專利名稱：一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)mac協(xié)議方法
一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，特別是一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議方法。
背景技術(shù)：
MAC協(xié)議是定義數(shù)據(jù)幀怎樣在介質(zhì)上進(jìn)行傳輸?shù)膮f(xié)議，其位于OSI七層協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層，主要負(fù)責(zé)控制與連接物理層的物理介質(zhì)。在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，MAC協(xié)議可以事先判斷是否可以發(fā)送數(shù)據(jù)，如果可以發(fā)送將給數(shù)據(jù)加上一些控制信息，最終將數(shù)據(jù)以及控制信息以規(guī)定的格式發(fā)送到物理層；在接收數(shù)據(jù)的時候，MAC協(xié)議首先判斷輸入的信息并是否發(fā)生傳輸錯誤，如果沒有錯誤，則去掉控制信息發(fā)送至LLC層。
目前在無線傳感器領(lǐng)域中，S-MAC協(xié)議方法被廣泛采用。該協(xié)議采用周期性的偵聽和睡眠機(jī)制，一個節(jié)點給相鄰節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)只能等到相鄰狀態(tài)處于偵聽狀態(tài)時。如圖1 所示，S-MAC協(xié)議方法下，節(jié)點的狀態(tài)周期分為喚醒半周期和活動半周期，喚醒半周期包括偵聽時間和休眠時間，活動半周期包括偵聽時間和激活事件處理時間；當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點1要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時，下層的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點2可能正處于休眠時間，這樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)就必須等到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點2轉(zhuǎn)換到節(jié)點活動半周期，這個等待時間t導(dǎo)致數(shù)據(jù)延遲，這種由于傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點休眠帶來的通信時延會隨著路徑上跳數(shù)的增加成比例增加，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)效率的極大降低。因此，現(xiàn)有 S-MAC協(xié)議方法僅適用于監(jiān)測時延可以稍微長些但仍能比較實際的反應(yīng)現(xiàn)場的情況的設(shè)備，對于要求監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)實時性較高的設(shè)備可能會產(chǎn)生延時；同時，在一個周期內(nèi)，喚醒半周期和活動半周期的占空比不隨網(wǎng)絡(luò)流量變化動態(tài)調(diào)整，適合于高流量的情況下使用，對于低流量情況下可能會導(dǎo)致能量浪費，增加時延。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有S-MAC協(xié)議方法存在的節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸延時的問題，提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議方法。
該方法包括以下步驟
步驟一設(shè)定喚醒周期第一偵聽次數(shù)閾值和喚醒周期第二偵聽次數(shù)閾值；
步驟二 節(jié)點定時器啟動節(jié)點的喚醒半周期而進(jìn)入喚醒半周期的偵聽時間，
判斷在喚醒半周期的偵聽時間內(nèi)，連續(xù)無激活事件的偵聽次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定的第一偵聽次數(shù)閾值，是則將喚醒半周期延長1. 5倍。
本發(fā)明的S-MAC協(xié)議方法減小了下層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點活動時間和上層節(jié)點活動時間的對應(yīng)偏移程度，這樣上下層節(jié)點數(shù)據(jù)收發(fā)就能及時響應(yīng)，多個節(jié)點的延伸就使得數(shù)據(jù)迅速轉(zhuǎn)發(fā)，解決了傳統(tǒng)S-MAC協(xié)議方法因節(jié)點休眠帶來的延遲問題。


圖1為現(xiàn)有S-MAC協(xié)議方法的節(jié)點的狀態(tài)周期時序圖。
圖2為本發(fā)明S-MAC協(xié)議方法的節(jié)點的一種狀態(tài)周期時序圖。
圖3為本發(fā)明S-MAC協(xié)議方法的節(jié)點的另一種狀態(tài)周期時序圖。
圖4為本發(fā)明S-MAC協(xié)議方法的節(jié)點的再一種狀態(tài)周期時序圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明S-MAC協(xié)議方法首先是根據(jù)節(jié)點通信吞吐量來動態(tài)設(shè)定喚醒半周期的時間，該通信吞吐量是用以衡量在給定時間內(nèi)，收發(fā)節(jié)點之間成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大小。該方法具體包括下述步驟
步驟一設(shè)定喚醒周期第一偵聽次數(shù)閾值和喚醒周期第二偵聽次數(shù)閾值；
步驟二節(jié)點定時器啟動節(jié)點的喚醒半周期而進(jìn)入喚醒半周期的偵聽時間，判斷在喚醒半周期的偵聽時間內(nèi)，連續(xù)無激活事件的偵聽次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定的第一偵聽次數(shù)閾值，是則將喚醒半周期延長1. 5倍，如圖2所示。該激活事件可以是RTS和CTS請求數(shù)據(jù)包信息、網(wǎng)絡(luò)沖突信息、等待數(shù)據(jù)發(fā)送確認(rèn)信息等。
步驟二中，在判斷在喚醒半周期的偵聽時間內(nèi)，連續(xù)無激活事件的偵聽次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定的第一偵聽次數(shù)閾值的步驟同時，還可以包括下述步驟
步驟三判斷均偵聽到激活事件的偵聽次數(shù)是否達(dá)到喚醒周期第二偵聽次數(shù)閾值，是則將喚醒半周期減小一半，如圖3所示。
本發(fā)明S-MAC協(xié)議方法其次是改變了節(jié)點喚醒半周期和活動半周期的占空比，具體是在步驟一前或后包括下述步驟
步驟四節(jié)點定時器啟動節(jié)點的活動半周期。
步驟五判斷在節(jié)點活動半周期的偵聽時間內(nèi)是否收到激活事件，是則進(jìn)入激活時間處理時間，收發(fā)激活事件相應(yīng)數(shù)據(jù)；否則關(guān)閉節(jié)點的通信模塊，以提前結(jié)束活動周期， 達(dá)到減少能量損耗的目的，如圖4所示。
本發(fā)明的S-MAC協(xié)議方法根據(jù)節(jié)點通信吞吐量來動態(tài)設(shè)定喚醒半周期的時間，特別適用于監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)環(huán)境信息的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，如監(jiān)測環(huán)境圖像、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等網(wǎng)絡(luò)，以及電力塔等信息變化緩慢的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明的S-MAC協(xié)議方法減小了下層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點活動時間和上層節(jié)點活動時間的對應(yīng)偏移程度，這樣上下層節(jié)點數(shù)據(jù)收發(fā)就能及時響應(yīng)，多個節(jié)點的延伸就使得數(shù)據(jù)迅速轉(zhuǎn)發(fā)，解決了傳統(tǒng)S-MAC協(xié)議方法因節(jié)點休眠帶來的延遲問題。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議方法，其特征在于包括以下步驟步驟一設(shè)定喚醒周期第一偵聽次數(shù)閾值和喚醒周期第二偵聽次數(shù)閾值；步驟二 節(jié)點定時器啟動節(jié)點的喚醒半周期而進(jìn)入喚醒半周期的偵聽時間，判斷在喚醒半周期的偵聽時間內(nèi)，連續(xù)無激活事件的偵聽次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定的第一偵聽次數(shù)閾值， 是則將喚醒半周期延長1.5倍。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟二中，在判斷在喚醒半周期的偵聽時間內(nèi)，連續(xù)無激活事件的偵聽次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定的第一偵聽次數(shù)閾值的步驟同時，還包括下述步驟步驟三判斷均偵聽到激活事件的偵聽次數(shù)是否達(dá)到喚醒周期第二偵聽次數(shù)閾值，是則將喚醒半周期減小一半。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟一前或后包括下述步驟步驟四節(jié)點定時器啟動節(jié)點的活動半周期；步驟五判斷在節(jié)點活動半周期的偵聽時間內(nèi)是否收到激活事件，是則進(jìn)入激活時間處理時間，收發(fā)激活事件相應(yīng)數(shù)據(jù)；否則關(guān)閉節(jié)點的通信模塊。
4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的方法，其特征在于，激活事件是RTS和CTS請求數(shù)據(jù)包信息、網(wǎng)絡(luò)沖突信息、等待數(shù)據(jù)發(fā)送確認(rèn)信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議方法，包括以下步驟步驟一設(shè)定喚醒周期第一偵聽次數(shù)閾值和喚醒周期第二偵聽次數(shù)閾值；步驟二節(jié)點定時器啟動節(jié)點的喚醒半周期而進(jìn)入喚醒半周期的偵聽時間，判斷在喚醒半周期的偵聽時間內(nèi)，連續(xù)無激活事件的偵聽次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定的第一偵聽次數(shù)閾值，是則將喚醒半周期延長1.5倍。本發(fā)明的S-MAC協(xié)議方法減小了下層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點活動時間和上層節(jié)點活動時間的對應(yīng)偏移程度，這樣上下層節(jié)點數(shù)據(jù)收發(fā)就能及時響應(yīng)，多個節(jié)點的延伸就使得數(shù)據(jù)迅速轉(zhuǎn)發(fā)，解決了傳統(tǒng)S-MAC協(xié)議方法因節(jié)點休眠帶來的延遲問題。
文檔編號H04L29/08GK102546750SQ20111037473
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者曾潔, 李桂林, 陳少華 申請人:大連交通大學(xué)