一种无线传感器网络动态信道动态接入控制方法

摘要

本发明涉及一种无线传感器网络动态信道动态接入控制方法，在网络形成期，对整体网络进行管理区域划分，由管理节点控制区域网络接入参数；对于管理节点的选举采用一种基于能量控制的选举方法，各传感器节点都可以参与管理节点的选举。该方法能够使信息源区域网络到目的区域之间的所有网络区域逐步适应负载变化，具有网络生存时间长、时延小、吞吐量高的特点，适用于负载变化频繁的大规模无线传感器网络。

主权项

一种无线传感器网络动态信道动态接入控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤： 在网络形成期，对整体网络进行管理区域划分，由管理节点控制区域网络接入参数；对于管理节点的选举采用一种基于能量控制的选举方法，各传感器节点都可以参与管理节点的选举； 通过一个等待时间(wt，wait time)的控制函数waitforCWP(ELR)来控制竞争窗口位置；如下公式所示，该函数通过一个参数“能量剩余率”(ELR，Energy Left Rate)来计算其值，能量剩余率等于节点剩余能量值比上节点总能量值(ELR=Eleft／Etotal)： 其中，Eleft为节点剩余能量；Etotal为节点总能量；β为控制参数，使得所有竞争结束后形成期能预留出一部分时隙使网络得到有效收敛；C为整个形成期的总时隙数； 最后得到等待时间wt为： wt=waitforCWP(ELR)×a slottime 在网络稳定期，节点的状态分为工作期和睡眠期；工作期又分为两个小时期：控制同步期、监听期；每个控制同步期分为三个小阶段，分别为控制阶段、管理节点同步阶段、成员同步阶段； 在控制同步期管理节点通过广播控制同步信息对网络接入参数进行调节，对区域网络内的成员节点进行同步，并且安排每个成员节点在睡眠阶段的汇报时隙；未收到控制同步信息或新加入的节点可以向邻近的管理节点进行申请，管理节点收到后进行回复； 处于网络数据交互期时，管理节点监听网络状态，根据当前区域网络状态判断网络的承载能力；处于睡眠阶段时，区域内所有成员节点在各自特定时隙时醒来向管理节点汇报队列中分组等待数目，管理节点通过等待分组总数预估未来短期内区域网络的负载情况； 管理节点根据网络承载能力和预估负载情况动态调节区域网络的接入控制参数，包括工作模式、工作睡眠时长、初始竞争窗口等；如果区域网络信道利用 率高、冲突频发、等待分组数量多，那么当前网络参数承载能力不足，需要提高网络工作时间和稍大的初始竞争窗口；如果当前网络的信道利用率低、冲突鲜发、等待分组数量少或无，那么当前网络的承载能力过剩，可以适当降低工作时间或者进入多次短监听短睡眠状态来控制睡眠造成的时延，并且提供较小的初始竞争窗口；如果网络信道占用率处于稍高状态，并且冲突鲜发，那么当前网络承载能力比较适应； 在下一个工作阶段开始时，管理节点通过广播控制同步信息通知管理区域内成员节点改变网络接入控制参数；邻近区域的管理节点能通过边界节点提前感知负载变化，并做出提前做出判断和预测，使整体网络逐渐适应； 当管理节点因为某些原因将不能履行管理职责时会进入管理失效状态，此时立刻发出网络控制失效信息，该区域成员节点进行会在下一工作周期开始时进行信息同步并且进行局部重分区，提高网络容错性； 成员节点正常数据业务交互时利用信道预约机制保证传输可靠性；自身通过截断连续叠加指数退避算法来动态调整竞争窗口，从而避免冲突。