傳感器網絡中基于節(jié)點緩沖區(qū)占用率的退避方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種傳感器網絡中基于節(jié)點緩沖區(qū)占用率的退避方法，包括以下步驟：1)利用協(xié)調器在一個時隙內接收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)，及一個超幀時隙內信道最多能傳輸數(shù)據(jù)包的個數(shù)，計算超幀時隙利用率；2)利用閾值對超幀時隙利用率進行分析，并動態(tài)調整占空比，降低傳感器節(jié)點的能耗；3)利用MAC層緩沖區(qū)現(xiàn)存的數(shù)據(jù)包個數(shù)，得到節(jié)點緩存占用率，當其超過一定范圍時，認為該節(jié)點負荷較重，應為其競爭信道提供便利；相反，若緩存中數(shù)據(jù)包不多時，可以讓其保持現(xiàn)狀或者增大該節(jié)點退避次數(shù)。該方法既能有效的解決傳統(tǒng)算法對能耗的忽略，又能通過基于緩沖區(qū)占用率的自適應退避算法，使得每個傳感器節(jié)點都能盡可能多的競爭到信道，傳輸數(shù)據(jù)包。
【專利說明】傳感器網絡中基于節(jié)點緩沖區(qū)占用率的退避方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于傳感器網絡【技術領域】，涉及一種傳感器網絡中基于節(jié)點緩沖區(qū)占用率 的退避方法。

【背景技術】
[0002] 傳感器網絡被部署在一些真實的應用場景中，例如，環(huán)境監(jiān)測，安全監(jiān)控，工業(yè)自 動化和控制等。這些應用的實現(xiàn)一部分得益于：（1)IEEE802. 15.4協(xié)議，它定義了協(xié)議棧的 物理層和介質訪問控制層（2)ZigBee協(xié)議，它包含了網絡層和應用層。由于傳感器節(jié)點是 電池供電，并且被期望獨立地工作幾個月或幾年，那么如何減少能耗成了傳感器網絡中一 個主要的問題。另外一個關鍵的問題是傳感器網絡的可靠性如何保障。因為有一些應用程 序對可靠性依賴很高。許多例子通過減少能量消耗和保證可靠性來提高網絡壽命，并且滿 足應用程序的需求。
[0003] 為了解決傳感器節(jié)點能耗的問題，目前很多人提出了改變占空比來減少能耗。例 如，HongeokYoo等提出了基于剩余能量數(shù)目的動態(tài)占空比算法；Rasouli,H等提出了一種 新的基于最大利用網絡流量自動調節(jié)占空比的算法；Oliveira，C.H.S等提出了一種根據(jù) 網絡負載變化的超幀改變算法。為了解決傳感器可靠性問題，提高數(shù)據(jù)包交付率，降低傳輸 時延，基于CSMA/CA的參數(shù)改變算法被提出了。例如，周林，陳楊楊提出了一種基于網絡的 流量動態(tài)地調整CSMA/CA的退避算法；MarioDiFrancesco等提出了一種復雜度低的分布 式算法-ADAPT(AdaptiveAcessparametersTuning) 〇
[0004] 上述算法雖然解決了能耗問題或者可靠性問題，但是只是單方面解決了一個問 題，沒有同時解決以上問題；而且都是基于全網絡的流量或者吞吐量對協(xié)議進行修改，沒有 考慮到節(jié)點自身的流量狀況。所以在既能保障減少能耗的前提下，還能提高單個節(jié)點自身 可靠性的方面存在一些不足。


【發(fā)明內容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種傳感器網絡中基于節(jié)點緩沖區(qū)占用率的退 避方法，該方法首先通過計算超幀時隙的利用率，將利用率與閾值結合起來動態(tài)改變節(jié)點 占空比，達到減少能耗的目的；其次，計算傳感器節(jié)點MAC層緩沖區(qū)占用率，每個節(jié)點根據(jù) 自身情況自適應地調整退避算法，達到提高協(xié)議可靠性，進而提高傳感器網絡的可靠性。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
[0007] 一種傳感器網絡中基于節(jié)點緩沖區(qū)占用率的退避方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一：利用協(xié)調器在一個時隙內接收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)，及一個超幀時隙內信道 最多能傳輸數(shù)據(jù)包的個數(shù)，計算得到超幀時隙利用率；
[0009] 步驟二：利用閾值對超幀時隙利用率進行分析，并動態(tài)調整占空比，降低傳感器節(jié) 點的能耗；
[0010] 步驟三：利用MAC層緩沖區(qū)現(xiàn)存的數(shù)據(jù)包得到節(jié)點緩存占用率，緩存占用率體現(xiàn) 的是節(jié)點緩存中待發(fā)送的數(shù)據(jù)包，當其超過一預設閾值時，認為該節(jié)點負荷較重，應為其競 爭信道提供便利；相反，若緩存中數(shù)據(jù)包不多時，可以讓其保持現(xiàn)狀或者增大該節(jié)點退避次 數(shù)。
[0011] 進一步，在步驟一中，利用協(xié)調器節(jié)點在一個超幀時隙內接收到的數(shù)據(jù)包，及一個 超幀時隙最多能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，計算超幀時隙利用率，其具體的計算方法如下：

【權利要求】
1. 一種傳感器網絡中基于節(jié)點緩沖區(qū)占用率的退避方法，其特征在于：包括以下步 驟： 步驟一：利用協(xié)調器在一個時隙內接收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)，及一個超幀時隙內信道最多 能傳輸數(shù)據(jù)包的個數(shù)，計算得到超幀時隙利用率； 步驟二：利用閾值對超幀時隙利用率進行分析，并動態(tài)調整占空比，降低傳感器節(jié)點的 能耗； 步驟三：利用MAC層緩沖區(qū)現(xiàn)存的數(shù)據(jù)包得到節(jié)點緩存占用率，緩存占用率體現(xiàn)的是 節(jié)點緩存中待發(fā)送的數(shù)據(jù)包，當其超過一預設閾值時，認為該節(jié)點負荷較重，應為其競爭信 道提供便利；相反，若緩存中數(shù)據(jù)包不多時，可以讓其保持現(xiàn)狀或者增大該節(jié)點退避次數(shù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種傳感器網絡中基于節(jié)點緩沖區(qū)占用率的退避方法，其特 征在于：在步驟一中，利用協(xié)調器節(jié)點在一個超幀時隙內接收到的數(shù)據(jù)包，及一個超幀時隙 最多能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，計算超幀時隙利用率，其具體的計算方法如下：
Symbolst0tal=Symbolsreceive-ack+SymboIstransmitjacket Symbolstransmitjacket=Symbols(2CCA+Lpacket) Symbolsreceiveack=Symbols(Lack+tack+IFS) 其中，!為超幀時隙利用率，Symbols^iveadt為目的節(jié)點收到發(fā)送ACK確認包所 需的時間單位；Symbolstransmitjjad5rt為發(fā)送一個數(shù)據(jù)包所需的時間單位；Symbolst(rtal為成功 傳輸一個數(shù)據(jù)包所需的時間單位。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種傳感器網絡中基于節(jié)點緩沖區(qū)占用率的退避方法，其特 征在于：當R^6iv6dE(0.4, 0.7)時，說明超幀時隙利用率在0.5附近，需要將超幀間隔，及 節(jié)點的活躍期變大，以允許傳輸更多的數(shù)據(jù)包；當(0. 2, 0. 4)時，表明網絡中需要 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包不多，沒必要浪費節(jié)點能量，需要把超幀間隔減小，使得活躍期變短。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種傳感器網絡中基于節(jié)點緩沖區(qū)占用率的退避方法，其特 征在于：在步驟三中，利用節(jié)點MAC層緩沖區(qū)現(xiàn)存的數(shù)據(jù)包個數(shù)，得到節(jié)點緩存利用率；緩 存利用率BufferRate計算如下：
Currentpackets=TXBuffer.size() Totalpackets=macBufferSize 其中，Currentpaekets、Totalpaekets分別為節(jié)點中現(xiàn)存的數(shù)據(jù)包個數(shù)、節(jié)點MAC層緩沖區(qū)能 容納數(shù)據(jù)包的個數(shù)，超過這個值則會溢出；TXBuffer.SizeO為緩沖區(qū)目前的大小，根據(jù)其 中的數(shù)據(jù)包數(shù)量求得的；macBufferSize為節(jié)點MC層緩沖區(qū)總共的大小，即能容納數(shù)據(jù)包 的最大數(shù)量。
【文檔編號】H04W28/14GK104507125SQ201510002834
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月5日 優(yōu)先權日:2015年1月5日
【發(fā)明者】尚鳳軍, 毛冉 申請人:重慶郵電大學