[发明专利]无线传感器网络的可扩展可预约SR‑BMA协议

摘要

本发明涉及一种无线传感器网络的可扩展可预约SR‑BMA协议，通过对BEST‑MAC协议进行改进，提出一种基于TDMA的MAC协议；与传统协议相比，该协议将数据时隙设置为很小的尺寸，数据时隙的数目超过节点数，根据节点所请求的数据量，分配相应数目的数据时隙，极大地提高了数据时隙的利用率；对背包算法进行优化，很好地避免了等待时间过长；加入预约机制，对没有成功分配到数据时隙的源节点提前预约下一帧的数据时隙，又可以在一定程度上减少控制开销。

主权项

一种无线传感器网络的可扩展可预约SR‑BMA协议，其特征在于：该协议采用多簇的网络结构，无线传感器网络被分为多个簇，每个簇包含一个簇头和多个成员节点，成员节点将数据包发送到簇头，簇头收集整理后发送到汇聚节点，该协议按轮进行操作，在每一轮开始之前，每个传感器节点随机选择0‑1之间的一个值，如果选定的值小于阈值T(n)，那么这个节点成为簇头节点，其中，；；上述公式中，pCH为簇头节点所占比例，r为当前所经过的轮数，G为后1/pCH轮未成为簇头节点的集合；节点使用该门限，在1‑pCH轮中被选为簇头；在1/pCH‑1轮后，所有节点T(n)值为l，则没有簇头节点；该协议每一轮包含建立阶段和稳定状态阶段；建立阶段发生在每一轮的开始；节点依据网络中所需要的簇头所占比例和迄今为止每个节点已经成为簇头的次数来决定是否成为簇头；成功选出簇头节点后，簇头广播簇建立信息，其他节点根据所接收到的信息决定加入哪一簇，并向该簇头发送加入请求；确认所有节点的加入请求都已发送完毕后，簇头根据这些加入请求计算成员节点总数，并为它自己及所有成员节点分配唯一的1Byte短地址，通过CS_ALLOC信息告知；稳定状态阶段进一步分为多个帧，每个帧包含控制周期、竞争访问周期、数据时隙广播周期和数据传输周期；在控制周期中，簇头为每个节点分配一个固定时隙，源节点在所分配的控制时隙发送请求到簇头，没有数据包需要发送的节点关闭无线电来节省能量，簇头在整个控制周期都保持侦听状态；而后进入竞争访问周期，建立阶段没有加入簇的节点在该周期中可以重新发送加入请求到簇头来申请加入簇；成功加入网络的节点以及在建立阶段已经成为成员节点的节点都会收到簇头发送的数据时隙广播信息；节点分配数据时隙的优先级由背包算法及其优化算法决定；如果源节点请求的数据时隙数目之和大于数据时隙总数，则会出现一些源节点无法成功分配数据时隙的情况，此时，簇头为这些节点提前预约下一帧的数据时隙；如果簇头没有收到某一节点的数据请求信息，则只告知该节点下一控制时隙的编号。