[发明专利]一种无线传感器网络多速率自适应退避方法

说明书

技术领域

本发明涉及物理层提供多速率能力的无线传感器网络技术领域，解决了由于多速率传输导致的数据冲突增加、竞争窗口值始终较大的问题，能显著提高网络吞吐量并降低传输时延。特别是一种无线传感器网络多速率自适应退避方法。

背景技术

在无线传感器网络中，共享信道是非常有限的资源，所以一个有效的MAC（Medium Access Control）协议对无线传感器网络具有重要意义。由于无线传感器网络的特殊性，蜂窝移动通信系统中使用的有中心的信道接入技术和传统的基于共享广播信道的信道接入技术无法直接移植到无线传感器网络中。IEEE 802.11 MAC 协议DFWMAC (Distributed Foundation Wireless Medium Access Control) 是目前应用最为广泛的信道接入协议。

包括IEEE 802.11标准在内的很多无线协议都采用二进制指数退避BEB (Binary Exponential Backoff) 方法。每次发生冲突时，退避时间加倍；每次交互成功时，退避时间降至最小值。所以最后一次发送成功的节点具有最小的退避时间，从而在下一次竞争中处于优势。因此，BEB 方法总是给最近一次发送成功的节点以最大的竞争优先权，难以正确反映信道的争用状况。

随着硬件技术的快速发展，节点普遍支持物理层提供多速率的能力；为了利用物理层的多速率能力，出现了不少支持多速率的MAC和路由机制。其基本思想是对于任意两个能够直接通信的节点A、B，当存在一个中间节点C使得从A到B直接通信所占用的时间大于通过中间节点C转发的间接通信时，也即                                                ，则采用从该节点中继（参见图2）。其中，分别为A和B，A和C，C和B通信时的速率。而这意味着将有更多的节点使用间接通信，导致网络内竞争进一步加剧，使传统的BEB方法更难以正确反映信道的争用状况。

国内专利号200910064965.6涉及一种跨层的无线传感器网络介质访问控制协议实现方法，该方法主要在无线传感器网络节点进入周期睡眠时间后设置一些节点为强迫唤醒节点，以便在这些节点中找到未来通信路径上的节点，实现在一个侦听/睡眠周期数据的多跳传递，本发明主要用来解决对时延敏感、业务量少的无线传感器网络不能满足信道接入等待时延的问题。

国内专利号CN200910039492.4涉及一种无线传感器网络介质访问控制方法，通过继承基本的拓扑建立和时槽分配方法，扩展其应用模型，不再单纯适用于周期性数据的固定流量网络，使用一种改进的信道结构和运行控制，引入流量自适应机制，适用于传感节点主动式的动态流量监控网络。

国内专利号CN200610026684.8涉及一种基于自适应退避策略的无线传感器网络分布式分簇方法，利用节点剩余电池能量均衡系统的负载，通过调节方法的相关参数保证所产生的簇首分布均匀。

国内专利号CN201110065267.5涉及一种无线传感器网络技术领域的伪随机序列退避机制的无线传感器网络动态频谱接入方法，采用伪随机方法生成各个节点对应的退避信道序列，并以退避信道序列进行信道调整，能够有效地利用频谱空洞，提高网络吞吐量，降低数据包传输时延，同时还能够在一定程度上降低网络能耗并抵御用户干扰。

综上所述，针对无线传感器网络节点支持多速率传输能力时退避策略的研究成果还较少，如何避免额外开销、减小网络时延和提高网络吞吐量等问题亟需解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线传感器网络多速率自适应退避方法。本发明着眼于支持物理层多速率能力的无线传感器网络，在单一速率环境中，任意两个节点都不可能满足间接通信条件；而在多速率环境下，由于节点之间距离的不同，能够采用的通信速率也不相同，对于相距较远的只能以较低速率通信的节点来说，该间接通信条件是很容易满足的。另外，在特定竞争窗口CW下的一次信息交互成功，并不意味着网络拥塞状况的下降，而是说该CW适用于现在的网络拥塞状况。所以，只要网络拥塞水平保持不变，CW的大小也应该保持不变。而通常情况下，网络拥塞状况也不会突然得到改观。若此时将CW重置为最小值CW_min，节点极有可能再次发生碰撞并重传数据包直到CW再次达到较高的数值，从而浪费大量的时间和信道带宽。本发明充分利用节点物理层支持多速率传输的特点，通过节点度数和连接集的关系反映网络的拥塞状况，对节点的竞争窗口做出有效调整，提高数据传输的成功率，增强网络性能。

本发明解决现有技术问题的技术方案，具体包括：