[发明专利]一种无线传感网络的新型多信道介质访问控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感网络的新型多信道介质访问控制方法。

背景技术

无线传感器网络(wireless sensor networks，WSN)是由部署在监测区域内的大量廉价微型传感器节点，通过无线通信方式形成的一种多跳的自组织网络系统。多信道MAC通信协议中，网络内的众多节点分散于不同的信道，减少了通信竞争，特别是并行协商的多信道MAC通信协议，克服了控制信道的瓶颈问题，极大地提高了网络的吞吐量和网络的抗干扰性。现有的无线传感网络中的多信道mac机制中整个网络采用唯一的big slot(超帧)，采用的信号强度检测也只是由硬件来实现，在软件上没有有效的避免碰撞的机制。

目前已有多种多信道MAC协议，例如用于无线传感器网络的多频段介质访问控制协议MMSN(Multi-Frequency Media Access Control for Wireless SensorNetworks)，多信道介质访问控制协议MMAC(Multi-Channel Media AccessControl)，基于时分多址的多信道介质访问控制协议TMMAC(ATDMA basedmulti-channel MAC protocol)，树形多信道介质访问控制协议TMCP(aTree-based Multi-Channel Protocol)，基于时间和频率的多信道介质访问控制协议TFMAC(Time-Frequency Multi-Channel Protocol)，用于无线传感器网络的多信道介质访问控制协议MC-LMAC(A Multi-Channel MAC Protocol forWireless Sensor Networks)，并行协商的多信道介质访问控制协议McMAC(AParallel Rendezvous Multi-Channel MAC Protocol)，基于时间同步的网格网络协议TSMP(TIME SYNCHRONIZED MESH PROTOCOL)。本文将从协议的信道分配方式和信道访问方式两个方面对上述协议进行分析。

从信道分配方式看，多信道MAC协议主要可以分为固定信道分配，分阶段的信道切换和并行信道协商三种方式。固定信道分配方式，节点在网络初始化时，选定各自的信道，并固定在自己信道上。节点想要与别的节点进行通信时，就会切换到对方的信道进行信息交换，通信完毕再切换到自己的信道，MMSN，TMCP，TFMAC和MC-LMAC协议都属于这类方式。这种方式实现简单，可以使网络内的众多节点分散在多个信道上，减少了节点通信竞争的程度。但是在这类方式中，由于节点固定于具体的一个信道，当这个信道受到干扰时，处于这个信道上的节点便无法进行通信，影响网络的稳定性。分阶段的信道切换方式的信道分配分为协商时段和通信时段，在协商时段，有通信要求的节点在控制信道上进行协商，协商成功后，对应节点在通信时段切换到协商好的信道进行通信，通信完毕后再回到控制信道，MMAC和TMMAC协议都属于这类方式。分阶段的信道切换方式可以使节点选择在不同的信道上同时进行通信，避免了单个信道受到干扰而影响整个网络，提高了网络的稳定性。但是这种方式严重依赖控制信道的存在，所有节点都集中在控制信道进行协商，容易造成控制信道的饱和，而且，如果控制信道受到干扰，将影响整个网络，因此，控制信道成为整个网络的瓶颈。并行信道协商方式，节点按自己固定的伪随机序列在多个信道之间切换，有通信要求的节点则根据对方节点的伪随机序列，切换到对应的信道进行通信，通信完毕则切换到自己信道。由于节点的通信过程不依赖于控制信道，消除了控制信道的瓶颈问题，提高了网络的吞吐量和可靠性。但是，由于缺乏控制信息的交换，当节点脱离自己的默认信道，切换到对方节点的信道进行通信时，网络内的其他节点并不知道，如果此时，另外一个节点想与之通信，便不能根据他的伪随机序列在其默认信道上找到它，好像这个节点消失一样，我们称之为节点消失问题。