[发明专利]无线传感器网络的一种低时延高能效TDMA协议的实现方法

摘要

无线传感器网络的一种低时延高能效TDMA协议的实现方法，该协议将节点预约数据时隙的过程分为可搭载预约和不可搭载预约两种方式，减少竞争周期的空闲时间及数据传输的等待时间，折中时延与能效的关系。

主权项

1.无线传感器网络的一种低时延高能效TDMA协议的实现方法，协议按轮进行实现，每一轮都包含建立阶段和稳定状态阶段；其特征在于：A、建立阶段从所有节点中选择簇头节点，以及该簇头节点对应的传感器节点，完成簇的建立；簇头节点的选择方式为：每个传感器节点随机选择0‑1之间的一个值，如果选定的值小于阈值T(n)，那么这个节点成为簇头节点，T(n)的计算方法如下：该公式中，p_CH为簇头节点所占比例，r为当前所经过的轮数，G为1/p_CH轮后未成为簇头节点的集合，节点使用T(n)，在1/p_CH轮中被选为簇头，在1/p_CH‑1轮后，所有节点T(n)值为l，则没有簇头节点，其中，1/p_CH取向上的整数；假设网络包含多个固定的簇，每个簇中只有一个簇头节点处于簇的中间位置，源节点直接和簇头节点进行数据通信，在建立阶段，簇头节点发送广播告知同簇内其它的传感器节点当前轮的开始、帧的起止时间及每轮中帧的数目；B、稳定状态阶段稳定状态阶段包括竞争周期和数据传输周期，在稳定状态阶段，同簇内的其它传感器节点将采集的数据传送到簇头节点，簇头节点对采集的数据进行数据融合后，发送到基站或控制中心来进行数据的处理；竞争周期内，每个节点在竞争周期中分配一个固定的时隙，当有特定的驱动事件发生于节点K时记为E1，节点在紧邻一帧记为帧F，节点在紧邻一帧的竞争周期发送1bit控制信息来预约数据时隙，事件再次发生于节点K时记为E2，根据E2发生的位置，为E1的数据包分配1bit报头来进行搭载预约，在竞争周期结束后，簇头节点建立并向源节点广播一个传输调度，源节点在所分配的数据时隙转发数据包到簇头节点；由于E2是会随机产生的，源节点需要根据E2发生的位置动态的选择是否可搭载预约，分为以下两种情况：(1)E2在帧F开始之前发生，可搭载预约：数据包连续传输，不需要额外等待一帧，E1直接在帧F的竞争周期预约，而E2通过对E1的数据包分配1bit报头进行搭载预约，不需要发送控制信息时，节点的收发器关闭，处于睡眠状态；(2)E2在帧F开始之后发生，不可搭载预约：该情况下数据包不能通过搭载预约，在帧F结束之前发生的数据包连续传输，节点只能在竞争周期通过发送控制信息的方式来预约；在数据传输周期内，数据传输周期包含一个或多个数据时隙，每个时隙的大小及持续时间固定，在数据传输周期内，源节点在分配的时隙打开收发器，转发数据到簇头节点，每帧最多只能发送一次，如果没有节点需要发送数据，则进入空闲周期，直到下一帧开始或节点被特定的驱动事件唤醒；C、数据处理阶段在接收完当前轮中所有节点所发送的数据后，簇头节点先在本地进行融合处理，融合后的数据采用LEACH协议的方式，以扩频码和CSMA的方式从簇头节点发送到基站，簇头节点在发送融合的数据之前，先进行信道感知，确定信道是否正在被占用，如果信道被占用，则簇头节点进入等待阶段，直到信道空闲，簇头节点发送数据到基站，在经过一段预定的时间之后，整个系统进入下一轮；D、在下一轮中，重复步骤A、步骤B、步骤C。