一种移动节点自适应媒体访问控制方法
【专利摘要】一种移动节点自适应媒体访问控制方法，属于无线网络【技术领域】。所述节点周期性地进行睡眠、侦听和同步，节点在侦听期间进行数据通信，在睡眠期间进入睡眠状态以降低功耗，且通过采用同步机制，使节点之间形成一致的侦听睡眠调度，其特征在于，节点在同步期间，进行自适应调整，具体包括如下步骤：根据RSSI值的变化评估节点的移动速度；根据上述步骤得出的节点的移动速度调整同步的频率；在发送端对节点传输延时及能耗进行估算；接收端节点进行占空比自适应调整。优点：网络在节点静止和移动场景中均有较高的效率，提高了节点加入新簇的速度；在保证合理能耗的同时，进一步降低传输延时；引入的控制成本很小，易于实现。
【专利说明】一种移动节点自适应媒体访问控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线网络【技术领域】，具体涉及一种移动节点自适应媒体访问控制方法。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络(英文全称为:Wireless Sensor Network,英文简称:WSN)是由大量的静止或移动的传感器节点以自组织和多跳的方式构成的无线网络。通常，无线传感节点采用电池供电，可携带的电池能量十分有限，且可能被部署在严酷的环境中，因此难以通过更换电池或充电来补充能量；另一方面，如果多节点同时访问无线频谱资源，并相互产生冲突干扰，由此导致传输失败而引发的重传，也会加快节点能耗。在无线传感器网络中，MAC(英文全称为:Medium Access Control,中文名称为:媒体访问控制)协议决定无线信道的使用方式，其主要目标之一是在传感器节点之间分配有限的无线通信资源，其作为控制网络节点共享介质的主要手段，直接影响着系统的能效性。
[0003]在目前的无线传感器网络中，MAC协议一般采用周期性侦听和睡眠机制来减少空闲监听所带来的能量损耗，由此提高节点能效性。一个运行周期长度被固定为侦听和睡眠两部分，其侦听时间和整个周期长度的比为占空比，也为固定值。节点在侦听期间进行数据通信，在睡眠期间进入睡眠状态以降低功耗。为了保证节点之间的准确通信，协议设计采用同步机制，同步包位于数据内容之前，使得节点之间形成一致的侦听睡眠调度，通过周期性接收和转发同步包，使得节点之间形成一致的侦听睡眠调度。为了避免两个节点从未发现对方(例如，同步包的损坏、碰撞或通信介质始终忙碌，使同步数据包无法被及时送出等原因)或传感器网结构发生变化，每个节点都执行邻居发现过程。邻居发现过程是一个周期性地进行重新同步的过程(例如每2分钟进行10秒钟的重同步)，重同步的频率和时长为固定值。但这类协议不要求网络中所有节点进行同步，仅需要同一簇或虚拟簇中节点同步，而簇边界的节点需遵循多个不同簇或虚拟簇的时间表。然而，在无线传感器网络的实际应用过程中，上述MAC协议的性能发挥受到很大限制，其原因主要为:1.近年来，无线传感器网络在人体定位、康复和保健等方面的应用越来越多，由于人体天然的移动性，部署的传感器随人体不断运动，将使网络拓扑结构频繁发生变化，若一个移动节点需要与另一簇中的节点重新建立连接，则必须等待新的同步周期，在这一过程中，移动节点与网络的其它部分断开，引入延时，因而会使网络的传输性能变差。2.无线传感器网络中的数据流量经常发生变化，且在很多情况下没有规律或规律不可循，因而，若采用固定周期和占空比，当传输速率较高时，容易引起缓冲区溢出丢包；而在数据传输量较小时，不必要的唤醒过程将耗费能量，使得协议性能下降。
[0004]鉴于上述已有技术，有必要加以改进，为此，本 申请人:作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种移动节点自适应的媒体访问控制方法，使节点能够在移动的情况下获得较好的性能，并能依据传输负荷情况动态调整占空比，降低高速数据传输过程中的延时。
[0006]本发明的目的是这样来达到的，一种移动节点自适应的媒体访问控制方法，所述节点周期性地进行睡眠、侦听和同步，节点在侦听期间进行数据通信，在睡眠期间进入睡眠状态以降低功耗，且通过采用同步机制，使节点之间形成一致的侦听睡眠调度，其特征在于，节点在同步期间，进行自适应调整，具体包括如下步骤:
[0007]步骤1:根据RSSI (接收信号强度)值的变化评估节点的移动速度；
[0008]步骤2:根据由步骤I得出的节点的移动速度调整同步的频率；
[0009]步骤3:在发送端对节点传输延时及能耗进行估算；
[0010]步骤4:接收端节点进行占空比自适应调整。
[0011]在本发明的一个具体的实施例中，所述的根据RSSI值的变化来评估节点的移动速度是指RSSI值变化越快，节点移动越快；若存在多个RSSI值，则取最大的RSSI变化值，由此估计节点是否移动及移动的速率。
[0012]在本发明的另一个具体的实施例中，所述的根据节点的移动速度调整同步的频率，是指先判断是否存在初始RSSI值，若不存在，则记录下当前RSSI值；若存在，则与初始RSSI值作差，将RSSI变化值与预先设定好的RSSI阈值进行比较，估计出节点运动的快慢，并生成一个Mobility (移动)字段用以表征移动的快慢，附在SYNC数据包后进行发送:在节点自身发生移动的情况下，节点向周围节点发送Mobi I ity信息,周围节点依据此信息提高同步频率，降低本节点加入新簇的速度；在周围节点发生移动的情况下，节点同样向周围节点发送Mobility信息,周围节点加快同步频率。
[0013]在本发明的又一个具体的实施例中，所述的在发送端对节点传输延时及能耗进行估算是指用数据包进入发送队列到被成功送出所需的时间来近似地表征单跳延时，同时，读取节点能耗相关信息，以此更新本周期内平均延时、能耗以及接收到的数据包量，节点将这一数据随数据包头发送出去。
[0014]在本发明的再一个具体的实施例中，所述的接收端节点进行占空比自适应调整是指依据节点传输延时及能耗估计的结果，在传输负荷较高时，使占空比成倍增加，在低负荷时，使占空比减半。
[0015]本发明由于采用了上述结构，与现有技术相比，具有的有益效果是:通过增加节点移动估计及自适应调整使得网络在节点静止和移动场景中均有较高的效率，其根据接收信号强度的变化来评估节点的运动速度，相应调整同步频率，用以提高节点加入新簇的速度；另一方面，合理估算延时和能耗情况，动态调整占空比，在保证合理能耗的同时，进一步降低传输延时；引入的控制成本很小，易于实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是MAC协议中的侦听、睡眠和重同步的关系示意图。
[0017]图2是在原有SYNC数据包后加入移动信息的示意图。
[0018]图3是节点在接收Mobility信息后自适应调整同步频率的示意图。
[0019]图4是相邻节点使用占空比倍增后的时间表进行通信的示意图【具体实施方式】
[0020]为了使公众能充分了解本发明的技术实质和有益效果， 申请人:将在下面结合附图对本发明的【具体实施方式】详细描述，但 申请人:对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本发明构思作形式而非实质的变化都应当视为本发明的保护范围。
[0021]请参阅图1，一种移动节点自适应的媒体访问控制方法，所述的节点周期性地进行睡眠、侦听和同步。节点在侦听期间进行数据通信；在睡眠期间进入睡眠状态以降低功耗，且通过采用同步机制，使节点之间形成一致的侦听睡眠调度；节点在同步期间，进行自适应调整，具体包括如下步骤:
[0022]步骤1:根据RSSI值的变化评估节点的移动速度；
[0023]步骤2:根据由步骤I得出的节点的移动速度调整同步的频率；
[0024]步骤3:在发送端对节点传输延时及能耗进行估算；
[0025]步骤4:接收端节点进行占空比自适应调整。
[0026]其中，步骤I中所述的根据RSSI值的变化来评估节点的移动速度是指RSSI值变化越快，节点移动越快；若存在多个RSSI值，则取最大的RSSI变化值，由此估计节点是否移动及移动的速率。
[0027]请参阅图2并结合图3，对步骤2所述的根据节点的移动速度来调整同步的频率的过程进行说明。节点首先根据RSSI值的变化情况，生成Mobility字段。在发送SYNC数据包时，是在原有SYNC数据包(Original SYNC)后加入与节点移动相关的Mobility信息(SP接收到RSSI值的变化信息)，以便相邻节点进行相关调整。具体步骤为:先判断是否存在初始RSSI值，若不存在，则记录下当前RSSI值；若存在，则与初始RSSI值作差；将两次RSSI值的差值与RSSI阈值进行比较，估计出节点运动的快慢，依据此结果生成Mobi I ity字段，用以表征移动的快慢；节点收到RSSI值时重复步骤I ;节点将该Mobility信息随SYNC数据包发送，接收节点据此信息进行相关调整:在节点自身发生移动的情况下，节点向周围节点发送Mobility信息,周围节点依据此信息提高同步频率，降低本节点加入新簇的速度；在周围节点发生移动的情况下，节点同样向周围节点发送MobiIity信息,周围节点加快同步频率。当所有节点均静止时，接收SYNC数据包时的RSSI值变化不大，重同步时长不变，此时与固定重同步时长的性能差异不大；当节点处于移动状态时，若开始建立同步的时间在(0，Tg)上均匀分布，则节点加入新簇的平均延迟为:
【权利要求】
1.一种移动节点自适应的媒体访问控制方法，所述节点周期性地进行睡眠、侦听和同步，节点在侦听期间进行数据通信，在睡眠期间进入睡眠状态以降低功耗，且通过采用同步机制，使节点之间形成一致的侦听睡眠调度，其特征在于，节点在同步期间，进行自适应调整，具体包括如下步骤:步骤1，根据RSSI值的变化评估节点的移动速度；步骤2，根据由步骤I得出的节点的移动速度调整同步的频率；步骤3，在发送端对节点传输延时及能耗进行估算；步骤4，接收端节点进行占空比自适应调整。
2.根据权利要求1所述的一种移动节点自适应的媒体访问控制方法，其特征在于所述的根据RSSI值的变化来评估节点的移动速度是指RSSI值变化越快，节点移动越快；若存在多个RSSI值，则取最大的RSSI变化值，由此估计节点是否移动及移动的速率。
3.根据权利要求1所述的一种移动节点自适应的媒体访问控制方法，其特征在于所述的根据节点的移动速度调整同步的频率，是指先判断是否存在初始RSSI值，若不存在，则记录下当前RSSI值；若存在，则与初始RSSI值作差，将RSSI变化值与预先设定好的RSSI阈值进行比较，估计出节点运动的快慢，并生成一个Mobility字段用以表征移动的快慢，附在SYNC数据包后进行发送:在节点自身发生移动的情况下，节点向周围节点发送Mobility信息，周围节点依据此信息提高同步频率，降低本节点加入新簇的速度；在周围节点发生移动的情况下，节点同样向周围节点发送Mobility信息,周围节点加快同步频率。
4.根据权利要求1所述的一种移动节点自适应的媒体访问控制方法，其特征在于所述的在发送端对节点传输延时及能耗进行估算是指用数据包进入发送队列到被成功送出所需的时间来近似地表征单跳延时，同时，读取节点能耗相关信息，以此更新本周期内平均延时、能耗以及接收到的数据包量，节点将这一数据随数据包头发送出去。
5.根据权利要求1所述的一种移动节点自适应的媒体访问控制方法，其特征在于所述的接收端节点进行占空比自适应调整是指依据节点传输延时及能耗估计的结果，在传输负荷较高时，使占空比成倍增加，在低负荷时，使占空比减半。
【文档编号】H04W84/18GK103813363SQ201410063575
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】王振洪, 马晓东, 陈小星, 董义, 周亮, 陈建新 申请人:江苏亿通高科技股份有限公司