基于自適應(yīng)按需喚醒技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于自適應(yīng)按需喚醒技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，包括以下：（1）將加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化，并建立鄰居列表用于存儲鄰居節(jié)點(diǎn)的ID和調(diào)度信息；（2）發(fā)送端S有數(shù)據(jù)要傳輸時，查看自身的鄰居列表是否有目標(biāo)接收端R的調(diào)度信息；（3）根據(jù)步驟（2）中所獲得調(diào)度信息，發(fā)送端S自適應(yīng)按需喚醒，然后與接收端R進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；（4）根據(jù)發(fā)送端S的執(zhí)行周期，自動更新鄰居列表中每個鄰居節(jié)點(diǎn)的調(diào)度信息。本發(fā)明較大程度的降低占空比和丟包率，從而減少收發(fā)節(jié)點(diǎn)的能耗并減少空閑偵聽，保證傳輸率和吞吐量。
【專利說明】基于自適應(yīng)按需喚醒技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)傳輸方法，具體涉及一種基于自適應(yīng)按需喚醒技術(shù)的無限傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，短距離無線通信傳感器節(jié)點(diǎn)的功能不斷發(fā)展變化中，同時具備感知、數(shù)據(jù)處理和通信功能是對這種微小傳感器的基本要求、正是因?yàn)閭鞲衅骷夹g(shù)日新月異的高速發(fā)展，大大的促進(jìn)了基于大量傳感器節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作相互通信的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)。
[0003]對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)影響非常重大的眾多協(xié)議里面，數(shù)據(jù)鏈路級聯(lián)層中的媒體訪問控制協(xié)議占有極其重要的地位。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中，能量主要消耗在通信模塊，數(shù)據(jù)傳輸通信是最主要的耗能者，而媒體訪問控制協(xié)議直接決定了如何使用無線網(wǎng)絡(luò)信道，MAC協(xié)議是傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的主要影響者，因此是保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信高校的關(guān)鍵協(xié)議之
O
[0004]發(fā)送端盲等現(xiàn)象是一直存在于接收端發(fā)起的異步MAC協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)中，其中發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)前，可能要等待一段時間，甚至一直沒機(jī)會得到傳輸，接收端的數(shù)據(jù)請求幀也可能因?yàn)闆_突以及信道被占用，而一直無法被正確接收，這些，都會引起能耗和延時的增加。 [0005]現(xiàn)有技術(shù)中的短前導(dǎo)序列報文機(jī)制就是在低功耗偵聽機(jī)制的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，但在重負(fù)載下因?yàn)榍皩?dǎo)的傳輸過程需要很長時間的占用信道，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能大幅的降低。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中的接收端發(fā)起的異步MAC協(xié)議——R1-MAC協(xié)議是一個從接收端發(fā)起的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，與B-MAC協(xié)議的顯著不同之處是發(fā)送端和接收端之間如何協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸時間。采用這樣的協(xié)議也存在一定的問題，如:在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)負(fù)載流量大的網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)送端雖然要在接收端喚醒之前醒來，但接收端發(fā)送Beacon幀前，發(fā)送端未處于監(jiān)聽狀態(tài)，則數(shù)據(jù)傳輸將推遲至接收端的下一次喚醒時刻。若接收端醒來時，其它節(jié)點(diǎn)正占用信道，接收端也同樣要進(jìn)入休眠。多個接收端同時發(fā)送Beacon幀，而產(chǎn)生沖突碰撞，這時接收端將利用退避等待算法去競爭無線信道，這將導(dǎo)致發(fā)送端的盲等現(xiàn)象，大大的增加了發(fā)送端的能耗，最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)能量不均衡；優(yōu)先級較高或者等待時間較長的數(shù)據(jù)無法優(yōu)先傳輸，這樣就無法保證優(yōu)先級較高或者等待時間較長的數(shù)據(jù)先發(fā)送出去，造成了能量消耗增大。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)中的采用的機(jī)制是發(fā)送端預(yù)測接收端喚醒機(jī)制。該機(jī)制在突發(fā)數(shù)據(jù)流量的情況下，每個節(jié)點(diǎn)的緩存隊(duì)列中存儲的數(shù)據(jù)包會很大，每個接收端醒來后都會有很多數(shù)據(jù)要接收，導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的沖突會很大，也使該接收端長時間的占用信道，延時將大大的增加，傳輸成功率大幅度下降，增大了發(fā)送端的重傳率；在數(shù)據(jù)流量小的情況下，節(jié)點(diǎn)按照預(yù)定的隨機(jī)數(shù)序列在目標(biāo)接收端喚醒前一刻喚醒，然后空閑偵聽一個短暫時間，發(fā)現(xiàn)接收端并沒有數(shù)據(jù)包要發(fā)送，接著發(fā)送端再次進(jìn)入睡眠狀態(tài)。因此數(shù)據(jù)流過大或過小的情況該機(jī)制的能耗均不理想。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)中的提出了 PA-MAC協(xié)議是在R1-MAC協(xié)議的基礎(chǔ)上提出來的，在信標(biāo)幀中加入了節(jié)點(diǎn)的下一次喚醒時間，這個時間是從Beacon發(fā)送第一個bite位開始到下一次喚醒的時間間隔，這樣能夠有效的避免發(fā)送端在數(shù)據(jù)傳輸前的長時間盲等問題。但是PA-MAC協(xié)議的不足也是十分明顯的，比如調(diào)度信息的有效時間太短，最多只有2個執(zhí)行周期，這樣就導(dǎo)致了每個數(shù)據(jù)傳輸前的Beacon幀均要攜帶接收端的調(diào)度信息，這樣也會消耗不必要的能量，同時調(diào)度信息并不夠?qū)崟r。這種協(xié)議雖然對R1-MAC協(xié)議的性能進(jìn)行了改進(jìn)，但改進(jìn)并不算大，甚至不能跟PW-MAC協(xié)議相媲美。鄰居列表中的調(diào)度信息的有效時間太短，最多只有2個執(zhí)行周期，這樣就導(dǎo)致了每個數(shù)據(jù)傳輸前的Beacon幀均要攜帶接收端的調(diào)度信息，這樣也會消耗不必要的能量，同時調(diào)度信息并不夠?qū)崟r。這種協(xié)議雖然對R1-MAC協(xié)議的性能進(jìn)行了改進(jìn)，但改進(jìn)并不算大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于自適應(yīng)按需喚醒技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法。
[0010]技術(shù)方案:本發(fā)明的一種基于自適應(yīng)按需喚醒技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其具體傳輸步驟如下:
[0011]( 1 )將加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化，并建立鄰居列表用于存儲鄰居節(jié)點(diǎn)的ID和調(diào)度?目息;
[0012]( 2)發(fā)送端S有數(shù)據(jù)要傳輸時，查看自身的鄰居列表是否有目標(biāo)接收端R的調(diào)度信息；
[0013](3)根據(jù)步驟(2)中所獲得調(diào)度信息，發(fā)送端S自適應(yīng)按需喚醒，然后與接收端R進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；
[0014](4)根據(jù)發(fā)送端S的執(zhí)行周期，自動更新鄰居列表中每個鄰居節(jié)點(diǎn)的調(diào)度信息。
[0015]進(jìn)一步的，所述步驟(3)中按需喚醒機(jī)制的具體步驟如下:
[0016]Α、發(fā)送端S上層有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送時，發(fā)送端S先查詢鄰居列表中是否有接收端R的下一次喚醒調(diào)度信息，如果發(fā)送端S沒有建立對應(yīng)于接收端R的調(diào)度時間信息，則發(fā)送端S立即喚醒，啟動短前導(dǎo)喚醒機(jī)制；如果發(fā)送端S建立對應(yīng)于接收端R的調(diào)度時間信息，但是該時間小于當(dāng)前時間，即該調(diào)度時間信息已經(jīng)過期，則發(fā)送端S也要立即喚醒，啟動短前導(dǎo)喚醒機(jī)；如果發(fā)送端S已有對應(yīng)于接收端R的調(diào)度時間信息，且該時間沒有過期，在未來的某個確切時間點(diǎn)，接收端R會喚醒，偵聽無線信道，等待數(shù)據(jù)包的到來，當(dāng)接收端R成功接收該數(shù)據(jù)包后，查看內(nèi)部參數(shù)ShortFlag是否為I ;
[0017]B、發(fā)送端S喚醒后開始偵聽無線信道，若無線信道被占用，則等待一段時間后在偵聽，直到信道空閑，當(dāng)無線信道空閑后，發(fā)送端S啟動短前導(dǎo)喚醒機(jī)制，發(fā)送帶有目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址的start幀給接收端R，若非目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收到Start幀，則非目標(biāo)節(jié)點(diǎn)直接切換至睡眠狀態(tài)，而接收端R是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)則在被喚醒后可以偵聽到Start幀，然后將節(jié)點(diǎn)內(nèi)部參數(shù)Flag設(shè)置為1，并回復(fù)發(fā)送端S —個Hello幀；發(fā)送端S在每個Start幀發(fā)送后均要有一段固定時間t的空閑偵聽，在這空閑偵聽間隔內(nèi)接收Hello幀，若發(fā)送端S沒有接收到接收端R發(fā)出的Hello幀，則發(fā)送端S繼續(xù)周期性的發(fā)送Start幀，若發(fā)送端S接收到接收端R發(fā)出的Hello幀，則發(fā)送端S繼續(xù)偵聽無線信道，等待數(shù)據(jù)包的到來，接收到R成功接收數(shù)據(jù)包后，查看其內(nèi)部參數(shù)ShortFlag是否為I ;[0018]C、因發(fā)送端S有接收端R的下一次喚醒調(diào)度信息且該信息未過期，則發(fā)送端S利用這個信息計(jì)算出接收端R的下一次喚醒時間，得到這個時間點(diǎn)后，發(fā)送端S只需要靜靜的保持休眠狀態(tài)；發(fā)送端S在接收端R喚醒前醒來，等待接收端R廣播的Hello幀，接收端R根據(jù)自己的調(diào)度表，按照周期調(diào)度中要求的時間點(diǎn)喚醒，偵聽無線信道，檢測信道是否被其它節(jié)點(diǎn)占用著，如果已經(jīng)有其它節(jié)點(diǎn)正在占用信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則接收端R退避等待一個Hello幀發(fā)送的時間，之后再偵聽無線信道；如果信道空閑，則立即發(fā)送廣播Hello幀給發(fā)送端S，發(fā)送端S成功接收接收端R發(fā)出的Hello幀后，繼續(xù)偵聽無線信道等待數(shù)據(jù)包的到來，當(dāng)接收端R成功接收數(shù)據(jù)包后，查看其內(nèi)部參數(shù)ShortFlag是否為I ;
[0019]D、當(dāng)ShortFlag=I時,數(shù)據(jù)包成功接收后,接收端R回復(fù)給發(fā)送端S —個Beacon幀，該幀用于通知發(fā)送端S數(shù)據(jù)包已經(jīng)成功接收同時詢問發(fā)送端S是否還有后續(xù)數(shù)據(jù)包需要傳輸；因ShortFlag=I,則接收端R在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時發(fā)送的Beacon巾貞要攜帶接收端R節(jié)點(diǎn)最近一次喚醒的時間和接收端R節(jié)點(diǎn)發(fā)送Beacon的硬件前導(dǎo)第一比特所處的當(dāng)前時間點(diǎn)，只有當(dāng)這次數(shù)據(jù)傳輸是本次通信中最后一次，發(fā)送端S才存儲最后一次Beacon中的調(diào)度信息，不然丟棄該Beacon巾貞中的調(diào)度信息；當(dāng)ShortFlag=O時,接收端R發(fā)送不帶自身調(diào)度信息的Beacon巾貞給發(fā)送端S ；
[0020]E、發(fā)送端S成功接收Beacon幀后，查詢緩存隊(duì)列長度，看看是否還有數(shù)據(jù)包要發(fā)送給接收端R，如果有數(shù)據(jù)包，當(dāng)接收端R成功接收數(shù)據(jù)包后，查看其內(nèi)部參數(shù)ShortFlag是否為I ;如果節(jié)點(diǎn)緩存隊(duì)列中沒有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送，則接收端R保持喚醒一段時間后進(jìn)入睡眠狀態(tài)，而發(fā)送端S利用Beacon幀中的發(fā)送Beacon幀的硬件前導(dǎo)第一比特所處的當(dāng)前時間點(diǎn)、該Beacon巾貞的傳輸時間和發(fā)送端S自身當(dāng)前時間，計(jì)算得到發(fā)送端S和接收端R的時間差，然后再利用時間差和接收端R近一次喚醒時間，得到接收端R的下一次喚醒時間點(diǎn)，并保存到發(fā)送端S的鄰居列表中，同時發(fā)送端S進(jìn)入休眠狀態(tài)。
[0021]本發(fā)明中的Hello幀，有以下兩個作用，一、充當(dāng)數(shù)據(jù)包請求幀，即廣播幀，用以表示該節(jié)點(diǎn)已經(jīng)喚醒并準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，二、當(dāng)收到Start短前導(dǎo)幀后，回復(fù)給發(fā)送端用以確認(rèn)準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)包。
[0022]本發(fā)明中的Beacon幀，也同樣發(fā)揮三個作用:一、數(shù)據(jù)包接收成功確認(rèn)幀；二、連續(xù)接收下一個數(shù)據(jù)包的請求幀；三、給發(fā)送端發(fā)送本節(jié)點(diǎn)下一次喚醒調(diào)度信息，以便通信節(jié)點(diǎn)能夠很好的預(yù)測對方的工作狀態(tài)，減少不必要的空閑偵聽。
[0023]有益效果:本發(fā)明的一種基于自適應(yīng)按需喚醒技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0024](I)本發(fā)明充分利用短前導(dǎo)包的優(yōu)勢，即只有當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)未知接收節(jié)點(diǎn)的調(diào)度信息，且接收節(jié)點(diǎn)還處于睡眠狀態(tài)這種情況下，才采用短前導(dǎo)技術(shù)，這樣就并不是每次數(shù)據(jù)傳輸都會使用短前導(dǎo)包，很好減少短前導(dǎo)技術(shù)的使用次數(shù)，因此減少發(fā)送節(jié)點(diǎn)在每次數(shù)據(jù)發(fā)送中的能量消耗和對信道的占用，與傳統(tǒng)的短前導(dǎo)技術(shù)相比，較大程度的調(diào)高了吞吐量和包傳輸比例。
[0025](2)本發(fā)明通過預(yù)測接收端喚醒調(diào)度信息，但如果鄰居列表中任意一個接收端喚醒調(diào)度信息到期后，節(jié)點(diǎn)自動添加一個執(zhí)行周期，獲得該節(jié)點(diǎn)的下下次喚醒調(diào)度時間，同時節(jié)點(diǎn)鄰居列表中的調(diào)度信息都是相對調(diào)度信息，是在該節(jié)點(diǎn)的時間和鄰居節(jié)點(diǎn)的喚醒調(diào)度時間基礎(chǔ)上計(jì)算取得的，而且還添加一定的隨機(jī)時間，這樣即使多個發(fā)送端同時有數(shù)據(jù)發(fā)送給同一個接收端時，因?yàn)殡S機(jī)取值的存在，是的每個發(fā)送端預(yù)測該節(jié)點(diǎn)下一次喚醒的時間存在略微的差別，大大避免沖突，從而減少使用復(fù)雜的退避算法的概率，也會減少因退避值超出閾值而引發(fā)的數(shù)據(jù)重傳。
[0026](3)本發(fā)明較大程度的降低占空比和丟包率，從而減少收發(fā)節(jié)點(diǎn)的能耗。
[0027](4)本發(fā)明大大的減少空閑偵聽，保證傳輸率和吞吐量。
[0028](5)本發(fā)明采用接收端發(fā)起的數(shù)據(jù)傳輸模式，同時引入類似短前導(dǎo)的Start包，作為Start信息的應(yīng)答Hello幀，攜帶節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，這樣節(jié)點(diǎn)就能獲知其他鄰近節(jié)點(diǎn)的調(diào)度信息，數(shù)據(jù)傳輸方便靈活。
[0029](6)本發(fā)明中方的Start包充短前導(dǎo)幀，發(fā)送端都可主動發(fā)送此幀喚醒接收端，以開啟數(shù)據(jù)包的傳輸；當(dāng)接收端接收Start幀后，發(fā)送Hello數(shù)據(jù)請求幀以作應(yīng)答，并且在Hello幀中會攜帶本節(jié)點(diǎn)的下一次喚醒調(diào)度信息，以便對方節(jié)點(diǎn)能夠獲知該節(jié)點(diǎn)的調(diào)度信
肩、O
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明方案的整體流程圖；
[0031]圖2為本發(fā)明偵聽狀態(tài)下的流程圖；
[0032]圖3為本發(fā)明發(fā)送狀態(tài)下的流程圖；
[0033]圖4為本發(fā)明接收狀態(tài)下的流程圖；
[0034]圖5為本發(fā)明中的仿真場景示意圖；
[0035]圖6為本發(fā)明中仿真場景下的能耗示意圖；
[0036]圖7為本發(fā)明中仿真場景下的延時示意圖；
[0037]圖8為本發(fā)明中仿真場景下的吞吐量示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面對本發(fā)明技術(shù)方案結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0039]如圖1所示，節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)中后首先要初始化，需要建立鄰居列表并在之后的數(shù)據(jù)傳輸中記錄對方節(jié)點(diǎn)的調(diào)度信息；當(dāng)發(fā)送端的鄰居列表中已經(jīng)有目標(biāo)接收端的下一次喚醒時間并且這個時間并沒有過時，則發(fā)送端只需在接收端喚醒前一刻醒來等待接收端的廣播Hello幀即可；當(dāng)發(fā)送端的鄰居列表中沒有目標(biāo)接收端的下一次喚醒時間或者這個喚醒時間已經(jīng)過時，則啟動短前導(dǎo)Start幀主動喚醒接收端；在所有的此次數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束的時候，接收端傳輸信標(biāo)(Beacon)巾貞,該巾貞包含接收端上一次喚醒時間和傳輸Beacon巾貞硬件前導(dǎo)第一比特的時間點(diǎn)。
[0040]每個節(jié)點(diǎn)有四個狀態(tài)，分別為偵聽狀態(tài)、休眠狀態(tài)、發(fā)送狀態(tài)和接收狀態(tài)，而當(dāng)節(jié)點(diǎn)從休眠狀態(tài)喚醒來后，首先要判斷進(jìn)入圖2的偵聽流程還是進(jìn)入圖3的發(fā)送數(shù)據(jù)流程。圖2至圖4為節(jié)點(diǎn)各個工作狀態(tài)的流程示意圖。
[0041]如圖2所示，節(jié)點(diǎn)偵聽無線信道:偵聽到以自身為接收端的Start幀，轉(zhuǎn)到接收數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，如圖4所示；如果偵聽到目標(biāo)接收端的Hello幀，則轉(zhuǎn)到發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，如圖3所示。檢測信道是否空閑，若忙碌，則退避一個Hello幀發(fā)送時間后繼續(xù)檢測信道是否空閑，若空閑，則接著查看緩存隊(duì)列是否空閑。如果緩存隊(duì)列空閑，則直接進(jìn)入休眠狀態(tài)，不然查看緩存隊(duì)列中是否為數(shù)據(jù)包。如果不是數(shù)據(jù)包，則表示該節(jié)點(diǎn)無數(shù)據(jù)要發(fā)送，發(fā)送廣播Hello幀后，轉(zhuǎn)入接收數(shù)據(jù)流程4-4，查看網(wǎng)絡(luò)中是否有數(shù)據(jù)要接收；如果是數(shù)據(jù)包，則表示該節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送，此時并不直接等待接收端的Hello幀，而是要進(jìn)行是否有接收端調(diào)度信息的判斷。如果節(jié)點(diǎn)有目標(biāo)接收端的下一次喚醒的調(diào)度信息，則將節(jié)點(diǎn)下次喚醒時間定時在接收端喚醒前一刻，然后直接進(jìn)入休眠狀態(tài)；如果節(jié)點(diǎn)沒有目標(biāo)接收端的下一次喚醒調(diào)度信息，則轉(zhuǎn)到發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，如圖3所示，發(fā)送短前導(dǎo)Start幀。
[0042]如圖3所示，在發(fā)送狀態(tài)時，節(jié)點(diǎn)首先查看自己的相關(guān)參數(shù)，確定是否直接發(fā)送數(shù)據(jù)包。在直接發(fā)送數(shù)據(jù)包時，節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)后偵聽無線信道，等待接收端的Beacon幀，如果信道中有沖突，則不會接收到Beacon幀，而是接收到帶BW的Hello幀，之后根據(jù)BW的值，根據(jù)隨機(jī)函數(shù)選擇退避時間后再次發(fā)送數(shù)據(jù)；如果信道無沖突，且有后續(xù)的數(shù)據(jù)包，立即發(fā)送，待所有數(shù)據(jù)包均發(fā)送完后，最后一次接收到的Beacon幀中有接收端的調(diào)度信息，則將調(diào)度信息存入鄰居列表，之后進(jìn)入休眠狀態(tài)；如果超時后還沒有收到Beacon確認(rèn)幀，甚至是帶BW的Hello幀也沒有，則說明接收端可能損壞，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。在非直接發(fā)送數(shù)據(jù)包時，節(jié)點(diǎn)等待無線信道空閑下來發(fā)送短前導(dǎo)Start幀，在發(fā)送短前導(dǎo)幀間隔內(nèi)偵聽無線信道，等待接收端回復(fù)的Hello幀，如果Hello幀到來，則立即發(fā)送數(shù)據(jù)包，發(fā)送完數(shù)據(jù)包后，繼續(xù)偵聽信道等待接收端的Beacon確認(rèn)幀，若還有連續(xù)的數(shù)據(jù)包，收到Beacon幀后立即發(fā)送后續(xù)數(shù)據(jù)，若所有的數(shù)據(jù)包均接收完全，則發(fā)送端存儲最后一次接收的Beacon中調(diào)度信息，之后進(jìn)入休眠狀態(tài)；若如果遲遲等不來Hello幀，節(jié)點(diǎn)繼續(xù)發(fā)送短前導(dǎo)幀直到發(fā)送時間超時，超時后進(jìn)入休眠狀態(tài)。
[0043]如圖4所示，在接收狀態(tài)時，節(jié)點(diǎn)首先查看是否已經(jīng)接收了數(shù)據(jù)包。當(dāng)接收了數(shù)據(jù)包時，查看ShortFlag的值,如果ShortFlag=I,則Beacon巾貞中要攜帶節(jié)點(diǎn)的調(diào)度信息，如果ShortFlag=O,則Beacon巾貞不帶調(diào)度信息,將配置好的Beacon發(fā)送給發(fā)送端,詢問是否有后續(xù)數(shù)據(jù)，偵聽信道，若無數(shù)據(jù)，則根據(jù)緩存隊(duì)列長度選擇轉(zhuǎn)入偵聽狀態(tài)或者轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，若有數(shù)據(jù)，則接收數(shù)據(jù)，成功接收完數(shù)據(jù)后，查看ShortFlag的值，配置Beacon幀并發(fā)送，偵聽信道。當(dāng)未接收到數(shù)據(jù)包時，節(jié)點(diǎn)偵聽無線信道，查詢是否有數(shù)據(jù)包的到來，此時若無數(shù)據(jù)包到來，則根據(jù)緩存隊(duì)列的長度選擇轉(zhuǎn)入偵聽狀態(tài)或者轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)；若有數(shù)據(jù)包到來，并且還發(fā)生了沖突，此時就要進(jìn)行二進(jìn)制退避算法，節(jié)點(diǎn)發(fā)送帶BW值的Hello幀給發(fā)送端，之后偵聽信道查詢有無退避后的數(shù)據(jù)包到來；若有數(shù)據(jù)包到來且未發(fā)生沖突，則正常接收數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，又要查看ShortFlag的值，配置Beacon幀并發(fā)送，詢問是否有后續(xù)的數(shù)據(jù)包要接收，之后偵聽無線信道，等待數(shù)據(jù)包到來。
[0044]實(shí)施例1:
[0045]以下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試驗(yàn)證:
[0046]實(shí)驗(yàn)平臺:NS2網(wǎng)絡(luò)仿真模擬器；
[0047]實(shí)驗(yàn)場景:如圖5所示，為實(shí)驗(yàn)仿真場景，11個節(jié)點(diǎn)分布在半徑為250米的圓形ηtol拓?fù)鋱鼍?，?jié)點(diǎn)均勻分布在圓周，但場景中只有一個匯聚節(jié)點(diǎn)，位于圓點(diǎn)位置并且保持位置不變，而其他所有節(jié)點(diǎn)均向該匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包。
[0048]網(wǎng)絡(luò)負(fù)載:而發(fā)送節(jié)點(diǎn)的CBR業(yè)務(wù)每秒產(chǎn)生10個數(shù)據(jù)包，即CBR業(yè)務(wù)發(fā)包時間間隔為0.1秒。
[0049]從圖6至8，可以看出本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，性能較大很大的提高。從能耗的角度來看，隨著數(shù)據(jù)流的增加，本發(fā)明方案的能耗和占空比均下降到傳統(tǒng)方案的95%以下，吞吐量則是較傳統(tǒng)方案上升10%左右。
【權(quán)利要求】
1.一種基于自適應(yīng)按需喚醒技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于:其具體傳輸步驟如下: (1)將加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化，并建立鄰居列表用于存儲鄰居節(jié)點(diǎn)的ID和調(diào)度信息； (2)發(fā)送端S有數(shù)據(jù)要傳輸時，查看自身的鄰居列表是否有目標(biāo)接收端R的調(diào)度信息； (3)根據(jù)步驟(2)中所獲得調(diào)度信息，發(fā)送端S自適應(yīng)按需喚醒，然后與接收端R進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸； (4)根據(jù)發(fā)送端S的執(zhí)行周期，自動更新鄰居列表中每個鄰居節(jié)點(diǎn)的調(diào)度信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)按需喚醒技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于:所述步驟(3)中按需喚醒機(jī)制的具體步驟如下:”: A、發(fā)送端S上層有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送時，發(fā)送端S先查詢鄰居列表中是否有接收端R的下一次喚醒調(diào)度信息，如果發(fā)送端S沒有建立對應(yīng)于接收端R的調(diào)度時間信息，則發(fā)送端S立即喚醒，啟動短前導(dǎo)喚醒機(jī)制；如果發(fā)送端S建立對應(yīng)于接收端R的調(diào)度時間信息，但是該時間小于當(dāng)前時間，即該調(diào)度時間信息已經(jīng)過期，則發(fā)送端S也要立即喚醒，啟動短前導(dǎo)喚醒機(jī)；如果發(fā)送端S已有對應(yīng)于接收端R的調(diào)度時間信息，且該時間沒有過期，在未來的某個確切時間點(diǎn)，接收端R會喚醒，偵聽無線信道，等待數(shù)據(jù)包的到來，當(dāng)接收端R成功接收該數(shù)據(jù)包后，查看內(nèi)部參數(shù)ShortFlag是否為1 ; B、發(fā)送端S喚醒后開始偵聽無線信道，若無線信道被占用，則等待一段時間后在偵聽，直到信道空閑，當(dāng)無線信道空閑后，發(fā)送端S啟動短前導(dǎo)喚醒機(jī)制，發(fā)送帶有目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址的Start幀給接收端R，若非目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收到Start幀，則非目標(biāo)節(jié)點(diǎn)直接切換至睡眠狀態(tài)，而接收端R是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)則在被喚醒后可以偵聽到Start幀，然后將節(jié)點(diǎn)內(nèi)部參數(shù)Flag設(shè)置為I，并回復(fù)發(fā)送端S —個Hello幀；發(fā)送端S在每個Start幀發(fā)送后均要有一段固定時間t的空閑偵聽，在這空閑偵聽間隔內(nèi)接收Hello幀，若發(fā)送端S沒有接收到接收端R發(fā)出的Hello幀,則發(fā)送端S繼續(xù)周期性的發(fā)送Start幀,若發(fā)送端S接收到接收端R發(fā)出的Hello幀，則發(fā)送端S繼續(xù)偵聽無線信道，等待數(shù)據(jù)包的到來，接收到R成功接收數(shù)據(jù)包后，查看其內(nèi)部參數(shù)ShortFlag是否為1 ; C、因發(fā)送端S有接收端R的下一次喚醒調(diào)度信息且該信息未過期，則發(fā)送端S利用這個信息計(jì)算出接收端R的下一次喚醒時間，得到這個時間點(diǎn)后，發(fā)送端S只需要靜靜的保持休眠狀態(tài)；發(fā)送端S在接收端R喚醒前醒來，等待接收端R廣播的Hello幀，接收端R根據(jù)自己的調(diào)度表，按照周期調(diào)度中要求的時間點(diǎn)喚醒，偵聽無線信道，檢測信道是否被其它節(jié)點(diǎn)占用著，如果已經(jīng)有其它節(jié)點(diǎn)正在占用信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則接收端R退避等待一個Hello幀發(fā)送的時間，之后再偵聽無線信道；如果信道空閑，則立即發(fā)送廣播Hello幀給發(fā)送端S，發(fā)送端S成功接收接收端R發(fā)出的Hello幀后，繼續(xù)偵聽無線信道等待數(shù)據(jù)包的到來，當(dāng)接收端R成功接收數(shù)據(jù)包后，查看其內(nèi)部參數(shù)ShortFlag是否為I ; D、當(dāng)ShortFlag=I時,數(shù)據(jù)包成功接收后，接收端R回復(fù)給發(fā)送端S—個Beacon中貞，該幀用于通知發(fā)送端S數(shù)據(jù)包已經(jīng)成功接收同時詢問發(fā)送端S是否還有后續(xù)數(shù)據(jù)包需要傳輸；因ShortFlag=I,則接收端R在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時發(fā)送的Beacon幀要攜帶接收端R節(jié)點(diǎn)最近一次喚醒的時間和接收端R節(jié)點(diǎn)發(fā)送Beacon的硬件前導(dǎo)第一比特所處的當(dāng)前時間點(diǎn)，只有當(dāng)這次數(shù)據(jù)傳輸是本次通信中最后一次，發(fā)送端S才存儲最后一次Beacon中的調(diào)度信息，不然丟棄該Beacon幀中的調(diào)度信息；當(dāng)ShortFlag=O時,接收端R發(fā)送不帶自身調(diào)度信息的Beacon幀給發(fā)送端S ； E、發(fā)送端S成功接收Beacon幀后，查詢緩存隊(duì)列長度，看看是否還有數(shù)據(jù)包要發(fā)送給接收端R，如果有數(shù)據(jù)包，當(dāng)接收端R成功接收數(shù)據(jù)包后,查看其內(nèi)部參數(shù)ShortFlag是否為I ;如果節(jié)點(diǎn)緩存隊(duì)列中沒有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送，則接收端R保持喚醒一段時間后進(jìn)入睡眠狀態(tài)，而發(fā)送端S利用Beacon幀中的發(fā)送Beacon幀的硬件前導(dǎo)第一比特所處的當(dāng)前時間點(diǎn)、該Beacon幀的傳輸時間和發(fā)送端S自身當(dāng)前時間，計(jì)算得到發(fā)送端S和接收端R的時間差，然后再利用時間差和接收端R近一次喚醒時間，得到接收端R的下一次喚醒時間點(diǎn)，并保存到發(fā)送端S的鄰 居列表中，同時發(fā)送端S進(jìn)入休眠狀態(tài)。
【文檔編號】H04W52/02GK103906207SQ201410073919
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】徐平平, 李小娟, 秦漢 申請人:東南大學(xué)