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.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010393023.9 (22)申请日 2020.05.11 (71)申请人 国网陕西省电力公司电力科学研究 院 地址 710054 陕西省西安市长安区航天中 路669号 申请人 国网陕西省电力公司 国家电网有限公司 (72)发明人 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 (74)专利代理机构 西安西交通盛知识产权代理 有限责任公司 61217 代理人 罗永娟 (51)Int.Cl. H04W 4/38(2018.01) H04W 52/。

2、02(2009.01) H04W 74/02(2009.01) (54)发明名称 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 (57)摘要 本发明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。

3、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。 本发明能够有效增加无线 传感器网络的传输效率。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 111542015 A 2020.08.14 CN 111542015 A 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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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感器网络的MAC协议方法， 其特征在 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。 6.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。

8、， 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。 7.一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， 其特征在于， 包括： 权利要求书 1/2 页 2 CN 111542015 A 2 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， 。

9、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； 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；。

10、 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。 8.根据权利要求7所述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， 其特征在于， 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。 9.根据权利要求7所述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， 其特征在于， 所述校正修改模块。

11、， 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。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111542015 A。

12、 3 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 技术领域 0001 本发明属于变电站无线传感器网络通信技术领域， 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。 背景技术 0002 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。

13、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。 0003 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。

14、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。 0004 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。

15、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。 0005 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。 发明内容 0006 本发明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。 本发明能够有效增加无线传感器网络的 传输效率。 0007 为达到上述目的，。

16、 本发明采用以下技术方案： 0008 本发明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： 说明书 1/8 页 4 CN 111542015 A 4 0009 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； 0010 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； 0011 步骤3， 依据首帧设定的传输单元组数阈值、 同步失调阈。

17、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； 0012 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。

18、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。 0013 本发明的进一步改进在于， 还包括： 步骤5， 重复执行步骤1至步骤4， 完成所有帧传 输。 0014 本发明的进一步改进在于， 步骤3还包括： 0015 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。

19、元调度表中存储值为1的单元的存储值改为0； 0016 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。 0017 本发明的进一步改进在于， 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。 0018 本发明的进一步改进在于， 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。 0019 本发明的进一步改进在于， 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。 0020 本发明的一种应用于变电站无线传感器网。

20、络的MAC协议方法的实现系统， 包括： 0021 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； 0022 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； 0023 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。

21、， 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 说明书 2/8 页 5 CN 111542015 A 5 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； 0024 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。

22、的传输时间定时器的值大于帧长阈值时， 完成当前帧传输。 0025 本发明的进一步改进在于， 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。 0026 本发明的进一步改进在于， 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。

23、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； 0027 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。 0028 与现有技术相比， 本发明具有以下有益效果： 0029 本发明提供了一种应用于变电站无线传感器网络的MAC协议改进方法， 其通过按 照网络传输流量要求， 动态调节无线传感器网络MAC帧中处于休眠状态的传输单元组数， 能 够有效地平衡网络能耗与网络的传输性能； 改进协议采用了流水线结构， 可有效增加无线 传感器网络的传输效率。 本发明采用的传输单元组数根据网络的通讯流。

24、量要求自适应的模 式， 可以根据实际的无线传感器传输需求， 使得无线传感器网络工作在的高性能和节能之 间的平衡点上， 可以在不影响无线传感器网络最大传输效率的情况下， 降低无线传感器网 络的轻载工作下的功耗， 因为无线传感器网络大多采用电池供电， 所以降低功耗可以延长 无线传感器网络的工作寿命。 具体的， 本发明中， 传输单元组数可以根据网络的通讯流量要 求的变化而自动变化， 通过修改传输调度表控制各个传输单元的工作模式； 当需要网络处 于高性能工作模式下， 可以通过传输调度表设置较多的传输单元处于工作状态， 当需要网 络处于节能工作模式下， 可以通过传输调度表设置较多的传输单元处于休眠状态，。

25、 从而达 到根据实际的无线传感器传输需求， 使得无线传感器网络工作在的高性能和节能之间的平 衡点上。 0030 本发明提供的一种应用于变电站无线传感器网络的MAC协议方法中， 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， 在变电站的使用环境下， 各种传感 器所采集的模拟信息数字化后的数据结构较为简单且基本固定， 这种工作方式既可以有效 完整地在变电站监测领域内传输无线传感器采集的数据， 又防止信息由于某一结点处于休 眠状态而产生信息滞留， 还可以简化传输协议， 降低传输协议中的控制能量开销， 达到了节 能的目的。 0031 本发明采用的传输单元组与组之间呈流水线结构关系， 可以。

26、增强无线传感器网络 的传输吞吐量， 降低网络的延迟， 对于实时监测具有巨大的优势。 说明书 3/8 页 6 CN 111542015 A 6 附图说明 0032 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面对实施例或现有 技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍； 显而易见地， 下面描述中的附图是本发明的 一些实施例， 对于本领域普通技术人员来说， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这 些附图获得其他的附图。 0033 图1是本发明实施例的一种应用于变电站无线传感器网络的MAC协议方法的总体 时序结构示意图； 0034 图2是本发明实施例中， 传输单元调度表总体结构示意图； 。

27、0035 图3是本发明实施例中， 无线传感器网络的MAC协议方法总体时序结构示例的示意 图； 0036 图4是本发明实施例中， 传输单元调度表总体结构示例的示意图； 0037 图5是本发明实施例中， 图3所述示例在图4所述示例作用下的真实时序结构示意 图。 具体实施方式 0038 为使本发明实施例的目的、 技术效果及技术方案更加清楚， 下面结合本发明实施 例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述； 显然， 所描述的实施例 是本发明一部分实施例。 基于本发明公开的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动的前提下所获得的其它实施例， 都应属于本发明保护的范围。 00。

28、39 本发明实施例的一种应用于变电站无线传感器网络的MAC协议方法， 该方法包括 如下步骤： 0040 步骤一： 各层次网络节点启动同步环节。 0041 步骤一中， 在各个层次的网络节点启动同步环节的同时， 还包括下述步骤： 0042 步骤二： 判断将要传输的帧是否是无线传感器网络通讯首帧， 如果是无线传感器 网络通讯首帧， 则执行步骤三， 如果不是无线传感器网络通讯首帧， 则跳过步骤三直接执行 步骤四。 0043 步骤三： 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。

29、阈值， 跳过步骤四， 直接执行步骤六。 0044 步骤四： 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10并取整， 修改时间调度 表， 并重新设定帧长阈值。 0045 步骤六： 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， 各层次网络节点启动同步环节， 即各层次网 络节点本帧传输工作已完成。

30、， 进入下一帧传输工作， 执行步骤一。 0046 本发明实施例中， 步骤四中， 在判断各层次网络节点同步偏移量是否小于同步失 调阈值的同时， 还包括下述步骤： 说明书 4/8 页 7 CN 111542015 A 7 0047 步骤五： 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 10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， 并将前10的传输单元调度表中。

31、存储值为1的单元的存储值改为0， 如果各层 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并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。 0048 本发明实施例中， 还包括： 步骤七， 重复执行步骤一至步骤六， 完成所有帧数据的 传输。 0049 本发明实施例中， 协议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， 这种方式既可以有效维持信息流的传输， 防止信息由于某一结点处于休眠状态而 产生信息滞， 又可以简化传输协议。 0050 本发明实施例中， 传输单元组与组之间呈流水线结构关系， 即前一个传输单元还 没有传输完成的时候， 后一个传输单元已经开。

32、始传输， 流水线结构可以以空间换取时间， 增 强无线传感器网络的传输吞吐量， 降低网络的延迟。 0051 本发明实施例中， 在于传输单元组数可以根据网络的通讯流量要求的变化而自动 变化， 通过修改传输调度表控制各个传输单元的工作模式， 当需要网络处于高性能工作模 式下， 可以通过传输调度表设置较多的传输单元处于工作状态， 当需要网络处于节能工作 模式下， 可以通过传输调度表设置较多的传输单元处于休眠状态， 从而达到根据实际的无 线传感器传输需求， 使得无线传感器网络工作在的高性能和节能之间的平衡点上。 0052 具体实施例 0053 请参阅图1至图5， 图1为通式结构， 图2至图5为具体示例；。

33、 本发明实施例中， 树形网 络的层数k4， 最上层编号为1的层次是无线传感器网络的服务器端， 最下层编号为4的层 次是无线传感器网络的无线传感器端， 中间编号为2、 3的层次是无线传感器网络的汇聚中 继层。 该结构示意图所表示的无线传感器网络的传输单元组数n3。 0054 本发明实施例中， 层数为4的树形无线传感器网络工作步骤如下： 0055 步骤一： 图3所示的4层树形无线传感器网络节点启动同步环节。 0056 步骤二： 设定各层次网络节点设定无线传感器网络的传输单元组数阈值n3， 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， 可以。

34、将传输单元调度表初值设置为如图4所示， 设定帧长阈值： w帧长12(TRX+ nonR)* f传 输 时 间 定 时 器。 0057 步骤三： 在图4所示的传输单元调度表作用下， 图3所示的时序结构示意图特例的 真实时序结构示意图如图5所示， 无线传感器网络各节点按照图5所示的真实时序结构示意 图确立时间调度表， 4层树形无线传感器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 w帧 长时， 本帧传输工作已经完成， 进入下一帧传输工作。 0058 步骤四： 图3所示的4层树形无线传感器网络节点启动同步环节。 005。

35、9 步骤五： 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 说明书 5/8 页 8 CN 111542015 A 8 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10并取整， 并按照w帧长 (3n+k- 1)(TRX+nonR)*f传 输 时 间 定 时 器重新设定帧长阈值。 0060 步骤五中， 在判断各层次网络节点同步偏移量是否小于同步失调阈值的同时， 还 包括下述步骤： 0061 步骤六： 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。

36、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 10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， 并将前10的传输单元调度表中存储值为1的单元的存储值改为0， 如果各层 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并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。 0062 步骤七： 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。。

37、 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， 本帧传输工作已经完成， 进入下一帧传输工 作， 执行步骤四。 每帧内每个休眠单位时间片的长度为TTX+nonT， 每帧的时间总长度为: 0063 TtotalTsyn+T发 送 接 收 之 和+T休 眠 0064 Tsyn+n(TRX+nonR+TTX+nonT+TRX+nonR)+(k-1)(TRX+nonR) 0065 Tsyn+(3n+k-1)(TRX+non_R) 0066 TRX表示帧内每个数据传输单元的接收过程所需时长， TTX表示帧内每一个数据传 输单元的发送过程所需时长， non_R表示每一个数据传输单元的接收间隔时长，。

38、 non_T表示 每一个数据传输单元的发射间隔时长， Tsyn表示同步信号块的时长。 这其中， TRXTTX， nonR non_T。 n是一帧中数据传输单元的组数， k为树形网络的层数， n可以在保证同步的情况下人 为设定成最大值， k根据不同的传感器网络节点分布不同而不同。 T发 送 接 收 之 和是第x层(x1、 2、 3k) 网络在一帧时间内发射和接收的总时间长度， T休 眠是第x层(x1、 2、 3k)网络 在一帧时间内休眠的总时间长度。 0067 很显然， 当第x层的子节点处于发送状态时， 处于第x+1层的父节点一定处于接收 状态， 反之亦然。 所以在一帧时间段内， 第x层的子节点。

39、处于发送状态的总时间长度等于第x +1层的父节点处于接收状态的总时间长度。 而按照图5所示的帧格式所示， 第x层的处于发 射状态的总时间长度等于第x层处于接收状态的总时间长度。 所以第x层(x1、 2、 3k) 的接收总时间长度等于第x层(x1、 2、 3k)的发射总时间长度等于第x+1层接收总时间 长度等于第x+1 层发射总时间长度。 以此类推， 显然每一层的发射总时间长度和接收总时 间长度相等且等于一个与层级序号无关的定值。 每一层的发射时间总长度与该层接收时间 总长度之和也是一个与层级序号无关的定值， 该定值记为T发 送 接 收 之 和。 0068 所以一帧时间内第x层(x1、 2、 3。

40、k)中， 处于休眠状态的总时间长度也为一个 与层级序号无关的定值， 记为T休 眠。 0069 帧长阈值的设定： w帧 长(T发 送 接 收 之 和+T休 眠)*f传 输 时 间 定 时 器 0070 (3n+k-1)(TRx+nonR)*f传 输 时 间 定 时 器 0071 上式中的f传 输 时 间 定 时 器为传输时间定时器的累加计数频率， w帧 长为帧长阈值。 0072 本发明实施例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， 说明书 6/8 页 9 CN 111542015 A 9 包括： 0073 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。

41、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； 0074 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； 0075 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。

42、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； 0076 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。 0077 本发明实施例中， 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。

43、收发模块， 完成所有帧传输。 0078 本发明实施例中， 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输单元调度 表中存储值为1的单元的存储值改为0； 0079 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。

44、不对传输单元调度表做更改。 0080 本领域内的技术人员应明白， 本申请的实施例可提供为方法、 系统、 或计算机程序 产品。 因此， 本申请可采用完全硬件实施例、 完全软件实施例、 或结合软件和硬件方面的实 施例的形式。 而且， 本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机 可用存储介质 (包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、 光学存储器等)上实施的计算机程序产 品的形式。 0081 本申请是参照根据本申请实施例的方法、 设备(系统)、 和计算机程序产品的流程 图和/ 或方框图来描述的。 应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一 流程和/或方框、 以及流程图和。

45、/或方框图中的流程和/或方框的结合。 可提供这些计算机程 序指令到通用计算机、 专用计算机、 嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以 产生一个机器， 使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于 实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装 置。 0082 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特 说明书 7/8 页 10 CN 111542015 A 10 定方式工作的计算机可读存储器中， 使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指 令装置的制造品， 该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框。

46、图一个方框或 多个方框中指定的功能。 0083 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上， 使得在计 算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理， 从而在计算机或 其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一 个方框或多个方框中指定的功能的步骤。 0084 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制， 尽管参照上述实施例对 本发明进行了详细的说明， 所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进 行修改或者等同替换， 这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换， 均在申请 待批的本发明的权利要求保护范围之内。 说明书 8/8 页 11 CN 111542015 A 11 图1 图2 图3 图4 说明书附图 1/2 页 12 CN 111542015 A 12 图5 说明书附图 2/2 页 13 CN 111542015 A 13 。