專利名稱：一種基于梯度劃分的媒體訪問控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具體涉及一種媒體訪問控制(MediumAccess Control, MAC)方法，它適用于支持基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)跟蹤，能較好地協(xié)調(diào)傳感器 節(jié)點(diǎn)競爭無線信道，并有效地降低目標(biāo)重建誤差，對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化有較好的適應(yīng) 性。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是指由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過 無線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò) 覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)、 匯聚節(jié)點(diǎn)(每個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)中僅有一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn))和管理節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測所得的數(shù) 據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)竭_(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)，最后通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星達(dá)到管理節(jié)點(diǎn)，用戶通 過管理節(jié)點(diǎn)對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，并發(fā)布監(jiān)測任務(wù)和收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。能耗是 指傳感器節(jié)點(diǎn)在采集、處理和發(fā)送信息的過程中對(duì)自帶電池能量的消耗。
在無線通信技術(shù)中，時(shí)間被分成離散的間隔，即時(shí)槽。數(shù)據(jù)幀的傳輸總是從某一個(gè) 時(shí)槽的起點(diǎn)開始發(fā)送，一個(gè)時(shí)槽可能包含0個(gè)、1個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)幀，分別對(duì)應(yīng)于空閑的時(shí) 槽、一次成功的發(fā)送，或者一次發(fā)送沖突(多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)槽同一網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù) 據(jù)，產(chǎn)生沖突導(dǎo)致都不能成功發(fā)送)。多個(gè)連續(xù)的時(shí)槽組成一個(gè)競爭窗口，競爭窗口以
表示，CW表示將一個(gè)時(shí)間段劃分為時(shí)槽的個(gè)數(shù)。 目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的媒體訪問控制方法研究已經(jīng)很深入，針對(duì)不同的應(yīng)用，人 們提出了一些實(shí)用而有效的媒體訪問控制方法。但當(dāng)前的媒體訪問控制方法大多只關(guān)注能 耗、延遲等性能指標(biāo)，對(duì)目標(biāo)重建誤差考慮很少。重建誤差是指用戶根據(jù)管理節(jié)點(diǎn)收集到的 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)被跟蹤目標(biāo)的位置進(jìn)行計(jì)算所得到的位置相對(duì)于目標(biāo)實(shí)際 位置的誤差。重建誤差是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)跟蹤應(yīng)用中一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)。重建誤 差與重建精度是相對(duì)而言，重建誤差越小，重建精度越高，目標(biāo)跟蹤效果越好。
例如Sift MAC(Jamieson K等提出的基于事件驅(qū)動(dòng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)媒體訪問控 制方法，Sift MAC)是一種基于競爭的媒體訪問控制方法。SiftMAC同時(shí)考慮了無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性，并很好地解決了對(duì)競爭的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目變化的適應(yīng)性問題，提供了低 的延遲并減少了大量的能耗。Sift MAC非常適合事件驅(qū)動(dòng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，但是對(duì) 于目標(biāo)跟蹤應(yīng)用仍然存在著不足。Sift MAC雖然使用了非均勻概率分布給每個(gè)時(shí)槽分配了 概率，但是事件源區(qū)域(監(jiān)測到事件發(fā)生的傳感器節(jié)點(diǎn)分布的區(qū)域)內(nèi)的所有傳感器節(jié)點(diǎn) 在發(fā)送上都是公平的。這種方式會(huì)使一些離事件源(產(chǎn)生事件的目標(biāo))很遠(yuǎn)但是偵測到事 件的傳感器節(jié)點(diǎn)成功上報(bào)(傳感器節(jié)點(diǎn)上報(bào)即是傳感器節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn))，而 這種傳感器節(jié)點(diǎn)的上報(bào)會(huì)增加目標(biāo)重建誤差。所以Sift MAC雖然提供了低延遲、低能耗等 諸多優(yōu)點(diǎn)，但是仍不能完全滿足目標(biāo)跟蹤應(yīng)用的要求，解決的方法是有選擇地合理地調(diào)度 事件源區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行上報(bào)。
考慮到目標(biāo)跟蹤應(yīng)用的特殊需求，其媒體訪問控制方法必須在保證低延遲、低能 耗的同時(shí)還要保證一定的目標(biāo)重建精度。而當(dāng)前的媒體訪問控制方法尚不能很好地支持目 標(biāo)跟蹤應(yīng)用；另一方面，當(dāng)前的媒體訪問控制方法忽略了傳感器節(jié)點(diǎn)的空間相關(guān)性。空間相 關(guān)性是指為了保持一定的冗余性和可靠性，通常將大量傳感器節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，當(dāng) 一個(gè)事件發(fā)生，如目標(biāo)出現(xiàn)、目標(biāo)移動(dòng)或目標(biāo)離開等時(shí)，臨近的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)同時(shí)監(jiān)測 到該事件，這些傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)形成該事件監(jiān)測的空間相關(guān)性，因而會(huì)造成延遲的增加，還會(huì) 導(dǎo)致大量的發(fā)送沖突和能耗。該問題的解決會(huì)帶來媒體訪問控制方法性能的提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于梯度劃分的媒體訪問控制方法，該方法以控制目 標(biāo)位置重建誤差為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)有著較好的靈活性以及對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和拓?fù)?結(jié)構(gòu)的適應(yīng)能力，非常適用于目標(biāo)跟蹤應(yīng)用。
本發(fā)明提供的基于梯度劃分的媒體訪問控制方法，該方法包括下述步驟 (1)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行事件調(diào)度，事件包括信息采集事件和收到數(shù)據(jù)包事件，如果是
信息采集事件，則轉(zhuǎn)入步驟(2)，如果是收到數(shù)據(jù)包事件則轉(zhuǎn)入步驟(3); (2)傳感器節(jié)點(diǎn)依據(jù)所保存的梯度劃分準(zhǔn)則和采集的有效信號(hào)強(qiáng)度設(shè)置自身的原
始梯度值；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將競爭窗口劃分為三個(gè)競爭子窗口 ，每一個(gè)梯度對(duì)應(yīng)一個(gè)競爭
子窗口 ； 傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身所在的梯度找到其對(duì)應(yīng)的競爭子窗口 ，在自身所處的競爭子 窗口中計(jì)算和選擇發(fā)送時(shí)槽，然后轉(zhuǎn)入步驟(5); (3)接收數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點(diǎn)即接收節(jié)點(diǎn)首先從數(shù)據(jù)包中解析出相關(guān)信息，包括數(shù) 據(jù)包類型、接收信號(hào)強(qiáng)度信息，根據(jù)數(shù)據(jù)包類型判斷，如果是事件終止包，則退出本次信息 收集事件，進(jìn)入空閑狀態(tài)；否則，接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)包，首先計(jì)算其與發(fā)送節(jié)點(diǎn)的 距離，并與發(fā)送節(jié)點(diǎn)的相關(guān)半徑比較，如果接收節(jié)點(diǎn)與發(fā)送節(jié)點(diǎn)的距離小于或等于發(fā)送節(jié) 點(diǎn)的相關(guān)半徑，則轉(zhuǎn)入步驟(3. l)，如果接收節(jié)點(diǎn)與發(fā)送節(jié)點(diǎn)的距離大于發(fā)送節(jié)點(diǎn)的相關(guān) 半徑，則接收節(jié)點(diǎn)從接收到的數(shù)據(jù)包中解析出發(fā)送節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，包括發(fā)送節(jié)點(diǎn)的原始 梯度值gl和發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)的當(dāng)前梯度值g2，如果當(dāng)前梯度值g2等于l，那么就轉(zhuǎn)入步驟 (3.2);否則，轉(zhuǎn)入步驟(3.3); (3. 1)接收節(jié)點(diǎn)將自身當(dāng)前梯度值加l，放棄繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)束對(duì)數(shù)據(jù)包的處 理，轉(zhuǎn)入步驟(4); (3. 2)傳感器節(jié)點(diǎn)按照下述過程進(jìn)行自適應(yīng)的梯度劃分 (3. 2. 1)傳感器節(jié)點(diǎn)通過對(duì)接收的數(shù)據(jù)包中的附加信息的分析來估算出梯度1內(nèi) 當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目，然后調(diào)整自身的當(dāng)前梯度值；附加信息是指發(fā)送該數(shù)據(jù)包的傳感器 節(jié)點(diǎn)的原始梯度值、當(dāng)前梯度值和選擇的時(shí)槽slotC0imt_ ; 如果時(shí)槽slotCount_的值小于或等于5，進(jìn)入步驟(3. 2. 2)，如果slotCount_的 值大于5而小于或等于10，進(jìn)入步驟(3. 2. 3)，如果slotCount—的值大于10，進(jìn)入步驟 (3. 2. 4); (3. 2. 2)時(shí)槽slotCount—的值小于或等于5表明當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)選擇了低時(shí)槽區(qū) 域，則意味著當(dāng)前梯度1內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目很多，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入梯度收縮過程，將梯度1的范圍直接收縮8% 12%，梯度2和梯度3的范圍采用虛擬收縮方式收縮8% 12 % ;虛擬收縮方式是指其范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目會(huì)發(fā)生變化，但真實(shí)劃分范圍不發(fā)生 變化的收縮方式，虛擬收縮之后，原始梯度值gl為2和3的傳感器節(jié)點(diǎn)重新計(jì)算當(dāng)前梯度 值g2，如果g2小于或等于gl，則將當(dāng)前梯度值設(shè)為l，否則，將當(dāng)前梯度值設(shè)為原始梯度值 gl ; 然后，原始梯度值gl為1的傳感器節(jié)點(diǎn)計(jì)算自身當(dāng)前梯度值g2，即判斷自身目前 所處的梯度為梯度1或是梯度2，并依此設(shè)置自身當(dāng)前梯度值；傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置自身當(dāng)前梯 度值之后退出梯度收縮過程；然后重新計(jì)算并選擇發(fā)送時(shí)槽，轉(zhuǎn)入步驟(3.2.5);
(3. 2. 3)SlotC0unt_的值大于5而小于或等于10表明發(fā)送節(jié)點(diǎn)選擇了中時(shí)槽區(qū) 域，梯度1的劃分范圍是合理的，傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置標(biāo)志位flag的值為TRUE,然后重新計(jì)算并 選擇發(fā)送時(shí)槽，若傳感器節(jié)點(diǎn)選擇到低時(shí)槽區(qū)域，則轉(zhuǎn)入步驟(3. 2. 5)，否則，如果傳感器節(jié) 點(diǎn)選擇到中、高時(shí)槽區(qū)域，且flag值為TRUE,將其所選時(shí)槽數(shù)減5，讓其在低時(shí)槽區(qū)域發(fā)送， 減少空等待時(shí)間；同時(shí)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，告知其他傳感器節(jié)點(diǎn)當(dāng)前選擇的真實(shí)時(shí)槽，而非更改 過的時(shí)槽，然后轉(zhuǎn)入步驟(3. 2. 5); (3. 2. 4)SlotC0unt_的值大于10表明傳感器節(jié)點(diǎn)選擇了高時(shí)槽區(qū)域發(fā)送，則無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)將梯度l的范圍擴(kuò)張3% 7%，然后傳感器節(jié)點(diǎn)重新計(jì)算其當(dāng)前梯度值g2，并 設(shè)置為當(dāng)前梯度值；當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的原始梯度值是2時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將梯度2的范圍采用 虛擬擴(kuò)張方式擴(kuò)張3 % 7 % ，虛擬擴(kuò)張方式是指其范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目會(huì)發(fā)生變化， 但真實(shí)劃分范圍不發(fā)生變化的擴(kuò)張方式；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)虛擬擴(kuò)張之后原來處在梯度2內(nèi) 的傳感器節(jié)點(diǎn)重新計(jì)算當(dāng)前梯度值g2，如果當(dāng)前梯度值g2等于2，則將當(dāng)前梯度值設(shè)為1 ; 否則當(dāng)前梯度值設(shè)置為原始梯度值gl ;當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的原始梯度值gl是3時(shí)，不做任何操 作；然后轉(zhuǎn)入步驟(3. 2. 5); (3.2.5)傳感器節(jié)點(diǎn)重新設(shè)定時(shí)槽定時(shí)器，等待時(shí)槽定時(shí)器超時(shí)，然后轉(zhuǎn)入步驟 (4); (3. 3)當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)不在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的相關(guān)區(qū)域內(nèi)，且發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)使用的當(dāng)前 梯度值g2大于l，則傳感器節(jié)點(diǎn)將自身當(dāng)前梯度值減少l，跳躍到對(duì)應(yīng)的梯度中去，結(jié)束數(shù) 據(jù)包的處理，轉(zhuǎn)入步驟(4); (4)傳感器節(jié)點(diǎn)判斷是否有數(shù)據(jù)發(fā)送；如果有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，則重新計(jì)算并選擇
發(fā)送時(shí)槽，然后轉(zhuǎn)入步驟(5);否則，傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入空閑狀態(tài)； (5)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)定時(shí)槽定時(shí)器，競爭無線信道，轉(zhuǎn)入步驟(6); (6)傳感器節(jié)點(diǎn)判斷競爭是否成功，如果成功，則轉(zhuǎn)入步驟(7)，否則重新計(jì)算并
選擇發(fā)送時(shí)槽，再轉(zhuǎn)入步驟(5); (7)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送成功；如果發(fā)送成功，則退出本次信 息收集事件，進(jìn)入空閑狀態(tài)；否則，傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)失敗，需要重傳時(shí)，判斷連續(xù)重傳次 數(shù)是否小于預(yù)先設(shè)定的閾值，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟(8);如果不是，將自身當(dāng)前梯度值增加 l，退出當(dāng)前競爭區(qū)域，進(jìn)入空閑狀態(tài)； (8)發(fā)送數(shù)據(jù)失敗，并且連續(xù)重傳次數(shù)小于預(yù)先設(shè)定的閾值，則傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)重新 計(jì)算并選擇發(fā)送時(shí)槽，然后轉(zhuǎn)入步驟(5)。 本發(fā)明是一種能夠在事件源區(qū)域合理選擇上報(bào)節(jié)點(diǎn)的媒體訪問控制方法(稱為GB-Sift MAC)，是對(duì)Sift MAC的一種改進(jìn)，在Sift MAC中添加了傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度信 息的采集，并改進(jìn)了無線信道競爭機(jī)制。本發(fā)明根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)采集有效信號(hào)強(qiáng)度將事件 源區(qū)域劃分為三個(gè)不相交的環(huán)形區(qū)域，每個(gè)區(qū)域稱為一個(gè)梯度。梯度的劃分即對(duì)傳感器節(jié) 點(diǎn)采集信號(hào)強(qiáng)度的劃分，不同的梯度代表著不同的信號(hào)采集強(qiáng)度區(qū)域，梯度1內(nèi)采集信號(hào) 強(qiáng)度值大，梯度2內(nèi)采集信號(hào)強(qiáng)度值居中，梯度3內(nèi)采集信號(hào)強(qiáng)度值小(如圖3所示)。具 體而言，本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在 1.梯度的劃分將事件源區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)分配到不同的時(shí)槽中去發(fā)送數(shù)據(jù)，減 輕了無線信道的競爭壓力，有效地減少了沖突。 2.在梯度1內(nèi)合理地選擇M個(gè)(M < = n， n為梯度1內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)總數(shù))傳感 器節(jié)點(diǎn)上報(bào)，并抑制其余n-M個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的上報(bào)。選中的這M個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)是梯度1中 采集信號(hào)強(qiáng)度值大且不在彼此相關(guān)區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)，并攜帶了足夠的有關(guān)本次事件的 信息，包括目標(biāo)移動(dòng)的速度、方向等，因而有效地減少了重建誤差，同時(shí)降低了能耗。
3.本發(fā)明能較好地處理事件源區(qū)域內(nèi)事件的收集和上報(bào)工作，并能較好地與其他 媒體訪問控制方法結(jié)合，發(fā)揮各自優(yōu)勢，提高整體性能。因而適合于目標(biāo)跟蹤應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明方法的工作流程圖。 圖2是數(shù)據(jù)包的接收處理流程圖。 圖3是傳感器節(jié)點(diǎn)梯度劃分示意圖。 圖4是相關(guān)半徑和相關(guān)區(qū)域示意圖。 圖5是自適應(yīng)梯度劃分算法的流程圖。 圖6是梯度慢擴(kuò)張過程流程圖。 圖7是梯度快收縮過程流程圖。
具體實(shí)施例方式
本節(jié)所用到的術(shù)語和公式解釋如下 相關(guān)半徑和相關(guān)區(qū)域相關(guān)半徑由匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前傳感器網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)信息計(jì)算 得出，并發(fā)送給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)。相關(guān)半徑計(jì)算方法為首先匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù) 梯度1范圍的大小和網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的分布密度等信息來計(jì)算出梯度1內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn) 數(shù)n。在這n個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中選擇M(應(yīng)用中要求上報(bào)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)，M〈二n)個(gè)傳感器 節(jié)點(diǎn)作為上報(bào)節(jié)點(diǎn)(無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù)給匯聚節(jié)點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn))，利用這M個(gè)傳 感器節(jié)點(diǎn)采集到的信號(hào)強(qiáng)度信息和應(yīng)用對(duì)重建誤差的要求，計(jì)算出節(jié)點(diǎn)間距r，此時(shí)的r即 為相關(guān)半徑。此計(jì)算過程主要用到下文所示的公式1、公式2和公式3。
公式1給出的是重建誤差DJM)隨上報(bào)節(jié)點(diǎn)數(shù)目M變化的函數(shù) <formula>formula see original document page 7</formula> <formula>formula see original document page 7</formula> 公式2用于計(jì)算相關(guān)系數(shù)
<formula>formula see original document page 8</formula>公式2
公式3用于計(jì)算相關(guān)半徑
<formula>formula see original document page 8</formula>,公式3 公式3在公式1的基礎(chǔ)上，通過固定上報(bào)節(jié)點(diǎn)數(shù)M，并假設(shè)所有傳感器節(jié)點(diǎn)間距離 (以r表示)都相等而推導(dǎo)出來的，是重建誤差隨傳感器節(jié)點(diǎn)間距離r變化的函數(shù)。由于應(yīng) 用對(duì)重建誤差有一定的要求，將之設(shè)置為DMax，將DMax代入公式3，然后計(jì)算出r的值，該r被 稱作為相關(guān)半徑，傳感器節(jié)點(diǎn)i周圍半徑為r的區(qū)域被稱為傳感器節(jié)點(diǎn)i的相關(guān)區(qū)域(如 圖4所示)。 上述三個(gè)公式中的參數(shù)解釋如下 公式l中干擾噪聲使用了高斯白噪聲模型，節(jié)點(diǎn)采集信號(hào)強(qiáng)度Si采用的是聯(lián)合高 斯隨機(jī)分布模型。DE(M)表示重建誤差，M為上文提到的被選擇的上報(bào)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。 報(bào)節(jié)點(diǎn)采集信號(hào)強(qiáng)度的方差，o/為高斯白噪聲模型的方差，此二者皆為統(tǒng)計(jì)值，可以由匯 聚節(jié)點(diǎn)通過對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的上報(bào)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)而得出。i和j均為整數(shù)，用于公式中求和計(jì)數(shù) 區(qū)分為不同的傳感器節(jié)點(diǎn)，取值范圍為從1到M。 P (i， j)是傳感器節(jié)點(diǎn)i(無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)中的某一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn))采集的信號(hào)強(qiáng)度Si和傳感器節(jié)點(diǎn)j (無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的不同 于傳感器節(jié)點(diǎn)i的另一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn))采集的信號(hào)強(qiáng)度Si 二者之間的相關(guān)系數(shù)，它由公式 2計(jì)算得來。P (s， i)表示傳感器節(jié)點(diǎn)i采集的信號(hào)強(qiáng)度Si和事件源處信號(hào)強(qiáng)度s的相關(guān) 公式2中的E[]表示求中括號(hào)[]中的數(shù)的數(shù)學(xué)期望，e為數(shù)學(xué)中的歐拉常數(shù)。公式 3中e工控制兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)(傳感器節(jié)點(diǎn)i和傳感器節(jié)點(diǎn)j)間距離r和相關(guān)系數(shù)P (i， j)之間的關(guān)系，參考取值10， 50， 100， 500， 1000， 5000， 10000。 e 2的取值范圍為(0，2]，可 以隨機(jī)取該范圍內(nèi)的任意值。 公式4表示傳感器節(jié)點(diǎn)選擇在第Y個(gè)時(shí)槽上發(fā)送數(shù)據(jù)的概率
C『 a=(1r"): "i公式4

其中Py為傳感器節(jié)點(diǎn)選擇在第Y個(gè)時(shí)槽上發(fā)送數(shù)據(jù)的概率。 CW為上文提及的競爭窗口 [O，CW]中的值；
a為分布參數(shù)(0< a < 1)， a的選擇與CW和該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn) 總數(shù)N的值有關(guān)(注無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的總節(jié)點(diǎn)數(shù)N根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況而變化，如傳 感器節(jié)點(diǎn)加入或退出該網(wǎng)絡(luò)，則該N值相應(yīng)增大或減小)。Sift MAC希望能夠盡量提高在 競爭窗口中的每個(gè)時(shí)槽內(nèi)有且僅有一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)成功發(fā)送數(shù)據(jù)的概率，并很好地適應(yīng)參
與競爭的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目的變化。Jamieson K等人指出了當(dāng)a = y—^b時(shí)滿足這一特性。
同時(shí)Sift MAC還是一個(gè)非堅(jiān)持的MAC方法，即在任何一次成功傳輸或沖突結(jié)束后，所有參 與競爭的傳感器節(jié)點(diǎn)都會(huì)放棄自己先前選擇的時(shí)槽，并重新開始新一輪的時(shí)槽選擇。
Y為傳感器節(jié)點(diǎn)在競爭窗口內(nèi)選擇的發(fā)送時(shí)槽(準(zhǔn)備在該時(shí)槽發(fā)送數(shù)據(jù))，Y = 1，2，3. . . CW。
時(shí)槽定時(shí)器在某一時(shí)槽Y (傳感器節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)選擇的發(fā)送時(shí)槽)，傳感 器節(jié)點(diǎn)用于競爭無線信道時(shí)所設(shè)定的一段等待時(shí)間T(時(shí)槽定時(shí)器的值T，根據(jù)節(jié)點(diǎn)選擇的 發(fā)送時(shí)槽Y和單個(gè)時(shí)槽的時(shí)間t計(jì)算得來，為Y乘以t的積)。當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)開始計(jì)時(shí)并 且等待的時(shí)間段大于設(shè)定值T，稱為定時(shí)器超時(shí)。 本發(fā)明中的無線信道競爭機(jī)制無線信道有兩種狀態(tài)空閑狀態(tài)和被占用的忙狀 態(tài)。傳感器節(jié)點(diǎn)i準(zhǔn)備在某一無線信道發(fā)送數(shù)據(jù)，但不確定該無線信道是否有其它傳感器 節(jié)點(diǎn)即將發(fā)送數(shù)據(jù)，為了避免沖突，在信道空閑時(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)i設(shè)定一個(gè)等待時(shí)間T并開 始計(jì)時(shí)。有以下兩種情況(l)如果在時(shí)槽定時(shí)器超時(shí)之前，該無線信道改變狀態(tài)，從空閑 狀態(tài)轉(zhuǎn)為忙狀態(tài)，則必須取消時(shí)槽定時(shí)器，待信道空閑時(shí)重新計(jì)算并選擇發(fā)送時(shí)槽，設(shè)置時(shí) 槽定時(shí)器，并開始計(jì)時(shí)，重新競爭無線信道。(2)如果該無線信道處于空閑狀態(tài)并且直到超 過等待時(shí)間T仍然空閑，則假定該無線信道在將來一段時(shí)間內(nèi)也不會(huì)被其它傳感器節(jié)點(diǎn)占 用，于是傳感器節(jié)點(diǎn)i便可以在此無線信道發(fā)送數(shù)據(jù)，即為傳感器節(jié)點(diǎn)i競爭無線信道成 功。 下面結(jié)合附圖一步說明本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)過程。 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)初始化完成和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成之后，傳感器節(jié)點(diǎn)采集到被跟綜目 標(biāo)的相關(guān)信息(包括出現(xiàn)、移動(dòng)和離開)，并按照本發(fā)明方法進(jìn)行處理，其具體步驟包括
(1)傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)事件進(jìn)行調(diào)度。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤應(yīng)用中有兩種事件，一 種是信息采集事件，即傳感器節(jié)點(diǎn)成功采集到信號(hào)強(qiáng)度、目標(biāo)移動(dòng)方向、目標(biāo)離開監(jiān)測區(qū)域 等信息。另一種是收到數(shù)據(jù)包事件，即是傳感器節(jié)點(diǎn)收到來自其它傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包。根 據(jù)事件類型判斷所發(fā)生事件為信息采集事件還是收到數(shù)據(jù)包事件。如果是信息采集事件， 則轉(zhuǎn)入步驟(2);如果是收到數(shù)據(jù)包事件則轉(zhuǎn)入步驟(3)。 (2)傳感器節(jié)點(diǎn)分析采集的數(shù)據(jù)，依據(jù)采集信號(hào)強(qiáng)度值計(jì)算原始梯度值，并計(jì)算和 選擇發(fā)送時(shí)槽。 每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都會(huì)保存一份梯度劃分準(zhǔn)則，該梯度劃分準(zhǔn)則為無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)依據(jù)信號(hào)強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)值簡單地將信號(hào)強(qiáng)度的可能取值范圍均等地劃分為三份，每一份對(duì) 應(yīng)一個(gè)梯度，分別為梯度1、梯度2和梯度3。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)初始階段，傳感器節(jié)點(diǎn)計(jì)算 原始梯度值的方式為分析自身采集的數(shù)據(jù)，判斷其包含的有效信號(hào)強(qiáng)度屬于梯度1、梯度 2還是梯度3，將自身原始梯度值設(shè)置為對(duì)應(yīng)的1 ， 2或者3，這樣事件源區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn) 根據(jù)計(jì)算出的原始梯度值被劃分到三個(gè)不同的梯度區(qū)域中去(如圖3所示)。初始梯度的 劃分對(duì)協(xié)議影響不大，因?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)在運(yùn)行時(shí)會(huì)采用后文介紹的自適應(yīng)梯度劃分算法來 不斷地調(diào)整梯度的劃分，使梯度的劃分能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化。
本發(fā)明中，競爭窗口為
(競爭窗口一般表示為[O，CW]，其中CW為一個(gè)整數(shù) 隨機(jī)數(shù)，本發(fā)明中固定CW為32)，并將競爭窗口劃分為
。每一 個(gè)小段就是一個(gè)競爭子窗口，梯度l內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)在
的競爭子窗口中競爭無線信道。 傳感器節(jié)點(diǎn)競爭無線信道時(shí)會(huì)根據(jù)自身所在的梯度找到其對(duì)應(yīng)的競爭子窗口，然 后使用公式4計(jì)算傳感器節(jié)點(diǎn)在第Y個(gè)時(shí)槽發(fā)送數(shù)據(jù)的概率Py，使用非均勻概率分布的 方式在自己所處的競爭子窗口中選擇發(fā)送時(shí)槽。
然后轉(zhuǎn)入步驟(5)。
(3)數(shù)據(jù)包的接收和處理(如圖2所示)。 首先從數(shù)據(jù)包中解析出相關(guān)信息，主要包括數(shù)據(jù)包類型、接收信號(hào)強(qiáng)度等信息。根 據(jù)數(shù)據(jù)包類型判斷，如果是事件終止包，則退出本次信息收集事件，進(jìn)入空閑狀態(tài)。否則，根 據(jù)接收到的數(shù)據(jù)包，接收數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點(diǎn)(簡稱接收節(jié)點(diǎn))首先計(jì)算其與發(fā)送節(jié)點(diǎn)的距 離，并與發(fā)送節(jié)點(diǎn)的相關(guān)半徑比較，如果接收節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自身在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的相關(guān)區(qū)域內(nèi)(如 圖4所示，即接收節(jié)點(diǎn)與發(fā)送節(jié)點(diǎn)的距離小于或等于發(fā)送節(jié)點(diǎn)的相關(guān)半徑)，則轉(zhuǎn)入步驟 (3. 1)。如果接收節(jié)點(diǎn)與發(fā)送節(jié)點(diǎn)的距離大于發(fā)送節(jié)點(diǎn)的相關(guān)半徑，即接收節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送節(jié) 點(diǎn)的相關(guān)區(qū)域之外，則接收節(jié)點(diǎn)從接收到的數(shù)據(jù)包中解析出發(fā)送節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，包括發(fā) 送節(jié)點(diǎn)的原始梯度值(用gl表示)和發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)的當(dāng)前梯度值(用g2表示，由于存在 梯度跳躍過程，二者的值可能不同)等。如果發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)的當(dāng)前梯度值g2等于l，那么 就轉(zhuǎn)入步驟(3. 2);否則，轉(zhuǎn)入步驟(3. 3)。
(3. 1)傳感器節(jié)點(diǎn)運(yùn)行空間相關(guān)性的控制策略。 傳感器節(jié)點(diǎn)空間相關(guān)性控制策略具體實(shí)現(xiàn)如下接收節(jié)點(diǎn)若判斷自身處于發(fā)送節(jié) 點(diǎn)的相關(guān)區(qū)域內(nèi)，則將自身當(dāng)前梯度值加l，放棄繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，并退出當(dāng)前競爭，結(jié)束對(duì)數(shù) 據(jù)包的處理。轉(zhuǎn)入步驟(4)。
(3. 2)傳感器節(jié)點(diǎn)運(yùn)行自適應(yīng)梯度劃分算法。
如圖5所示，自適應(yīng)梯度劃分算法包括下述過程 (3. 2. 1)傳感器節(jié)點(diǎn)通過對(duì)接收的數(shù)據(jù)包中的附加信息的分析來估算出梯度1內(nèi) 當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目，然后調(diào)整自身的當(dāng)前梯度值；附加信息是指發(fā)送該數(shù)據(jù)包的傳感器 節(jié)點(diǎn)的原始梯度值、當(dāng)前梯度值和選擇的時(shí)槽slotC0imt_ ; 在本發(fā)明中，將梯度1對(duì)應(yīng)的競爭窗口
、 (5，10]、 (10，15]。由 于在梯度1對(duì)應(yīng)的競爭窗口中使用了公式4給出的概率分布來計(jì)算和選擇時(shí)槽，因此依據(jù) 此概率分布的特點(diǎn)，本發(fā)明給出對(duì)梯度1內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目的估算方法及對(duì)應(yīng)的梯度調(diào)整 策略(如圖5所示) (3. 2. 2)如果slotCo皿t—的值小于或等于5，即當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)選擇了低時(shí)槽區(qū)域 (低概率區(qū)域)，那么意味著當(dāng)前梯度1內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目很多，因此可以收縮梯度1的 范圍，進(jìn)而提高目標(biāo)重建的精度。在收縮梯度時(shí)，采用了梯度收縮過程(如圖7所示)，即將 梯度1的范圍直接收縮8% 12% (建議取值為10%，因?yàn)槿≈堤』蛱缶鶗?huì)影響收縮 效果)，而梯度2和梯度3的范圍虛擬收縮8% 12% (建議取值為10% )。這樣是為了盡 量減小目標(biāo)重建誤差。 只有當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)在梯度1范圍內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)成功時(shí)，其他收到數(shù)據(jù)包的傳感器節(jié) 點(diǎn)才會(huì)運(yùn)行自適應(yīng)的梯度劃分算法(如圖5所示)。當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的原始梯度值gl是2或3 時(shí)，使用虛擬收縮方式，即其范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目會(huì)發(fā)生變化，但真實(shí)劃分范圍不會(huì)發(fā) 生變化，這是因?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)基本上都是在梯度1內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)的，因此梯度2和3的范圍大 小對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)送沒有太大的影響。虛擬收縮之后，重新計(jì)算當(dāng)前梯度值g2，如果g2小于或等 于gl，則將當(dāng)前梯度值設(shè)為l，否則，將當(dāng)前梯度值設(shè)為原始梯度值gl。
而后在梯度收縮之前處于梯度1范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)計(jì)算自身當(dāng)前梯度值，即判斷自身目前所處的梯度為梯度1或是梯度2，并依此設(shè)置自身當(dāng)前梯度值。所有傳感器節(jié) 點(diǎn)設(shè)置自身當(dāng)前梯度值之后退出梯度收縮過程。然后重新計(jì)算并選擇發(fā)送時(shí)槽，轉(zhuǎn)入步驟 (3. 2. 5)。 (3. 2. 3)如果slotCount—的值大于5而小于或等于10，即發(fā)送節(jié)點(diǎn)選擇了中時(shí)槽 區(qū)域，可以認(rèn)為傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目適中，梯度l的劃分范圍是合理的，因此不需要變更。但是 為了減少自身的發(fā)送延遲，設(shè)置標(biāo)志位flag的值為TRUE，然后重新計(jì)算并選擇發(fā)送時(shí)槽。 若傳感器節(jié)點(diǎn)選擇到低時(shí)槽區(qū)域，則轉(zhuǎn)入步驟(3.2.5)。否則，如果傳感器節(jié)點(diǎn)選擇到中、 高時(shí)槽區(qū)域，且flag值為TRUE,可以將其所選時(shí)槽數(shù)減5，讓其在低時(shí)槽區(qū)域發(fā)送，減少空 等待時(shí)間。同時(shí)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，告知其他傳感器節(jié)點(diǎn)當(dāng)前選擇的真實(shí)時(shí)槽，而非更改過的時(shí) 槽。這樣在不影響梯度劃分的條件下，盡快將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。最后，轉(zhuǎn)入步驟(3.2.5)。
(3. 2. 4)如果slotCount—的值大于10，即傳感器節(jié)點(diǎn)選擇了高時(shí)槽區(qū)域發(fā)送，表 明當(dāng)前梯度1內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目過少，應(yīng)該擴(kuò)張?zhí)荻?的范圍。在擴(kuò)張中使用慢擴(kuò)張過 程，以防止擴(kuò)張過度，影響目標(biāo)重建精度。 慢擴(kuò)張過程為(如圖6所示)將梯度1的范圍擴(kuò)張3% 7% (建議取值為5%)， 然后重新計(jì)算傳感器節(jié)點(diǎn)當(dāng)前梯度值g2，并設(shè)置為當(dāng)前梯度值。同樣，只有當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn) 在梯度1范圍內(nèi)發(fā)送成功時(shí)，其他收到數(shù)據(jù)包的傳感器節(jié)點(diǎn)才會(huì)運(yùn)行自適應(yīng)的梯度劃分算 法。當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的原始梯度是2時(shí)，使用虛擬擴(kuò)張過程，然后傳感器節(jié)點(diǎn)重新計(jì)算當(dāng)前梯度 值g2，如果g2等于2，則將當(dāng)前梯度值設(shè)為l ;否則當(dāng)前梯度值設(shè)置為原始梯度值gl。當(dāng)發(fā) 送節(jié)點(diǎn)的原始梯度值是3時(shí)，不做任何操作。
最后，退出梯度擴(kuò)張過程，轉(zhuǎn)入步驟(3. 2. 5)。 (3.2.5)重新設(shè)定時(shí)槽定時(shí)器，等待時(shí)槽定時(shí)器超時(shí)，退出自適應(yīng)梯度算法，然后 轉(zhuǎn)入步驟(4)。 (3. 3)傳感器節(jié)點(diǎn)運(yùn)行第一梯度跳躍過程。 當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)不在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的相關(guān)區(qū)域內(nèi)，且發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)使用的當(dāng)前梯度值 g2(不是原始梯度值)大于l，則傳感器節(jié)點(diǎn)將運(yùn)行第一梯度跳躍過程。采用第一梯度跳躍 過程是為了減少由于梯度的劃分而造成的空時(shí)槽等待的時(shí)間以及減輕無線信道競爭壓力。
第一梯度跳躍過程為如果傳感器節(jié)點(diǎn)從收到的數(shù)據(jù)包中解析出來的發(fā)送節(jié)點(diǎn)當(dāng) 前梯度值大于1 (如圖2所示)，則傳感器節(jié)點(diǎn)就會(huì)認(rèn)為前面有一個(gè)梯度內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)已 經(jīng)發(fā)送完成，此時(shí)，它就將自身當(dāng)前梯度值減少l，跳躍到較小的梯度中去，結(jié)束數(shù)據(jù)包的處 理，然后轉(zhuǎn)入步驟(4)。
(4)判斷是否有數(shù)據(jù)發(fā)送。如果有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，則重新計(jì)算并選擇發(fā)送時(shí)槽，然
后轉(zhuǎn)入步驟(5);否則，如果沒有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入空閑狀態(tài)。
(5)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)定時(shí)槽定時(shí)器，競爭無線信道，然后轉(zhuǎn)入步驟(6); (6)判斷競爭是否成功，如果成功，則轉(zhuǎn)入步驟(7)，否則重新計(jì)算并選擇發(fā)送時(shí)
槽，再轉(zhuǎn)入步驟(5); (7)發(fā)送數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送成功。如果發(fā)送成功，則退出本次信息收集事件， 進(jìn)入空閑狀態(tài)。否則，傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)失敗，需要重傳時(shí)，判斷連續(xù)重傳次數(shù)是否小于 預(yù)先設(shè)定的閾值(通常取值為3)，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟(8);如果不是，即連續(xù)重傳次數(shù)大于 等于預(yù)先設(shè)定的閾值，則運(yùn)行第二梯度跳躍過程。
第二梯度跳躍過程為傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送失敗(如圖1所示)，需要重傳(將 數(shù)據(jù)重新發(fā)送)時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)通過重傳次數(shù)來預(yù)測無線信道競爭激烈程度，以決定是 否退出該梯度，減少無線信道的壓力。如果傳感器節(jié)點(diǎn)重傳失敗次數(shù)大于等于預(yù)先設(shè)定的 閾值，就會(huì)將自身當(dāng)前梯度值增加1 ，退出當(dāng)前競爭區(qū)域，進(jìn)入空閑狀態(tài)。 (8)發(fā)送數(shù)據(jù)失敗，并且連續(xù)重傳次數(shù)小于預(yù)先設(shè)定的閾值，則傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)重新 計(jì)算并選擇發(fā)送時(shí)槽，然后轉(zhuǎn)入步驟(5)。 本發(fā)明不僅局限于上述具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)實(shí)施方式和附圖 公開的內(nèi)容，可以采用其它多種具體實(shí)施方式
實(shí)施本發(fā)明，因此，凡是采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)思 路，做一些簡單的變化或更改的設(shè)計(jì)，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種基于梯度劃分的媒體訪問控制方法，其特征在于，該方法包括下述步驟(1)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行事件調(diào)度，事件包括信息采集事件和收到數(shù)據(jù)包事件，如果是信息采集事件，則轉(zhuǎn)入步驟(2)，如果是收到數(shù)據(jù)包事件則轉(zhuǎn)入步驟(3)；(2)傳感器節(jié)點(diǎn)依據(jù)所保存的梯度劃分準(zhǔn)則和采集的有效信號(hào)強(qiáng)度設(shè)置自身的原始梯度值；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將競爭窗口劃分為三個(gè)競爭子窗口，每一個(gè)梯度對(duì)應(yīng)一個(gè)競爭子窗口；傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身所在的梯度找到其對(duì)應(yīng)的競爭子窗口，在自身所處的競爭窗口中計(jì)算和選擇發(fā)送時(shí)槽，然后轉(zhuǎn)入步驟(5)；(3)接收數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點(diǎn)即接收節(jié)點(diǎn)首先從數(shù)據(jù)包中解析出相關(guān)信息，包括數(shù)據(jù)包類型、接收信號(hào)強(qiáng)度信息，根據(jù)數(shù)據(jù)包類型判斷，如果是事件終止包，則退出本次信息收集事件，進(jìn)入空閑狀態(tài)；否則，接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)包，首先計(jì)算其與發(fā)送節(jié)點(diǎn)的距離，并與發(fā)送節(jié)點(diǎn)的相關(guān)半徑比較，如果接收節(jié)點(diǎn)與發(fā)送節(jié)點(diǎn)的距離小于或等于發(fā)送節(jié)點(diǎn)的相關(guān)半徑，則轉(zhuǎn)入步驟(3.1)，如果接收節(jié)點(diǎn)與發(fā)送節(jié)點(diǎn)的距離大于發(fā)送節(jié)點(diǎn)的相關(guān)半徑，則接收節(jié)點(diǎn)從接收到的數(shù)據(jù)包中解析出發(fā)送節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，包括發(fā)送節(jié)點(diǎn)的原始梯度值g1和發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)使用的當(dāng)前梯度值g2，如果當(dāng)前梯度值g2等于1，那么就轉(zhuǎn)入步驟(3.2)；否則，轉(zhuǎn)入步驟(3.3)；(3.1)接收節(jié)點(diǎn)將自身當(dāng)前梯度值加1，放棄繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)束對(duì)數(shù)據(jù)包的處理，轉(zhuǎn)入步驟(4)；(3.2)傳感器節(jié)點(diǎn)按照下述過程進(jìn)行自適應(yīng)的梯度劃分(3.2.1)傳感器節(jié)點(diǎn)通過對(duì)接收的數(shù)據(jù)包中的附加信息的分析來估算出梯度1內(nèi)當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目，然后調(diào)整自身的當(dāng)前梯度值；附加信息是指發(fā)送該數(shù)據(jù)包的傳感器節(jié)點(diǎn)的原始梯度值、當(dāng)前梯度值和選擇的時(shí)槽slotCount_；如果時(shí)槽slotCount_的值小于或等于5，進(jìn)入步驟(3.2.2)，如果slotCount_的值大于5而小于或等于10，進(jìn)入步驟(3.2.3)，如果slotCount_的值大于10，進(jìn)入步驟(3.2.4)；(3.2.2)時(shí)槽slotCount_的值小于或等于5表明當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)選擇了低時(shí)槽區(qū)域，則意味著當(dāng)前梯度1內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目很多，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入梯度收縮過程，將梯度1的范圍直接收縮8％～12％，梯度2和梯度3的范圍采用虛擬收縮方式收縮8％～12％；虛擬收縮方式是指其范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目會(huì)發(fā)生變化，但真實(shí)劃分范圍不發(fā)生變化的收縮方式，虛擬收縮之后，原始梯度值g1為2和3的傳感器節(jié)點(diǎn)重新計(jì)算當(dāng)前梯度值g2，如果g2小于或等于g1，則將當(dāng)前梯度值設(shè)為1，否則，將當(dāng)前梯度值設(shè)為原始梯度值g1；然后，原始梯度值g1為1的傳感器節(jié)點(diǎn)計(jì)算自身當(dāng)前梯度值g2，即判斷自身目前所處的梯度為梯度1或是梯度2，并依此設(shè)置自身當(dāng)前梯度值；所有傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置自身當(dāng)前梯度值之后退出梯度收縮過程；然后重新計(jì)算并選擇發(fā)送時(shí)槽，轉(zhuǎn)入步驟(3.2.5)；(3.2.3)slotCount_的值大于5而小于或等于10表明發(fā)送節(jié)點(diǎn)選擇了中時(shí)槽區(qū)域，梯度1的劃分范圍是合理的，傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置標(biāo)志位flag的值為TRUE，然后重新計(jì)算并選擇發(fā)送時(shí)槽，若傳感器節(jié)點(diǎn)選擇到低時(shí)槽區(qū)域，則轉(zhuǎn)入步驟(3.2.5)，否則，如果傳感器節(jié)點(diǎn)選擇到中、高時(shí)槽區(qū)域，且flag值為TRUE，將其所選時(shí)槽數(shù)減5，讓其在低時(shí)槽區(qū)域發(fā)送，減少空等待時(shí)間；同時(shí)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，告知其他傳感器節(jié)點(diǎn)當(dāng)前選擇的真實(shí)時(shí)槽，而非更改過的時(shí)槽，然后轉(zhuǎn)入步驟(3.2.5)；(3.2.4)slotCount_的值大于10表明傳感器節(jié)點(diǎn)選擇了高時(shí)槽區(qū)域發(fā)送，則無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將梯度1的范圍擴(kuò)張3％～7％，然后傳感器節(jié)點(diǎn)重新計(jì)算其當(dāng)前梯度值g2，并設(shè)置為當(dāng)前梯度值；當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的原始梯度值是2時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將梯度2的范圍采用虛擬擴(kuò)張方式擴(kuò)張3％～7％，虛擬擴(kuò)張方式是指其范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目會(huì)發(fā)生變化，但真實(shí)劃分范圍不發(fā)生變化的擴(kuò)張方式；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)虛擬擴(kuò)張之后原來處在梯度2內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)重新計(jì)算當(dāng)前梯度值g2，如果當(dāng)前梯度值g2等于2，則將當(dāng)前梯度值設(shè)為1；否則當(dāng)前梯度值設(shè)置為原始梯度值g1；當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的原始梯度值g1是3時(shí)，不做任何操作；然后轉(zhuǎn)入步驟(3.2.5)；(3.2.5)傳感器節(jié)點(diǎn)重新設(shè)定時(shí)槽定時(shí)器，等待時(shí)槽定時(shí)器超時(shí)，然后轉(zhuǎn)入步驟(4)；(3.3)當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)不在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的相關(guān)區(qū)域內(nèi)，且發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)使用的當(dāng)前梯度值g2大于1，則傳感器節(jié)點(diǎn)將自身當(dāng)前梯度值減少1，跳躍到對(duì)應(yīng)的梯度中去，結(jié)束數(shù)據(jù)包的處理；轉(zhuǎn)入步驟(4)；(4)傳感器節(jié)點(diǎn)判斷是否有數(shù)據(jù)發(fā)送；如果有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，則重新計(jì)算并選擇發(fā)送時(shí)槽，然后轉(zhuǎn)入步驟(5)；否則，傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入空閑狀態(tài)；(5)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)定時(shí)槽定時(shí)器，競爭無線信道，轉(zhuǎn)入步驟(6)；(6)傳感器節(jié)點(diǎn)判斷競爭是否成功，如果成功，則轉(zhuǎn)入步驟(7)，否則重新計(jì)算并選擇發(fā)送時(shí)槽，再轉(zhuǎn)入步驟(5)；(7)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送成功；如果發(fā)送成功，則退出本次信息收集事件，進(jìn)入空閑狀態(tài)；否則，傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)失敗，需要重傳時(shí)，判斷連續(xù)重傳次數(shù)是否小于預(yù)先設(shè)定的閾值，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟(8)；如果不是，將自身當(dāng)前梯度值增加1，退出當(dāng)前競爭區(qū)域，進(jìn)入空閑狀態(tài)；(8)發(fā)送數(shù)據(jù)失敗，并且連續(xù)重傳次數(shù)小于預(yù)先設(shè)定的閾值，則傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)重新計(jì)算并選擇發(fā)送時(shí)槽，然后轉(zhuǎn)入步驟(5)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于梯度劃分的媒體訪問控制方法，該方法考慮到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的空間相關(guān)性問題，能夠在事件源區(qū)域合理選擇上報(bào)節(jié)點(diǎn)，以提高目標(biāo)跟蹤應(yīng)用的重建精度。該方法是對(duì)Sift MAC的一種改進(jìn)，在Sift MAC中加入自適應(yīng)的梯度劃分算法(依接收信號(hào)強(qiáng)度劃分傳感器節(jié)點(diǎn)的分布區(qū)域，選用接收信號(hào)強(qiáng)度大的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)，提高目標(biāo)重建精度)、梯度收縮和擴(kuò)張過程及傳感器節(jié)點(diǎn)空間相關(guān)性的控制策略，并改進(jìn)了無線信道競爭過程。該方法以控制目標(biāo)位置重建誤差為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)該方法有著良好的靈活性和對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的適應(yīng)能力，并能實(shí)現(xiàn)低延遲和低能耗。
文檔編號(hào)H04W74/08GK101730260SQ20091027268
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者蘭小玲, 孫曉潔, 張曉芳, 張珂珂, 李國徽, 章陽 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)