異步低占空比WSN中基于相長干涉的數(shù)據(jù)收集方法與流程

本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及異步低占空比wsn中基于相長干涉的數(shù)據(jù)收集方法。

背景技術(shù)：

相長干涉應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wirelesssensornetwork，wsn)的數(shù)據(jù)傳輸中，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并發(fā)傳輸，且具有接近100％的數(shù)據(jù)包接收率和非常低的數(shù)據(jù)發(fā)送延遲，基于相長干涉的并發(fā)傳輸具有以下特點：(1)并發(fā)傳輸過程中，傳輸?shù)氖峭粋€數(shù)據(jù)包；(2)多個節(jié)點同時向同一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，需要滿足相長干涉的條件；(3)節(jié)點不會保存鄰居和路由信息；(4)所有的節(jié)點都參與到并發(fā)傳輸中；因此，基于相長干涉的并發(fā)傳輸應(yīng)用到數(shù)據(jù)收集協(xié)議中時，這樣節(jié)點將無需維護鄰居節(jié)點信息和路由狀態(tài)信息，減少網(wǎng)絡(luò)能量消耗，提高數(shù)據(jù)包接收率。但是并發(fā)傳輸需要所有的節(jié)點都參與到數(shù)據(jù)傳輸中，造成較大的能量消耗，因此，我們需要結(jié)合低占空比機制，僅需部分節(jié)點參與到并發(fā)傳輸中，不需要參與的節(jié)點進入睡眠，以減少網(wǎng)絡(luò)的能量消耗。

然而，在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療領(lǐng)域等基于事件監(jiān)測驅(qū)動的應(yīng)用中，傳感器節(jié)點往往不是進行連續(xù)和高頻率的數(shù)據(jù)收集，而是當(dāng)有事件(森林火災(zāi)等)發(fā)生時將狀態(tài)消息或者收集到的信息發(fā)送到sink節(jié)點(sink節(jié)點，又稱匯聚節(jié)點)，目前已有的數(shù)據(jù)收集協(xié)議主要是基于單播轉(zhuǎn)發(fā)，以減少節(jié)點進行不必要的傳輸。在基于單播轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)收集協(xié)議中，節(jié)點從其鄰居節(jié)點中選擇父節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸，最終將數(shù)據(jù)包路由到sink節(jié)點。受環(huán)境、節(jié)點能量等因素影響，鄰居節(jié)點的信息可能會實時發(fā)送變化。因此在這些協(xié)議中，為了保證路由的健壯性，節(jié)點需要定期進行鄰居信息維護，維護過程所消耗的能量是比較大的，而在低占空比無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點與鄰居之間并不是同時蘇醒，維護過程將變得更復(fù)雜。因此，在低占空比無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，異步占空比機制不需要進行時鐘同步，且不需要知道鄰居節(jié)點的睡眠調(diào)度，可以更有效的延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。在異步占空比網(wǎng)絡(luò)中，與lpl(lowpowerlisten,低功耗偵聽)機制相比，lpp(lowpowerlisten,低功耗采集)機制適合于喚醒網(wǎng)絡(luò)中一部分節(jié)點的應(yīng)用場景，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大，lpp機制性能會更好。因此在使用異步lpp機制的低占空比傳感器網(wǎng)絡(luò)中，我們提出了一種基于相長干涉的數(shù)據(jù)收集協(xié)議adcci(asynchronousdutycycleandconstructiveinterference)，sink節(jié)點不需要保存和維護鄰居信息，以減少端到端延遲和網(wǎng)絡(luò)能量消耗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供異步低占空比wsn中基于相長干涉的數(shù)據(jù)收集方法，根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)收集方法可以有效的減少網(wǎng)絡(luò)中的控制開銷，提高數(shù)據(jù)包接收率，減少端到端延遲和網(wǎng)絡(luò)能量消耗，為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)效果：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了異步低占空比wsn中基于相長干涉的數(shù)據(jù)收集方法，所述數(shù)據(jù)收集方法包括以下步驟：將n個傳感器節(jié)點隨機地分布在一個面積為m×m平方米的區(qū)域內(nèi)形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其中，n為大于1的整數(shù)，在傳感器節(jié)點中至少包括source節(jié)點、轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點和1個sink節(jié)點，除sink節(jié)點外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的其他傳感器節(jié)點都采用異步lpp機制進行睡眠調(diào)度，在網(wǎng)絡(luò)初始化過程中，傳感器節(jié)點會進行層次選擇從而獲取傳感器節(jié)點到sink節(jié)點的跳數(shù)，當(dāng)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，source節(jié)點選擇網(wǎng)絡(luò)中蘇醒的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點接收source節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包并將該數(shù)據(jù)包并發(fā)傳輸?shù)絪ink節(jié)點，并發(fā)傳輸完畢后，source節(jié)點與轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點返回到lpp睡眠調(diào)度狀態(tài)。

優(yōu)選的，在網(wǎng)絡(luò)初始化過程中，傳感器節(jié)點進行層次選擇包括以下步驟：

步驟21：sink節(jié)點廣播一個packet(hop＝0)數(shù)據(jù)包，其中hop代表距離sink節(jié)點的跳數(shù)；

步驟22：網(wǎng)絡(luò)中的任意一個傳感器節(jié)點vi(i∈n)接收到鄰居節(jié)點vj(j∈n,j≠i)廣播的數(shù)據(jù)包packet(vj.hop)，如果vi.hop<＝vj.hop-1則將節(jié)點vi的hop設(shè)置為vi.hop＝vj.hop+1，然后繼續(xù)廣播packet(vi.hop)數(shù)據(jù)包，一直持續(xù)到網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點均到sink節(jié)點的跳數(shù)，將hop＝k的節(jié)點命名為k層節(jié)點，其中k為大于等于1的整數(shù)，k層節(jié)點只需要保存hop信息，而不需保存任何關(guān)于相鄰層次節(jié)點的信息。

優(yōu)選的，網(wǎng)絡(luò)初始化過程中，所述傳感器節(jié)點只需進行一次層次選擇，網(wǎng)絡(luò)初始化完成后，傳感器節(jié)點均按照lpp機制進行睡眠調(diào)度。

優(yōu)選的，當(dāng)k層的source節(jié)點有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，source節(jié)點會偵聽網(wǎng)絡(luò)信道一段時間，等待鄰居節(jié)點蘇醒發(fā)送probe數(shù)據(jù)包以建立連接，建立連接后，鄰近節(jié)點接收source節(jié)點發(fā)送的awake數(shù)據(jù)包以延長鄰居節(jié)點的蘇醒時間；所述source節(jié)點發(fā)送awake數(shù)據(jù)包最終將到sink節(jié)點，sink節(jié)點收到awake數(shù)據(jù)包后，經(jīng)過tbackoff等待時間后，sink節(jié)點發(fā)送feedback包到source節(jié)點，tbackoff等待時間確保所有正在傳輸?shù)膒robe數(shù)據(jù)包和awake數(shù)據(jù)包距離sink至少為兩跳，網(wǎng)絡(luò)中的sink節(jié)點接收到awake包時會根據(jù)以下三種情況進行處理：

情況41：k＝(k≥hop)層的節(jié)點將直接丟棄并進入睡眠狀態(tài)，避免k＝(k≥hop)層的節(jié)點參與此次并發(fā)傳輸，以減少網(wǎng)絡(luò)能耗；

情況42：k-1層鄰居節(jié)點在進行awake數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時，會加入自己的hop(k-1)信息；k＝(k>hop(k-1))層鄰居節(jié)點收到awake數(shù)據(jù)包后直接丟棄并進入睡眠狀態(tài)；k-2層節(jié)點在收到awake數(shù)據(jù)包，在轉(zhuǎn)發(fā)之前會用hop(k-2)覆蓋hop(k-1)，k-2層節(jié)點繼續(xù)執(zhí)行與hop(k-1)節(jié)點相同操作；

情況43：已經(jīng)處理過awake數(shù)據(jù)包，且保持蘇醒的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，不受上層節(jié)點發(fā)送的awake包的影響；

優(yōu)選的，所述sink節(jié)點在接收到awake數(shù)據(jù)包后，將會發(fā)送feedback數(shù)據(jù)包到source節(jié)點，source節(jié)點接收到feedback數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點會根據(jù)以下三種情況進行處理：

情況51：source節(jié)點收到feedback數(shù)據(jù)包，但是沒有收到awake數(shù)據(jù)包，source節(jié)點將丟棄feedback數(shù)據(jù)包，進入睡眠狀態(tài)；

情況52：k＝(k≥hop)層次的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點將直接丟棄feedback包，進入睡眠狀態(tài)；

情況53：處于相同層次的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，將同時接收到上一層次節(jié)點發(fā)送的feedback數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點將數(shù)據(jù)從接收隊列中不經(jīng)任何處理直接復(fù)制到發(fā)送隊列中進行發(fā)送，最終feedback數(shù)據(jù)包將并發(fā)傳輸?shù)竭_source節(jié)點，且在source節(jié)點處產(chǎn)生相長干涉。

優(yōu)選的，經(jīng)過tbackoff等待時間后，所述sink節(jié)點發(fā)送feedback包到source節(jié)點，當(dāng)feedback數(shù)據(jù)包到達source節(jié)點后，source節(jié)點在twait等待時間之后，發(fā)起間隔時間為tcount的并發(fā)傳輸，此時傳輸?shù)氖莻鞲衅鞴?jié)點采集到的數(shù)據(jù)data數(shù)據(jù)包；相同層次的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點同時接收到data數(shù)據(jù)包后，在發(fā)送該數(shù)據(jù)包前會有固定等待時間tprocess，因此滿足相長干涉的條件，此時source節(jié)點到sink節(jié)點的路徑上的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點不會發(fā)起probe數(shù)據(jù)包或awake數(shù)據(jù)包，因此滿足twait<tbackoff；

source節(jié)點啟動并發(fā)傳輸之后，如果在2×tprocess之后沒有偵聽到k＝(hop-1)層節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，則進行重傳，以增加傳輸?shù)目煽啃?；如果偵聽到并且緩存隊列里還有數(shù)據(jù)source節(jié)點會在tcount＝2×tprocess繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，并發(fā)傳輸完畢后，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點返回到lpp睡眠調(diào)度狀態(tài)，在數(shù)據(jù)傳輸完成后，通過隱式終止方式或顯示終止方式通知傳輸路徑上的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點已完成傳輸，則進入睡眠狀態(tài)，此后，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點將按照lpp進行休眠調(diào)度。

優(yōu)選的，在所述隱式終止方式中，參與并發(fā)傳輸?shù)霓D(zhuǎn)發(fā)節(jié)點從awake包中獲取數(shù)據(jù)包的數(shù)量，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點在轉(zhuǎn)發(fā)完最后一個數(shù)據(jù)包之后進入睡眠；在所述顯示終止方式中，sink節(jié)點收到所有count個數(shù)據(jù)包之后，會發(fā)送確認ack，否則發(fā)送否定確認nack，參與并發(fā)傳輸?shù)霓D(zhuǎn)發(fā)節(jié)點在轉(zhuǎn)發(fā)完ack或nack之后，將終止并發(fā)傳輸階段進入睡眠。

本發(fā)明采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

(1)本發(fā)明可以有效的減少網(wǎng)絡(luò)中的控制開銷，提高數(shù)據(jù)包接收率，減少端到端延遲和網(wǎng)絡(luò)能量消耗，特別適用于基于事件驅(qū)動的傳感器監(jiān)測應(yīng)用領(lǐng)域。

(2)本發(fā)明的sink節(jié)點不需要保存、維護鄰居信息和路由狀態(tài)信息，可以大大以減少端到端延遲和網(wǎng)絡(luò)能量消耗，僅當(dāng)有數(shù)據(jù)發(fā)送時使用基于相長干涉的并發(fā)傳輸快速且可靠的將數(shù)據(jù)發(fā)送到sink節(jié)點，從而提高數(shù)據(jù)包接收率；本發(fā)明結(jié)合了低占空比機制，僅需部分節(jié)點參與到并發(fā)傳輸中，不需要參與的節(jié)點進入睡眠，可以減少了網(wǎng)絡(luò)的能量消耗。

(3)在本發(fā)明的低占空比無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，采用異步占空比機制不需要進行時鐘同步，且不需要知道鄰居節(jié)點的睡眠調(diào)度，可以更有效的延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點分布示意圖。

圖2是本發(fā)明的sink節(jié)點在整個協(xié)議中處理數(shù)據(jù)的運行示意圖。

圖3是本發(fā)明的傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)收集過程的流程圖。

圖4是本發(fā)明lpp睡眠調(diào)度示意圖。

圖5是本發(fā)明的不同數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔下，數(shù)據(jù)包接收率的變化示意圖；

圖6是本發(fā)明的不同數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔下，占空比的變化示意圖。

圖7是本發(fā)明不同數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔下，數(shù)據(jù)發(fā)送延遲的變化示意圖。

圖8是本發(fā)明不同數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔下，并發(fā)傳輸階段占數(shù)據(jù)發(fā)送延遲比例的變化示意圖。

圖9是本發(fā)明不同數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔下，平均發(fā)送每個數(shù)據(jù)包所需的開銷的變化示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細節(jié)僅僅是為了使讀者對本發(fā)明的一個或多個方面有一個透徹的理解，即便沒有這些特定的細節(jié)也可以實現(xiàn)本發(fā)明的這些方面。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的異步低占空比wsn中基于相長干涉的數(shù)據(jù)收集方法，包括以下步驟：將n個傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點隨機地分布在一個面積為m×m平方米的區(qū)域內(nèi)，其中，n為大于1的整數(shù)，在傳感器節(jié)點中至少包括source節(jié)點、轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點和1個sink節(jié)點，除sink節(jié)點外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的其他傳感器節(jié)點都采用異步lpp機制進行睡眠調(diào)度，在網(wǎng)絡(luò)初始化過程中，傳感器節(jié)點會進行層次選擇從而獲取傳感器節(jié)點到sink節(jié)點的跳數(shù)，當(dāng)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，source節(jié)點選擇網(wǎng)絡(luò)中蘇醒的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點接收source節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包并將該數(shù)據(jù)包并發(fā)傳輸?shù)絪ink節(jié)點，并發(fā)傳輸完畢后，source節(jié)點與轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點返回到lpp睡眠調(diào)度狀態(tài)。當(dāng)傳感器節(jié)點收集到數(shù)據(jù)，需要將數(shù)據(jù)需要發(fā)送到sink節(jié)點時，我們稱這種節(jié)點為源節(jié)點(source節(jié)點)，而傳感器網(wǎng)絡(luò)中，幫助源節(jié)點將數(shù)據(jù)發(fā)送到sink節(jié)點的傳感器節(jié)點，我們稱之為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(node節(jié)點)。

(1)、當(dāng)source節(jié)點要發(fā)送數(shù)據(jù)時會一直偵聽信道，等待鄰居節(jié)點蘇醒發(fā)送probe數(shù)據(jù)包，source節(jié)點收到probe數(shù)據(jù)包后，會發(fā)送ack建立連接，source節(jié)點此時會發(fā)送一個awake數(shù)據(jù)包到sink節(jié)點。

(2)、sink節(jié)點接收到awake數(shù)據(jù)包后，在等待一段時間(避免與probe數(shù)據(jù)包、awake數(shù)據(jù)包沖突)后返回一個feedback數(shù)據(jù)包(反饋包)。轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點node1和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點node2處于同一跳，如圖1、圖2和圖3所示，所以兩者會同時接收到反饋包。轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點node1和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點node2將不會對反饋包做任何處理直接發(fā)送，反饋包將同時到達source節(jié)點，并產(chǎn)生相長干涉。

(3)、源節(jié)點收到反饋包后，就會認為到sink節(jié)點路徑上的節(jié)點已做好并發(fā)傳輸準備。source節(jié)點在等待一段時間(避免與sink的反饋包產(chǎn)生沖突)后發(fā)送數(shù)據(jù)，node1轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點和node2轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點將同時收到包，然后直接進行發(fā)送，同樣在sink節(jié)點處產(chǎn)生相長干涉。

(4)、最后，網(wǎng)絡(luò)可以采取顯式終止或隱式終止結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸，source節(jié)點和node1轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點、node2轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點進入睡眠，此后按照lpp進行睡眠調(diào)度。

在本發(fā)明中的初始化網(wǎng)絡(luò)過程中，對sink節(jié)點所在的層次選擇包括以下步驟：

步驟21：sink節(jié)點廣播一個packet(hop＝0)數(shù)據(jù)包，其中hop代表距離sink節(jié)點的跳數(shù)；從而使source節(jié)點獲取自己到sink節(jié)點的跳數(shù)；

步驟22：網(wǎng)絡(luò)中的任意一個傳感器節(jié)點vi(i∈n)接收到鄰居節(jié)點vj(j∈n,j≠i)廣播的數(shù)據(jù)包packet(vj.hop)，如果vi.hop<＝vj.hop-1則將節(jié)點vi的hop設(shè)置為vi.hop＝vj.hop+1，然后繼續(xù)廣播packet(vi.hop)數(shù)據(jù)包，一直持續(xù)到網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點均到sink節(jié)點的跳數(shù)，將hop＝k的節(jié)點命名為k層節(jié)點，其中k為大于等于1的整數(shù)，k層節(jié)點只需要保存hop信息，而不需保存任何關(guān)于相鄰層次節(jié)點的信息。網(wǎng)絡(luò)初始化過程中，即在網(wǎng)絡(luò)生命周期內(nèi)，所述傳感器節(jié)點只需進行一次層次選擇，網(wǎng)絡(luò)初始化完成后，傳感器節(jié)點均按照lpp機制進行睡眠調(diào)度，在本發(fā)明中，結(jié)合圖1、圖2圖3和圖4，lpp機制進行睡眠調(diào)度按照如下方式進行：

當(dāng)k＝hop層的source節(jié)點有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，source節(jié)點會偵聽網(wǎng)絡(luò)信道一段時間tlisten，等待鄰居節(jié)點蘇醒發(fā)送probe數(shù)據(jù)包以建立連接，建立連接后，鄰近節(jié)點接收source節(jié)點發(fā)送的awake數(shù)據(jù)包以延長鄰居節(jié)點的蘇醒時間；所述source節(jié)點發(fā)送awake數(shù)據(jù)包最終將到sink節(jié)點，sink節(jié)點收到awake數(shù)據(jù)包后，經(jīng)過tbackoff等待時間后，sink節(jié)點發(fā)送feedback包到source節(jié)點，tbackoff等待時間確保所有正在傳輸?shù)膒robe數(shù)據(jù)包和awake數(shù)據(jù)包距離sink至少為兩跳。

當(dāng)經(jīng)過tbackoff等待時間后，所述sink節(jié)點發(fā)送feedback包到source節(jié)點，當(dāng)feedback數(shù)據(jù)包到達source節(jié)點后，source節(jié)點在twait等待時間之后，發(fā)起間隔時間為tcount的并發(fā)傳輸，此時傳輸?shù)氖莻鞲衅鞴?jié)點采集到的數(shù)據(jù)data數(shù)據(jù)包；相同層次的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點同時接收到data數(shù)據(jù)包后，在發(fā)送該數(shù)據(jù)包前會有固定等待時間tprocess，因此滿足相長干涉的條件，此時source節(jié)點到sink節(jié)點的路徑上的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點不會發(fā)起probe數(shù)據(jù)包或awake數(shù)據(jù)包，因此滿足twait<tbackoff；source節(jié)點啟動并發(fā)傳輸之后，如果在2×tprocess之后沒有偵聽到k＝(hop-1)層節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，則進行重傳，以增加傳輸?shù)目煽啃?；如果偵聽到并且緩存隊列里還有數(shù)據(jù)source節(jié)點會在tcount＝2×tprocess繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。在本發(fā)明中，傳感器網(wǎng)絡(luò)中的sink節(jié)點接收到awake包時會根據(jù)以下三種情況進行處理：

情況41：k＝(k≥hop)層的節(jié)點將直接丟棄并進入睡眠狀態(tài)，避免k＝(k≥hop)層的節(jié)點參與此次并發(fā)傳輸，以減少網(wǎng)絡(luò)能耗；

情況42：k-1層鄰居節(jié)點在進行awake數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時，會加入自己的hop(k-1)信息；k＝(k>hop(k-1))層鄰居節(jié)點收到awake數(shù)據(jù)包后直接丟棄并進入睡眠狀態(tài)；k-2層節(jié)點在收到awake數(shù)據(jù)包，在轉(zhuǎn)發(fā)之前會用hop(k-2)覆蓋hop(k-1)，繼續(xù)執(zhí)行與hop(k-1)節(jié)點相同操作；

情況43：已經(jīng)處理過awake包，且保持蘇醒的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，不受上層節(jié)點發(fā)送的awake包的影響；所述sink節(jié)點在接收到awake數(shù)據(jù)包后，將會發(fā)送feedback數(shù)據(jù)包到source節(jié)點，source節(jié)點接收到feedback數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點會根據(jù)以下三種情況進行處理：

情況51：節(jié)點收到feedback數(shù)據(jù)包，但是沒有收到awake數(shù)據(jù)包，source節(jié)點將丟棄feedback數(shù)據(jù)包，進入睡眠狀態(tài)；

情況52：k＝(k≥hop)層次的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點將直接丟棄feedback數(shù)據(jù)包，進入睡眠狀態(tài)。

情況53：處于相同層次的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，將同時接收到上一層次節(jié)點發(fā)送的feedback數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點將數(shù)據(jù)從接收隊列中不經(jīng)任何處理直接復(fù)制到發(fā)送隊列中進行發(fā)送，最終feedback數(shù)據(jù)包將并發(fā)傳輸?shù)竭_source節(jié)點，且在source節(jié)點處產(chǎn)生相長干涉；

在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點接收source節(jié)點數(shù)據(jù)包并將該數(shù)據(jù)包并發(fā)傳輸?shù)絪ink節(jié)點，并發(fā)傳輸完畢后，sink節(jié)點發(fā)送feedback數(shù)據(jù)包到source節(jié)點；當(dāng)feedback數(shù)據(jù)包到達源節(jié)點后，源節(jié)點(source節(jié)點)在等待時間為twait(為了避免與正在進行的feedback數(shù)據(jù)包傳輸產(chǎn)生沖突)之后，發(fā)起間隔時間為tcount的傳輸(總共count個數(shù)據(jù)包)，相同層次的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點同時接收到數(shù)據(jù)包后，在發(fā)送該數(shù)據(jù)包前會有固定等待時間tprocess，傳感器節(jié)點從接收到數(shù)據(jù)包到發(fā)送數(shù)據(jù)包，這個過程產(chǎn)生的等待時間定義為tprocess。因此同一層次的節(jié)點滿足相長干涉的條件，增大了端到端的可靠性，當(dāng)k＝1層節(jié)點同時向sink節(jié)點發(fā)送同一個數(shù)據(jù)，產(chǎn)生相長干涉，進一步提高數(shù)據(jù)包成功接收概率。

轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點記錄了轉(zhuǎn)發(fā)過數(shù)據(jù)包的元數(shù)據(jù)(metadata)，所以不會重新發(fā)送該數(shù)據(jù)包，防止出現(xiàn)循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)的問題。在此階段，源節(jié)點開始執(zhí)行并發(fā)傳輸且到sink的路徑上的節(jié)點不會發(fā)起probe數(shù)據(jù)包或awake數(shù)據(jù)包，所以設(shè)置twait<tbackoff。

源節(jié)點啟動并發(fā)傳輸之后，如果在2×tprocess之后沒有偵聽到k＝(hop-1)層節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，則進行重傳，增加傳輸?shù)目煽啃裕蝗绻麄陕牭讲⑶揖彺骊犃欣镞€有數(shù)據(jù)，源節(jié)點會在tcount＝2×tprocess繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。

并發(fā)傳輸完畢后，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點返回到lpp睡眠調(diào)度狀態(tài)，在數(shù)據(jù)傳輸完成后，通過隱式終止方式或顯示終止方式通知傳輸路徑上的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點已完成傳輸，則進入睡眠狀態(tài)。此后，節(jié)點將按照lpp進行休眠調(diào)度，在所述隱式終止方式中，參與并發(fā)傳輸?shù)霓D(zhuǎn)發(fā)節(jié)點從awake數(shù)據(jù)包中獲取數(shù)據(jù)包的數(shù)量，節(jié)點在轉(zhuǎn)發(fā)完最后一個數(shù)據(jù)包之后進入睡眠；這隱式終止方式傳輸比較簡單，但是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點在數(shù)據(jù)包丟失后會一直在偵聽信道，因此在adcci協(xié)議中設(shè)置節(jié)點在timeout(tx(h))后，退出并發(fā)傳輸階段進入睡眠。

在所述顯示終止方式中，sink節(jié)點收到所有count個數(shù)據(jù)包之后，會發(fā)送確認ack，否則發(fā)送否定確認nack，參與并發(fā)傳輸?shù)霓D(zhuǎn)發(fā)節(jié)點在轉(zhuǎn)發(fā)完ack或nack之后，將終止并發(fā)傳輸階段進入睡眠。該顯示終止方式雖然產(chǎn)生傳輸ack或nack的額外時間，但是顯式終止方式可以減少在丟包率高的網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的超時時間timeout(tx(h))。

在本發(fā)明中，選擇在一個100×100m²的正方形區(qū)域中設(shè)置50個節(jié)點，sink節(jié)點位于這個區(qū)域的中心，每個節(jié)點在數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔內(nèi)產(chǎn)生數(shù)據(jù)包(20bytes)并將包經(jīng)過多跳路由到sink節(jié)點。在該實施例中，adcci均采用顯式終止方案。在adcci協(xié)議中，基本參數(shù)設(shè)置如表1所示

表1：adcci參數(shù)設(shè)置

在本發(fā)明中通過使用contiki上的數(shù)據(jù)收集協(xié)議tree-basedhop-by-hopreliabledatacollection(以下簡稱thrdc)作為對比協(xié)議，該協(xié)議是collectiontreeprocotol(ctp)在contiki上的實現(xiàn)，ctp在lpl模式下性能比在lpp模式下好，因此我們使用x-mac協(xié)議為thrdc提供睡眠調(diào)度，如圖4所示，設(shè)置x-mac的twakeup與adcci的值一致。鏈路質(zhì)量等參數(shù)均按照系統(tǒng)默認。在本章中我們用數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔表示兩次事件發(fā)生的時間間隔，將占空比定義為：t(數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔內(nèi)平均每個節(jié)點無線電開啟的時間)/t(數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔)，如圖5和圖6所示，從圖5可以看出，adcci的數(shù)據(jù)包接收率接近100％，而thrdc的數(shù)據(jù)包接收率在94％左右。因為在adcci中，由于相長干涉的原因，節(jié)點層與層之間的可靠性更高且網(wǎng)絡(luò)中存在多條路徑同時傳輸數(shù)據(jù)，最后在sink節(jié)點處產(chǎn)生相長干涉進一步增加了接收概率。thrdc傳輸數(shù)據(jù)時，每一跳都是etx(expectedtransmissioncount，預(yù)期傳輸次數(shù))值最小的節(jié)點。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸失敗后，更新etx后再次等待etx值最小的節(jié)點蘇醒。如果etx值變化較大，發(fā)送節(jié)點還會進行廣播通知其他節(jié)點更新路由，由此增加傳輸延遲和節(jié)點蘇醒時間。從圖6中的占空比也證明了在相同數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔內(nèi)，thrdc協(xié)議無線電開啟的時間更長。因此從圖6中可以總結(jié)出，相對于thrdc，adcci在減少24.6％的占空比的同時提高5.8％的數(shù)據(jù)包接收率。

在本發(fā)明中，如圖7所示，平均端到端延遲與并發(fā)傳輸延遲，從圖7中可以看出，在不同數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔下，thrdc的平均端到端延遲是12.78s，adcci的是9.95s。因此相對于thrdc，adcci能夠減少22.1％的端到端延遲。從圖8可以看出，并發(fā)傳輸階段所產(chǎn)生的延遲在adcci平均端到端延遲中占8.9％比例(平均0.89s)，而91.1％的時間在為并發(fā)傳輸階段做準備。并發(fā)傳輸階段產(chǎn)生的延遲變化并不大，所以并發(fā)傳輸階段所占比例隨著平均端到端延遲的增大而變小，因此在數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔等于1200s和2400s時，產(chǎn)生了兩個極小值。從圖7和圖8中可知基于相長干涉的并發(fā)傳輸是一種低延遲的數(shù)據(jù)傳輸方式。

控制開銷，實驗比較了adcci和thrdc在數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼麄€過程中，不同數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔下平均傳輸每個數(shù)據(jù)包所需的控制包數(shù)量，平均每個數(shù)據(jù)包開銷越小，意味著傳輸每個數(shù)據(jù)包整個網(wǎng)絡(luò)消耗的能量越少，能量利用率越高，在x-mac協(xié)議中，節(jié)點在下一跳節(jié)點開始接收數(shù)據(jù)包前會連續(xù)發(fā)送信標幀，我們將這些連續(xù)發(fā)送的信標幀數(shù)量記為1個。

當(dāng)數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔較小的時候，thrdc所需的控制包的數(shù)量較少，但隨著數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔的增加，這種開銷會迅速增加，因為盡管網(wǎng)絡(luò)中沒有數(shù)據(jù)要進行發(fā)送，但thrdc協(xié)議需要定期維護路由狀態(tài)，產(chǎn)生控制包開銷。而adcci僅在有數(shù)據(jù)包要發(fā)送時節(jié)點才會產(chǎn)生控制包，所以隨著數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔的增大，每個數(shù)據(jù)包的所需的控制包沒有明顯變化，從而說明了圖7中在數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔等于1800s開始，thrdc的占空比并沒有進一步下降，而adcci的占空比呈下降趨勢。

結(jié)合圖6和圖9，分析了adcci和thrdc的網(wǎng)絡(luò)能量消耗。傳感器節(jié)點中無線電模塊是最消耗能量的單元，而圖6表明在相同的數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔內(nèi)，adcci無線電模塊開啟的時間比thrdc少24.6％。圖9表明在adcci協(xié)議中平均每個數(shù)據(jù)所需的控制包開銷在不同數(shù)據(jù)包產(chǎn)生間隔中幾乎沒有變化，所以相對于thrdc，adcci能夠有效的減少網(wǎng)絡(luò)能量消耗。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。