节点动态休眠的低功耗媒体访问控制方法

摘要

一种节点动态休眠的低功耗媒体访问控制方法：1)将网络拓扑组织成分簇拓扑结构，在各簇簇内节点和各簇簇首间实现粗粒度的时钟同步，并让节点进行周期性工作和休眠；2)节点有3种工作模式：发送模式、接收模式和周期工作模式，其中节点在周期性工作模式中具有周期性执行和休眠、节点的实际工作和休眠时段动态变化、邻节点间可相互计算对方下一工作周期内的执行子时段等特点；3)在一个工作周期内，任意两个邻节点的执行子时段能重叠以保证通信；4)邻节点间可侦听彼此发送的分组，并根据分组携带的信息自适应地调整各自的休眠时段，减少载波侦听次数；5)针对不同的数据采样率动态调整节点的忙闲度，在保证吞吐量，的同时降低功耗。本发明简单可靠，具有功耗低，时延短和自适应能力强等优点，能有效延长整个网络的生存周期。

主权项

节点动态休眠的低功耗媒体访问控制方法，其特征在于包含以下步骤：首先将网络拓扑结构组织为分簇拓扑，并给所有节点按序给定一个正整数编号，接着进行各簇内节点和各簇首节点间的粗粒度时钟同步，在时钟同步完成后节点根据自身编号选择下次工作周期中执行子时段的偏移方向，然后节点在一个周期内进行工作，工作包括发送过程和接收过程：其中发送过程的源节点周期工作流程如下：(1)若源节点的数据采样率改变，则调整节点的工作忙闲度，然后执行步骤(3)；(2)若源节点的数据采样率未改变，则直接执行步骤(3)；(3)将源节点的执行子时段偏移一个时间窗口W；(4)判断源节点是否有数据要发送，如果无数据要发送则进行步骤(5)，如果有数据发送，则进行步骤(6)；(5)让源节点在本周剩余时间进行预定的执行和休眠，完毕后进入下一周期工作；(6)源节点计算自身与目的节点在本周期内的共同执行子时段；(7)当源节点和目的节点在本周期内的共同执行子时段到来，源节点先随机等待一段时间，然后判断信道是否空闲；(8)若信道空闲，源节点切换到发送模式，此时目的节点会相应地切换到接收模式，源节点向目的节点发送分组，完成数据通信后源节点和目的节点都切换到周期性工作模式并完成时钟同步，接着转向步骤(5)；(9)若信道忙，源节点和目的节点就接收第三方节点发送的分组，据此分组计算出本周期内剩余的信道空闲时间段，然后都进入休眠状态以减少不必要的信道监听，并转向步骤(6)；接收过程的节点周期工作流程如下：(10)如果节点的数据采样率改变，则调整节点工作的忙闲度后，执行步骤(12)；(11)如果节点的数据采样率没有改变，则直接执行步骤(12)；(12)将节点执行子时段偏移一个时间窗口W；(13)当执行子时段到来，判断信道是否忙，如果信道忙，则节点接收一个分组后转向步骤(15)，否则转向步骤(14)；(14)让节点在本周剩余时间进行预定的执行和休眠，完毕后进入下一周期工作；(15)根据接收分组数据判断自己是否为发送方的目的节点，如果是则继续接收分组数据直至完成数据通信，然后切换到周期性工作模式，完成时钟同步，接着转向步骤(14)；如果不是则转向步骤(16)；(16)节点根据分组数据计算本周期内预计剩余的执行子时段，然后转向步骤(13)；所述步骤(1)或步骤(10)中调整节点忙闲度的过程如下：(a)给出定义及标记如下：忙闲度：节点执行子时段与节点工作周期的比值，记为Tive(n)/Ti(n)，所有节点的忙闲度相同；采样率：采样种类i在每个时间窗口W内的采样次数，记为Ri，采样种类i的每次采样数据的字节数记为Di，则所有k种采样种类在时间窗口W内的采样数据总字节数记为： Σ i = 1 k R i * D i ; (b)当采样种类i的采样率从Ri调整R′i，每次采样数据字节数从Di调整为D′i时，则Tiv(n+1)，Tive(n+1)调整如下： T iv ( n + 1 ) = T iv ( n ) * Σ i = 1 k R ′ i * D ′ i Σ i = 1 k R i * D i , T ive ( n + 1 ) = T ive ( n ) * Σ i = 1 k R ′ i * D ′ i Σ i = 1 k R i * D i 其中Tiv(n)为虚拟工作时段，调整Tiv(n+1)，Tive(n+1)后节点的忙闲度也随之相应改变。