[发明专利]传感器网络中基于节点缓冲区占用率的退避方法

说明书

本发明涉及一种传感器网络中基于节点缓冲区占用率的退避方法，包括以下步骤：1)利用协调器在一个时隙内接收到的数据包个数，及一个超帧时隙内信道最多能传输数据包的个数，计算超帧时隙利用率；2)利用阈值对超帧时隙利用率进行分析，并动态调整占空比，降低传感器节点的能耗；3)利用MAC层缓冲区现存的数据包个数，得到节点缓存占用率，当其超过一定范围时，认为该节点负荷较重，应为其竞争信道提供便利；相反，若缓存中数据包不多时，可以让其保持现状或者增大该节点退避次数。该方法既能有效的解决传统算法对能耗的忽略，又能通过基于缓冲区占用率的自适应退避算法，使得每个传感器节点都能尽可能多的竞争到信道，传输数据包。

技术领域

本发明属于传感器网络技术领域，涉及一种传感器网络中基于节点缓冲区占用率的退避方法。

背景技术

传感器网络被部署在一些真实的应用场景中，例如，环境监测，安全监控，工业自动化和控制等。这些应用的实现一部分得益于：(1)IEEE802.15.4协议，它定义了协议栈的物理层和介质访问控制层(2)ZigBee协议，它包含了网络层和应用层。由于传感器节点是电池供电，并且被期望独立地工作几个月或几年，那么如何减少能耗成了传感器网络中一个主要的问题。另外一个关键的问题是传感器网络的可靠性如何保障。因为有一些应用程序对可靠性依赖很高。许多例子通过减少能量消耗和保证可靠性来提高网络寿命，并且满足应用程序的需求。

为了解决传感器节点能耗的问题，目前很多人提出了改变占空比来减少能耗。例如，HongeokYoo等提出了基于剩余能量数目的动态占空比算法；Rasouli,H等提出了一种新的基于最大利用网络流量自动调节占空比的算法；Oliveira,C.H.S等提出了一种根据网络负载变化的超帧改变算法。为了解决传感器可靠性问题，提高数据包交付率，降低传输时延，基于CSMA/CA的参数改变算法被提出了。例如，周林，陈杨杨提出了一种基于网络的流量动态地调整CSMA/CA的退避算法；Mario Di Francesco等提出了一种复杂度低的分布式算法-ADAPT(Adaptive Acess parameters Tuning)。

上述算法虽然解决了能耗问题或者可靠性问题，但是只是单方面解决了一个问题，没有同时解决以上问题；而且都是基于全网络的流量或者吞吐量对协议进行修改，没有考虑到节点自身的流量状况。所以在既能保障减少能耗的前提下，还能提高单个节点自身可靠性的方面存在一些不足。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种传感器网络中基于节点缓冲区占用率的退避方法，该方法首先通过计算超帧时隙的利用率，将利用率与阈值结合起来动态改变节点占空比，达到减少能耗的目的；其次，计算传感器节点MAC层缓冲区占用率，每个节点根据自身情况自适应地调整退避算法，达到提高协议可靠性，进而提高传感器网络的可靠性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种传感器网络中基于节点缓冲区占用率的退避方法，包括以下步骤：

步骤一：利用协调器在一个时隙内接收到的数据包个数，及一个超帧时隙内信道最多能传输数据包的个数，计算得到超帧时隙利用率；

步骤二：利用阈值对超帧时隙利用率进行分析，并动态调整占空比，降低传感器节点的能耗；

步骤三：利用MAC层缓冲区现存的数据包得到节点缓存占用率，缓存占用率体现的是节点缓存中待发送的数据包，当其超过一预设阈值时，认为该节点负荷较重，应为其竞争信道提供便利；相反，若缓存中数据包不多时，可以让其保持现状或者增大该节点退避次数。

进一步，在步骤一中，利用协调器节点在一个超帧时隙内接收到的数据包，及一个超帧时隙最多能传输的数据包，计算超帧时隙利用率，其具体的计算方法如下：