專利名稱：基于微周期的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點的休眠方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點節(jié)能技術(shù)。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于受工作環(huán)境所限，通常需要由電池供電。為了延長網(wǎng)絡(luò)生存期，采用休眠機(jī)制來降低節(jié)點能耗成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心問題之一。目前的休眠機(jī)制有兩種(I)節(jié)點休眠策略根據(jù)業(yè)務(wù)需求，調(diào)整節(jié)點本身的休眠時間，降低能耗；(2)網(wǎng)絡(luò)休眠策略根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的整體覆蓋需求或連通性需求，周期性的使得某些節(jié)點進(jìn)入休眠狀態(tài)。在普通傳感節(jié)點上，這兩種機(jī)制都可以有效工作。如

圖1(a)所示，節(jié)點休眠策略 可以依據(jù)傳感終端的業(yè)務(wù)需求周期性的進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而減少傳感節(jié)點空閑等待的能量消耗，大幅度提高節(jié)點的生存時間。網(wǎng)絡(luò)休眠策略可以依據(jù)監(jiān)測需求，在覆蓋冗余的情況下讓某些節(jié)點輪流休眠，從而提高網(wǎng)絡(luò)生存期。但是，在負(fù)責(zé)中繼任務(wù)的路由節(jié)點上，節(jié)點休眠策略無法有效工作。因為路由節(jié)點一旦進(jìn)入休眠狀態(tài)，是無法由鄰居通過網(wǎng)絡(luò)信令喚醒的，而路由節(jié)點的中繼需求是隨機(jī)發(fā)生、并且難以預(yù)測的。這就意味著，路由節(jié)點必須一直處于工作狀態(tài)，無法通過休眠降低能量消耗。若采用網(wǎng)絡(luò)休眠策略，則需要網(wǎng)絡(luò)中存在足夠的冗余節(jié)點，在保證網(wǎng)絡(luò)連通性和覆蓋性條件下，根據(jù)某種休眠調(diào)度策略讓一部分路由節(jié)點輪流進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而使網(wǎng)絡(luò)生存周期延長。這種方式存在兩個問題(1)必須建立在能擔(dān)當(dāng)路由任務(wù)的節(jié)點有充分冗余的基礎(chǔ)上；(2)任何一個節(jié)點，只要在充當(dāng)路由節(jié)點的時間段內(nèi)(這種節(jié)點可稱為“在位路由節(jié)點”)，仍然是一直工作的，無法進(jìn)入休眠狀態(tài)以節(jié)約能耗，如圖1(b)所示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點休眠方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，基于微周期的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由節(jié)點休眠方法，包括同步整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點的全局時鐘；在位路由節(jié)點依據(jù)全局時鐘，將時間劃分為以T為單位長度的微周期，在位路由節(jié)點以T為單位周期性進(jìn)入休眠狀態(tài)；所述在位路由節(jié)點為在當(dāng)前時段內(nèi)負(fù)責(zé)中繼任務(wù)的路由節(jié)點；微周期T由探測時間和休眠時間Tsl66p組成，位路由節(jié)點在探測時間T probe內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送，在探測時間T sleep內(nèi)處于休眠狀態(tài)；微周期T滿足
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PworkMax Cycles-n其中，tstart為節(jié)點啟動過程的耗時，tstop為節(jié)點進(jìn)入休眠過程的耗時，T probe為微周期T中劃分的探測時間，PWOTk為節(jié)點工作狀態(tài)能耗，EstartS從休眠狀態(tài)啟動到工作狀態(tài)需要的能量，Estop為從工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換到休眠狀態(tài)消耗的能量；Dlimit為網(wǎng)絡(luò)最大傳輸時延，n為網(wǎng)絡(luò)中最遠(yuǎn)兩點節(jié)點之間的跳數(shù)，MaX_CycleS為未成功競爭到信道的報文生存的微周期數(shù)上限。本發(fā)明提出了在位路由節(jié)點的休眠機(jī)制，從而允許任何在位路由節(jié)點都可以周期性的進(jìn)入休眠狀態(tài)，并且，在兼顧網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量以及節(jié)能兩方面提出了微周期的設(shè)置方法。具體的，位路由節(jié)點在探測時間T probe內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送的具體方法為
探測步驟在探測時間Tprabe的開始時刻，馬上進(jìn)行信道偵聽，若信道中有數(shù)據(jù)，則進(jìn)入數(shù)據(jù)接收處理步驟；若信道中無數(shù)據(jù)，則進(jìn)入信道爭用處理步驟；數(shù)據(jù)接收處理步驟在位路由節(jié)點接收信道中的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)的目的地址進(jìn)行判斷，若接收數(shù)據(jù)的目的地址非本節(jié)點地址，則立即進(jìn)入休眠狀態(tài)；若接收數(shù)據(jù)的地址為本節(jié)點地址，則節(jié)點接收數(shù)據(jù)，并在接收結(jié)束后立即進(jìn)入休眠狀態(tài)；信道爭用處理步驟若在位路由節(jié)點有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則進(jìn)行微隨機(jī)后退處理，當(dāng)微隨機(jī)后退處理結(jié)束時仍處于當(dāng)前的探測時間Tprobe內(nèi)且信道空閑，在位路由節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，否則返回探測步驟；若在位路由節(jié)點沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則立即進(jìn)入休眠狀態(tài)。具體的，微隨機(jī)后退處理為在位路由節(jié)點隨機(jī)后退時間T back,時間T badt小于探測時間T probe,隨機(jī)后退結(jié)束后繼續(xù)進(jìn)行信道監(jiān)測，若信道中有數(shù)據(jù)，則進(jìn)入數(shù)據(jù)接收處理步驟，若信道中無數(shù)據(jù)，則發(fā)送數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的，為了保證信道競爭與數(shù)據(jù)發(fā)送的時間，探測時間Tprabe滿足
權(quán)利要求
1.基于微周期的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由節(jié)點休眠方法，其特征在于，包括 同步整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點的全局時鐘； 在位路由節(jié)點依據(jù)全局時鐘，將時間劃分為以T為單位長度的微周期，在位路由節(jié)點以T為單位周期性進(jìn)入休眠狀態(tài)；所述在位路由節(jié)點為在當(dāng)前時段內(nèi)負(fù)責(zé)中繼任務(wù)的路由節(jié)點；微周期T由探測時間T probe和休眠時間T sleep組成，位路由節(jié)點在探測時間T probe內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送，在探測時間T sleep內(nèi)處于休眠狀態(tài)； 微周期T需滿足 Y. P + 廠 _j_ 廠"/)j i Probe work start 卿 \ ^ ^_ HiaJCdtort + Jstop,~^ — TT ~7 PworkMax Cycles-n 其中，tstart為節(jié)點啟動過程的耗時，tstop為節(jié)點進(jìn)入休眠過程的耗時，T probe為微周期T中劃分的探測時間，Pwork為節(jié)點工作狀態(tài)能耗，Estart為節(jié)點由休眠狀態(tài)啟動到工作狀態(tài)需要的能量，Estop為節(jié)點從工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換到休眠狀態(tài)消耗的能量；Dlimit為網(wǎng)絡(luò)最大傳輸時延，n為網(wǎng)絡(luò)中最遠(yuǎn)兩點節(jié)點之間的跳數(shù)，Max_Cycles為未成功競爭到信道的報文生存的微周期數(shù)上限。
2.如權(quán)利要求I所述基于微周期的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由節(jié)點休眠方法，其特征在于，所述探測時間T probe需滿足 Pkt Max Lenth T , >-=-=-+ RRT p>°e Data _ Rate 其中，Pkt_Max_Lenth為最大報文長度，Data_Rate為網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，RRT為網(wǎng)絡(luò)兩個相鄰節(jié)點之間的最大數(shù)據(jù)往返時間。
3.如權(quán)利要求I或2所述基于微周期的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由節(jié)點休眠方法，其特征在于，所述在位路由節(jié)點在探測時間Trff-內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送的具體方法為 探測步驟在探測時間Tprobe的開始時刻，馬上進(jìn)行信道偵聽，若信道中有數(shù)據(jù)，則進(jìn)入數(shù)據(jù)接收處理步驟；若信道中無數(shù)據(jù)，則進(jìn)入信道爭用處理步驟； 數(shù)據(jù)接收處理步驟在位路由節(jié)點接收信道中的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)的目的地址進(jìn)行判斷，若接收數(shù)據(jù)的目的地址非本節(jié)點地址，則立即進(jìn)入休眠狀態(tài)；若接收數(shù)據(jù)的地址為本節(jié)點地址，則節(jié)點接收數(shù)據(jù)，并在接收結(jié)束后立即進(jìn)入休眠狀態(tài)； 信道爭用處理步驟若在位路由節(jié)點有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則進(jìn)行微隨機(jī)后退處理，當(dāng)微隨機(jī)后退處理結(jié)束時仍處于當(dāng)前的探測時間Tprobe內(nèi)且信道空閑，在位路由節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，否則返回探測步驟；若在位路由節(jié)點沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則立即進(jìn)入休眠狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求3所述基于微周期的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由節(jié)點休眠方法，其特征在于，微隨機(jī)后退處理為在位路由節(jié)點隨機(jī)后退時間Tbadt，時間Tbadt小于探測時間Probe，隨機(jī)后退結(jié)束后繼續(xù)進(jìn)行信道監(jiān)測，若信道中有數(shù)據(jù)，則進(jìn)入數(shù)據(jù)接收處理步驟，若信道中無數(shù)據(jù)，則發(fā)送數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求4所述基于微周期的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由節(jié)點休眠方法，其特征在于，所述發(fā)送數(shù)據(jù)為在位路由節(jié)點將數(shù)據(jù)發(fā)送至其父節(jié)點。
6.如權(quán)利要求I所述基于微周期的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由節(jié)點休眠方法，其特征在于，所述節(jié)點包括在位路由節(jié)點、普通路由節(jié)點；所述普通路由節(jié)點為不負(fù)責(zé)中繼任務(wù)的葉節(jié)點； 普通路由節(jié)點依據(jù)全局時鐘，將時間劃分為以T為單位長度的微周期，微周期T由探測時間TpMb6和休眠時間T sl66p組成；當(dāng)休眠時間T sl66p達(dá)到時刻不會觸發(fā)普通路由節(jié)點進(jìn)入休眠狀態(tài)； 普通路由節(jié)點若有數(shù)據(jù)產(chǎn)生且需發(fā)送，則在監(jiān)測時間TpMb6達(dá)到時刻監(jiān)測信道，若信道處于忙碌狀態(tài)，則普通路由節(jié)點暫存數(shù)據(jù)，并在下一個探測時間T probe到達(dá)時刻繼續(xù)監(jiān)測信道；若信道處于空閑狀態(tài)，則信道爭用處理。
7.如權(quán)利要求6所述基于微周期的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由節(jié)點休眠方法，其特征在于，所述信道爭用處理為，若普通路由節(jié)點有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則進(jìn)行微隨機(jī)后退處理，當(dāng)微隨機(jī)后退處理結(jié)束時仍處于當(dāng)前的探測時間內(nèi)且信道空閑，在普通路由節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，否則下一個探測時間T probe到達(dá)時刻繼續(xù)爭用信道。
全文摘要
本發(fā)明提供基于微周期的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由節(jié)點休眠方法，包括同步整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點的全局時鐘；在位路由節(jié)點依據(jù)全局時鐘，將時間劃分為以τ為單位長度的微周期，在位路由節(jié)點以τ為單位周期性進(jìn)入休眠狀態(tài)；所述在位路由節(jié)點為在當(dāng)前時段內(nèi)負(fù)責(zé)中繼任務(wù)的路由節(jié)點；微周期τ由探測時間和休眠時間組成，位路由節(jié)點在探測時間內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送，在探測時間內(nèi)處于休眠狀態(tài)。能有效降低網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點能耗，提高網(wǎng)絡(luò)生存期。
文檔編號H04W52/02GK102724741SQ20121024327
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者冷甦鵬, 吳晶晶, 毛玉明, 韋云凱 申請人:電子科技大學(xué)