[发明专利]基于能量优先度迭代的无线传感器网络显终端回避跨层优化方法

说明书

本发明是一种基于能量优先度迭代的无线传感器网络显终端回避跨层优化方法，其特点是：包括基于能量优先度迭代的时隙竞争机制、基于显终端节点集合的数据发送机制和基于节点发射功率的跨层信息交互模式。具有科学合理，适用性强，效率高，信道利用率高，能够适用于复杂环境，延长网络生命周期等优点。

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，涉及一种基于能量优先度迭代的无线传感器网络显终端回避跨层优化方法。

背景技术

能耗优化技术是无线传感器网络的核心技术之一，对传感器网络的性能有较大影响，为了使无线传感器网络节能高效，许多跨层优化方法被提出。跨层优化方法通过网络协议栈模型中不同层之间的信息交互，在满足各层性能要求的基础上，对网络整体进行优化，从而达到全局性能最优的目的。由于跨层优化方法不再是单一的考虑某个层的性能，而是考虑在多个层之间进行统筹优化，因而研究跨层优化方法是延长节点生命周期的有效途径。

目前跨层优化方法重点在于数据链路层的介质访问控制(Media AccessControl，MAC) 与网络层功率路由之间的统筹优化。MAC协议主要负责时隙的划分以及发生冲突时的退避等工作，其主要有两种工作方式：基于预留方式—时分多址(Time DivisionMultiple Access, TDMA)技术和基于竞争方式—载波侦听多路访问(Carrier SenseMultiple Access,CSMA)技术。功率路由协议主要负责数据传输路径的规划以及发射功率的控制，其功率控制技术主要分为：统一的功率控制技术以及非均匀的功率控制技术。现阶段的跨层优化方法根据网络层路由结构以及功率的划分，对网络中节点的信道进行规划，并通过节点在发送数据时发生的碰撞情况，重新评价信道质量，最终将MAC对信道质量的要求反馈回网络层，进而优化路由结构和发射功率。虽然跨层优化方法能够有效地优化网络的整体性能，但是它依然存在以下问题：

(1)由于功率路由协议对网络中的节点进行分簇，并对簇内节点的功率进行调整，处于不同簇内的成员节点之间无信息交互，因而网络存在严重的显终端问题，甚至在网络组网的初期，由于显终端问题导致数据重发，部分节点甚至因此浪费大量能量，造成局部区域内的节点过早死亡；

(2)网络中的节点成簇以后，若簇内使用TDMA机制，由各自的簇头对簇内成员节点时隙进行划分，节点存储时隙表占用了有限的存储空间，过长的准备时间浪费了大量的能量，在网络后期，簇内节点较少的情况下，TDMA机制效率较差；若簇内使用CSMA机制，由节点自行竞争时隙，在网络初期簇内节点较多的情况下，发生空闲侦听和数据包碰撞的现象严重；

(3)网络层和数据链路层信息交互的实时性关系到网络调整的结果，由于路由的簇结构是逐轮调整的，而传统的跨层优化方法使用信道质量作为跨层信息交互参数，节点评价信道质量需在信息发送结束以后，因此实时性较差，跨层优化的效果受到限制。

发明内容

本发明的目的是，针对由于节点功率不对称导致的显终端问题、簇内节点时隙分配机制效率较低的问题、跨层信息交互实时性较差的问题，提出一种科学合理，适用性强，效率高，信道利用率高，能够适用于复杂环境，延长网络生命周期的基于能量优先度迭代的无线传感器网络显终端回避跨层优化方法。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种基于能量优先度迭代的无线传感器网络显终端回避跨层协议优化方法，其特征是，它包括的内容有：基于能量优先度迭代的时隙竞争机制、基于显终端节点集合的数据发送机制和基于节点发射功率的跨层信息交互模式。

进一步，所述基于能量优先度迭代的时隙竞争机制是指节点根据自身剩余能量、发送功率、准备发送的数据量，计算自身优先度，并将计算结果小范围广播，同时将计算结果与收到的其他节点的优先度进行比较，按照优先度的顺序依次接入信道，优先度公式为：