一种基于接收方发起和自适应竞争窗口的MAC协议方法

技术特征：
1.一种基于接收方发起和自适应竞争窗口的mac协议方法，其特征在于，接收方广播唤醒帧，发送方根据接收方的唤醒帧计算接收方下一次醒来的时间并提前醒来，以建立收发双方的快速唤醒匹配。2.根据权利要求1所述的一种基于接收方发起和自适应竞争窗口的mac协议方法，其特征在于，所述唤醒帧的字段包括节点的剩余能量状态e
r
、用于计算接收方唤醒时间的信息t
r_wakeup
，所述剩余能量状态e
r
是根据节点剩余能量水平e
level
设置的字段；当节点剩余能量水平e
level
≤第一预设百分比时，将唤醒帧中的e
r
字段设置为0；当节点剩余能量水平e
level
>第一预设百分比时，将唤醒帧中的e
r
字段设置为1；当发送节点接收到接收节点的唤醒帧后，先检查e
r
字段，若e
r
＝0时，发送节点立即进入睡眠状态；当e
r
＝1时，发送节点继续读取唤醒帧中的信息，计算接收节点的下一次唤醒时间并更新t
r_wakeup
字段，再开始传输数据。3.根据权利要求2所述的一种基于接收方发起和自适应竞争窗口的mac协议方法，其特征在于，所述第一预设百分比取10％。4.根据权利要求2所述的一种基于接收方发起和自适应竞争窗口的mac协议方法，其特征在于，当发送节点要发送数据包时，首先根据唤醒信息t
r_wakeup
和接收节点目前的时间t
r_cur
，得到接收节点下一次的唤醒时间t
r_nextwake
，如下式所示：t
r_nextwake
＝t
r_cur
t
r_wakeup
其中，唤醒信息t
r_wakeup
的计算如下式所示：t
r_wakeup
＝αt
p_init
t
offset
t
offset
＝t
s_wf-t
r_wf-t
wf
其中α是根据负载调整调度周期的一个变量，t
p_init
是初始调度周期，t
offset
为发送节点和接收节点间的时间偏差，t
s_wf
为发送节点接收到唤醒帧的时间，t
r_wf
为接收节点发送唤醒帧的时间，t
wf
为发送一个唤醒帧所需要的时间；发送节点计算下一次唤醒时间，修改唤醒调度，在接收节点下一次发送唤醒帧之前醒来侦听信道传输数据包。5.根据权利要求4所述的一种基于接收方发起和自适应竞争窗口的mac协议方法，其特征在于，在初始调度周期t
p_init
，每个节点随机从t
p_init
中选择一个时间点t
rand
醒来并广播唤醒帧，其中t
p_init
的长度是由网络中传感器节点的总节点数量决定的，以保证所有节点都发送完唤醒帧并建立唤醒调度表，节点i的随机唤醒时刻t
rand
计算如下所示：t
rand
(i)＝r(i)
×
t
wf
1≤i≤n其中i代表网络中某个节点的id值，n是网络中节点的总数量，r(i)表示网络中节点i随机选择的一个值；节点随机选择数的计算如下式所示：r(i)＝random(1,n c)1≤i≤n其中random(a,b)是随机选择一个数的函数，c是根据网络负载情况提前确定的一个常数。6.一种基于接收方发起和自适应竞争窗口的mac协议方法，其特征在于，发送节点根据网络中的因素自适应调整竞争窗口，并随机选择窗口中的时隙发送数据包；如果数据包发生冲突，增大该节点的竞争窗口大小，以避免下次冲突；如果没有发生冲突，具有更小竞争
窗口的发送节点更快地获得信道的使用权，调整过程结束。7.根据权利要求6所述的一种基于接收方发起和自适应竞争窗口的mac协议方法，其特征在于，所述因素包括数据包优先级、网络结构信息、数据包数量和节点能量状态。8.根据权利要求7所述的一种基于接收方发起和自适应竞争窗口的mac协议方法，其特征在于，区分网络中的数据为实时数据和周期数据，在发送方的数据包data中设置d
rt
字段，来表示该数据是否需要实时传输；当d
rt
＝1时，代表该数据包是实时数据，要尽可能快地传输到sink，其初始退避窗口值为cw1(cw
min
<cw1<cw
max
)，节点在[0,cw1]随机选择时间退避；当d
rt
＝0时，代表该数据包是周期数据，其初始退避窗口值为cw0(cw
min
<cw1<cw0<cw
max
)；当网络中节点刚开始进行数据传输时，根据周围竞争节点的数量ne
i
和节点到sink的距离d
i_sink
，得到竞争窗口的初步调整值：其中是初始退避窗口值，i表示节点的id值，ne
i
是节点i周围竞争窗口的数量，d
i_sink
是节点i到sink节点的距离，r是网络中节点的传输半径大小；当网络运行一段时间后，根据发送节点的传输队列中等待数据包的数量d
num
，计算数据包数量等级d
level
，如下式所示：其中，th1是发送节点的负载因子，th2是接收节点的负载因子；划分网络为近直接传输区域和多跳传输区域，对于直接传输区域的节点，当剩余能量水平e
level
<第二预设百分比时，自适应竞争窗口计算如下式所示：当剩余能量水平e
level
≥预设百分比时，自适应竞争窗口计算如下式所示：其中β是自适应竞争窗口中影响因素的调整因子；对于多跳传输区域的节点，自适应竞争窗口计算如下式所示：9.一种基于接收方发起和自适应竞争窗口的mac协议方法，其特征在于，所述第二预设百分比为20％。

技术总结
本发明提供了一种基于接收方发起和自适应竞争窗口的MAC协议方法，发送方和接收方根据接收方的唤醒帧来建立收发双方的快速唤醒匹配，多个发送方通过自适应退避机制竞争信道的使用权。本发明加入新的字段用于计算接收方的唤醒时间，发送方根据接收方的唤醒时间调整自己的唤醒调度，以匹配接收方的唤醒时间，减少了空闲侦听能耗，同时降低了数据传输时延；且采用了一种根据数据包优先级、网络结构信息、数据包数量和网络能量状态多个因素来动态调整竞争窗口的自适应退避机制，不仅可以提高远sink区域的能量利用，同时保证了工业监控应用中警报数据的实时传输。用中警报数据的实时传输。用中警报数据的实时传输。


技术研发人员：漆华妹 范琳琳 胡宇轩 周政
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2022.04.20
技术公布日：2022/8/15