[发明专利]基于IEEE802.15.4协议的传感器节点占空比独立自适应调节方法

权利要求书

1.一种基于IEEE 802.15.4协议的传感器节点占空比独立自适应调节方法，其特征在于包括如下步骤：

1)对于每个网内节点分别使网络协调器独立记录一个用于控制该节点信标间隔周期长度的信标指数，为每个节点的信标指数设置统一的调节范围，并取该调节范围中的最小值为初始广播的信标帧中各节点的信标指数初值；将用于控制各节点信标间隔周期中活跃期长度的超帧指数设定为不大于信标指数初值的常量；将由协调器控制的周期性信标帧的广播间隔设定为最小的信标间隔周期长度；由协调器广播初始信标帧，建立一个基于IEEE 802.15.4协议的无线传感器网络；

2)协调器分别根据当前各信标指数计算相应的信标间隔周期长度，对相应的各节点进行独立定时计数，以掌握各节点的信标间隔周期的起始和结束时刻；同时，每个网内节点同样根据当前收到的信标指数计算其相应的信标间隔周期长度，以独立地进行定时，并与协调器对该节点信标间隔周期的控制保持同步；

3)在各节点当前的信标间隔周期内，节点根据采用能量高效休眠机制的IEEE802.15.4MAC协议进行操作；在某一节点有数据帧发送的情况下，该节点需要为协调器提供自身的数据帧发送队列信息，即如果节点在发送数据帧的退避过程中检查到其缓冲区中还有其它待发数据帧或是又有新数据帧到达，那么此时该节点将其待发数据帧中的队列信息字段置位为1，否则将其复位为0；

4)协调器根据对某一节点的定时计数信息，判断在该节点当前信标间隔周期内是否有收到该节点发送来的数据帧；如果收到该节点发送的数据帧，协调器进一步检查该数据帧中队列信息字段的值；如果队列信息字段值为1，协调器在判断该节点的信标指数还未减少到最小值的情况下将该指数减1并将该节点的相关更新信息加入之后待广播的信标帧中，否则保持其最小值；如果队列信息字段值为0，协调器保持该节点原有信标指数；如果在该节点的当前信标间隔周期结束时协调器仍未收到其发送的数据帧，协调器在判断该节点的信标指数还未增加到最大值的情况下将该指数加1并将该节点的相关更新信息加入之后待广播的信标帧中，否则保持其最大值；

5)各节点根据自身的定时信息在其当前信标间隔周期结束时，允许接收协调器新广播的信标帧并检查其中是否含有与其相关的信标指数更新信息；如果某一节点新接收的信标帧中含有与该节点相关的信标指数更新信息，则节点进行相应的信标指数更新操作，否则节点保持原有信标指数；在某一节点结束当前信标间隔周期并收到新的信标帧时，返回步骤2进入下一个信标间隔周期。

2.根据权利要求1所述的基于IEEE 802.15.4协议的传感器节点占空比独立自适应调节方法，其特征在于节点采用一种能量高效休眠机制，即各节点在特定情况下于信标间隔周期内的活跃期即可提前进入休眠模式而不必等到非活跃期到来，包括三种情况：在当前活跃期起始时节点无待发数据帧，或在当前活跃期结束前节点成功地将待发数据帧传输至协调器；当退避尝试接入信道次数达到协议要求的上限，而该节点依然无法接入信道；节点估计出当前活跃期剩余时间不足以完成通过载波侦听多路接入/冲突避免算法进行数据帧传输所需的剩余步骤，包括空闲信道评估、数据帧传输、和等待确认帧。

3.根据权利要求1所述的基于IEEE 802.15.4协议的传感器节点占空比独立自适应调节方法，其特征在于所述节点发送的数据帧在IEEE 802.15.4数据帧基础上，利用其MAC头部中的预留字段中的1比特作为队列信息字段。

4.根据权利要求1所述的基于IEEE 802.15.4协议的传感器节点占空比独立自适应调节方法，其特征在于所述协调器广播的信标帧在IEEE 802.15.4信标帧基础上，在其MAC载荷部分中添加一个信标指数自适应控制域，包括信标指数自适应规则和地址列表两部分：占用1字节的信标指数自适应规则中包括占用4比特的信标指数增加数量域和占用4比特的信标指数减少数量域，分别表示信标指数自适应规则之后的地址列表中有信标指数增加变化和信标指数减少变化的节点地址数量；地址列表中只添加有信标指数更新变化的节点地址；如果某一种信标指数变化的节点数量大于信标指数自适应规则所限的16个，则多余节点的信标指数暂时保持不变。