[发明专利]一种基于梯度划分的媒体访问控制方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术，具体涉及一种媒体访问控制(Medium Access Control，MAC)方法，它适用于支持基于无线传感器网络的目标跟 踪，能较好地协调传感器节点竞争无线信道，并有效地降低目标重建误差， 对网络拓扑结构动态变化有较好的适应性。

背景技术

无线传感器网络是指由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点 组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织的网络系统，其目的是协 作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。 无线传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点(每个传感器网络中 仅有一个汇聚节点)和管理节点。传感器节点监测所得的数据沿着其他传 感器节点传输到达汇聚节点，最后通过互联网或卫星达到管理节点，用户 通过管理节点对无线传感器网络进行配置和管理，并发布监测任务和收集 监测数据。能耗是指传感器节点在采集、处理和发送信息的过程中对自带 电池能量的消耗。

在无线通信技术中，时间被分成离散的间隔，即时槽。数据帧的传输 总是从某一个时槽的起点开始发送，一个时槽可能包含0个、1个或者多个 数据帧，分别对应于空闲的时槽、一次成功的发送，或者一次发送冲突(多 个传感器节点在同一时槽同一网络中发送数据，产生冲突导致都不能成功 发送)。多个连续的时槽组成一个竞争窗口，竞争窗口以[0，CW]表示，CW 表示将一个时间段划分为时槽的个数。

目前无线传感器网络的媒体访问控制方法研究已经很深入，针对不同 的应用，人们提出了一些实用而有效的媒体访问控制方法。但当前的媒体 访问控制方法大多只关注能耗、延迟等性能指标，对目标重建误差考虑很 少。重建误差是指用户根据管理节点收集到的无线传感器网络的监测数据 对被跟踪目标的位置进行计算所得到的位置相对于目标实际位置的误差。 重建误差是无线传感器网络的目标跟踪应用中一项重要的性能指标。重建 误差与重建精度是相对而言，重建误差越小，重建精度越高，目标跟踪效 果越好。

例如Sift MAC(Jamieson K等提出的基于事件驱动的无线传感器网络 媒体访问控制方法，Sift MAC)是一种基于竞争的媒体访问控制方法。Sift MAC同时考虑了无线传感器网络的可扩展性，并很好地解决了对竞争的传 感器节点数目变化的适应性问题，提供了低的延迟并减少了大量的能耗。 Sift MAC非常适合事件驱动的无线传感器网络应用，但是对于目标跟踪应 用仍然存在着不足。Sift MAC虽然使用了非均匀概率分布给每个时槽分配 了概率，但是事件源区域(监测到事件发生的传感器节点分布的区域)内 的所有传感器节点在发送上都是公平的。这种方式会使一些离事件源(产 生事件的目标)很远但是侦测到事件的传感器节点成功上报(传感器节点 上报即是传感器节点将数据发送给汇聚节点)，而这种传感器节点的上报会 增加目标重建误差。所以Sift MAC虽然提供了低延迟、低能耗等诸多优点， 但是仍不能完全满足目标跟踪应用的要求，解决的方法是有选择地合理地 调度事件源区域内的传感器节点进行上报。

考虑到目标跟踪应用的特殊需求，其媒体访问控制方法必须在保证低 延迟、低能耗的同时还要保证一定的目标重建精度。而当前的媒体访问控 制方法尚不能很好地支持目标跟踪应用；另一方面，当前的媒体访问控制 方法忽略了传感器节点的空间相关性。空间相关性是指：为了保持一定的 冗余性和可靠性，通常将大量传感器节点部署在监测区域内，当一个事件 发生，如目标出现、目标移动或目标离开等时，临近的多个传感器节点会 同时监测到该事件，这些传感器节点会形成该事件监测的空间相关性，因 而会造成延迟的增加，还会导致大量的发送冲突和能耗。该问题的解决会 带来媒体访问控制方法性能的提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于梯度划分的媒体访问控制方法，该方 法以控制目标位置重建误差为主要设计目标，同时有着较好的灵活性以及 对传感器节点的数量和拓扑结构的适应能力，非常适用于目标跟踪应用。

本发明提供的基于梯度划分的媒体访问控制方法，该方法包括下述步 骤：

(1)传感器节点进行事件调度，事件包括信息采集事件和收到数据 包事件，如果是信息采集事件，则转入步骤(2)，如果是收到数据包事件 则转入步骤(3)；