一种无线多跳网络的能耗降低方法技术

本发明专利技术涉及一种无线多跳网络的能耗降低方法，其一方面通过使用TDMA(时分多址接入)大大缩短了节点空闲监听期、避免了冲突的发生，从而大大降低了由于空闲监听带来的能量消耗以及消除了由于冲突带来的能量消耗；另一方面使用bitmap(位图)方案避免部分节点频繁工作，达到均衡整个网络中节点能耗、延长无线多跳网络寿命的目的。

A method of reducing energy consumption in wireless multi hop network

The invention relates to a method for reducing the energy consumption of a wireless multi hop network. On the one hand, by using TDMA (time division multiple access), the idle monitoring period of a node is greatly shortened, and the occurrence of conflicts is avoided, so as to greatly reduce the energy consumption caused by idle monitoring and eliminate the energy consumption caused by conflicts; on the other hand, the bitmap (bitmap) scheme is used to avoid part of the node frequency To balance the energy consumption of nodes in the whole network and extend the life of wireless multi hop network.

【技术实现步骤摘要】
一种无线多跳网络的能耗降低方法
本专利技术涉及网络传输领域，具体涉及一种无线多跳网络的能耗降低方法。
技术介绍
无线多跳网络是由大量的无线节点(以下简称节点)通过自组织的方式连接而成的网络。节点对周围环境的数据进行采集和处理，并通过多跳交付的方式传输给监控中心，使得用户能够远程获取数据。节点通常采用自给供电的方式工作，一旦出现能量耗尽，已经建立的网络拓扑将可能受到破坏，从而影响数据的交付。因此，减少节点能量消耗是延长无线多跳网络寿命的关键因素。节点的能耗主要来源可以归纳为以下几方面：一、冲突；当两个或两个以上的发送节点同时向同一个目的节点发送数据时，数据在目的节点处将发生冲突，从而造成数据的无效发送。一方面，数据间的冲突使得目的节点无法对数据完成正确的解码，浪费了目的节点接收数据时消耗的能量；另一方面，也造成了发送节点能量的无谓消耗。二、过听，电磁波具有以信号源为球心向四周扩散的传播特性。受此特性影响，无线多跳网络中的节点经常会接收到与之无关的数据或信号，对此类信号的接收亦会造成能量的浪费。三、开销；无线多跳网络通常会使用各种控制协议来减少冲突或过听的发生，节点处理此类控制协议消息时会形成能量消耗。四、空闲监听；无线多跳网络中，当节点不清楚何时有数据接收时，节点一直监听信道，等待接收可能到达的数据。由此可见，欲降低节点的能量消耗，延长无线多跳网络的寿命，可以从以上四个方面入手减少能量消耗，遂有本案产生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无线多跳网络的能耗降低方法，其降低了无线多跳网络中的节点的能量消耗，且均衡无线多跳网络中节点的能耗，延长了无线多跳网络的寿命。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种无线多跳网络的能耗降低方法，其包括：步骤1、无线多跳网络的节点设置步骤1.1、根据最小MAC地址优先的原则，从无线多跳网络的节点中选举出簇首；步骤2、时隙的指派步骤2.1、初次指派簇首将广播1个TS_assign消息通知所有簇成员；TS_assign消息中的时隙数量和簇成员节点数量一致；簇成员节点在指派的时隙发送、接收数据；TS_assign消息包含了每个节点的发送标记符T_F、发送时隙T、接收标记符T_R、接收时隙；当某一节点的发送标记符T_F被标记为'1'时，表示该节点可以在T域中指出的时隙发送数据；当某一节点的发送标记符T_F被标记为'0'时，则不能发送数据；当某一节点的接收标记符T_R被标记为'1'时，表示该节点可以在R域中指出的时隙接收数据；当某一节点的发送标记符T_R被标记为'0'时，则不能接收数据；簇成员节点间的消息交付需要簇首转发，当簇首接收到数据后，返回ACK_T消息进行确认，并在下一个TS_assign消息中将该成员对应的T_F标记为'0'；再根据TS_assign消息中时隙安排，簇首将数据在相应的时隙转发给相应的簇成员节点，相应的簇成员节点收到了簇首转发的数据消息后返回ACK_R消息确认，簇首则在下一个TS_assign消息中将该簇成员节点对应的R_F标记为'0'；所述ACK_T消息是用于簇首告诉节点，节点使用了发送时隙，ACK_R消息是用于节点告诉簇首，节点使用了接收时隙；步骤2.2、非初次指派簇首根据TS_assign消息发出的ACK_T消息和接收到的ACK_R消息，获知每个节点使用时隙的情况；在再次生成的TS_assign消息中，簇首将使用bitmap协议对已使用过时隙的节点对应的T_F域、R_F域进行相应的标记；簇成员节点根据新的TS_assign消息获知自己能否发送或接收数据：可以发送或接收数据的节点在相应的时隙苏醒进行数据的发送或接收；不能发送或接收数据的节点立刻进入休眠，在下一个TS_assign消息到来前再苏醒。所述步骤1还包括：步骤1.2、节点别名的设置簇首产生后，簇首广播一个Alias_assign消息，该Alias_assign消息用于簇首为簇中每个成员节点指派1个别名；簇成员节点收到该Alias_assign消息后，将其储存在自己的缓存中，并各自返回相应的ACK_Alias消息给簇首；所述ACK_Alias消息是用于对Alias_assign消息的确认；Alias_assign消息包含ClusterID域、MACAddress域、Alias域，其中，ClusterID域为簇的ID地址，MACAddress域为节点的MAC地址，Alias域为节点的别名。所述步骤1、1具体包括：步骤1.1.1、节点MAC地址交换无线多跳网络中节点广播发送Hello消息，Hello消息中包含节点自身的MAC地址；每个节点接收到其他节点发送的Hello消息后，将自己MAC地址和其他节点的MAC地址进行比较，并按照从小到大的顺序写入自己的MAC_table中进行排队，生成ClusterHeader_election消息再次进行广播；ClusterHeader_election消息中的MACaddress数量限定为簇成员节点数；且ClusterHeader_election消息中的最后一个MACAddressi为当前节点的MAC地址；步骤1.1.2、簇首选举节点接收ClusterHeader_election消息后，根据最小MAC地址优先的原则选出簇首，再向簇首发送ClusterHeader_winner消息；ClusterHeader_winner消息包含簇首MAC地址和自己的MAC地址。所述Hello消息中包含了HTime域、Seq.域、Reserved域以及MACAddress，其中，HTime域为连续两个Hello消息的发送间隔；Seq.域指出了当前Hello消息是节点发出的第几个Hello消息，值从'1'开始，每发送1个Hello消息，递增1；MACAddress为节点自身的MAC地址。所述TS_assign消息还包含了TS_Inter域、Seq.域、SourceAlias域、Aliasi域，其中，TS_Inter域指出了TS_assign消息的发送间隔，TS_Inter的值略小于Hello消息中HTime；Seq.域指出了当前TS_assign消息是本簇中的第几个TS_assign消息，值从'1'开始，每发送1个TS_assign消息，递增1；SourceAlias域为簇首的别名；Aliasi域用来表征簇内节点。采用上述方案后，本专利技术通过簇首向簇成员节点广播TS_assign消息，使簇成员节点能够在指派的时隙发送或接收数据。当簇首接收到簇成员节点发送的数据后，会将下一个TS_assign消息中与该簇成员节点对应的发送标识符标记为'0'，从而避免该簇成员节点在下一时隙发送数据；当簇首向簇成员节点发送数据，并接收到簇成员节点的确认后，会将下一个TS_assign消息中与该簇成员节点对应的接收标识符标记为'0'，从而避免该簇成员节点在下一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线多跳网络的能耗降低方法，其特征在于：所述方法包括：/n步骤1、无线多跳网络的节点设置/n步骤1.1、根据最小MAC地址优先的原则，从无线多跳网络的节点中选举出簇首；/n步骤2、时隙的指派/n步骤2.1、初次指派/n簇首将广播1个TS_assign消息通知所有簇成员；TS_assign消息中的时隙数量和簇成员节点数量一致；簇成员节点在指派的时隙发送、接收数据；/nTS_assign消息包含了每个节点的发送标记符T_F、发送时隙T、接收标记符T_R、接收时隙R；当某一节点的发送标记符T_F被标记为'1'时，表示该节点可以在T域中指出的时隙发送数据；当某一节点的发送标记符T_F被标记为'0'时，则不能发送数据；当某一节点的接收标记符T_R被标记为'1'时，表示该节点可以在R域中指出的时隙接收数据；当某一节点的发送标记符T_R被标记为'0'时，则不能接收数据；/n簇成员节点间的消息交付需要簇首转发，当簇首接收到数据后，返回ACK_T消息进行确认，并在下一个TS_assign消息中将该成员对应的T_F标记为'0'；再根据TS_assign消息中时隙安排，簇首将数据在相应的时隙转发给相应的簇成员节点，相应的簇成员节点收到了簇首转发的数据消息后返回ACK_R消息确认，簇首则在下一个TS_assign消息中将该簇成员节点对应的R_F标记为'0'；/n所述ACK_T消息是用于簇首告诉节点，节点使用了发送时隙，ACK_R消息是用于节点告诉簇首，节点使用了接收时隙；/n步骤2.2、非初次指派/n簇首根据TS_assign消息发出的ACK_T消息和接收到的ACK_R消息，获知每个节点使用时隙的情况；在再次生成的TS_assign消息中，簇首将使用bitmap协议对已使用过时隙的节点的T_F域、R_F域标记为'0'；/n簇成员节点根据新的TS_assign消息获知自己能否发送、接收数据：可以发送、接收数据的节点在相应的时隙苏醒进行数据的发送、接收；不能发送、接收数据的节点立刻进入休眠，在下一个TS_assign消息到来前再苏醒。/n...

【技术特征摘要】
1.一种无线多跳网络的能耗降低方法，其特征在于：所述方法包括：
步骤1、无线多跳网络的节点设置
步骤1.1、根据最小MAC地址优先的原则，从无线多跳网络的节点中选举出簇首；
步骤2、时隙的指派
步骤2.1、初次指派
簇首将广播1个TS_assign消息通知所有簇成员；TS_assign消息中的时隙数量和簇成员节点数量一致；簇成员节点在指派的时隙发送、接收数据；
TS_assign消息包含了每个节点的发送标记符T_F、发送时隙T、接收标记符T_R、接收时隙R；当某一节点的发送标记符T_F被标记为'1'时，表示该节点可以在T域中指出的时隙发送数据；当某一节点的发送标记符T_F被标记为'0'时，则不能发送数据；当某一节点的接收标记符T_R被标记为'1'时，表示该节点可以在R域中指出的时隙接收数据；当某一节点的发送标记符T_R被标记为'0'时，则不能接收数据；
簇成员节点间的消息交付需要簇首转发，当簇首接收到数据后，返回ACK_T消息进行确认，并在下一个TS_assign消息中将该成员对应的T_F标记为'0'；再根据TS_assign消息中时隙安排，簇首将数据在相应的时隙转发给相应的簇成员节点，相应的簇成员节点收到了簇首转发的数据消息后返回ACK_R消息确认，簇首则在下一个TS_assign消息中将该簇成员节点对应的R_F标记为'0'；
所述ACK_T消息是用于簇首告诉节点，节点使用了发送时隙，ACK_R消息是用于节点告诉簇首，节点使用了接收时隙；
步骤2.2、非初次指派
簇首根据TS_assign消息发出的ACK_T消息和接收到的ACK_R消息，获知每个节点使用时隙的情况；在再次生成的TS_assign消息中，簇首将使用bitmap协议对已使用过时隙的节点的T_F域、R_F域标记为'0'；
簇成员节点根据新的TS_assign消息获知自己能否发送、接收数据：可以发送、接收数据的节点在相应的时隙苏醒进行数据的发送、接收；不能发送、接收数据的节点立刻进入休眠，在下一个TS_assign消息到来前再苏醒。


2.根据权利要求1所述的一种无线多跳网络的能耗降低方法，其特征在于：所述步骤1还包括：
步骤1.2、节点别名的设置
簇首产生后，簇首广播一个Alias_assign消息，该Alias_assign消息用于簇首为簇中每个成员节点指派1个别名；簇成员节点收到该Alias_assign消息后，将其储存在自己的缓存中，并各自返回相应的ACK_Alias消息...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷瑞庭，李明，吴燕玲，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44