技术摘要：
本发明公开一种面向数能一体化无线传感器网络的介质访问控制(Media Access Control,MAC)机制，应用于无线传感器网络领域，针对现有技术存在的问题；本发明引入无线数能同传技术，改变传统IEEE 802.15.4协议的超帧结构，优化无线接入点的GTS时隙分配方案，将终端节点的  全部
背景技术：
无线传感器网络(Wireless  Sensor  Network，WSN)是一种无线分布式传感网络， 其中的传感器节点(Sensor  Node，SN)可以感知和检查外部世界环境，采集环境参数，定期 向无线接入点(Access  Point，AP)传输采集到的各项数据，便于无线接入点监测和统计整 个外部世界的环境状态。各传感器节点和无线接入点之间通过无线方式通信互联，一般采 用  IEEE  802.15.4协议来实现无线通信，形成一个多跳自组织网络。随着现代科技的飞速 发展，无线终端传感器节点一般要求位置灵活，且可移动，所以大多是无源设备，自带一个 可充电电池用于供电。这种传统的无线传感器网络，供电方式一直是一个非常重要的课题， 因为无论是通过更换电池来供电，还是使用无线充电的方式来进行电力供应，都会与传感 器节点的位置可移动特性产生冲突，非常不方便。 传统无线传感器网络的MAC层采用传统IEEE  802.15.4协议进行无线通信，一个超 帧周期分为活跃期和非活跃期，其中活跃期包含16个时隙，仅有第一个时隙是无线接入点 下行发送信标帧，其他15个时隙默认均为无源传感器节点上行传输数据；而非活跃期各节 点均进入低功耗模式，用于保留能量。所以对于无源的传感器节点来说，传统的超帧周期会 导致能量被快速大量消耗。 同时，各传感器节点有采集到的新数据需要上传时，如果无线接入点分配了非竞 争接入期(Contention  Free  Period，CFP)的保证时隙(Guaranteed  Time-Slot，GTS)，则使 用  GTS时隙进行通信，否则就只能在竞争接入期(Contention  Access  Period，CAP)中去竞 争上报。对于无线接入点，分配GTS时隙默认遵循先到先服务原则(First  Come  First  Served，  FCFS)，并不考虑申请节点的实际情况；而终端节点进行GTS时隙申请需要消耗额 外的能量，如果某终端节点希望通过GTS时隙进行通信，就一定会去进行GTS时隙申请，并不 会考虑此次申请是否具有成功的可能性，这使得大量的能量浪费在GTS时隙申请的过程中， 导致能量利用率较低。 所以，在现有的针对无线传感器网络的研究中，常常存在以下四个方面的不足。 1、无源终端传感器节点的供电方式不方便，与其位置可移动特性产生冲突； 2、采用传统IEEE  802.15.4协议进行无线通信时，一个超帧周期内的绝大部分时 隙都被安排来进行上行数据传输，仅有一个时隙被安排用于下行传输信标帧，导致无源终 端传感器节点的能量消耗非常大； 3、在使用传统IEEE  802.15.4协议的网络中，无线接入点对于GTS时隙的分配方案 默认为遵循先到先服务原则，并没有考虑到GTS时隙申请节点的能量状态和数据紧急程度  (即前后两次采集的数值变化和新采集数值的生命有效期)，使得具有保障性质的GTS时隙 并没有得到最佳的利用； 4、在使用传统IEEE  802.15.4协议的网络中，如果终端节点存在数据需要发送，并 4 CN 111601387 A 说　明　书 2/7 页 且希望通过GTS时隙的方式进行通信，默认就一定会进行GTS时隙申请；GTS时隙申请需要消 耗额外的能量，但是终端节点进行GTS时隙申请时，并没有考虑到此次GTS时隙申请是否具 有成功的可能性，这就使得大量能量浪费在无意义的GTS时隙申请的过程中，总体能量利用 率较低。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提出一种面向数能一体化无线传感器网络的MAC层 机制，引入无线数能同传技术，改变传统IEEE  802.15.4协议的超帧结构，优化无线接入点 的  GTS时隙分配方案，引入机器学习的支持向量机(Support  Vector  Machine，SVM)算法计 算得到竞争上报基准值，通过与基准值的比较来判定竞争方案。 本发明采用的技术方案为：一种面向数能一体化无线传感器网络的介质访问控制 机制，包括： S1、构建数能一体化无线传感器网络，包括： 修改传统IEEE  802.15.4协议的超帧结构，使一个超帧周期内的时隙顺序为：信标 帧附加阶段、信标帧、非竞争接入期、竞争接入期，所述信标帧附加阶段分配给无线接入点， 所述无线接入点还包括在下行传输时进行无线数能同传； 还包括无源终端传感器节点，所述终端传感器节点向无线接入点发起GTS时隙申 请，所述无线接入点计算该GTS时隙申请所对应的无源终端传感器节点的排序优先级； S2、收集所述步骤S1构建的数能一体化无线传感器网络的历史工作数据，在无线 接入点上根据收集到的历史工作数据训练支持向量机模型； S3、无线接入节点基于支持向量机模型计算得出GTS时隙申请基准值；无线接入点 在下行传输时，将GTS时隙申请基准值传输给各无源终端传感器节点，各无源终端传感器节 点根据GTS时隙申请基准值决定是否进行GTS时隙申请。 所述无线接入点在信标帧附加阶段下行广播数据帧，如果此时无线接入点并没有 有效数据需要发送，则广播空帧。 所述无线接入点在信标帧附加阶段广播信标帧，所述信标帧中规定各时隙的同步 信息。 所述无线接入点在信标帧附加阶段广播的信标帧中还包括：时隙长度信息、非竞 争阶段的分配结果。 步骤S1中无源终端传感器节点向无线接入点发起GTS时隙申请之前，还包括采集 三个参数，所述三个参数包括该无源终端传感器节点自身当前的剩余能量百分比、数据变 化量和数据有效期，并将这三个参数写入GTS时隙申请数据帧。 步骤所述无源终端传感器节点的排序优先级，具体为：无线接入点会将收集到的 每个  GTS时隙申请数据帧都存储到数据缓冲区中，在下一个超帧周期开始之前，读取数据 缓冲区的所有GTS时隙申请数据帧，根据GTS时隙申请节点的剩余能量百分比、数据变化量 和数据有效期参数来判定能量状态和数据紧急程度，计算无源终端传感器节点的排序优先 级。 步骤S2中无源终端传感器节点根据GTS时隙申请基准值决定是否进行GTS时隙申 请，具体为：无源终端传感器节点根据当前超帧周期接收到的支持向量机模型，计算其自身 5 CN 111601387 A 说　明　书 3/7 页 的  GTS时隙申请状态值，然后将计算得到的GTS时隙申请状态值与当前超帧周期接收到的 GTS时隙申请基准值进行比较，若计算得到的GTS时隙申请状态值大于或等于GTS时隙申请 基准值时，则继续进行GTS时隙申请，否则就认为此时进行GTS时隙申请必定失败，放弃此次 GTS时隙申请的机会。 其中无源终端传感器节点通过将其采集自身的数据变化绝对值，剩余能量百分 比，和数据生命有效期，这三个参数输入当前超帧周期接收到的支持向量机模型，从而得到 其自身的GTS时隙申请状态值。 本发明的有益效果：本发的一种面向数能一体化无线传感器网络的介质访问控制 机制，包括以下优点： 利用无线数能同传技术解决了无源终端传感器节点供电不方便的问题，既能保证 有效供电，又能支持无源终端传感器节点的可移动特性和无源特性； 通过删去传统IEEE  802.15.4协议的超帧周期的非活跃期阶段，并新增信标帧附 加阶段专用于无线接入点下行广播无线传能，增加了下行广播的时隙数，同时也就增加无 线能量供应，使网络的能量供应更加充足，延长了无源终端节点的生命周期和整体网络寿 命； 利用终端节点的剩余能量百分比、数据变化量和数据有效期这三个参数来衡量终 端节点的能量状态和数据紧急程度，并将这些参数写入GTS时隙申请数据帧中，用于无线接 入点判断GTS时隙申请节点的状态，并作为GTS时隙分配的判决依据，使得具有保障性质的 GTS时隙更优先地被剩余能量充足、数据紧急程度高(即前后两次采集的数值变化量大，新 采集数值的生命有效期短)的终端节点使用； 通过支持向量机的监督学习方法得出的基准值来识别出必定失败的GTS时隙并规 避，有效减少了无意义的能量浪费，从而降低了无源终端传感器节点的能量消耗； 通过与支持向量机的监督学习方法得出的基准值进行比较，保证无源终端传感器 节点的每次GTS时隙申请都是有一定把握能够成功的，从而增大了能源利用率。 附图说明 图1为本发明的方案流程图； 图2为本发明的步骤2的具体流程图； 图3为本发明的步骤3的具体流程图。