[发明专利]一种低功耗无线传感器网络的数据收发方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低功耗无线传感器网络的数据收发方法。

背景技术

无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网络中的节点能量通常都十分有限，使用电池供给且不易更换，在多数的应用环境中，需要节点能够长时间有效工作，而节点的能耗主要集中在无线数据的收发上，因而mac层协议需要尽可能的提高能量利用效率，延长节点的生存时间。

在无线传感器网络中，基于检测的低功耗侦听协议(LPL)是应用广泛的基于信道检测的mac层协议，LPL采用的方法是周期性的检测射频活动，当没有数据收发时快速的进入休眠状态以节省能量，然而发送方每次发送数据都需要发送超长的前导码以保证接收端的正确接收，而且接收方在前导码发送时也要保持射频开启直至接收完整个数据，消耗了更多的能量。

为了精确化管理节点的能量，节点间的交互过程也需要考虑，实际应用中的带电设备和非带电设备间的交互存在区别。同样的，环境中的干扰因素也不可忽视。

发明内容

为了解决现有mac层机制能耗表现无法满足应用中的需要的问题，以及现有mac机制没有对通信过程进行能耗的优化、没有对环境干扰采取措施进行处理的问题，本发明提供一种低功耗无线传感器网络的数据收发方法。本发明用到的相关术语定义及缩略词如下：

MAC：Medium Access Control，媒体访问控制。

LPL：Low power listening，低功耗侦听协议。

SMAC：Sensor Medium Access Control，传感器媒体访问控制。

RTS：Request To Send，请求发送。

CTS：Clear to send，允许发送。

CCA：Clear Channel Assessment，空闲信道检测。

ACK：Acknowledgement，应答。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下所述：

一种低功耗无线传感器网络的数据收发方法，其特征在于，该方法通过节省能量的mac层工作机制来实现，所述节省能量的mac层工作机制包含周期性的监听休眠方式、节点交互过程、接收数据的判断以及环境抗干扰的方式，其中：

(1)周期性的监听休眠方式

传感器节点处于周期性的休眠监听中，在每个周期内节点醒来两次监听信道，并使用能量检测的方式识别是否有数据发送，通过两个连续的CCA确保接收方检测到数据，发送端每隔一定间隔重发数据包，使用不断重发的数据包唤醒接收端节点，监听信道和空闲信道评估的方式采用能量检测，使用RSSI信道场强值来检测信道能量，接收方的两个CCA的时间参数和发送方的发送间隔满足严格的时间关系；

(2)节点交互过程

节点交互过程包括节点与节点之间的交互和节点与带电设备间的交互，

所述节点与节点之间的交互过程中，发送方不断重发数据，设定的发送超时时长略大于休眠监听周期，在发送间隔中检测ACK回复，如果收到接收方的ACK回复则停止发送，如果没有，则在超时后停止发送数据，接收方如果接收到数据，则立即回复ACK，进入接收数据的处理；

所述节点与带电设备间的交互过程中，带电设备的射频始终开启，不会进入休眠状态，当带电设备发送数据给节点时，节点不会回复ACK，带电设备也不会检测ACK回复，始终都会发送略大于休眠周期时长的数据，节点收到数据后为了避免数据的冲突，休眠一个周期后再进行数据的传输操作；当节点发送数据给带电设备时，节点在发送间隔检测ACK，如果检测到ACK，则停止发送进入休眠，如果没有检测到ACK，则在发送完数据包后进入休眠，带电设备接收到节点的数据包后，立即回复ACK，并进入接收数据的处理；

(3)接收数据的判断

mac层接收到数据后，通过位于数据帧包头中的标志位来判断数据有效性，如果不是其所需要的数据则丢弃数据并进入休眠以节省能量，判断过程包括传输方向的判断、中继控制的判断以及节点地址的判断，

在传输方向的判断中，由收集信息、获取节点传感器信息的主节点向感知环境、采集信息并上传的子节点方向为下行，反之为上行，子节点收到数据后，通过标志位来判断数据的传输方向，若为下行数据，则继续后续的判断，若为上行数据，则丢弃，进入休眠；