[发明专利]无线传感器网络的最小竞争窗口策略MAC层信道分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MAC层信道分配方法，更特别地说，是指一种基于无线传感器网络的最小竞争窗口策略MAC层信道分配方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)由大量具备数据处理和通信能力的传感器节点组成，其目的是协作的感知、采集网络覆盖范围内监测对象的相关信息，并通过短距离无线多跳的通信方式将监测数据发送给网关，提供给用户进行分析和处理。WSN集合了传感器技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术的最新成就，是当前多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。无线传感器网络在军事侦察、空间探索、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等领域都有潜在的实用价值和广阔的应用前景。因此其科研意义和价值已经引起世界各国学术界、工业界和军事部门的极大关注，并被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。

无线传感器网络通常由一个网关和多个传感器节点组成，传感器节点负责信息的采集和传输，信息由多级节点组成的传输路径最终汇总到网关。离网关越近的节点通常承载的信息传输量越大，当网络繁忙时，由于传感器节点的存储能力有限，极易在离网关近的节点处缓冲区溢出形成拥塞。此外，无线传感器网络通常布局在人类不方便到达或监控的区域，并且节点体积较小，能量补给成为一个难题，因此节能是无线传感器网络的一个重要课题。而当网络拥塞发生时，不可避免地存在数据丢失，其中一些信息已经经过多级传输，这些传输的耗能，并没有产生实际的效益，造成了能耗浪费。因此，如何减少网络拥塞引起的丢包，提高网络吞吐量并降低能耗浪费是无线传感器网络领域的重要问题。

在无线传感器网络中，信道是指以无线信号作为传输媒体的数据信号传送通道，传感器节点发送数据前必须获得信道。IEEE 802.11无线MAC协议是最为广泛使用的基于CSMA/CA的无线MAC层协议，在采用IEEE 802.11协议的网络中，当节点发送信息时，如果发现信道被占用，节点等候一个时间段，再进行数据传输尝试。这个时间段是从零到竞争窗口值之间的一个随机数。竞争窗口越小，等候较短时段的概率越大，信道占用的概率越大。IEEE 802.11协议基于平等的信道划分策略，即所有节点以平等的机会竞争信道。对于信息传送目标点分散的传统无线网络，这种策略提供了很好的公平性和传输效果。但是对于具有固定网关的无线传感器网络，这一策略具有一些弊端。如前所述，数据传输中父节点承载了所有子孙节点的信息传输任务，当网络繁忙时，父节点与子节点公平竞争信道，信息发送的机会均等，相对信息负载量上来说，这是不公平的。另外，子节点成功发送到父节点的信息，有可能由于在父节点处无法抢占到信道，而无法发送甚至产生拥塞被丢弃，这造成了资源包括信道和能量的浪费，这种拥塞是可以通过优化信道分配加以控制的。目前的无线传感器网络拥塞控制算法和MAC层优化算法，着重于节点发送速率的调控，资源的增加，中央集中式的网络流量最优化预分配或给予信息不同的优先级。

发明内容

本发明的目的是提出了一种基于无线传感器网络的最小竞争窗口策略MAC层信道分配方法，该方法基于无线传感器网络的特点，通过采用最小竞争窗口设置方法，提高了信道分配与数据承载量的匹配度，在一定程度上控制了拥塞的发生，从而降低了网络丢包率，增加了网络吞吐量，减少了网络耗能。最小竞争窗口设置方法具有可与其它拥塞控制及优化算法灵活结合，复杂度低的特点。

本发明的一种无线传感器网络的最小竞争窗口策略MAC层信道分配方法解决了：(1)描述了无线传感器网络的传输情况；(2)以节点在网络传播树中的传送层次为参考标准，给出了适用于无线传感器网络传输情况的层次最小竞争窗口计算方法；(3)依据计算得到的层次最小竞争窗口值及节点子节点的数量，给出了节点最小竞争窗口计算方法；(4)基于所给出的节点最小竞争窗口计算方法，给出了节点最小竞争窗口的设置方法；(5)采用本发明的最小竞争窗口设置方法能够降低网络丢包率，增加网络吞吐量，减少网络耗能。

本发明的一种无线传感器网络的最小竞争窗口策略MAC层信道分配方法，其特征在于包括有下面三个阶段步骤：

第一阶段步骤，构建传播树；

第二阶段步骤，在传播树中，运行层次最小竞争窗口策略；

第三阶段步骤，在传播树中，运行节点最小竞争窗口策略。

附图说明

图1是一棵传播树的结构示意图。

图2是本发明的一种具有以网关节点SS为根的传播树结构示意图。