一种基于链路质量的低占空比无线传感器网络节点休眠方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提高网络可靠性方法，特别是涉及一种基于链路质量的低占空比无线传感器网络节点休眠方法。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络综合了无线通信技术、嵌入式计算技术、传感器技术、分布式数据处理技术等。现实应用中的传感器网络一般要维持很长的生命周期，甚至要长达几年。考虑到节点各部分能耗情况，越来越多的国内外科研人员将低占空比介质访问机制(MediaAccess Control,英文缩写为MAC)与无线传感器网络的研究结合起来，这就形成了所谓的低占空比无线传感器网络。它为节点采用低占空比MAC机制，允许节点交替地进行侦听和休眠，使得节点可以在尽可能多的时间内处于休眠状态，这就在最大程度上减少了空闲侦听的时间，节省了大量能量。
[0003]低占空比无线传感器网络中，节点的占空比一般只有百分之几，在延长了网络的生命周期，同时也带来了邻居节点之间通信延迟变大的问题，进而影响到数据的及时有效传输.对许多实时性要求高的无线传感器网络应用，比如军事应用、灾难预测系统等有着很大的影响。已有研究表明链路质量对网络的延迟具有很大的影响。
[0004]目前流行的链路质量评估机制是基于发送大量数据包来统计得出链路上数据包的正确接受率(Packet Received Rate,英文缩写为PRR)，从而直观的反应出当前的链路质量。但这种统计方法需要发送大量的数据包，会浪费大量的带宽和能量，不适合应用于无线传感器网络。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于链路质量的低占空比无线传感器网络节点休眠方法，该方法将整个网络的节点的工作时间和休眠时间分成一个个相等的时隙。利用链路质量指示值和链路质量的相关性，选取通信质量好的节点，增加节点的工作时隙，提高整个网络的可靠性。
[0006]
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种基于链路质量的低占空比无线传感器网络节点休眠方法，所述节点休眠方法包括:
利用节点前一次苏醒的LQI值和此刻的LQI值估测下一次苏醒时的LQI值:
设计公式:LQI (n+1)= (l+a)*LQI (n) _a*LQI (η_1) (0〈a〈l) (I);
其中η表示节点第η次苏醒，a用来调节估计值的灵敏度；
节点i的工作调度表为公式为:
F = (Ct1, b) , (t2, b)......(tn, b) }(2)； F表示节点i工作调度表的一个周期，t表示节点i进入工作状态的时间，b表示工作持续时间，(tj，b)表示节点第j次苏醒的时间以及工作的时间。
[0007]所述的一种基于链路质量的低占空比无线传感器网络节点休眠方法，所述每个节点有一个LQI表，保存自己的LQI值和通信范围内节点的LQI值；每次节点苏醒后利用公式
(I)计算LQI (n+1)，保存在LQI表中，替换上一次计算的LQI (n+1)值；之后广播自己的LQI值给通信范围内的节点，并接收其他节点的LQI值，保存到自己的LQI表中。
[0008]本发明的优点与效果是:
本发明将整个网络的节点的工作时间和休眠时间分成一个个相等的时隙。利用链路质量指示值(Link Quality Indicator，英文缩写为LQI)和链路质量的相关性，选取通信质量好的节点，增加节点的工作时隙。可以为整个网络的数据传输提供链路质量最优的路径，减少网络数据的重传次数，降低整个网络的延时性和丢包率。由于良好的链路质量减少了节点之间通信的重传次数，可以用来弥补其他通信的能量开销，在保证整个网络的能量开销在一个可以接受的范围内的情况下，提高了整个网络的可靠性。
【附图说明】
[0009]图1为统计LQI值与PRR ；
图2为节点工作调度图表；
图3为LDW节点休眠策略的工作流程图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0011]流行的链路质量评估机制是基于发送大量数据包来统计得出链路上数据包的正确接受率(Packet Received Rate，英文缩写为PRR)，从而直观的反应出当前的链路质量。但这种统计方法需要发送大量的数据包，会浪费大量的带宽和能量，不适合应用于无线传感器网络。随着硬件技术的发展一种接受信号强度(Received Signal StrengthIndicator，英文缩写为RSSI)和链路质量指示LQI也能够提供链路质量的硬件检测。实验结果表明，PRR与LQI值具有很强的线性相关性，如图1所示。
[0012]因为节点苏醒时刻的LQI值在大部分情况下比较符合线性回归的关系，可以利用节点前一次苏醒的LQI值和此刻的LQI值估测下一次苏醒时的LQI值。
[0013]设计公式:LQI(n+1)= (l+a)*LQI (n) _a*LQI (n_l) (0〈a〈l) (I)
其中n表示节点第n次苏醒，a用来调节估计值的灵敏度。
[0014]WSN中的传感器节点分为两种状态:工作状态和休眠状态.当节点处于工作状态时，具有感知、数据发送和接收等基本通信功能，没有数据通信时节点将进行空闲侦听；而当节点处于休眠状态时，节点将会关闭除定时功能外的一切功能。
[0015]因此可以用F表示节点i工作调度表的一个周期，如果用t表示节点i进入工作状态的时间，b表示工作持续时间，将工作时间和休眠时间分割成数个时隙，每个时隙是固定，如图2所示。那么可以用二维数组(t,，b)来表示节点第j次苏醒的时间以及工作的时间。如果节点i在一个周期内苏醒的次数为n，则节点i的工作调度表为公式:
F = (Ct1, b) , (t2, b)......(tn, b) } (2) 每个节点都有一个LQI表，来保存自己的LQI值和通信范围内节点的LQI值。每次节点苏醒后利用公式⑴计算LQI(n+l)，保存在LQI表中，替换上一次计算的LQI (n+1)值。之后广播自己的LQI值给通信范围内的节点，并接收其他节点的LQI值，保存到自己的LQI表中。
[0016]为了降低延迟，应当增加节点的苏醒后的工作时隙次数。当节点i和j通信完成后，节点j进入休眠前。节点j将自己的LQI (n+1)的值广播给所有在通信范围内苏醒的节点。节点i收到节点j的LQI的值后，与自己LQI表对比，如果节点j的LQI值最大，节点i将自己的LQI表发送给节点j，节点j更新自己的LQI表，节点j下一次的苏醒的工作时间增加一个时隙，节点j进入休眠。如果节点j的LQI值不是最大的，则节点j按照原有工作表调度。
[0017]当节点k苏醒时，如果此时没有数据需要传输，节点k广播自己的LQI (n+1)值给通信范围内的节点，节点i接受到节点k的LQI (n+1)值后，检查自己的LQI表，如果表中所有的LQI值都低于期望，则通知节点k下一次苏醒的工作时间增加一个时隙，节点k侦听一个时隙后如果没有任何数据需要传输，节点k进入休眠。LDW节点休眠策略的工作流程如图3所示。
【主权项】
1.一种基于链路质量的低占空比无线传感器网络节点休眠方法，其特征在于，所述节点休眠方法包括: 利用节点前一次苏醒的LQI值和此刻的LQI值估测下一次苏醒时的LQI值: 设计公式:LQI (n+1)= (l+a)*LQI (n) _a*LQI (η_1) (0〈a〈l) (I); 其中η表示节点第η次苏醒，a用来调节估计值的灵敏度； 节点i的工作调度表为公式为: F = (Ct1, b) , (t2, b)......(tn, b) }(2)； F表示节点i工作调度表的一个周期，t表示节点i进入工作状态的时间，b表示工作持续时间，(tj，b)表示节点第j次苏醒的时间以及工作的时间。2.根据权利要求1所述的一种基于链路质量的低占空比无线传感器网络节点休眠方法，其特征在于，所述每个节点有一个LQI表，保存自己的LQI值和通信范围内节点的LQI值；每次节点苏醒后利用公式(I)计算LQI (n+1)，保存在LQI表中，替换上一次计算的LQI (n+1)值；之后广播自己的LQI值给通信范围内的节点，并接收其他节点的LQI值，保存至丨J自己的LQI表中ο
【专利摘要】一种基于链路质量的低占空比无线传感器网络节点休眠方法，涉及一种提高网络可靠性方法，所述节点休眠方法包括：利用节点前一次苏醒的LQI值和此刻的LQI值估测下一次苏醒时的LQI值：公式：LQI(n+1)=（1+a）*LQI（n）-a*LQI（n-1）（0<a<1）（1）；其中n表示节点第n次苏醒，a用来调节估计值的灵敏度；节点i的工作调度表为公式为：？F？=｛（t1,b）,(t2,b)……(tn,b)｝（2）；F？表示节点？i？工作调度表的一个周期,t表示节点i进入工作状态的时间，b表示工作持续时间,（tj，b）表示节点第j次苏醒的时间以及工作的时间。？该方法利用链路质量指示值和链路质量的相关性，选取通信质量好的节点，增加节点的工作时隙，提高整个网络的可靠性。
【IPC分类】H04W84/18, H04W52/02
【公开号】CN105101369
【申请号】CN201510448501
【发明人】王军, 章新宇, 李天一, 李玉喜
【申请人】沈阳化工大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年7月28日