一种基于转发优先及流量分级的无线传感器网络退避算法

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1、第２９卷第５期计算机应用研究Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．５２０１２年５月ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒｓＭａｙ２０１２一种基于转发优先及流量分级的无线传感器网络退避算法１２余庆春，谭罛（１．湖北经济学院信息管理学院，武汉４３０２０５；２．武汉数字工程研究所，武汉４３００７４）摘要：基于无线传感器网络的特点，提出了一种新的基于转发优先和流量分级的退避算法，该算法根据节点自身可获取的网络信息将网络流量判定为不同的级别，并依此改变退避窗口的大小；该算法还赋予转发节点一定的信道竞争优势，使得当前的通信业务可以优先地进行下去。通过理论分析和仿真实验，证实该算法能够有效

2、地降低节点冲突率和额外的能量开销，减少传输延时，提高系统吞吐量，从而提高无线传感器网络的性能。关键词：无线传感器网络；退避算法；流量分级；转发优先中图分类号：ＴＰ３９３．０４文献标志码：Ａ文章编号：１００１３６９５（２０１２）０５１８４６０４ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３６９５．２０１２．０５．０６５ＮｏｖｅｌｂａｃｋｏｆｆａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＷＳＮｂａｓｅｄｏｎｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｒａｆｆｉｃｌｅｖｅｌｓ１２ＹＵＱｉｎｇｃｈｕｎ，ＴＡＮＣｈｏｎｇ（１．ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＭａｎａｇｅｍ

3、ｅｎｔＣｏｌｌｅｇｅ，ＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｃｏｎｏｍｉｃｓ，Ｗｕｈａｎ４３０２０５，Ｃｈｉｎａ；２．ＷｕｈａｎＤｉｇｉｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｔｙｏｆＷＳＮｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｅｗｂａｃｋｏｆｆａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｒａｆｆｉｃｌｅｖｅｌｓ．Ｔｈｉｓｓｃｈｅｍｅｄｅｆｉｎｅｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｒａｆｆｉｃｌｅｖｅｌｓａｃｃｏｒｄｉｎ

4、ｇｔｏｔｈｅａｖａｉｌａｂｌｅｍｅｓｓａｇｅｓｔｈａｔｎｏｄｅｓｃｏｕｌｄｏｂｔａｉｎ，ａｎｄａｄｊｕｓｔｅｄｔｈｅｂａｃｋｏｆｆｗｉｎｄｏｗ；ｔｈｅｓｃｈｅｍｅａｌｓｏｇａｖｅａｐｒｉｏｒｉｔｙｔｏｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｎｏｄｅｓ，ｗｈｉｃｈｌｅｔｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｃａｎｂｅｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙｐｒｏｃｅｓｓｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｐｒｏｖｅｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｌｌｉｓｉｏｎｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｄｅｐｒｅｓｓｔｈｅｅｘｔｒａｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ａｃｈｉ

5、ｅｖｅａｌｏｗｅｒｌａｔｅｎｃｙ，ａｎｄｈｅｉｇｈｔｅｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｓ，ｐｒｏｖｉｄｅｓａｂｅｔｔｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＷＳＮｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ；ｂａｃｋｏｆｆａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｔｒａｆｆｉｃｌｅｖｅｌｓ；ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ无线传感器网络是由随机部署在监测区域内的大量传感及网络的性能都有很大影响。自２０世纪７０年代开始，就有大器节点组成，通过无线通信的方式形成的一个多跳自组织的网量的文献在研究退避算法。退避机制是无线网络ＭＡＣ层协议络系统，其目的是协作的感知、

6、采集和处理感知对象的信息，并中使用的一种解决节点冲突的方法，它决定了节点每次在发送将其发送给观察者。它是一种无处不在的感知技术，被广泛地报文前所需要经历的退避时间，目的是在多节点竞争接入同一应用于军事、环境、医疗、智能家居等诸多领域。信道时，保证接入的有效性，达到合理利用系统资源的目的。无线传感器网络是一种无中心节点的全分布式系统，使用退避算法就是维护节点退避计数器的算法，它的目标就是赋予多跳、对等的通信模式，其无线信道和能量资源非常有限，因而节点适当的退避时间，以正确反映节点周围的信道竞争状高性能的ＭＡＣ协议是具有挑战性的关键技术之一。［４］况。算法既要尽量降低各节点间的冲突

7、概率，又要避免因现有的ＣＳＭＡ／ＣＡ系列的ＭＡＣ协议已经可以较好地解决退避时间过长而降低信道利用率，同时还要保证各节点公平地［１］信道争用时的隐藏终端／暴露终端以及提高吞吐量等的问访问信道。在分布式环境中，这些要求对退避算法的设计提出题；而针对无线传感器网络的高能量效率的需求，研究者加入了挑战。［２］了各种低占空比（ｄｕｔｙｃｉｒｃｌｅ）策略，能够较好地减少空闲侦现有的基于无线传感器网络的ＭＡＣ协议大多沿用了无线听所带来的能量损耗。在增强ＱｏＳ方面，大部分提出的ＭＡＣ网络标准协议（ＩＥＥＥ８