送節(jié)點有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，既不再像“異步”階段那樣，將本地數(shù)據(jù)分組后進行編碼，也不像傳統(tǒng)的基于同步策略的MAC層通信協(xié)議所述需要進行同步，然后再進行數(shù)據(jù)的發(fā)送，而是首先發(fā)送一個足夠長度Tr的RTS幀(請求發(fā)送)作為前導碼，其中RTS幀中包含接收節(jié)點的目的地址和要發(fā)送數(shù)據(jù)的長度L，由于RTS幀長度Tr足夠大，所有與發(fā)送節(jié)點相鄰的節(jié)點都能接收到這個RTS幀。
[0041]當接收節(jié)點接收到RTS幀后，首先判斷此幀中的目的地址，如果在目的地址與本接收節(jié)點的地址不同時，接著確定幀中的標明的要發(fā)送數(shù)據(jù)的長度L，將幀丟棄后將本節(jié)點需要休眠的時長設定為要發(fā)送數(shù)據(jù)的長度L后，進入休眠狀態(tài);網絡分配矢量定時器NVA本身是一個定時器，用來指定預計要占用信道多少時間，以微秒(ys)為單位，在本專利中，網絡分配矢量定時器NVA中記錄的就是節(jié)點需要休眠的時長。傳感器節(jié)點會將網絡分配矢量定時器NAV設定為預計使用信道的時間。傳感器節(jié)點進入休眠狀態(tài)后網絡分配矢量定時器NAV的數(shù)值將會隨著時間減少。只要網絡分配矢量定時器NAV的數(shù)值不為零，就代表信道處于使用狀態(tài)，此即虛擬載波監(jiān)聽功能。當網絡分配矢量定時器NAV為零時，虛擬載波監(jiān)聽功能會顯示信道處于空閑狀態(tài)，即經過預設休眠時長后，該接收節(jié)點被自動喚醒。如果目的地址與本接收節(jié)點的地址相同時，該接收節(jié)點給發(fā)送節(jié)點發(fā)送一個CTS(允許發(fā)送)幀，然后做好接收數(shù)據(jù)的準備。
[0042]為了使每個接收節(jié)點都可以接收到發(fā)送節(jié)點發(fā)送的RTS幀，以便接收數(shù)據(jù)或是設置自己的休眠時間，需要使得發(fā)送節(jié)點所發(fā)送RTS幀的長度Tr 2接收節(jié)點的喚醒間隔TW，TW是傳感器節(jié)點的喚醒間隔。
[0043]由于發(fā)送節(jié)點的RTS幀的長度大于接收節(jié)點的喚醒間隔，所以所有的節(jié)點都可以接收到此幀，這些節(jié)點可以根據(jù)RTS幀中來設定自己的休眠時間，并在數(shù)據(jù)傳輸完成以后自動喚醒。這種方法無需進行網絡同步，即節(jié)點不必每次喚醒后首先進行同步信息的發(fā)送和更新，不僅減少了網絡中資源的占用，而且降低了節(jié)點因維護同步信息表而帶來的功耗。此夕卜，由于所有非目的節(jié)點根據(jù)發(fā)送節(jié)點要發(fā)送的數(shù)據(jù)的大小來設定自己的休眠時間，而不是采用固定的休眠時間，降低了網絡的時延。
[0044]盡管在本階段，發(fā)送節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)之前需要首先需要發(fā)送一個長RTS幀作為前導碼，占用了網絡資源，但是傳感器網絡中高通信量情況來源于突發(fā)事件的發(fā)生，并且突發(fā)事件發(fā)生的幾率相對較少，所以此種情況下因長前導碼帶來的與數(shù)據(jù)傳輸無關的網絡資源的占用可以忽略不計。
[0045]之后數(shù)據(jù)收發(fā)重復上述過程，直至發(fā)送節(jié)點重發(fā)數(shù)據(jù)的次數(shù)η〈數(shù)據(jù)重傳閥值N，然后轉入“異步”階段。
[0046]此外，無論是在“異步”階段，還是在“同步”階段，發(fā)送節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)成功后，都會進入偵聽狀態(tài)，監(jiān)聽信道中是否有數(shù)據(jù)發(fā)送，若有數(shù)據(jù)發(fā)送，則作為接收節(jié)點重復上述過程，否則根據(jù)自身的休眠機制，進入休眠狀態(tài)。
[0047]由上可知，本發(fā)明MAC層通信方法充分利用了同步網絡和異步網絡的優(yōu)點，并且改進兩者的缺陷，不僅能根據(jù)網絡通信量來選擇最有利于當時網絡情境的休眠機制，并且針對原有休眠機制的缺陷，做了相對應的改進，使整個無線傳感器網絡在功耗、吞吐量和時延方面得到了進一步的改善。
[0048]本發(fā)明不僅在降低網絡功耗上顯示出了強大的優(yōu)越性，而且相對于現(xiàn)有的MAC層通信方法，在降低傳感器網路功耗、增加網絡吞吐量、降低網絡時延方面有了加大的提高，更廣泛的適用于無線傳感器網路的不同通信情境。
[0049]上面結合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【主權項】
1.無線傳感網絡中基于流量自適應的低功耗MAC層通信方法，其特征在于，包括步驟: 在發(fā)送節(jié)點存在要發(fā)送數(shù)據(jù)向接收節(jié)點發(fā)送時，記錄發(fā)送節(jié)點重發(fā)數(shù)據(jù)的次數(shù)，并判斷其與所設定數(shù)據(jù)重傳閥值的大?。?當所記錄發(fā)送節(jié)點重發(fā)數(shù)據(jù)的次數(shù)小于數(shù)據(jù)重傳閥值時，無線傳感網絡進入異步階段，包括: 發(fā)送節(jié)點將要發(fā)送數(shù)據(jù)分組后編碼，在每個編碼分組的頭部加上接收節(jié)點的目的地址，并將全部編碼分組作為前導碼持續(xù)發(fā)送預設發(fā)送時間； 接收節(jié)點接收到編碼分組后，判斷編碼分組頭部中的目的地址:在編碼分組頭部中的目的地址與本接收節(jié)點的地址不同時，丟棄編碼分組后該接收節(jié)點進入休眠狀態(tài);在編碼分組頭部中的目的地址與本接收節(jié)點的地址相同時，該接收節(jié)點接收至少為發(fā)送節(jié)點所分組的個數(shù)的編碼分組后向發(fā)送節(jié)點回復ACK確認包，并對所接收的編碼分組解碼； 當所記錄發(fā)送節(jié)點重發(fā)數(shù)據(jù)的次數(shù)大于數(shù)據(jù)重傳閥值時，無線傳感網絡進入同步階段，包括: 發(fā)送節(jié)點發(fā)送RTS幀作為前導碼，其中RTS幀中包含接收節(jié)點的目的地址和要發(fā)送數(shù)據(jù)的長度； 接收節(jié)點接收到RTS幀后，判斷此幀中的目的地址:在目的地址與本接收節(jié)點的地址不同時，根據(jù)要發(fā)送數(shù)據(jù)的長度設定本節(jié)點需要休眠的時長并進入休眠狀態(tài);在目的地址與本接收節(jié)點的地址相同時，該接收節(jié)點向發(fā)送節(jié)點發(fā)送一個CTS幀后接收數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權利要求1所述無線傳感網絡中基于流量自適應的低功耗MAC層通信方法，其特征在于，所述異步階段中發(fā)送節(jié)點的預設時間由計算所得:TP=Tw+amTe 其中，^是發(fā)送節(jié)點的預設發(fā)送時間;Tw是接收節(jié)點的喚醒間隔;m是發(fā)送節(jié)點所分組個數(shù);Te是發(fā)送一個編碼分組的時間;a是一個大于1的常數(shù)。3.根據(jù)權利要求1所述無線傳感網絡中基于流量自適應的低功耗MAC層通信方法，其特征在于，所述異步階段還包括發(fā)送節(jié)點收到來自接收節(jié)點的ACK確認包后立即停止發(fā)送。4.根據(jù)權利要求1所述無線傳感網絡中基于流量自適應的低功耗MAC層通信方法，其特征在于，所述同步階段中，根據(jù)要發(fā)送數(shù)據(jù)的長度設定本節(jié)點需要休眠的時長并進入休眠狀態(tài)，具體為: 確定要發(fā)送數(shù)據(jù)的長度； 將幀丟棄及根據(jù)要發(fā)送數(shù)據(jù)的長度設定本節(jié)點需要休眠的時長后，進入休眠狀態(tài)； 經過預設休眠時長后，該接收節(jié)點被自動喚醒。5.根據(jù)權利要求1所述無線傳感網絡中基于流量自適應的低功耗MAC層通信方法，其特征在于，所述同步階段中，發(fā)送節(jié)點所發(fā)送RTS幀的長度大于或等于接收節(jié)點的喚醒間隔。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線傳感網絡中基于流量自適應的低功耗MAC層通信方法，包括：在發(fā)送節(jié)點存在要發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送時，記錄重發(fā)數(shù)據(jù)的次數(shù)，并判斷其與所設定數(shù)據(jù)重傳閥值大??；當小于數(shù)據(jù)重傳閥值時，進入異步階段，包括：發(fā)送節(jié)點將要發(fā)送數(shù)據(jù)分組后編碼，并在編碼分組的頭部加上接收節(jié)點目的地址后作為前導碼持續(xù)發(fā)送預設發(fā)送時間；接收節(jié)點接收到編碼分組后，判斷編碼分組頭部中的目的地址；當大于數(shù)據(jù)重傳閥值時，進入同步階段，包括：發(fā)送節(jié)點發(fā)送RTS幀作為前導碼，接收節(jié)點接收到RTS幀后，判斷此幀中的目的地址。本發(fā)明根據(jù)網絡中通信量來選擇不同的休眠機制，在降低網絡功耗上顯示出了強大的優(yōu)越性，且極大的增加了網絡吞吐量和降低了網絡延時。
【IPC分類】H04W52/02, H04W80/02, H04W84/18
【公開號】CN105472718
【申請?zhí)枴緾N201610004050
【發(fā)明人】邵世祥, 李文艷
【申請人】南京郵電大學
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2016年1月5日