[发明专利]一种无线传感器网络数据采集方法有效

专利信息
申请号: 201210205791.2 申请日: 2012-06-20
公开(公告)号: CN102740363A 公开(公告)日: 2012-10-17
发明(设计)人: 刘昊;汤峰;蒋富龙;吴建辉 申请(专利权)人: 东南大学
主分类号: H04W28/08 分类号: H04W28/08;H04W28/16;H04W52/02
代理公司: 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204 代理人: 柏尚春
地址: 214135 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 无线 传感器 网络 数据 采集 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于无线传感器网络领域,特别涉及一种无线传感器网络中适用于负载较高的数据采集应用的数据传输方法。

背景技术

MAC(媒体接入控制)协议处于无线传感器网络协议栈的底层,决定了数据传输方式。其主要功能为负责信道接入、控制节点的数据传输对无线共享信道的占用,以及通过一组规则和过程来更有效、有序和公平使用共享信道以保证网络的整体性能。MAC协议是无线传感器网络中最重要的技术之一,对整个网络的性能影响很大。

WSN(无线传感器网络)中一般采用周期性睡眠/唤醒机制的MAC协议来实现低功耗。周期性睡眠/唤醒类的MAC协议可以获得很高的能量利用效率。但是大部分这些周期性工作的MAC协议是牺牲了高吞吐率性能,而在无线传感器网络的数据采集应用中,网络吞吐率是一个重要的性能指标。在周期性睡眠/唤醒协议中,发送节点必须等到接收节点唤醒时才能进行数据发送,同时,由于节点存储资源有限,接收节点往往不能在一个睡眠/唤醒周期内接收多个发送节点的全部数据包,从而不得不等到接收节点的另一个睡眠/唤醒周期。

WSN带宽由于周期性睡眠/唤醒机制和有限的节点存贮资源被限制。现有的很多解决方案通过调整节点的睡眠/唤醒间隔来增加网络吞吐率,但是这样的代价是增加了整个网络的能耗。当前很少有MAC协议考虑到如何通过增加现有带宽利用率来提高整个网络的吞吐率。当前无线传感器网络已经提出许多数据采集的路由协议,比如MintRoute(最小路径路由协议)和CTP(采集树协议)。但是路由协议往往只提供一个父节点作为节点的转发节点,这导致了较低的带宽利用率,原因有二:一是单转发节点导致了较严重的睡眠延时,发送节点必须等到该转发节点的睡眠周期结束才能给该节点发送数据,即便有潜在的其它转发节点可以提早转发数据也不能提早发送;二是单转发节点路由协议往往根据节点存贮的本地链路信息来选择父节点,这导致了整个网络的负载不均匀问题,从而降低整个网络的吞吐率。

发明内容

技术问题:本发明将针对流量较大的无线传感网络应用场景,本发明通过提出了一种单收发器的通信协议栈的设计与实现。提出一种高吞吐率的无线传感器网络数据采集方法,在不调整网络睡眠/唤醒周期间隔的前提下减少了数据传输的睡眠延时,同时使得网络负载更加均衡,提升了整个网络的带宽利用率。

技术方案:为解决上述技术问题,本发明提供了一种无线传感器网络数据采集方法,该方法包括如下步骤:

首先对加入网络的节点进行初始化;

初始化完成后节点建立自己的接收唤醒时间调度表;同时初始化完成后节点建立自己的一跳范围内的邻居列表,节点通过邻居列表查询邻居节点的接收唤醒时间和接收信道;

最后初始化完成后使得整个网络中两跳范围内的节点各自具有专属的接收信道,并确定网络的汇聚节点;

节点根据数据接收机制接收数据包;节点根据数据发送机制发送数据包;在没有数据包接收和发送时,节点根据自己的接收唤醒时间调度表进行周期性的睡眠、唤醒;

网络进行数据采集时,根据网络采用的路由协议,网络中所有的数据包都流向汇聚节点。

优选的,所述数据接收机制,包括以下步骤:

步骤11:节点根据初始化建立的接收唤醒时间调度表到达唤醒时间时,查询当前节点状态,如果当前节点处于睡眠状态,则唤醒节点并进入步骤12;若当前节点处于唤醒状态但无数据包需要发送,则直接进入步骤12;如果当前节点处于唤醒状态且有数据包正在发送,则放弃本次接收唤醒机会,等待下次接收唤醒时间调度;

步骤12:节点切换至初始化时确立的专属信道,根据自己的接收唤醒时间调度将自己当前的伪随机预测唤醒参数更新到信标帧中,同时根据碰撞检测机制更新信标帧中的碰撞退避值大小;信标帧中相关值更新后,接收节点不作任何侦听和检测立刻广播自己的信标帧,进入步骤13;

步骤13:信标帧或者硬件确认帧发送完成后,节点开启碰撞检测机制,根据碰撞检测机制的判定,在信标发送完成后的一段时间内,如果节点接收到数据包,则节点发送硬件确认帧,之后重新进入步骤13;如果节点没有收到数据包并检测到碰撞,则重新进入步骤12;如果节点没有收到数据包并且没有检测到碰撞,则立刻进入睡眠状态等待下次唤醒调度。

优选的,所述数据发送机制,包括以下步骤:

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