[发明专利]一种基于异步唤醒调度的无线传感器网络数据采集方法

说明书

技术领域

本发明涉及在多跳无线传感器网络中基站从传感器节点采集数据所采用的传输协议，尤其涉及采用周期性睡眠唤醒机制作为节能手段的无线传感器网络。

背景技术

无线传感器网络一般采用电池供电，能耗是无线传感器网络的重要指标，它决定着网络的寿命。为了节省能量，一般无线传感器网络都采用周期性睡眠唤醒机制。但该机制引入了睡眠延时问题，即发送节点必须等待目标节点唤醒后才能发送数据。在多跳网络中，每跳的睡眠延时导致了端到端的延时非常大，这使得无线传感器网络无法被应用到一些延时敏感的应用领域。

数据采集是指传感节点把数据发送到采集终端，即基站，以供进一步分析利用。数据采集是无线传感器网络的主要数据传输方式，因此减少数据包从传感节点到基站的采集延时对提升无线传感器网络性能具有重要意义。

数据采集的传输方式是一种一对多的传输方式，数据流向固定（从传感节点到基站）。目前减少采集延时的方法主要有两种，一种方法是多跳预约，即同步所有节点的唤醒时间，在唤醒期源节点通过发送多跳预约包进行链路预约，被预约的节点在睡眠期保持唤醒。另一种方法梯度唤醒，即节点在下一跳节点唤醒时间前唤醒，这样，当本节点在唤醒期收到数据包，只需等待很短的时间，下一跳的节点很快就会唤醒，便可以继续转发数据包。但以上方法均需要全网同步，全网同步会引入很大的能量开销，而且不利于大规模组网。

发明内容

技术问题： 针对上述问题，本发明提供一种基于异步唤醒调度的无线传感器网络数据采集方法，本发明的目的是在减少无线传感器网络采集延时的同时不引入额外的同步开销。

技术方案： 本发明的一种基于异步唤醒调度的无线传感器网络数据采集方法包括以下步骤：

步骤1：节点在发起数据采集过程之前需要先加入网络，节点加入网络时，节点侦听信道一段时间，接收邻居节点的信标帧，更新邻居列表；

步骤2：节点在加入网络后，如果没有数据包需要发送，进入步骤2-1，如果有数据要发送，节点发起数据采集过程，进入步骤2-2；

步骤2-1：节点通过伪随机数发生器计算下一次唤醒时间后启动唤醒定时器，然后进入休眠状态，待启动唤醒定时器超时后，节点唤醒，广播信标帧；

步骤2-2：节点计算所有离基站跳数小于本节点的邻居节点的唤醒时间，并选择最先唤醒的邻居节点作为转发节点，等待该转发节点唤醒，接收其广播的信标帧后，向其发送数据；

步骤3：转发节点在接收到数据包后，向发送节点发送确认帧，如果本节点不是基站则进入步骤3-1；如果本节点是基站，则进入步骤3-2；

步骤3-1：把数据缓存在发送队列中，进入步骤2-2；

步骤3-2：把收到的数据包交付给应用层，至此，数据采集过程结束。

其中：

步骤1所述的信标帧包含节点的唤醒调度信息和离基站的跳数。

步骤1所述的更新邻居列表具体包括如下步骤：

步骤A：节点从信标帧中提取发送该信标帧的邻居节点的唤醒调度参数和离基站的跳数，并保存到邻居列表中，

步骤B：节点比较本节点离基站的跳数与发送该信标帧的邻居节点离基站的跳数n，当本节点离基站的跳数大于n，则节点把自身离基站的跳数设置为n+1。

有益效果：本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1.      减少了采集延时的同时不需要增加额外的同步开销。

2.      具有良好的可扩展性，网络密度增大不会使系统性能下降。

附图说明

图1示出了信标帧的帧结构；

图2示出了节点加入网络的的流程图；

图3示出了节点发送数据包的流程图。

具体实施方式

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

1.节点发起数据采集过程前在加入网络时通过侦听邻居节点信标帧获知邻居节点的唤醒调度参数。

2.节点通过伪随机数发生器产生自身唤醒调度，并通过伪随机数发生器和邻居节点的唤醒调度参数可以计算邻居节点的唤醒时间。

3.节点根据邻居节点离基站的跳数确定自身离基站的跳数，并在信标帧中包含该信标帧的发送节点离基站的跳数。

4.节点维护一个邻居列表，当节点有数据要向基站发送，则发起数据采集过程，节点计算邻居列表中所有离基站跳数小于本节点的邻居节点的唤醒时间，并选择最先唤醒的邻居节点作为转发节点，进行数据转发。