[发明专利]一种面向异步传感器网络HR-MM广播协议的实现方法

摘要

本发明公开了一种面向异步传感器网络HR‑MM广播协议的实现方法，包括以下步骤：首先，通过维护邻节点的广播状态，平衡广播转发比和端对端延迟，在不增加延迟的基础上有效地降低广播转发比；其次，采用链路质量和节点剩余能量的多标准平衡机制，延长节点的平均寿命；最后，通过延迟转发机制进一步减少广播转发数，减少冗余转发。本发明提出面向无线传感器网络数据广播方法，不仅适用于大规模网络场景，同时也适用于低占空比操作环境。

主权项

1.一种面向异步传感器网络HR‑MM广播协议的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，首先，通过维护邻节点的广播状态，平衡广播转发比和端对端延迟，在不增加延迟的基础上有效地降低广播转发比；步骤一通过网络延迟和转发数的平衡算法来实现，所述网络延迟和转发数的平衡算法具体为：(1.1)唤醒消息处理：一旦接收到唤醒消息，节点将发送唤醒消息的邻节点加入到WakeUpSet，根据唤醒消息中隐含的邻节点活跃时间设置计时器；当计时器触发，节点将邻节点从WakeUpSet去除；同时，邻节点的LastRcvNO和RcvSet被附加在唤醒消息后，如果LastRcvNO和CurrentNO均小于LastRcvNO，意味着邻节点一定已经接收到了当前节点还没有接受到的广播消息，那么这个节点把它自身的CurrentNO设置为邻节点的LastRcvNO，根据新的CurrentNO创建该广播消息的RcvSet和CoverSet，然后将这个邻节点和其他属于此邻节点的RcvSet的节点加入到RcvSet和CoverSet；否则，如果当前节点的CurrentNO等于邻节点的LastRcvNO，那么该节点将把这个邻节点和其他属于此邻节点的RcvSet的节点加入到RcvSet和CoverSet；如果邻节点的LastRcvNO小于节点的LastRcvNO，意味着邻节点还没有接收到新的广播消息，此时节点将邻节点从CoverSet中去掉完成更新操作；(1.2)广播消息处理：一旦从邻节点收到广播消息，节点首先比较广播消息的序列号和自己的CurrentNO；如果其CurrentNO小于序列号，意味着节点接收到新的广播消息，它将CurrentNO和LastRcvNO设为消息的序列号，根据新的CurrentNO创建RcvSet和CoverSet，将这个邻节点和其他属于此邻节点的RcvSet的节点加入到RcvSet和CoverSet，把这个消息覆盖的所有活跃节点加入CoverSet；否则，如果消息序列号等于CurrentNO，节点直接更新当前RcvSet和CoverSet；(1.3)动态转发调度：如果节点的RcvSet有过任何的更新操作，节点将检查其他所有的邻节点是否收到了广播消息，如果其他节点都已经收到了消息，那么广播结束，节点删除RcvSet和CoverSet；否则，节点检查WakeUpSet和CoverSet；如果集合中存在还没被覆盖的活跃邻节点，节点进一步检查自身或者这些活跃邻节点是否将迅速进入睡眠，并检查是否所有未覆盖邻节点都处于活跃状态；如果其中一项成立，那么节点发起消息转发；消息转发后，节点更新CoverSet，添加刚刚被转发的邻节点；步骤二，其次，采用链路质量和节点剩余能量的多标准平衡机制，延长节点的平均寿命；步骤二通过链路质量和节点剩余能量的平衡算法实现，所述链路质量和节点剩余能量的平衡算法包括：(2.1)能量水平：基于能量的剩余能量追踪节点的能量状态，节点的能量采用公式(1)按比例在0‑1的范围内；其中，E_r是剩余能量，E_max是节点可以获得的最大能量；能量值在0到1之间变化，其中1代表能量满，0代表能量空即死亡节点；(2.2)链路质量：在选择候选节点时测量信号的强弱；链路质量通过公式(2)规划到0到1的范围内；其中，S_p是接收数据包的信号强度，S_max是可获得的最大信号强度；通过这种方式，参数链路质量在0到1之间变化，1代表最佳链路质量；(2.3)遵循加性结合原则：采用以下线性公式(3)将ETL值附加到每一个节点；ETL_node＝W_E*E+W_L*L_Q  (3)其中ETL_node代表剩余能量和链路质量的平衡值，W_E和W_L分别代表了剩余能量E和链路质量L_Q的权值，ETL_node被附加在广播包后的footer内，节点选择具有最大ETL值的链路进行转发；改进MAC协议使用能量和链路信息代替单纯的链路信息以此使得网络负载更加均衡，不至于因为广播导致部分链路质量良好的节点死亡；步骤三，最后，通过延迟转发机制进一步减少广播转发数，减少冗余转发。