[发明专利]无线传感器网络簇内自适应通信方法

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 出一种无线传感器网络簇内自适应通信方法，尽管可将给出的特征应用于其他网 络设计中。

背景技术

无线传感器网络通常是由许多资源受限的节点组成的多跳自组织网络，在环 境监测、军事管理、工业控制、医疗系统等诸多领域有着广泛的应用。由于无线 传感器网络单个节点的能量和处理能力比较有限，节点通常需要通过协作的方式 感知、采集和处理信息并发送给汇聚节点，故此类网络对能耗、延迟、可靠性等 方面性能有较高的要求。

在无线传感器网络的具体应用场景中，很多情况下节点的数量比较大，分布 范围比较广，大范围的网络结构使得采用平面自组织的方式构建网络难以满足要 求。而分簇机制能够较好地增强网络规模增大时候数据通信、网络可扩展性等方 面性能，并能增强能耗管理并能较好融入拓扑控制方法。节点采用分簇的方式组 成网络时，通常先将数据从簇内的普通节点传输到簇头节点，簇头节点缓存相应 的数据并通过适当的方式传输到汇聚节点。

在簇内数据通信过程中，当监测到事件后簇内普通节点需要将相关信息汇报 给簇头节点。由于簇内每个普通节点需要发送的数据量有差异，节点数据缓冲区 中数据包数目多的节点更需要及时将数据发送给簇头节点，采用均匀的信道接入 概率则无法使数据包数目多的节点能享有优先发送权。此外当数据包在普通节点 的缓冲区中堆积时，节点需要快速将数据发送出去，避免长时间堆积引起网络性 能下降。

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，提供无线传感器网 络簇内自适应通信方法。

技术方案：本发明的无线传感器网络簇内自适应通信方法分为请求、同步 和睡眠三个阶段，具体包括以下步骤：

①簇内普通节点根据当前缓冲区中的数据包数目计算本次竞争窗口大小， 然后通过载波侦听方式竞争信道并发送预约请求包ITS给簇头节点；簇头节点收 到预约请求包后回复预约确认包ATS给簇内普通节点进行通信确认，完成本次 通信预约，簇内其它节点则进入睡眠以降低能耗；

②在同步阶段簇头节点定期发送同步包给簇内普通节点，通告本次需要发 送的数据包数目以及簇头自身的时间信息；

③竞争成功的普通节点在睡眠阶段连续发送多个数据包给簇头节点，发送 完数据进入睡眠，而其它节点则在睡眠阶段开始进入睡眠状态以降低能耗。

所述步骤①中计算本次竞争窗口大小的方法具体为：令汇报阶段的最大竞争 窗口大小为W，节点本次竞争窗口大小为W_i，节点缓冲区中的数据包最大容量 为C_max，节点当前缓冲区中数据包数目为Fx_i，则本次竞争窗口大小为 W_i＝W(C_max-Fx_i)/C_max。

所述步骤①的预约请求包和预约确认包中均包含本次通信过程需要发送的 数据包数目。簇内节点进入睡眠持续的时间为收到预约确认包到同步期的开始之 间的时间。

所述步骤②的定期发送同步包的方法具体为：根据数据传输速度计算传输 1bit数据需要的时间为T1，根据时钟漂移速率计算引起T1时间偏差时节点需要 运行的时间Tc，则离上次同步包发送时间超过3Tc/4时簇头再次发送同步包。

所述步骤③的连续发送多个数据包的方法为：根据预约好的数据包发送数 目，簇头节点在每个数据包后进行确认，即通信过程采用 DATA1/ACK1/DATA2/ACK2…的方式进行。

有益效果：本发明中无线传感器网络簇内自适应通信方法，能够根据簇内 普通节点当前数据缓冲区的数据包数目设置当前竞争窗口大小，当数据包数目比 较大的时候采用较小的竞争窗口发送预约请求包，当数据包数目比较小的时候采 用较大的竞争窗口发送预约请求包，使得数据发送优先级能够发映当前簇内普通 节点的数据负荷程度，从而能够均衡网络数据流量，提高传输效率。此外采用一 次预约发送多个数据包的形式，能够很好缓解数据包堆积问题，较大程度降低能 耗和数据包传输的平均延迟。

附图说明

图1是簇内通信过程。

具体实施方式

无线传感器网络簇内自适应通信方法分为请求、同步和睡眠三个阶段，通信 包括以下步骤：