[发明专利]基于数据命名为中心的无线传感器网络异步休眠调度方法

说明书

本发明公开了一种基于数据命名为中心的无线传感器网络异步休眠调度方法,本发明的基本思路是：无线传感器网络中命名数据网络框架的实现，网络环境的部署，interest请求包进行下发请求，Data信息包进行回传，节点周期性的进行休眠调度并执行重传机制。该网络结构可以统一多种不同速率的传感器网络，并且能够提供对应的异步休眠调度策略，以达到能够大规模、野外部署，和减少电池能量消耗的目的。

技术领域

本发明属于无线网络的应用技术领域，具体涉及一种新的以命名数据为中心的网络架构及在该构架下实现的异步休眠调度方法，能够更好的改进现有无线传感网中休眠调度算法的不足，该方法应用于无线传感网去解决其休眠调度问题。

背景技术

近年来，传感器技术、无线通信技术与嵌入式计算技术的不断进步，推动了低功耗、多功能传感器的快速发展，使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。由这种微型传感器组成的无线传感器网络由部署在监测区域内的大量廉价微型传感器节点组成。通过无线通信的方式形成一种多跳自组织的网络系统，能够通过协作实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，从而获取详细而准确的信息，这种传感器网络综合了微电子、计算机和网络通信等多个学科的知识，是当前国际上备受关注的、知识高度集成的一个新兴研究热点。

由于无线传感器网络多应用于进行环境监控，自然灾害的预警等。节点通常部署的目标监测区域环境恶劣，再加上节点电池电量有限、长期工作的硬件自身可能出现故障等情况，如何减少节点空闲侦听、有效利用电池能源、降低能耗以及延长网络生存期等一系列问题越来越受到人们的关注。较有效的也是最常用的解决办法之一是节点根据一定的调度周期，在休眠状态和工作状态之间相互转换，通过合理关闭部分节点的通信模块，降低部分节点的空闲侦听来节省能量。近几年，国内外的研究人员对休眠调度技术进行了不同的探索，取得了一定的成果，但仍有欠缺，特别是在对于降低能耗方面需要新的技术或者网络框架来进行有效的支持。

命名数据网络这种新型网络架构的提出，对于无线传感器网络降低能耗方面提供了新的技术和解决思路。近年来，以美国为代表的研究下一代互联网架构的项目组越来越多的出现，其中以命名数据网络发展最为快速，而且其以数据为中心的特点受到了广泛的共识。命名数据网络以interest请求包和data数据包为其基本的通信方式，使用转发信息表(Forwarding Information Base，FIB)，等待请求表(Pending Interest Table，PIT)和内容仓库(Content Store，CS)为其框架的三大组件，构成了一种新颖的网络架构。而且其基于数据请求者(Consumer-Driver)的请求方式颠覆了传统无线传感器网络中的基于数据产生者(Product-Driver)的发送方式。这种传输方式在异构传感器网络中具有相当重要的作用。

目前，根据无线传感器网络中传感器监测、采集以及数据传输方式的不同，可以分为两种传感器网络。一种周期性监测和采集数据的传感器网络，主要针对于长期环境的监测，例如：空气温湿度传感器网络。另一种为爆发式数据采集的传感器网络，主要针对于突发性时间的监测，例如：震动传感器网络、火山监测传感器网络。针对不同的传感器网络，所需的数据传输的速率不同，如何有效的自适应的解决传输速率变化的问题也是目前无线传感器网络的研究方向之一。

在无线传感器网络中，执行休眠调度策略是降低电池能耗的主要办法之一。目前，休眠调度策略分为两种：第一种为同步休眠调度，即假设网络中的所有节点有相同的时钟，使得其可以时钟同步，然后采用休眠调度策略。这种休眠调度策略，假设性质太强，不能达到大规模或者野外部署的要求。第二种为异步休眠调度，即网络中的所有节点都会出现时钟漂移的现象，使得时钟无法同步，解决方案为利用算法来保证某一时间点相邻节点间达到时钟协调，以达到数据传输的目的。对于第二种策略虽然能够达到真实环境的部署但是其不断的进行探测包的发送，会消耗大量的电池电量来进行无意义的伪同步的算法操作，效果也不能达到最优。

发明内容