[实用新型]基于介质访问控制的无线传感器网络系统

说明书

技术领域

本实用新型属于无线传感器网络，尤其涉及一种基于介质访问控制的无线传感器网络系统。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)是一种特殊的无线多跳分布式网络，具有快速组网、休眠节能、抗毁性强等特点，它相对于传统的无线网络，有明显的资源受限和动态变化的特点，节能效率和扩展性成为重要性能指标。介质访问控制(Medium Access Control，MAC)协议决定WSN无线信道的使用方式，在传感器节点之间分配有限的无线信道资源，是保证WSN高效通信的关键网络协议之一。针对具体的应用模型研究高效的MAC协议意义深远。

无线传感器网络研究的核心问题之一是能耗管理，无线传感器网络协议栈各层的设计，都以节能效率作为首要的考虑。无线传感器网络与应用密切相关，其介质访问控制协议主要分为：(1)基于竞争的随机访问方式；(2)基于时间调度的MAC协议，普遍采用TDMA；(3)两种机制的混合型方案，这也是广受关注的研究热点之一。基于竞争和调度的机制各自侧重考虑和解决的问题不同，各有优势，单纯一种机制的MAC协议很难在各个性能指标中获得较好的平衡。竞争型的MAC协议扩展性好，但延时大；调度型的MAC协议开销小，实时性比较好，但扩展性差，时间同步要求严格。竞争性MAC机制与TDMA时间调度机制的有机结合可以平衡两者的优势和不足，取得较好的性能。近年来吸引了不少学者的参与和研究，但在实际应用仍需要进一步的讨论，混合型方案是高效无线传感器网络MAC协议的重要解决思路和发展趋势。

μ-MAC协议特别针对周期性数据采集型网络应用，要求网络中的数据流量是可预知的，且不存在动态变化，其主要不足及局限性讨论如下：

1)μ-MAC的适用场合及迟钝的流量适应性。μ-MAC针对周期性数据采集型的网络应用而设计，在该特殊的应用模型中，流量是可预测的，可从应用层信息获得(传感任务中直接包含了需要采集的数据类型、频度、有效期等信息)，一旦由基站发起INTEREST数据请求，预约好一个一定带宽的传感报告子信道(Sensor Report，SR)后，流量基本是固定的，直到传感任务结束或基站明确再次发起新的INTEREST请求，才可能改变子信道带宽。μ-MAC只针对上述的周期性数据采集型应用，没有也不需要提供对动态流量的主动调整机制，在广泛需求的包含动态流量的数据采集应用场合中照样实施μ-MAC，其效率会非常低。

2)一般流量子信道(General Traffic，GT)效率低。GT功能主要是承载INTEREST/RESERVE包的传输，预约子信道带宽。虽然其带宽不大，是在网络运行前固定设置的，但节点需要单独为GT在无竞争期计算选择时槽，且在这些时槽上所有邻居节点都必须活动侦听或发送。μ-MAC协议还规定在GT子信道上如果没有数据传输，也要发送冗余的维持包携带未来n个时槽分配的信息。这都带来额外的能量消耗。当GT带宽较大时，GT子信道效率低的问题更加突出。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型基于μ-MAC，扩展其适用模型为更广泛需求的动态流量的数据采集型网络应用，改进设计了一种基于介质访问控制的无线传感器网络系统。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种基于介质访问控制的无线传感器网络系统，包括传感节点及基站，传感节点与基站之间通过无线信道传输数据，该传感节点包括接收环境事件驱动的触发模块、向基站主动请求预约传感报告子信道初始带宽的请求模块及与基站传送数据的第一接口模块，该基站包括根据请求模块的预约请求进行确认处理的应答模块及与传感节点传送数据的第二接口模块。

该传感节点处设有一发送缓冲器，该传感节点处通过发送缓冲器来监测和感知其流量变化。

本实用新型相对于现有技术的优势：

本实用新型把μ-MAC扩展成为自适应流量变化、自动调整合适带宽子信道的协议，减少了动态流量的传输延时，而保留了μ-MAC的时槽分配机制的优越性。改进的运行控制过程及流量感知和自适应调整过程能很好应付动态流量的数据采集型网络应用。

附图说明

图1为原信道结构；

图2为改进型的信道结构；

图3为原μ-MAC运行控制；

图4为改进的运行控制；

图5为本实用新型的结构框图；

图5为本实用新型实验模型；

图6为节点平均睡眠比例仿真实验图；

图7为μ-MAC报告包平均时延仿真实验图；

图8为本实用新型的报告包平均时延仿真实验图；