CN104202803A - 一种基于无线传感器网络的节能mac协议通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线传感器网络通信领域，尤其涉及一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法，包括：新节点通过维护邻居节点的唤醒时间表，记录邻居节点的唤醒时间偏移值；根据邻居节点的唤醒时间偏移值确定新节点的唤醒时间偏移值；当发送节点发送数据时，查询所述唤醒时间表中对应的接收节点信息，并预测接收节点的唤醒时间。本发明根据邻居节点唤醒时间选择偏移值，保证了节点之间具有不同的唤醒时间，并通过准确预测接收节点的唤醒时间，能够有效减少空闲侦听带来的能量消耗，节约了能量。

Description

一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息。

在传感器网络使用过程中，部分传感器节点由于能量耗尽或环境因素造成失效，也有一些节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中(新节点)，这样在传感器网络中的节点个数就动态地增加或减少，从而使网络的拓扑结构随之动态地变化。

无线传感器网络中，节点的唤醒方式有以下几种：

(1)全唤醒模式：这种模式下，无线传感器网络中的所有节点同时唤醒，探测并跟踪网络中出现的目标，虽然这种模式下可以得到较高的跟踪精度，然而是以网络能量的消耗巨大为代价的。

(2)随机唤醒模式：这种模式下，无线传感器网络中的节点由给定的唤醒概率p随机唤醒。

(3)由预测机制选择唤醒模式：这种模式下，无线传感器网络中的节点根据跟踪任务的需要，选择性的唤醒对跟踪精度收益较大的节点，通过获得的信息预测目标下一时刻的状态，并唤醒节点。

(4)任务循环唤醒模式：这种模式下，无线传感器网络中的节点周期性的出于唤醒状态，这种工作模式的节点可以与其他工作模式的节点共存，并协助其他工作模式的节点工作。

在无线传感器网络中，媒体介质访问控制(Media AccessControl，MAC)协议处于无线传感器网络协议的底层部分，主要用于传感器节点间公平有效地共享通信媒介，对传感器网络的性能有较大影响，是保证无线传感器网络有效通信的关键网络协议之一。

相关技术中的基于接收端发起的异步MAC层协议，节点维持邻居节点固定的唤醒时间表，在持续空闲侦听时带来较大的能量消耗，不利于节能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法，以解决上述的问题。

在本发明的实施例中提供了一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法，包括：

新节点通过维护邻居节点的唤醒时间表，记录邻居节点的唤醒时间偏移值；

根据邻居节点的唤醒时间偏移值确定新节点的唤醒时间偏移值，公式如下：

式中，O_w(i)为接收节点i的唤醒时间偏移值，O_w为新节点的唤醒时间偏移值，t(i,j)为i,j两节点唤醒时刻差值，其中i,j两个节点的唤醒时刻处在所有节点中唤醒间隔最短的时间内；

当发送节点发送数据时，查询唤醒时间表中对应的接收节点信息，并预测接收节点的唤醒时间，预测公式如下：

t_remain(i)＝T_wakeup(i)-(t_c-O_w(i))％T_wakeup(i)

式中，t_remain(i)为接收节点i下次唤醒时刻剩余时间，T_wakeup(i)为节点i唤醒间隔，t_c为发送节点当前时间，O_w(i)为接收节点i的唤醒偏移值。

进一步，新节点通过维护邻居节点的唤醒时间表记录邻居节点的唤醒时间偏移值之前，还包括：

持续监听节点初始最大唤醒间隔的时长，当接收到邻居节点发送的信标帧时，发送带有请求节点唤醒状态标志位的空数据帧；

当发送节点接收到带有标志位的空数据帧时，在发送的ACK帧中嵌入节点的唤醒间隔；

新节点在持续监听时间内接收邻居节点返回的ACK帧，并在监听结束后维护一张邻居节点唤醒时间表。

进一步，该方法还包括：当接收节点的实际唤醒时间与发送节点预测的唤醒时间的差值大于误差阈值时，重新请求接收节点唤醒时间的信息。

进一步，该方法还包括：发送节点每次发送数据前，检测缓冲队列中等待传输的数据包数量，根据等待传输的数据包数量计算等待传输数据包数量等级，根据等待传输数据包数量等级自适应改变节点的唤醒间隔。

进一步，根据等待传输数据包数量等级自适应改变节点的唤醒间隔，具体包括：

当相比于上一次发送数据前，等待传输数据包数量等级发生改变时，将标志位和所述等待传输数据包数量等级嵌入到预发送的数据帧中；其中，标志位用于通知接收节点数据帧中嵌入有改变的等待传输数据包数量等级，等待传输数据包数量等级由下式求得：

${\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}\left(i\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& N_{\mathrm{wait}}\left(i\right)<n_{\mathrm{threshold}1}\\ 1,& {n_{\mathrm{threshold}1}\&le;N}_{\mathrm{wait}}\left(i\right)<{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}2}\\ 2,& {n_{\mathrm{threshold}2}\&le;N}_{\mathrm{wait}}\left(i\right)\end{array}\right.$

式中，ρ_wait(i)为节点i等待传输数据包数量等级，N_wait(i)为节点i等待传输的数据包数量，n_threshold为发送节点负载因子，ρ_threshold为接收节点负载因子；

当节点收到带有标志位的数据帧时更新孩子节点中等待传输数据包数量等级的总和,当未收到带有标志位的数据帧时，保持等待传输数据包数量等级不变；其中，孩子节点中等待传输数据包数量等级的总和由下式求得：

${\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}=\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}\left(i\right)$

式中，ρ_wait为孩子节点中等待传输数据包数量等级的总和，ρ_wait(i)为节点i等待传输数据包数量等级，s为孩子节点的个数；

接收节点动态改变唤醒间隔；其中，动态改变唤醒间隔的条件为调整因子改变，相关公式如下：

$\mathrm{\&mu;}=\left\{\begin{array}{cc}0,& {\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}<{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}1}\\ 1,& {\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}1}\&le;{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}<{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}2}\\ 2,& {\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}2}\&le;{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}<{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}3}\\ 3,& {\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}3}\&le;{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}\end{array}\right.$

$T_{\mathrm{tmp}}={\left(\frac{1}{2}\right)}^{\mathrm{\&mu;}}\&CenterDot;T_{\mathrm{init}\_\mathrm{wakeup}}$

$T_{\mathrm{wakeup}}=\left\{\begin{array}{cc}{T}_{\min },& T_{\mathrm{tmp}}<T_{\min }\\ T_{\mathrm{tmp}},& T_{\min }\&le;T_{\mathrm{tmp}}<T_{\mathrm{init}\_\mathrm{wakeup}}\\ T_{\mathrm{init}\_\mathrm{wakeup}},& T_{\mathrm{tmp}}\&GreaterEqual;T_{\mathrm{init}\_\mathrm{wakeup}}\end{array}\right.$

式中，μ为调整因子，ρ_wait为孩子节点中等待传输数据包数量等级的总和，ρ_threshold为接收节点负载因子，T_tmp为节点计算后的唤醒间隔，T_{init_wakeup}为节点初始最大唤醒间隔，T_wakeup为节点的唤醒间隔，T_min为节点最小唤醒间隔。

进一步，该方法还包括：当调整因子未改变时保持唤醒间隔不变。

进一步，该方法还包括：当发送节点接收到接收节点的唤醒信标帧时，转换为睡眠状态直到接收节点下一次唤醒时间重传数据。

本发明实施例提供的基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法与现有技术相比，通过根据邻居节点唤醒时间选择偏移值，保证了节点之间具有不同的唤醒时间，并通过准确预测接收节点的唤醒时间，能够有效减少空闲侦听带来的能量消耗，节约了能量。

附图说明

图1示出了本发明一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法的流程图；

图2示出了本发明一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法的工作过程示意图；

图3示出了本发明一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法新节点加入网络初始化阶段的示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

考虑到现有技术中节点维持邻居节点固定的唤醒时间表，在持续空闲侦听时带来较大能量消耗的问题，本发明实施例提供了一种基于无线传感器网络的HELD-MAC(High energy efficiencyand Low delay-Media Access Control，高能效低延时媒体介质访问控制)协议。

参图1至图3所示，图1示出了本发明一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法的流程图；图2示出了本发明一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法的工作过程示意图；图3示出了本发明一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法新节点加入网络初始化阶段的示意图。

为了解决上述问题，本发明的思路是，在新节点加入网络阶段，根据邻居节点唤醒时间选择偏移值，以保证与邻居节点有不同的唤醒时间。通过预测接收节点唤醒时间，当发送节点有数据传输时，根据预测到的接收节点唤醒时间提前Tcd时刻唤醒，以等待接收唤醒信标帧。具体包括：

步骤S102，新节点通过维护邻居节点的唤醒时间表，记录邻居节点的唤醒时间偏移值；

步骤S104，根据邻居节点的唤醒时间偏移值确定新节点的唤醒时间偏移值，公式如下：

(1)式中，O_w(i)为接收节点i的唤醒时间偏移值，O_w为新节点的唤醒时间偏移值，t(i,j)为i,j两节点唤醒时刻差值，两个节点唤醒时刻必须在所有节点中唤醒间隔最短的时间内；

步骤S106，当发送节点发送数据时，查询唤醒时间表中对应的接收节点信息，并预测接收节点的唤醒时间，预测公式如下：

t_remain(i)＝T_wakeup(i)-(t_c-O_w(i))％T_wakeup(i)    (2)

(2)式中，t_remain(i)为接收节点i下次唤醒时刻剩余时间，T_wakeup(i)为节点i唤醒间隔，t_c为发送节点当前时间，O_w(i)为接收节点i的唤醒偏移值。

在本实施例中，唤醒间隔应该理解为两次唤醒的间隔，唤醒时间应理解为唤醒时刻，即唤醒的那一刻。

本实施例提供的HELD-MAC协议，通过式(1)，根据邻居节点唤醒时间选择偏移值，保证了节点之间具有不同的唤醒时间，并通过式(2)准确预测接收节点的唤醒时间，能够有效减少空闲侦听带来的能量消耗，节约了能量。

在本实施例中，在新节点加入网络的初始阶段，新节点通过维护邻居节点的唤醒时间表记录邻居节点的唤醒时间偏移值之前，还包括：

持续监听节点初始最大唤醒间隔T_{init_wakeup}的时长，监听过程中，当接收到邻居节点发送的信标帧时，发送带有请求节点唤醒状态标志位的空数据帧；

当发送节点接收到带有标志位的空数据帧时，在发送的ACK帧中嵌入节点的唤醒间隔T_wakeup(节点最近一次唤醒时间T_last,节点当前时间T_cur)；

新节点在持续监听时间内接收邻居节点返回的ACK帧，并在监听结束后维护一张邻居节点唤醒时间表。

相关技术在预测唤醒时间时，均会存在不同程度的误差，该误差不仅由时钟漂移造成，操作***和硬件延迟也会带来明显的预测误差，为了有效解决此问题，本实施例提供的HELD-MAC协议引入预测误差阈值E_threshold，当接收节点的实际唤醒时间与发送节点预测的唤醒时间的差值大于误差阈值时，节点根据上述初始化阶段的方法重新请求接收节点唤醒时间的信息。误差阈值E_threshold的取值范围可取0～20ms。

为了解决相关技术中MAC协议在网络动态负载条件下，不能动态地改变节点唤醒间隔，从而带来较高的数据传输冲突率及较大的数据传输延时的问题，本实施例提供的HELD-MAC协议，还包括：

发送节点每次发送数据前，检测缓冲队列中等待传输的数据包数量，(如果除本次传输的数据包之外有等待传输的数据包)根据等待传输的数据包数量N_wait(i)计算等待传输数据包数量等级ρ_wait(i)，根据等待传输数据包数量等级自适应改变节点的唤醒间隔。

在本实施例中，根据等待传输数据包数量等级自适应改变节点的唤醒间隔，具体包括：

当相比于上一次发送数据前，等待传输数据包数量等级发生改变时，将标志位和所述等待传输数据包数量等级嵌入到预发送的数据帧中；其中，标志位用于通知接收节点数据帧中嵌入有改变的等待传输数据包数量等级，等待传输数据包数量等级由(3)式求得：

${\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}\left(i\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& N_{\mathrm{wait}}\left(i\right)<n_{\mathrm{threshold}1}\\ 1,& {n_{\mathrm{threshold}1}\&le;N}_{\mathrm{wait}}\left(i\right)<{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}2}\\ 2,& {n_{\mathrm{threshold}2}\&le;N}_{\mathrm{wait}}\left(i\right)\end{array}\right.---\left(3\right)$

(3)式中，ρ_wait(i)为节点i等待传输数据包数量等级，N_wait(i)为节点i等待传输的数据包数量，n_threshold为发送节点负载因子，ρ_threshold为接收节点负载因子；

接收节点动态维持着孩子节点中等待传输数据包数量等级总和ρ_wait，其中ρ_wait值越大，代表孩子节点中等待传输的数据包越多，当节点收到带有标志位的数据帧时更新孩子节点中等待传输数据包数量等级的总和ρ_wait,当未收到带有标志位的数据帧时，保持等待传输数据包数量等级不变；其中，孩子节点中等待传输数据包数量等级的总和由(4)式求得：

${\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}=\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}\left(i\right)---\left(4\right)$

(4)式中，ρ_wait为孩子节点中等待传输数据包数量等级的总和，ρ_wait(i)为节点i等待传输数据包数量等级，s为孩子节点的个数；

接收节点动态改变唤醒间隔；其中，动态改变唤醒间隔的条件为调整因子(μ值)改变，当调整因子(μ值)未改变时保持唤醒间隔不变，相关公式如式(5)、(6)、(7)：

$\mathrm{\&mu;}=\left\{\begin{array}{cc}0,& {\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}<{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}1}\\ 1,& {\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}1}\&le;{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}<{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}2}\\ 2,& {\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}2}\&le;{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}<{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}3}\\ 3,& {\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}3}\&le;{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}\end{array}\right.---\left(5\right)$

$T_{\mathrm{tmp}}={\left(\frac{1}{2}\right)}^{\mathrm{\&mu;}}\&CenterDot;T_{\mathrm{init}\_\mathrm{wakeup}}---\left(6\right)$

$T_{\mathrm{wakeup}}=\left\{\begin{array}{cc}{T}_{\min },& T_{\mathrm{tmp}}<T_{\min }\\ T_{\mathrm{tmp}},& T_{\min }\&le;T_{\mathrm{tmp}}<T_{\mathrm{init}\_\mathrm{wakeup}}\\ T_{\mathrm{init}\_\mathrm{wakeup}},& T_{\mathrm{tmp}}\&GreaterEqual;T_{\mathrm{init}\_\mathrm{wakeup}}\end{array}\right.---\left(7\right)$

式(5)、(6)、(7)中，μ为调整因子，ρ_wait为孩子节点中等待传输数据包数量等级的总和，ρ_threshold为接收节点负载因子，T_tmp为节点计算后的唤醒间隔，T_{init_wakeup}为节点初始最大唤醒间隔，T_wakeup为节点的唤醒间隔，T_min为节点最小唤醒间隔，根据节点剩余能量计算而来。

其中μ值越大，代表孩子节点中等待传输的数据包越多；(3)式中的发送节点负载因子n_threshold及(5)式中的接收节点负载因子，ρ_threshold，可根据应用对数据包传输延时容忍度调整，若对传输延时容忍度较大，则可以适当增加其值，相反，可减小其值。

本实施例提供的HELD-MAC协议，通过发送节点每次发送数据前，检测缓冲队列中等待传输的数据包数量，根据等待传输的数据包数量计算等待传输数据包数量等级，根据等待传输数据包数量等级自适应改变节点的唤醒间隔，实现了接收节点根据网络负载状况自适应地改变节点唤醒间隔，使接收节点改变唤醒间隔之后仍然具有不同的唤醒时间，从而保证了在高负载情况下具有较低的数据传输延时及数据传输冲突率，同时，节点可以根据估计的剩余能量自适应地改变节点的最小唤醒间隔，确保了节点不会因为频繁转发数据而过早关机，延长了网络的生存周期，增强了网络的稳定性。

在无线传感器网络中，高效的数据重传机制是真实传感器网络中需要考虑的重要方面，网络负载的增加以及多个相邻节点同时传输都会带来数据传输冲突，传输失败需要数据重传。本实施例提供的HELD-MAC协议中，当发送节点接收到接收节点的唤醒信标帧时，转换为睡眠状态直到接收节点下一次唤醒时间重传数据，即发送节点当需要数据重传时，检测到传输冲突，节点立即转换到睡眠状态，智能的选择何时唤醒重传数据，实现了高效的能量利用。图2说明了HELD-MAC协议的基于预测的数据重传机制。如图2所示，如果发送节点S接收的是接收节点R的唤醒信标帧而不是数据传输的确认帧，S节点会认为数据传输失败或者确认帧发送失败，S节点立即转换到睡眠状态直到接收节点下一次唤醒时间重传数据，该方法通过减少等待接收节点唤醒的时间，从而减少了能量消耗。

本发明提供的HELD-MAC协议，通过节点动态的维持邻居节点唤醒时间表来预测节点的唤醒时间，节点根据网络负载情况自适应地的改变节点的唤醒间隔的同时，保证节点之间仍然具有不同的唤醒间隔，在数据传输延时、能量消耗、网络吞吐量、传输碰撞方面具有明显优势。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法，其特征在于，包括：

新节点通过维护邻居节点的唤醒时间表，记录邻居节点的唤醒时间偏移值；

根据邻居节点的唤醒时间偏移值确定新节点的唤醒时间偏移值，公式如下：

式中，O_w(i)为接收节点i的唤醒时间偏移值，O_w为新节点的唤醒时间偏移值，t(i,j)为i,j两节点唤醒时刻差值，其中i,j两节点的唤醒时刻处在所有节点中唤醒间隔最短的时间内；

当发送节点发送数据时，查询所述唤醒时间表中对应的接收节点信息，并预测接收节点的唤醒时间，预测公式如下：

t_remain(i)＝T_wakeup(i)-(t_c-O_w(i))％T_wakeup(i)

式中，t_remain(i)为接收节点i下次唤醒时刻剩余时间，T_wakeup(i)为节点i唤醒间隔，t_c为发送节点当前时间，O_w(i)为接收节点i的唤醒偏移值。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法，其特征在于，新节点通过维护邻居节点的唤醒时间表记录邻居节点的唤醒时间偏移值之前，还包括：

持续监听节点初始最大唤醒间隔的时长，当接收到邻居节点发送的信标帧时，发送带有请求节点唤醒状态标志位的空数据帧；

当发送节点接收到带有标志位的空数据帧时，在发送的ACK帧中嵌入节点的唤醒间隔；

新节点在持续监听时间内接收邻居节点返回的ACK帧，并在监听结束后维护一张邻居节点唤醒时间表。

3.根据权利要求2所述的一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法，其特征在于，还包括：

当接收节点的实际唤醒时间与发送节点预测的唤醒时间的差值大于误差阈值时，重新请求接收节点唤醒时间的信息。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法，其特征在于，还包括：

发送节点每次发送数据前，检测缓冲队列中等待传输的数据包数量，根据等待传输的数据包数量计算等待传输数据包数量等级，根据等待传输数据包数量等级自适应改变节点的唤醒间隔。

5.根据权利要求4所述的一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法，其特征在于，根据等待传输数据包数量等级自适应改变节点的唤醒间隔，具体包括：

当相比于上一次发送数据前，等待传输数据包数量等级发生改变时，将标志位和所述等待传输数据包数量等级嵌入到预发送的数据帧中；其中，所述标志位用于通知接收节点数据帧中嵌入有改变的等待传输数据包数量等级，所述等待传输数据包数量等级由下式求得：

${\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}\left(i\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& N_{\mathrm{wait}}\left(i\right)<n_{\mathrm{threshold}1}\\ 1,& {n_{\mathrm{threshold}1}\&le;N}_{\mathrm{wait}}\left(i\right)<{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}2}\\ 2,& {n_{\mathrm{threshold}2}\&le;N}_{\mathrm{wait}}\left(i\right)\end{array}\right.$

式中，ρ_wait(i)为节点i等待传输数据包数量等级，N_wait(i)为节点i等待传输的数据包数量，n_threshold为发送节点负载因子，ρ_threshold为接收节点负载因子；

当节点收到带有所述标志位的数据帧时更新孩子节点中等待传输数据包数量等级的总和,当未收到带有所述标志位的数据帧时，保持等待传输数据包数量等级不变；其中，孩子节点中等待传输数据包数量等级的总和由下式求得：

${\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}=\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}\left(i\right)$

式中，ρ_wait为孩子节点中等待传输数据包数量等级的总和，ρ_wait(i)为节点i等待传输数据包数量等级，s为孩子节点的个数；

接收节点动态改变唤醒间隔；其中，动态改变唤醒间隔的条件为调整因子改变，相关公式如下：

$\mathrm{\&mu;}=\left\{\begin{array}{cc}0,& {\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}<{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}1}\\ 1,& {\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}1}\&le;{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}<{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}2}\\ 2,& {\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}2}\&le;{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}<{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}3}\\ 3,& {\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{threshold}3}\&le;{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{wait}}\end{array}\right.$

$T_{\mathrm{tmp}}={\left(\frac{1}{2}\right)}^{\mathrm{\&mu;}}\&CenterDot;T_{\mathrm{init}\_\mathrm{wakeup}}$

$T_{\mathrm{wakeup}}=\left\{\begin{array}{cc}{T}_{\min },& T_{\mathrm{tmp}}<T_{\min }\\ T_{\mathrm{tmp}},& T_{\min }\&le;T_{\mathrm{tmp}}<T_{\mathrm{init}\_\mathrm{wakeup}}\\ T_{\mathrm{init}\_\mathrm{wakeup}},& T_{\mathrm{tmp}}\&GreaterEqual;T_{\mathrm{init}\_\mathrm{wakeup}}\end{array}\right.$

式中，μ为调整因子，ρ_wait为孩子节点中等待传输数据包数量等级的总和，ρ_threshold为接收节点负载因子，T_tmp为节点计算后的唤醒间隔，T_{init_wakeup}为节点初始最大唤醒间隔，T_wakeup为节点的唤醒间隔，T_min为节点最小唤醒间隔。

6.根据权利要求5所述的一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法，其特征在于，还包括：当调整因子未改变时保持唤醒间隔不变。

7.根据权利要求6所述的一种基于无线传感器网络的节能MAC协议通信方法，其特征在于，还包括：

当发送节点接收到接收节点的唤醒信标帧时，转换为睡眠状态直到接收节点下一次唤醒时间重传数据。