[发明专利]一种同步无线传感器网络的MAC协议通信方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种同步无线传感器网络的MAC协议通信方法，属于无线传感器网络领域。

背景技术

无线传感器网络由于采用电池供电，因此网络寿命受到能量的限制。为了节省能量，无线传感器网络的MAC协议通常采用周期侦听/睡眠的机制来节省能量，这类协议有SMAC、TMAC、PMAC、ASMAC、RMAC等多种，SMAC、TMAC、PMAC协议通常在一个周期数据只能传递一跳，自适应的ASMAC协议能传递至多两跳，但它采用串音侦听和所有邻居节点唤醒又增加了网络的能量消耗。因此这类协议造成数据传递过程的断断续续，使得数据传递的多跳时延较大，不适应对及时性要求高的无线传感器网络应用。RMAC协议利用侦听期间发送控制报文预约信道，可以实现在一个周期的数据多跳传递，但数据多跳传递的跳数直接与节点在每周期的侦听时间成比例，每周期的侦听时间越长，可以预约的跳数就越多，但节点的占空比增大，增加了节点的能量消耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种同步无线传感器网络的MAC协议通信方法与装置，用以解决现有MAC协议在多跳传输时能量消耗大的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种同步无线传感器网络的MAC协议通信方法，包括如下步骤：

网络初始化：将节点的一个循环工作周期依次分为同步时段T_sync、忙音侦听/发送时段T_tone、周期信道预约时段T_rc和睡眠时段T_sleep；

在同步时段T_sync：进行同步；

在忙音侦听/发送时段T_tone：侦听信道，根据是否有数据需要发送和信道是否空闲将网络中的节点设置为源节点、候选中继节点和睡眠节点；源节点发送忙音信号，候选中继节点在侦听到忙音信号后也发送忙音信号；

在信道预约时段T_rc：源节点和候选中继节点侦听信道，源节点发送RCF帧；候选中继节点根据侦听的RCF帧信息竞争中继节点，中继节点更新RCF帧并发送更新后的RCF帧；源节点和中继节点设置对应的进入睡眠时段后的睡眠延迟时间T_delay；

在睡眠时段T_sleep：在睡眠延迟时间T_delay后，源节点发送数据，中继节点接收并发送数据。

在忙音侦听/发送时段T_tone：侦听信道，若有数据需要发送且信道空闲，则设置节点为源节点；若有数据发送且信道忙、或者无数据发送且信道忙，则设置节点为候选中继节点；若无数据发送且信道空闲，则设置节点为睡眠节点。

在信道预约时段T_rc，源节点若侦听到信道忙，则设置节点为候选中继节点。

候选中继节点通过比较侦听的RCF帧信息中包含的跳距Hop与当前节点距离SINK节点的跳距H竞争中继节点，若Hop大于H，当前节点成为中继节点。

所述网络初始化具体为：在网络初始化时段T_init：由SINK节点发起，确定网络节点距离SINK节点的跳距；设置节点的工作周期T、启动工作时间t_start、每个周期的同步时间T_sync、周期忙音侦听/发送时间T_tone、周期信道预约时间T_rc和周期睡眠时间T_sleep，并更新网络节点到SINK节点的跳距H。

忙音侦听/发送时段T_tone的具体方法为：

节点进入忙音侦听/发送时段T_tone后，设置并启动对应忙音侦听/发送时段T_tone时间的计时器T₂，激活处于侦听状态；