[发明专利]一种基于梯度划分的媒体访问控制方法

摘要

本发明公开了一种基于梯度划分的媒体访问控制方法，该方法考虑到无线传感器网络中传感器节点的空间相关性问题，能够在事件源区域合理选择上报节点，以提高目标跟踪应用的重建精度。该方法是对Sift MAC的一种改进，在Sift MAC中加入自适应的梯度划分算法(依接收信号强度划分传感器节点的分布区域，选用接收信号强度大的传感器节点进行数据上报，提高目标重建精度)、梯度收缩和扩张过程及传感器节点空间相关性的控制策略，并改进了无线信道竞争过程。该方法以控制目标位置重建误差为主要设计目标，同时该方法有着良好的灵活性和对传感器节点的数量及拓扑结构变化的适应能力，并能实现低延迟和低能耗。

主权项

一种基于梯度划分的媒体访问控制方法，其特征在于，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)；(2)传感器节点依据所保存的梯度划分准则和采集的有效信号强度设置自身的原始梯度值；无线传感器网络将竞争窗口划分为三个竞争子窗口，每一个梯度对应一个竞争子窗口；传感器节点根据自身所在的梯度找到其对应的竞争子窗口，在自身所处的竞争窗口中计算和选择发送时槽，然后转入步骤(5)；(3)接收数据的传感器节点即接收节点首先从数据包中解析出相关信息，包括数据包类型、接收信号强度信息，根据数据包类型判断，如果是事件终止包，则退出本次信息收集事件，进入空闲状态；否则，接收节点根据接收到的数据包，首先计算其与发送节点的距离，并与发送节点的相关半径比较，如果接收节点与发送节点的距离小于或等于发送节点的相关半径，则转入步骤(3.1)，如果接收节点与发送节点的距离大于发送节点的相关半径，则接收节点从接收到的数据包中解析出发送节点的相关信息，包括发送节点的原始梯度值g1和发送数据包时使用的当前梯度值g2，如果当前梯度值g2等于1，那么就转入步骤(3.2)；否则，转入步骤(3.3)；(3.1)接收节点将自身当前梯度值加1，放弃继续发送数据，结束对数据包的处理，转入步骤(4)；(3.2)传感器节点按照下述过程进行自适应的梯度划分：(3.2.1)传感器节点通过对接收的数据包中的附加信息的分析来估算出梯度1内当前传感器节点数目，然后调整自身的当前梯度值；附加信息是指发送该数据包的传感器节点的原始梯度值、当前梯度值和选择的时槽slotCount_；如果时槽slotCount_的值小于或等于5，进入步骤(3.2.2)，如果slotCount_的值大于5而小于或等于10，进入步骤(3.2.3)，如果slotCount_的值大于10，进入步骤(3.2.4)；(3.2.2)时槽slotCount_的值小于或等于5表明当前发送节点选择了低时槽区域，则意味着当前梯度1内的传感器节点数目很多，无线传感器网络进入梯度收缩过程，将梯度1的范围直接收缩8％～12％，梯度2和梯度3的范围采用虚拟收缩方式收缩8％～12％；虚拟收缩方式是指其范围内的传感器节点数目会发生变化，但真实划分范围不发生变化的收缩方式，虚拟收缩之后，原始梯度值g1为2和3的传感器节点重新计算当前梯度值g2，如果g2小于或等于g1，则将当前梯度值设为1，否则，将当前梯度值设为原始梯度值g1；然后，原始梯度值g1为1的传感器节点计算自身当前梯度值g2，即判断自身目前所处的梯度为梯度1或是梯度2，并依此设置自身当前梯度值；所有传感器节点设置自身当前梯度值之后退出梯度收缩过程；然后重新计算并选择发送时槽，转入步骤(3.2.5)；(3.2.3)slotCount_的值大于5而小于或等于10表明发送节点选择了中时槽区域，梯度1的划分范围是合理的，传感器节点设置标志位flag的值为TRUE，然后重新计算并选择发送时槽，若传感器节点选择到低时槽区域，则转入步骤(3.2.5)，否则，如果传感器节点选择到中、高时槽区域，且flag值为TRUE，将其所选时槽数减5，让其在低时槽区域发送，减少空等待时间；同时在发送数据时，告知其他传感器节点当前选择的真实时槽，而非更改过的时槽，然后转入步骤(3.2.5)；(3.2.4)slotCount_的值大于10表明传感器节点选择了高时槽区域发送，则无线传感器网络将梯度1的范围扩张3％～7％，然后传感器节点重新计算其当前梯度值g2，并设置为当前梯度值；当发送节点的原始梯度值是2时，无线传感器网络将梯度2的范围采用虚拟扩张方式扩张3％～7％，虚拟扩张方式是指其范围内的传感器节点数目会发生变化，但真实划分范围不发生变化的扩张方式；无线传感器网络虚拟扩张之后原来处在梯度2内的传感器节点重新计算当前梯度值g2，如果当前梯度值g2等于2，则将当前梯度值设为1；否则当前梯度值设置为原始梯度值g1；当发送节点的原始梯度值g1是3时，不做任何操作；然后转入步骤(3.2.5)；(3.2.5)传感器节点重新设定时槽定时器，等待时槽定时器超时，然后转入步骤(4)；(3.3)当传感器节点不在发送节点的相关区域内，且发送节点发送时使用的当前梯度值g2大于1，则传感器节点将自身当前梯度值减少1，跳跃到对应的梯度中去，结束数据包的处理；转入步骤(4)；(4)传感器节点判断是否有数据发送；如果有数据需要发送，则重新计算并选择发送时槽，然后转入步骤(5)；否则，传感器节点进入空闲状态；(5)传感器节点设定时槽定时器，竞争无线信道，转入步骤(6)；(6)传感器节点判断竞争是否成功，如果成功，则转入步骤(7)，否则重新计算并选择发送时槽，再转入步骤(5)；(7)传感器节点发送数据，判断数据是否发送成功；如果发送成功，则退出本次信息收集事件，进入空闲状态；否则，传感器节点发送数据失败，需要重传时，判断连续重传次数是否小于预先设定的阈值，如果是，则转入步骤(8)；如果不是，将自身当前梯度值增加1，退出当前竞争区域，进入空闲状态；(8)发送数据失败，并且连续重传次数小于预先设定的阈值，则传感器节点会重新计算并选择发送时槽，然后转入步骤(5)。