一種超低功耗無線傳感器網絡MAC協議*

張 軒,劉 昊,李智群

(1.東南大學國家專用集成電路系統工程技術研究中心,南京 210096;2.東南大學射頻與光電集成電路研究所,南京 210096)

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一種超低功耗無線傳感器網絡MAC協議*

張 軒1,劉 昊1,李智群2*

(1.東南大學國家專用集成電路系統工程技術研究中心,南京 210096;2.東南大學射頻與光電集成電路研究所,南京 210096)

在無線傳感器網絡中,能量是一個關鍵資源。傳感器網絡節點通常在大部分時間里處于休眠狀態以節約能量。其中,節點間精確地同步和超低的休眠功耗能夠本質上延長無線傳感器網絡節點的壽命。然而現實中節點在喚醒周期設置、時鐘源選擇和網絡節點同步時很難滿足理論研究時提出的要求。因此,提出了一種低功耗無線傳感器網絡MAC協議:允許節點使用多種時鐘源實現功耗最優配置,在休眠時采用內部時鐘以達到最低功耗,在工作時采用外部晶振以保證射頻性能,同時為了解決多時鐘源誤差增大且休眠周期變化帶來的問題,提出了多時鐘源休眠喚醒機制和節點同步策略。最后文章在IEEE802.15.4硬件測試平臺上完成了多時鐘源MAC協議與SMAC協議的實證測試,結果表明對比SMAC協議的喚醒和同步機制,低功耗無線傳感器網絡MAC協議在傳感器網絡節點上能夠極大地減少休眠功耗并顯著地節約同步的時間,從而大大延長節點壽命。

無線傳感器網絡;超低功耗;時鐘校準;同步機制

低功耗無線傳感器網絡(WSN)在環境監測、目標檢測以及智能抄表等系統中有著廣泛應用,潛力巨大。但是這些應用中傳感器網絡節點通常是電池供電、不可拆卸和移動的節點,因此大部分方案將這些傳感器節點的低功耗功能放在首位,而將性能放在第2位。

為了降低功耗,無線傳感器網絡MAC協議應用中廣泛的引入了周期性工作的低功耗技術,這類技術將傳感器節點周期性的調整成工作狀態,包括:SMAC[1],PW-MAC[2]和EM-MAC[3]等,其中周期的占空比是指節點無線工作的時間除以整個節點工作的時間。隨著技術的發展,占空比已經達到了0.1%甚至更低[4]。在如此低的工作占空比周期下,節點休眠的功耗占到了主要的部分,直接決定了網絡的工作壽命。因此,降低休眠的功耗對于低占空比工作周期的節點來說至關重要。同時,無線傳感器網絡MAC協議的同步機制在很大程度上也影響了節點的功耗,目前研究方向上主要基于兩種方式:SRS(Sender-Receiver Synchronization)機制如TPSN[5]和FTSP[6]算法;RRS(Receiver-Receiver Synchronization)機制[7]如RBS[8]算法。同步機制的研究方向主要集中于兩個方面:減少網絡同步開銷和提高單跳同步精度,如PBS算法[9]通過監聽鄰居節點時鐘同步信息來校準自身的時鐘,MBS算法[10]通過基準點時間來計算轉發時間,從而減小開銷并維持了與RBS相當的精度,MATS算法[11]基于采集樹的架構提出了支持多跳低功耗的時鐘同步算法,隨著同步協議的研究深入,越來越多的采用了軟件建模方式來評估時鐘的精度和開銷,利用均方誤差(MSE)和最優線性擬合[6]等技術來提升評估的準確性和預見性。但是目前的大部分研究沒有結合實際硬件節點特性進行設計,在遇到成本問題、硬件局限性問題時,傳統理論建模的局限性就顯得尤為突出。

本文對于低功耗的關注集中于兩點:休眠期間的功耗和節點間周期性同步的功耗。在周期性休眠喚醒的工作模式時需要有一個時鐘源進行定時工作,現有的無線傳感器網絡節點芯片如德州儀器的CC2530和飛思卡爾公司的MC13213[12]以及很多學術界通用的平臺TelosB和MicaZ等都需要節點在休眠時設置一個時鐘用于定時喚醒,這個時鐘來自多種時鐘源。對于時鐘源來說,外部時鐘(晶體振蕩器)比內部時鐘有著更好的精度,內部晶振誤差通常在1～5%而外部晶振只有5～40×10-6。因此在學術界協議研究時廣泛采用外部時鐘作為單一時鐘源[13],然而外部時鐘需要PLL等輔助電路,功耗比內部時鐘高出2-3個數量級,這一點在很多低功耗無線傳感器網絡協議設計時沒有考慮到。例如,經過測算MicaZ平臺的德州儀器CC2530采用外部時鐘休眠的功耗比內部時鐘休眠高出幾百倍。因此,如何能利用好內部時鐘功耗低但是精度較差,外時鐘精度高功耗高的特點設計出一個多時鐘模式工作的低功耗MAC協議是一個非常有吸引力的研究方向。

我們知道內部時鐘功耗低,工作頻率也低,按照內部時鐘最大為2 kHz舉例,MCU的8位定時器最短的休眠時間段約8 ms,最長為1 024 ms,當需要設置的周期很長時,必須拆分為多個1 024 ms休眠周期進行多次休眠,而需要設定的周期不是8 ms的整數倍,如17 ms時,內部時鐘休眠16 ms后需要切換到更加精確的外部時鐘源進行工作,這就產生了多時鐘源的切換問題。因此,雖然采用內部時鐘能夠極大的減少休眠期的功耗,卻帶來了復雜的節點間時鐘誤差校準、節點自身的喚醒設定等問題有待解決。

本文提出了一種針對多時鐘源的低功耗無線傳感器網絡MAC協議:設計了一套低功耗節點間時鐘同步和校準策略,解決了內部時鐘的精度差,溫漂嚴重的問題,并依此設計了一種超低占空比工作情況下的節點休眠喚醒工作機制。本文將提出的MAC協議與傳統SMAC協議共同在真實的硬件測試臺上進行了評估。結果表明,本文設計的時鐘同步校準算法和改進后的節點休眠喚醒機制能夠顯著的減小節點的功耗。

本文剩余部分組織結構如下:第2章描述了雙時鐘的配置問題和同步算法設計;第3章設計了多時鐘源低功耗休眠喚醒機制;第四章比較了ULP-MAC與SMAC協議并得出結論;最后一章對全文做了總結。

1 時鐘同步和校準算法

無線傳感器網絡收發芯片主要分為兩個組成部分:射頻收發器又稱射頻調制解調器以及MCU,圖1展示了一種目前典型的符合IEEE802.15.4國際標準的無線傳感器網絡專用芯片及其時鐘輸入方式,無線芯片工作所需的時鐘可以由多個時鐘源來提供,可以是外部輸入也可以是內部晶振。通常,考慮到無線通信的頻率精度的要求,無線通信部分的電路一般設計采用外部晶振作為時鐘源工作。MCU的時鐘源選擇就更為廣泛了,既可以與無線部分的電路共享一個外部晶振源如圖1中CLKO為射頻電路向MCU提供了一路共享晶振1的時鐘信號,或者采用內部時鐘發生器(ICG)通過外接一個外部晶振2作為時鐘源,甚至可以直接采用內部低速實時時鐘(RTI)進行工作,由于外部時鐘輸入需要PLL等額外電路進行鎖頻、倍頻等工作,無線芯片采用外部時鐘將比僅采用內部時鐘消耗更多的功耗。

如圖1所示,通常情況下,采用類似CLKO的時鐘共享引腳,無線電路和MCU電路之間共享晶振1作為時鐘源,晶振2可以不接,這樣既保證了時鐘精度,又能夠節約成本。但是當無線傳感器節點需要進入休眠狀態時,射頻部分以及ICG部分的晶振卻都不能被關閉,否則時鐘源就沒有了。在休眠模式下無線傳感器節點使用外部晶振工作會導致大量的功耗浪費,而如果此時采用RTI作為時鐘源則功耗將大大降低。因此,本文提出了雙時鐘配置方案,在節點喚醒后射頻需要工作時采用外部時鐘,而當節點休眠時則采用內部時鐘進行工作。

圖1 典型的IEEE802.15.4時鐘單元

顯然,采用雙時鐘方式工作后,無線傳感器節點的休眠功耗大幅下降,但由此帶來了另外一個問題:MCU內部時鐘的精度遠遠低于外部晶體振蕩器的精度,這導致需要精確計時的場合無法使用。目前許多無線傳感器網絡協議采用同步方式工作,學術界提出了許多時鐘同步算法[14],這些算法大都假設一個節點只有一個時鐘源,為了滿足實際的節點的使用需求,本文提出了一種新的采用雙時鐘配置的時間同步算法,并修正了時鐘精度問題。

無線傳感器網絡中有兩種典型的節點,一種稱之為全功能節點(BS),這類節點可以作為網關、基站、路由器等,通常是無線傳感器網絡的骨干節點。另一種節點稱之為傳感器節點(Node),通常采用電池供電,低功耗模式運行。本文的同步算法,參考時鐘就是以組建網絡的全功能節點作為基準對全網絡其他節點進行同步和校準,概括地說雙時鐘同步算法是指在雙時鐘工作模式下的低功耗節點,能夠通過全功能節點發出的兩次同步信標,利用本文提出的同步算法完成時鐘同步并校準自身的系統時鐘。

本算法中,全功能節點周期性的廣播信標幀,信標幀包含節點當前時鐘信息以及約定下一次廣播信標幀的時間,如圖2中所示,全功能節點在TS1時刻發送完信標幀后仍然保持活動狀態,而傳感器節點接收到信標后進入休眠狀態直到下次約定的信標幀時間到來,在這個過程中傳感器節點在接收信標時使用外部時鐘而在休眠時切換為內部時鐘以節省功耗。但是由于內部時鐘精度較差,傳感器節點有可能會在約定的時間之前或者之后很久才會重新進入接收狀態,如果在之前很久醒來,節點會一直等待全功能節點發送下一次信標,如果是推遲醒來,則節點會錯過本次信標并需要等待整個休眠周期直到下一次信標到來。傳感器節點收到下一次信標幀后將自身的接收時間TRx存儲在一個時序表中并與信標中的時間戳TSx相對應,如圖2中的TR1,TR2,TR3,TS1,TS2,TS3。

圖2 全功能節點和傳感器節點間的信標傳輸過程

(1)

(2)

兩次信標幀實際到達時間差可以通過以下公式計算:

(3)

接收節點收到兩次信標時自身的時間為:

TNode=TR2-TR1

(4)

發送信標全功能節點總是處于工作狀態,并且使用外部時鐘進行工作。而傳感器節點在休眠時候需要使用內部RTI時鐘進行工作,因此兩個節點在一次休眠后的時鐘偏離度為:θ=(TBS-TNode)/Tsleep=[(TS2-TS1)-(TR2-TR1)]/Tsleep

(5)

其中,TBS-TNode為相對時鐘偏移,Tsleep為傳感器節點在同步過程中每次休眠的時間。因此節點可以通過時鐘偏移率θ對自身的時鐘進行校準

同時,圖2所示的時鐘同步過程可以擴展到多跳傳感器節點網絡中,只要在信標中聲明自身的設備屬性(通常為全功能節點或低功耗傳感器節點),以及節點轉發這個信標的次數(通常稱為廣播半徑),待同步的節點在收到兩次信標后完成同步并能夠為其下一跳節點周期性的提供同步服務。節點通過這樣一級一級的同步過程,可以實現無線傳感器網絡全網同步以及今后的周期性同步校準。

本文提出的雙時鐘校準算法可以廣泛應用在低功耗節點為主無線傳感器網絡絡中并大大的節約了節點休眠功耗。下一章,我們將研究另一個能量損耗問題,即節點周期性喚醒和休眠。

2 可配置的喚醒機制

無線傳感器節點休眠時采用內部時鐘以節約功耗,節點的內部時鐘通常工作在一個低速的固定頻率,如32.768 kHz或2 kHz等,而配置休眠的方式是通過一個8位或16位寄存器進行計時,達到設定的時間則產生一次喚醒過程,因此節點的喚醒時間選擇并不是連續的,而是根據節點的寄存器設定的離散化的值。例如飛思卡爾公司的IEEE802.15.4芯片MC13213可以設定為8 ms、32 ms、64 ms、128 ms、256 ms、512 ms和1 024 ms等,如果某些應用需求超過了內部時鐘寄存器允許的范圍,則MCU可以通過設置一個軟件時鐘,并利用多次喚醒休眠累加來實現超長時間休眠。問題是,如何選擇一個最佳的喚醒時間設置實現MCU喚醒次數最少,喚醒時間最短?目前這個問題在眾多研究同步的文章中均沒有提及,因此本文設計了兩種可配置的MCU喚醒機制:固定周期的休眠喚醒機制和可變周期的休眠喚醒機制。

如圖3所示,假設一個節點在下次喚醒前需要休眠1 s,如果節點內部時鐘寄存器設置每次的喚醒時間為256 ms并考慮到時鐘漂移和累積誤差等因素,MCU會經歷3次休眠喚醒周期并在第768 ms以后(下文稱為MCU喚醒狀態)一直保持喚醒以保證在1 s到來時處于接收狀態,而當內部時鐘寄存器設置每次的喚醒時間為8 ms或32 ms時,MCU喚醒狀態所保持的時間就會相應的縮短,但是整個1 s周期內喚醒的次數就會增加,這同樣會帶來額外的功耗。

圖3 固定周期的休眠喚醒機制和可變周期的休眠喚醒機制

另一種喚醒機制是可變周期喚醒機制,即節點可以根據剩余休眠時間選擇最大的可配置休眠時間,節點會在每一次休眠之前計算剩余需要休眠的時間,并將內部時鐘寄存器配置為最接近該時間的數值,如圖3所示,在1 s的休眠周期中,節點會不斷地調節內部時鐘寄存器數值為:512 ms、256 ms、128 ms、64 ms、32 ms和8 ms,利用可變周期休眠喚醒機制,MCU將最后的喚醒時間變得最小,最大程度的節約功耗。

顯然,在具備多時鐘源的無線傳感器網絡節點中,使用可變周期休眠喚醒機制更為合適,這不僅僅考慮到可以更加節約功耗,而是因為固定周期休眠喚醒機制會因為內部時鐘的精度差導致另一個嚴重問題。盡管前文提出的同步算法可以校準節點的系統時鐘,但是卻并不能改變節點內部時鐘的精度,當系統僅僅采用外部時鐘時,MCU可以較為準確的設置其需要的休眠周期,因為外部時鐘的精度可以做到×10-6級別。而采用多時鐘源時,當一個節點設置了內部時鐘休眠周期為512 ms,由于精度問題可能會遠遠大于或小于512 ms(內部時鐘精度通常在百分之幾),這就導致了很難事先為所有節點選定一套如圖3所示休眠周期配置表。

3 評估

本章中,我們將評估兩種休眠喚醒機制對功耗的影響。首先我們將先評估雙時鐘同步校準算法對功耗的影響,因為它是休眠喚醒機制的基礎。此后,我們在相同的休眠喚醒算法下評估學術界常用的單時鐘休眠配置機制和本文針對雙時鐘情況提出可變休眠配置機制對功耗的影響。

3.1 同步精度

圖4 時鐘同步算法測試方法

我們在目前國際上較為流行的IEEE082.15.4硬件平臺上進行了本次評估,平臺采用的是飛思卡爾公司的SoC芯片MC13213,總計使用了5個模組,其中一個作為全功能節點,另外4個作為傳感器節點,整個無線網絡每一秒鐘進行一次同步。每個節點在軟件中設置一個系統時鐘參數,對于全功能節點來說,這個系統時鐘始終工作在外部時鐘模式下,對于傳感器節點來說,我們首先讓節點處于周期性休眠狀態,節點采用內部時鐘,當節點在喚醒期收到第一個信標幀以后,開始如圖2所示的同步過程,當節點完成同步后恢復到僅采用內部時鐘的周期性休眠喚醒模式。測試方法如圖4所示,本輪測試每次由一個全功能節點和一個傳感器節點進行測試。我們控制MCU的一個I/O引腳在系統時鐘到達1 s時觸發一次變化,并將此變化的通過示波器記錄下來。我們觀察并記錄下每個節點在同步前和同步后的每秒系統時鐘波形變化,總共記錄10 s,并通過算數平均計算傳感器節點的1 s時間與全功能節點1 s時間的誤差。

圖5展示了時鐘同步算法經過10次同步后的效果,其中“sensor node B/S”和“sensor node A/S”表示同步前和同步后的效果。從圖中可看到,剛開始4個傳感器節點和全功能節點之間誤差都不盡相同,從2.9 ms到34.4 ms(誤差約為0.3%到3%)。當完成時鐘同步算法后,4個傳感器節點與全功能節點誤差范圍縮小到0.6 ms到0.8 ms(誤差約為0.06%到0.08%)。

圖5 短時間同步效果圖

圖6展示了同步算法在一個較長時間下的效果。我們每一分鐘進行一次同步共計10 min,并通過示波器記錄下實際時間和節點系統時間并進行計算。從圖中我們可以看出在同步前4個節點與全功能節點間的誤差較大,為0.09 s到2.09 s(誤差約為0.2%到3%),當完成同步后,誤差縮小到27 ms到34 ms之間(誤差約為0.05%到0.06%)。

圖6 長時間同步效果圖

3.2 功耗

本節我們將對兩種時鐘配置機制和兩種休眠喚醒機制進行評估。如第2章所述,固定周期休眠喚醒機制并不適合雙時鐘的應用,我們將比較單時鐘同步算法下的兩種休眠喚醒機制以及雙時鐘模式下的可變周期的休眠喚醒機制3種組合模式下的功耗情況。

對于固定周期休眠喚醒機制下節點功耗而言,最重要的是休眠喚醒周期設定問題。因此首先我們找到在何種周期下休眠喚醒機制能夠給節點帶來最小的功耗,并依據此周期進行接下來的測試。在這組測試中,節點的休眠喚醒周期設置為1 s,全功能節點每秒鐘廣播一個信標幀,傳感器節點在同步后的每秒鐘喚醒時會等待約2 ms來接收全功能節點的信標幀,用來模擬周期性同步和數據傳輸,之后進入休眠模式。我們讓傳感器節點僅僅使用外部時鐘機制并且將休眠間隔設置為可以在32 ms到512 ms之間,測試節點利用圖3中的固定時間機制分配休眠和喚醒的時間,并記錄下每一秒MCU需要醒來多久。每一個節點的測試結果非常接近,如圖7所示。在圖中我們可以看到,當使用64 ms作為每次休眠喚醒的周期時,固定周期的機制可以達到最低的功耗,盡快采用32 ms為周期可以使得最后MCU的等待時間更短,但是更為頻繁的休眠喚醒反而消耗了更多的能量,因此在接下來的評估中,我們將選擇64 ms作為固定周期休眠喚醒機制的周期。

圖7 在固定周期休眠喚醒機制下不同休眠喚醒周期MCU處于喚醒的時間

接著,我們將比較兩種機制的功耗情況。測試框圖如圖8所示,每次試驗由一個全功能節點和4個傳感器節點組成。節點的休眠喚醒周期設置為1 s,全功能節點每秒鐘廣播一個信標幀,傳感器節點在同步后的每秒鐘喚醒時會等待約2 ms來接收全功能節點的信標幀,用來模擬周期性同步和數據傳輸,之后進入休眠模式,一臺安捷倫電源分析儀接在傳感器節點電源上,用來記錄節點的實際功耗,節點供電為3.3 V。

圖8 節點功耗測試示意圖

表1描述了傳感器節點在單時鐘和雙時鐘機制下節點在不同狀態下的平均電流。圖9描述了MCU在單時鐘和雙時鐘機制下,采用固定周期休眠喚醒機制和可變周期休眠喚醒機制時傳感器節點的在每個休眠喚醒周期中MCU處于喚醒狀態的時間。我們可以看到,由于第2章描述的原因,采用可變周期休眠喚醒機制的后兩種方案MCU喚醒時間較少。圖10描述了傳感器節點綜合利用不同的時鐘機制和不同的喚醒休眠機制時各種組合在同一周期內產生的功耗。其中,功耗按照每個階段的時間、電流和電壓進行累加。結果表明,雙時鐘校準算法配合可變周期休眠喚醒機制使得節點在兩個主要的時期以及最后總的周期內功耗最低,其原因是因為采用了如圖9的時鐘和休眠喚醒策略后,節點使用了功耗更低的內部時鐘,這使得功耗使用效率得到了最大化。

表1 不同時鐘機制下節點的平均工作電流

圖9 MCU在一個周期內的喚醒時間Single和Dual分別為單時鐘和雙時鐘同步算法;Fixed和Adaptive分別表示固定和可變周期休眠喚醒機制

圖10 節點在一個周期內的功耗Single和Dual分別為單時鐘和雙時鐘同步算法;Fixed和Adaptive分別表示固定和可變周期休眠喚醒機制

至此,實驗已經表明雙時鐘校準算法配合可變周期休眠喚醒機制使得傳感器節點可以節約大量的休眠功耗,之后我們修改節點的休眠喚醒周期,看看在不同的休眠喚醒周期下節點功耗情況。我們設置節點每個周期處于工作狀態的時間為2 ms,其余時間處于休眠狀態,休眠喚醒周期從0.5 s、1 s、2 s到4 s,即工作占空比從0.4%到0.05%。同樣,對于固定周期休眠喚醒機制而言,每次我們都測試并選取其最低功耗的策略。圖11表示在不同時鐘算法和休眠喚醒機制組合下,不同工作占空比的傳感器節點功耗。其中每條線代表的功耗,均是參與測試的4個傳感器節點的算數平均功耗。從圖11中我們可以看到,在占空比為0.4%時,雙時鐘算法結合可變周期休眠喚醒機制比單時鐘算法結合固定周期休眠喚醒機制節約14%左右的功耗,而當工作占空比進一步下降至0.1%和0.05%時,功耗分別節約了27%和36%。

圖11 不同占空比下傳感器節點的功耗Single和Dual分別為單時鐘和雙時鐘同步算法;Fixed和Adaptive分別表示固定和可變周期休眠喚醒機制

4 結論

目前,利用電池供電的傳感器網絡應用很多,如智能水表、氣表、安防和智慧農業等等,在這些超低工作占空比的應用中,傳感器節點需要在大部分的時間里處于休眠狀態,休眠期間的功耗占節點壽命周期內總功耗的90%以上,本文研究了在超低工作占空比工作時節點功耗的兩個重要方面:休眠功耗和周期性的喚醒功耗。我們提出了一種新的時鐘配置方案可以讓低功耗節點在休眠時候使用內部時鐘而在無線電路工作時使用外部時鐘,利用這個方案我們設計了一個多時鐘源同步策略。同時我們提出了一種可變周期休眠喚醒機制,使得節點可以在雙時鐘模式下將能量分配的更有效率。之后我們在IEEE802.15.4硬件平臺上對同步算法和休眠喚醒機制進行了對比測試,結果表明多時鐘同步策略配合可變周期休眠喚醒機制可以顯著降低無線傳感器網絡節點功耗,在典型的0.05%占空比時,功耗可以節約超過30%,隨著占空比降低,節約的功耗將進一步提高。

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張軒(1983-)男,碩士研究生,目前在東南大學國家專用集成電路系統工程技術研究中心攻讀博士學位,從事對無線傳感網絡MAC協議設計和研究,zhxchariot@163.com;

劉昊(1973-)男,博士,東南大學電子工程與技術學院副教授,研究方向為無線傳感網、SoC設計、信號與通信系統等方向;

李智群(1959-)男,教授,東南大學信息科學與工程學院博士生導師、IC學院副院長、教育部射頻集成電路與系統工程研究中心副主任,從事射頻集成電路和無線傳感網射頻電路研究,101010283@seu.edu.cn。

AnUltra-LowPowerMACProtocolforWirelessSensorNetworks*

ZHANGXuan1,LIUYe1,LIUHao1,LIZhiqun2*

(1.National ASIC System Engineering Research Center,Southeast University,Nanjing 210096,China;2.Institute of RF-OE IC,Southeast University,Nanjing 210096,China)

Energy is a critical resource in wireless sensor networks. In order to save the power,sensor nodes need to sleep most of time. Therefore,precise synchronization between nodes and ultra-low sleeping energy consumption is essential for prolonging network lifetime. However,when considering the configuration of wake-up time,clock source selection and the nodes synchronization problem in the actual use of the environment. There are some problems difficult to meet the requirements of the theory research. A new ultra-low power WSN MAC protocol(ULP-MAC)is proposed:Allow the sensor nodes to use serval kinds of clock to realize the optimal configuration of power consumption,using internal clock for the lowest power comsumption and switching to outside clock for the RF transceiver. At the same time,in order to slove the problem about the clock error increasing and the change of sleep cycle,this paper proposes the multi-clock wake-up mechanism and the nodes synchronization strategy. Finally this paper evaluates the introduced protocol and the SMAC protocol in a realistic IEEE802.15.4 test bed. The results show that,compared to SMAC mechanism,the ULP-MAC,which significantly decrease the sleep power comsumption and the synchronization time,greatly extend the life of the nodes.

wireless sensor network;ultra low power consumption;clock calibration;synchronization mechanism

項目來源:江蘇省自然科學基金項目(BK2011018,BK2011334);江蘇省普通高校研究生科研創新計劃項目(KYLX_0130)

2014-07-04修改日期:2014-10-04

10.3969/j.issn.1004-1699.2014.11.016

TP393

:A

:1004-1699(2014)11-1527-07