專利名稱：一種解決多信道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分組空傳問題的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種解決多信道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分組空傳問題的方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)面向結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控、高保真度數(shù)據(jù)采集等應(yīng)用時，由于傳感器的傳感范圍通常比節(jié)點通信范圍小，所以需要對感興趣區(qū)域密集地部署傳感器節(jié)點。在這種應(yīng)用場景中，數(shù)據(jù)流量大，節(jié)點間干擾非常嚴(yán)重，信道競爭激烈。傳統(tǒng)的WSN的MAC協(xié)議只采用單一的頻率信道來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包。這就意味著單信道的帶寬由多個同范圍的節(jié)點共享。要同時保證帶寬利用率和低功耗是一個很難的挑戰(zhàn)。而很多平臺的射頻芯片具有信道切換的能力，所以MAC協(xié)議并不僅限于單信道傳輸。MAC協(xié)議處于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的底層部分，它決定無線信道的使用方式，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能有極大影響，是保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高效通信的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之一。調(diào)度信道輪詢(kheduled Channel Polling, SCP)是一種低功耗的基于競爭的信道接入方法，但在突發(fā)、相關(guān)突發(fā)流量情況下，同步發(fā)送數(shù)據(jù)引發(fā)節(jié)點間干擾，造成較大的接入延時或碰撞。為了減少節(jié)點間干擾，可以在SCP的基礎(chǔ)上加入多信道機制，使得不同節(jié)點可以在同一時間不同的信道上并行傳輸數(shù)據(jù)。然而，使用多信道會導(dǎo)致分組空傳問題(Deafness Problem), 導(dǎo)致重發(fā)延時和能量浪費，從而影響了多信道的使用效率。分組空傳是多信道協(xié)議普遍面臨的問題，同步和異步多信道協(xié)議都會遇到。不同的多信道協(xié)議對此問題提出了不同的解決方案。R. Maheshwari等人提出了 xRDT協(xié)議來減少分組空傳的影響。指出在重負(fù)載情況下分組空傳會引發(fā)RDT協(xié)議吞吐量下降，使得多信道的吞吐量甚至不如單信道的802. 11。R. Maheshwari等人對分組空傳的研究是針對RDT 的，RDT是不睡眠的異步MAC，因而xRDT的分組空傳緩解機制并不適用于多信道SCP。在采取了睡眠機制的多信道協(xié)議中，MMSN采用交替發(fā)送與交替?zhèn)陕牱椒ㄊ构?jié)點 “能同時偵聽兩個信道”，Y-MAC采用接收節(jié)點發(fā)送顯式通知包的方法告知發(fā)送節(jié)點自己是否在當(dāng)前信道，以上兩種方法均要求高精度同步，增加了同步開銷；TMCP采用了粗顆粒的信道分配算法(基于樹)避免信道切換，但粗顆粒的信道分配影響了信道利用率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述背景技術(shù)的不足，提供了一種多信道無限傳感網(wǎng)絡(luò)中的分組空傳方法。本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案一種解決多信道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分組空傳問題的方法包括如下步驟步驟1，將通信周期劃分為時間超幀，然后將每一個時間超幀劃分為若干子時槽；步驟2，分別在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的鄰居列表內(nèi)建立信道切換列表和子時槽喚醒列表；
步驟3，進行數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)發(fā)送節(jié)點沒有數(shù)據(jù)包發(fā)送時，進入步驟3-1 ；當(dāng)發(fā)送節(jié)點有數(shù)據(jù)包發(fā)送時，進入步驟3-2 ；步驟3-1，發(fā)送節(jié)點按照信道切換列表和子時槽喚醒列表進行信道切換、信道輪詢、喚醒；步驟3-2，發(fā)送節(jié)點查詢接收節(jié)點的信道切換列表和子時槽喚醒列表，然后發(fā)送節(jié)點在查詢到的接收節(jié)點的子時槽喚醒列表中的相應(yīng)子時槽切換到接收節(jié)點的信道切換列表中的相應(yīng)信道上發(fā)送數(shù)據(jù)包。所述多信道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分組空傳方法中，步驟3-2所述發(fā)送節(jié)點在相應(yīng)子時槽切換到接收節(jié)點的信道上發(fā)送數(shù)據(jù)包具體包括如下步驟步驟A，發(fā)送節(jié)點進行隨機的初始退避，若在退避過程中該發(fā)送節(jié)點收到其他發(fā)送節(jié)點的前導(dǎo)包，進入步驟B;若在退避過程中該發(fā)送節(jié)點沒有收到其他發(fā)送節(jié)點的前導(dǎo)包， 進入步驟C ；步驟B:取消發(fā)送節(jié)點的本次發(fā)包任務(wù)，待到接收節(jié)點的下一喚醒子時槽再發(fā)送數(shù)據(jù)包；步驟C:發(fā)送節(jié)點重復(fù)發(fā)送若干短前導(dǎo)包喚醒目標(biāo)節(jié)點后，再發(fā)送數(shù)據(jù)包，接收節(jié)點在喚醒子時槽喚醒偵聽信道，若偵聽信道空閑就接收數(shù)據(jù)包；若偵聽信道忙，就待接收節(jié)點的無線接收器接收完其它數(shù)據(jù)包后，再接收該發(fā)送節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包。所述多信道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分組空傳方法中，步驟2所述信道切換列表和子時槽喚醒列表采用線性同余法計算得到。所述的多信道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分組空傳方法，在步驟3-2中，當(dāng)發(fā)送節(jié)點沒有查詢到接收節(jié)點的信道切換列表和子時槽喚醒列表時，發(fā)送節(jié)點在自身鄰居列表中建立接收節(jié)點的信道喚醒列表和子時槽喚醒列表，然后在建立的子時槽喚醒列表中的相應(yīng)子時槽切換到信道喚醒列表中的相應(yīng)信道上發(fā)送數(shù)據(jù)包。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果充分地利用帶寬，能夠保證低功耗；控制開銷小；減少了節(jié)點間干擾，同時對外界干擾提供更好的魯棒性；消除了分組空傳，提高了傳輸率和吞吐量；不僅適用于密集的、高吞吐量的WSN網(wǎng)絡(luò)，也同樣適用于稀疏的、低數(shù)據(jù)速率但偶爾有突發(fā)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。


圖1是偽隨機跳頻方法示意圖。圖2是信道基于競爭接入方式的示意圖。圖3是錯位信道輪詢機制的示意圖。圖4為多信道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中分組空傳方法的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明如圖4所示的多信道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分組空傳方法，包括如下步驟步驟1，將通信周期劃分為時間超幀，將每一個時間超幀劃分為若干子時槽。首先將時間劃分為超幀，一個時間超幀劃分為16個時槽，每個時槽所使用的信道采取線性同余法偽隨機跳頻。每個節(jié)點在每個時間槽都切換無線收發(fā)器的頻率。每個超幀的第一個時槽為廣播時槽，接收節(jié)點在廣播時槽發(fā)送同步包使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點進入同步狀態(tài)以及調(diào)整自身時間維持同步。信道分配是基于并行的偽隨機原則，為了推算一個節(jié)點的無線收發(fā)器的信道，我們把它的ID和時槽號加入到偽隨機發(fā)生器。信道號由接收節(jié)點選擇；當(dāng)一個節(jié)點有數(shù)據(jù)要發(fā)向另一個節(jié)點，它現(xiàn)將自己的信道切換到接收節(jié)點信道然后發(fā)送數(shù)據(jù)。采用偽隨機跳轉(zhuǎn)方案，不需要任何的附加開銷。另外如圖1所示，可以加入廣播支持，并且可以設(shè)置單播和廣播時槽數(shù)的比值。偽隨機跳頻方法示意圖如圖1所示。偽隨機發(fā)生器的隨機算法采用如公式(1)所示的線性同余法
權(quán)利要求
1.一種解決多信道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分組空傳問題的方法，其特征在于包括如下步驟 步驟1，將通信周期劃分為時間超幀，然后將每一個時間超幀劃分為若干子時槽； 步驟2，分別在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的鄰居列表內(nèi)建立信道切換列表和子時槽喚醒列表；步驟3，進行數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)發(fā)送節(jié)點沒有數(shù)據(jù)包發(fā)送時，進入步驟3-1 ；當(dāng)發(fā)送節(jié)點有數(shù)據(jù)包發(fā)送時，進入步驟3-2;步驟3-1，發(fā)送節(jié)點按照信道切換列表和子時槽喚醒列表進行信道切換、信道輪詢、喚醒；步驟3-2，發(fā)送節(jié)點查詢接收節(jié)點的信道切換列表和子時槽喚醒列表，然后發(fā)送節(jié)點在查詢到的接收節(jié)點的子時槽喚醒列表中的相應(yīng)子時槽切換到接收節(jié)點的信道切換列表中的相應(yīng)信道上發(fā)送數(shù)據(jù)包。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多信道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分組空傳方法，其特征在于步驟 3-2所述發(fā)送節(jié)點在相應(yīng)子時槽切換到接收節(jié)點的信道上發(fā)送數(shù)據(jù)包具體包括如下步驟步驟A，發(fā)送節(jié)點進行隨機的初始退避，若在退避過程中該發(fā)送節(jié)點收到其他發(fā)送節(jié)點的前導(dǎo)包，進入步驟B;若在退避過程中該發(fā)送節(jié)點沒有收到其他發(fā)送節(jié)點的前導(dǎo)包，進入步驟C;步驟B:取消發(fā)送節(jié)點的本次發(fā)包任務(wù)，待到接收節(jié)點的下一喚醒子時槽再發(fā)送數(shù)據(jù)包；步驟C:發(fā)送節(jié)點重復(fù)發(fā)送若干短前導(dǎo)包喚醒目標(biāo)節(jié)點后，再發(fā)送數(shù)據(jù)包，接收節(jié)點在喚醒子時槽喚醒偵聽信道，若偵聽信道空閑就接收數(shù)據(jù)包；若偵聽信道忙，就待接收節(jié)點的無線接收器接收完其它數(shù)據(jù)包后，再接收該發(fā)送節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多信道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分組空傳方法，其特征在于，步驟2所述信道切換列表和子時槽喚醒列表采用線性同余法計算得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多信道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分組空傳方法，其特征在于，在步驟3-2中，當(dāng)發(fā)送節(jié)點沒有查詢到接收節(jié)點的信道切換列表和子時槽喚醒列表時，發(fā)送節(jié)點在自身鄰居列表中建立接收節(jié)點的信道喚醒列表和子時槽喚醒列表，然后在建立的子時槽喚醒列表中的相應(yīng)子時槽切換到信道喚醒列表中的相應(yīng)信道上發(fā)送數(shù)據(jù)包。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種解決多信道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分組空傳問題的方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。本方法將時槽分為若干子時槽；建立各節(jié)點的信道切換列表和子時槽喚醒列表；發(fā)送節(jié)點在有數(shù)據(jù)包發(fā)送時查詢接收節(jié)點的信道切換列表和子時槽喚醒列表，并在相應(yīng)子時槽喚醒接收節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸。本方法充分地利用帶寬，能夠保證低功耗；控制開銷??；減少了節(jié)點間干擾，同時對外界干擾提供更好的魯棒性；消除了分組空傳，提高了傳輸率和吞吐量。
文檔編號H04W36/00GK102378285SQ20111039430
公開日2012年3月14日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者劉昊, 吳建輝, 湯峰, 王俊鵬, 蔣富龍 申請人:東南大學(xué)