發(fā)送端啟動(dòng)的異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)mac協(xié)議的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)送端啟動(dòng)的異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議，采用了前導(dǎo)短幀技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)欲發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先采用清除信道訪問機(jī)制判斷信道是否空閑，確認(rèn)信道無通信任務(wù)后發(fā)送一定數(shù)量的前導(dǎo)短幀(UF幀)，每個(gè)處于工作狀態(tài)的鄰居節(jié)點(diǎn)周期性監(jiān)聽信道，當(dāng)檢測到以自己為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的第一個(gè)UF幀后，向發(fā)送方發(fā)送確認(rèn)幀并進(jìn)入接收狀態(tài)等待接收數(shù)據(jù)。發(fā)送方采用“間隔前導(dǎo)”機(jī)制在每兩個(gè)UF幀發(fā)送的間隔時(shí)隙內(nèi)等待確認(rèn)幀，收到確認(rèn)幀后立即停止發(fā)送UF幀，進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)。本發(fā)明充分匹配了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性，可以有效地降低網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，減少網(wǎng)絡(luò)碰撞，降低網(wǎng)絡(luò)延遲。
【專利說明】發(fā)送端啟動(dòng)的異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)送端啟動(dòng)的異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)由于具有廣闊的應(yīng)用前景而在近幾年受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。而在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)增多時(shí)，易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)碰撞；此外，網(wǎng)絡(luò)中的通信能耗，影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電池壽命，不利于網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展至更多節(jié)點(diǎn)。介質(zhì)訪問控制(Medium Access Control, MAC)協(xié)議決定無線信道的使用方式，負(fù)責(zé)分配傳感器節(jié)點(diǎn)間有限的通信資源，對傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能影響很大，是保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高效通信的關(guān)鍵。因此，如何設(shè)計(jì)簡單、高效的MAC協(xié)議，實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸并減小能耗，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的根本問題。
[0003]目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各種MAC協(xié)議大都采用休眠與偵聽互相交替的工作模式以減少通信能耗，其中發(fā)送端啟動(dòng)的異步MAC協(xié)議因具有同步簡單、不需要統(tǒng)一的休眠調(diào)度表、吞吐量高、占空比小的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。這類協(xié)議采用低能量偵聽機(jī)制為:節(jié)點(diǎn)欲發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先在信道中發(fā)送一個(gè)比休眠周期略長的前導(dǎo)，每個(gè)處于工作狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽信道，當(dāng)檢測到前導(dǎo)后等待接收數(shù)據(jù)。但傳統(tǒng)的發(fā)送端啟動(dòng)的MAC協(xié)議在實(shí)際應(yīng)用時(shí)也存在不少問題，比如:1、對于其所采用的低能量偵聽機(jī)制，接收方需要等待發(fā)送方將整個(gè)前導(dǎo)信號發(fā)完再接收數(shù)據(jù)，對發(fā)送方和接收方都造成了較大的能耗；2、發(fā)送方發(fā)送前導(dǎo)信號無目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，造成非目的節(jié)點(diǎn)接收并處理數(shù)據(jù)，形成串音；3、前導(dǎo)信號的時(shí)間固定，造成了不必要的通信延遲。
[0004]本發(fā)明針對傳統(tǒng)發(fā)送端啟動(dòng)的MAC協(xié)議的不足，提出了一種具有新的低能量偵聽方式的MAC協(xié)議，可稱之為MF-MAC(Micro Framed MAC Protocol，采用前導(dǎo)短幀的MAC協(xié)議)。協(xié)議采用前導(dǎo)短幀技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)首先在信道中發(fā)送一定數(shù)量的前導(dǎo)短幀(UF幀)，每一個(gè)UF幀包含了目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的地址，周圍每個(gè)處于工作狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)周期性監(jiān)聽信道，當(dāng)檢測到以自己為目的的UF幀后等待接收數(shù)據(jù)；目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收到第一個(gè)UF幀后，向發(fā)送方發(fā)送確認(rèn)幀，發(fā)送方采用“間隔前導(dǎo)”機(jī)制在每兩個(gè)UF幀發(fā)送的間隔時(shí)隙內(nèi)等待確認(rèn)幀，收到確認(rèn)幀后立即停止發(fā)送UF幀，進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)。本發(fā)明充分匹配了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性，可以有效地降低網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，減少網(wǎng)絡(luò)碰撞，降低網(wǎng)絡(luò)延遲。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種發(fā)送端啟動(dòng)的異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議，應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，減少網(wǎng)絡(luò)碰撞，降低網(wǎng)絡(luò)延遲。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種發(fā)送端啟動(dòng)的異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議，基于傳統(tǒng)異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的前導(dǎo)技術(shù)，將傳統(tǒng)的發(fā)送方的前導(dǎo)同步信號分解成η個(gè)前導(dǎo)短幀發(fā)送，即分解成η個(gè)UF幀發(fā)送，目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)收到UF幀后向發(fā)送方發(fā)送確認(rèn)幀以實(shí)現(xiàn)同步，具體包括如下步驟:
[0008](I)發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前發(fā)送前導(dǎo)短幀，在發(fā)送前導(dǎo)短幀前，首先判斷信道是否空閑:若判斷信道空閑，喚醒該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)至接收狀態(tài)，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)并向該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送前導(dǎo)信號；否則，判斷信道忙，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)退避一段時(shí)間后，直接進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)并向該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送前導(dǎo)信號；
[0009](2)發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的前導(dǎo)信號，通過將傳統(tǒng)的發(fā)送方的前導(dǎo)同步信號分解成η個(gè)前導(dǎo)短幀，即分解成η個(gè)UF幀，每個(gè)UF幀均包含了目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)的地址；當(dāng)接收方的某一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)從休眠中被喚醒并接收到一個(gè)UF幀的時(shí)候，對該UF幀中包含的目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)的地址進(jìn)行查看:若發(fā)現(xiàn)自身是非目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)，則該傳感器節(jié)點(diǎn)迅速返回休眠狀態(tài)并休眠至少一個(gè)完整的發(fā)送周期，之后再重新進(jìn)入低能量偵聽狀態(tài)，即進(jìn)入休眠與偵聽交替的狀態(tài)；若發(fā)現(xiàn)自身是目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)，則保持接收狀態(tài)直至接收到整個(gè)數(shù)據(jù)幀；
[0010](3)發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送前導(dǎo)短幀時(shí)，采用間隔前導(dǎo)機(jī)制，即在每連續(xù)的兩個(gè)UF幀之間插入一段停頓時(shí)隙，在停頓時(shí)隙期間發(fā)送方傳感器暫停發(fā)送UF幀，在停頓時(shí)隙發(fā)送方傳感器進(jìn)行信道偵聽；目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)在接收到第一個(gè)UF幀后發(fā)送確認(rèn)幀，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)在停頓時(shí)隙期間接收到確認(rèn)幀后，立即停止發(fā)送UF幀，開始向目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，直至發(fā)送完整個(gè)數(shù)據(jù)幀；在發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送完整個(gè)數(shù)據(jù)幀后進(jìn)入休眠與偵聽交替的狀態(tài)；目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)接收到整個(gè)數(shù)據(jù)幀后進(jìn)入休眠與偵聽交替的狀態(tài)。
[0011]所述步驟(I)中，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送前導(dǎo)短幀前，首先采用清除信道訪問機(jī)制(Clear Channel Assessment, CCA)判斷信道是否空閑:當(dāng)接收方傳感器節(jié)點(diǎn)接收信號強(qiáng)度指示(RSSI)小于門限值CSthreshtjld并且該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)不在接收數(shù)據(jù)時(shí)，即該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，判斷信道空閑，喚醒該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)至接收狀態(tài)，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)并向該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送前導(dǎo)信號；否則，判斷信道忙，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)退避一段時(shí)間后，直接進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)并向該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送前導(dǎo)信號。
[0012]發(fā)送方和接收方的無線收發(fā)器均采用CC2500芯片；所述步驟(I)中，與接收方傳感器節(jié)點(diǎn)接收信號強(qiáng)度指示(RSSI)進(jìn)行比較的門限值CSthreshtjld根據(jù)實(shí)際需要配置，其中門限值CSthreshtjld通過配置CC2500芯片的相關(guān)寄存器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，具體為:通過配置AGCCTRL2.MAX_LNA_GAIN和 AGCCTRL2.MAX_DVGA_GAIN兩個(gè)寄存器參數(shù)得到門限值 CSthreshtjld的初值，通過匹配值CARRIER_SENSE_ABS_THR寄存器參數(shù)在±7dB的范圍內(nèi)以IdB為步進(jìn)對門限值CS

threshold
進(jìn)行調(diào)整。
[0013]所述步驟(I)中，當(dāng)判斷信道忙時(shí)，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)的退避時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置，具體為:將發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)的退避時(shí)間配置為發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間最大值tTMAX的整數(shù)倍，其中倍數(shù)nrcA取I?10之間的隨機(jī)值:
[001 4] ?χΜΑΧ — nCCA (tuFper1d+tRXperiQd)+tTXDATA
[0015]其中，tUFper1d為發(fā)送一次UF幀所用時(shí)間，tEXper1d為連續(xù)的兩個(gè)UF幀之間的停頓時(shí)隙，tTXDATA是發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀所用時(shí)間；為了減少復(fù)雜度，可以設(shè)計(jì)tUFps_d
一 ^EXper1d0
[0016]所述步驟⑵中，UF幀的個(gè)數(shù)η與傳感器節(jié)點(diǎn)的偵聽周期tsample有如下關(guān)系:
[001 7] Π (tuFper1d+tRXper1d) ^ ^sample
[0018]其中，偵聽周期tsample是指接收方傳感器節(jié)點(diǎn)在低能量偵聽狀態(tài)下，連續(xù)兩次處于偵聽狀態(tài)的時(shí)間間隔，tlisten>tUFper1d, tlisten為每次傳感器節(jié)點(diǎn)偵聽信道所用時(shí)間。
[0019]所述步驟⑵中，每個(gè)UF幀除了包含目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)的地址F_DES以外，還包含自身傳感器節(jié)點(diǎn)的地址F_SRC、自身傳感器節(jié)點(diǎn)的等級F_HEIGHT、幀類型F_TYPE (標(biāo)明該幀是數(shù)據(jù)幀、UF幀還是確認(rèn)幀)和計(jì)數(shù)值UF_C0UNTER，UF幀中UF_C0UNTER初值為UF幀的個(gè)數(shù)n，發(fā)送方每發(fā)送一次UF幀，UF_C0UNTER的計(jì)數(shù)減I ;接收方傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的UF幀中的F_DES和F_HEIGHT判斷自身是否為目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn):僅當(dāng)UF幀中的F_DES與自身地址相同或F_HEIGHT高于自身等級時(shí)，接收方傳感器判斷自身為目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)。
[0020]發(fā)送端傳感器節(jié)點(diǎn)和接收端傳感器節(jié)點(diǎn)均采用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)前導(dǎo)短幀技術(shù)和間隔前導(dǎo)機(jī)制:
[0021]發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，依次進(jìn)入低能量偵聽狀態(tài)、發(fā)送前導(dǎo)狀態(tài)、接收確認(rèn)幀狀態(tài)和發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，在各個(gè)狀態(tài)下發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)分別完成信道檢測、發(fā)送前導(dǎo)短幀、接收確認(rèn)幀和發(fā)送數(shù)據(jù)的工作；
[0022]接收方傳感器節(jié)點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)時(shí)，依次進(jìn)入低能量偵聽狀態(tài)、接收前導(dǎo)狀態(tài)、發(fā)送確認(rèn)幀狀態(tài)和接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，在各狀態(tài)下接收方傳感器節(jié)點(diǎn)分別完成信道檢測、接收UF偵前導(dǎo)信號、發(fā)送確認(rèn)幀和接收數(shù)據(jù)幀的工作；
[0023]發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)從發(fā)送隊(duì)列取出UF幀并以步驟(I)所述方式發(fā)送，接收方傳感器節(jié)點(diǎn)對接受到的UF幀進(jìn)行校檢，并送到上層進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)發(fā)；以下是MAC層收發(fā)雙方的狀態(tài)描述:
[0024]低能量偵聽狀態(tài):MAC_IDLE
[0025]當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)處于低能量偵聽狀態(tài)時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)關(guān)閉無線收發(fā)器以節(jié)省能量，同時(shí)進(jìn)入休眠與偵聽交替的狀態(tài)；傳感器節(jié)點(diǎn)從偵聽狀態(tài)轉(zhuǎn)入其他狀態(tài)有兩種情況:一種是在發(fā)送數(shù)據(jù)以前，根據(jù)常規(guī)休眠調(diào)度表醒來，此時(shí)會(huì)關(guān)閉低能量偵聽，進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)；第二種是在偵聽信道時(shí)檢測到發(fā)送方發(fā)來的數(shù)據(jù)，關(guān)閉低能量偵聽，進(jìn)入接收狀態(tài)；
[0026]A發(fā)送方狀態(tài)
[0027]al發(fā)送前導(dǎo)狀態(tài):MAC_TXUF
[0028]當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，會(huì)從低能量偵聽狀態(tài)進(jìn)入發(fā)送前導(dǎo)狀態(tài)，MAC層會(huì)定義計(jì)數(shù)值UF_C0UNTER來決定發(fā)送UF幀的次數(shù)，并創(chuàng)建UF幀；在發(fā)送第一個(gè)前導(dǎo)信號以前，傳感器節(jié)點(diǎn)需確保此時(shí)信道處于空閑狀態(tài)，使用清除信道訪問機(jī)制確保沒有其他傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)再發(fā)送；每發(fā)送一次UF幀，UF_C0UNTER就減I，直到收到來自接收方的確認(rèn)幀或UF_C0UNTER減至O時(shí)，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)；
[0029]a2接收確認(rèn)幀狀態(tài):MAC_RXFIN
[0030]每發(fā)送完一次UF幀，傳感器節(jié)點(diǎn)采用間隔前導(dǎo)機(jī)制，等待來自接收方的確認(rèn)幀:如果收到接收方發(fā)來的確認(rèn)幀，發(fā)送方直接進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，UF_C0UNTER清O ;否則，傳感器節(jié)點(diǎn)切換至發(fā)送前導(dǎo)狀態(tài)發(fā)送剩余的UF幀；
[0031]a3 發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài):MAC_TXDATA
[0032]當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)收到來自接收方的確認(rèn)幀或發(fā)送完所有UF幀以后進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，傳感器節(jié)點(diǎn)立即從發(fā)送隊(duì)列取出最上層的數(shù)據(jù)發(fā)送，在這個(gè)狀態(tài)下可以連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)，以確保接收方的接收成功率；發(fā)送完畢后傳感器節(jié)點(diǎn)立即清空發(fā)送隊(duì)列中剛剛發(fā)送的數(shù)據(jù)，重新轉(zhuǎn)入低能量偵聽狀態(tài)，關(guān)閉無線收發(fā)器以節(jié)省能量；
[0033]B接收方狀態(tài)
[0034]bl接收前導(dǎo)狀態(tài):MAC_RXUF
[0035]當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)在偵聽狀態(tài)時(shí)檢測到發(fā)送方發(fā)來的UF幀時(shí)，立即停止低能量偵聽，進(jìn)入接收前導(dǎo)狀態(tài)，并對UF幀中的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的地址F_DES和節(jié)點(diǎn)的等級F_HEIGHT進(jìn)行判別，當(dāng)UF幀中的F_DES與自身地址相同或F_HEIGHT高于自身等級時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入發(fā)送確認(rèn)幀狀態(tài)向發(fā)送方反饋確認(rèn)信息；否則，傳感器節(jié)點(diǎn)迅速返回休眠狀態(tài)并休眠至少一個(gè)完整的發(fā)送周期，之后再重新進(jìn)入低能量偵聽狀態(tài)，關(guān)閉無線收發(fā)器以節(jié)省能量；
[0036]b2發(fā)送確認(rèn)幀狀態(tài):MAC_TXFIN
[0037]當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)確認(rèn)UF幀中的F_DES所指向地址是自身時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)關(guān)閉無線收發(fā)器停止接受，并立即向發(fā)送方發(fā)送確認(rèn)幀提醒發(fā)送方目標(biāo)節(jié)點(diǎn)已收到前導(dǎo)信號，發(fā)送方接收到該確認(rèn)幀后立即停止發(fā)送UF幀，進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)；
[0038]b3 接收數(shù)據(jù)狀態(tài):MAC_RXDATA
[0039]傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入接收數(shù)據(jù)狀態(tài)后，在規(guī)定的時(shí)間tDATAp_d內(nèi)保持偵聽狀態(tài):如果收到數(shù)據(jù)則查看消息隊(duì)列，當(dāng)數(shù)據(jù)類型是數(shù)據(jù)幀或廣播幀時(shí)，置標(biāo)志flag = 1，關(guān)閉無線收發(fā)器停止接受，將數(shù)據(jù)交給上層協(xié)議處理；若接收數(shù)據(jù)類型不對，置標(biāo)志flag = 0，繼續(xù)偵聽信道；若在tDATApOTiMl內(nèi)沒有收到正確的數(shù)據(jù)類型，節(jié)點(diǎn)停止接受，重新轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)并報(bào)錯(cuò)O
[0040]有益效果:本發(fā)明提供的發(fā)送端啟動(dòng)的異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議，相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)勢:
[0041 ] 1、傳統(tǒng)的發(fā)送端啟動(dòng)的MAC協(xié)議大都采用低能量偵聽機(jī)制，如在B-MAC協(xié)議中，當(dāng)某節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要傳輸時(shí)，首先在信道中發(fā)送一個(gè)比休眠周期略長的前導(dǎo)信號，之后再發(fā)送數(shù)據(jù)。在此機(jī)制下，網(wǎng)絡(luò)中的非目標(biāo)節(jié)點(diǎn)從休眠中被周期性喚醒進(jìn)入偵聽狀態(tài)時(shí)也需要偵聽完整個(gè)前導(dǎo)信號，之后才會(huì)發(fā)現(xiàn)自己并非目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。本協(xié)議將前導(dǎo)信號分割成一定數(shù)量的UF巾貞，并將目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址加入到每一個(gè)UF幀中，非目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在收到第一個(gè)UF幀后即可進(jìn)入休眠狀態(tài)，消除了串音現(xiàn)象。通過該機(jī)制，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗基本不再和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度相關(guān)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)某節(jié)點(diǎn)周圍的鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)目增加時(shí)，該節(jié)點(diǎn)的通信能耗基本保持不變。
[0042]2、在傳統(tǒng)的發(fā)送端啟動(dòng)的MAC協(xié)議，如B-MAC協(xié)議中，發(fā)送方需要發(fā)送整個(gè)前導(dǎo)信號，但鄰節(jié)點(diǎn)平均被喚醒的時(shí)間總是在整個(gè)前導(dǎo)信號發(fā)送時(shí)間的一半附近。然而在每次發(fā)送數(shù)據(jù)前發(fā)送方都必須傳輸整個(gè)前導(dǎo)，因?yàn)槠洳豢赡苤澜邮辗綍?huì)在何時(shí)從休眠狀態(tài)被喚醒。另一方面，當(dāng)存在多個(gè)發(fā)送方同時(shí)向同一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)出前導(dǎo)信號以后，其他發(fā)送方必須保持工作狀態(tài)等待至信道空閑，再發(fā)送自己的前導(dǎo)信號。本協(xié)議在每兩個(gè)UF幀之間插入一段停頓時(shí)隙以方便發(fā)送方在收到接收方的確認(rèn)信息后立即停止發(fā)送UF幀，直接發(fā)送數(shù)據(jù)，從而減小了通信能耗和延遲。
[0043]3、本MAC協(xié)議較好地匹配了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性，合理地分配信道資源，提高了網(wǎng)絡(luò)的能量利用率和數(shù)據(jù)吞吐量；另外，本協(xié)議為網(wǎng)絡(luò)層提供了簡單靈活的接口，用戶可根據(jù)應(yīng)用需求添加網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]圖1為本發(fā)明中MAC協(xié)議的工作過程；
[0045]圖2為本發(fā)明中MAC層的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。

【具體實(shí)施方式】
[0046]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0047]一種發(fā)送端啟動(dòng)的異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議，基于傳統(tǒng)異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的前導(dǎo)技術(shù)，將傳統(tǒng)的發(fā)送方的前導(dǎo)同步信號分解成η個(gè)前導(dǎo)短幀發(fā)送，即分解成η個(gè)UF幀發(fā)送，目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)收到UF幀后向發(fā)送方發(fā)送確認(rèn)幀以實(shí)現(xiàn)同步，具體包括如下步驟:
[0048](I)發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前發(fā)送前導(dǎo)短幀，在發(fā)送前導(dǎo)短幀前，首先采用清除信道訪問機(jī)制(Clear Channel Assessment, CCA)判斷信道是否空閑:當(dāng)接收方傳感器節(jié)點(diǎn)接收信號強(qiáng)度指示(RSSI)小于門限值CSthrestold并且該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)不在接收數(shù)據(jù)時(shí)，即該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，判斷信道空閑，喚醒該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)至接收狀態(tài)，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)并向該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送前導(dǎo)信號；否貝U，判斷信道忙，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)退避一段時(shí)間后，直接進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)并向該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送前導(dǎo)信號；
[0049](2)發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的前導(dǎo)信號，通過將傳統(tǒng)的發(fā)送方的前導(dǎo)同步信號分解成η個(gè)前導(dǎo)短幀，即分解成η個(gè)UF幀，每個(gè)UF幀均包含了目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)的地址；當(dāng)接收方的某一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)從休眠中被喚醒并接收到一個(gè)UF幀的時(shí)候，對該UF幀中包含的目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)的地址進(jìn)行查看:若發(fā)現(xiàn)自身是非目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)，則該傳感器節(jié)點(diǎn)迅速返回休眠狀態(tài)并休眠至少一個(gè)完整的發(fā)送周期，之后再重新進(jìn)入低能量偵聽狀態(tài)，即進(jìn)入休眠與偵聽交替的狀態(tài)；若發(fā)現(xiàn)自身是目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)，則保持接收狀態(tài)直至接收到整個(gè)數(shù)據(jù)幀；
[0050](3)發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送前導(dǎo)短幀時(shí)，采用間隔前導(dǎo)機(jī)制，即在每連續(xù)的兩個(gè)UF幀之間插入一段停頓時(shí)隙，在停頓時(shí)隙期間發(fā)送方傳感器暫停發(fā)送UF幀，在停頓時(shí)隙發(fā)送方傳感器進(jìn)行信道偵聽；目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)在接收到第一個(gè)UF幀后發(fā)送確認(rèn)幀，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)在停頓時(shí)隙期間接收到確認(rèn)幀后，立即停止發(fā)送UF幀，開始向目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，直至發(fā)送完整個(gè)數(shù)據(jù)幀；在發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送完整個(gè)數(shù)據(jù)幀后進(jìn)入休眠與偵聽交替的狀態(tài)；目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)接收到整個(gè)數(shù)據(jù)幀后進(jìn)入休眠與偵聽交替的狀態(tài)。
[0051]在步驟(I)中，RSSI是對信道中信號強(qiáng)度的估計(jì)，本案中發(fā)送方和接收方的無線收發(fā)器均采用CC2500芯片；在接收(RX)狀態(tài)下，可以從芯片內(nèi)置的RSSI狀態(tài)寄存器持續(xù)讀取RSSI的值。在寄存器中讀到的RSSI值是一個(gè)二進(jìn)制補(bǔ)碼，為將其轉(zhuǎn)換為絕對的信號功率估計(jì)，可采用以下步驟:
[0052]①從RSSI狀態(tài)寄存器讀取RSSI值；
[0053]②將讀取到的十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)RSSIde。；
[0054]③若RSSIdec 彡 128，則有:
ο?'ν RSSiff - 256 ?ee/
[0055]RSSIimni =——'氣--RSSIuilscl

2
[0056]若RSSIdec〈128，則有:

η ccy
[0057]RSSlMm 二二^-RSSI；
[0058]其中，RSSItfflm是絕對信號功率估計(jì)值，表示當(dāng)前信道中檢測到的信號強(qiáng)度大??；RSS1ffset為轉(zhuǎn)換中的固定偏移量，其大小于無線傳輸速率有關(guān)，在本案采用的CC2500芯片中，無線傳輸速率為250kBaud，RSS1ffset的取值為72。
[0059]在本案采用的CCA機(jī)制中，與接收方傳感器節(jié)點(diǎn)接收信號強(qiáng)度指示(RSSI)進(jìn)行比較的門限值CSthrestold根據(jù)實(shí)際需要配置，其中門限值CSthrestold通過配置CC2500芯片的相關(guān)寄存器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，具體為:通過配置AGCCTRL2.MAX_LNA_GAIN和AGCCTRL2.MAX_DVGA_GAIN兩個(gè)寄存器參數(shù)得到門限值CSthreshtjld的初值，通過匹配值CARRIER_SENSE_ABS_THR寄存器參數(shù)在±7dB的范圍內(nèi)以IdB為步進(jìn)對門限值CSttoeshtjld進(jìn)行調(diào)整。
[0060]所述步驟(I)中，當(dāng)判斷信道忙時(shí)，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)的退避時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置，具體為:將發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)的退避時(shí)間配置為發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間最大值tTMAX的整數(shù)倍，其中倍數(shù)nrcA取I?10之間的隨機(jī)值:
[0061]?χ?Αχ — nCCA (tuFper1d+tRXperiQd)+tTXDATA
[0062]其中，tUFper1d為發(fā)送一次UF幀所用時(shí)間，tEXper1d為連續(xù)的兩個(gè)UF幀之間的停頓時(shí)隙，tuFper1d = t EXper1d? tTXDATA是發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)巾貞所用時(shí)間。
[0063]所述步驟⑵中，UF幀的個(gè)數(shù)η與傳感器節(jié)點(diǎn)的偵聽周期tsample有如下關(guān)系:
[0064]n (tuFper1d+tRXper1d) ^ ^sample
[0065]其中，偵聽周期tsample是指接收方傳感器節(jié)點(diǎn)在低能量偵聽狀態(tài)下，連續(xù)兩次處于偵聽狀態(tài)的時(shí)間間隔，tlisten>tUFper1d, tlisten為每次傳感器節(jié)點(diǎn)偵聽信道所用時(shí)間。
[0066]所述步驟(2)中，每個(gè)UF幀除了包含目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)的地址F_DES以外，還包含自身傳感器節(jié)點(diǎn)的地址F_SRC、自身傳感器節(jié)點(diǎn)的等級F_HEIGHT、幀類型F_TYPE (標(biāo)明該幀是數(shù)據(jù)幀、UF幀還是確認(rèn)幀)和計(jì)數(shù)值UF_C0UNTER，UF幀中UF_C0UNTER初值為UF幀的個(gè)數(shù)n，發(fā)送方每發(fā)送一次UF幀，UF_C0UNTER的計(jì)數(shù)減I ;接收方傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的UF幀中的F_DES和F_HEIGHT判斷自身是否為目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn):僅當(dāng)UF幀中的F_DES與自身地址相同或F_HEIGHT高于自身等級時(shí)，接收方傳感器判斷自身為目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)。
[0067]發(fā)送端傳感器節(jié)點(diǎn)和接收端傳感器節(jié)點(diǎn)均采用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)前導(dǎo)短幀技術(shù)和間隔前導(dǎo)機(jī)制:
[0068]發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，依次進(jìn)入低能量偵聽狀態(tài)、發(fā)送前導(dǎo)狀態(tài)、接收確認(rèn)幀狀態(tài)和發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，在各個(gè)狀態(tài)下發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)分別完成信道檢測、發(fā)送前導(dǎo)短幀、接收確認(rèn)幀和發(fā)送數(shù)據(jù)的工作；
[0069]接收方傳感器節(jié)點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)時(shí)，依次進(jìn)入低能量偵聽狀態(tài)、接收前導(dǎo)狀態(tài)、發(fā)送確認(rèn)幀狀態(tài)和接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，在各狀態(tài)下接收方傳感器節(jié)點(diǎn)分別完成信道檢測、接收UF偵前導(dǎo)信號、發(fā)送確認(rèn)幀和接收數(shù)據(jù)幀的工作；
[0070]發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)從發(fā)送隊(duì)列取出UF幀并以步驟(I)所述方式發(fā)送，接收方傳感器節(jié)點(diǎn)對接受到的UF幀進(jìn)行校檢，并送到上層進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)發(fā)；以下是MAC層收發(fā)雙方的狀態(tài)描述:
[0071]低能量偵聽狀態(tài):MAC_IDLE
[0072]當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)處于低能量偵聽狀態(tài)時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)關(guān)閉無線收發(fā)器以節(jié)省能量，同時(shí)進(jìn)入休眠與偵聽交替的狀態(tài)；傳感器節(jié)點(diǎn)從偵聽狀態(tài)轉(zhuǎn)入其他狀態(tài)有兩種情況:一種是在發(fā)送數(shù)據(jù)以前，根據(jù)常規(guī)休眠調(diào)度表醒來，此時(shí)會(huì)關(guān)閉低能量偵聽，進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)；第二種是在偵聽信道時(shí)檢測到發(fā)送方發(fā)來的數(shù)據(jù)，關(guān)閉低能量偵聽，進(jìn)入接收狀態(tài)；
[0073]A發(fā)送方狀態(tài)
[0074]al發(fā)送前導(dǎo)狀態(tài):MAC_TXUF
[0075]當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，會(huì)從低能量偵聽狀態(tài)進(jìn)入發(fā)送前導(dǎo)狀態(tài)，MAC層會(huì)定義計(jì)數(shù)值UF_C0UNTER來決定發(fā)送UF幀的次數(shù)，并創(chuàng)建UF幀；在發(fā)送第一個(gè)前導(dǎo)信號以前，傳感器節(jié)點(diǎn)需確保此時(shí)信道處于空閑狀態(tài)，使用清除信道訪問機(jī)制確保沒有其他傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)再發(fā)送；每發(fā)送一次UF幀，UF_C0UNTER就減I，直到收到來自接收方的確認(rèn)幀或UF_C0UNTER減至O時(shí)，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)；
[0076]a2接收確認(rèn)幀狀態(tài):MAC_RXFIN
[0077]每發(fā)送完一次UF幀，傳感器節(jié)點(diǎn)采用間隔前導(dǎo)機(jī)制，等待來自接收方的確認(rèn)幀:如果收到接收方發(fā)來的確認(rèn)幀，發(fā)送方直接進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，UF_C0UNTER清O ;否則，傳感器節(jié)點(diǎn)切換至發(fā)送前導(dǎo)狀態(tài)發(fā)送剩余的UF幀；
[0078]a3 發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài):MAC_TXDATA
[0079]當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)收到來自接收方的確認(rèn)幀或發(fā)送完所有UF幀以后進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，傳感器節(jié)點(diǎn)立即從發(fā)送隊(duì)列取出最上層的數(shù)據(jù)發(fā)送，在這個(gè)狀態(tài)下可以連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)，以確保接收方的接收成功率；發(fā)送完畢后傳感器節(jié)點(diǎn)立即清空發(fā)送隊(duì)列中剛剛發(fā)送的數(shù)據(jù)，重新轉(zhuǎn)入低能量偵聽狀態(tài)，關(guān)閉無線收發(fā)器以節(jié)省能量；
[0080]B接收方狀態(tài)
[0081]bl接收前導(dǎo)狀態(tài):MAC_RXUF
[0082]當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)在偵聽狀態(tài)時(shí)檢測到發(fā)送方發(fā)來的UF幀時(shí)，立即停止低能量偵聽，進(jìn)入接收前導(dǎo)狀態(tài)，并對UF幀中的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的地址F_DES和節(jié)點(diǎn)的等級F_HEIGHT進(jìn)行判別，當(dāng)UF幀中的F_DES與自身地址相同或F_HEIGHT高于自身等級時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入發(fā)送確認(rèn)幀狀態(tài)向發(fā)送方反饋確認(rèn)信息；否則，傳感器節(jié)點(diǎn)迅速返回休眠狀態(tài)并休眠至少一個(gè)完整的發(fā)送周期，之后再重新進(jìn)入低能量偵聽狀態(tài)，關(guān)閉無線收發(fā)器以節(jié)省能量；
[0083]b2發(fā)送確認(rèn)幀狀態(tài):MAC_TXFIN
[0084]當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)確認(rèn)UF幀中的F_DES所指向地址是自身時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)關(guān)閉無線收發(fā)器停止接受，并立即向發(fā)送方發(fā)送確認(rèn)幀提醒發(fā)送方目標(biāo)節(jié)點(diǎn)已收到前導(dǎo)信號，發(fā)送方接收到該確認(rèn)幀后立即停止發(fā)送UF幀，進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)；
[0085]b3 接收數(shù)據(jù)狀態(tài):MAC_RXDATA
[0086]傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入接收數(shù)據(jù)狀態(tài)后，在規(guī)定的時(shí)間tDATAp_d內(nèi)保持偵聽狀態(tài):如果收到數(shù)據(jù)則查看消息隊(duì)列，當(dāng)數(shù)據(jù)類型是數(shù)據(jù)幀或廣播幀時(shí)，置標(biāo)志flag = 1，關(guān)閉無線收發(fā)器停止接受，將數(shù)據(jù)交給上層協(xié)議處理；若接收數(shù)據(jù)類型不對，置標(biāo)志flag = 0，繼續(xù)偵聽信道；若在tDATApOTiMl內(nèi)沒有收到正確的數(shù)據(jù)類型，節(jié)點(diǎn)停止接受，重新轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)并報(bào)錯(cuò)O
[0087]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.發(fā)送端啟動(dòng)的異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議，其特在于:將發(fā)送方的前導(dǎo)同步信號分解成η個(gè)前導(dǎo)短幀發(fā)送，即分解成η個(gè)UF幀發(fā)送，目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)收到UF幀后向發(fā)送方發(fā)送確認(rèn)幀以實(shí)現(xiàn)同步，具體包括如下步驟: (1)發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前發(fā)送前導(dǎo)短幀，在發(fā)送前導(dǎo)短幀前，首先判斷信道是否空閑:若判斷信道空閑，喚醒該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)至接收狀態(tài)，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)并向該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送前導(dǎo)信號；否則，判斷信道忙，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)退避一段時(shí)間后，直接進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)并向該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送前導(dǎo)信號； (2)發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的前導(dǎo)信號，通過將發(fā)送方的前導(dǎo)同步信號分解成η個(gè)前導(dǎo)短幀，即分解成η個(gè)UF幀，每個(gè)UF幀均包含了目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)的地址；當(dāng)接收方的某一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)從休眠中被喚醒并接收到一個(gè)UF幀的時(shí)候，對該UF幀中包含的目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)的地址進(jìn)行查看:若發(fā)現(xiàn)自身是非目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)，則該傳感器節(jié)點(diǎn)迅速返回休眠狀態(tài)并休眠至少一個(gè)完整的發(fā)送周期，之后再重新進(jìn)入低能量偵聽狀態(tài)，即進(jìn)入休眠與偵聽交替的狀態(tài)；若發(fā)現(xiàn)自身是目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)，則保持接收狀態(tài)直至接收到整個(gè)數(shù)據(jù)幀； (3)發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送前導(dǎo)短幀時(shí)，采用間隔前導(dǎo)機(jī)制，即在每連續(xù)的兩個(gè)UF幀之間插入一段停頓時(shí)隙，在停頓時(shí)隙期間發(fā)送方傳感器暫停發(fā)送UF幀，在停頓時(shí)隙發(fā)送方傳感器進(jìn)行信道偵聽；目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)在接收到第一個(gè)UF幀后發(fā)送確認(rèn)幀，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)在停頓時(shí)隙期間接收到確認(rèn)幀后，立即停止發(fā)送UF幀，開始向目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，直至發(fā)送完整個(gè)數(shù)據(jù)幀；在發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送完整個(gè)數(shù)據(jù)幀后進(jìn)入休眠與偵聽交替的狀態(tài)；目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)接收到整個(gè)數(shù)據(jù)幀后進(jìn)入休眠與偵聽交替的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)送端啟動(dòng)的異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議，其特在于:所述步驟(I)中，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送前導(dǎo)短幀前，首先采用清除信道訪問機(jī)制判斷信道是否空閑:當(dāng)接收方傳感器節(jié)點(diǎn)接收信號強(qiáng)度指示小于門限值CSthrestold并且該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)不在接收數(shù)據(jù)時(shí)，即該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，判斷信道空閑，喚醒該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)至接收狀態(tài)，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)并向該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送前導(dǎo)信號；否則，判斷信道忙，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)退避一段時(shí)間后，直接進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)并向該接收方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送前導(dǎo)信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)送端啟動(dòng)的異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議，其特在于:發(fā)送方和接收方的無線收發(fā)器均采用CC2500芯片；所述步驟(I)中，與接收方傳感器節(jié)點(diǎn)接收信號強(qiáng)度指示進(jìn)行比較的門限值CSthreshtjld根據(jù)實(shí)際需要配置，其中門限值CSthrestold通過配置CC2500芯片的相關(guān)寄存器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，具體為:通過配置AGCCTRL2.MAX_LNA_GAIN和AGCCTRL2.MAX_DVGA_GAIN兩個(gè)寄存器參數(shù)得到門限值CSttoeshtjld的初值，通過匹配值CARRIER_SENSE_ABS_THR寄存器參數(shù)在±7dB的范圍內(nèi)以IdB為步進(jìn)對門限值CSttoeshtjld進(jìn)行調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)送端啟動(dòng)的異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議，其特在于:所述步驟(I)中，當(dāng)判斷信道忙時(shí)，發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)的退避時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置，具體為:將發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)的退避時(shí)間配置為發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間最大值tTMAX的整數(shù)倍，其中倍數(shù)取I?10之間的隨機(jī)值:
^ΤΜΑΧ — nCCA (tuFperi0d+tRXper1(j)+tTXDATA 其中，tUFpCTi()d為發(fā)送一次UF幀所用時(shí)間，tKXpOTi()d為連續(xù)的兩個(gè)UF幀之間的停頓時(shí)隙，tTXDATA是發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀所用時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)送端啟動(dòng)的異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議，其特在于:所述步驟⑵中，UF幀的個(gè)數(shù)η與傳感器節(jié)點(diǎn)的偵聽周期tsample有如下關(guān)系:
n (tuFper1d+tRXper1d) ^ ^sample 其中，偵聽周期tsample是指接收方傳感器節(jié)點(diǎn)在低能量偵聽狀態(tài)下，連續(xù)兩次處于偵聽狀態(tài)的時(shí)間間隔，tlisten>tUFper1d, tlisten為每次傳感器節(jié)點(diǎn)偵聽信道所用時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)送端啟動(dòng)的異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議，其特在于:所述步驟(2)中，每個(gè)UF幀除了包含目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)的地址F_DES以外，還包含自身傳感器節(jié)點(diǎn)的地址F_SRC、自身傳感器節(jié)點(diǎn)的等級F_HEIGHT、幀類型F_TYPE和計(jì)數(shù)值UF_COUNTER，UF幀中UF_COUNTER初值為UF幀的個(gè)數(shù)n，發(fā)送方每發(fā)送一次UF幀，UF_COUNTER的計(jì)數(shù)減I ;接收方傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的UF幀中的F_DES和F_HEIGHT判斷自身是否為目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn):僅當(dāng)UF幀中的F_DES與自身地址相同或F_HEIGHT高于自身等級時(shí)，接收方傳感器判斷自身為目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6所述的發(fā)送端啟動(dòng)的異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議，其特在于:發(fā)送端傳感器節(jié)點(diǎn)和接收端傳感器節(jié)點(diǎn)均采用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)前導(dǎo)短幀技術(shù)和間隔前導(dǎo)機(jī)制: 發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，依次進(jìn)入低能量偵聽狀態(tài)、發(fā)送前導(dǎo)狀態(tài)、接收確認(rèn)幀狀態(tài)和發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，在各個(gè)狀態(tài)下發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)分別完成信道檢測、發(fā)送前導(dǎo)短幀、接收確認(rèn)幀和發(fā)送數(shù)據(jù)的工作； 接收方傳感器節(jié)點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)時(shí)，依次進(jìn)入低能量偵聽狀態(tài)、接收前導(dǎo)狀態(tài)、發(fā)送確認(rèn)幀狀態(tài)和接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，在各狀態(tài)下接收方傳感器節(jié)點(diǎn)分別完成信道檢測、接收UF偵前導(dǎo)信號、發(fā)送確認(rèn)幀和接收數(shù)據(jù)幀的工作； 發(fā)送方傳感器節(jié)點(diǎn)從發(fā)送隊(duì)列取出UF幀并以步驟(I)所述方式發(fā)送，接收方傳感器節(jié)點(diǎn)對接受到的UF幀進(jìn)行校檢，并送到上層進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)發(fā)；以下是MAC層收發(fā)雙方的狀態(tài)描述: 低能量偵聽狀態(tài):MAC_IDLE 當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)處于低能量偵聽狀態(tài)時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)關(guān)閉無線收發(fā)器以節(jié)省能量，同時(shí)進(jìn)入休眠與偵聽交替的狀態(tài)；傳感器節(jié)點(diǎn)從偵聽狀態(tài)轉(zhuǎn)入其他狀態(tài)有兩種情況:一種是在發(fā)送數(shù)據(jù)以前，根據(jù)常規(guī)休眠調(diào)度表醒來，此時(shí)會(huì)關(guān)閉低能量偵聽，進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)；第二種是在偵聽信道時(shí)檢測到發(fā)送方發(fā)來的數(shù)據(jù)，關(guān)閉低能量偵聽，進(jìn)入接收狀態(tài)； A發(fā)送方狀態(tài) al發(fā)送前導(dǎo)狀態(tài):MAC_TXUF 當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，會(huì)從低能量偵聽狀態(tài)進(jìn)入發(fā)送前導(dǎo)狀態(tài)，MAC層會(huì)定義計(jì)數(shù)值UF_COUNTER來決定發(fā)送UF幀的次數(shù)，并創(chuàng)建UF幀；在發(fā)送第一個(gè)前導(dǎo)信號以前，傳感器節(jié)點(diǎn)需確保此時(shí)信道處于空閑狀態(tài)，使用清除信道訪問機(jī)制確保沒有其他傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)再發(fā)送；每發(fā)送一次UF巾貞，UF_COUNTER就減1，直到收到來自接收方的確認(rèn)幀或UF_COUNTER減至O時(shí)，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)； a2接收確認(rèn)幀狀態(tài):MAC_RXFIN 每發(fā)送完一次UF幀，傳感器節(jié)點(diǎn)采用間隔前導(dǎo)機(jī)制，等待來自接收方的確認(rèn)幀:如果收到接收方發(fā)來的確認(rèn)幀，發(fā)送方直接進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，UF_COUNTER清O ;否則，傳感器節(jié)點(diǎn)切換至發(fā)送前導(dǎo)狀態(tài)發(fā)送剩余的UF幀；a3發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài):MAC_TXDATA 當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)收到來自接收方的確認(rèn)幀或發(fā)送完所有UF幀以后進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，傳感器節(jié)點(diǎn)立即從發(fā)送隊(duì)列取出最上層的數(shù)據(jù)發(fā)送，在這個(gè)狀態(tài)下可以連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)，以確保接收方的接收成功率；發(fā)送完畢后傳感器節(jié)點(diǎn)立即清空發(fā)送隊(duì)列中剛剛發(fā)送的數(shù)據(jù)，重新轉(zhuǎn)入低能量偵聽狀態(tài)，關(guān)閉無線收發(fā)器以節(jié)省能量； B接收方狀態(tài) bl接收前導(dǎo)狀態(tài):MAC_RXUF 當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)在偵聽狀態(tài)時(shí)檢測到發(fā)送方發(fā)來的UF幀時(shí)，立即停止低能量偵聽，進(jìn)入接收前導(dǎo)狀態(tài)，并對UF幀中的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的地址F_DES和節(jié)點(diǎn)的等級F_HEIGHT進(jìn)行判別，當(dāng)UF幀中的F_DES與自身地址相同或F_HEIGHT高于自身等級時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入發(fā)送確認(rèn)幀狀態(tài)向發(fā)送方反饋確認(rèn)信息；否則，傳感器節(jié)點(diǎn)迅速返回休眠狀態(tài)并休眠至少一個(gè)完整的發(fā)送周期，之后再重新進(jìn)入低能量偵聽狀態(tài)，關(guān)閉無線收發(fā)器以節(jié)省能量；b2發(fā)送確認(rèn)幀狀態(tài):MAC_TXFIN 當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)確認(rèn)UF幀中的F_DES所指向地址是自身時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)關(guān)閉無線收發(fā)器停止接受，并立即向發(fā)送方發(fā)送確認(rèn)幀提醒發(fā)送方目標(biāo)節(jié)點(diǎn)已收到前導(dǎo)信號，發(fā)送方接收到該確認(rèn)幀后立即停止發(fā)送UF幀，進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)；b3接收數(shù)據(jù)狀態(tài):MAC_RXDATA 傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入接收數(shù)據(jù)狀態(tài)后，在規(guī)定的時(shí)間tDATApOTi()d內(nèi)保持偵聽狀態(tài):如果收到數(shù)據(jù)則查看消息隊(duì)列，當(dāng)數(shù)據(jù)類型是數(shù)據(jù)幀或廣播幀時(shí)，置標(biāo)志flag = 1，關(guān)閉無線收發(fā)器停止接受，將數(shù)據(jù)交給上層協(xié)議處理；若接收數(shù)據(jù)類型不對，置標(biāo)志flag = O，繼續(xù)偵聽信道；若在tDATApOTi()d內(nèi)沒有收到正確的數(shù)據(jù)類型，節(jié)點(diǎn)停止接受，重新轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)并報(bào)錯(cuò)。
【文檔編號】H04W80/02GK104202806SQ201410495387
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】洪旸, 陽析, 金石, 黃永明 申請人:南京智雅信息科技有限公司