本發(fā)明屬于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及基于環(huán)境能量收集aloha協(xié)議設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：aloha協(xié)議分為時(shí)隙aloha和純aloha兩種類(lèi)型。(1)時(shí)隙aloha。網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)是時(shí)隙同步的，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)有新分組要發(fā)送時(shí)，它會(huì)等到下一個(gè)時(shí)隙開(kāi)始并在該時(shí)隙傳輸。如果沒(méi)有碰撞，該節(jié)點(diǎn)成功地傳輸它的分組，不需要考慮重傳。如果發(fā)生碰撞，該節(jié)點(diǎn)在時(shí)隙結(jié)束之后檢測(cè)到這次碰撞，并在后續(xù)的每個(gè)時(shí)隙中都以概率p進(jìn)行重傳，直到該分組被無(wú)碰撞地傳輸出去。(2)純aloha當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)第一次有分組要發(fā)送時(shí)，立即發(fā)送。如果產(chǎn)生碰撞，則以概率p重傳，以概率1-p等待一個(gè)時(shí)隙(傳輸一個(gè)分組所需時(shí)間)。此后都以概率p傳輸下一個(gè)分組，或者以概率1-p等待下一個(gè)時(shí)隙。概率輪詢(xún)協(xié)議以往基于環(huán)境中能量收集的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)mac協(xié)議的研究中提出了一種概率輪詢(xún)協(xié)議，具體協(xié)議過(guò)程為：sink節(jié)點(diǎn)廣播報(bào)文給周?chē)膫鞲衅鞴?jié)點(diǎn)，這個(gè)報(bào)文中不是像輪詢(xún)協(xié)議一樣包含某個(gè)特定的節(jié)點(diǎn)id號(hào)，而是告知周?chē)膫鞲衅鞴?jié)點(diǎn)它們可以發(fā)送數(shù)據(jù)的概率，稱(chēng)為爭(zhēng)用概率pc。活躍的傳感器節(jié)點(diǎn)收到概率輪詢(xún)分組后，就隨機(jī)生成一個(gè)介于[0,1]的隨機(jī)數(shù)x。若x＜pc，則發(fā)送數(shù)據(jù)分組；否則，它會(huì)繼續(xù)保持接收狀態(tài)，除非它的剩余能量連一次活躍周期的耗能都不足以支撐。這個(gè)協(xié)議更像是時(shí)隙aloha協(xié)議的改進(jìn)版本，至少按照大類(lèi)劃分，此協(xié)議屬于隨機(jī)接入?yún)f(xié)議。并且概率輪詢(xún)協(xié)議中分析了最大化吞吐量的最佳爭(zhēng)用概率pc＝1/nactive，其中nactive是sink節(jié)點(diǎn)周?chē)钴S的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)量，此結(jié)論與上文中時(shí)隙aloha達(dá)到最大效率要滿(mǎn)足的條件一致。z.a.eu等人先后在單跳和多跳wsns場(chǎng)景下提出了兩種不同的動(dòng)態(tài)爭(zhēng)用概率調(diào)整方案，以期實(shí)現(xiàn)sink節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分組中包含的概率就是pc＝1/nactive：1.“和式增加積式減少”(additive-increasemultiplicative-decrease,aimd)：利用plin(“和式增加”因子)和pmd(“積式減少”因子)來(lái)對(duì)爭(zhēng)用概率pc進(jìn)行調(diào)整，他們研究的場(chǎng)景下結(jié)論是當(dāng)plin＝0.01和pmd＝0.5時(shí)，網(wǎng)絡(luò)具有最高的吞吐量。2.enan：在后續(xù)多跳版本的協(xié)議中，利用pc＝1/nest,nest≥1來(lái)調(diào)整爭(zhēng)用概率，其中nest是sink節(jié)點(diǎn)估計(jì)的活動(dòng)鄰居數(shù)(estimatednumberofactiveneighbors,enan)。如果相鄰節(jié)點(diǎn)處于活躍狀態(tài)并且可以響應(yīng)輪詢(xún)分組，則認(rèn)為它是活躍的鄰居節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)只需要估計(jì)活躍鄰居的數(shù)量，而不需要知道它們的身份，所以不需要使用能量消耗大的鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制。第i個(gè)輪詢(xún)分組中的nest值取決于第(i-1)個(gè)輪詢(xún)分組的結(jié)果：如果恰好一個(gè)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)，nest保持不變；如果多個(gè)活動(dòng)鄰居做出響應(yīng)，nest加1，因?yàn)樗赡鼙坏凸?；如果沒(méi)有節(jié)點(diǎn)響應(yīng)，nest減1(最小值為1)，因?yàn)樗赡鼙桓吖懒?。分組傳輸結(jié)果分類(lèi)器可以用于區(qū)分是由于沖突還是信道條件不好引起的分組丟失。但是上述概率輪詢(xún)協(xié)議中兩種爭(zhēng)用概率調(diào)整方案都太過(guò)絕對(duì)，sink節(jié)點(diǎn)會(huì)因?yàn)槟骋粋€(gè)時(shí)隙的沖突或空閑就對(duì)pc進(jìn)行調(diào)整。哪怕周?chē)钴S節(jié)點(diǎn)數(shù)從來(lái)沒(méi)有變過(guò)，pc也不能正確地收斂到1/nactive，而是在不停地波動(dòng)。由圖1可以看出當(dāng)周?chē)膫鞲衅鞴?jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)大于等于2時(shí)，采用上述兩種爭(zhēng)用概率調(diào)整方案，一個(gè)最優(yōu)的pc有超過(guò)50％的概率在下一次輪詢(xún)時(shí)不再是最優(yōu)。隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)趨近無(wú)窮，此概率趨近于1-1/e＝0.632。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提出了一種適用于環(huán)境能量收集的aloha協(xié)議設(shè)計(jì)方法，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送概率依然由sink節(jié)點(diǎn)來(lái)決定；但sink節(jié)點(diǎn)周?chē)钴S的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)使用貝葉斯公式來(lái)估計(jì)，sink節(jié)點(diǎn)利用數(shù)次輪詢(xún)的結(jié)果來(lái)推測(cè)周?chē)羁赡艽嬖诘幕钴S的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)，將活躍的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)的倒數(shù)作為下一報(bào)文中的發(fā)送概率。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種適用于環(huán)境能量收集的aloha協(xié)議設(shè)計(jì)方法，具體為：sink節(jié)點(diǎn)廣播報(bào)文給周?chē)泥従觽鞲衅鞴?jié)點(diǎn)，所述報(bào)文包括爭(zhēng)用概率；活躍的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)收到報(bào)文后，就隨機(jī)生成一個(gè)介于[0,1]的隨機(jī)數(shù)x；若x小于爭(zhēng)用概率，則發(fā)送數(shù)據(jù)分組；否則，繼續(xù)保持接收狀態(tài)；活躍的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)的倒數(shù)作為下一次報(bào)文中的爭(zhēng)用概率；所述活躍的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)通過(guò)使用貝葉斯公式，sink節(jié)點(diǎn)利用數(shù)次輪詢(xún)的結(jié)果來(lái)確定。進(jìn)一步地，所述活躍的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)的確定過(guò)程包括以下步驟：a1、如果sink節(jié)點(diǎn)周?chē)衝個(gè)活躍的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)，收到sink節(jié)點(diǎn)的廣播報(bào)文后，所有活躍的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)都不發(fā)送數(shù)據(jù)的概率為：pidle＝(1-pc)na2、設(shè)事件an表示有n個(gè)活躍的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)，事件b表示num次輪詢(xún)有numidle次空閑，則有：a3、由貝葉斯公式，有：a4、p(an|b)最大值所對(duì)應(yīng)的n值就是sink節(jié)點(diǎn)周?chē)嬖诘幕钴S的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)。進(jìn)一步地，還包括：當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)的能量不足以支撐一次活躍周期的耗能時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入充電狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出的適用環(huán)境能量收集的aloha協(xié)議；通過(guò)使用貝葉斯公式，sink節(jié)點(diǎn)利用數(shù)次輪詢(xún)的結(jié)果，推測(cè)出了sink節(jié)點(diǎn)周?chē)嬖诘淖羁赡艿幕钴S節(jié)點(diǎn)數(shù)，從而得到的aloha協(xié)議的爭(zhēng)用概率，能使網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最佳性能；同時(shí)相比于其他協(xié)議，具有更高的吞吐量，也更加公平，并且減小了時(shí)延。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的達(dá)到最優(yōu)爭(zhēng)用概率pc后的調(diào)整概率；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于環(huán)境中能量收集的wsns拓?fù)涫疽鈭D；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)變化時(shí)的吞吐量；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)變化時(shí)的公平性；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)變化時(shí)的分組間到達(dá)時(shí)間間隔；圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的能量收集速率變化時(shí)的吞吐量；圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的能量收集速率變化時(shí)的公平性；圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的能量收集速率變化時(shí)的分組間到達(dá)時(shí)間間隔。具體實(shí)施方式為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合附圖對(duì)本
發(fā)明內(nèi)容進(jìn)一步闡釋。為便于理解，本實(shí)施例基于以下單跳的網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行闡述。能量累積模型由于能量收集的效率低下，利用現(xiàn)有的能量收集器，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)工作時(shí)的能耗。因此，每個(gè)環(huán)境中能量收集傳感器節(jié)點(diǎn)有兩種狀態(tài)：(i)充電：在該狀態(tài)下節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行任何操作，只累積存儲(chǔ)收集到的能量；(ii)活躍：在這種狀態(tài)下，節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)了足夠的能量，能夠正常地進(jìn)行收發(fā)操作，同時(shí)繼續(xù)從環(huán)境中收集能量。本申請(qǐng)沿用一種簡(jiǎn)單的能量管理方案，即只要節(jié)點(diǎn)具有足夠的能量ethreshold，可以活躍時(shí)長(zhǎng)tactive，節(jié)點(diǎn)就轉(zhuǎn)換到活躍狀態(tài)，之后它又進(jìn)入充電狀態(tài)。所需存儲(chǔ)的能量稱(chēng)為能量閾值，可以表示為ethreshold＝max(prx,ptx)tactive，其中ptx和prx分別是節(jié)點(diǎn)的接收、發(fā)射功率，tactive是每個(gè)喚醒周期中的活躍時(shí)長(zhǎng)，可以表示為tactive＝nindexttx，其中ttx分組傳輸時(shí)間，nindex是系統(tǒng)參數(shù)，本實(shí)施例中nindex設(shè)置為20。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：如圖2所示，為單跳星型網(wǎng)絡(luò)，包含一個(gè)sink節(jié)點(diǎn)和n個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)可以和sink節(jié)點(diǎn)直接通信；sink節(jié)點(diǎn)：由電力線供電，是網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯集點(diǎn)；傳感器節(jié)點(diǎn)：每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具備能量收集和存儲(chǔ)功能，能量來(lái)自于環(huán)境中的能量。所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸具有相同的優(yōu)先級(jí)。本發(fā)明提出一種適用于環(huán)境能量收集的aloha協(xié)議設(shè)計(jì)方法，其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送概率依然由sink節(jié)點(diǎn)來(lái)決定?；趕ink節(jié)點(diǎn)由電力線供電這一事實(shí)，它可以盡可能地承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)的能量開(kāi)銷(xiāo)。但sink節(jié)點(diǎn)周?chē)钴S的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)使用貝葉斯公式來(lái)估計(jì)，sink節(jié)點(diǎn)利用數(shù)次輪詢(xún)的結(jié)果來(lái)推測(cè)周?chē)羁赡艽嬖诘幕钴S的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)，將活躍的鄰居傳感節(jié)點(diǎn)數(shù)的倒數(shù)作為下一報(bào)文中的發(fā)送概率；本申請(qǐng)的技術(shù)方案為：一種適用環(huán)境能量收集的aloha協(xié)議，具體為：sink節(jié)點(diǎn)廣播報(bào)文給周?chē)泥従觽鞲衅鞴?jié)點(diǎn)，所述報(bào)文包括爭(zhēng)用概率；活躍的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)收到廣播報(bào)文后，就隨機(jī)生成一個(gè)介于[0,1]的隨機(jī)數(shù)x；若x小于爭(zhēng)用概率，則發(fā)送數(shù)據(jù)分組；否則，繼續(xù)保持接收狀態(tài)；當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)的能量不足以支撐一次活躍周期的耗能時(shí)，該傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入充電狀態(tài)。sink節(jié)點(diǎn)周?chē)钴S的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)總數(shù)的倒數(shù)作為下一次報(bào)文中的爭(zhēng)用概率；所述活躍的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)總數(shù)通過(guò)使用貝葉斯公式，sink節(jié)點(diǎn)利用數(shù)次輪詢(xún)的結(jié)果來(lái)確定；具體為：為了最大化網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，sink節(jié)點(diǎn)希望盡可能準(zhǔn)確地推測(cè)周?chē)钴S的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)，本發(fā)明使用貝葉斯公式，sink節(jié)點(diǎn)利用數(shù)次輪詢(xún)的結(jié)果來(lái)推測(cè)周?chē)羁赡艽嬖诘幕钴S的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，在周?chē)従觽鞲衅鞴?jié)點(diǎn)數(shù)比較穩(wěn)定的情況下可以達(dá)到很好地效果。為便于說(shuō)明，假設(shè)sink節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)了num個(gè)爭(zhēng)用概率為pc的發(fā)送過(guò)程，其中沒(méi)有傳感器節(jié)點(diǎn)響應(yīng)(即信道空閑)的次數(shù)為numidle。初始時(shí)刻，sink節(jié)點(diǎn)對(duì)于周?chē)従觽鞲衅鞴?jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的先驗(yàn)知識(shí)為節(jié)點(diǎn)數(shù)是[0,n]的均勻分布，其中n是周?chē)械膫鞲衅鱾€(gè)數(shù)?？紤]某一次發(fā)送情況，如果有n個(gè)鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)活躍，收到sink節(jié)點(diǎn)的廣播報(bào)文后，所有活躍的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)都不發(fā)送數(shù)據(jù)的概率為：pidle＝(1-pc)n(1)設(shè)事件an表示有n個(gè)活躍的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)，事件b表示num次輪詢(xún)有numidle次空閑，理論上有：由貝葉斯公式，有：由公式(3)可以求得活躍的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)最可能的取值，即p(an|b)最大時(shí)，所對(duì)應(yīng)的n值就是sink節(jié)點(diǎn)周?chē)钴S的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)最可能的取值；根據(jù)確定的n值得到下一次廣播報(bào)文中的pc＝1/n。以下通過(guò)選擇少量的節(jié)點(diǎn)數(shù)量來(lái)進(jìn)行枚舉，來(lái)論證本申請(qǐng)方法的有效性。假設(shè)sink節(jié)點(diǎn)周?chē)?jié)點(diǎn)總數(shù)為10，有幾個(gè)活躍的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)未知，sink節(jié)點(diǎn)首先發(fā)送的爭(zhēng)用概率pc＝1/10。假如周?chē)鎸?shí)的活躍鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)為n，n∈[1,10]，初始時(shí)刻，sink節(jié)點(diǎn)廣播爭(zhēng)用概率為1/10，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)都以1/10概率發(fā)送，由于環(huán)境中能量收集速率是一個(gè)緩慢變化的過(guò)程，而傳感器節(jié)點(diǎn)的活躍周期在毫秒級(jí)別，所以本實(shí)施例中假設(shè)統(tǒng)計(jì)100次發(fā)送過(guò)程，在此過(guò)程中可以認(rèn)為周?chē)?jié)點(diǎn)數(shù)較為穩(wěn)定。同理本申請(qǐng)的方法同樣適用于多跳網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，每個(gè)sink節(jié)點(diǎn)按照本申請(qǐng)?zhí)岢龅姆椒ü烙?jì)自己周?chē)钴S鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，從而得到下一報(bào)文中的爭(zhēng)用概率。通過(guò)matlab仿真100次發(fā)送過(guò)程，統(tǒng)計(jì)空閑的次數(shù)如表1所示。表1節(jié)點(diǎn)實(shí)際個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)空閑次數(shù)節(jié)點(diǎn)實(shí)際個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)的空閑次數(shù)1912833774615646587408459391034本發(fā)明想達(dá)到的效果是，在未知活躍鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)際個(gè)數(shù)的情況下，統(tǒng)計(jì)了100次發(fā)送結(jié)果，由這個(gè)結(jié)果來(lái)推測(cè)周?chē)羁赡艿幕钴S鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，即活躍鄰居節(jié)點(diǎn)的估計(jì)數(shù)。以空閑次數(shù)為91為例：考慮某一次輪詢(xún)，如果有n個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)活躍，n∈[1,10]，收到sink節(jié)點(diǎn)的廣播報(bào)文后，所有節(jié)點(diǎn)都不發(fā)送數(shù)據(jù)的概率為：pidle＝(1-pc)n(4)根據(jù)上式列出10種節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的情況下，一次發(fā)送空閑的概率如表2所示，即所有節(jié)點(diǎn)都不發(fā)送數(shù)據(jù)的概率，表2中的數(shù)據(jù)均四舍五入保留兩位小數(shù)：表2活躍節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)的一次發(fā)送空閑的概率活躍節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)一次發(fā)送空閑的概率pidle10.9020.8130.7340.6650.5960.5370.4880.4390.39100.35設(shè)事件an表示有n個(gè)活躍鄰居節(jié)點(diǎn)，事件b表示num次輪詢(xún)有numidle次空閑，有：由貝葉斯公式，有：根據(jù)上面的公式，計(jì)算得到統(tǒng)計(jì)100次，有91次空閑發(fā)生的情況下，節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)的預(yù)計(jì)準(zhǔn)確的概率如表3所示：表3節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)的預(yù)計(jì)準(zhǔn)確的概率顯然，會(huì)選擇最可能的情況，即認(rèn)為周?chē)钴S的節(jié)點(diǎn)數(shù)只有1個(gè)。而根據(jù)先前統(tǒng)計(jì)信息的實(shí)際情況，確實(shí)周?chē)钴S的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)是1。預(yù)計(jì)過(guò)程不一一詳述，根據(jù)上述分析可以根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)預(yù)計(jì)活躍節(jié)點(diǎn)數(shù)如表4所示：表4根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)預(yù)計(jì)活躍節(jié)點(diǎn)數(shù)節(jié)點(diǎn)實(shí)際個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)的空閑次數(shù)預(yù)計(jì)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)191128323773461556446585740984589399103410由上表可知，在10種節(jié)點(diǎn)情況下，有6種都預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，在預(yù)測(cè)不完全正確的情況時(shí)，也與實(shí)際鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)相差不大。通過(guò)論證可知本申請(qǐng)的爭(zhēng)用概率調(diào)整方案是有效可行的。以下通過(guò)matlab仿真來(lái)說(shuō)明本申請(qǐng)技術(shù)方案相比于其他協(xié)議的優(yōu)勢(shì)。假設(shè)sink節(jié)點(diǎn)收到來(lái)自鄰居節(jié)點(diǎn)i的數(shù)據(jù)包速率為ri，吞吐量指sink節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包的速率：公平性采用jain's公平指數(shù)度量。公平指數(shù)f介于0到1之間。如果每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的速率ri相同，那么f＝1；如果只有一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)向sink節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，那么當(dāng)n→∞時(shí)，f→0。在500米乘500米的區(qū)域上隨機(jī)部署n個(gè)eh傳感器節(jié)點(diǎn)，一個(gè)sink節(jié)點(diǎn)。每個(gè)數(shù)據(jù)分組(sd)大小為100字節(jié)，輪詢(xún)分組(sp)和確認(rèn)分組(sack)均為15個(gè)字節(jié)。傳感器節(jié)點(diǎn)的傳輸速率(α)為250kbps。參考商業(yè)能量收集器的數(shù)據(jù)表和測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，平均能量收獲率(λ)從1mw變化到10mw。節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)時(shí)功率為72.6mw(prx)，傳輸數(shù)據(jù)功率為83.7mw(ptx)，表5總結(jié)了仿真參數(shù)。本發(fā)明仿真結(jié)果中的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，都是用不同種子通過(guò)10次100秒的仿真得到的。表5基于環(huán)境中能量收集的wsns的mac協(xié)議仿真參數(shù)表當(dāng)能量收集率固定為2mw，節(jié)點(diǎn)數(shù)的數(shù)量從10個(gè)變化到200個(gè)時(shí)，五種協(xié)議相應(yīng)的吞吐量、公平性和分組間到達(dá)時(shí)間間隔分別如圖3、圖4、圖5所示。csma協(xié)議的吞吐量在節(jié)點(diǎn)數(shù)超過(guò)60后，反而隨節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加而下降。原因是當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)增加時(shí)，一個(gè)時(shí)隙中參與競(jìng)爭(zhēng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)增加，而協(xié)議沒(méi)有設(shè)計(jì)沖突避免機(jī)制，所以使得碰撞加劇，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量下降。由于仿真時(shí)使每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量收集速率都相等，所以當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，有一些節(jié)點(diǎn)可能會(huì)始終同步地進(jìn)行充電、發(fā)送，從而這些節(jié)點(diǎn)一直不能發(fā)送數(shù)據(jù)，造成協(xié)議的公平性降低。csma/ca協(xié)議的吞吐量比csma協(xié)議高，因?yàn)樗尤肓藳_突避免機(jī)制，當(dāng)有大量節(jié)點(diǎn)存在時(shí)，可以通過(guò)退避方案來(lái)減少?zèng)_突。并且一旦節(jié)點(diǎn)偵聽(tīng)到信道忙就進(jìn)入充電狀態(tài)，減小了偵聽(tīng)信道消耗的能量。但是當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)增多時(shí)，公平性急劇下降，原因是回退指數(shù)最大值為+∞，某些節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇到了比其他節(jié)點(diǎn)更長(zhǎng)的回退時(shí)長(zhǎng)，一直不能進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。輪詢(xún)協(xié)議的吞吐量在節(jié)點(diǎn)數(shù)超過(guò)20后，就基本沒(méi)有變化了，并且吞吐量一直是最小的。這是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)大部分時(shí)間都在充電狀態(tài)，處于接收狀態(tài)的時(shí)間非常短，輪詢(xún)時(shí)隨機(jī)選擇節(jié)點(diǎn)的id，該節(jié)點(diǎn)剛好處在接收狀態(tài)的概率很低。對(duì)于概率輪詢(xún)協(xié)議，吞吐量?jī)H略低于csma/ca，但比上述三種mac協(xié)議的公平性都更好。而本發(fā)明中提出的一種適用于環(huán)境能量收集的aloha協(xié)議相比于其他所有協(xié)議，具有更高的吞吐量，也更加公平。原因是sink節(jié)點(diǎn)通過(guò)多次的統(tǒng)計(jì)信息，推測(cè)了周?chē)羁赡艿幕钴S節(jié)點(diǎn)數(shù)，使aloha中的發(fā)送概率p可以使網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最佳性能。當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)固定為100個(gè)，能量收集率從1mw變化到10mw的過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)吞吐量、公平性和到達(dá)時(shí)間間隔如圖6、圖7、圖8所示。除了csma，其他每種協(xié)議的吞吐量都隨平均能量收集速率的增加而增加，因?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)需要更少的時(shí)間來(lái)收集能量，可以更頻繁地進(jìn)行傳輸。但是對(duì)于csma來(lái)說(shuō)，節(jié)點(diǎn)更頻繁地傳輸意味著更多的沖突，所以吞吐量反而隨著能量收集速率的增加而降低。csma/ca的吞吐量相當(dāng)穩(wěn)定，但是節(jié)點(diǎn)的退避時(shí)間沒(méi)有進(jìn)行優(yōu)化，節(jié)點(diǎn)間的退避時(shí)長(zhǎng)差距大，公平性較低。對(duì)于輪詢(xún)協(xié)議，平均能量收集速率增加時(shí)，節(jié)點(diǎn)需要的充電時(shí)長(zhǎng)變短，輪詢(xún)成功的概率增加，所以吞吐量隨著能量收集速率的增加而增加。對(duì)于概率輪詢(xún)，爭(zhēng)用概率隨著活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量的增加而減少，反之亦反，由此比較有效地避免的碰撞。而本發(fā)明中提出的一種適用于環(huán)境能量收集的aloha協(xié)議在優(yōu)化了概率輪詢(xún)協(xié)議中的爭(zhēng)用概率，相比于概率輪詢(xún)，使網(wǎng)絡(luò)的性能進(jìn)一步改善。此外，aloha協(xié)議在對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)也都是高度公平的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12