无线传感器网络中S－MAC协议参数设置的优化方法

摘要

本发明涉及一种无线传感器网络中S－MAC协议参数设置的优化方法，先建立一维马尔可夫链节点模型分析单个节点行为，利用数据包时延的定义将数据包时延分成四部分分别加以研究，得到数据包时延的概率分布后，利用M/G/1/∞排队论模型计算节点发送队列为空的概率，再根据网络各节点数据包时延之间的相关性，计算网络在一个周期内发生不同事件的概率，并由此计算网络的能量消耗。综合考虑数据包时延和网络能量消耗这两个协议性能之间的权衡关系，以能量效率作为评判标准，利用最优化理论得到协议参数的优化设置。本发明全面考虑了诸多因素的联合影响，因而能准确分析S－MAC协议的各项性能，并能根据网络不同应用场景设定最优化协议参数。

主权项

1.一种无线传感器网络中S-MAC协议参数设置的优化方法，其特征在于包括如下具体步骤：1)根据S-MAC协议中退避机制的规定，建立一个一维的马尔可夫链节点模型来研究单个节点退避数的改变情况，通过求解该马尔科夫链，得到节点发送概率和节点冲突概率的一个方程式，再根据节点的冲突概率是除被研究节点本身外网络中剩余节点中至少有一个节点发送数据的概率，得到节点冲突概率和节点发送概率的另一个方程式，联立两个方程求得节点的发送概率和冲突概率；2)利用节点在一个周期内成功发送数据包需要满足的条件，由节点的发送概率和冲突概率得到不同信道状态下，节点在一个周期内成功发送数据包的概率，以及成功发送数据包的节点选择不同退避数的概率；3)根据数据包时延的定义将数据包时延分成四个部分，分别为：由于睡眠导致的不能及时发送队首数据包造成的时延、周期内未能成功占用信道的时延、退避机制造成的时延和数据包的传输时延，利用已经得到的概率分别计算四部分时延的概率母函数，将这些概率母函数相乘，得到数据包时延的概率母函数，做数据包时延的概率母函数的反变换得到数据包时延的概率分布；4)根据数据包时延的概率分布，利用M/G/1/∞排队论模型中的经典公式求得节点发送队列为空的概率，利用Pollaczek-Khinchin公式求出数据包传输的总时延，包括数据包时延和数据包的排队时延；5)再由数据包时延的概率分布得到的数据包时延的均值，利用一次成功发送中的数据包平均长度和一个周期内参与竞争的节点的平均数目，由Little定理得到协议的归一化吞吐量；6)根据网络各节点数据包时延之间的相关性，计算网络在一个周期内发生不同事件的概率，从而计算出一个周期内网络能量消耗的均值；7)综合考虑网络能量消耗和数据包时延这两个协议性能之间的权衡关系，以能量效率作为评判标准，利用最优化理论得到协议参数的优化设置。