一種移動節(jié)點自適應(yīng)媒體訪問控制方法
【專利摘要】一種移動節(jié)點自適應(yīng)媒體訪問控制方法，屬于無線網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】。所述節(jié)點周期性地進行睡眠、偵聽和同步，節(jié)點在偵聽期間進行數(shù)據(jù)通信，在睡眠期間進入睡眠狀態(tài)以降低功耗，且通過采用同步機制，使節(jié)點之間形成一致的偵聽睡眠調(diào)度，其特征在于，節(jié)點在同步期間，進行自適應(yīng)調(diào)整，具體包括如下步驟：根據(jù)RSSI值的變化評估節(jié)點的移動速度；根據(jù)上述步驟得出的節(jié)點的移動速度調(diào)整同步的頻率；在發(fā)送端對節(jié)點傳輸延時及能耗進行估算；接收端節(jié)點進行占空比自適應(yīng)調(diào)整。優(yōu)點：網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點靜止和移動場景中均有較高的效率，提高了節(jié)點加入新簇的速度；在保證合理能耗的同時，進一步降低傳輸延時；引入的控制成本很小，易于實現(xiàn)。
【專利說明】一種移動節(jié)點自適應(yīng)媒體訪問控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種移動節(jié)點自適應(yīng)媒體訪問控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(英文全稱為:Wireless Sensor Network,英文簡稱:WSN)是由大量的靜止或移動的傳感器節(jié)點以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。通常，無線傳感節(jié)點采用電池供電，可攜帶的電池能量十分有限，且可能被部署在嚴(yán)酷的環(huán)境中，因此難以通過更換電池或充電來補充能量；另一方面，如果多節(jié)點同時訪問無線頻譜資源，并相互產(chǎn)生沖突干擾，由此導(dǎo)致傳輸失敗而引發(fā)的重傳，也會加快節(jié)點能耗。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，MAC(英文全稱為:Medium Access Control,中文名稱為:媒體訪問控制)協(xié)議決定無線信道的使用方式，其主要目標(biāo)之一是在傳感器節(jié)點之間分配有限的無線通信資源，其作為控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點共享介質(zhì)的主要手段，直接影響著系統(tǒng)的能效性。
[0003]在目前的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，MAC協(xié)議一般采用周期性偵聽和睡眠機制來減少空閑監(jiān)聽所帶來的能量損耗，由此提高節(jié)點能效性。一個運行周期長度被固定為偵聽和睡眠兩部分，其偵聽時間和整個周期長度的比為占空比，也為固定值。節(jié)點在偵聽期間進行數(shù)據(jù)通信，在睡眠期間進入睡眠狀態(tài)以降低功耗。為了保證節(jié)點之間的準(zhǔn)確通信，協(xié)議設(shè)計采用同步機制，同步包位于數(shù)據(jù)內(nèi)容之前，使得節(jié)點之間形成一致的偵聽睡眠調(diào)度，通過周期性接收和轉(zhuǎn)發(fā)同步包，使得節(jié)點之間形成一致的偵聽睡眠調(diào)度。為了避免兩個節(jié)點從未發(fā)現(xiàn)對方(例如，同步包的損壞、碰撞或通信介質(zhì)始終忙碌，使同步數(shù)據(jù)包無法被及時送出等原因)或傳感器網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，每個節(jié)點都執(zhí)行鄰居發(fā)現(xiàn)過程。鄰居發(fā)現(xiàn)過程是一個周期性地進行重新同步的過程(例如每2分鐘進行10秒鐘的重同步)，重同步的頻率和時長為固定值。但這類協(xié)議不要求網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點進行同步，僅需要同一簇或虛擬簇中節(jié)點同步，而簇邊界的節(jié)點需遵循多個不同簇或虛擬簇的時間表。然而，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用過程中，上述MAC協(xié)議的性能發(fā)揮受到很大限制，其原因主要為:1.近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在人體定位、康復(fù)和保健等方面的應(yīng)用越來越多，由于人體天然的移動性，部署的傳感器隨人體不斷運動，將使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頻繁發(fā)生變化，若一個移動節(jié)點需要與另一簇中的節(jié)點重新建立連接，則必須等待新的同步周期，在這一過程中，移動節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)的其它部分?jǐn)嚅_，引入延時，因而會使網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能變差。2.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量經(jīng)常發(fā)生變化，且在很多情況下沒有規(guī)律或規(guī)律不可循，因而，若采用固定周期和占空比，當(dāng)傳輸速率較高時，容易引起緩沖區(qū)溢出丟包；而在數(shù)據(jù)傳輸量較小時，不必要的喚醒過程將耗費能量，使得協(xié)議性能下降。
[0004]鑒于上述已有技術(shù)，有必要加以改進，為此，本 申請人:作了有益的設(shè)計，下面將要介紹的技術(shù)方案便是在這種背景下產(chǎn)生的。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種移動節(jié)點自適應(yīng)的媒體訪問控制方法，使節(jié)點能夠在移動的情況下獲得較好的性能，并能依據(jù)傳輸負(fù)荷情況動態(tài)調(diào)整占空比，降低高速數(shù)據(jù)傳輸過程中的延時。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣來達到的，一種移動節(jié)點自適應(yīng)的媒體訪問控制方法，所述節(jié)點周期性地進行睡眠、偵聽和同步，節(jié)點在偵聽期間進行數(shù)據(jù)通信，在睡眠期間進入睡眠狀態(tài)以降低功耗，且通過采用同步機制，使節(jié)點之間形成一致的偵聽睡眠調(diào)度，其特征在于，節(jié)點在同步期間，進行自適應(yīng)調(diào)整，具體包括如下步驟:
[0007]步驟1:根據(jù)RSSI (接收信號強度)值的變化評估節(jié)點的移動速度；
[0008]步驟2:根據(jù)由步驟I得出的節(jié)點的移動速度調(diào)整同步的頻率；
[0009]步驟3:在發(fā)送端對節(jié)點傳輸延時及能耗進行估算；
[0010]步驟4:接收端節(jié)點進行占空比自適應(yīng)調(diào)整。
[0011]在本發(fā)明的一個具體的實施例中，所述的根據(jù)RSSI值的變化來評估節(jié)點的移動速度是指RSSI值變化越快，節(jié)點移動越快；若存在多個RSSI值，則取最大的RSSI變化值，由此估計節(jié)點是否移動及移動的速率。
[0012]在本發(fā)明的另一個具體的實施例中，所述的根據(jù)節(jié)點的移動速度調(diào)整同步的頻率，是指先判斷是否存在初始RSSI值，若不存在，則記錄下當(dāng)前RSSI值；若存在，則與初始RSSI值作差，將RSSI變化值與預(yù)先設(shè)定好的RSSI閾值進行比較，估計出節(jié)點運動的快慢，并生成一個Mobility (移動)字段用以表征移動的快慢，附在SYNC數(shù)據(jù)包后進行發(fā)送:在節(jié)點自身發(fā)生移動的情況下，節(jié)點向周圍節(jié)點發(fā)送Mobi I ity信息,周圍節(jié)點依據(jù)此信息提高同步頻率，降低本節(jié)點加入新簇的速度；在周圍節(jié)點發(fā)生移動的情況下，節(jié)點同樣向周圍節(jié)點發(fā)送Mobility信息,周圍節(jié)點加快同步頻率。
[0013]在本發(fā)明的又一個具體的實施例中，所述的在發(fā)送端對節(jié)點傳輸延時及能耗進行估算是指用數(shù)據(jù)包進入發(fā)送隊列到被成功送出所需的時間來近似地表征單跳延時，同時，讀取節(jié)點能耗相關(guān)信息，以此更新本周期內(nèi)平均延時、能耗以及接收到的數(shù)據(jù)包量，節(jié)點將這一數(shù)據(jù)隨數(shù)據(jù)包頭發(fā)送出去。
[0014]在本發(fā)明的再一個具體的實施例中，所述的接收端節(jié)點進行占空比自適應(yīng)調(diào)整是指依據(jù)節(jié)點傳輸延時及能耗估計的結(jié)果，在傳輸負(fù)荷較高時，使占空比成倍增加，在低負(fù)荷時，使占空比減半。
[0015]本發(fā)明由于采用了上述結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是:通過增加節(jié)點移動估計及自適應(yīng)調(diào)整使得網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點靜止和移動場景中均有較高的效率，其根據(jù)接收信號強度的變化來評估節(jié)點的運動速度，相應(yīng)調(diào)整同步頻率，用以提高節(jié)點加入新簇的速度；另一方面，合理估算延時和能耗情況，動態(tài)調(diào)整占空比，在保證合理能耗的同時，進一步降低傳輸延時；引入的控制成本很小，易于實現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是MAC協(xié)議中的偵聽、睡眠和重同步的關(guān)系示意圖。
[0017]圖2是在原有SYNC數(shù)據(jù)包后加入移動信息的示意圖。
[0018]圖3是節(jié)點在接收Mobility信息后自適應(yīng)調(diào)整同步頻率的示意圖。
[0019]圖4是相鄰節(jié)點使用占空比倍增后的時間表進行通信的示意圖【具體實施方式】
[0020]為了使公眾能充分了解本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)和有益效果， 申請人:將在下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】詳細(xì)描述，但 申請人:對實施例的描述不是對技術(shù)方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思作形式而非實質(zhì)的變化都應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的保護范圍。
[0021]請參閱圖1，一種移動節(jié)點自適應(yīng)的媒體訪問控制方法，所述的節(jié)點周期性地進行睡眠、偵聽和同步。節(jié)點在偵聽期間進行數(shù)據(jù)通信；在睡眠期間進入睡眠狀態(tài)以降低功耗，且通過采用同步機制，使節(jié)點之間形成一致的偵聽睡眠調(diào)度；節(jié)點在同步期間，進行自適應(yīng)調(diào)整，具體包括如下步驟:
[0022]步驟1:根據(jù)RSSI值的變化評估節(jié)點的移動速度；
[0023]步驟2:根據(jù)由步驟I得出的節(jié)點的移動速度調(diào)整同步的頻率；
[0024]步驟3:在發(fā)送端對節(jié)點傳輸延時及能耗進行估算；
[0025]步驟4:接收端節(jié)點進行占空比自適應(yīng)調(diào)整。
[0026]其中，步驟I中所述的根據(jù)RSSI值的變化來評估節(jié)點的移動速度是指RSSI值變化越快，節(jié)點移動越快；若存在多個RSSI值，則取最大的RSSI變化值，由此估計節(jié)點是否移動及移動的速率。
[0027]請參閱圖2并結(jié)合圖3，對步驟2所述的根據(jù)節(jié)點的移動速度來調(diào)整同步的頻率的過程進行說明。節(jié)點首先根據(jù)RSSI值的變化情況，生成Mobility字段。在發(fā)送SYNC數(shù)據(jù)包時，是在原有SYNC數(shù)據(jù)包(Original SYNC)后加入與節(jié)點移動相關(guān)的Mobility信息(SP接收到RSSI值的變化信息)，以便相鄰節(jié)點進行相關(guān)調(diào)整。具體步驟為:先判斷是否存在初始RSSI值，若不存在，則記錄下當(dāng)前RSSI值；若存在，則與初始RSSI值作差；將兩次RSSI值的差值與RSSI閾值進行比較，估計出節(jié)點運動的快慢，依據(jù)此結(jié)果生成Mobi I ity字段，用以表征移動的快慢；節(jié)點收到RSSI值時重復(fù)步驟I ;節(jié)點將該Mobility信息隨SYNC數(shù)據(jù)包發(fā)送，接收節(jié)點據(jù)此信息進行相關(guān)調(diào)整:在節(jié)點自身發(fā)生移動的情況下，節(jié)點向周圍節(jié)點發(fā)送Mobility信息,周圍節(jié)點依據(jù)此信息提高同步頻率，降低本節(jié)點加入新簇的速度；在周圍節(jié)點發(fā)生移動的情況下，節(jié)點同樣向周圍節(jié)點發(fā)送MobiIity信息,周圍節(jié)點加快同步頻率。當(dāng)所有節(jié)點均靜止時，接收SYNC數(shù)據(jù)包時的RSSI值變化不大，重同步時長不變，此時與固定重同步時長的性能差異不大；當(dāng)節(jié)點處于移動狀態(tài)時，若開始建立同步的時間在(0，Tg)上均勻分布，則節(jié)點加入新簇的平均延遲為:
【權(quán)利要求】
1.一種移動節(jié)點自適應(yīng)的媒體訪問控制方法，所述節(jié)點周期性地進行睡眠、偵聽和同步，節(jié)點在偵聽期間進行數(shù)據(jù)通信，在睡眠期間進入睡眠狀態(tài)以降低功耗，且通過采用同步機制，使節(jié)點之間形成一致的偵聽睡眠調(diào)度，其特征在于，節(jié)點在同步期間，進行自適應(yīng)調(diào)整，具體包括如下步驟:步驟1，根據(jù)RSSI值的變化評估節(jié)點的移動速度；步驟2，根據(jù)由步驟I得出的節(jié)點的移動速度調(diào)整同步的頻率；步驟3，在發(fā)送端對節(jié)點傳輸延時及能耗進行估算；步驟4，接收端節(jié)點進行占空比自適應(yīng)調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動節(jié)點自適應(yīng)的媒體訪問控制方法，其特征在于所述的根據(jù)RSSI值的變化來評估節(jié)點的移動速度是指RSSI值變化越快，節(jié)點移動越快；若存在多個RSSI值，則取最大的RSSI變化值，由此估計節(jié)點是否移動及移動的速率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動節(jié)點自適應(yīng)的媒體訪問控制方法，其特征在于所述的根據(jù)節(jié)點的移動速度調(diào)整同步的頻率，是指先判斷是否存在初始RSSI值，若不存在，則記錄下當(dāng)前RSSI值；若存在，則與初始RSSI值作差，將RSSI變化值與預(yù)先設(shè)定好的RSSI閾值進行比較，估計出節(jié)點運動的快慢，并生成一個Mobility字段用以表征移動的快慢，附在SYNC數(shù)據(jù)包后進行發(fā)送:在節(jié)點自身發(fā)生移動的情況下，節(jié)點向周圍節(jié)點發(fā)送Mobility信息，周圍節(jié)點依據(jù)此信息提高同步頻率，降低本節(jié)點加入新簇的速度；在周圍節(jié)點發(fā)生移動的情況下，節(jié)點同樣向周圍節(jié)點發(fā)送Mobility信息,周圍節(jié)點加快同步頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動節(jié)點自適應(yīng)的媒體訪問控制方法，其特征在于所述的在發(fā)送端對節(jié)點傳輸延時及能耗進行估算是指用數(shù)據(jù)包進入發(fā)送隊列到被成功送出所需的時間來近似地表征單跳延時，同時，讀取節(jié)點能耗相關(guān)信息，以此更新本周期內(nèi)平均延時、能耗以及接收到的數(shù)據(jù)包量，節(jié)點將這一數(shù)據(jù)隨數(shù)據(jù)包頭發(fā)送出去。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動節(jié)點自適應(yīng)的媒體訪問控制方法，其特征在于所述的接收端節(jié)點進行占空比自適應(yīng)調(diào)整是指依據(jù)節(jié)點傳輸延時及能耗估計的結(jié)果，在傳輸負(fù)荷較高時，使占空比成倍增加，在低負(fù)荷時，使占空比減半。
【文檔編號】H04W84/18GK103813363SQ201410063575
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】王振洪, 馬曉東, 陳小星, 董義, 周亮, 陳建新 申請人:江蘇億通高科技股份有限公司