專利名稱：運動目標(biāo)探測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多址接入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及運動目標(biāo)探測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點的多址接入方法。在運動目標(biāo)探測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，該方法可用于多個傳感器節(jié)點高效的共享無線信道。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由一組傳感器以分布式網(wǎng)絡(luò)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)方式構(gòu)成的有線或無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者。在所有信道共享的網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)計合理的多址接入控制MAC協(xié)議是保證網(wǎng)絡(luò)能夠正常工作的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前廣泛研究的適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議可以分成兩類基于沖突的MAC協(xié)議和基于無沖突時分多址接入TDMA的MAC協(xié)議。前者的典型代表有IEEE802.11、S-MAC。IEEE802.11采用有碰撞避免功能的載波偵聽型多址CSMA/CA協(xié)議，能有效處理隱藏終端及暴露終端問題，并且通過發(fā)送預(yù)約分組的方法來盡量避免沖突。但是IEEE802.11協(xié)議并沒有解決空閑偵聽和串?dāng)_，即不屬于本節(jié)點的數(shù)據(jù)被收到所造成的能量浪費問題，而且載波偵聽的實現(xiàn)還需要額外的硬件設(shè)備，因此并不適合傳感器網(wǎng)絡(luò)。S-MAC協(xié)議改進(jìn)了IEEE802.11協(xié)議，通過使節(jié)點周期性的休眠來減少節(jié)點空閑偵聽的能量損耗。但S-MAC仍然使用基于沖突的MAC協(xié)議，在數(shù)據(jù)量突發(fā)較大時仍不能有效避免數(shù)據(jù)發(fā)送的碰撞，從而不能有效的減少節(jié)點的能量消耗?；赥DMA的MAC協(xié)議具有無沖突和控制分組少的特點，但是它的最大缺點是需要準(zhǔn)確的同步和擴展性較差。
在運動目標(biāo)探測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)具有傳感器節(jié)點數(shù)量大，密度大的特點，而且數(shù)據(jù)的突發(fā)性很強，當(dāng)有目標(biāo)出現(xiàn)在傳感器網(wǎng)絡(luò)探測范圍時，隨著目標(biāo)的運動，會有眾多傳感器節(jié)點先后探測到目標(biāo)的運動，這些傳感器節(jié)點都將向匯聚節(jié)點Sink傳送大量數(shù)據(jù)，這就要求多址接入?yún)f(xié)議能夠有效的解決大量數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)膯栴}。另外，由于要求在Sink節(jié)點處及時的獲知目標(biāo)的運動軌跡，這就要求多址接入?yún)f(xié)議能夠在有效傳輸數(shù)據(jù)的同時保證數(shù)據(jù)的實時性。因此，現(xiàn)有的多址接入方法無法滿足網(wǎng)絡(luò)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種適合運動目標(biāo)探測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多址接入方法，以用來減少空閑節(jié)點的能量消耗及均衡節(jié)點之間能量的消耗，合理地控制信道的接入時延。
本發(fā)明的技術(shù)方案是采用分群的策略，在群內(nèi)采用TDMA的通信方式、群間采用TDMA加隨機退避的方式來減少通信數(shù)據(jù)的碰撞，并通過周期性的休眠及更換群首的策略來節(jié)約傳感器節(jié)點的能量，這就是本發(fā)明運動目標(biāo)探測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多址接入方法，該方法的具體實現(xiàn)步驟如下(1)根據(jù)節(jié)點的地理位置，對節(jié)點進(jìn)行分群。
(2)分群后，將時間軸按TDMA超幀的格式劃分，在每個TDMA超幀開始時刻，群首節(jié)點發(fā)送同步幀進(jìn)行群內(nèi)節(jié)點時間的同步。同步后，節(jié)點開始偵聽是否有上層數(shù)據(jù)到達(dá)。
(3)當(dāng)上層有數(shù)據(jù)到達(dá)時，如果數(shù)據(jù)的目的節(jié)點是本群內(nèi)的節(jié)點，則發(fā)送節(jié)點在本群內(nèi)與其對應(yīng)的時隙內(nèi)發(fā)送該數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)的目的節(jié)點是群外節(jié)點，則進(jìn)行步驟(4)。
(4)發(fā)送節(jié)點先查詢其所維護(hù)的目的群的時間信息，然后在該群中業(yè)務(wù)幀的最后一個時隙以隨機概率p發(fā)送上層數(shù)據(jù)；該隨機概率p滿足0＜p＜1。
(5)上述的時間同步后，若節(jié)點偵聽信道在Tidle之內(nèi)，上層沒有數(shù)據(jù)到達(dá)，該節(jié)點發(fā)送休眠幀給群內(nèi)其它節(jié)點，表明其進(jìn)入休眠狀態(tài)，休眠時間為Tsleep。休眠結(jié)束之后，節(jié)點通過接收群首節(jié)點的同步幀來重新進(jìn)行同步。群首節(jié)點不休眠。
(6)在群首節(jié)點工作一段時間后，當(dāng)其剩余能量低于門限值ER時，該群首節(jié)點發(fā)送選舉幀給群內(nèi)其它節(jié)點來選舉新的群首節(jié)點，群內(nèi)其它節(jié)點收到群首節(jié)點發(fā)來的選舉幀后，回復(fù)選舉幀來表明自己的剩余能量。群首節(jié)點根據(jù)收到的剩余能量信息選出剩余能量最大的并大于自己剩余能量的節(jié)點為新的群首節(jié)點，并更新ER的值，否則不改變?nèi)菏坠?jié)點。
上述運動目標(biāo)探測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多址接入方法，所說的對節(jié)點進(jìn)行分群，分群的方法是在初始化時，一個節(jié)點先偵聽周圍是否有分群信息，如果沒有，則它可以作為群首節(jié)點開始劃分一個群，并選擇一個群內(nèi)號和一個全網(wǎng)唯一的群號。根據(jù)群首節(jié)點的地理位置，在處于群首節(jié)點通信半徑內(nèi)的節(jié)點可以加入該群并選擇同樣的群號和不同的群內(nèi)號，當(dāng)一個群內(nèi)的節(jié)點數(shù)達(dá)到設(shè)定的個數(shù)后，分群完畢；若一個群內(nèi)的節(jié)點個數(shù)多于設(shè)定的個數(shù)，則后加入群的節(jié)點僅有群號而沒有群內(nèi)號。
上述的運動目標(biāo)探測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多址接入方法，所說的更新ER的值，其方法是群內(nèi)的節(jié)點通過其它節(jié)點發(fā)送的選舉幀來更新自己所維護(hù)的群節(jié)點表。通過查詢?nèi)汗?jié)點表，節(jié)點可以知道本次選舉是否成功。在一次成功的選舉之后，ER的值更新為ER＝EVote_Remain其中EVote_Remain表示本次選舉成功時，群首節(jié)點的剩余能量，如果選舉失敗，則不改變?nèi)菏坠?jié)點，ER的值不更新。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點1、本發(fā)明是基于TDMA協(xié)議的，當(dāng)節(jié)點有數(shù)據(jù)發(fā)送時，節(jié)點首先在群內(nèi)與其對應(yīng)的時隙內(nèi)發(fā)送，因此有效的減少了群內(nèi)節(jié)點發(fā)送的接入時延。對于群間通信，由于采取了TDMA加隨機退避的方法，從而有效的減少了群間節(jié)點的發(fā)送碰撞，無需任何額外的硬件開銷。采用本發(fā)明后，群內(nèi)節(jié)點的信道接入時延及群間節(jié)點的接入時延遠(yuǎn)小于采用IEEE802.11協(xié)議后節(jié)點的信道接入時延。
2、本發(fā)明采用周期性的休眠和及時更換群首節(jié)點的策略。周期性休眠有效地減少了節(jié)點因空閑偵聽所消耗的能量，而及時更換群首節(jié)點的策略避免了在某一個群中，由于群首節(jié)點需要發(fā)送額外的信息而能量被提前耗盡的情況，從而保證即使在高負(fù)荷、高突發(fā)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，本發(fā)明與S-MAC和IEEE802.11相比能有效的延長傳感器節(jié)點的壽命。


圖1是本發(fā)明實現(xiàn)的流程2是本發(fā)明中尚未分群的傳感器節(jié)點示意3是本發(fā)明中劃分了第一個群的傳感器節(jié)點示意4是本發(fā)明中劃分了兩個群的傳感器節(jié)點示意5是本發(fā)明中分群完畢后傳感器節(jié)點的示意6是本發(fā)明中一個TDMA超幀的結(jié)構(gòu)示意7是本發(fā)明中傳感器節(jié)點狀態(tài)改變示意8是在相同負(fù)荷情況下，不同的MAC協(xié)議對一跳時延性能的影響仿真曲線9是不同的p值對兩跳時延性能的影響仿真曲線10是在相同空閑時間情況下，不同的MAC協(xié)議對節(jié)點剩余能量的影響仿真曲線11是在相同休眠時間情況下，不同的MAC協(xié)議對節(jié)點剩余能量的影響仿真曲線12是α＝0.5時，更換群首的策略對節(jié)點剩余能量的影響仿真曲線13是α＝0.25時，更換群首的策略對節(jié)點剩余能量的影響仿真曲線圖具體實施方式
參照圖1，它是本發(fā)明實現(xiàn)的流程圖，從流程圖中可以清楚地看出該方法的具體步驟?，F(xiàn)參看圖1～圖7說明其工作過程1.根據(jù)節(jié)點的地理位置，對節(jié)點進(jìn)行分群。在初始化分群時，一個節(jié)點先偵聽周圍是否有分群信息，如果沒有，則它可以作為群首節(jié)點開始劃分一個群，并選擇一個群內(nèi)號和一個全網(wǎng)唯一的群號。在處于群首節(jié)點通信半徑內(nèi)的節(jié)點可以加入該群并選擇同樣的群號和不同的群內(nèi)號。如果一個節(jié)點在加入某群之后又收到其它群的信息，則該節(jié)點將自己標(biāo)定為群間節(jié)點，并記錄其它群的同步信息，便于群間通信時與其它群的時間同步。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議與其應(yīng)用密切相關(guān)，且節(jié)點密度的不同將影響節(jié)點的能量消耗情況，在實際應(yīng)用中，群內(nèi)節(jié)點的個數(shù)可以根據(jù)需要設(shè)定。本發(fā)明的實施例設(shè)定每個群包含7個節(jié)點，并考慮當(dāng)節(jié)點的通信半徑為15m，節(jié)點密度為0.01個/m2的應(yīng)用場景。當(dāng)一個群內(nèi)的節(jié)點數(shù)未達(dá)到7個時，節(jié)點在0～6內(nèi)隨機選擇一個群內(nèi)號，同一個群內(nèi)的節(jié)點選擇不同的群內(nèi)號。當(dāng)群內(nèi)節(jié)點個數(shù)達(dá)到7個之后，后加入的節(jié)點僅獲得本群的群號，而沒有群內(nèi)號，這些節(jié)點將不再加入其它的群，而是作為本群的備用節(jié)點，然后將進(jìn)入休眠。當(dāng)所有的節(jié)點都獲得一個群號之后，初始化分群完畢。
2.分群后，將時間軸按TDMA超幀的格式劃分，在每個TDMA超幀開始時刻，群首節(jié)點發(fā)送同步幀進(jìn)行群內(nèi)節(jié)點時間的同步。在本發(fā)明中TDMA超幀是指TDMA通信的基本單位，每個TDMA超幀都由三部分組成同步幀，業(yè)務(wù)幀和選舉幀。同步幀用于群內(nèi)節(jié)點的時間同步，由群首節(jié)點發(fā)送。為了與實施例所設(shè)定的分群結(jié)合，業(yè)務(wù)幀又劃分為8個時隙，其中前7個時隙用于群內(nèi)通信，而最后一個時隙用作群間通信。在一個群內(nèi)只有擁有群內(nèi)號的節(jié)點才獲得一個群內(nèi)通信時隙，節(jié)點在與之對應(yīng)的通信時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)；選舉幀用于選舉新的群首節(jié)點，其中包含節(jié)點的剩余能量信息。
在每個TDMA超幀開始時刻，群首節(jié)點都發(fā)送同步幀進(jìn)行群內(nèi)節(jié)點時間的同步。收到同步幀的節(jié)點根據(jù)收到的時間信息調(diào)整自己的時間，從而保證在一個群內(nèi)節(jié)點之間的時間同步。如果某個節(jié)點的時間失步，則它可以利用下一次的同步幀調(diào)節(jié)自己的時間。同步后，節(jié)點開始偵聽是否有上層數(shù)據(jù)到達(dá)。
3.為了獲得群內(nèi)其它節(jié)點的信息，本發(fā)明設(shè)計群內(nèi)的每個節(jié)點都維護(hù)一張群節(jié)點表，表內(nèi)記錄群內(nèi)其它節(jié)點的群內(nèi)號，節(jié)點的狀態(tài)信息等。由于一個群內(nèi)的節(jié)點是全連通的，因此可以利用串?dāng)_的存在來更新節(jié)點所維護(hù)的群節(jié)點表。
當(dāng)上層有數(shù)據(jù)到達(dá)時，節(jié)點的行為是①查詢?nèi)汗?jié)點表來確定數(shù)據(jù)的目的節(jié)點是否為本群內(nèi)節(jié)點，若是，則在群內(nèi)與其對應(yīng)的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)。②若數(shù)據(jù)的目的節(jié)點是群外節(jié)點，則進(jìn)行步驟4。
4.若數(shù)據(jù)的目的節(jié)點是群外節(jié)點，則查詢節(jié)點所維護(hù)的目的群的時間信息，該信息是隨著收到其它群的同步幀而更新的，然后在該群中業(yè)務(wù)幀的最后一個時隙以隨機概率p發(fā)送數(shù)據(jù)。由于各個群之間的時間不同步，因此群間通信的碰撞難以避免，而MAC協(xié)議的任務(wù)就是盡最大可能減少分組碰撞，因此以隨機概率p發(fā)送，可以在一定程度上減小群間發(fā)送產(chǎn)生的碰撞。另外，為了保證群間的可靠通信，如果目的節(jié)點收到的是來自群外節(jié)點的正確數(shù)據(jù)，則發(fā)送ACK信息進(jìn)行確認(rèn)，否則，發(fā)送NAK信息予以否認(rèn)。
5.群首節(jié)點時間同步后，若節(jié)點偵聽信道在Tidle之內(nèi)，上層沒有數(shù)據(jù)到達(dá)，該節(jié)點發(fā)送休眠幀給群內(nèi)其它節(jié)點，表明其進(jìn)入休眠狀態(tài)，休眠時間為Tsleep。休眠幀包含節(jié)點休眠時間，用來通知群內(nèi)其它節(jié)點該節(jié)點將進(jìn)入休眠狀態(tài)以及要休眠的時間。收到休眠幀的節(jié)點更新自己維護(hù)的群節(jié)點表的信息。休眠結(jié)束之后，節(jié)點通過接收群首節(jié)點的同步幀來重新進(jìn)行同步。由于群首節(jié)點需要維護(hù)群內(nèi)時間的同步，因此群首節(jié)點不能進(jìn)入休眠。
6.在群首節(jié)點工作一定時間之后，當(dāng)其剩余能量值低于門限值ER時，ER是上一次選舉成功的節(jié)點的剩余能量，該群首節(jié)點發(fā)送選舉幀給群內(nèi)其它節(jié)點，選舉幀中包括群首節(jié)點的剩余能量信息。群內(nèi)其它節(jié)點收到群首節(jié)點發(fā)來的選舉幀后，回復(fù)選舉幀來表明自己的剩余能量。如果群內(nèi)存在這樣的節(jié)點，其剩余能量大于群首節(jié)點的剩余能量，則本次選舉成功，否則本次選舉失敗。如果群首節(jié)點選舉成功，那么該群首節(jié)點將變?yōu)槠胀ü?jié)點，而剩余能量最大的節(jié)點將作為新的群首節(jié)點來管理整個群的同步。
由于串?dāng)_的存在，群內(nèi)的節(jié)點會收到其它節(jié)點發(fā)送的選舉幀，從而更新自己所維護(hù)的群節(jié)點表。通過查詢?nèi)汗?jié)點表，節(jié)點可以知道本次選舉是否成功。在一次成功的選舉之后，ER的值更新為ER＝EVote_Remain其中EVote_Remain表示本次選舉成功時，群首節(jié)點的剩余能量，如果選舉失敗，則不改變?nèi)菏坠?jié)點，ER的值不更新。
在下一次的選舉中，只有群首節(jié)點的剩余能量滿足ER_new＜ER_old才能再次進(jìn)行新一輪的選舉。其中ER_new是群首節(jié)點的剩余能量，ER_old表示上一次選舉成功的群首節(jié)點的剩余能量。
圖2～圖5是本發(fā)明中節(jié)點分群的示意圖，從中可以清楚地看出上述分群的具體步驟。
圖6是本發(fā)明中一個TDMA超幀的示意圖，每個TDMA超幀都由同步幀，業(yè)務(wù)幀和選舉幀三部分組成，其中業(yè)務(wù)幀又劃分為8個時隙，S0～S6時隙用于群內(nèi)通信，而最后一個時隙S7用作群間通信。
圖7是本發(fā)明中傳感器節(jié)點狀態(tài)改變示意圖，可以看出節(jié)點的狀態(tài)不斷的在休眠和偵聽中切換。
參照圖8～圖13，為了檢驗本發(fā)明的性能，將本發(fā)明與現(xiàn)有傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.11和S-MAC進(jìn)行了仿真，該仿真主要研究了高數(shù)據(jù)突發(fā)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，當(dāng)隨機概率p和節(jié)點休眠時間與空閑時間之比α兩個參數(shù)的取值不同時，應(yīng)用本發(fā)明后對網(wǎng)絡(luò)性能及節(jié)點剩余能量的影響。
本發(fā)明的實施例的仿真場景是100個節(jié)點組以Ad Hoc的方式分布的網(wǎng)絡(luò)，均勻的分布在100×100m2的區(qū)域內(nèi)，整個網(wǎng)絡(luò)是連通的。節(jié)點的通信半徑為15m，節(jié)點密度為0.01個/m2。仿真軟件為OPNET10.5，仿真實驗通過一臺主頻為2.4G的臺式機上完成。為了模擬傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)突發(fā)的特性，在圖8～圖13中，采用如表1所示的仿真模型參數(shù)。表中數(shù)據(jù)包長度服從負(fù)指數(shù)分布。為了定量描述本發(fā)明的性能，在本發(fā)明中采用一跳接入時延、兩跳接入時延，節(jié)點剩余能量這三個指標(biāo)來評估其性能。
表1性能仿真參數(shù)

參照圖8和圖9，圖8是在相同負(fù)荷情況下，不同的MAC協(xié)議對一跳時延性能的影響仿真曲線圖，其中本發(fā)明的實施例可稱為TBEA。圖9是不同的p值對兩跳時延性能的影響仿真曲線圖。從圖8可以看出在網(wǎng)絡(luò)處于重負(fù)荷高突發(fā)數(shù)據(jù)情況下，即λ＝0.8192時，本發(fā)明TBEA所引入的一跳接入時延遠(yuǎn)小于IEEE802.11協(xié)議所引入的一跳時延。這是由于IEEE802.11協(xié)議是基于CSMA/CA的MAC協(xié)議，每個節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)以前，都要偵聽信道的忙閑情況，以確定是否能在下一個時隙內(nèi)發(fā)送，如果偵聽到信道閑，則繼續(xù)偵聽一段時間，若信道仍為空閑再發(fā)送；若發(fā)現(xiàn)信道忙，則一直偵聽信道，直到信道變?yōu)榭臻e。而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處于高負(fù)荷數(shù)據(jù)突發(fā)的情況下，每個節(jié)點都在很短的時間內(nèi)要接入信道發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，引入了比較長的偵聽時間。而由于本發(fā)明TBEA是基于分群TDMA協(xié)議的，每個節(jié)點在本群與之對應(yīng)的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，信道接入時延比較小。
對于群內(nèi)通信，由目前通用的M/G/1型排隊系統(tǒng)可以得到，TDMA系統(tǒng)中每個用戶的等待時延WTDM是WTDM=m2(1-λ)]]>其中，m為TDMA中時隙個數(shù)，每個用戶占用一個時隙；λ為整個系統(tǒng)的分組到達(dá)率，λ的取值滿足0≤λ≤1。
從圖9中可以看出，在隨機概率p不同的情況下，兩跳接入時延的取值也有很大的變化。對于群間通信，由于一個業(yè)務(wù)時隙包括8個時隙，群內(nèi)通信占用前7個時隙，而群間通信占用最后一個時隙。如果節(jié)點有數(shù)據(jù)發(fā)往群外，則必須等待到目的群業(yè)務(wù)幀的最后一個時隙再以隨機概率p發(fā)送，則節(jié)點的接入時延T為T=18(Σi=07i)(p+2(1-p)p+3(1-p)2p+...)]]>其中i為節(jié)點需要等待的時隙數(shù)，這里不考慮節(jié)點在本時隙剩余的時間。由于發(fā)送節(jié)點可能等待0～7個時隙中的任意一個，因此概率為 (p+2(1-p)p+3(1-p)2p+…)表示一次發(fā)送成功、兩次發(fā)送成功…的概率，因此可以得到兩跳接入時延WTotal的計算式為WTotal＝WTDM+T節(jié)點的群內(nèi)接入時延是由TDMA的固有接入時延WTDM決定的，不因p取值的不同而變化。但是不同的p決定了群間發(fā)送的時延T，若p取值較小，則在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較輕情況下，節(jié)點需要等待較長時間才能發(fā)送數(shù)據(jù)；若p取值較大，則當(dāng)節(jié)點以較大概率發(fā)送數(shù)據(jù)時，可能會增加發(fā)送碰撞。
參照圖10，它是在相同空閑時間情況下，不同的MAC協(xié)議對節(jié)點剩余能量的影響仿真曲線，其中固定Tidle的值，Tidle＝10秒。圖中，PS指采用休眠策略的算法WS指不采用休眠策略的算法。從圖中可以看出本發(fā)明與IEEE802.11和S-MAC相比，有效的節(jié)約了節(jié)點的能量。由于IEEE802.11協(xié)議是基于CSMA/CA的MAC協(xié)議，節(jié)點消耗大量能量用于信道檢測，而本發(fā)明是基于TDMA協(xié)議的，因此有效的避免了信道檢測所帶來的能量損失。WS策略的性能略差于S-MAC，這是由于節(jié)點將絕大多數(shù)能量耗費在空閑偵聽上。而采取PS策略后，由于周期性的休眠減少了空閑偵聽的時間，從而減緩了剩余能量的消耗，其性能優(yōu)于S-MAC。當(dāng)節(jié)點休眠時間與節(jié)點空閑時間之比α取值不同時，對協(xié)議的性能也有不同影響，α越大對應(yīng)的節(jié)點休眠時間越長。
參照圖11，它是在相同休眠時間情況下，不同的MAC協(xié)議對節(jié)點剩余能量的影響仿真曲線圖，其中固定Tsleep的值，Tsleep＝5秒。圖中，PS指采用休眠策略的算法；WS指不采用休眠策略的算法。從圖中可以看出本發(fā)明與IEEE802.11和S-MAC相比，能有效的節(jié)約節(jié)點的能量，且不同的α值對節(jié)點能量的消耗也有影響。此情況下，如果α較小時，即空閑時間長，則節(jié)點長時間處于空閑狀態(tài)，不能有效的節(jié)約能量；而α值較大時，節(jié)點頻繁的從激活狀態(tài)切換到休眠狀態(tài)，切換過程也要消耗大量的能量。
參照圖12和圖13，它們是α取值不同時，更換群首的策略對節(jié)點剩余能量的影響仿真曲線圖，其中，WVS指不更換群首策略的算法；VS指更換群首策略的算法。從圖中我們可以看出，α取值不同時，VS策略與WVS策略相比，能有效的均衡節(jié)點之間的能量消耗。在WVS策略的算法中，作為初始化分群的群首節(jié)點，消耗掉了比群內(nèi)其它節(jié)點多的能量，這是因為群首節(jié)點需要發(fā)送額外的控制信息，因此，其能量更容易耗盡。如果該節(jié)點為網(wǎng)絡(luò)中的一個關(guān)鍵節(jié)點或者該節(jié)點承擔(dān)著群內(nèi)數(shù)據(jù)匯聚的任務(wù)，則由于此節(jié)點能量的快速耗盡，將會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的阻塞或者上層路由的失敗。而采用VS策略后，當(dāng)群首節(jié)點消耗一定能量之后，會重新選舉新的群首節(jié)點。這樣，通過不斷的更換群首節(jié)點，使得群內(nèi)的節(jié)點能量的消耗趨于均勻，從而降低了群內(nèi)某個節(jié)點的能量先被耗盡事件的發(fā)生概率。
權(quán)利要求
1.運動目標(biāo)探測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多址接入方法，該方法的實施步驟如下(1)根據(jù)節(jié)點的地理位置，對節(jié)點進(jìn)行分群；(2)分群后，將時間軸按TDMA超幀的格式劃分，在每個TDMA超幀開始時刻，群首節(jié)點發(fā)送同步幀進(jìn)行群內(nèi)節(jié)點時間的同步，同步后，節(jié)點開始偵聽是否有上層數(shù)據(jù)到達(dá)；(3)當(dāng)有上層數(shù)據(jù)到達(dá)時，如果數(shù)據(jù)的目的節(jié)點是本群內(nèi)的節(jié)點，則發(fā)送節(jié)點在本群內(nèi)與其對應(yīng)的時隙內(nèi)發(fā)送該數(shù)據(jù)；如果數(shù)據(jù)的目的節(jié)點是群外節(jié)點，則進(jìn)行步驟(4)；(4)發(fā)送節(jié)點先查詢其所維護(hù)的目的群的時間信息，然后在該群中業(yè)務(wù)幀的最后一個時隙以隨機概率p發(fā)送上層數(shù)據(jù)，該隨機概率p滿足0＜p＜1；(5)上述的時間同步后，若節(jié)點偵聽信道在Tidle之內(nèi)，上層沒有數(shù)據(jù)到達(dá)，該節(jié)點發(fā)送休眠幀給群內(nèi)其它節(jié)點，表明其進(jìn)入休眠狀態(tài)，休眠時間為Tsleep，休眠結(jié)束之后，節(jié)點通過接收群首節(jié)點的同步幀來重新進(jìn)行同步，群首節(jié)點不休眠；(6)在群首節(jié)點工作一段時間后，當(dāng)其剩余能量低于門限值ER時，該群首節(jié)點發(fā)送選舉幀給群內(nèi)其它節(jié)點來選舉新的群首節(jié)點；群內(nèi)其它節(jié)點收到群首節(jié)點發(fā)來的選舉幀后，回復(fù)選舉幀來表明自己的剩余能量，群首節(jié)點根據(jù)收到的剩余能量信息選出剩余能量最大的并大于自己剩余能量的節(jié)點為新的群首節(jié)點，并更新ER的值，否則不改變?nèi)菏坠?jié)點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運動目標(biāo)探測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多址接入方法，其特征在于所說的對節(jié)點進(jìn)行分群，分群的方法是在初始化時，一個節(jié)點先偵聽周圍是否有分群信息，如果沒有，則它可以作為群首節(jié)點開始劃分一個群，并選擇一個群內(nèi)號和一個全網(wǎng)唯一的群號，根據(jù)群首節(jié)點的地理位置，在處于群首節(jié)點通信半徑內(nèi)的節(jié)點可以加入該群并選擇同樣的群號和不同的群內(nèi)號，當(dāng)一個群內(nèi)的節(jié)點數(shù)達(dá)到設(shè)定的個數(shù)后，分群完畢；若一個群內(nèi)的節(jié)點個數(shù)多于設(shè)定的個數(shù)，則后加入群的節(jié)點僅有群號而沒有群內(nèi)號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運動目標(biāo)探測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多址接入方法，其特征在于所說的更新ER的值的方法是群內(nèi)的節(jié)點通過其它節(jié)點發(fā)送的選舉幀來更新自己所維護(hù)的群節(jié)點表，通過查詢?nèi)汗?jié)點表，節(jié)點可以知道本次選舉是否成功，在一次成功的選舉之后，ER的值更新為ER＝EVote_Remain其中EVote_Remain表示本次選舉成功時，群首節(jié)點的剩余能量，如果選舉失敗，則不改變?nèi)菏坠?jié)點，ER的值不更新。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種運動目標(biāo)探測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多址接入方法，它涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，采用該方法可以用來減少空閑節(jié)點的能量消耗及均衡節(jié)點之間能量的消耗、合理地控制信道的接入時延。該方法的實現(xiàn)步驟為首先根據(jù)節(jié)點的地理位置，進(jìn)行分群；分群后，群首節(jié)點發(fā)送同步幀進(jìn)行群內(nèi)節(jié)點時間的同步；在群內(nèi)采用TDMA的通信方式，群內(nèi)的每個節(jié)點都在與之對應(yīng)的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)；在群間采用TDMA加隨機退避的方式來減少群間通信數(shù)據(jù)的碰撞；若節(jié)點的空閑時間達(dá)到T
文檔編號H04L29/06GK1929421SQ20061010442
公開日2007年3月14日 申請日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月28日
發(fā)明者盛敏, 江帆, 田野, 李建東, 張琰, 劉堯, 周應(yīng)學(xué), 張創(chuàng)貞, 姚俊良, 狄倩 申請人:西安電子科技大學(xué)