[发明专利]无线传感器网络MAC层监听休眠方法

说明书

技术领域

本发明涉及在无线传感器网络中的能量高效MAC层监听休眠方法，尤其是一种前导码成帧的监听休眠方法。

背景技术

在无线传感器网络中，考虑到整个网络的成本，工作环境等因素，节点的能量往往通过电池方式供给。一方面电池的能量非常有限，同时在很多应用环境中，例如野外环境检测等，电池的能量很难得到补充。因此，如何合理高效地使用电池能量是无线传感器网络应用中非常重要的问题，它牵涉到整个网络的生存期和有效工作时间。在无线传感器网络中，数据通信消耗的能量占所有能量消耗的绝大部分，而MAC层是无线传感器网络节点中直接进行数据通信处理的部分。因此，如何提高MAC层的能量利用效率是无线传感器网络实际应用中的关键问题。

目前已有的高效利用能量的无线传感器网络MAC层方法主要是通过监听休眠的方式。监听休眠的含义是，当节点没有数据需要发送时，节点立即监听信道，如果监听到前导码，则可能有数据需要接收，这时节点转入接收状态；如果没有监听到前导码，表明一段时间内不会有数据需要接收，则节点转入休眠状态，从而节省能量。

这种MAC层监听休眠机制能够让节点在没有数据收发任务时及时转入休眠状态从而节省能量，但是对能量的利用仍然不够高效。主要原因是：当节点进入唤醒状态并监听到前导码时，该节点就会进入接收状态准备接收该数据分组。但是这个数据分组很有可能不是发送给该节点的。这种情况下，只有该数据分组的目的节点才应该转入接收状态，而临近的其他节点应该转入休眠状态以进一步节省能量。由于在无线传感器网络中，节点的通信都是广播方式，即一个节点发送数据分组，其邻居节点都能够接收到该分组。因此如果采用原来的MAC层监听休眠机制，一个节点发送的数据分组的前导码将唤醒周围所有的邻居节点，而其中只有一个节点是真正需要接收这个分组的，其他节点唤醒后的能量开销都是浪费。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种更节约能量的无线传感器网络MAC层监听休眠方法，通过将没有数据发送和接收任务的节点转入休眠状态以减少节点的能量开销，延长无线传感器网络的工作时间。该方法的关键在于在前导码中引入了前导码帧作为识别标记，每个帧包含了该数据分组的目的节点标识符或者节点地址。这样，接收节点在收到一个前导码帧后就可以判断出该分组是否发送给自己，如果不是就及时转入休眠状态以节省能量，从而使节点仅接收很少一部分前导码就可以判断是否需要转入接收状态或继续休眠。

为实现上述目的，无线传感器网络MAC层监听休眠方法包括以下内容：

1.节点休眠的判断

如果节点没有数据需要发送并且没有接收到前导码，则进入体眠状态；如果监听到前导码，则进一步对接受到的前导码信息进行解析。前导码中包含有若干前导码帧，前导码帧中包含有数据分组的目的节点表示符号或节点地址。当节点判断出接收到的信息中的目的节点是自己时，则转入接收状态，准备接收数据分组中剩余的信息；如果发现目的节点不是自己，则节点转入休眠状态。

2.前导码编码

对前导码进行编码，使前导码包括若干个前导码帧，这是本发明的关键。一个前导码帧至少包括同步字节(SYSC)、目的节点标识符或者节点地址(Node ID)、若干位前导码标志字节(16进制值位0xaa)。一个可能的前导码帧的格式如下：