[发明专利]用于无线传感器网络的媒体访问控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络领域，特别涉及无线传感器网络协议设计领域，具体给出用于无线传感器网络的流量自适应的媒体访问控制方法。

背景技术

在无线传感器网络中，节点一般采用电池供电且其容量较小，节点分布在实际的应用环境后电池难以更换或者更换成本很高，所以能量效率是无线传感器网络协议设计考虑的重点。在许多应用领域如火灾检测等，节点需要将采集到的数据及时发送给sink节点并采取必要的措施以减小损失，这对协议设计的延迟时间要求很高。

目前在无线传感器网络MAC协议的设计中，节点一般采用周期性的侦听和睡眠调度以降低能耗，最有代表性的是叶伟提出的S-MAC协议，它最早由参考文献“An Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks”(W.Ye，J.Heidemann，and D.Estrin，IEEE INFOCOM，June 2002)提出。S-MAC协议按照周期性方式运行，协议的一个周期分为侦听期和睡眠期两个部分，其中的侦听期又分为同步阶段和数据阶段，侦听时间和整个周期长度的比率为占空比，协议运行过程中周期长度和占空比均固定。节点在侦听期间唤醒进行数据通信，在睡眠期间进入睡眠状态以降低功耗。为保证节点之间正确通信，协议设计采用定期同步的机制，通过周期性接收和转发同步包使得节点之间形成一致的侦听睡眠调度，从而保证节点之间能够进行正确通信。

但是在实际的无线传感器网络应用中，上述传统MAC协议的性能受到很大限制，其原因为：①实际无线传感器网络节点的数据流量经常变换，而且很多情况下是无规律或者规律不可循。采用固定周期和占空比的方法，当数据流量大的时候，容易引起缓冲区溢出丢包，而数据流量小的时候，不必要的唤醒过程耗费能量，从而使得协议性能低下。②在传感器网络节点之间维持同步是一个复杂过程，因为传感器节点需要侦听一段时间，接收到同步包后设置自己的调度，然后转发同步包，最终使全网形成一致的调度，这是一个耗费时间耗费能量的过程。

发明内容

技术问题：本发明为解决上述现有技术中存在的问题，提出用于无线传感器网络的媒体访问控制方法，该方法使得节点能够很好提升协议在可变数据流量条件下的性能，并且不需要在线调节周期和占空比从而避免同步困难问题。

技术方案：本发明的用于无线传感器网络的媒体访问控制方法，用于解决节点数据流量变化环境下协议性能低下问题。节点通过测量当前的数据流量和数据包缓冲区队列长度进行自适应调节，当数据流量比较大的时候采用高流量自适应机制，当数据流量比较小的时候采用低流量自适应机制，从而有效提高协议在流量变化条件下的能耗，延迟等方面的性能。数据流量测量的具体方法为：节点连续记录数据包到达的时间，将连续到达的两个数据包间隔的倒数作为当前测量得到的数据流量，则测量的数据流量可表示为：l_k+1＝1/(t_k+1-t_k)，其中t_k，t_k+1分别表示前一个数据包收到的时刻和当前数据包收到的时刻，测量结果通过低通滤波器消除测量干扰。

节点通过检测当前数据缓冲区队列长度N_cur进行自适应调节，当N_cur＞1时，启用高流量自适应机制，当N_cur≤1并且当前测量得到的数据流量L_k＜β时启用低流量自适应机制，否则采用传统MAC协议中每次发送一个数据包的方式进行通信。其中的β为预先设定的阈值。