一種基于鏈路質量的低占空比無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點休眠方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高網(wǎng)絡可靠性方法，特別是涉及一種基于鏈路質量的低占空比無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點休眠方法。
【背景技術】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡綜合了無線通信技術、嵌入式計算技術、傳感器技術、分布式數(shù)據(jù)處理技術等?，F(xiàn)實應用中的傳感器網(wǎng)絡一般要維持很長的生命周期，甚至要長達幾年?？紤]到節(jié)點各部分能耗情況，越來越多的國內(nèi)外科研人員將低占空比介質訪問機制(MediaAccess Control,英文縮寫為MAC)與無線傳感器網(wǎng)絡的研究結合起來，這就形成了所謂的低占空比無線傳感器網(wǎng)絡。它為節(jié)點采用低占空比MAC機制，允許節(jié)點交替地進行偵聽和休眠，使得節(jié)點可以在盡可能多的時間內(nèi)處于休眠狀態(tài)，這就在最大程度上減少了空閑偵聽的時間，節(jié)省了大量能量。
[0003]低占空比無線傳感器網(wǎng)絡中，節(jié)點的占空比一般只有百分之幾，在延長了網(wǎng)絡的生命周期，同時也帶來了鄰居節(jié)點之間通信延遲變大的問題，進而影響到數(shù)據(jù)的及時有效傳輸.對許多實時性要求高的無線傳感器網(wǎng)絡應用，比如軍事應用、災難預測系統(tǒng)等有著很大的影響。已有研究表明鏈路質量對網(wǎng)絡的延遲具有很大的影響。
[0004]目前流行的鏈路質量評估機制是基于發(fā)送大量數(shù)據(jù)包來統(tǒng)計得出鏈路上數(shù)據(jù)包的正確接受率(Packet Received Rate,英文縮寫為PRR)，從而直觀的反應出當前的鏈路質量。但這種統(tǒng)計方法需要發(fā)送大量的數(shù)據(jù)包，會浪費大量的帶寬和能量，不適合應用于無線傳感器網(wǎng)絡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于鏈路質量的低占空比無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點休眠方法，該方法將整個網(wǎng)絡的節(jié)點的工作時間和休眠時間分成一個個相等的時隙。利用鏈路質量指示值和鏈路質量的相關性，選取通信質量好的節(jié)點，增加節(jié)點的工作時隙，提高整個網(wǎng)絡的可靠性。
[0006]
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
一種基于鏈路質量的低占空比無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點休眠方法，所述節(jié)點休眠方法包括:
利用節(jié)點前一次蘇醒的LQI值和此刻的LQI值估測下一次蘇醒時的LQI值:
設計公式:LQI (n+1)= (l+a)*LQI (n) _a*LQI (η_1) (0〈a〈l) (I);
其中η表示節(jié)點第η次蘇醒，a用來調節(jié)估計值的靈敏度；
節(jié)點i的工作調度表為公式為:
F = (Ct1, b) , (t2, b)......(tn, b) }(2)； F表示節(jié)點i工作調度表的一個周期，t表示節(jié)點i進入工作狀態(tài)的時間，b表示工作持續(xù)時間，(tj，b)表示節(jié)點第j次蘇醒的時間以及工作的時間。
[0007]所述的一種基于鏈路質量的低占空比無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點休眠方法，所述每個節(jié)點有一個LQI表，保存自己的LQI值和通信范圍內(nèi)節(jié)點的LQI值；每次節(jié)點蘇醒后利用公式
(I)計算LQI (n+1)，保存在LQI表中，替換上一次計算的LQI (n+1)值；之后廣播自己的LQI值給通信范圍內(nèi)的節(jié)點，并接收其他節(jié)點的LQI值，保存到自己的LQI表中。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點與效果是:
本發(fā)明將整個網(wǎng)絡的節(jié)點的工作時間和休眠時間分成一個個相等的時隙。利用鏈路質量指示值(Link Quality Indicator，英文縮寫為LQI)和鏈路質量的相關性，選取通信質量好的節(jié)點，增加節(jié)點的工作時隙。可以為整個網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸提供鏈路質量最優(yōu)的路徑，減少網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的重傳次數(shù)，降低整個網(wǎng)絡的延時性和丟包率。由于良好的鏈路質量減少了節(jié)點之間通信的重傳次數(shù)，可以用來彌補其他通信的能量開銷，在保證整個網(wǎng)絡的能量開銷在一個可以接受的范圍內(nèi)的情況下，提高了整個網(wǎng)絡的可靠性。
【附圖說明】
[0009]圖1為統(tǒng)計LQI值與PRR ；
圖2為節(jié)點工作調度圖表；
圖3為LDW節(jié)點休眠策略的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結合實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0011]流行的鏈路質量評估機制是基于發(fā)送大量數(shù)據(jù)包來統(tǒng)計得出鏈路上數(shù)據(jù)包的正確接受率(Packet Received Rate，英文縮寫為PRR)，從而直觀的反應出當前的鏈路質量。但這種統(tǒng)計方法需要發(fā)送大量的數(shù)據(jù)包，會浪費大量的帶寬和能量，不適合應用于無線傳感器網(wǎng)絡。隨著硬件技術的發(fā)展一種接受信號強度(Received Signal StrengthIndicator，英文縮寫為RSSI)和鏈路質量指示LQI也能夠提供鏈路質量的硬件檢測。實驗結果表明，PRR與LQI值具有很強的線性相關性，如圖1所示。
[0012]因為節(jié)點蘇醒時刻的LQI值在大部分情況下比較符合線性回歸的關系，可以利用節(jié)點前一次蘇醒的LQI值和此刻的LQI值估測下一次蘇醒時的LQI值。
[0013]設計公式:LQI(n+1)= (l+a)*LQI (n) _a*LQI (n_l) (0〈a〈l) (I)
其中n表示節(jié)點第n次蘇醒，a用來調節(jié)估計值的靈敏度。
[0014]WSN中的傳感器節(jié)點分為兩種狀態(tài):工作狀態(tài)和休眠狀態(tài).當節(jié)點處于工作狀態(tài)時，具有感知、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收等基本通信功能，沒有數(shù)據(jù)通信時節(jié)點將進行空閑偵聽；而當節(jié)點處于休眠狀態(tài)時，節(jié)點將會關閉除定時功能外的一切功能。
[0015]因此可以用F表示節(jié)點i工作調度表的一個周期，如果用t表示節(jié)點i進入工作狀態(tài)的時間，b表示工作持續(xù)時間，將工作時間和休眠時間分割成數(shù)個時隙，每個時隙是固定，如圖2所示。那么可以用二維數(shù)組(t,，b)來表示節(jié)點第j次蘇醒的時間以及工作的時間。如果節(jié)點i在一個周期內(nèi)蘇醒的次數(shù)為n，則節(jié)點i的工作調度表為公式:
F = (Ct1, b) , (t2, b)......(tn, b) } (2) 每個節(jié)點都有一個LQI表，來保存自己的LQI值和通信范圍內(nèi)節(jié)點的LQI值。每次節(jié)點蘇醒后利用公式⑴計算LQI(n+l)，保存在LQI表中，替換上一次計算的LQI (n+1)值。之后廣播自己的LQI值給通信范圍內(nèi)的節(jié)點，并接收其他節(jié)點的LQI值，保存到自己的LQI表中。
[0016]為了降低延遲，應當增加節(jié)點的蘇醒后的工作時隙次數(shù)。當節(jié)點i和j通信完成后，節(jié)點j進入休眠前。節(jié)點j將自己的LQI (n+1)的值廣播給所有在通信范圍內(nèi)蘇醒的節(jié)點。節(jié)點i收到節(jié)點j的LQI的值后，與自己LQI表對比，如果節(jié)點j的LQI值最大，節(jié)點i將自己的LQI表發(fā)送給節(jié)點j，節(jié)點j更新自己的LQI表，節(jié)點j下一次的蘇醒的工作時間增加一個時隙，節(jié)點j進入休眠。如果節(jié)點j的LQI值不是最大的，則節(jié)點j按照原有工作表調度。
[0017]當節(jié)點k蘇醒時，如果此時沒有數(shù)據(jù)需要傳輸，節(jié)點k廣播自己的LQI (n+1)值給通信范圍內(nèi)的節(jié)點，節(jié)點i接受到節(jié)點k的LQI (n+1)值后，檢查自己的LQI表，如果表中所有的LQI值都低于期望，則通知節(jié)點k下一次蘇醒的工作時間增加一個時隙，節(jié)點k偵聽一個時隙后如果沒有任何數(shù)據(jù)需要傳輸，節(jié)點k進入休眠。LDW節(jié)點休眠策略的工作流程如圖3所示。
【主權項】
1.一種基于鏈路質量的低占空比無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點休眠方法，其特征在于，所述節(jié)點休眠方法包括: 利用節(jié)點前一次蘇醒的LQI值和此刻的LQI值估測下一次蘇醒時的LQI值: 設計公式:LQI (n+1)= (l+a)*LQI (n) _a*LQI (η_1) (0〈a〈l) (I); 其中η表示節(jié)點第η次蘇醒，a用來調節(jié)估計值的靈敏度； 節(jié)點i的工作調度表為公式為: F = (Ct1, b) , (t2, b)......(tn, b) }(2)； F表示節(jié)點i工作調度表的一個周期，t表示節(jié)點i進入工作狀態(tài)的時間，b表示工作持續(xù)時間，(tj，b)表示節(jié)點第j次蘇醒的時間以及工作的時間。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于鏈路質量的低占空比無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點休眠方法，其特征在于，所述每個節(jié)點有一個LQI表，保存自己的LQI值和通信范圍內(nèi)節(jié)點的LQI值；每次節(jié)點蘇醒后利用公式(I)計算LQI (n+1)，保存在LQI表中，替換上一次計算的LQI (n+1)值；之后廣播自己的LQI值給通信范圍內(nèi)的節(jié)點，并接收其他節(jié)點的LQI值，保存至丨J自己的LQI表中ο
【專利摘要】一種基于鏈路質量的低占空比無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點休眠方法，涉及一種提高網(wǎng)絡可靠性方法，所述節(jié)點休眠方法包括：利用節(jié)點前一次蘇醒的LQI值和此刻的LQI值估測下一次蘇醒時的LQI值：公式：LQI(n+1)=（1+a）*LQI（n）-a*LQI（n-1）（0<a<1）（1）；其中n表示節(jié)點第n次蘇醒，a用來調節(jié)估計值的靈敏度；節(jié)點i的工作調度表為公式為：？F？=｛（t1,b）,(t2,b)……(tn,b)｝（2）；F？表示節(jié)點？i？工作調度表的一個周期,t表示節(jié)點i進入工作狀態(tài)的時間，b表示工作持續(xù)時間,（tj，b）表示節(jié)點第j次蘇醒的時間以及工作的時間。？該方法利用鏈路質量指示值和鏈路質量的相關性，選取通信質量好的節(jié)點，增加節(jié)點的工作時隙，提高整個網(wǎng)絡的可靠性。
【IPC分類】H04W84/18, H04W52/02
【公開號】CN105101369
【申請?zhí)枴緾N201510448501
【發(fā)明人】王軍, 章新宇, 李天一, 李玉喜
【申請人】沈陽化工大學
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年7月28日