异步低占空比无线传感器网络中基于相长干扰的高效泛洪方法技术

异步低占空比无线传感器网络中基于相长干扰的高效泛洪方法，包括以下步骤：(1)将传感器节点随机撒播在监测区域内，每个节点周期性地执行邻居发现算法，向外广播消息，并接收邻居节点发送的消息。(2)每个节点维持一个邻居节点列表。(3)所有节点采用RI-MAC机制，根据自己的工作调度表交替地在睡眠状态和工作状态之间切换。(4)汇聚节点发送消息开始泛洪过程。(5)当节点所等待的邻居节点醒来时，节点会在前帧时间段中自己对应的那个时隙发送ACK。(6)当传感器节点知道所有的邻居节点都已经收到泛洪消息后，进入睡眠状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及异步低占空比无线传感器网络中的一种基于相长干扰的高效泛洪方 法，它能显著地减少泛洪时延，降低能量消耗，并提高数据包接收率。 二、
技术介绍
所谓泛洪，是指把消息从一个源节点（通常为汇聚节点）发送到网络中的每个节 点。泛洪机制在低占空比无线传感器网络中具有重要意义，它可以用于拓扑形成、路由建 立、目标探测、数据查询等。 在低占空比无线传感器网络中，节点的睡眠调度方式可以分为两类，即同步方法 和异步方法。同步方法包括S-MAC、T-MAC、RMAC、DW-MAC等，异步方法包括B-MAC、X-MAC、 WiseMAC、RI-MAC等。同步MAC方法假设相邻节点之间具有同步的工作调度表，要求节点 之间保持精确同步，具有较大的复杂度和开销。我们的方法中考虑使用RI-MAC协议，一方 面避免了同步MAC方法中由于时钟同步所带来的开销，另一方面能够提高无线信道的利用 率。 无线传感器网络是一种新型的自组织无线网络。与其他无线网络相比，具有硬件 资源有限、能量有限、自组织、多跳路由、动态拓扑等特点。因此，在泛洪协议的设计中，能量 有效性、数据传输时延、数据传输可靠性等是需要考虑的几个关键问题。 三、
技术实现思路
本专利技术的目的是：提出一种基于相长干扰的占空比无线传感器网络泛洪方法，它 能显著地减少泛洪时延，降低能量消耗，并提高数据包接收率。 为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：异步低占空比无线传感器网络中基于相 长干扰的高效泛洪方法，包括以下步骤： (1)将传感器节点随机撒播在监测区域内，每个节点周期性地执行邻居发现算 法，向外广播消息，并接收邻居节点发送的消息。其中包含两次广播消息，第一次为普通的 hello消息，第二次为包含前帧长度Μ和其中各个邻居节点顺序的消息。 (2)每个节点维持一个邻居节点列表，列表中邻居信息用三元组（ID，M，k)存储， 分别表示邻居的ID、邻居的前帧长度和自己在该邻居前帧中的顺序。 (3)所有节点采用RI-MAC机制，根据自己的工作调度表交替在睡眠状态和工作状 态之间切换。 (4)汇聚节点发送消息开始泛洪过程。传感器节点按照工作调度表醒来之后，如果 没有收到泛洪消息，则进入睡眠状态；如果收到泛洪消息，则判断哪些邻居节点已经收到此 消息，如果存在没有收到此消息的邻居节点，则继续等待它们醒来。 (5)当节点所等待的邻居节点醒来时，节点会在前帧时间段中自己对应的那个时 隙发送ACK，并在前帧结束时立即发送泛洪消息。 (6)当传感器节点知道所有的邻居节点都已经收到泛洪消息后，就马上进入睡眠 状态。 (7)当网络中所有节点都收到泛洪消息时，表明一轮泛洪结束。 进一步，节点周期性地执行邻居发现算法，向外广播消息，并接收邻居节点发送的 消息，找到自己的所有邻居节点并维持一个邻居节点列表。邻居信息用三元组（ID，M，k)存 储，分别表示邻居的ID、邻居的前帧长度和自己在该邻居前帧中的顺序。 进一步，在传统的RI-MAC传输过程中，加入了前帧时间段。具体来说，当接收节 点醒来并且发送beacon之后，它的那些醒着的邻居节点分别在前帧中对应的时隙发送 beacon，并且在前帧结束时马上发送数据包。当存在多个醒着的邻居节点同时向其发送数 据时，就会产生相长干扰。利用相长干扰能够有效地提高接收节点的数据包接收率。 本专利技术的有益效果：充分利用了 RI-MAC机制中接收者周期性主动发送beacon包 的这一固有特性，在无需额外开销的情况下通过接收者发送的beacon包触发多个发送者 的并发传输以产生相长干扰，使得接收者能够从中解码信号得到完整的数据，从而极大地 提高了泛洪的传输效率和可靠性。 四、【附图说明】 图1为RI-MAC原理图； 图2为相长干扰示例图； 图3为前帧结构示意图； 图4为PRR与节点数目之间的关系； 图5为泛洪过程示例图。 五、【具体实施方式】 (1)网络模型 考虑一个低占空比无线传感器网络。每个传感器节点根据自己的工作调度表交替 地在睡眠状态和工作状态之间切换。具体来说，一个工作周期T由η个时隙组成，每个节点 把其中一个或者多个时隙作为工作时间段，而在其余时间进入睡眠状态。 为了有效地提高无线信道的利用率，我们采用了接收端启动的异步MAC协议 RI-MAC。其工作过程如图1 RI-MAC原理所示。每个节点根据各自的工作调度表醒来。节点 R醒来之后侦听信道，如果信道空闲，就马上广播一个beacon消息，然后保持工作状态准备 接收数据。如果节点S需要向节点R发送数据，S将一直侦听信道直到收到R的beacon消 息。在收到R的beacon消息后，S立刻向R发送数据。R接收完数据后，返回另一个beacon 消息，一方面告诉R数据接收完毕，另一方面询问其余节点是否需要向其传输数据。若等待 一段时间之后没有发现数据，则R就进入睡眠状态。 在无线传感器网络中，数据包在传输过程中可能遇到路径损耗、多径效应、噪声干 扰、邻居节点干扰等情况，从而造成数据包丢失。为了有效地评估链路质量，我们采用数据 包接收率（Packet Rec印tion Ratio, PRR)来衡量两个节点之间的链路状况，并且假设MAC 层提供相应的链路质量评估服务。同时，为了保证单次数据传输的可靠性，需要采用自动请 求重传机制ARQ(Automatic Repeat reQuest)。而RI-MAC机制中接收节点发送的第二个 beacon消息正好完成了这个功能。 由于无线通信的广播特性，网络中相邻节点并发发送数据常常引起干扰。尽 管如此，如果多个发送节点同时向某个接收节点发送相同的数据包，则会产生相长干扰 (Constructive Interference)。相长干扰源于物理层对于多径信号的容忍，它能够帮助接 收节点解码信号得到完整的数据，因此能够有效地提高接收节点的数据包接收率。 图2是相长干扰的一个例子。节点S1和S2是节点R的邻居节点。当S1 (或者 S2)单独向R发送数据包时，R的数据包接收率是0. 5。但是，当Sl、S2同时向R发送相同 的数据当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
异步低占空比无线传感器网络中基于相长干扰的高效泛洪方法，其特征是包括以下步骤：（1）将传感器节点随机撒播在监测区域内，每个节点周期性地执行邻居发现算法，向外广播消息，并接收邻居节点发送的消息；其中包含两次广播消息，第一次为普通的hello消息，第二次为包含前帧长度M和其中各个邻居节点顺序的消息；（2）每个节点维持一个邻居节点列表，列表的邻居信息用三元组 （ID，M，k）存储，分别表示邻居的ID、 邻居的前帧长度和自己在该邻居前帧中的顺序；（3）所有节点采用RI‑MAC机制，根据自己的工作调度表交替在睡眠状态和工作状态之间切换；（4）汇聚节点发送消息开始泛洪过程；传感器节点按照工作调度表醒来之后，如果没有收到泛洪消息，则进入睡眠状态；如果收到泛洪消息，则判断哪些邻居节点已经收到此消息，如果存在没有收到此消息的邻居节点，则继续等待它们醒来；（5）当传感器节点所等待的邻居节点醒来时，传感器节点会在前帧时间段中自己对应的那个时隙发送ACK，并在前帧结束时立即发送泛洪消息；（6）当传感器节点知道所有的邻居节点都已经收到泛洪消息后，就马上进入睡眠状态；（7）当网络中所有传感器节点都收到泛洪消息时，表明一轮泛洪结束。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈贵海，俞姝颖，徐力杰，吴小兵，戴海鹏，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32