[发明专利]低负载无线传感器网络MAC层监听休眠方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种低负载无线传感器网络MAC层监听休眠方法。

背景技术：

低负载无线传感器网络技术具有组网快捷、灵活，且不受有线网络约束的优点，它可应用于紧急搜索、灾难救助、环境监测等领域，具有广泛的应用前景。但是，能量消耗问题却一直限制着低负载无线传感器网络技术的发展，怎样节省节点耗能，特别是提高MAC层的能量利用效率，从而延长网络的生存时间，一直是无线传感器网络实际应用中的关键问题。由于无线电不但在传输和接收模式下消耗能量最多，而且在空闲模式下也因为消耗比较多的能量而使运行昂贵。因此，大多数现有的低功耗MAC协议的主要研究方向是如何精确管理无线电射频的开关，使无线电尽可能处于睡眠状态，从而节省能量。

目前，效率比较高的低功耗协议一般都是竞争性协议，其中一个是使用信道采样的协议，以LPL协议为代表；而另外一个则是使用时间调度的协议，以S-MAC协议为代表。

LPL协议的基本思想是：通过增加前导域的长度把接收者的成本转移到发送者。接收者周期性地开启无线电，从而对即将到来的数据进行采样，探测导言是否具备或存在，如果探测到一个导言，它会一直监听直到开始标记到来再接收数据；如果没有探测到导言，无线电就会再次关闭直到下一次采样。LPL协议的不足之处是：1、发送方需要多发送一个比LPL周期还略长的前导域，因此要耗费更多的能源；2、它不能融合串音避免等一些节能技术。由于上述两个缺陷，因此LPL协议只能将能量消耗控制在一个范围内，并不能完成超低功耗的重任。

另一类协议即S-MAC(Schedules MAC)协议的主要思想是通过令节点周期性监听和睡眠来减少监听时间，使射频低占空比运行，从而达到节能的目的。节点醒过来后当信道空闲时采用RTS/CTS/DATA/ACK机制进行通信流程；每个节点向邻居广播自己的调度信息，具有相同调度的邻居节点将形成一个虚拟簇，而几个簇之间的边界节点将记录两个或多个调度，同时每个节点维护一张记录了各个邻居节点的调度信息的调度表，周期性的相互更新它们的调度以预防长时间的时钟漂移。S-MAC协议的不足之处是：1、由于睡眠工作占空比周期受到各个方面的限制，因此它并不能达到超低功耗的要求；2、节点间能量的消耗不平衡。

作为对LPL协议进行的进一步优化和改进，WiseMAC协议和SP协议虽然在发送部分数据包的时候可以使用很短的前导域，大大节省发送方的能量，但是，由于它不但存在时钟漂移问题，而且对广播包无效，因此其适当程度的改良在突发数据环境中的节能性能比较高，而在其他环境中则不然，还是难以达到超低功耗的要求。

另外，LPL、改进型的WiseMAC，和S-MAC等协议都是在802.15.4标准提出之前制定的，当时流行的射频芯片是chipcon公司的CC1000，这些经典的协议还未能在支持802.15.4标准的射频芯片(如CC2420，CC2430等)上实现。CC2420芯片是包级的射频芯片，微控制器不能得到字节级的访问，因而对时间同步有影响，不能像属于字节控制的CC1000射频芯片那样，节点只要发现收到的目的地址不是自己的就可以关闭射频、从而不接收后面的数据包字节，以此有效地完成串音避免。同时，由于CC2420的射频发送速率比CC1000高，因此对协议来说，可处理的时间更少，为了应付突发性数据，协议必须设计的更有效。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是，提供一种超低功耗的低负载无线传感器网络MAC层监听休眠方法。