一種移動節點自適應媒體訪問控制方法

2023-05-18 01:20:46

一種移動節點自適應媒體訪問控制方法
【專利摘要】一種移動節點自適應媒體訪問控制方法，屬於無線網絡【技術領域】。所述節點周期性地進行睡眠、偵聽和同步，節點在偵聽期間進行數據通信，在睡眠期間進入睡眠狀態以降低功耗，且通過採用同步機制，使節點之間形成一致的偵聽睡眠調度，其特徵在於，節點在同步期間，進行自適應調整，具體包括如下步驟：根據RSSI值的變化評估節點的移動速度；根據上述步驟得出的節點的移動速度調整同步的頻率；在發送端對節點傳輸延時及能耗進行估算；接收端節點進行佔空比自適應調整。優點：網絡在節點靜止和移動場景中均有較高的效率，提高了節點加入新簇的速度；在保證合理能耗的同時，進一步降低傳輸延時；引入的控制成本很小，易於實現。
【專利說明】一種移動節點自適應媒體訪問控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於無線網絡【技術領域】，具體涉及一種移動節點自適應媒體訪問控制方法。
【背景技術】
[0002]無線傳感器網絡(英文全稱為:Wireless Sensor Network,英文簡稱:WSN)是由大量的靜止或移動的傳感器節點以自組織和多跳的方式構成的無線網絡。通常，無線傳感節點採用電池供電，可攜帶的電池能量十分有限，且可能被部署在嚴酷的環境中，因此難以通過更換電池或充電來補充能量；另一方面，如果多節點同時訪問無線頻譜資源，並相互產生衝突幹擾，由此導致傳輸失敗而引發的重傳，也會加快節點能耗。在無線傳感器網絡中，MAC(英文全稱為:Medium Access Control,中文名稱為:媒體訪問控制)協議決定無線信道的使用方式，其主要目標之一是在傳感器節點之間分配有限的無線通信資源，其作為控制網絡節點共享介質的主要手段，直接影響著系統的能效性。
[0003]在目前的無線傳感器網絡中，MAC協議一般採用周期性偵聽和睡眠機制來減少空閒監聽所帶來的能量損耗，由此提高節點能效性。一個運行周期長度被固定為偵聽和睡眠兩部分，其偵聽時間和整個周期長度的比為佔空比，也為固定值。節點在偵聽期間進行數據通信，在睡眠期間進入睡眠狀態以降低功耗。為了保證節點之間的準確通信，協議設計採用同步機制，同步包位於數據內容之前，使得節點之間形成一致的偵聽睡眠調度，通過周期性接收和轉發同步包，使得節點之間形成一致的偵聽睡眠調度。為了避免兩個節點從未發現對方(例如，同步包的損壞、碰撞或通信介質始終忙碌，使同步數據包無法被及時送出等原因)或傳感器網結構發生變化，每個節點都執行鄰居發現過程。鄰居發現過程是一個周期性地進行重新同步的過程(例如每2分鐘進行10秒鐘的重同步)，重同步的頻率和時長為固定值。但這類協議不要求網絡中所有節點進行同步，僅需要同一簇或虛擬簇中節點同步，而簇邊界的節點需遵循多個不同簇或虛擬簇的時間表。然而，在無線傳感器網絡的實際應用過程中，上述MAC協議的性能發揮受到很大限制，其原因主要為:1.近年來，無線傳感器網絡在人體定位、康復和保健等方面的應用越來越多，由於人體天然的移動性，部署的傳感器隨人體不斷運動，將使網絡拓撲結構頻繁發生變化，若一個移動節點需要與另一簇中的節點重新建立連接，則必須等待新的同步周期，在這一過程中，移動節點與網絡的其它部分斷開，引入延時，因而會使網絡的傳輸性能變差。2.無線傳感器網絡中的數據流量經常發生變化，且在很多情況下沒有規律或規律不可循，因而，若採用固定周期和佔空比，當傳輸速率較高時，容易引起緩衝區溢出丟包；而在數據傳輸量較小時，不必要的喚醒過程將耗費能量，使得協議性能下降。
[0004]鑑於上述已有技術，有必要加以改進，為此，本 申請人:作了有益的設計，下面將要介紹的技術方案便是在這種背景下產生的。

【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種移動節點自適應的媒體訪問控制方法，使節點能夠在移動的情況下獲得較好的性能，並能依據傳輸負荷情況動態調整佔空比，降低高速數據傳輸過程中的延時。
[0006]本發明的目的是這樣來達到的，一種移動節點自適應的媒體訪問控制方法，所述節點周期性地進行睡眠、偵聽和同步，節點在偵聽期間進行數據通信，在睡眠期間進入睡眠狀態以降低功耗，且通過採用同步機制，使節點之間形成一致的偵聽睡眠調度，其特徵在於，節點在同步期間，進行自適應調整，具體包括如下步驟:
[0007]步驟1:根據RSSI (接收信號強度)值的變化評估節點的移動速度；
[0008]步驟2:根據由步驟I得出的節點的移動速度調整同步的頻率；
[0009]步驟3:在發送端對節點傳輸延時及能耗進行估算；
[0010]步驟4:接收端節點進行佔空比自適應調整。
[0011]在本發明的一個具體的實施例中，所述的根據RSSI值的變化來評估節點的移動速度是指RSSI值變化越快，節點移動越快；若存在多個RSSI值，則取最大的RSSI變化值，由此估計節點是否移動及移動的速率。
[0012]在本發明的另一個具體的實施例中，所述的根據節點的移動速度調整同步的頻率，是指先判斷是否存在初始RSSI值，若不存在，則記錄下當前RSSI值；若存在，則與初始RSSI值作差，將RSSI變化值與預先設定好的RSSI閾值進行比較，估計出節點運動的快慢，並生成一個Mobility (移動)欄位用以表徵移動的快慢，附在SYNC數據包後進行發送:在節點自身發生移動的情況下，節點向周圍節點發送Mobi I ity信息,周圍節點依據此信息提高同步頻率，降低本節點加入新簇的速度；在周圍節點發生移動的情況下，節點同樣向周圍節點發送Mobility信息,周圍節點加快同步頻率。
[0013]在本發明的又一個具體的實施例中，所述的在發送端對節點傳輸延時及能耗進行估算是指用數據包進入發送隊列到被成功送出所需的時間來近似地表徵單跳延時，同時，讀取節點能耗相關信息，以此更新本周期內平均延時、能耗以及接收到的數據包量，節點將這一數據隨數據包頭髮送出去。
[0014]在本發明的再一個具體的實施例中，所述的接收端節點進行佔空比自適應調整是指依據節點傳輸延時及能耗估計的結果，在傳輸負荷較高時，使佔空比成倍增加，在低負荷時，使佔空比減半。
[0015]本發明由於採用了上述結構，與現有技術相比，具有的有益效果是:通過增加節點移動估計及自適應調整使得網絡在節點靜止和移動場景中均有較高的效率，其根據接收信號強度的變化來評估節點的運動速度，相應調整同步頻率，用以提高節點加入新簇的速度；另一方面，合理估算延時和能耗情況，動態調整佔空比，在保證合理能耗的同時，進一步降低傳輸延時；引入的控制成本很小，易於實現。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是MAC協議中的偵聽、睡眠和重同步的關係示意圖。
[0017]圖2是在原有SYNC數據包後加入移動信息的示意圖。
[0018]圖3是節點在接收Mobility信息後自適應調整同步頻率的示意圖。
[0019]圖4是相鄰節點使用佔空比倍增後的時間表進行通信的示意圖【具體實施方式】
[0020]為了使公眾能充分了解本發明的技術實質和有益效果， 申請人:將在下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】詳細描述，但 申請人:對實施例的描述不是對技術方案的限制，任何依據本發明構思作形式而非實質的變化都應當視為本發明的保護範圍。
[0021]請參閱圖1，一種移動節點自適應的媒體訪問控制方法，所述的節點周期性地進行睡眠、偵聽和同步。節點在偵聽期間進行數據通信；在睡眠期間進入睡眠狀態以降低功耗，且通過採用同步機制，使節點之間形成一致的偵聽睡眠調度；節點在同步期間，進行自適應調整，具體包括如下步驟:
[0022]步驟1:根據RSSI值的變化評估節點的移動速度；
[0023]步驟2:根據由步驟I得出的節點的移動速度調整同步的頻率；
[0024]步驟3:在發送端對節點傳輸延時及能耗進行估算；
[0025]步驟4:接收端節點進行佔空比自適應調整。
[0026]其中，步驟I中所述的根據RSSI值的變化來評估節點的移動速度是指RSSI值變化越快，節點移動越快；若存在多個RSSI值，則取最大的RSSI變化值，由此估計節點是否移動及移動的速率。
[0027]請參閱圖2並結合圖3，對步驟2所述的根據節點的移動速度來調整同步的頻率的過程進行說明。節點首先根據RSSI值的變化情況，生成Mobility欄位。在發送SYNC數據包時，是在原有SYNC數據包(Original SYNC)後加入與節點移動相關的Mobility信息(SP接收到RSSI值的變化信息)，以便相鄰節點進行相關調整。具體步驟為:先判斷是否存在初始RSSI值，若不存在，則記錄下當前RSSI值；若存在，則與初始RSSI值作差；將兩次RSSI值的差值與RSSI閾值進行比較，估計出節點運動的快慢，依據此結果生成Mobi I ity欄位，用以表徵移動的快慢；節點收到RSSI值時重複步驟I ;節點將該Mobility信息隨SYNC數據包發送，接收節點據此信息進行相關調整:在節點自身發生移動的情況下，節點向周圍節點發送Mobility信息,周圍節點依據此信息提高同步頻率，降低本節點加入新簇的速度；在周圍節點發生移動的情況下，節點同樣向周圍節點發送MobiIity信息,周圍節點加快同步頻率。當所有節點均靜止時，接收SYNC數據包時的RSSI值變化不大，重同步時長不變，此時與固定重同步時長的性能差異不大；當節點處於移動狀態時，若開始建立同步的時間在(0，Tg)上均勻分布，則節點加入新簇的平均延遲為:
【權利要求】
1.一種移動節點自適應的媒體訪問控制方法，所述節點周期性地進行睡眠、偵聽和同步，節點在偵聽期間進行數據通信，在睡眠期間進入睡眠狀態以降低功耗，且通過採用同步機制，使節點之間形成一致的偵聽睡眠調度，其特徵在於，節點在同步期間，進行自適應調整，具體包括如下步驟:步驟1，根據RSSI值的變化評估節點的移動速度；步驟2，根據由步驟I得出的節點的移動速度調整同步的頻率；步驟3，在發送端對節點傳輸延時及能耗進行估算；步驟4，接收端節點進行佔空比自適應調整。
2.根據權利要求1所述的一種移動節點自適應的媒體訪問控制方法，其特徵在於所述的根據RSSI值的變化來評估節點的移動速度是指RSSI值變化越快，節點移動越快；若存在多個RSSI值，則取最大的RSSI變化值，由此估計節點是否移動及移動的速率。
3.根據權利要求1所述的一種移動節點自適應的媒體訪問控制方法，其特徵在於所述的根據節點的移動速度調整同步的頻率，是指先判斷是否存在初始RSSI值，若不存在，則記錄下當前RSSI值；若存在，則與初始RSSI值作差，將RSSI變化值與預先設定好的RSSI閾值進行比較，估計出節點運動的快慢，並生成一個Mobility欄位用以表徵移動的快慢，附在SYNC數據包後進行發送:在節點自身發生移動的情況下，節點向周圍節點發送Mobility信息，周圍節點依據此信息提高同步頻率，降低本節點加入新簇的速度；在周圍節點發生移動的情況下，節點同樣向周圍節點發送Mobility信息,周圍節點加快同步頻率。
4.根據權利要求1所述的一種移動節點自適應的媒體訪問控制方法，其特徵在於所述的在發送端對節點傳輸延時及能耗進行估算是指用數據包進入發送隊列到被成功送出所需的時間來近似地表徵單跳延時，同時，讀取節點能耗相關信息，以此更新本周期內平均延時、能耗以及接收到的數據包量，節點將這一數據隨數據包頭髮送出去。
5.根據權利要求1所述的一種移動節點自適應的媒體訪問控制方法，其特徵在於所述的接收端節點進行佔空比自適應調整是指依據節點傳輸延時及能耗估計的結果，在傳輸負荷較高時，使佔空比成倍增加，在低負荷時，使佔空比減半。
【文檔編號】H04W84/18GK103813363SQ201410063575
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月26日 優先權日:2014年2月26日
【發明者】王振洪, 馬曉東, 陳小星, 董義, 周亮, 陳建新 申請人:江蘇億通高科技股份有限公司