[发明专利]基于自适应按需唤醒技术的无线传感器网络数据传输方法

摘要

本发明公开一种基于自适应按需唤醒技术的无线传感器网络数据传输方法，包括以下（1）将加入网络的节点进行初始化，并建立邻居列表用于存储邻居节点的ID和调度信息；（2）发送端S有数据要传输时，查看自身的邻居列表是否有目标接收端R的调度信息；（3）根据步骤（2）中所获得调度信息，发送端S自适应按需唤醒，然后与接收端R进行数据传输；（4）根据发送端S的执行周期，自动更新邻居列表中每个邻居节点的调度信息。本发明较大程度的降低占空比和丢包率，从而减少收发节点的能耗并减少空闲侦听，保证传输率和吞吐量。

主权项

一种基于自适应按需唤醒技术的无线传感器网络数据传输方法，其特征在于：其具体传输步骤如下：(1)将加入网络的节点进行初始化，并建立邻居列表用于存储邻居节点的ID和调度信息；(2)发送端S有数据要传输时，查看自身的邻居列表是否有目标接收端R的调度信息；(3)根据步骤(2)中所获得调度信息，发送端S自适应按需唤醒，然后与接收端R进行数据传输；其中，发送端S自适应按需唤醒的具体步骤如下：A、发送端S上层有数据包需要发送时，发送端S先查询邻居列表中是否有接收端R的下一次唤醒调度信息，如果发送端S没有建立对应于接收端R的调度时间信息，则发送端S立即唤醒，启动短前导唤醒机制；如果发送端S建立对应于接收端R的调度时间信息，但是该时间小于当前时间，即该调度时间信息已经过期，则发送端S也要立即唤醒，启动短前导唤醒机；如果发送端S已有对应于接收端R的调度时间信息，且该时间没有过期，在未来的某个确切时间点，接收端R会唤醒，侦听无线信道，等待数据包的到来，当接收端R成功接收该数据包后，查看内部参数ShortFlag是否为1；B、发送端S唤醒后开始侦听无线信道，若无线信道被占用，则等待一段时间后再侦听，直到信道空闲，当无线信道空闲后，发送端S启动短前导唤醒机制，发送带有目标节点地址的Start帧给接收端R，若非目标节点收到Start帧，则非目标节点直接切换至睡眠状态，而接收端R是目标节点则在被唤醒后可以侦听到Start帧，然后将节点内部参数ShortFlag设置为1，并回复发送端S一个Hello帧；发送端S在每个Start帧发送后均要有一段固定时间t的空闲侦听，在这空闲侦听间隔内接收Hello帧，若发送端S没有接收到接收端R发出的Hello帧，则发送端S继续周期性的发送Start帧，若发送端S接收到接收端R发出的Hello帧，则发送端S继续侦听无线信道，等待数据包的到来，接收端R成功接收数据包后，查看其内部参数ShortFlag是否为1；C、因发送端S有接收端R的下一次唤醒调度信息且该信息未过期，则发送端S利用这个信息计算出接收端R的下一次唤醒时间，得到这个时间点后，发送端S只需要静静的保持休眠状态；发送端S在接收端R唤醒前醒来，等待接收端R广播的Hello帧，接收端R根据自己的调度表，按照周期调度中要求的时间点唤醒，侦听无线信道，检测信道是否被其它节点占用着，如果已经有其它节点正在占用信道进行数据传输，则接收端R退避等待一个Hello帧发送的时间，之后再侦听无线信道；如果信道空闲，则立即发送广播Hello帧给发送端S，发送端S成功接收接收端R发出的Hello帧后，继续侦听无线信道等待数据包的到来，当接收端R成功接收数据包后，查看其内部参数ShortFlag是否为1；D、当ShortFlag＝1时，数据包成功接收后，接收端R回复给发送端S一个Beacon帧，该帧用于通知发送端S数据包已经成功接收同时询问发送端S是否还有后续数据包需要传输；因ShortFlag＝1，则接收端R在数据传输结束时发送的Beacon帧要携带接收端R节点最近一次唤醒的时间和接收端R节点发送Beacon的硬件前导第一比特所处的当前时间点，只有当这次数据传输是本次通信中最后一次，发送端S才存储最后一次Beacon中的调度信息，不然丢弃该Beacon帧中的调度信息；当ShortFlag＝0时，接收端R发送不带自身调度信息的Beacon帧给发送端S；E、发送端S成功接收Beacon帧后，查询缓存队列长度，看看是否还有数据包要发送给接收端R，如果有数据包，当接收端R成功接收数据包后，查看其内部参数ShortFlag是否为1；如果节点缓存队列中没有数据包需要发送，则接收端R保持唤醒一段时间后进入睡眠状态，而发送端S利用Beacon帧中的发送Beacon帧的硬件前导第一比特所处的当前时间点、该Beacon帧的传输时间和发送端S自身当前时间，计算得到发送端S和接收端R的时间差，然后再利用时间差和接收端R最近一次唤醒时间，得到接收端R的下一次唤醒时间点，并保存到发送端S的邻居列表中，同时发送端S进入休眠状态；(4)根据发送端S的执行周期，自动更新邻居列表中每个邻居节点的调度信息。