[发明专利]用于无线传感器网络的高信道利用率H-MAC协议的实现方法

说明书

用于无线传感器网络的高信道利用率H‑MAC协议的实现方法，所述H‑MAC协议将节点持续发送短前导的最长时间Tsl作为一个时间区间，并将其分割成不断循环的前导部分和预约部分。本发明有益效果：本发明所述的H‑MAC协议采用低功耗侦听技术(LPL)与随机退避机制相结合的新的信道竞争机制，提高信道利用率；利用随机唤醒机制决定节点的工作时间表，减少数据碰撞的概率；采用唤醒时刻预测机制预测目的节点的唤醒时刻，减少节点的空闲侦听时间。

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高信道利用率H-MAC协议的实现方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是一个由传感器节点组成的多跳自组织网络系统，目前广泛应用于应用军事、智能交通、环境监控、医疗卫生等多个领域[1]。信道接入协议(Media Access Control, MAC)控制通信模块的工作，对上层协议有着决定性的影响，所以通过改进MAC协议来优化通信模块的工作，是提高WSN网络性能的一条较好的途径。

根据协议对时钟的要求，MAC协议可以分为同步类和异步类。同步类MAC协议要求在WSN内实现一定程度的时间同步，如S-MAC需要实现同一虚拟簇的时间同步，而TDMA需要实现整个WSN的时间同步。同步类MAC协议一般具有较好的网络性能，但时间同步算法一般比较复杂，导致网络的扩展性较差并额外增加了网络的能耗。

异步类MAC协议对时间同步没有任何要求，此类MAC协议通常采用低功耗侦听技术(Low Power Listening, LPL)进行信道占用。LPL也就是前导采样机制，B-MAC首先使用LPL技术实现低功耗通信，并采用空闲信道评估机制(Clear Channel Assessment, CCA)进行信道裁决，源节点在发送数据包前需要先发送一段固定长度的前导，如果目的节点唤醒后侦听到前导，则保持活跃状态，直到接收到数据或信道变得再次空闲为止，B-MAC不需要任何时间同步信息，但存在着前导过长和邻居节点串音等问题。针对B-MAC前导长度固定的问题，X-MAC将B-MAC的长前导修改为一系列固定间隙的短前导，并利用由接收节点主动发送提前ACK进行数据交换的方法进一步减少前导的长度，X-MAC明显减少了前导的长度，经过仿真验证其传输性能优于B-MAC，但X-MAC在网络流量较大时，对网络的信道利用率较低。

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高信道利用率H-MAC协议的实现方法，提高信道利用率，在优化数据递送率和时延的前提下，降低网络能耗。

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高信道利用率H-MAC协议的实现方法，所述H-MAC协议将节点持续发送短前导的最长时间Tsl作为一个时间区间，并将其分割成不断循环的前导部分和预约部分；

所述前导部分包括侦听时隙Tcs、竞争时隙Tco和前导发送时隙Tpr，所述侦听时隙Tcs为用于节点侦听载波，以确认信道是否空闲所需的时间，竞争时隙Tco为节点随机退避竞争信道所需的时间，前导发送时隙Tpr为节点用来发送短前导所需的时间；

所述预约部分包括侦听时隙Tcs和提前ACK发送时隙Tac，所述提前ACK发送时隙Tac为节点用来发送ACK所需的时间。

本发明所述的前导部分为需要发送数据的节点经过竞争发送包含目的节点信息的短前导所需要的时间，预约部分为节点侦听到目的节点为自己的短前导时，回复包含自身节点信息的提前ACK消息所需要的时间。

本发明不需要发送数据的节点不需要执行前导部分，在唤醒后进行信道侦听。

本发明所述的H-MAC协议采用随机退避机制与低功耗侦听技术(LPL)相结合的新的信道竞争机制、随机唤醒机制和唤醒时刻预测机制。