[发明专利]一种Quorum时隙自适应调整的同步无线传感器网络MAC方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其是一种同步无线传感器网络MAC方法。

背景技术

无线传感器网络是由大量的彼此之间通过多跳无线链路和通信的传感器节点以自组织和多跳的方式构成的无线网络，而无线传感器的供能往往是通过电池作为其能源的，所以如何合理利用以及分配能耗显得至关重要。

介质访问控制(medium access control,MAC)协议是无线传感器网络中一种基础协议。其作用是保证节点正常的数据操作与环境监测的同时尽可能的减少能量消耗，从而极大化网络寿命。在无线传感器网络中，为了减少节点的能量消耗通常采用一种方法是让节点周期性的工作(work)与睡眠(sleep)。由于传感器器节点处于工作状态时的能量消耗是处于睡眠状态时的上100倍甚至上1000倍。因而为了节省能量，应该尽可能的让节点处于睡眠状态。但是节点处于睡眠会影响其功能，因为节点在睡眠状态时不能对周围环境进行感知与监测，也不能进行数据传输。特别是在分布式无线传感器网络中，每个节点都是独立的决定是否工作还是睡眠。这就有可能造成节点在欲进行数据传输时，节点的处于工作时隙与其所有的下一跳节点的工作时隙没有相交时隙(intersection slot)从而使得其数据不能向前传输。特别是在占空比(指节点在一个时间周期内处于工作的时间与工作周期长度的比值，duty cycle)比较小的网络中，要保证相邻路由路径的任意二个节点间存在相交的工作时隙是传感器网络介质访问协议设计的重要课题。传感器节点的工作时隙越多，则节点之间相交的工作时隙越多，但，节点的工作时隙越多，则节点的能量消耗越大，影响网络寿命。反之，降低节点的占空比，虽然能够节省能量，但是有可能导致节点之间没有相交的工作时隙，因而导致路由不能建立。而另一方面，在节点的占空比确定的情况，不同节点选择工作时隙的方法不同也影响节点的介质访问协议的性能。不好的节点工作时隙选择方法会导致节点间的相交工作时隙的数量不等，影响数据的传输与网络延迟。因而，设计优秀的节点工作时隙选择方法是一个挑战性的任务。

基于Quorum的系统提供了一种介质访问方法的方法。其中用的最多的方法是一种grid Quorum方法。在grid Quorum方法中，一个周期被分为n个时隙(slot)，时隙是时间的基本单位。n个时隙按时间顺序被排列成的矩阵。节点A选择其中的m₁行时隙作为工作时隙，节点在这些选择的时隙上保持工作状态(称为Quorum Time Slot(QTS))。而节点B选择矩阵中的m₂列作为工作时隙。这样节点A与节点B必定有m₁×m₂个相交工作时隙(intersection slot)。从而可以保证节点A与节点B之间进行数据通信。显然Quorum系统设计的目标是使得任意2个节点间的相交工作时隙越多，而节点的占空比越小。

但上述方法各节点采用相同的Quorum时隙数量，节点间相交工作时隙较少,数据转发延迟较多，能量利用率较小(往往小于50％)。

发明内容

本发明提供一种能减少网络延迟、提高能量利用率的Quorum时隙自适应调整的同步无线传感器网络MAC方法。

为实现上述目的，本发明提供一种基于Quorum系统的无线传感器网络的介质访问控制方法，包括如下步骤：步骤一、形成节点环号，基站节点将自己的环号设置为0，其它节点由近及远分别设置连续的环号，节点环号相同的节点称为同一环的节点；步骤二、无线传感器网络的每一个节点依据其所在环的环号，选择基于Quorum的系统；步骤三、依据节点的剩余能量增加节点的工作时隙，依据距离基站的不同距离而选择不同的Quorum时隙数量，距离基站最近的节点选择最小的Quorum时隙数量，离基站越远的节点选择的Quorum时隙数量逐渐增大；基于上述的Quorum时隙分配方法，采用现有提出的路由方法进行数据路由，能降低网络延迟。

本发明的有益效果是：本发明利用远基站区域剩余的能量，增加节点的工作时隙，从而使得节点的工作时隙数量增多，相应的提高了占空比，使得网络节点间的相交工作时隙增加，从而减少网络延迟。

附图说明

图1为本发明实施例基本SG quorum系统S-clique、G-clique、SG quorum及新SG quorum系统S-clique、G-clique、SG quorum的工作时隙示意图。

图2为本发明实施例节点的剩余能量示意图。

图3为本发明实施例节点能够增加的QTS数量示意图。