專利名稱：偽隨機(jī)序列退避機(jī)制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)頻譜接入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種偽隨機(jī)序列退 避機(jī)制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)頻譜接入方法。
背景技術(shù)：
隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和進(jìn)展，在未來的5-10年間世界將到處都是低功率 無線傳感器設(shè)備，同時隨著802. llb/g和802. 15. 1等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，而使得2. 4G的ISM 頻段變得非常擁擠。而事實上更糟糕的是家用電器(如微波爐)的廣泛使用也對WSN產(chǎn)生了極大的 干擾。G. Zhou, J. A. Stankovic,禾口 S. H. Son 在參考文獻(xiàn)"Crowded spectrum in wireless sensor networks (無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的頻譜擁塞)，，中用HP 8593E頻譜分析儀測量2. 4G ISM頻段的頻譜使用率，其測試的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境包括家庭護(hù)理傳感器網(wǎng)絡(luò)(應(yīng)用Micaz節(jié)點(diǎn))、 微波爐和一個羅技2. 4GHz的無線投影儀。其測量結(jié)果顯示，對于WSN物理層所占的頻段， 微波爐的干擾占了將近一半的帶寬。而無線投影儀的干擾(均勻分布的脈沖信號)也經(jīng)常 性地出現(xiàn)，如2. 42GHz的脈沖。當(dāng)微波爐打開時，Micaz節(jié)點(diǎn)的包接收率在46% -81%之間， 而當(dāng)微波爐關(guān)閉，其包接收率為100%。M. Petrova, W. Lili, P. MahonenjP J. Riihijarvi 等在參考文獻(xiàn)“hterference Measurements on Performance Degradation between Colocated IEEE 802.llg/n and IEEE 802. 15. 4Networks (同區(qū)域內(nèi)的 IEEE 802. llg/n 和 IEEE 802. 15. 4 網(wǎng)絡(luò)之間的干 擾導(dǎo)致的性能退化測量)”中的測試則進(jìn)一步證明IEEE 802. llg/n的高網(wǎng)絡(luò)流量干擾對 IEEE 802. 15. 4性能的影響是災(zāi)難性的，特別是IEEE 802. Iln對IEEE 802. 15. 4的干擾甚 至是很難避免的，因為IEEE802. Iln與之前的WLAN技術(shù)相比其信道帶寬得到了很明顯的增 加。IEEE 802. Iln在高數(shù)據(jù)傳輸速率(如骨干網(wǎng)的wireless mesh networks)的廣泛采用 將嚴(yán)重影響IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)以及其他低功耗的2. 4GHz的ISM頻段技術(shù)的可用性。這 表明，低功耗的樓宇自動化，消費(fèi)電子和傳感器網(wǎng)絡(luò)可能會很容易受到未來IEEE 802. Iln 高數(shù)據(jù)速率無線局域網(wǎng)部署的干擾。根據(jù)以上研究的結(jié)果分析，引入CR技術(shù)是WSN網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)研究和發(fā)展并應(yīng)用到現(xiàn)實 生活中一個很好的出路，也是WSN與其他無線技術(shù)在2. 4G ISM頻段共存的合理解決方案。 CR-WSN中最關(guān)鍵的是動態(tài)頻譜接入(DSA)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種偽隨機(jī)序列退避機(jī)制的無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)頻譜接入方法，能夠有效地利用頻譜空洞，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，降低數(shù)據(jù)包傳輸時 延，同時還能夠在一定程度上降低網(wǎng)絡(luò)能耗并抵御主用戶干擾，有著十分廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明采用偽隨機(jī)算法生成各個節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的 退避信道序列，并以退避信道序列進(jìn)行信道調(diào)整。
所述的退避信道序列通過以下方式得到對于每一個節(jié)點(diǎn)來說，令x
等于該節(jié) 點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號，將x
帶入線性同余法的迭代公式Χ[η+1] = (Α ·χ[η]+C)modM，連續(xù)迭代得
到一串長度為 M 的偽隨機(jī)序列40]，χ[1]，......，x[M-l]。xW]，χ[1]，......，χ[Μ-1]
即為該節(jié)點(diǎn)的退避信道序列，M為總的信道數(shù)，O ^A,C^ Μ，該序列中的每一個值代表一個
信道號。所述的退避信道序列的長度等于總的信道的個數(shù)。所述的信道調(diào)整包括接收節(jié)點(diǎn)搜索和空閑節(jié)點(diǎn)調(diào)整，其中接收節(jié)點(diǎn)搜索是指在超幀開始階段，每個節(jié)點(diǎn)按照各自的退避信道序列調(diào)整到 第一個空閑信道上，并根據(jù)退避信道序列搜索接收節(jié)點(diǎn)；空閑節(jié)點(diǎn)調(diào)整是指當(dāng)某個信道上的空閑節(jié)點(diǎn)檢測到有其它節(jié)點(diǎn)或主用戶在該信 道進(jìn)行通信，該空閑節(jié)點(diǎn)按照其自身的退避信道序列依次往后退避到空閑信道；所述的根據(jù)退避信道序列搜索接收節(jié)點(diǎn)是指網(wǎng)絡(luò)中的任一發(fā)送節(jié)點(diǎn)將接收節(jié)點(diǎn) 的節(jié)點(diǎn)號作為種子代入偽隨機(jī)算法，從而得到接收節(jié)點(diǎn)的退避信道序列，并按照該退避信 道序列中的信道依次搜索接收節(jié)點(diǎn)。所述的依次搜索是指發(fā)送節(jié)點(diǎn)依次接入接收節(jié)點(diǎn)的退避信道序列中的各個信 道，當(dāng)該信道空閑則在該信道上發(fā)送RTS包，當(dāng)未收到目的節(jié)點(diǎn)返回的CTS包或收到信道忙 反饋則切換到下一個信道；否則在該信道上進(jìn)行通信；當(dāng)搜索的次數(shù)達(dá)到退避信道序列的 長度且依然未實現(xiàn)通信則發(fā)送節(jié)點(diǎn)退回搜索開始前的信道，宣告此次通信失敗并啟動計時 器，準(zhǔn)備下一輪搜索；通信完成后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)返回自己退避信道序列的第一個空閑信道上。本發(fā)明能夠有效地利用頻譜空洞，降低數(shù)據(jù)包傳輸時延，降低網(wǎng)絡(luò)能耗，同時使網(wǎng) 絡(luò)有很好的抗干擾，有著量良好的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明流程圖。
圖2為實施例中平均包傳送時延方面的性能比較圖；其中超幀BO =6，SO = 4。
圖3為實施例中平均包傳送時延方面的性能比較圖，其中超幀BO =6，SO = 6。
圖4為實施例中單位數(shù)據(jù)包能耗方面的性能比較圖，其中超幀BO =6，SO = 4。
圖5為實施例中單位數(shù)據(jù)包能耗方面的性能比較圖，其中超幀BO =6，SO = 6。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施 例。實施例本實施例中，場景是一個由4個節(jié)點(diǎn)組成的一個點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，任意兩個節(jié)點(diǎn)之間 可以互相通信。節(jié)點(diǎn)號為0 3?？山尤氲男诺罃?shù)為2個。信道編號為0 1。1)節(jié)點(diǎn)初始化階段本例中，以線性同余法作為生成退避信道序列的偽隨機(jī)算法。由于可接入的信道 數(shù)為2個，取線性同余法的迭代方程為
Xn+1 = (Xn+l)mod2(1)由于線性同余法要求種子小于總的序列長度(本例中為2)，取每個節(jié)點(diǎn)的種子為 節(jié)點(diǎn)號模2。每個節(jié)點(diǎn)采取線性同余法，以本節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號模2為種子代入公式(1)生成自 身的退避信道序列，序列的長度等于總的信道的個數(shù)。通過線性同余法生成的節(jié)點(diǎn)退避信 道序列如表1所示。表1節(jié)點(diǎn)退避信道序列
權(quán)利要求
1.一種偽隨機(jī)序列退避機(jī)制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)頻譜接入方法，其特征在于，采用 偽隨機(jī)算法生成各個節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的退避信道序列，并以退避信道序列進(jìn)行信道調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽隨機(jī)序列退避機(jī)制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)頻譜接入方法， 其特征是，所述的退避信道序列通過以下方式得到對于每一個節(jié)點(diǎn)來說，令x
等于該 節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號，將x
帶入線性同余法的迭代公式Χ[η+1] = (Α ·χ[η]+C)modM，連續(xù)迭代得到一串長度為 M 的偽隨機(jī)序列xW]，x[l]，......，x[M-l]。xW]，x[l]，......，x[M-l]即為該節(jié)點(diǎn)的退避信道序列，M為總的信道數(shù)，O ^A,C^ M，該序列中的每一個值代表一個 信道號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的偽隨機(jī)序列退避機(jī)制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)頻譜接入方 法，其特征是，所述的退避信道序列的長度等于總的信道的個數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽隨機(jī)序列退避機(jī)制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)頻譜接入方法， 其特征是，所述的信道調(diào)整包括接收節(jié)點(diǎn)搜索和空閑節(jié)點(diǎn)調(diào)整，其中接收節(jié)點(diǎn)搜索是指在超幀開始階段，每個節(jié)點(diǎn)按照各自的退避信道序列調(diào)整到第一 個空閑信道上，并根據(jù)退避信道序列搜索接收節(jié)點(diǎn)；空閑節(jié)點(diǎn)調(diào)整是指當(dāng)某個信道上的空閑節(jié)點(diǎn)檢測到有其它節(jié)點(diǎn)或主用戶在該信道進(jìn) 行通信，該空閑節(jié)點(diǎn)按照其自身的退避信道序列依次往后退避到空閑信道；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的偽隨機(jī)序列退避機(jī)制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)頻譜接入方法， 其特征是，所述的根據(jù)退避信道序列搜索接收節(jié)點(diǎn)是指網(wǎng)絡(luò)中的任一發(fā)送節(jié)點(diǎn)將接收節(jié) 點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號作為種子代入偽隨機(jī)算法，從而得到接收節(jié)點(diǎn)的退避信道序列，并按照該退避 信道序列中的信道依次搜索接收節(jié)點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的偽隨機(jī)序列退避機(jī)制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)頻譜接入方法， 其特征是，所述的依次搜索是指發(fā)送節(jié)點(diǎn)依次接入接收節(jié)點(diǎn)的退避信道序列中的各個信 道，當(dāng)該信道空閑則在該信道上發(fā)送RTS包，當(dāng)未收到目的節(jié)點(diǎn)返回的CTS包或收到信道忙 反饋則切換到下一個信道；否則在該信道上進(jìn)行通信；當(dāng)搜索的次數(shù)達(dá)到退避信道序列的 長度且依然未實現(xiàn)通信則發(fā)送節(jié)點(diǎn)退回搜索開始前的信道，宣告此次通信失敗并啟動計時 器，準(zhǔn)備下一輪搜索；通信完成后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)返回自己退避信道序列的第一個空閑信道上。
全文摘要
一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的偽隨機(jī)序列退避機(jī)制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)頻譜接入方法，采用偽隨機(jī)算法生成各個節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的退避信道序列，并以退避信道序列進(jìn)行信道調(diào)整。本發(fā)明能夠有效地利用頻譜空洞，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，降低數(shù)據(jù)包傳輸時延，同時還能夠在一定程度上降低網(wǎng)絡(luò)能耗并抵御主用戶干擾，有著十分廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號H04W16/14GK102098683SQ20111006526
公開日2011年6月15日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者何晨, 呂超, 田軍, 肖卓凌, 肖榕 申請人:上海交通大學(xué), 富士通株式會社