基于二次指数平滑预测的无线传感器网络节能传输方法

摘要

本发明公开了一种基于二次指数平滑预测的无线传感器网络节能传输方法，其中所述无线传感器网络包括采样节点A0和中继节点A1，由采样节点操作步骤和中继节点操作步骤两部分组成，中继节点A1中采用一次指数平滑和二次指数平滑预测处理。本发明的有益效果主要表现在：可以降低无线传感器网络中节点的传输能耗，并且利用采样节点的缓存使接收节点具有较高的事件接收率。

主权项

1.一种基于二次指数平滑预测的无线传感器网络节能传输方法，其中所述无线传感器网络包括采样节点 A₀ 和中继节点A₁，其特征在于：由采样节点操作步骤和中继节点操作步骤两部分组成，其中，所述采样节点操作步骤包括以下步骤：步骤1. 在采样节点A₀处设置缓存BUF，且缓存BUF由BufferSize个的元素组成，缓存BUF的数据结构如下：eventID：事件编号；eventOccurInterval：相继两个事件发生的时间间隔，单位为毫秒；Data：与采集到的事件相关的物理量；步骤2. 当采样节点A₀捕捉到一个事件时，进行以下操作：对这个事件进行编号，并将之记为NewID；计算这个事件的发生时间间隔，并将之记为NewInt，其中，第一个事件的发生时间间隔取为0；将采样节点A₀所捕捉到的物理量记为NewData；步骤3. 将三元组（NewID, NewInt, NewData）添加到缓存BUF中；步骤4. 如果中继节点A₁尚未休眠，则采样节点A₀将缓存BUF中的数据组成帧，每个帧携带的事件个数为MAX_EVENT_NUM，其中MAX_EVENT_NUM根据实际物理量确定，帧由帧头、帧身和帧尾构成，其中，帧尾用于帧校验序列；帧身用于携带采样节点所捕获到的事件信息，帧身的第一个字节用于协调采样节点和中继节点休眠，由三个字段组成：6比特保留位，1比特“ps-flag”标志位和1比特“lastPkt-flag”，“ps-flag”是节能标志位，“lastPkt-flag”是缓存中最后一个事件信息的指示位，如果在采样节点A₀发出一个帧之后，缓存队列为空，则将所发送的帧中的“lastPkt-flag”标志位设为1；否则，“lastPkt-flag”标志位置为0；步骤5. 如果采样节点A₀收到来自中继节点A₁的“ps-flag”标志位设为1的帧即psReq帧，这个帧表示中继节点A₁请求休眠，那么，采样节点A₀检查缓存BUF，如果缓存BUF为空，则采样节点A₀发送一个“ps-flag”置为1的帧即psACK帧给中继节点A₁，这样中继节点A₁进入休眠状态；所述中继节点操作步骤包括以下步骤：步骤1. 初始时，中继节点A₁处于空闲状态； 步骤2. 在中继节点A₁的内存中，设置变量X₁、X₂、Y₁、Y₂，在中继节点A₁收到来自采样节点A₀的第一个帧时，中继节点A₁将该帧中与第一个事件对应的属性eventOccurInterval的值取出，并将之同时赋值给变量X₁和Y₁；对于该帧中之后的事件或者后续收到的来自采样节点A₀的其它的帧，中继节点A₁按下述步骤对所接收到的帧中的所有事件逐个进行处理：；将与该事件对应的属性eventOccurInterval的值取出，并赋值给变量X₁；按下述四式依次计算与赋值：(1)(2)其中，向左的箭头表示内存变量赋值；α和β为在区间（0,1）中取值的常数，且X₁、X₂、Y₁、Y₂的计量单位均为毫秒，式(1)和式(2)分别为一次指数平滑和二次指数平滑预测公式；步骤3. 如果中继节点A₁接收到来自采样节点A₀的一个帧，则它检查这个帧中的“lastPkt-flag”标志位；如果lastPkt-flag=0，那么中继节点A₁继续保持侦听状态，以便接收来自采样节点A₀的其余事件信息；否则，即lastPkt-flag=1，转到步骤4；步骤4. 中继节点A₁将休眠时间长度设置为Y₁，发送一个休眠请求帧psReq给中继节点A₀；在psReq帧中，“ps-flag”标志位设置为1，并在紧跟着“ps-flag”标志所在字节的后续4个字节中存放休眠时间长度值Y₁，以毫秒为单位；步骤5. 中继节点A₁保持空闲状态；中继节点A₁一旦收到来自采样节点A₀的同意休眠帧即休眠确认帧psACK，就进入休眠状态且休眠时间长度为Y₁；在psACK帧中，“ps-flag”标志置为1。