本发明专利技术公开了一种基于Quorum系统的无线传感器网络的介质访问控制方法，在该方法中，时间被划分为时隙，n个时隙(slot)构成一个周期。本发明专利技术设计了F-clique以及G-clique，F-clique或者G-clique分别依据其设计公式选取一定的时隙，传感器节点在选定的这些时隙工作，称为Quorum Time Slot(QTS)，而在其它未选定的时隙睡眠以节省能量消耗。传感器网络的每一个节点依据其所在环的环号而选择F-clique或者G-clique，处于奇数环的节点选择F-clique，而在偶数环的节点选择G-clique，这样形成基于FG Quorum系统的MAC协议。经过理论分析证明，本发明专利技术基于FG Quorum系统的介质访问控制方法具有较小的网络延迟，能提高网络的吞吐量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信领域，尤其是一种无线传感器网络的介质访问控制（medium access control, MAC)方法。
技术介绍
无线传感器网络是由大量的彼此之间通过多跳无线链路和通信的传感器节点以 自组织和多跳的方式构成的无线网络，而无线传感器的供能往往是通过电池作为其能源 的，所以如何合理利用以及分配能耗显得至关重要。 介质访问控制（medium access control, MAC)协议是无线传感器网络中一种基础 协议。其作用是保证节点正常的数据操作与环境监测的同时尽可能的减少能量消耗，从而 极大化网络寿命。在无线传感器网络中，为了减少节点的能量消耗通常采用一种方法是让 节点周期性的工作（work)与睡眠（sle印）。由于传感器器节点处于工作状态时的能量消耗 是处于睡眠状态时的上100倍甚至上1000倍。因而为了节省能量，应该尽可能的让节点处 于睡眠状态。但是节点处于睡眠会影响其功能，因为节点在睡眠状态时不能对周围环境进 行感知与监测，也不能进行数据传输。特别是在分布式无线传感器网络中，每个节点都是独 立的决定是否工作还是睡眠。这就有可能造成节点在欲进行数据传输时，节点的处于工作 时隙与其所有的下一跳节点的工作时隙没有相交时隙（intersection slot)从而使得其数 据不能向前传输。特别是在占空比（指节点在一个时间周期内处于工作的时间与工作周期 长度的比值，duty cycle)比较小的网络中，要保证相邻路由路径的任意二个节点间存在相 交的工作时隙是传感器网络介质访问协议设计的重要课题。传感器节点的工作时隙越多， 则节点之间相交的工作时隙越多，但，节点的工作时隙越多，则节点的能量消耗越大，影响 网络寿命。反之，降低节点的占空比，虽然能够节省能量，但是有可能导致节点之间没有相 交的工作时隙，因而导致路由不能建立。而另一方面，在节点的占空比确定的情况，不同节 点选择工作时隙的方法不同也影响节点的介质访问协议的性能。不好的节点工作时隙选择 方法会导致节点间的相交工作时隙的数量不等，影响数据的传输与网络延迟。因而，设计优 秀的节点工作时隙选择方法是一个挑战性的任务。 基于Quorum的系统提供了一种介质访问协议的方法。其中用的最多的方法是一 种grid Quorum方法。在grid Quorum方法中，一个周期被分为η个时隙（slot)，时隙是时 间的基本单位。η个时隙按时间顺序被排列成的矩阵。节点A选择其中的Hi1行时 隙作为工作时隙，节点在这些选择的时隙上保持工作状态（称为Quorum Time Slot(QTS))。 而节点B选择矩阵中的m2列作为工作时隙。这样节点A与节点B必定有m iXm/h相交工 作时隙（intersection slot)。从而可以保证节点A与节点B之间进行数据通信。显然 Quorum系统设计的目标是使得任意2个节点间的相交工作时隙越多，而节点的占空比越 小。 但这种Quorum系统因网络中所有节点都是选择Iii1行与1112列，从而造成节点间选 择的Quorum是同质的，这样，节点选择的工作时隙可能相同，从而造成数据传送时冲突增 加，相交工作时隙减少，传送时延增加。
技术实现思路
本专利技术提供一种，能减 少网络延迟，提高传感器网络的寿命。 为实现上述目的，本专利技术提供一种基于Quorum系统的无线传感器网络的介质访 问控制方法，包括如下步骤： 步骤一、形成节点环号，Sink节点将自己的环号设置为0,其它节点由近及远分别 设置连续的环号，节点环号相同的节点称为同一环的节点； 步骤二、节点依据自己所在的环号选择F-clique还是G-clique，这样整个网络节 点都选定了自己的工作时隙，整个网络的不同环的节点就形成了 quorum系统； 步骤三、当节点有数据发送时，必须等到节点为工作时隙时才向中继节点发起数 据发送请求，如果有中继节点也正好位于工作状态，则进行数据路由。 本专利技术的有益效果是：本专利技术依据节点所在的环号选择不同的clique，从而使得 不同环的节点选择的工作时隙是不相同的，因而可以增大同时数据并发的数量，可以提高 网络的吞吐量，间接的减少了传送时延，提高传感器网络的寿命。【附图说明】 图1为本专利技术实施例FGQuorum系统信标间隔与工作时隙不意图。 图2 (a) - (c)为本专利技术实施例F-clique、G-clique与FGquorum系统工作时隙示 意图。 图3为本专利技术实施例的网络结构图。 图4为FGQuorum系统中参数ml与m2对网络敏感性的影响示意图。 图5为FGQuorum系统中参数ml与m2对相交工作时隙的影响示意图。【具体实施方式】 下面结合附图及实例，对本专利技术做进一步说明。 本实施例，Quorum系统是指：对于给定的一个正整数n，以及一个通用集合U = {0, 1，· · ·，n-1}，而 Q =他，Q2, · · · · QJ，e g "，即 Q 是 U 的子集集合，而 ％是 Q 的一个元素。如果满足Q的任意2个元素的交集不为空，即νρ,.,ρ, e ρΛρ,. ηρ产0。则称 Q是通用集合U = {0, 1，· · ·，n-l}下的一个Quorum系统。 设计的F-clique (p，m) (F(p，m))为：对于给定的一个正整数n，以及一个通用集合 U = {0, 1，· · ·，n-1} ·令 1仝 /n <'，（)幺 /)仝'―I, F-clique 表示为 F(p，m)如下式 1 所 示：【主权项】1. 一种基于如orum系统的无线传感器网络的介质访问控制方法，其特征在于，包括如 下步骤： 步骤一、形成节点环号，Sink节点将自己的环号设置为0,其它节点由近及远分别设置 连续的环号，节点环号相同的节点称为同一环的节点； 步骤二、节点依据自己所在的环号选择F-clique还是G-clique，如果节点的环号是奇 数则选择F-clique，表示为F(p,m)，如下式 /X/j.",) =U/'V^ + 2w+f+'/)(niod内)：/' = 0,..w-1,7= 巧中，1 <"z< >/" , 0 </j< -1 ; 如果节点的环号是偶数则选择G-clique，表示为G(q，m)，如下式 G{qjn)={{j-Jn+bn+iy)(niodn): / = (),../?/ -1. / = 0. ..V? -1} :化中1m< >/；；，0 :^y< /? -I;这样整个网络节点都选定了自己的工作时隙，整个网络 的不同环的节点就形成了quorum系统； 步骤=、当节点有数据发送时，必须等到节点为工作时隙时才向中继节点发起数据发 送请求，如果有中继节点也正好位于工作状态，则进行数据路由。2. 根据权利要求1所述的基于如orum系统的无线传感器网络的介质访问控制方法，其 特征在于，步骤一中形成节点环号的具体步骤为；首先，Sink节点将自己的环号设置为0， 其它节点将自己的环号设置为无穷大，然后，Sink向外广播自己到到达Sink的跳数0,在 Sink广播范围内的节点侦听到Sink的广播消息后，将广播中到达Sink的跳加1后与自己 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于Quorum系统的无线传感器网络的介质访问控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、形成节点环号，Sink节点将自己的环号设置为0，其它节点由近及远分别设置连续的环号，节点环号相同的节点称为同一环的节点；步骤二、节点依据自己所在的环号选择F‑clique还是G‑clique，如果节点的环号是奇数则选择F‑clique，表示为F(p,m)，如下式F(p,m)={(in+2m+p+j)(modn):i=0,..m-1,j=0,..n-1}]]>其中，1≤m≤n,0≤p≤n-1;]]>如果节点的环号是偶数则选择G‑clique，表示为G(q,m)，如下式G(q,m)={(jn+im+q)(modn):i=0,..m-1,j=0,..n-1}]]>其中这样整个网络节点都选定了自己的工作时隙，整个网络的不同环的节点就形成了quorum系统；步骤三、当节点有数据发送时，必须等到节点为工作时隙时才向中继节点发起数据发送请求，如果有中继节点也正好位于工作状态，则进行数据路由。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：龙军，刘安丰，何岸，张金焕，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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