专利名称：基于二次指数平滑预测的无线传感器网络节能传输方法
技术领域：
本发明涉及一种无线传感器网络节能技术领域，尤其涉及一种基于预测缓存机制的无线传感器网络节点休眠方法。
背景技术：
无线传感器网络通常采用IEEE 802. 15. 4标准，被广泛应用于环境观测、智能家居、医疗护理、交通监控等领域。在IEEE 802. 15. 4标准中，网络设备具有能量消耗少、低数据传输率、短通信距离、短数据包长度等特点。由于传感器网络中节点通常由电池供电，其能量非常有限，因此如何降低节点能量消耗，延长网络生存时间是国内外学者研究的热点。
无线传感器网络中的节点主要由传感器模块、处理器模块、无线通信模块及电源模块组成。然而，绝大多数能量消耗是由无线通信模块产生。无线通信模块可能处于发送、接收、空闲和休眠四种状态，这四种状态下的能耗差异很大，以休眠状态能耗最低。因此，采取合理的节点休眠策略，减少节点空闲侦听时间，可以能够有效地降低节点的能耗。CN101119254A公开了“基于跨层设计的无线传感器网络节能方法”。在该发明中，无线传感器网络中节点微控制器MCU和模数转换器ADC上设定了活跃/休眠状态，无线数据发送/接收模块WTRU上设定了发送、接收和休眠状态，并且根据原语设计的控制命令从监控中心发出，控制上述各个状态的转换，从而从无线传感器网络的应用层、网络层、链路层和物理层进行跨层节能优化。在不影响应用性能和功能的前提下，达到了降低节点整体能耗的效果。CN101557408A公开了“一种无线传感器网络主动式休眠调度方法”。在该发明中，节点首先将自身剩余存活时间长度标识嵌入到唤醒信号内，并以广播形式下发；邻居节点周期性醒来，接收所述唤醒信号，解析所述剩余时间长度标识，确定激活时刻，再次进入休眠状态；一旦激活时刻到达时，所述邻居节点激活。该发明可以使网络节点的激活时间最大限度的缩短，实现网络节点最大限度的节能。CN101951556A公开了 “基于网络编码的无线传感器网络数据分发方法”。该发明的基本思想是Sink节点将要发送的数据包先进行编码后再发送，所有其它节点收到足够的已编码数据包后再编码并按相应转发机制进行广播，当节点收到足够的编码包后解码出原始的数据包。该方法应用于实际应用中传感器节点失效或传输链路不稳定导致丢包发生的情况，采取网络编码与广播特性相结合，减少了数据包的重传次数，降低了无线传感器网络信息传输过程中的能量消耗。CN102438299A公开了 “一种无线传感器的节能方法及休眠决策系统”。该发明的方法是通过设计元胞自动机状态转换规则，根据网络拓扑情况不同，设置休眠门限值从而调节休眠强度，使得节点能够通过元胞自动机的状态转换规则，在休眠和工作状态间进行切换，当有过多邻居节点处于工作状态时，当前节点可以进入休眠状态，从而减少了能量消耗。然而，上述现有技术的休眠节能方法比较复杂，事件接收率较低。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供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，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I.在采样节点Atl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；
eventOccurlnterval :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
1.对这个事件进行编号，并将之记为NewID；
2.计算这个事件的发生时间间隔，并将之记为Newlnt，其中，第一个事件的发生时间间隔取为0 ;
3.将采样节点Aci所捕捉到的物理量记为NewData；
步骤3.将三兀组(NewID, Newlnt, 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Atl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，I比特“ps-flag”标志位和I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I ;否则，“lastPkt-flag”标志位置为 0 ;
步骤5.如果采样节点Atl收到来自中继节AA1的“ps-flag”标志位设为I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I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I.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Xp X2、Yp Y2，在中继节点A1收到来自采样节点Atl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eventOccurlnterval的值取出，并将之同时赋值给变量X1和Y1 ;对于该巾贞中之后的事件或者后续收到的来自采样节点Atl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
1.[A X1 ；
2.将与该事件对应的属性eventOccurlnterval的值取出，并赋值给变量X1；
3.按下述四式依次计算与赋值
权利要求
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I.在采样节点Atl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Newlnt，其中，第一个事件的发生时间间隔取为0 ; 将采样节点Aci所捕捉到的物理量记为NewData ； 步骤3.将三兀组(NewID, Newlnt, 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Atl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，I比特“ps-flag”标志位和I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I ;否则，“lastPkt-flag”标志位置为 0 ; 步骤5.如果采样节点Atl收到来自中继节AA1的“ps-flag”标志位设为I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I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I.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XpXyYpY2，在中继节点A1收到来自采样节点Atl的第一个巾贞时，中继节点该巾贞中与第一个事件对应的属性eventOccurlnterval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Atl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 Z2Uf1 ； 将与该事件对应的属性eventOccurlnterval的值取出，并赋值给变量X1 ； 按下述四式依次计算与赋值 X1 ^ OSr1+ (I-^)Z2(I)
2.如权利要求I所述的基于二次指数平滑预测的无线传感器网络节能传输方法，其特征在于所述采样节点操作步骤的步骤2中对事件的编号方法为第一个事件的编号为0，之后发生的事件编号为前一事件编号加1，当编号达到216时，编号取为O。
3.如权利要求I所述的基于二次指数平滑预测的无线传感器网络节能传输方法，其特征在于在所述缓存BUF的元素个数达到BufferSize后,将BUF中事件编号eventID最小的元素用新产生的三元组(NewID, Newlnt, NewData)进行替换。
全文摘要
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。
文档编号H04W84/18GK102781081SQ201210241818
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者朱益军, 朱艺华, 李燕君, 池凯凯 申请人:浙江工业大学