[发明专利]一种无线传感网络中延时约束下的能耗控制方法

权利要求书

1.一种无线传感网络中延时约束下的能耗控制方法，其特征在于，包括： 

当无线传感网络中有数据包要从源节点传输到基站时，源节点产生正常数据包用以传输数据包，产生先驱者数据包用以选择传输路径上的节点； 

根据所选择的传输路径上的节点到基站的距离来确定传输路径上的节点的延时约束； 

根据传输路径上的节点的延时约束计算传输路径上的节点的最佳睡眠时间，将该最佳睡眠时间应用到占空比自适应调节机制中，得到新的占空比进行数据包的传输； 

当所有数据包都传输到基站后，将传输路径上所有节点的工作周期恢复成初始状态。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传输路径上所有节点的工作周期分为两部分：睡眠时间和唤醒时间，节点的占空比为唤醒时间/工作周期。 

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所选择的传输路径上的节点到基站的距离来确定传输路径上各节点的延时约束具体为：令ξ表示网络对节点的延时需要，h表示从源节点到基站的距离，ETX表示代替用“跳”表示的距离，在网络延时约束下分配到每一跳的最大延时时间为： 

其中，ETX_(h，h-1)表示距离基站h跳节点与最优邻居节点之间的ETX，ETX_(h,0)表示源节点到基站的ETX。 

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算传输路径上的节点的最佳睡眠时间具体为：计算距离基站h-1跳节点睡眠时间为： 

其中，D_def是节点在进行占空比自适应调节机制调节之前网络中默认情况下的平均延时，PRR是数据包接收率，t_s是节点默认工作周期下的睡眠时间。 

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述选择传输路径上的节点具体为：先驱者数据包选择比自己更接近基站，并且链路质量最好的邻居作为下一跳，并将这些节点加入到“传输节点集”，同时按照公式（2）对被选节点的占空比进行动态调节。 

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传输路径上的节点的能耗公式为： 

E_con=E_t+E_l+E_idle             （3） 

其中，E_t表示用于发送数据包的能耗，E_t的时间长度与发送帧头的总时间长度成正比，不同协议下E_t的时间长度不同，其E_l表示用于接收数据包的能耗，其时间长度取决于数据包的大小，E_idle表示用于空闲侦听的能耗，其时间长度与网络使用的协议有关。 

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将该最佳睡眠时间应用到占空比自适应调节机制中会引起三方面时间因素的改变：用于发送数据包的时间、用于接收数据包的时间以及用于空闲侦听的时间。 

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述发送数据包的时间包括：数据包发送时间（T_d）和帧头发送时间（T_p），其中，T_d的长度取决于要发送的数据包的大小，为固定值，T_p的长度取决于接收节点工作周期中的睡眠时间，DC-Gear机制下用于将数据流中的每个数据包从源节点发送到目标节点的能耗公式为： 

其中，I_t表示传感器节点在发送数据时天线模块的电流，单位为mA，H表示源节点到基站的距离，单位为跳，V表示传感器的工作电压，单位为V，表示DC-Gear机制下第i个数据包在第j跳传输的发送时间。 

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述接收数据包的时间包括：接收有效数据包的时间（T_d）和用于接收部分帧头的时间占空比自适应调节机制下用于接收每个从上一跳发送过来的数据包的能耗公式为： 

其中，I_l表示传感器节点在接收数据时天线模块的电流，单位为mA，H表示源节点到基站的距离，单位为跳，V表示传感器的工作电压，单位为V，表示在占空比自适应调节机制下接收第i个数据包在第j跳时接收部分帧头的时间。 

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述空闲侦听的时间为：节点唤醒后对信道进行侦听时，如果没有侦听到可用信息，那么这些侦听就叫做空闲侦听，使用占空比自适应调节机制对无线传感网络中传感器节点占空比进行调节后，其空闲等待时间会增加，但网络传输有效数据包的时间会缩短，令N个数据包组成数据流，则使用占空比自适应调节机制对传感器节点的占空比进行动态调节后，在整个数据流传输过程中传输路径上所有节点用于空闲侦听的能耗总量公式为： 

其中，ΔL表示使用占空比自适应调节机制提前完成的时间，表示使用占空比自适应调节机制完成数据流传输所用的总时间，I_l表示节点在接收数据时天线 模块的电流，单位为mA，N表示数据流中数据包的个数，和分别表示时间内从源节点到基站发送第i个数据包和接收第i个数据包能耗的总和。