应用于变电站无线传感器网络的MAC协议方法及其实现系统技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于变电站无线传感器网络的MAC协议方法及其实现系统，所述方法包括：步骤1，各层次网络节点启动同步环节；判断将要传输的帧是否为无线传感器网络通讯首帧；若是，则跳转执行步骤2，否则跳转执行步骤3；步骤2，各层次网络节点设定阈值，跳转执行步骤4；步骤3，依据首帧设定的阈值，判断各层次网络节点同步偏移量是否小于同步失调阈值；是则保持传输单元组数阈值不变，否则将传输单元组数阈值减少预设百分比并取整，修改时间调度表，重新设定帧长阈值；跳转执行步骤4；步骤4，按照各层次网络节点对应的时间调度表和传输单元调度表收发数据。本发明专利技术能够有效增加无线传感器网络的传输效率。

【技术实现步骤摘要】
应用于变电站无线传感器网络的MAC协议方法及其实现系统
本专利技术属于变电站无线传感器网络通信
，特别涉及一种应用于变电站无线传感器网络的MAC协议方法及其实现系统。
技术介绍
无线传感器网络相比于传统有线传感器网络，有着布置快捷方便的极其巨大优势，几乎可在任何环境下，在运动物体上、在户外野外、在特殊危险地点等等的不方便连线走线的特殊环境下进行布置。也正是由于无线传感器网络使用环境的特殊性，其往往无法采用外部供电设计，而传感器自身所带的电源容量有限。因此，无线传感器网络节点的功耗决定着网络的寿命，是设计网络的首要考虑因素之一；其次，网络的性能，包括吞吐量、传输延迟等也往往决定了网络质量的好坏。但是，现实情况下，网络的功耗和性能往往相互矛盾、不可兼得，这就需要针对不同的应用场合设计相应的网络传输MAC协议，以获得在不同运用场景下网络综合效益最大化。在变电站等环境下，经常需要采集温度湿度等模拟量信息，传感器得到的数据通过逐层上传汇聚到服务器端进行处理分析。最底层的无线传感器网络节点数量众多，而且在绝大多数情况下，底层的无线传感器由于发射功率、电磁干扰、空间阻隔、温湿度等环境因素影响，其信息传送距离有限，无法与服务器进行直接通信，信息需要逐级逐层中转汇聚传输，通过逐层汇聚，信息传送到数量远小于无线传感器网络节点的终端服务器上。显然，这个网络的逻辑结构是树。目前，主流的无线传感器网络MAC协议中，每一种协议都有或多或少的存在问题，并不能很好切合变电站的使用环境。其中，S-MAC协议虽然简单，但是由于其时间调度表占空比固定，网络性能不能随着吞吐量需求的变化而变化，当网络的吞吐量需求变大时，数据极易发生拥塞；B-MAC协议采用异步通信模式，但是其LPL机制的控制开销大，在网络轻载时，由LPL控制机制引起的能量损耗很高，并不符合低功耗网络的设计目标，而在重载情况下，网络的LPL机制所对信道的时段占用、对网络性能的消耗巨大；TRAMA协议虽然减少了由于节点竞争协议导致的能量浪费，但是其具有高时延等缺陷，尤其在网络吞吐需求较高的场合，其巨大的延迟往往导致实时监控的失败；混合竞争制与非竞争制的混合式介质访问控制协议由于其较为复杂的簇拓扑结构，使其的使用范围受到了很多限制。综上，亟需一种新的应用于变电站无线传感器网络的MAC协议方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用于变电站无线传感器网络的MAC协议方法及其实现系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术能够有效增加无线传感器网络的传输效率。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的一种应用于变电站无线传感器网络的MAC协议方法，包括以下步骤：步骤1，各层次网络节点启动同步环节；判断将要传输的帧是否为无线传感器网络通讯首帧；若是，则跳转执行步骤2，否则跳转执行步骤3；步骤2，各层次网络节点设定传输单元组数阈值，设定同步失调阈值，设定信道冲突次数上限阈值，设定信道冲突次数下限阈值，设定传输单元调度表初值，设定时间调度表，设定帧长阈值，跳转执行步骤4；步骤3，依据首帧设定的传输单元组数阈值、同步失调阈值、信道冲突次数上限阈值、信道冲突次数下限阈值、传输单元调度表初值、时间调度表及帧长阈值，判断各层次网络节点同步偏移量是否小于同步失调阈值；若各层次网络节点同步偏移量小于同步失调阈值，则保持传输单元组数阈值不变，若各层次网络节点同步偏移量大于等于同步失调阈值，则将传输单元组数阈值减少预设百分比并取整，修改时间调度表，重新设定帧长阈值，获得修改后的传输单元组数阈值、时间调度表及帧长阈值，跳转执行步骤4；步骤4，按照传输单元调度表修改时间调度表，各层次网络节点启动传输时间定时器，按照各层次网络节点对应的时间调度表和传输单元调度表收发数据；当各层次网络节点的传输时间定时器的值大于帧长阈值时，进入下一帧传输工作。本专利技术的进一步改进在于，还包括：步骤5，重复执行步骤1至步骤4，完成所有帧传输。本专利技术的进一步改进在于，步骤3还包括：读取各层次网络节点信道冲突次数计数器；若各层次网络节点信道冲突次数计数器的值大于信道冲突次数上限阈值，则找到传输单元调度表中所有存储值为0的单元，并将前预设百分比的传输单元调度表中存储值为0的单元的存储值改为1；若各层次网络节点信道冲突次数计数器的值小于信道冲突次数下限阈值，则找到传输单元调度表中所有存储值为1单元，将前预设百分比的传输单元调度表中存储值为1的单元的存储值改为0；若各层次网络节点信道冲突次数计数器大于等于信道冲突次数下限阈值且小于等于信道冲突次数上限阈值，则不对传输单元调度表做更改。本专利技术的进一步改进在于，所述变电站无线传感器网络拓扑结构为树形结构；其中，树的根节点是服务器端，树的叶节点是变电站中的各种无线传感器。本专利技术的进一步改进在于，所述传输单元调度表采用子节点的发送时间段和父节点的接收时间段对齐重合的方式。本专利技术的进一步改进在于，所述传输单元调度表中，传输单元组与组之间呈流水线结构关系。本专利技术的一种应用于变电站无线传感器网络的MAC协议方法的实现系统，包括：首帧判别模块，用于各层次网络节点启动同步环节；判断将要传输的帧是否为无线传感器网络通讯首帧；若是，则跳转执行步骤2，否则跳转执行步骤3；阈值设定模块，用于各层次网络节点设定传输单元组数阈值，设定同步失调阈值，设定信道冲突次数上限阈值，设定信道冲突次数下限阈值，设定传输单元调度表初值，设定时间调度表，设定帧长阈值，跳转至数据收发模块；校正修改模块，用于依据首帧设定的传输单元组数阈值、同步失调阈值、信道冲突次数上限阈值、信道冲突次数下限阈值、传输单元调度表初值、时间调度表及帧长阈值，判断各层次网络节点同步偏移量是否小于同步失调阈值；若各层次网络节点同步偏移量小于同步失调阈值，则保持传输单元组数阈值不变，若各层次网络节点同步偏移量大于等于同步失调阈值，则将传输单元组数阈值减少预设百分比并取整，修改时间调度表，重新设定帧长阈值，获得修改后的传输单元组数阈值、时间调度表及帧长阈值，跳转执行步骤数据收发模块；数据收发模块，用于按照传输单元调度表修改时间调度表，各层次网络节点启动传输时间定时器，按照各层次网络节点对应的时间调度表和传输单元调度表收发数据；当各层次网络节点的传输时间定时器的值大于帧长阈值时，完成当前帧传输。本专利技术的进一步改进在于，还包括：执行控制模块，用于控制重复执行首帧判别模块、阈值设定模块、校正修改模块和数据收发模块，完成所有帧传输。本专利技术的进一步改进在于，所述校正修改模块，还用于读取各层次网络节点信道冲突次数计数器；若各层次网络节点信道冲突次数计数器的值大于信道冲突次数上限阈值，则找到传输单元调度表中所有存储值为0的单元，并将前预设百分比的传输单元调度表中存储值为0的单元的存储值改为1；若各层次网络节点信道冲突次数计数器的值小于信道冲突次数下限阈值，则找到传输单元调度表中所有存储值为1单元，将前预设百分比的传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于变电站无线传感器网络的MAC协议方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，各层次网络节点启动同步环节；判断将要传输的帧是否为无线传感器网络通讯首帧；若是，则跳转执行步骤2，否则跳转执行步骤3；/n步骤2，各层次网络节点设定传输单元组数阈值，设定同步失调阈值，设定信道冲突次数上限阈值，设定信道冲突次数下限阈值，设定传输单元调度表初值，设定时间调度表，设定帧长阈值，跳转执行步骤4；/n步骤3，各层次网络节点依据首帧设定的传输单元组数阈值、同步失调阈值、信道冲突次数上限阈值、信道冲突次数下限阈值、传输单元调度表初值、时间调度表及帧长阈值，判断各层次网络节点同步偏移量是否小于同步失调阈值；若各层次网络节点同步偏移量小于同步失调阈值，则保持传输单元组数阈值不变，若各层次网络节点同步偏移量大于等于同步失调阈值，则将传输单元组数阈值减少预设百分比并取整，修改时间调度表，重新设定帧长阈值，获得修改后的传输单元组数阈值、时间调度表及帧长阈值；根据各层次网络节点信道冲突次数计数器的值与信道冲突次数上限阈值和信道冲突次数下限阈值的比较结果，对传输单元调度表做更改；跳转执行步骤4；/n步骤4，按照传输单元调度表修改时间调度表，各层次网络节点启动传输时间定时器，按照各层次网络节点对应的时间调度表和传输单元调度表收发数据；当各层次网络节点的传输时间定时器的值大于帧长阈值时，进入下一帧传输工作。/n...

【技术特征摘要】
1.一种应用于变电站无线传感器网络的MAC协议方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，各层次网络节点启动同步环节；判断将要传输的帧是否为无线传感器网络通讯首帧；若是，则跳转执行步骤2，否则跳转执行步骤3；
步骤2，各层次网络节点设定传输单元组数阈值，设定同步失调阈值，设定信道冲突次数上限阈值，设定信道冲突次数下限阈值，设定传输单元调度表初值，设定时间调度表，设定帧长阈值，跳转执行步骤4；
步骤3，各层次网络节点依据首帧设定的传输单元组数阈值、同步失调阈值、信道冲突次数上限阈值、信道冲突次数下限阈值、传输单元调度表初值、时间调度表及帧长阈值，判断各层次网络节点同步偏移量是否小于同步失调阈值；若各层次网络节点同步偏移量小于同步失调阈值，则保持传输单元组数阈值不变，若各层次网络节点同步偏移量大于等于同步失调阈值，则将传输单元组数阈值减少预设百分比并取整，修改时间调度表，重新设定帧长阈值，获得修改后的传输单元组数阈值、时间调度表及帧长阈值；根据各层次网络节点信道冲突次数计数器的值与信道冲突次数上限阈值和信道冲突次数下限阈值的比较结果，对传输单元调度表做更改；跳转执行步骤4；
步骤4，按照传输单元调度表修改时间调度表，各层次网络节点启动传输时间定时器，按照各层次网络节点对应的时间调度表和传输单元调度表收发数据；当各层次网络节点的传输时间定时器的值大于帧长阈值时，进入下一帧传输工作。


2.根据权利要求1所述的一种应用于变电站无线传感器网络的MAC协议方法，其特征在于，还包括：
步骤5，重复执行步骤1至步骤4，完成所有帧传输。


3.根据权利要求1所述的一种应用于变电站无线传感器网络的MAC协议方法，其特征在于，步骤3中，所述根据各层次网络节点信道冲突次数计数器的值与信道冲突次数上限阈值和信道冲突次数下限阈值的比较结果，对传输单元调度表做更改具体包括：
读取各层次网络节点信道冲突次数计数器；若各层次网络节点信道冲突次数计数器的值大于信道冲突次数上限阈值，则找到传输单元调度表中所有存储值为0的单元，并将前预设百分比的传输单元调度表中存储值为0的单元的存储值改为1；若各层次网络节点信道冲突次数计数器的值小于信道冲突次数下限阈值，则找到传输单元调度表中所有存储值为1单元，将前预设百分比的传输单元调度表中存储值为1的单元的存储值改为0；
若各层次网络节点信道冲突次数计数器大于等于信道冲突次数下限阈值且小于等于信道冲突次数上限阈值，则不对传输单元调度表做更改。


4.根据权利要求1所述的一种应用于变电站无线传感器网络的MAC协议方法，其特征在于，所述变电站无线传感器网络拓扑结构为树形结构；其中，树的根节点是服务器端，树的叶节点是变电站中的各种无线传感器。


5.根据权利要求1所述的一种应用于变电站无线传...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏程，杨鼎革，迟清，丁彬，王森，史兆江，韩彦华，牛博，李文慧，高健，尚宇，王辰曦，吴昊，徐丹，
申请(专利权)人：国网陕西省电力公司电力科学研究院，国网陕西省电力公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61