[发明专利]一种适用于传感器网络协议的Beacon协调机制

说明书

本发明公开一种适用于传感器网络协议的Beacon协调机制，包括以下步骤：建立并重组PAN网络；进行Beacon发送；设备的入网与断连；进行Beacon同步；基于StartTime运行原则，协调Beacon的发送时序。多跳无线传感器网络中，不同级别的FFD发送Beacon时，容易发生Beacon碰撞问题，本发明通过引入StartTime机制来对Beacon的发送时序进行协调，可以有效降低Beacon的碰撞概率，增强网络的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络。更具体地，涉及一种适用于传感器网络协议的Beacon协调机制。

背景技术

近年来，随着无线通信技术和微电子技术的发展，无线传感器网络WSN(WirelessSensor Network)已经被列为21世纪最有影响力的技术之一。WSN是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。WSN具有节点移动性小，节点密度大，传输距离短以及数据通信速率较低，通信链路的工作状态相对不稳定等特点。无线传感器网络的媒体控制接入(Media Access Control，MAC)层设计相对于传统无线自组网(Mobile Ad-hocNetwork，MANET)最大的不同在于节点的能量有限。因此WSN的研究主要集中在其MAC协议即IEEE802.15.4协议。近年来对于协议中的CSMA机制研究较多，而对于节点数较多情况下的Beacon碰撞问题分析较少。以下对于CSMA的现有研究进行简要介绍。

针对IEEE802.11中的CSMA算法，2001年Giuseppe Bianchi提出了CSMA算法的马尔科夫链模型，其后许多学者基于这个模型对WLAN中的CSMA算法进行了理论研究。但由于IEEE802.11中的CSMA算法与IEEE 802.15.4中有所不同，因此这个模型对IEEE 802.15.4并不适用，并且由于无线传感器网络速率较低，Bianchi模型提出的基础条件——信道饱和也并不合理。

基于Bianchi提出的模型，Sofie Pollin等人注意到了IEEE 802.15.4中的CSMA机制与IEEE802.11中的CSMA机制并不相同，他们通过在模型中在每次发包结束后添加相同数量的时隙等效为非饱和信道，试图将模型推广至非饱和信道的情况。但在IEEE 802.15.4的CSMA/CA机制中，由于在实际的低速网中数据包的到达一般是Poisson过程，因此这种做法并不是很切合实际。

J.Misic等人又在前人的模型基础上提出了更切合实际的模型，并在模型中加入了delayline的状态和用“0”表示的buffer为空的状态。但他们的模型计算所得的数据与仿真结果相差甚远。

Mustafa E.等研究人员主要研究时隙(Slotted)和非时隙(unslotted)两种CSMA/CA对网络的影响，提出了采用凸优化方法选取占空比的算法。

可以看到，近年来有大量针对CSMA机制的研究，无论是对基础机制的研究，还是针对应用的优化，都有了一定的进展，且出现了许多具有新机制、新想法的MAC协议。但是，很少有研究人员对于节点数较多的网络场景中的不同级节点的Beacon碰撞问题进行分析，由于传统的帧结构中，每个节点的Beacon的发送时序都一样，当节点数增多时，就会引起Beacon的严重碰撞，因此需要设计新的机制来解决节点Beacon发送的碰撞问题。

因此，需要提供一种适用于传感器网络协议的Beacon协调机制。

发明内容

为了克服上述缺陷，针对多跳传感器网络中不同级别的FFD(Full-functionDevice)节点发送Beacon的碰撞问题，本发明提出一种StartTime运行机制来有效降低Beacon的碰撞概率。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：