一种基于传感器网络中能量残余自适应调整占空比的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种同步无线传感器网络的介质访问控制（mediumaccess control,MAC)方法，尤其涉及一种基于传感器网络中能量残余自适应调整占空比的方法。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络是由大量的彼此之间通过多跳无线链路和通信的传感器节点以 自组织和多跳的方式构成的无线网络，而无线传感器的供能往往是通过电池作为其能源 的，所以如何合理利用以及分配能耗显得至关重要。
[0003] 在无线传感器网络中，为了减少节点的能量消耗通常采用一种方法是让节点周期 性的工作（work)与睡眠（sleep)，在一个周期内节点处于工作状态的时间与周期时间的比 值称为占空比（dutycycle)。由于传感器节点处于工作状态时的能量消耗是处于睡眠状态 时的上100倍甚至上1000倍。因而为了节省能量，延长网络寿命，应该尽可能的让节点处 于睡眠状态，也就是尽可能减少占空比。但是节点处于睡眠会影响其功能，因为节点在睡眠 状态时不能对周围环境进行感知与监测，也不能进行数据传输。并且，占空比小时，会导致 节点在数据传送时的延迟增大，丢包率增大，从而影响网络性能。因而如何设计合适的占空 比是无线传感器网络中一个重要的研宄课题。
[0004] 已经有相当多的无线传感器网络占空比设计的方法。这些协议可以分为二大类： (1)整个网络采用相同的占空比。这种方法是大多数网络采用的方法，这种方法的难点是找 到合适的占空比，使得网络性能满足应用的需求。由于节点承担的数据量越多，则需要更多 的工作时间来处理数据传输，因而所需要占空比越大。因为在这种方法中整个网络只有一 种占空比，显然，这个占空比就是要满足承担数据量最大节点所需的占空比。这种方法的优 点是运用简单，具有广泛的普适性，但其不足是由于网络的占空比是采用的最大占空比，因 而对于承担数据量较小的节点，其占空比大于实际需求，导致能量消耗有浪费。（2)依据节 点的负载来分配相应的占空比。这类方法克服了第一种方法中当节点的负载较小时也分配 较大的占空比的不足，因而能够节省能量。但是，不好的地方是：由于每个节点都采用仅满 足应用最低需求的占空比，虽然能够节省能量，但是网络的性能不如第一类方法。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种基于传感器网络 中能量残余自适应调整占空比的方法，可使得网络性能得到提高，提高已有传感器网络调 度协议的性能，减少网络延迟与丢包率。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
[0007] 一种基于传感器网络中能量残余自适应调整占空比的方法，将无线传感器网络中 距离基站节点最近的一个传感器节点分为近端节点，其他传感器节点分为远端节点；设定 近端节点采用满足整个无线传感器网络数据传输要求的占空比工作，使远端节点工作的占 空比大于近端节点的占空比，且远端节点的能量消耗小于等于近端节点的能量消耗。
[0008] 上述的方法，优选的，距离基站节点x米处的远端节点的占空比tx按照下式计算 得到：
[0009]
【主权项】
1. 一种基于传感器网络中能量残余自适应调整占空比的方法，其特征在于：将无线传 感器网络中距离基站节点最近的一个传感器节点分为近端节点，其他传感器节点分为远端 节点；设定近端节点采用满足整个无线传感器网络数据传输要求的占空比工作，使远端节 点工作的占空比大于近端节点的占空比，且远端节点的能量消耗小于等于近端节点的能量 消耗。
2. 根据权利要求1所述的基于传感器网络中能量残余自适应调整占空比的方法，其特 征在于：距离基站节点X米处的远端节点的占空比τ χ按照下式计算得到：
式中，τ为近端节点采用的占空比，尺为近端节点接收的数据量，&为近端节点发送 的数据量，欠:为距离基站节点X米处的远端节点发送的数据量，X为距离基站节点X米处 的远端节点接收的数据量，t为一个周期的时间长度，h为数据包包头长度，1为数据包的 有效数据长度，b为数据包帧尾的长度，则一个数据包长Lp= h+1+b，υ为节点发送数据的 速率，Lm为ACK的信息包长度，ε ,与ε ,分别表示节点发送与接收数据的能量消耗率，ε s 为节点睡眠时的功耗，ε m为节点处于低功率监听状态下的能量消耗率，c为每个数据包平 均重传的次数，口为节点发送数据包的丢包率。
3. 根据权利要求1所述的基于传感器网络中能量残余自适应调整占空比的方法，其特 征在于：所述无线传感器网络中所有传感器节点部署于一个圆形区域，基站节点位于所述 圆形区域的中心，所有传感器节点的分布符合节点密度为P的齐次泊松分布。
【专利摘要】本发明公开了一种基于传感器网络中能量残余自适应调整占空比的方法，将无线传感器网络中距离基站节点最近的一个传感器节点分为近端节点，其他传感器节点分为远端节点；设定近端节点采用满足整个无线传感器网络数据传输要求的占空比工作，使远端节点工作的占空比大于近端节点的占空比，且远端节点的能量消耗小于等于近端节点的能量消耗。本发明可有效提高已有传感器网络的性能，减少数据路由在此节点上的延迟与丢包率，因而从整体上减少了网络延迟与丢包率，同时不会增大能量消耗最大节点的能量消耗，因而不会影响网络寿命。
【IPC分类】H04W72-04, H04W52-02
【公开号】CN104735756
【申请号】CN201510108945
【发明人】龙军, 刘安丰, 何岸, 张金焕
【申请人】中南大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月12日