zhǎng)，主要是在協(xié)議啟動(dòng)階段臨時(shí)存儲(chǔ)待發(fā)送的包。本實(shí)用新 型設(shè)計(jì)正好利用率這一發(fā)送緩沖器來(lái)監(jiān)控和感知流量變化，從而觸發(fā)進(jìn)一步的 自適應(yīng)調(diào)整。本設(shè)計(jì)取消了 INTEREST/RESERVE流量預(yù)約過(guò)程，而讓節(jié)點(diǎn)根據(jù)自 身的流量需求初始一個(gè)從傳感節(jié)點(diǎn)到基站的一定帶寬的子信道。然后傳感器節(jié) 點(diǎn)監(jiān)控自身的隊(duì)列緩沖器，流量感知的策略為如果隊(duì)列在時(shí)間段tl內(nèi)的長(zhǎng)度 保持大于閾值q，則可認(rèn)為預(yù)約的帶寬不夠，可觸發(fā)新的一次預(yù)約過(guò)程，申請(qǐng)更 大帶寬的子信道；如果在時(shí)段t2內(nèi)緩沖器保持空，則可認(rèn)為帶寬冗余，可觸發(fā)新的預(yù)約過(guò)程，減少占用的時(shí)槽數(shù)(帶寬)。自適應(yīng)調(diào)整過(guò)程基于上文所述的運(yùn) 行控制過(guò)程。tl、 q、 t2是協(xié)議的關(guān)鍵參數(shù)，它們決定了流量感知的敏感程度。
這樣改進(jìn)的特點(diǎn)在于把w -MAC擴(kuò)展成為自適應(yīng)流量變化、自動(dòng)調(diào)整合適帶 寬子信道的協(xié)議，減少了動(dòng)態(tài)流量的傳輸延時(shí)，而保留了^-MAC的時(shí)槽分配機(jī) 制的優(yōu)越性。改進(jìn)的運(yùn)行控制過(guò)程及流量感知和自適應(yīng)調(diào)整過(guò)程能很好應(yīng)付動(dòng) 態(tài)流量的數(shù)據(jù)采集型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
本實(shí)用新型針對(duì)動(dòng)態(tài)流量的采集型WSN應(yīng)用，繼承了 " -MAC主要的高效控 制策略，在性能改進(jìn)方面，擴(kuò)展了協(xié)議的應(yīng)用模型，使用一種改進(jìn)的信道結(jié)構(gòu) 和控制方式，提高了無(wú)競(jìng)爭(zhēng)期信道使用率，并提供了良好的動(dòng)態(tài)流量自適應(yīng)性， 主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)流量動(dòng)態(tài)變化時(shí)，協(xié)議還能保持良好的性能。理論上定性分析， 這些改進(jìn)措施將能良好地改善P-MAC的動(dòng)態(tài)負(fù)載流量自適應(yīng)性，代價(jià)是稍微降 低協(xié)議的節(jié)能效率，尤其是網(wǎng)絡(luò)流量變化較大時(shí)，因?yàn)楦蟮牧髁繒?huì)需求更多 的時(shí)槽調(diào)度，節(jié)點(diǎn)的睡眠機(jī)會(huì)自然減少，睡眠比例降低。而流量恒定或變化較 小的情況下，本設(shè)計(jì)能保持與P-MAC相近的節(jié)能效率和時(shí)延性能。下文將用仿
真實(shí)驗(yàn)定量地分析本實(shí)用新型的性能。
實(shí)驗(yàn)在NS-2平臺(tái)中進(jìn)行。為了對(duì)比評(píng)價(jià)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了li-MAC協(xié)議。測(cè)試的
性能指標(biāo)為在不同的流量下的節(jié)能效率、時(shí)延和傳達(dá)率。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥⒖荚瓂 -MAC的實(shí)驗(yàn)，結(jié)構(gòu)如圖6。只有直接相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)能互相通信，這種簡(jiǎn)化的結(jié) 構(gòu)幫助研究直接的MAC指標(biāo)，排除路由層選擇的影響。協(xié)議的主要參數(shù)為無(wú) 線信道的速率為20Kbps，競(jìng)爭(zhēng)期時(shí)槽長(zhǎng)度為20ms，無(wú)競(jìng)爭(zhēng)期時(shí)槽長(zhǎng)度40ms (含 轉(zhuǎn)換間隔。此期間可容長(zhǎng)達(dá)100字節(jié)的數(shù)據(jù)包傳輸)；競(jìng)爭(zhēng)期包重發(fā)最多為7次， 為保證99%傳達(dá)率，選擇盈余的參數(shù)N=25，故競(jìng)爭(zhēng)期時(shí)槽總數(shù)為7X1. 44XN=252 個(gè)；發(fā)給基站的報(bào)告包為50字節(jié)；實(shí)驗(yàn)中只實(shí)現(xiàn)一個(gè)SR子信道；NCR算法采用 MD5作為偽隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器；緩沖器為20個(gè)包；參數(shù)Rc取為PZ。。 MAC的興趣 任務(wù)初始化為每秒8個(gè)包(8p/s)并在實(shí)驗(yàn)中不改變。本設(shè)計(jì)的tl、 q、 t2參 數(shù)取為10個(gè)時(shí)槽、18個(gè)包、4個(gè)時(shí)槽。實(shí)驗(yàn)仿真兩種協(xié)議，并多次運(yùn)行，結(jié)果 及分析如下1) 節(jié)能效率實(shí)驗(yàn)分析
節(jié)能效率用節(jié)點(diǎn)的睡眠比例來(lái)間接衡量。圖7中，橫坐標(biāo)Ti'是包產(chǎn)生間 隔，表示了在節(jié)點(diǎn)感知不同的環(huán)境事件時(shí)觸發(fā)的不同作業(yè)任務(wù)(包產(chǎn)生間隔)， 該值越小(越往坐標(biāo)左邊)，包產(chǎn)生越密集；該值越大(越往坐標(biāo)右邊)，包產(chǎn) 生越稀疏。而ti-MAC是基站主控的方式，傳感器節(jié)點(diǎn)不能主動(dòng)調(diào)整產(chǎn)生的數(shù)據(jù) 包類型和頻度等。對(duì)于U-MAC協(xié)議，u-MAC的興趣任務(wù)初始化為每秒8個(gè)包 (8p/s)并在實(shí)驗(yàn)中不改變。
由圖7可見(jiàn)，Au-MAC節(jié)點(diǎn)睡眠比例在流量變大時(shí)(包間隔Ti， <8p/s)低 于u-MAC，而在Ti， 〉8p/s時(shí)睡眠比例稍高于u-MAC。體現(xiàn)了 A w-MAC動(dòng)態(tài)的 SR子信道帶寬，可用節(jié)能效率換取負(fù)載適應(yīng)。因?yàn)楸緦?shí)用新型的控制方式中， 隨著流量的增大會(huì)自動(dòng)為SR子信道分配更多的時(shí)槽以適應(yīng)新的需求，故在包產(chǎn) 生間隔Ti'小于初始值8p/s時(shí)的節(jié)點(diǎn)平均睡眠比例降低，而Ti, 〉8p/s時(shí)，節(jié) 點(diǎn)睡眠比例也會(huì)自動(dòng)調(diào)大。這是節(jié)能效率與流量適應(yīng)性之間的平衡和轉(zhuǎn)換。
2) 時(shí)延性能實(shí)驗(yàn)分析
圖8和9分別表示n -MAC和本實(shí)用新型的改進(jìn)設(shè)計(jì)的報(bào)告包時(shí)延。圖中橫 坐標(biāo)Ti，仍是包產(chǎn)生間隔，圖示三條曲線表示在編號(hào)1、 3、 5的節(jié)點(diǎn)中測(cè)試的 平均隊(duì)列時(shí)延。ti-MAC并不保證數(shù)據(jù)包被立即傳輸，而是保證根據(jù)包產(chǎn)生率對(duì) 應(yīng)分配足夠多的時(shí)槽。節(jié)點(diǎn)n不僅要傳輸自身的數(shù)據(jù)，還要傳遞前n-l個(gè)節(jié)點(diǎn) 的數(shù)據(jù)，故5個(gè)節(jié)點(diǎn)的通過(guò)負(fù)載和時(shí)延表現(xiàn)是不同的，圖中記錄了其中三個(gè)節(jié) 點(diǎn)的情況。由圖，在包間隔Ti'較大(流量小)時(shí)，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的時(shí)延性 能與U-MAC相近，但隨著Ti，減小(流量增大)，H-MAC時(shí)延明顯增大，而本 實(shí)用新型的方案卻表現(xiàn)很穩(wěn)定。這是因?yàn)樵诹髁吭龃髸r(shí)，滯留在節(jié)點(diǎn)緩沖器中 的包增多，U-MAC子信道的帶寬(容量)是固定的，流量過(guò)大，會(huì)引起隊(duì)列過(guò) 長(zhǎng)，時(shí)延也明顯增大，負(fù)載過(guò)重時(shí)甚至可能出現(xiàn)丟包；而本實(shí)用新型的子信道 是自適應(yīng)動(dòng)態(tài)流量的，可確保緩沖器的隊(duì)列長(zhǎng)度適宜，保證時(shí)延性能。
3) 傳達(dá)率實(shí)驗(yàn)分析
圖IO所示是在不同流量負(fù)載下的傳達(dá)率(1-丟包率)，圖中橫坐標(biāo)Ti'是包產(chǎn)生間隔，表示網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際流動(dòng)的負(fù)載數(shù)據(jù)的密度，而y-MAC的興趣任務(wù)初 始化為每秒8個(gè)包(8p/s)并在實(shí)驗(yàn)中不改變。實(shí)驗(yàn)中u-MAC和Au -MAC緩沖 器均為20個(gè)包?？梢?jiàn)本實(shí)用新型在流量增大的情況下保持良好的包傳達(dá)率，保 證很高的可靠性；而y-MAC在不堪重荷時(shí)丟包率明顯增大。這與時(shí)延實(shí)驗(yàn)的分 析是相似的，ix-MAC的SR子信道不能應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)流量，負(fù)載變重時(shí)協(xié)議甚至無(wú)法 正常工作。
綜上所述，本實(shí)用新型增強(qiáng)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層介質(zhì)訪問(wèn)控制的 流量適應(yīng)性，適用于更廣泛需求的動(dòng)態(tài)流量數(shù)據(jù)采集型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，同時(shí)保留了 跟u -MAC在正常運(yùn)行時(shí)相近的性能，負(fù)載重而"-MAC明顯劣化時(shí)(u -MAC由基 站主控，集中分發(fā)數(shù)據(jù)采集任務(wù)，網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際的流量變化基站無(wú)法應(yīng)對(duì))，本實(shí) 用新型卻能以稍微降低節(jié)能效率來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延性能和可靠性，體現(xiàn)了 良好的動(dòng)態(tài)流量適應(yīng)性。本實(shí)用新型具備一定實(shí)用意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
權(quán)利要求1、一種基于介質(zhì)訪問(wèn)控制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括傳感節(jié)點(diǎn)及基站，傳感節(jié)點(diǎn)與基站之間通過(guò)無(wú)線信道傳輸數(shù)據(jù)，其特征在于該傳感節(jié)點(diǎn)包括接收環(huán)境事件驅(qū)動(dòng)的觸發(fā)模塊、向基站主動(dòng)請(qǐng)求預(yù)約傳感報(bào)告子信道初始帶寬的請(qǐng)求模塊及與基站傳送數(shù)據(jù)的第一接口模塊，該基站包括根據(jù)請(qǐng)求模塊的預(yù)約請(qǐng)求進(jìn)行確認(rèn)處理的應(yīng)答模塊及與傳感節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)的第二接口模塊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于介質(zhì)訪問(wèn)控制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特 征在于該傳感節(jié)點(diǎn)處設(shè)有一發(fā)送緩沖器，該傳感節(jié)點(diǎn)處通過(guò)發(fā)送緩沖器來(lái)監(jiān)
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于介質(zhì)訪問(wèn)控制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括傳感節(jié)點(diǎn)及基站，傳感節(jié)點(diǎn)與基站之間通過(guò)無(wú)線信道傳輸數(shù)據(jù)，該傳感節(jié)點(diǎn)包括接收環(huán)境事件驅(qū)動(dòng)的觸發(fā)模塊、向基站主動(dòng)請(qǐng)求預(yù)約傳感報(bào)告子信道初始帶寬的請(qǐng)求模塊及與基站傳送數(shù)據(jù)的第一接口模塊，該基站包括根據(jù)請(qǐng)求模塊的預(yù)約請(qǐng)求進(jìn)行確認(rèn)處理的應(yīng)答模塊及與傳感節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)的第二接口模塊。
文檔編號(hào)H04W84/18GK201426184SQ200920056628
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者古連華, 程良倫, 衷柳生 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)