[发明专利]一种适用于占空比无线传感器网络的自适应成组唤醒的机会路由策略

说明书

本发明公开了一种适用于占空比无线传感器网络的自适应成组唤醒的机会路由策略。本发明提出的策略针对的是机会路由中数据发送者在发送数据时需要等待n个节点醒来后才一次性广播给所有接收者。在这样的路由方法中，传感器节点醒来的时间是随机的，因而发送者需要较长的时间才能等到n个节点醒来，从而造成大的延迟。在本发明中，通过调整接收者的占空比，将接收者分组，每一组的节点个数为n个，同一组的节点醒来的周期相同。这样使得每次同时醒来的接收者数量为n，从而使得发送者发送数据时就能够同时等到n个接收者醒来，从而大大减少等待所需的时间，也就减少了延迟。同时，对于不同组节点的占空比进行调整，使得不同组间节点的醒来间隔相等，从而使得数据发送者醒来后等待接收者醒来的平均时间最小。经过上述对接收者分组，组内占空比同步，组间占空比均匀分布的方法可有效减少机会路由的延迟，同时减小了传感器节点的能量消耗，提高了网络寿命。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络中的机会路由以及占空比控制机制，尤其涉及一种减小时延的传感器节点成组唤醒的控制机制。

背景技术

无线传感器网络被广泛应用于各个领域，例如：农业监测、森林火灾监测、海洋环境监测等等，除此之外，它还逐渐走入了我们的生活，例如智能家居。无线传感器网络是由若干无线传感器节点组成的网络，这些传感器节点可以采集周围环境的相关数据，在简单处理后将数据通过其他传感器节点作为中继发送到控制端。控制端负责接收所有传感器节点发来的数据，并通过对这些数据的分析，掌控网络中的变化，并及时对网络中的特殊情况做出处理。

由于采用无线传输，无线传感器网络中的数据传输过程是不可靠的。研究表明，单跳传输的可靠性往往低于0.9，而在多跳的情况下，随着跳数的增加，可靠性的值减小地非常明显。在机会路由中，传感器节点通过将一个数据包发送给多个接收者，达到了提高接收率的效果。这是因为，只有在所有接收者都接收失败的时候，这一跳传输才是失败的，否则，就是成功的。

除了接收率以外，能量消耗也是无线传感器网络中的一个重要议题。由于传感器节点由电池供电，且一般布置在人迹罕至的地方，频繁地更换电池是不可能的，所以，尽可能地减小传感器节点的能量消耗是非常必要的。占空比控制作为节省能量消耗的有效方式，被广泛地应用在多个无线传感器网络中。在占空比控制机制下，传感器节点只会在某一段时间里保持唤醒，在其他时间里都处于睡眠状态。我们把传感器节点处于唤醒状态的时间除以传感器处于唤醒和睡眠状态的时间的和称为传感器节点的占空比，它表示一个传感器节点在一个时钟周期中保持唤醒的比例。研究表明，当传感器节点处于睡眠状态时，消耗的能量是唤醒状态的1％甚至1‰，传感器节点的占空比越小，处于唤醒状态的时间越短，消耗的能量越小。

为了同时达到增加接收率和减小能量消耗的目的，可以将机会路由与占空比控制机制结合起来。事实表明，上述做法的确达到了目的，却是以增加传感器节点的时延为代价的。传感器节点的时延主要来自于占空比控制，在该机制下，当发送者醒来的时候，接收者可能处于睡眠状态。此时，数据传输过程被迫中断，只有在接收者唤醒之后，才能继续数据传输过程，从而造成了时延。在加上机会路由之后，接收者由一个变为多个，且每一个接收者的唤醒时间都是随机的，等到他们全部唤醒，需要更多的时间，也就进一步增大了时延。

因此，适当调整传感器节点的唤醒时间，使得发送者能够尽快地等到所有的接收者醒来，尽可能地减小时延，是十分有必要的。

发明内容

本发明旨在提供一种适用于占空比无线传感器网络的自适应成组唤醒的机会路由策略，该策略减小了机会路由中占空比控制机制下传感器节点的时延，同时还减小了节点的能量消耗。

为了达到上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

一种适用于占空比无线传感器网络的自适应成组唤醒的机会路由策略，对接收者进行分组，组内节点占空比同步，组间占空比均匀分布。