[发明专利]基于流量自适应的无线传感器网络S-MAC协议优化方法

摘要

本发明是一种基于流量自适应的无线传感器网络S‑MAC协议优化方法，其特点是：包括多因素交叉控制的退避机制、基于流量自适应的占空比机制和基于流量自适应的功率控制机制。具有科学合理，适用性强，低时延，高吞吐量，能够适用于复杂环境，延长网络生命周期等优点。

主权项

1.一种基于流量自适应的无线传感器网络S‑MAC协议优化方法，其特征是，它包括的内容有：多因素交叉控制的退避机制、基于流量自适应的占空比机制和基于流量自适应的功率控制机制，1)所述的多因素交叉控制的退避机制节点综合考虑了节点竞争信道失败次数、缓冲区队列长度和节点的剩余能量三个控制因素，当节点竞争信道失败次数越多时，节点接入信道的意愿越强烈，相应的节点的退避时间越小，且比缓冲区队列长度和节点的剩余能量有较高的优先级，当数据发生冲突时，节点重新根据节点竞争信道失败次数、缓冲区队列长度和节点的剩余能量三个控制因素得到其退避时间，直到数据发送成功，结束计算过程，退避时间Tbackoff表示为：其中，N为节点竞争信道失败次数；CW为竞争窗口值，根据节点周围邻居节点的个数来确定取值；η为权重因子；L为节点目前缓冲区队列长度值；Lmax为节点缓冲区队列长度最大值；Eresidual为节点当前的剩余能量；Einitial为节点的初始能量；TaSlot是由物理层决定的一个时隙的长度；2)所述的基于流量自适应的占空比机制选取网络平均流量因子作为控制因素，动态地调整节点的占空比，占空比Dnew表示为：其中，D为节点的初始占空比，设定为10％；Dmin为节点占空比的最小值；Dmax为节点占空比的最大值；L和H为网络平均流量因子l的两个阈值，其中L＜H，网络平均流量因子l表示为：其中，Lmax节点缓冲区队列所能缓存数据包个数的最大值，Li为当节点i缓冲区队列中数据包的个数，n为节点周围邻节点的个数；3)所述的基于流量自适应的功率控制机制利用Friis公式和节点的接收功率门限值，求得两节点发送功率的最小值，这里选用一个指数函数与发送功率最小值相乘，指数函数的取值范围为1,2.71，其中在指数函数中引入网络平均流量因子作为控制因素，功率P表示为：P＝min[Ptmin×e1‑l,Pmax]    (4)其中，Ptmin为节点利用Friis公式求得的两节点发送功率的最小值，l为网络平均流量因子，其取值为0≤l≤1，因此，e1‑l的取值范围为1≤e1‑l≤2.71，可取期间任意数值，Pmax为节点发送功率的最大值。