基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置，包括：汇聚节点将轮询包发送给所有传感器节点；活跃的传感器节点根据轮询包计算自身的竞争概率，并比较生成的随机数与所述竞争概率的大小；当生成的随机数小于所述竞争概率时，活跃的传感器节点向所述汇聚节点发送数据包；所述汇聚节点根据接收到的数据包数量及碰撞情况，更新所述基准竞争概率并进入下一次轮询。本发明公开的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置，通过为电池供电型传感器和能量吸收率低的能量采集型传感器设定较低的竞争概率，从而平衡整个网络的能量消耗，保证网络较长时间内的可靠性，提高其传输性能。

权利要求

1.一种基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法，其特征在于，包括：汇聚节点将轮询包发送给所有传感器节点；所述轮询包中的数据包括：基准竞争概率，以及，能量采集型传感器节点的数量、电池供电型传感器节点的数量和在本次轮循开始前所有传感器节点的平均剩余能量；

活跃的传感器节点根据轮询包计算自身的竞争概率，并比较生成的随机数与所述竞争概率的大小；当生成的随机数小于所述竞争概率时，活跃的传感器节点向所述汇聚节点发送数据包；

所述汇聚节点根据接收到的数据包数量及碰撞情况，更新所述基准竞争概率并进入下一次轮询；

其中，所述活跃的传感器节点根据轮询包计算自身的竞争概率的步骤，包括：活跃的传感器节点在收到轮询包之后，按照如下计算公式，计算自身的竞争概率：其中， 和 分别代表第i个能量采集型传感器节点和第j个电池供电型传感器节点的竞争概率；NEH和NBP分别代表能量采集型传感器节点和电池供电型传感器节点的数量，N＝NEH+NBP代表所有传感器节点的总数； 和 分别代表第i个能量采集型传感器节点和第j个电池供电型传感器节点的剩余能量， 代表所有传感器节点的平均剩余能量，Emin代表每个传感器节点处于活跃状态时拥有的最小能量值；Pc为所述基准竞争概率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比较生成的随机数与所述竞争概率的大小的步骤，包括：活跃的传感器节点生成取值在0～1之间的随机数；

比较计算得到的自身的竞争概率与所述随机数之间的大小；

若所述随机数小于所述竞争概率，则所述活跃的传感器节点向所述汇聚节点发送数据包。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述汇聚节点根据接收到的数据包数量及碰撞情况，更新所述基准竞争概率并进入下一次轮询的步骤，包括：若所述汇聚节点接收到两个以上的活跃的传感器节点发送的数据包，则减小所述基准竞争概率的取值并进入下一次轮询；

若所述汇聚节点没有接收到活跃的传感器节点发送的数据包，则增大所述基准竞争概率的取值并进入下一次轮询；

若所述汇聚节点仅接收到一个活跃的传感器节点发送的数据包，则保持所述基准竞争概率不变并进入下一次轮询。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述基准竞争概率的初始值为

1/N，N为所有传感器节点的总数。

5.一种基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现装置，其特征在于，包括汇聚节点和多个传感器节点，所述多个传感器节点中包括至少一个能量采集型传感器节点和至少一个电池供电型传感器节点；

所述汇聚节点，用于将轮询包发送给所有传感器节点；所述轮询包中的数据包括：基准竞争概率，以及，能量采集型传感器节点的数量、电池供电型传感器节点的数量和在本次轮循开始前所有传感器节点的平均剩余能量；以及，根据接收到的数据包数量及碰撞情况，更新所述基准竞争概率并进入下一次轮询；

活跃的所述传感器节点，用于根据轮询包计算自身的竞争概率，并比较生成的随机数与所述竞争概率的大小；当生成的随机数小于所述竞争概率时，活跃的传感器节点向所述汇聚节点发送数据包；

其中，活跃的传感器节点，具体用于：

在收到轮询包之后，按照如下计算公式，计算自身的竞争概率：其中， 和 分别代表第i个能量采集型传感器节点和第j个电池供电型传感器节点的竞争概率；NEH和NBP分别代表能量采集型传感器节点和电池供电型传感器节点的数量，N＝NEH+NBP代表所有传感器节点的总数； 和 分别代表第i个能量采集型传感器节点和第j个电池供电型传感器节点的剩余能量， 代表所有传感器节点的平均剩余能量，Emin代表每个传感器节点处于活跃状态时拥有的最小能量值；Pc为所述基准竞争概率。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，活跃的传感器节点，还具体用于：生成取值在0～1之间的随机数并比较计算得到的自身的竞争概率与所述随机数之间的大小；

若所述随机数小于所述竞争概率，则向所述汇聚节点发送数据包。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述汇聚节点，具体用于：若所述汇聚节点接收到两个以上的活跃的传感器节点发送的数据包，则所述汇聚节点减小所述基准竞争概率的取值并进入下一次轮询；

若所述汇聚节点没有接收到活跃的传感器节点发送的数据包，则所述汇聚节点增大所述基准竞争概率的取值并进入下一次轮询；

若所述汇聚节点仅接收到一个活跃的传感器节点发送的数据包，则所述汇聚节点保持所述基准竞争概率不变并进入下一次轮询。

8.根据权利要求5-7任意一项所述的装置，其特征在于，所述基准竞争概率的初始值为

1/N，N为所有传感器节点的总数。

说明书

基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置。

背景技术

[0002] 近些年来，无线传感器网络被广泛应用于各种场景，例如健康管理、工业测量和农业监控等。这些应用下的传感器网络规模都很大，传统由电池供电的无线传感器网络由于其有限的生命周期无法满足需求。所以，能量采集型无线传感器网络(EH-WSN)得到了广泛的关注。能量采集型传感器可以从外界环境中吸收能量(太阳能、风能、电磁能等)，因此其生命周期理想情况下能达到无限长。然而，由于外界环境中的能量大多是在时间和空间上动态变化并有间断性的，单纯靠能量采集型传感器建立的网络并不可靠。于是混合型无线传感器网络(Hybrid WSN)应运而生，其中同时包含了两种传感器节点，即电池供电型传感器和能量采集型传感器。不同类型节点的存在为混合型无线传感器网络的MAC(Multiple Access Control，多路访问控制)协议设计带来了新的挑战，现有针对电池供电型传感器网络和能量采集型传感器网络设计的方案均不太适用，并且相关研究工作也鲜见报道。

发明内容

[0003] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置，解决了混合型无线传感器网络中两种传感器节点的配合问题和网络的稳定性问题。

[0004] 基于上述目的本发明实施例提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法，包括：

[0005] 汇聚节点将轮询包发送给所有传感器节点；所述轮询包中的数据包括：基准竞争概率，以及，能量采集型传感器节点的数量、电池供电型传感器节点的数量和在本次轮循开始前所有传感器节点的平均剩余能量；

[0006] 活跃的传感器节点根据轮询包计算自身的竞争概率，并比较生成的随机数与所述竞争概率的大小；当生成的随机数小于所述竞争概率时，活跃的传感器节点向所述汇聚节点发送数据包；

[0007] 所述汇聚节点根据接收到的数据包数量及碰撞情况，更新所述基准竞争概率并进入下一次轮询。

[0008] 本发明实施例的另一方面，还提供了一种基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现装置，包括汇聚节点和多个传感器节点，所述多个传感器节点中包括至少一个能量采集型传感器节点和至少一个电池供电型传感器节点；

[0009] 所述汇聚节点，用于将轮询包发送给所有传感器节点；所述轮询包中的数据包括：基准竞争概率，以及，能量采集型传感器节点的数量、电池供电型传感器节点的数量和在本次轮循开始前所有传感器节点的平均剩余能量；以及，根据接收到的数据包数量及碰撞情况，更新所述基准竞争概率并进入下一次轮询；

[0010] 活跃的所述传感器节点，用于根据轮询包计算自身的竞争概率，并比较生成的随机数与所述竞争概率的大小；当生成的随机数小于所述竞争概率时，活跃的传感器节点向所述汇聚节点发送数据包。

[0011] 从上面所述可以看出，本发明实施例提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置，能够为电池供电型传感器节点和能量状态较差的能量采集型传感器节点设定较低的竞争概率，从而平衡了整个混合型无线传感器网络的能量消耗，保证混合型无线传感器网络在较长时间内的可靠性，提高其传输性能。

附图说明

[0012] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

[0013] 图1为本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法的一个实施例的流程示意图；

[0014] 图2为本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现装置的一个实施例应用在混合型无线传感器网络中的结构示意图；

[0015] 图3为本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例中所使用的能量采集型传感器的工作周期；

[0016] 图4为本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例中所使用的能量采集型传感器的能量吸收模型；

[0017] 图5为采用了本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例的MAC协议与传统协议的一个性能对比图，指标为电池供电型传感器节点连续10天的能量状态；

[0018] 图6为采用了本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例的MAC协议与传统协议的另一个性能对比图，指标为能量采集型传感器节点连续10天的能量状态；

[0019] 图7为采用了本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例的MAC协议与传统协议的又一个性能对比图，指标为50次成功传输所需时长的累积分布函数；

[0020] 图8为采用了本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例的MAC协议与传统协议的再一个性能对比图，指标为发生5次中断所需时长的累积分布函数。

具体实施方式

[0021] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

[0022] 需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

[0023] 本发明实施例在设计混合型无线传感器网络的MAC层协议时，考虑了以下几个方面：首先，网络中存在生命周期有限的电池供电型传感器，接入机制设计上需要考虑到它们能量的易耗性，尽量合理地加以使用，从而保证整个网络长期可靠运作；其次，对于能够不断从周围环境吸收能量的能量采集型传感器，应尽可能的多利用它们吸收的能量以节省电池供电型传感器的能量消耗，从而保证网络长期的可靠性；另外，由于能量采集型传感器所处的位置不同，它们的能量状态也有所区别。所以在设计轮询机制的时候，既需要将两种节点分别考虑，使得能量采集型传感器的竞争概率高于电池供电型；又需要考虑到不同能量采集型传感器具有不同的能量状态，为低吸收率的节点分配较小的竞争概率。

[0024] 本发明实施例考虑到混合型无线传感器网络中MAC协议的设计问题，针对混合型无线传感器网络提出了一种基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置，通过为电池供电型传感器和能量状态较差的能量采集型传感器设定较低的竞争概率，从而平衡整个网络的能量消耗，保证网络较长时间内的可靠性，提高其传输性能。

[0025] 基于前述目的，本发明实施例的第一个方面，提供了一种基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法，解决了混合型无线传感器网络中两种传感器节点的配合问题和网络的稳定性问题。如图1所示，为本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法的一个实施例的流程示意图。

[0026] 原有的概率轮询机制是针对能量采集型无线传感器网络设计的，网络中所有传感器节点均使用相同的竞争概率Pc争用信道。但是在混合型无线传感器网络中，同时存在电池供电型和能量采集型两种传感器节点。传感器节点的类型不同，能量状态差别也很大。因此本发明实施例提出在为每个传感器节点设定竞争概率(也就是信道接入机会大小)时，将不同类型的传感器节点的当前能量状态考虑进来，从而更合理地使用每个传感器节点的能量，提升网络传输性能。基本设计思路为：为能量采集型传感器节点设计比电池供电型传感器节点更高的竞争概率，同时区别对待处于不同能量状态的能量采集型传感器节点，为低吸收率的传感器节点分配相对较小的竞争概率。

[0027] 所述基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法，可应用于混合型无线传感器网络，包括以下步骤：

[0028] 步骤101：汇聚节点将轮询包发送给所有传感器节点；所述轮询包中的数据包括：基准竞争概率Pc，以及，能量采集型传感器节点的数量、电池供电型传感器节点的数量和在本次轮循开始前所有传感器节点的平均剩余能量。

[0029] 所述汇聚节点在每次轮询之前已经获取了一些重要信息，其中包含能量采集型传感器节点和电池供电型传感器节点的数量、在本次轮循开始前所有传感器节点的剩余能量(由传感器节点发送给汇聚节点的数据包里的数据得知)；根据所述在本次轮循开始前所有传感器节点的剩余能量，所述汇聚节点能够计算得到在本次轮循开始前所有传感器节点的平均剩余能量。

[0030] 而在初始状态下，所有传感器节点都具有一个默认的剩余能量的值，在经过多次轮询后，每次接收到活跃的传感器节点返回的数据包后，都可以根据所述数据包更新相应的传感器节点的剩余能量的值。因此，这里，在本次轮循开始前所有传感器节点的剩余能量中可包括更新过剩余能量的传感器节点和没有更新过剩余能量的传感器节点；其中，在本次轮询开始前，被更新过的传感器节点的剩余能量为其最近一次更新后的剩余能量，而没有被更新过的剩余能量则是指其初始状态时的剩余能量。并且，在经过一段时间后，可能存在的状态为所有传感器节点的剩余能量都被更新过，而各自的更新时间点则可能有所不同，此时，在本次轮循开始前所有传感器节点的剩余能量则为该传感器节点最近一次与所述汇聚节点交互后，所述汇聚节点所得知的该传感器节点的剩余能量。

[0031] 可选的，所述汇聚节点向所有传感器节点发送的轮询包中所包含的所述基准竞争概率Pc的初始值为1/N，N为所有传感器节点的总数。

[0032] 步骤102：活跃的传感器节点根据轮询包计算自身的竞争概率，并比较生成的随机数与所述竞争概率的大小；当生成的随机数小于所述竞争概率时，活跃的传感器节点向所述汇聚节点发送数据包。

[0033] 所述汇聚节点在每次轮询前，事先不知道周围传感器节点的状态(睡眠或活跃)，而只有活跃的传感器节点才可以接收所述汇聚节点发来的轮询包。因此，可选的，所述活跃的传感器节点根据轮询包计算自身的竞争概率的步骤，包括：

[0034] 每个活跃的传感器节点在收到轮询包之后，按照如下计算公式，计算自身的竞争概率：

[0035]

[0036]

[0037] 其中， 和 分别代表第i个能量采集型传感器节点和第j个电池供电型传感器节点的竞争概率；NEH和NBP分别代表能量采集型传感器节点和电池供电型传感器节点的数量，N＝NEH+NBP代表所有传感器节点的总数； 和 分别代表第i个能量采集型传感器节点和第j个电池供电型传感器节点的剩余能量， 代表所有传感器节点的平均剩余能量，Emin代表每个传感器节点处于活跃状态时拥有的最小能量值(通常情况下，各传感器节点的Emin是相等的，即Emin为定值；在某一无线传感器网络中，Emin的值可以根据实际使用的传感器的参数而确定)。从算法中可以看出，本发明实施例提供的算法旨在通过对两种不同传感器节点设置不同的竞争概率，以达到一定程度上节省电池供电型传感器节点能量，维持网络在较长时间下的可靠性的目的。

[0038] 可选的，所述比较生成的随机数与所述竞争概率的大小的步骤，包括：

[0039] 活跃的传感器节点生成取值在0～1之间的随机数p；

[0040] 比较计算得到的自身的竞争概率与所述随机数之间的大小；

[0041] 若所述随机数小于所述竞争概率(对于能量采集型传感器节点， 对于电池供电型传感器节点， )，则所述活跃的传感器节点向所述汇聚节点发送数据包。

[0042] 步骤103：所述汇聚节点根据接收到的数据包数量及碰撞情况，更新所述基准竞争概率并进入下一次轮询。

[0043] 可选的，所述汇聚节点根据接收到的数据包数量及碰撞情况，更新所述基准竞争概率并进入下一次轮询的步骤，包括：

[0044] 若所述汇聚节点接收到两个以上的活跃的传感器节点发送的数据包，说明发生了碰撞，则减小所述基准竞争概率的取值并进入下一次轮询；

[0045] 若所述汇聚节点没有接收到活跃的传感器节点发送的数据包，则增大所述基准竞争概率的取值并进入下一次轮询；

[0046] 若所述汇聚节点仅接收到一个活跃的传感器节点发送的数据包，则保持所述基准竞争概率不变并进入下一次轮询；

[0047] 其中，所述减小或增大所述基准竞争概率的取值的方法可以是：

[0048] 设定一个基准数M，所述基准竞争概率Pc的取值为基准数M的倒数；这里，在初始状态时，基准竞争概率Pc的取值为所有传感器节点的总数N的倒数，即Pc＝1/N，此时，N＝M；

[0049] 假设在经过某次轮询后，出现了碰撞，则令M＝M+1(因为此时很可能M≠N)，从而减小了所述基准竞争概率Pc的取值；

[0050] 若经过一次轮询后，所述汇聚节点没有接收到活跃的传感器节点发送的数据包，则令M＝M-1，从而增大了所述基准竞争概率Pc的取值；

[0051] 从而通过上述方法，很好地实现了对所述基准竞争概率取值的减小或增大，并且对所述基准竞争概率取值的调整的程度也较为适宜。

[0052] 从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法，能够为电池供电型传感器节点和能量状态较差的能量采集型传感器节点设定较低的竞争概率，从而平衡了整个混合型无线传感器网络的能量消耗，保证混合型无线传感器网络在较长时间内的可靠性，提高其传输性能；并且，经过上述对不同种类不同能量状态的节点的竞争概率的区分，电池供电型传感器的生命周期可以得到很大程度的延长。

[0053] 本发明实施例所基于的场景是单跳混合型无线传感器网络，如图2所示，由一个控制中心201、一个汇聚节点202和若干个两种类型的传感器节点203组成。传感器节点203感知数据后将数据包传给汇聚节点202，汇聚节点202将汇聚过的数据传递给控制中心201进行计算和分析。汇聚节点202事先不知道周围传感器节点203的状态(睡眠或活跃)，只有活跃的传感器节点203可以接收汇聚节点202发来的轮询包。针对这种情况，本发明实施例以概率轮询为基础对所述混合型无线传感器网络MAC层协议进行设计。概率轮询大致包括以下几个步骤：1)汇聚节点202将一个基准竞争概率Pc包含在轮询包里一起广播给周围的传感器节点203；2)周围活跃的传感器节点203收到轮询包之后在其本地产生一个随机数p，若p＜Pc则此传感器节点发送数据包给汇聚节点202；3)汇聚节点202根据碰撞情况更新Pc值：若发生碰撞，则减小Pc；若没有节点应答，则增加Pc；若恰好有一个节点发送数据包，则Pc保持不变。

[0054] 因此，本发明实施例的第二个方面，提供了一种基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现装置，解决了混合型无线传感器网络中两种传感器节点的配合问题和网络的稳定性问题。如图2所示，为图2为本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现装置的一个实施例应用在混合型无线传感器网络中的结构示意图。

[0055] 所述基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现装置，包括汇聚节点202和多个传感器节点203，所述多个传感器节点203中包括至少一个能量采集型传感器节点2031和至少一个电池供电型传感器节点2032。

[0056] 所述汇聚节点202，用于将轮询包发送给所有传感器节点203；所述轮询包中的数据包括：基准竞争概率，以及，能量采集型传感器节点的数量、电池供电型传感器节点的数量和在本次轮循开始前所有传感器节点的平均剩余能量。

[0057] 所述汇聚节点202在每次轮询之前已经获取了一些重要信息，其中包含能量采集型传感器节点2031和电池供电型传感器节点2302的数量、在本次轮循开始前所有传感器节点203的剩余能量(由传感器节点203发送给汇聚节点202的数据包里的数据得知)；根据所述在本次轮循开始前所有传感器节点203的剩余能量，所述汇聚节点202能够计算得到在本次轮循开始前所有传感器节点203的平均剩余能量。

[0058] 而在初始状态下，所有传感器节点203都具有一个默认的剩余能量的值，在经过多次轮询后，每次接收到活跃的传感器节点203返回的数据包后，都可以根据所述数据包更新相应的传感器节点203的剩余能量的值。因此，这里，在本次轮循开始前所有传感器节点203的剩余能量中可包括更新过剩余能量的传感器节点203和没有更新过剩余能量的传感器节点203；其中，在本次轮询开始前，被更新过的传感器节点203的剩余能量为其最近一次更新后的剩余能量，而没有被更新过的剩余能量则是指其初始状态时的剩余能量。并且，在经过一段时间后，可能存在的状态为所有传感器节点203的剩余能量都被更新过，而各自的更新时间点则可能有所不同，此时，在本次轮循开始前所有传感器节点203的剩余能量则为该传感器节点203最近一次与所述汇聚节点202交互后，所述汇聚节点202所得知的该传感器节点203的剩余能量。

[0059] 可选的，所述汇聚节点202向所有传感器节点203发送的轮询包中所包含的所述基准竞争概率Pc的初始值为1/N，N为所有传感器节点203的总数。

[0060] 活跃的传感器节点203，用于根据轮询包计算自身的竞争概率，并比较生成的随机数与所述竞争概率的大小；当生成的随机数小于所述竞争概率时，活跃的传感器节点203向所述汇聚节点202发送数据包。

[0061] 其中，可选的，活跃的传感器节点203，具体用于：

[0062] 在收到轮询包之后，按照如下计算公式，计算自身的竞争概率：

[0063]

[0064]

[0065] 其中， 和 分别代表第i个能量采集型传感器节点和第j个电池供电型传感器节点的竞争概率；NEH和NBP分别代表能量采集型传感器节点和电池供电型传感器节点的数量，N＝NEH+NBP代表所有传感器节点的总数； 和 分别代表第i个能量采集型传感器节点和第j个电池供电型传感器节点的剩余能量， 代表所有传感器节点的平均剩余能量，Emin代表传感器节点处于活跃状态时拥有的最小能量值(通常情况下，各传感器节点的Emin是相等的，即Emin为定值；在某一无线传感器网络中，Emin的值可以根据实际使用的传感器的参数而确定)。从算法中可以看出，本发明实施例提供的算法旨在通过对两种不同传感器节点设置不同的竞争概率，以达到一定程度上节省电池供电型传感器节点能量，维持网络在较长时间下的可靠性的目的。

[0066] 进一步的，活跃的传感器节点202，还可具体用于：

[0067] 生成取值在0～1之间的随机数p并比较计算得到的自身的竞争概率与所述随机数之间的大小；

[0068] 若所述随机数小于所述竞争概率(对于能量采集型传感器节点， 对于电池供电型传感器节点， )，则向所述汇聚节点202发送数据包。

[0069] 所述汇聚节点202，还用于根据接收到的数据包数量及碰撞情况，更新所述基准竞争概率并进入下一次轮询。

[0070] 可选的，所述汇聚节点202，具体用于：

[0071] 若所述汇聚节点接收到两个以上的活跃的传感器节点发送的数据包，则所述汇聚节点减小所述基准竞争概率的取值并进入下一次轮询；

[0072] 若所述汇聚节点没有接收到活跃的传感器节点发送的数据包，则所述汇聚节点增大所述基准竞争概率的取值并进入下一次轮询；

[0073] 若所述汇聚节点仅接收到一个活跃的传感器节点发送的数据包，则所述汇聚节点保持所述基准竞争概率不变并进入下一次轮询；

[0074] 其中，所述减小或增大所述基准竞争概率的取值的方法可以是：

[0075] 设定一个基准数M，所述基准竞争概率Pc的取值为基准数M的倒数；这里，在初始状态时，基准竞争概率Pc的取值为所有传感器节点的总数N的倒数，即Pc＝1/N，此时，N＝M；

[0076] 假设在经过某次轮询后，出现了碰撞，则令M＝M+1(因为此时很可能M≠N)，从而减小了所述基准竞争概率Pc的取值；

[0077] 若经过一次轮询后，所述汇聚节点没有接收到活跃的传感器节点发送的数据包，则令M＝M-1，从而增大了所述基准竞争概率Pc的取值；

[0078] 从而通过上述方法，很好地实现了对所述基准竞争概率取值的减小或增大，并且对所述基准竞争概率取值的调整的程度也较为适宜。

[0079] 从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现装置，能够为电池供电型传感器节点和能量状态较差的能量采集型传感器节点设定较低的竞争概率，从而平衡了整个混合型无线传感器网络的能量消耗，保证混合型无线传感器网络在较长时间内的可靠性，提高其传输性能。

[0080] 下面通过各项数据及仿真实验说明本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例的有益效果。

[0081] 图3为本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例中所使用的能量采集型传感器的工作周期，其由充电状态和活跃状态组成，Emax为传感器最大存储能量。本发明假设节点能量降低至Emin＝0.1Emax时进入充电状态，节点不工作；当充电至Eth＝0.3Emax能量值之上，节点进入工作状态，同时吸收能量。图4为本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例中所使用的能量采集型传感器的能量吸收模型，以太阳能辐射变化为基准，能量吸收率峰值服从N(1,1)分布，范围在[0.5,2]之间，然后乘以太阳能辐射基准。

[0082] 另一方面，基于本发明实施例的技术方案进行了仿真实验，1个汇聚节点、25个能量采集型传感器节点、25个电池供电型传感器节点随机部署在一片固定区域，网络类型为单跳网络，传感器节点只与汇聚节点进行通信。汇聚节点每5s广播一次轮询包，仿真时间设定为10天。在无线传感器网络的仿真试验中，Emax，Eth和Emin通常分别设为100J、30J和10J，这里也取该值。传感器节点传输数据、接收数据、帧听信道、睡眠所需功率分别为31.2mW、22.2mW、22.2mW、3μW。针对采用了本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例的MAC协议和原有基于概率轮询的MAC协议(其中所有传感器节点的竞争概率相同)，考察三种性能指标——电池供电型传感器节点连续10天的能量状态、50次成功传输所需时长、发生5次中断所需时长，绘制相应的曲线进行观察。

[0083] 图5为采用了本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例的MAC协议(图中为“混合轮询”)与传统基于概率轮询的MAC协议(图中为“概率轮询”)的性能对比图，指标为电池供电型传感器节点连续10天的能量状态；图6为采用了本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例的MAC协议(图中为“混合轮询”)与传统基于概率轮询的MAC协议(图中为“概率轮询”)的另一个性能对比图，指标为能量采集型传感器节点连续10天的能量状态。

[0084] 图5和图6分别给出了两种类型的传感器节点连续10天仿真中的能量状态，其中混合轮询(Hybrid Polling)代表采用了本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例的MAC协议，概率轮询(Probabilistic Polling)曲线代表原有基于概率轮询的MAC协议。结合图5和图6可以看出，采用了本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例的MAC协议，可以将电池供电型传感器生命周期延长23.2％，并且只需要牺牲很少的能量采集型传感器的能量就可以实现，保证了整个网络在更长时间下的可靠性。

[0085] 图7为采用了本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例的MAC协议(图中为“混合轮询”)与传统基于概率轮询的MAC协议(图中为“概率轮询”)的又一个性能对比图，指标为50次成功传输所需时长的累积分布函数；图8为采用了本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例的MAC协议(图中为“混合轮询”)与传统基于概率轮询的MAC协议(图中为“概率轮询”)的再一个性能对比图，指标为发生5次中断所需时长的累积分布函数。

[0086] 图7和图8分别给出了两种MAC协议进行50次正确传输所用时长和发生5次中断所用时长的CDF(累积分布函数)曲线，50次正确传输的平均时长和5次中断的平均时长则如表1所示。从中可以发现：采用了本发明提供的基于能量状态调节竞争概率的MAC协议实现方法及装置的实施例的MAC协议，在显著延长电池供电型传感器生命周期的基础上，对网络传输性能方面也有一定改善，使得50次正确传输所用平均时长减小了9.8％，且发生5次中断的平均时长增加了6.9％。

[0087] 表1为两种协议下50次成功传输时长和5次中断时长均值

[0088]  50次成功传输时长均值 5次中断时长均值
概率轮询 820s 72s
混合轮询 740s 77s

[0089] 所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

[0090] 另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

[0091] 尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

[0092] 本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。