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专利号: 2018115029477
申请人: 曲阜师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种预约多跳节点的同步RM-MAC协议的实现方法,其特征在于:包括以下步骤:

(1)通过多种控制帧及虚拟载波侦听机制预约无线传感器网络传输路径上的多跳节点;

(2)在步骤(1)中预约的多跳节点之间进行无中断的数据传输;

所述的步骤(1)和步骤(2)中操作按照周期性的方式运行,且每个周期包括Sync阶段、Reserve阶段和Sleep阶段。

2.根据权利要求1所述的预约多跳节点的同步RM-MAC协议的实现方法,其特征在于:步骤(1)中Sync阶段、Reserve阶段和Sleep阶段的具体操作步骤包括:(11)在Sync阶段,来自同一个虚拟簇的所有节点同步唤醒,进入侦听模式,且根据精度要求,同步节点间的时钟;

(12)在Reserve阶段,利用CSMA/CA竞争机制获得信道的节点及其后续节点,通过发送多种控制帧以及利用虚拟载波侦听机制,预约未来的多跳节点;即让未来的多跳节点可以根据控制帧中的相关信息计算得知与其上一跳节点开始通信的时间,且节点间按照预约时间进行通信,未到达预约时间的节点进入睡眠模式;

(13)在Sleep阶段,节点关闭无线收发器进入睡眠模式,若节点在此阶段有通信任务,则按照相应条件进行通信。

3.根据权利要求2所述的预约多跳节点的同步RM-MAC协议的实现方法,其特征在于:所述的步骤(12)中侦听到发送给其它节点的一个或多个控制帧的节点根据帧中的相关信息设置自己的睡眠时间,以便在Reserve阶段实现提前睡眠;未侦听到任何控制帧的节点在Reserve阶段一直保持唤醒。

4.根据权利要求2所述的预约多跳节点的同步RM-MAC协议的实现方法,其特征在于:步骤(13)中若节点在Reserve阶段的通信过程延续到Sleep阶段,或节点按照预约的时间唤醒后正处于Sleep阶段,则节点保持唤醒且进行数据通信,若通信完成后节点仍处于Sleep阶段,则根据相应地条件判断是否需要进入睡眠模式。

5.根据权利要求2所述的预约多跳节点的同步RM-MAC协议的实现方法,其特征在于:步骤(12)中的控制帧包括RTS(Request-to-Send)帧,CTS-Special(Clear-to-Send-Special)帧和RTS-Order(Request-to-Send-Order)帧。

6.根据权利要求5所述的预约多跳节点的同步RM-MAC协议的实现方法,其特征在于:所述的步骤(12)中利用CSMA/CA竞争机制获得信道的节点及其后续节点为:发起节点为A节点通过CSMA/CA竞争机制接入信道,它的后续节点包括A节点的下一跳节点B,B节点的下一跳节点C,C节点的下一跳节点D,以此类推,直至最后一跳节点。

7.根据权利要求6所述的预约多跳节点的同步RM-MAC协议的实现方法,其特征在于:所述的①RTS帧由本次通信的发起节点A发出,用于向它的下一跳节点B请求通信;

②CTS-Special帧由B节点侦听到RTS帧后发起,既可用于确认来自A节点的通信请求,又可预约它的下一跳节点C,即让C节点根据CTS-Special帧中的相关信息计算得知与B节点开始通信的时间;

③RTS-Order帧由C节点侦听到CTS-Special帧后发起,用于预约它的下一跳节点D,即让D节点根据RTS-Order帧中的相关信息计算得知与C节点开始通信的时间。

8.根据权利要求6所述的预约多跳节点的同步RM-MAC协议的实现方法,其特征在于:所述的当A节点开始向B节点传输DATA帧时,C节点和D节点由于还未到达预约时间所以仍然处于睡眠模式;当B节点成功收到来自A节点的每个DATA帧后,B节点会回复一个确认帧;确认帧包括ACK帧和ACK-RTS帧;其中ACK-RTS帧既用于接收节点对成功接收的来自其发送节点的最后一个DATA帧进行确认,又用于向接收节点的下一跳节点请求通信,ACK帧用于接收节点对成功接收的来自其发送节点的其余DATA帧进行确认。

9.根据权利要求4所述的预约多跳节点的同步RM-MAC协议的实现方法,其特征在于:所述的节点通信结束后若处于Sleep阶段,是否需要进入睡眠模式的判断条件为:节点计算从现在开始到本周期Sleep阶段截止时的剩余时间;若节点在剩余时间内进行模式切换以及进行睡眠消耗的总能量小于或等于在剩余时间内持续保持侦听消耗的能量,则节点进入睡眠模式,节省能耗;反之,节点保持唤醒,等待下一个周期的到来;如下所示:Eswich(Tremain)+Esleep(Tremain)≤Elisten(Tremain)其中,Tremain表示节点从现在开始到本周期Sleep阶段截止时的剩余时间;

Eswich(Tremain)表示在Tremain内节点从侦听模式切换到睡眠模式消耗的能量,Esleep(Tremain)表示在Tremain内节点睡眠消耗的能量,Elisten(Tremain)表示在Tremain内节点保持侦听消耗的能量。

10.根据权利要求3所述的预约多跳节点的同步RM-MAC协议的实现方法,其特征在于:

所述的设置睡眠时间的步骤为:

(21)采用虚拟载波侦听机制,每个控制帧中都携带Duration字段用于表示剩余通信的时间;

(22)串听到控制帧的节点则根据控制帧中Duration字段中的值设置它内部的NAV(Network Allocation Vector)值;

(23)当NAV值为非0时,节点处于睡眠模式以减少能耗;当NAV值减为0时,被预约的节点立即唤醒且接收来自其上一跳节点的数据;而未被预约的节点当NAV值减为0时若正好处于侦听阶段,则唤醒;否则,继续保持睡眠模式,直到下一个侦听阶段的到来;

(24)为了确保DATA帧在预约的多跳节点之间可以实现无中断地数据传输,以及避免在此期间出现隐藏终端问题,控制帧通过Duration字段为所有的DATA帧传输多跳距离预留了信道。