CN103188736B - 基于流量控制的ant节点电源节能方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于流量控制的ANT节点电源节能方法，其特征是：所述ANT无线网络中，节点采用自适应流量负载的方法来减少唤醒和等待传输时间，在保证发送数据完整的情况下，自主选择数据发送的唤醒时间间隙；ANT节点通过流量负载调整唤醒时隙，获得最大的生命周期同时确保正常的通信。本发明通过采用自适应流量负载的方法来减少ANT节点的唤醒和等待传输时间，节点能保证数据完整的情况下，自主选择数据发送的唤醒时间间隙，大大的降低了节点的唤醒时间，降低了节点能耗。它不仅改善了传统节能机制的缺点，而且提供了一种新的自适应调整节能策略，可以在各种模式的数据源下，保持良好的性能。

Description

基于流量控制的ANT节点电源节能方法
技术领域
本发明涉及一种电源技术，尤其是一种ANT无线网络的节点电源节通技术，尤其涉及一种无线节点在数据传输时根据流量负载自动调整能耗的基于流量控制的ANT节点电源节能方法。
背景技术
ANT无线网络是一种拓扑结构非常灵活的网络，它既可以用于小型无线网络，也可以用于大型复杂的无线网络中。ANT网络中的节点有着各种不同的数据源，可以同时分属不同的网络，并且在不同的通道上，既可以作为主节点，也可以作为从节点，因此节点节能是ANT网络中的难题之一。
目前，无线网络中普遍采用的MAC协议，如SMAC，TMAC，PMAC和QMAC都已被提出，然而这些MAC协议会导致长时间的延迟并且不能自适应ANT无线网络节点的负载流量，大部分无线传感器节点的能量被浪费在等待其它节点发送数据时的空闲侦听阶段，并且节点只能向未处于休眠模式的节点传送数据，在这种条件下，节点需要经常检查其它节点是否处于唤醒和准备传输状态，因此会增加更多的能耗。传统的基于同步-周期休眠/唤醒的节能机制在无线ANT网络中遇到了很多困难，这主要是由于同步困难引起的。在大规模、高密度、多跳、移动性网络环境下，时钟同步的开销很大。一个极端的例子是两个各自同步的子网络，如果移动到一起，这两个网络会互相异步，造成网络分化。
发明内容
本发明的目的是针对现有的ANT无线网络因采用灵活的网络部署带能能耗高的问题，提出一种基于流量控制的ANT节点电源节能方法。它不仅改善了传统节能机制的缺点，而且提供了一种新的自适应调整节能策略，可以在各种模式的数据源下，保持良好的性能。
本发明的技术方案是：
一种基于流量控制的ANT节点电源节能方法，其特征是：所述ANT无线网络中，节点采用自适应流量负载的方法来减少唤醒和等待传输时间，在保证发送数据完整的情况下，自主选择数据发送的唤醒时间间隙；ANT节点通过流量负载调整唤醒时隙，获得最大的生命周期同时确保正常的通信。
所述的时隙划分是按照Quorum***来定义的，采用GridQuorum***，其数学定义为：将U={1……N},N=n2个元素排列在n×n的栅格上，选取任意一行和任意一列元素组成Qi，所有的Qi组成的集合就是GridQuorum***，Qi为Quorum。此算法思想为采用分布式的方法，使节点的唤醒时隙成特定分布，保证相互之间时隙有交叠，且唤醒时隙占总时间的比列为最小。
本发明所述的节点唤醒通信时刻必须先根据流量负载p的大小，得出每个节点周期的唤醒时间间隔和唤醒时隙T。然后通过比较节点Qr的大小，选择合适的唤醒时刻进行通信。
本发明采用异步节能机制，配合自适应调整机制，减少了不必要的数据同步，同时在局部时间/空间区域内保证必要的同步。
本发明的ANT节点可以在各种模式的数据源下，自适应数据负载大小，减少节点唤醒时间周期，保持良好的节能性能。
本发明的有益效果：
1、本发明能够使ANT无线网络中的节点，通过流量负载来自适应调节节点的睡眠持续时间，有效延长网络节点的生命周期。
2、本发明能够设置每个ANT节点的唤醒时间表，尽可能无冲突地实现数据收发后休眠，并在需要数据收发时激活，从而减少网络节点空闲侦听时间，节省电源能量消耗。
3、本发明采用一种分布式的方法，使节点的激活时隙成一种特定分布，保证互相之间时隙有交叠，且激活时隙占总时间的比例达到最小化。
4、本发明提供了一种新的异步节能机制，配合自适应调整策略，减少了不必要的数据同步，同时在局部时间/空间区域内保证必要的同步，并且可以在各种模式的数据源下，保持良好的节能性能。
附图说明
图1是本发明所描述的ANT无线网络示意图。
图2是本发明所描述的时隙划分示意图。
图3是本发明所描述的节点通信时刻表示意图。
图4是本发明的ANT节点电源节能工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详尽的说明。
如图1所示，本发明的ANT无线网络由传感器、中继和集中器组成。集中器节点的本质特征是接收并处理各个数据源下的数据，保证在各种模式的数据源下，节点之间能够有效的相互通信。其中一个例子是运动监测***。运动手表中嵌入集中器，用来接收、处理和记录各个传感器节点发送来的数据，传感器节点包括温度，心率，GPS定位，血压和速度等，分别固定于人体各个部位，从而组成基于ANT无线传感网络的运动监测***。集中器也可以通过中继和其它ANT设备相连接，这样可以实现ANT无线网络的大范围覆盖。
图2为本发明所描述的时隙划分示意图。设定流量负载数据包长度L=12，将流量负载划分为低、中、高和超高四种情况。当流量负载为低时，选择时隙划分表的第一列时隙进行传输数据，当流量负载为中等时，选择时隙划分表的第一列和第二列时隙进行传输数据，当流量负载为高时，选择时隙划分表的第一列、第二列和第三列时隙进行传输数据，当流量负载为超高时，选择全部时隙进行数据传输。将时隙设置为n×n(n=4)的矩阵，假设p为流量负载，(N=n2)为每个周期的唤醒时间间隔，假设接收节点在发送节点发送数据包L时完全唤醒，唤醒时隙为T则有：
T=1,n+1,2n+1,3n+11≤p≤3
T=1,n+1,2n+1,3n+1,2,n+2,2n+2,3n+24≤p≤6
T=1,n+1,2n+1,3n+1,2,n+2,2n+2,3n+2,
3,n+3,2n+3,3n+37≤p≤9
T=1,n+1,2n+1,3n+1,2,n+2,2n+2,3n+2,
3,n+3,2n+3,3n+3,4,n+4,2n+4,3n+410≤p≤12
Qr=0,T=0p=0
图3为本发明所描述的节点唤醒通信时刻示意图。节点可以自主选择唤醒时间来相互通信，共有3种情况如下：
1、发送节点的活跃时间少于接收节点，即QrA＜QrD，则数据发送将在A的唤醒时间内完成。
2、发送节点的活跃时间多于接收节点，即QrA＞QrD，则数据发送首先检查接收节点D是否处于唤醒状态，如果D处于唤醒状态，则发送节点A向D发送数据；否则发送节点A向接收节点D发出一个唤醒命令，当接收节点D到达下一个唤醒时隙后，立刻向发送节点A发送一个唤醒确认，然后节点A收到确认后开始发送数据。
3、发送节点的活跃时间等于接收节点，即QrA=QrD，则发送节点A可在任意唤醒时刻向接收节点D发送数据。
可见在节点之间相互通信时，两个节点的时隙重叠越多越容易提前实现通信握手。
图4为本发明ANT节点电源节能方法的工作流程图。节点的通信过程如下：
步骤一：发送节点处于循环休眠状态，并不停检查是否有数据进行发送。
步骤二：收到需要发送的数据，然后进行判断数据量的大小，选择发送时隙。
步骤三：首先发送节点查询接收节点是否处于唤醒状态，然后根据唤醒周期间隔，分配节点通信时刻表，最后在保证数据完整的情况下，发送节点选择适当的唤醒时隙来和接收节点完成数据传输。
本方法的工作流程是以发送节点发送数据为基础的，在实现局部时间同步的情况下，选择可靠地唤醒时隙，并根据不同的数据大小选择不同的发送机制，从而减少节点能耗，延长网络寿命。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种基于流量控制的ANT节点电源节能方法，其特征是：所述ANT无线网络中，节点采用自适应流量负载的方法来减少唤醒和等待传输时间，在保证发送数据完整的情况下，自主选择数据发送的唤醒时间间隙；ANT节点通过流量负载调整唤醒时隙，获得最大的生命周期同时确保正常的通信；所述的时隙划分按照Quorum***定义，将U＝{1……N},N＝n2个元素排列在n×n的栅格上，选取任意一行和任意一列元素组成Qi，所有的Qi组成的集合就是GridQuorum***，Qi为Quorum，采用分布式的方法，使节点的唤醒时隙按设定分布，保证相互之间时隙有交叠，且唤醒时隙占总时间的比例为最小；节点唤醒通信时刻其特征是先根据流量负载p的大小，得出每个节点周期的唤醒时间间隔和唤醒时隙T；然后比较节点Qr的大小，选择合适的唤醒时刻进行通信；采用异步节能机制，配合自适应调整机制，减少不必要的数据同步，同时在局部时间/空间区域内保证必要的同步；所述的唤醒时隙T满足以下关系：
T＝1,n+1,2n+1,3n+11≤p≤3
T＝1,n+1,2n+1,3n+1,2,n+2,2n+2,3n+24≤p≤6
T＝1,n+1,2n+1,3n+1,2,n+2,2n+2,3n+2,
3,n+3,2n+3,3n+37≤p≤9
T＝1,n+1,2n+1,3n+1,2,n+2,2n+2,3n+2,
3,n+3,2n+3,3n+3,4,n+4,2n+4,3n+410≤p≤12
Qr＝0,T＝0p＝0
。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是ANT节点可以在各种模式的数据源下，自适应数据负载大小，减少节点唤醒时间周期，保持良好的节能性能。
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