專利名稱：一種基于無線傳感器網絡的混合機制mac協議通信方法
技術領域：
本發明涉及ー種基于無線傳感器網絡的混合機制MAC協議通信方法，屬于無線通信網絡領域。
背景技術：
介質訪問控制(Media Access Control, MAC)協議處于無線傳感器網絡協議的底層部分，決定無線信道的使用方式，直接影響無線資源的使用效率、網絡吞吐量和時延等重要性能，是保證無線傳感器網絡高效通信的關 鍵網絡協議之一。無線傳感器網絡的功能是由眾多節點協作實現的，在局部范圍需要MAC協議協調節點間的無線信道分配，在整個網絡范圍內需要路由協議選擇通信路徑。從通信網絡看，無線傳感器網絡是ー種特定的自組織網絡。無線傳感器網絡的MAC協議設計存在著自組織網絡中的共性問題，同時，又具有節點資源受限、網絡負載低及業務流的方向性相對固定等特殊性。因此，為無線自組織網絡設計的MAC協議并不能簡單地直接用于無線傳感器網絡，無線傳感器網絡的MAC協議設計面臨著新的挑戰，需要重點考慮以下幾方面的問題。I節點資源受限
⑴節點能量的限制無線傳感器網絡一般采用電池供電，并且工作于無人職守的環境中，無法更換電池或補充能源。所以，節能成為無線傳感器網絡設計的重要目標，需要在滿足應用要求的前提下盡可能延長網絡的壽命。<ヵ節點的計算和存儲能力限制受體積、成本等因素的影響，無線傳感器節點的計算和存儲能力有限，這就要求無線傳感器網絡的MAC協議設計要盡可能簡單，減少計算和存儲量。2多跳信道共享
無線傳感器網絡的信道共享方式為多跳共享方式，源節點通信覆蓋范圍外的節點不受源節點發送數據的影響，它們也可以發送數據信息，這也稱為信道的空間復用方式。信道共享提高了頻譜的利用率，増加了網絡的呑吐量，但也帶來了以下的問題
⑴消息的碰撞；⑵隱藏和暴露終端問題；(31串音問題。3業務流的特殊性
無線傳感器網絡主要面向監測類的應用，其業務特征與無線自組織網絡相比，有以下特點。m業務單一、業務量小；⑵業務流向具有方向性；〖3)業務分布在時間和空間上的差異。4拓撲的動態適應性
無線傳感器網絡的規模龐大，網絡是自組織的，由于節點的移動、新節點加入、節點故障或死亡、鏈路故障等，易造成網絡拓撲結構的動態性變化。因此，無線傳感器網絡的MAC協議必須具備可擴展性、分布性和自組織性，能夠適應拓撲的動態性。
由于受到以上因素的影響，無線傳感器網絡MAC協議與傳統無線網絡關注的因素正好相反。傳統無線網絡的MAC協議設計的重點目標是提高節點使用帶寬的公平性、帶寬利用率及網絡的實時性，而無線傳感器網絡MAC協議的設計把能量有效性放在首位，其次才考慮協議的可擴展性、延時、信道利用率、呑吐率、適應性等。針對無線傳感器網絡的不同應用，目前研究人員提出了多種不同機制的MAC協議。包括基于競爭的MAC協議、基于調度的MAC協議及競爭和基于混合機制的MAC協議。基于競爭類的MAC協議都是隨機接入的，當節點有數據發送請求時，通過競爭的方式占用無線信道，當數據發生沖突時，按照某種策略重新發送數據，直到數據發送成功或放棄數據的發送。典型的基于競爭的MAC協議有S-MAC、T-MAC, AS-MAC協議等。這類協議不需要網絡節點嚴格的時間同步，具有執行簡單、擴展性好及適應拓撲變化能力強等優點；但這類協議的缺點也很明顯，隨機競爭容易產生消息的碰撞，造成能量的浪費。基于調度的MAC協議就是預先為每個節點分配用于發送或接收數據的獨立時間片，而在其它時間段節點進入睡眠狀態。基于調度的MAC協議的主要優點有以下幾個方面避免了競爭機制中的消息碰撞重傳問題；不存在節點競爭信道的開銷，因此，減少了數據傳輸過程中的控制開銷；節點接入信道的方式是確定性的，因此，對于要求實時服務的應用可以提供確定上限的時延；節點空閑監聽的時間大大減少。但這類協議也存在如下的缺點網絡節點之間需要嚴格的時間同步；當新節點加入或舊節點失效時，很難調整MAC協議時間幀的大小和時間片的分配，可擴展性較差；對節點移動、節點失效引起的網絡拓撲變化的適應性較差；對于業務量的變化不敏感。但由于基于調度的MAC協議的固有節能特性，不少研究者針對TDMA協議的不足，同時結合具體的無線傳感器網絡應用，提出了多種基于調度的無線傳感器網絡MAC協議。典型的MAC協議有LMAC協議、TRAMA協議、DMAC協議等。基于競爭的MAC協議和基于調度的MAC協議各有其應用的場合和優缺點，基于競爭的MAC協議具有適應網絡變化能力強的優點，工作方式靈活，節點間無需精確的同歩，但它的最大缺陷在于節點因數據傳遞沖突的能量消耗通常比較大。而基于調度機制的MAC 協議，解決了數據傳遞的沖突問題，但適應網絡變化的能力差。為了利用兩種協議的優點，研究人員提出了采用混合機制的MAC協議。來提高網絡的性能。ZMAC協議是典型的基于混合機制的MAC協議，運用CSMA作為基本機制，在競爭增大時使用TDMA機制來避免信道沖突。ZMAC協議將競爭和調度機制相結合，既降低了節點發送數據時的沖突發生概率，又提高了協議對網絡變化的適應性，同時對節點同步的要求大大降低了，井能提供均衡的網絡性能。但ZMAC協議需要為每個節點分配ー個擁有時隙，實現復雜，這又限制了 ZMAC協議的應用。無線傳感器網絡能量有限的特點，決定了 MAC協議的設計必須以節能為主要目標。在基于競爭類的MAC協議如S-MAC采用多種節能措施節省能量，其中周期休眠減少空閑偵聽的機制具有顯著的節能效果，使得S-MAC協議的能效性得到了顯著的提高，但S-MAC對時延敏感的業務具有的延遲影響是無法克服的；而在基于調度機制的MAC協議如TRAMA，每個節點僅在屬于自己的時隙收發數據，在其它時隙處于睡眠狀態，有效地避免了沖突，但節點間的時間同步、時隙分配算法及對網絡拓撲動態變化的適應性差等問題使得這類協議的應用受到限制，同時也不能滿足網絡對時延敏感業務的應用要求；結合競爭和調度優點所提出的混合機制MAC協議如Z-MAC僅是放寬了對節點間同步的要求、對網絡變化的適應性適當增強，但復雜性增加了，數據傳遞的時延性能并沒有實質改善，并且增加了控制開銷。

發明內容
本發明的目的是解決多跳無線傳感器網絡的數據傳遞時延與能耗的矛盾問題。本發明為解決上述技術問題而提供ー種基于無線傳感器網絡的混合機制MAC協議通信方法，該方法的具體步驟如下
0.將節點的時間軸分為周期性的預約時段和數據時段，預約時段分為若干短的預約時隙，數據時段分為若干短的數據傳遞時隙；
2).根據上層協議和無線傳感器網絡的同步算法，更新節點ー跳鄰居節點列表，并使它與其兩跳以內的鄰居節點之間時間同步；
3).每個節點隨機選擇ー個預約時隙作為節點的擁有時隙，在節點的擁有時隙到來時 才開始對數據時隙的預約，并具有高優先級，在每個預約時隙到來時，節點根據其業務到達情況、業務特征和激活偵聽或發送預約消息RM的結果，實現對數據時段的不同數據時隙的預約；
4).節點根據在預約時段對各個數據時隙的預約情況決定在每個數據時隙到來時是否激活喚醒，僅在預約的數據時隙到來時激活偵聽，并基于載波偵聽的結果，執行基于RTS/CTS/DATA/ACK的數據發送和接收操作，或者睡眠直至本數據時隙結束，完成數據的傳遞。所述的步驟I)具體包括如下步驟
根據網絡應用要求和業務特征，采用無線傳感器網絡的數據分發協議將節點的周期エ作時間、每周期的預約時段時間長度、每周期的數據傳遞時段的時間長度、每個短的預約時隙的時間長度、每個短的數據時隙的時間長度、每個時隙的載波偵聽的最大窗ロ時間長度參數分發給所有節點，并建立一跳的鄰居節點記錄表；
根據節點的工作參數，設置節點的周期工作時間、以及每個周期的周期性的時隙預約時段時間和數據傳遞時段時間，并將時隙預約時段分為若干短的預約時隙，數據傳遞時段 分為若干短的數據傳遞時隙；
設置節點按統ー的時間啟動開始工作。所述的步驟2)的具體步驟包括
利用無線傳感器網絡的同步算法或采用S-MAC協議的通告同步報文機制使兩跳的鄰居節點之間保持同步；
利用上層協議和在通告同步報文時采用捎帶機制，更新節點的一跳鄰居節點記錄表。所述的步驟3)的具體步驟如下
1.設置預約時隙個數計數器A等于I，將表示業務數據時延敏感度的TL的缺省值設置為0，井隨機從#個預約時隙中選擇ー個作為節點的擁有時隙；
2.判斷當前是否有業務數據需要發送，若節點有業務數據需要發送，則根據所要發送業務數據對時延敏感度的要求高低設置TL的值，若節點沒有業務數據需要發送，則按步驟4執行；
3.節點在當前預約時隙激活偵聽，若TL=H,則節點在當前的預約時隙激活喚醒后立即發送預約消息RM，其中包含TL，并在發送預約消息RM后將節點的TL設置為0，將節點在所預約的數據時隙設置為數據發送節點，若TL=L,且當前預約時隙是節點的擁有時隙，節點在當前預約時隙激活喚醒后先在[O，Tcs/2\時間內隨機偵聽載波一定時間，在偵聽載波結束后，若信道空閑則立即發送包含TL信息的預約消息RM，并在發送RM后節點將TL設置為O，將節點在所預約的數據時隙設置為數據發送節點，否則，若信道忙，則節點取消發送預約消息的企圖，繼續偵聽載波并按步驟4執行，若TL=L,且當前預約時隙的編號小于節點的擁有時隙編號，取消發送預約消息，進入步驟4，若TL=L,且當前預約時隙的編號大于節點的擁有時隙編號，節點在當前預約時隙激活喚醒后先在[7 /2，7 ]時間內隨機偵聽載波一定時間，在偵聽載波結束后，若信道空閑，則立即發送包含TL信息的預約消息RM，并在發送預約消息RM后節點將TL為O，將節點在所預約的數據時隙設置為數據發送節點，否則，節點取消發送預約消息，繼續偵聽載波進入步驟4 ；
4.預約時隙到來時沒有業務數據需要發送的節點，即TL等于O，則節點激活喚醒后先執行偵聽載波Tcs的時間，若在Tcs時間內節點偵聽到預約信息RM，且它是預約的目的接收節點，則首先從預約信息RM中提取出預約的數據時隙編號和TL，將節點在預約的數據接收 時隙設置為預約數據接收時隙，井根據預約消息中的TL設置節點當前的TL，若預約信息RM中包含的TL為H，則將設置節點的TL為H，并設置節點下一跳的預約數據時隙為DSLOT_N+1，否則不進行任何設置，然后節點進入休眠狀態直至本預約時隙結束；若節點在Tcs時間內偵聽到發生碰撞的消息，無法識別，則設置節點在本周期數據時段的每個數據時隙都為預約接收數據時隙，然后節點進入休眠狀態直至本預約時隙結束；若節點在ら時間內沒有偵聽到任何消息，即信道空閑，則在Tcs時間結束后節點進入休眠狀態直至本預約時隙結束；
5.更新A等于A加1，重復執行步驟2、步驟3、步驟4，直至本周期預約時段的#個預約時隙結束，節點完成預約時段的數據時隙預約，進入數據時段。所述的步驟4)的具體步驟如下
a)設置數據時隙個數計數器《等于I;
b)節點的激活喚醒若當前數據時隙是節點在預約時段預約的發送數據時隙，則節點激活喚醒，并在
時間內隨機設置節點的偵聽時間，偵聽結束后轉向執行步驟C)，若當前數據時隙是節點在預約時段預約的接收數據時隙，則節點激活喚醒后處于偵聽狀態，并轉向執行步驟d)，若當前數據時隙在預約時段沒有被預約，則節點處于休眠狀態，直至當前數據時隙結束，然后轉向執行步驟e);
c)節點發送數據若偵聽信道空閑，則立即發送RTS控制消息，并在接收到CTS消息后開始發送數據DATA，直至發送數據DATA結束，收到ACK確認消息，節點進入休眠狀態，直至當前數據時隙結束，然后執行步驟e)，若偵聽信道忙，則轉向執行步驟d)；
d)節點接收數據若節點在Tcs時間內偵聽到RTS消息，則立即發送CTS應答消息，并等待接收數據DATA直至完成數據DATA的接收后，發送ACK確認消息；若在偵聽Tcs時間內沒有偵聽到RTS消息，則在偵聽載波Tcs時間結束后，節點進入休眠狀態，直至當前數據時隙結束，然后轉向執行步驟e);
e)更新等于加1，重復執行步驟b)、步驟C)、步驟C)，直至本周期數據時段的#個數據時隙結束，節點完成數據時段的數據傳遞，進入下一周期。本發明的有益效果是本發明通過設置周期預約時段，利用設置節點的擁有時隙，使節點在擁有時隙到來時才參與競爭信道的預約，每個預約時隙設置ー個載波偵聽的最大窗ロ時間，利用節點激活喚醒的隨機偵聽減少節點的預約消息發送碰撞概率及空閑偵聽的時間，適應網絡業務的變化，并可根據業務對時延敏感度的不同要求，實現在單周期的單跳或多跳的數據時隙預約，提高了信道的利用率，減少了控制開銷和數據傳遞的時延 ’節點在周期數據時段，根據在預約時段對各數據時隙的預約情況激活喚醒，節點僅在被預約的數據時隙喚醒偵聽，實現在單周期數據的單跳或多跳傳遞，而在沒有被預約的數據時隙節點處于睡眠狀態，提高了節點的能效利用率，能很好地滿足數據傳遞的及時性要求。


圖I是本發明節點生命期的工作過程示意 圖2是本發明網絡節點時間軸的單周期組成示意 圖3是本發明的周期預約時段實現流程 圖4是本發明的周期數據時段實現流程圖；
圖5是本發明的網絡節點拓撲實例 圖6是本發明單周期實現單跳數據傳遞的工作過程實例 圖7是本發明單周期實現多跳數據傳遞的工作過程實例圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做進ー步說明。結合圖2說明多跳無線傳感器網絡的混合機制MAC協議實現方法的步驟為網絡初始化、周期狀態更新和同步、周期預約時段和周期數據時段，其中網絡初始化用于設置有關參數和建立網絡，僅在網絡布置時執行一次，以后不再執行；周期狀態更新和周期同步目的是為了維護ー跳鄰居節點的紀錄表，使兩跳的鄰居節點間維持時間同歩；周期預約時段實現節點的隨機競爭信道預約，由若干個預約時隙組成，每個預約時隙設置ー個節點喚醒偵聽的最大時間窗7 ，用以在發送數據時隨機偵聽信道、在發送預約消息RM及偵聽消息RM來完成對數據時隙的預約；周期數據時段根據對各個數據時隙的預約來執行喚醒偵聽及數據的發送和接收，由若干個數據時隙組成，每個數據時隙在預約喚醒時也設置ー個節點喚醒偵聽的最大時間窗ら，用以隨機偵聽信道的空閑、發送或偵聽RTS，完成基于RTS/CTS/DATA/ACK的數據傳遞過程。下面說明各階段工作時間的具體設置。網絡初始化的時間る網絡初始化階段的目的是分發網絡有關參數，建立網絡節點的一跳鄰居節點記錄表，實現兩跳鄰居節點間的時間同歩。由于這個階段只在網絡初始布置時執行一次，其執行時間對網絡的應用并不構成嚴重影響，在網絡生命期中/;可以忽略不計。周期狀態更新和同步時間Tss :周期狀態更新和同步的目的是維護和更新節點的一跳鄰居節點記錄表及兩跳節點間的時間同步，由于節點的同步可以利用無線傳感器網絡的同步算法或采用S-MAC協議的通告同步報文機制實現、狀態更新可以利用上層協議和在通告同步報文時采用捎帶機制實現，且僅是局部的狀態更新和同步，所以這個階段占整個周期的時間可以不予考慮。周期預約時段/^周期預約時段的目的是為了實現對數據時隙的預約，考慮無線傳感器網絡的業務較低、節點密度高、業務的發生具有突發性等特點，將預約時段劃分為若干個短的預約時隙，用公式表示如下
Tw~~K · Trc
其中，7^為每個預約時隙的時間，且滿足下式
TrcPTcs^Trm
其中，Tcs為節點激活喚醒偵聽載波的最大窗ロ時間；ん#為發送或接收預約消息RM的時間，使在每個預約時隙可以有ー個節點成功預約到信道，設置激活喚醒偵聽時間窗7 的目的是為了減少節點間進行信道預約的碰撞，減少節點的空閑偵聽。
周期數據時段Td :周期預約時段的目的是為了實現數據傳遞，與S-MAC在每個周期僅傳遞ー個數據報文的情況不同，這里為了分解本地數據傳遞的碰撞及實現時延敏感業務單周期的多跳數據傳遞，將數據時段根據網絡的業務特點和時延要求劃分為若干個數據時隙，在每個數據時隙可以完成基于RTS/CTS/DATA/ACK的數據傳遞過程。因此，周期數據時段的時間為
T0=M · Tsr
其中，ガ表示數據時隙的個數，ろ#為每個數據時隙的時間，且滿足下式
Ts》TCS—TRTS—TCTS—TDATA—TACK
上式中，TrkヽTcts, Tdata和Tack分別為傳遞RTS、CTS、DATA和ACK消息所需的時間。因此，節點的周期工作時間Γ為
T-TSS+TW+TD K · Trc+M · Tsr
根據上述分析，由于節點在預約時段采用分時隙的隨機偵聽、發送預約消息RM對數據時隙進行提前預約，在無業務的情況下節點每個預約時隙的偵聽最大時間窗為7 ，每個預約時隙節點的工作時間是根據對信道隨機偵聽的結果不同發生變化的，節點在數據時段是根據在預約時段對數據時隙的預約來激活喚醒的，在無業務的情況下整個數據時段將處于睡眠狀態，節點僅在預約的數據時隙喚醒偵聽，井根據偵聽的結果執行不同的操作。因此，每個周期節點激活工作的時間占整個周期的時間長度的比值(稱為占空比)是隨業務不斷發生變化的，其變化范圍的計算公式如下
K*TCS/T(PDC(\
其中，#為周期預約時段的預約時隙的個數，r為周期的工作時間；
結合圖2 圖7說明本發明根據圖I所示的節點工作時間劃分方法，執行網絡初始化、周期狀態更新和同步、周期預約時段和周期數據時段的具體步驟如下
I.網絡初始化階段
網絡工作參數分發網絡布置后，根據網絡應用要求和業務特征，采用無線傳感器網絡的數據分發協議將節點的周期工作時間、每周期的預約時段時間長度、每周期的數據傳遞時段的時間長度、每個短的預約時隙的時間長度、每個短的數據時隙的時間長度、每個時隙的載波偵聽的最大窗ロ時間長度等參數分發給所有節點，并建立一跳的鄰居節點記錄表；設置節點工作參數根據節點的工作參數，設置節點的周期工作時間、以及每個周期的周期性的時隙預約時段時間和數據傳遞時段時間，并將時隙預約時段分為若干短的預約時隙，數據傳遞時段分為若干短的數據傳遞時隙；
啟動節點工作設置節點按統ー的時間啟動開始工作。2.周期狀態更新和同步階段由于無線傳感器網絡節點易出現故障、布置環境惡劣易造成數據鏈路的失效、節點的電池壽命有限等，因此網絡拓撲是不斷發生變化的。另外由于節點的時鐘受到外部環境的影響以及存在的時間飄逸、抖動，隨著時間的推移存在著同步的誤差及失步，因此，為了維持節點間的同步必須不斷地采用同步算法維護節點間的同歩。為了減少控制開銷和實現的復雜度，僅讓節點維護局部的鄰居節點狀態信息和實現局部兩跳范圍內的節點同歩。在節點執行網絡初始化時間る結束或執行周期數據時段時間ん結束后，節點開始執行周期狀態更新和同歩。節點在進入周期狀態更新和同步階段的工作過程如下 首先設置周期狀態更新和同步的時間為，并開始計時；然后利用無線傳感器網絡的同步算法或采用S-MAC協議的通告同步報文機制使兩跳的鄰居節點之間保持同步；
利用上層協議和在通告同步報文時采用捎帶機制，更新節點的一跳鄰居節點記錄表； 計時時間Tss到，周期狀態更新和同步過程結束，節點的工作進入預約時段。3.周期預約時段
周期預約時段由若干個預約時隙組成，每個預約時隙設置ー個節點激活偵聽載波的最大時間窗7；s，根據業務特征和隨機選擇節點的擁有時隙，使節點對信道進行載波偵聽的退避時間不同，從而使節點在每個預約時隙參與競爭預約時隙時具有不同的優先級，然后節點根據偵聽的結果決定節點是否發送或繼續偵聽預約消息RM或在最大時間窗/；5結束后進入睡眠狀態，只有在某個預約時隙偵聽到或發送了預約消息RM的節點才成功地預約了預約消息RM中選定的數據時隙。節點在進入預約時段的工作過程如下
1).初始化和設置節點的擁有時隙，設置預約時隙個數計數器A等于1，將表示業務數據時延敏感度的TL的缺省值設置為0，井隨機從#個預約時隙中選擇ー個作為節點的擁有時隙；
2).判斷是否有業務數據到達需要發送及業務數據時延敏感度TL的設置。首先判斷當前是否有業務數據需要發送，若節點有業務數據需要發送，則根據所要發送業務數據對時延敏感度的要求高低設置TL的值若業務數據對時延敏感度要求高，設置TL等于仏若業務數據對時延敏感度要求低，設置TL等于Z ;若節點沒有業務數據需要發送，則按步驟4)執行；
3).節點在當前預約時隙激活偵聽，有數據需要發送的節點，根據業務對時延敏感度TL設置不同，分別執行如下操作若TL=//，則節點在當前的預約時隙激活喚醒后立即發送預約消息RM，其中包含TL，預約的數據時隙編號若已經設置則按設置值進行預約，若沒有設置，則將其設置為具有最小編號的空閑時隙，將設置后的預約時隙編號包含在發送的預約消息RM中發送出去，并在發送預約消息RM后將節點的TL設置為0，將節點在所預約的數據時隙設置為數據發送節點；若TL=Z,且當前預約時隙是節點的擁有時隙，則節點在當前預約時隙激活喚醒后先在
時間內隨機偵聽載波一定時間，在偵聽載波結束后，若信道空閑則立即發送包含TL信息的預約消息RM，并在發送RM后節點將TL設置為O，將節點在所預約的數據時隙設置為數據發送節點，否則，若信道忙，則節點取消發送預約消息的企圖，繼續偵聽載波并進入到步驟山若TL=L,且當前預約時隙的編號小于節點的擁有時隙編號，取消發送預約消息，進入步驟山若TL=L,且當前預約時隙的編號大于節點的擁有時隙編號，節點在當前預約時隙激活喚醒后先在[7 /2，Tcs^時間內隨機偵聽載波一定時間，在偵聽載波結束后，若信道空閑，則立即發送包含TL信息的預約消息RM，并在發送預約消息RM后節點將TL為O，將節點在所預約的數據時隙設置為數據發送節點，否則，節點取消發送預約消息，繼續偵聽載波進入步驟d ；d.預約時隙到來時沒有業務數據需要發送的節點，即TL等于O，則節點激活喚醒后先執行偵聽載波Tcs的時間，若在Tcs時間內節點偵聽到預約信息RM，且它是預約的目的接收節點，則首先從預約信息RM中提取出預約的數據時隙編號和TL，將節點在預約的數據接收時隙設置為預約數據接收時隙，井根據預約消息中的TL設置節點當前的TL，若預約信息RM中包含的TL為H，則將設置節點的TL為H，并設置節點下一跳的預約數據時隙為DSLOT_N+1，否則不進行任何設置，然后節點進入休眠狀態直至本預約時隙結束；若節點在Tcs時間內偵聽到發生碰撞的消息，無法識別，則設置節點在本周期數據時段的每個數據時隙都為預約接收數據時隙，然后節點進入休眠狀態直至本預約時隙結束；若節點在ら時間內沒有偵聽到任何消息，即信道空閑，則在Tcs時間結束后節點進入休眠狀態直至本預約時隙結束； e.更新A等于A加1，重復執行步驟b、步驟c和步驟d，直至本周期預約時段的#個預約時隙結束，節點完成預約時段的數據時隙預約，進入數據時段。
5.根據權利要求3或4所述的基于無線傳感器網絡的混合機制MAC協議通信方法，其特征在于所述的步驟4)的具體步驟如下 a).設置數據時隙個數計數器《等于I; b).節點的激活喚醒若當前數據時隙是節點在預約時段預約的發送數據時隙，則節點激活喚醒，并在[O，Tcs-\時間內隨機設置節點的偵聽時間，偵聽結束后轉向執行步驟c)；若當前數據時隙是節點在預約時段預約的接收數據時隙，則節點激活喚醒后處于偵聽狀態，并轉向執行步驟d);若當前數據時隙在預約時段沒有被預約，則節點處于休眠狀態，直至當前數據時隙結束，然后轉向執行步驟e)； c).若偵聽信道空閑，則立即發送RTS控制消息，并在接收到CTS消息后開始發送數據DATA，直至發送數據DATA結束、收到ACK確認消息，節點進入休眠狀態，直至當前數據時隙結束，然后執行步驟e);若偵聽信道忙，則轉向執行步驟d)； d).若節點在Tcs時間內偵聽到RTS消息，則立即發送CTS應答消息，并等待接收數據DATA直至完成數據DATA的接收后，發送ACK確認消息；若在偵聽Tcs時間內沒有偵聽到RTS消息，則在偵聽載波Tcs時間結束后，節點進入休眠狀態，直至當前數據時隙結束，然后轉向執行步驟e)； e).更新《等于《加1，重復執行步驟b)、步驟C)、步驟d)，直至本周期數據時段的#個數據時隙結束，節點完成數據時段的數據傳遞，進入下一周期。
全文摘要
本發明涉及一種基于無線傳感器網絡的混合機制MAC協議通信方法，本發明通過設置周期預約時段，利用設置節點的擁有時隙，使節點在擁有時隙到來時才參與競爭信道的預約，每個預約時隙設置一個載波偵聽的最大窗口時間，利用節點激活喚醒的隨機偵聽減少節點的預約消息發送碰撞概率及空閑偵聽的時間，實現在單周期的單跳或多跳的數據時隙預約，減少了控制開銷和數據傳遞的時延；節點在周期數據時段，根據在預約時段對各數據時隙的預約情況激活喚醒，節點僅在被預約的數據時隙喚醒偵聽，實現在單周期數據的單跳或多跳傳遞，而在沒有被預約的數據時隙節點處于睡眠狀態，提高了節點的能效利用率，能很好地滿足數據傳遞的及時性要求。
文檔編號H04W56/00GK102695265SQ20121000452
公開日2012年9月26日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者付江濤, 付磊, 周立鵬, 張前進, 彭勃, 李佩佩, 李敏, 沈森, 王雯霞, 鄭國強 申請人:河南科技大學