[发明专利]一种基于媒介接入控制协议的无线传感器网络传输方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机网络技术领域，特别涉及一种基于媒介接入控制协议的无线传感器网络传输方法。

背景技术

在一些监测突发事件的无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）中，如监测森林火灾的发生、在救护和反恐中的枪声、爆炸以及工业安全生产等领域，对数据传输要求比较高的实时性。节点在感知到事件发生时，需要快速地将采集到的信息传输给汇聚节点，通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。同时，对突发的事件采取及时有效的应对措施，使突发事件造成的损失最小。

作为WSN网络协议栈重要基础架构的媒介接入控制（mediun access control，简称MAC）协议，它决定无线信道的接入方式，负责为节点分配无线通信资源，对无线传感器网络的性能有极大影响，是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一。无线传感器网络MAC协议一般采用周期性的侦听和睡眠机制来降低能耗，有一部分的MAC采用一个固定占空比的侦听睡眠调度机制，协议中预先设定周期长度和占空比，节点在唤醒期间侦听数据包和进行数据通信，在睡眠期间使射频模块进入睡眠状态以降低能耗。为避免由于睡眠而影响节点的通信问题，节点之间需要形成一致的睡眠调度以确保同时睡眠同时唤醒。侦听/休眠机制能够有效的降低能耗。然而，采用侦听/休眠机制会在一定程度上导致传输数据的延迟，这在面向突发事件的无线传感器网络中严重的影响了网络的性能。

减小延迟已是MAC协议普遍面临的问题，因为许多的突发事件都是采用无线传感器网络进行检测，如果检测到的数据不能够及时地传输，会造成严重的后果。DMAC协议对于传统的数据转发停顿问题，采用了对不同深度节点之间的活动和睡眠的交错调度机制，对多跳路径上的节点，交替地调度它们的活动期，顺序地唤醒各个节点就像一个连锁反应。数据包可以不断地在各节点间转发，传输给汇聚节点，这样就减小了数据的传输延迟。但是，DMAC协议要求严格的树形结构才能体现它的特性，在实际的应用中很难满足这一要求，所以DMAC协议的应用范围就受到了极大的限制。

发明内容

技术问题：本发明针对由突发事件引发的有较大流量需要快速传输的无线传感网络应用场景，提供了一种能够在考虑能耗的情况下，降低延时、提高吞吐量，高效传输数据的基于媒介接入控制协议的无线传感器网络传输方法。

技术方案：本发明基于媒介接入控制协议的无线传感器网络传输方法，由应用程序确定通信周期，节点在所述通信周期里进行传输工作流程，当一个通信周期结束后，进入下一通信周期继续进行传输工作流程；所述通信周期的传输工作流程里，节点进行数据包发送，当每一个数据包发送结束时，所有节点进入睡眠，间隔时长t后进入下一数据包发送，直至本通信周期结束；

每个所述的数据包的发送流程包括以下步骤：

1）唤醒所有节点，判断节点是否有数据发送，当节点有数据发送时，该节点为发送节点，该发送节点通过二进制指数退避方法竞争通信信道，如果赢得通信信道就发送请求发送帧RTS，然后进入步骤2），否则进入步骤6）；

当节点没有数据发送时，判断节点是否有数据要接收，如果是，该节点为接收节点，该接收节点回复清除发送帧CTS，与发送节点进行互相确认后开始传输数据，在成功传输该数据后，进入步骤6），否则该节点根据收到的请求发送帧RTS或者清除发送帧CTS更新自身的网络分配矢量NAV后，进入步骤6）；

2）发送节点的邻居节点收到请求发送帧RTS后，判断所述请求发送帧RTS是否是发给自身的，如果是，所述发送节点的邻居节点就是接收节点，所述接收节点回复清除发送帧CTS后，进入步骤3）；否则，所述发送节点的邻居节点更新自身的网络分配矢量NAV后，进入步骤6）；

3）接收节点的邻居节点收到清除发送帧CTS后，判断所述清除发送帧CTS是否是发给自身的，如果是，就进入步骤4），否则，所述接收节点的邻居节点更新自身的网络分配矢量NAV后，进入步骤6）；

4）发送节点采用片段分组响应确认字符机制与接收节点交互数据包片段，具体步骤为：

41）发送节点采用消息分割机制，将每个数据包分割成多个片段并赋予编号，按照编号顺序将每三个所述片段分为一个分组，发送节点将所述数据包以片段为单位传输给接收节点；

42）接收节点接收到一个所述分组后，判断所述分组是否正确，如果正确则进入步骤5），否则回到步骤41）；