[发明专利]用于无线传感器网络的服务感知SQ-MAC协议的实现方法

说明书

用于无线传感器网络的服务感知SQ‑MAC协议的实现方法，采用周期工作机制，一个周期包括同步阶段、分配阶段和数据阶段。本发明有益效果：本发明所述的SQ‑MAC协议的实现方法在时隙分配的过程中通过伪调度机制实现无碰撞通信并且为高优先级业务提供更多的时隙用于数据传递；在信道竞争过程中采用自适应退避机制为高优先级业务提供较低的竞争窗口；在数据调度的过程中使用虚拟多队列公平调度机制保障高优先级业务的服务质量要求；从而使高优先级业务数据占用的更多的网络资源。

技术领域

本发明涉及通信技术，具体地说是用于无线传感器网络的服务感知SQ-MAC协议的实现方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络系统。

随着科学技术的发展，WSN的相关技术日益成熟，由传统WSN所获取的简单数据，已经不能满足人们的全面需求，业务类型的多样化成为WSN的一个发展方向，但大多数传统MAC协议都假定使用单一的尽力而为(Best Effort, BE)数据传输模型，多种业务类型公平的竞争网络资源，缺乏对不同业务类型进行区分服务的功能，不利于服务质量要求较高的业务类型传输，所以研究服务感知MAC协议具有相对积极的意义。

根据信道的分配方式，WSN的MAC协议通常可分为竞争类、调度类以及混合类。文献提出一种基于竞争的服务感知MAC协议，具有较好的动态适用性，但节点之间没有任何时间同步机制，容易出现节点早睡和空闲侦听的问题，而且数据队列存在不公平的问题，低优先级队列的数据会容易遭受较大的时延。文献提出一种基于调度的服务质量感知MAC协议，能够保障业务类型的服务质量，但子节点由它们的父节点进行时间同步，同步错误容易出现叠加，且不适用于大型WSN。文献提出混合类MAC协议，I-MAC，只需要轻量级的时间同步，并且使用了一种新的时隙调度算法提高了网络性能，但在动态环境中更新邻居信息和进行时隙分配是个巨大的挑战。

此外研究得知，能耗是WSN的首要考虑因素，所以在MAC协议的设计过程中除过考虑相关应用的要求外，还要考虑节能。S-MAC是第一个针对WSN的节能需求而提出的MAC协议，针对节点无关消耗的一些主要因素（空闲监听、冲突、串音等）采取了虚拟簇、CSMA/CA、周期性侦听/睡眠等机制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供用于无线传感器网络的服务感知SQ-MAC协议的实现方法，通过自适应退避机制、伪调度机制、虚拟多队列公平调度机制使MAC协议在具有区分服务功能的同时，实现了低碰撞、低功耗和自适应的优点。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：用于无线传感器网络的服务感知SQ-MAC协议的实现方法，采用周期工作机制，一个周期包括同步阶段、分配阶段和数据阶段；

在同步阶段，节点利用同步帧的交换形成虚拟簇，在网络初始化完成后，通过节点定期广播自己的同步帧，维持同一虚拟簇的时间同步；

在分配阶段，需要发送数据的节点与对应的目的节点通过交换对应的RTSn/CTSn完成时隙分配，其中使用的时隙数S由用户根据网络的节点密度进行设定，而分配阶段的时间长度与时隙数S成正比；在网络空载的情况下，协议预定了节点在网络无碰撞并且信道环境良好的理想情况下从竞争信道到成功发送RTSn所需的最长时间：T_hall，不需要发送数据的节点如果侦听到信道持续T_hall空闲，转入睡眠。