基于IEEE802.15.4协议的传感器节点占空比独立自适应调节方法

摘要

本发明涉及一种基于IEEE 802.15.4协议的传感器节点占空比独立自适应调节方法，在节点流量较小时，通过延长该节点的休眠时间进而减少其功率消耗，同时降低该节点的信标帧接收频率进而减少其相应的接收功率消耗；在节点流量较大时，通过独立缩短该节点的休眠时间而保证其端到端时延性能，同时降低同一时间竞争信道的节点数进而改善吞吐量性能。节点同时采用能量高效休眠机制可使其于周期内活跃期提前进行休眠，从而进一步节省其功率消耗。本发明在保证节点能量高效的同时，使网络功率消耗和端到端时延在不同网络负载条件下取得良好的平衡，使网络协调器独立地根据从各节点收到的数据帧发送队列信息对各节点占空比和信标间隔周期同时地进行自适应调节。

主权项

1. 一种基于IEEE802.15.4协议的传感器节点占空比独立自适应调节方法，其特征在于包括如下步骤：1)对于每个网内节点分别使网络协调器独立记录一个用于控制该节点信标间隔周期长度的信标指数，为每个节点的信标指数设置统一的调节范围，并取该调节范围中的最小值为初始广播的信标帧中各节点的信标指数初值；将用于控制各节点信标间隔周期中活跃期长度的超帧指数设定为不大于信标指数初值的常量；将由协调器控制的周期性信标帧的广播间隔设定为最小的信标间隔周期长度；由协调器广播初始信标帧，建立一个基于IEEE802.15.4协议的无线传感器网络；2)协调器分别根据当前各信标指数计算相应的信标间隔周期长度，对相应的各节点进行独立定时计数，以掌握各节点的信标间隔周期的起始和结束时刻；同时，每个网内节点同样根据当前收到的信标指数计算其相应的信标间隔周期长度，以独立地进行定时，并与协调器对该节点信标间隔周期的控制保持同步；3)在各节点当前的信标间隔周期内，节点根据采用能量高效休眠机制的IEEE802.15.4MAC协议进行操作；在某一节点有数据帧发送的情况下，该节点需要为协调器提供自身的数据帧发送队列信息，即如果节点在发送数据帧的退避过程中检查到其缓冲区中还有其它待发数据帧或是又有新数据帧到达，那么此时该节点将其待发数据帧中的队列信息字段置位为1，否则将其复位为0；4)协调器根据对某一节点的定时计数信息，判断在该节点当前信标间隔周期内是否有收到其发送来的数据帧；如果收到该节点发送的数据帧，协调器进一步检查该数据帧中队列信息字段的值；如果队列信息字段值为1，协调器在判断该节点的信标指数还未减少到最小值的情况下将该指数减1并将该节点的相关更新信息加入之后待广播的信标帧中，否则保持其最小值；如果队列信息字段值为0，协调器保持该节点原有信标指数；如果在该节点的当前信标间隔周期结束时协调器仍未收到其发送的数据帧，协调器在判断该节点的信标指数还未增加到最大值的情况下将该指数加1并将该节点的相关更新信息加入之后待广播的信标帧中，否则保持其最大值；5)各节点根据自身的定时信息在其当前信标间隔周期结束时，允许接收协调器新广播的信标帧并检查其中是否含有与其相关的信标指数更新信息；如果某一节点新接收的信标帧中含有与该节点相关的信标指数更新信息，则节点进行相应的信标指数更新操作，否则节点保持原有信标指数；在某一节点结束当前信标间隔周期并收到新的信标帧时，返回步骤2进入下一个信标间隔周期。