[发明专利]均衡无线网络能耗的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信技术领域的方法，具体是一种均衡无线网络能耗的方法。

背景技术

传感网技术在近年得到了长足的发展，尤其在物联网概念的提出及大规模研究之后。而在以物联网为典型代表的无线网络中，能耗是制约其发展的关键性因素。尤其在以电池供电的无线网络中，如实现地震预警，海洋生态监测等应用中，电池往往是不可更换的，因而使得能耗成为最关键的指标。如何使用有限的能量尽可能延长网络的生命期，涉及到网络各个节点之间的合作和节点本身的能耗局部最优化。因此，在保证数据的正常传输下，如何在实现全局网络能耗最小化，均衡网络中各个节点的能耗，从而延长网络寿命一直以来都是重要的研究方向。

同时，随着各行业对无线网络应用要求的不断提高，各节点之间负载的不均衡性也日益显著。特别在综合应用性质的无线传感器网络中，这种负载的不均衡导致了高负载的节点率先耗尽能量而使得整个网络瘫痪。因此，这些高负载的节点的生命期成了整个网络生命期的瓶颈，均衡整个网络的能耗，延长高负载节点的生命期是延长整个网络的生命期的关键。

经对现有文献检索发现，文献“Energy efficient routing in wireless sensor networks”（C.Schurgers,M.B.Srivastava.MILCOM'01,2001,357-361）（无线传感网中的高能效路由算法）提供了无线传感网中的最小化网络全局能耗，延长网络生命期的方法。该技术试图从网络全局的角度出发，将流量通过不同的路由策略分散到不同的节点上，避免整个网络中个别节点的负载过高而耗能太大，以之来均衡各节点能量消耗从而提高网络生命期。但是该技术从无线网络的网络层能量效率要求和流量均衡要求两方面考虑，仅考虑了路由层的分布式路由，试图从整个网络通过分布式的路由方式来均衡能量，缺乏从节点的底层协议及节点自身的角度考虑。由于该技术中的路由建立开销大且收敛慢，它不适合于电池供电的网络中。

文献“Energy efficient MAC for wireless sensor networks”（P.KOSKELA,M.VALTA,T.FRANTTI.Sensors&Transducers Journal,121(10):133-143,2010）（无线传感网中的高能效MAC算法）提供了一种适用于无线传感器网络中的高能效MAC算法。该技术通过更正节点的时间漂移及节点的采样率来调整节点的工作占空比从而通过占空比的调整来达到降低网络能耗和延长网络寿命的目的。但是该技术仅考虑了占空比的调整，没有考虑节点负载的不均衡性对占空比的影响，从而无法解决负载不均衡网络中高负载节点的能耗瓶颈问题。单次占空比的调整与网络全局的能耗均衡并无确定关系，因此该技术并不适用于负载不均衡网络中。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种均衡无线网络能耗的方法。本发明根据节点当前负载动态调节节点的退避窗口长度以及占空比大小，实现了无线网络中以增加轻负载节点的空闲能耗为代价，降低重负载节点的退避能耗，从而均衡了整个网络的能耗，增大各类节点乃至于整个网络的生命期，具有技术复杂度低，效率极高，易实现等优点，特别适用于节点使用电池供电的无线网络业务。

本发明是通过以下技术方案实现的，根据本发明的一个方面，提供一种均衡无线网络能耗的方法，包括以下步骤：

第一步，在每一个睡眠-工作周期T的活跃期开始后，节点正常收发数据包，同时进行所收发数据包的处理；

第二步，该周期结束时，根据第一步的记录，计算节点此时的负载因子；

第三步，根据负载因子，计算节点最佳退避窗口长度和最佳占空比；

第四步，在节点下一个工作-睡眠周期开始前，修改节点占空比为第三步得到的最佳占空比，同时将占空比定时器的时间设置为T×D，节点开始工作；其中：T为节点睡眠-工作周期，D是第三步得到的最佳占空比值；

第五步，修改当前的最佳退避窗口长度为第三步得到的最佳退避窗口长度，并在工作周期内以最佳退避窗口长度参与信道竞争；

第六步，等待占空比定时器溢出，关闭节点收发机，同时重新启动占空比定时器并设定时间为T×(1-D)；

第七步：等待占空比定时器溢出，打开节点收发机并记录节点当前的占空比，清空第一步中记录数据包信息的数据库并返回第一步。

优选地，第一步中所述的数据包的处理是：在节点发送数据包后，记录发送的数据包的编号，并记录尚未发送的缓存中的数据包数目。