本发明属于无线通信，特别是涉及一种无线传感网mac层自适应低功耗方法、装置及介质。
背景技术：
1、随着无线通信技术发展，无线传感网(wirelesssensornetworks,wsns)广泛被应用于医疗保健、工业过程监测和控制、环境观察监测和智能家居等领域。但是无线传感网中节点携带的能量是有限的，节点供电、节点能耗和网络寿命等问题一直是阻碍无线传感网发展及应用的瓶颈。
2、介质访问控制(mediumaccesscontrol，mac)协议位于wsn中的数据链路层，主要功能是解决网络内的多个节点间共享单一信道问题，并决定节点何时以及采用何种方式占用无线信道进行数据传输，避免节点在传输时产生碰撞冲突。由于无线模块消耗的能量较大，为了降低能耗必须尽可能地将无线电收发器关闭，但是为了接收来自邻居节点的通信消息，必须经常被唤醒。所以在减少空闲监听方面，mac协议提出了无线占空比rdc(radioduty-cycle)机制，它控制mac协议下整个生命周期内的唤醒周期，对降低传感器节点能耗起着重要作用。但是rdc机制在网络环境有较大波动时，存在无法适应网络负载等问题。此外，目前wsn物理层大都采用ieee802.15.4规范，mac协议通常使用空闲信道评估cca(clearchannelassessment)来感知信道的状态避免冲突。但cca机制在接入中无法识别干扰类型，存在节点被信号干扰错误唤醒等问题。
技术实现思路
1、提供了本发明以解决现有技术中存在的上述问题。因此，需要一种无线传感网mac层自适应低功耗方法、装置及介质，以降低功耗。
2、根据本发明的第一方案，提供了一种无线传感网mac层自适应低功耗方法，所述方法包括：
3、根据设定时间内节点所发送和接收到的数据包的数量确定环境流量；
4、获取电池剩余能量百分比；
5、根据所有节点的功率确定平均节点频率；
6、设定最大占空比频率rdcmax和最小占空比频率rdcmin，
7、当电池剩余能量百分比大于50％时，根据环境流量调整当前占空比频率；
8、当电池剩余能量百分比大约等于20％且小于等于50％时，通过降低最大占空比频率rdcmax来降低占空比频率变化的最大值，同时根据环境流量调整当前占空比频率；
9、当电池剩余能量百分比处于20％以下时，根据当前节点的功率和平均节点频率确定当前占空比频率。进一步地，所述根据设定时间内节点所发送和接收到的数据包的数量确定环境流量，具体包括：
10、设定时间t，计算t时间内节点发送和/或接收到的数据包的数量，获得当前环境流量信息公式如下：
11、
12、式中，t表示环境流量，npackets为t时间内节点发送和/或接收到的数据包的数量。
13、进一步地，所述获取电池剩余能量百分比，具体包括：
14、通过如下公式计算给定时间内消耗的能量：
15、enode＝etx+erx+ecpu+elpm
16、式中，etx表示tx模式下的能量消耗，erx表示rx模式下的能量消耗，ecpu表示cpu模式下的能量消耗，elpm表示lpm模式下的能量消耗，tx模式表示节点处于发送数据包模式，rx模式表示节点处于接收数据包模式，cpu模式表示cpu在没有节点发送和接收的运行模式，lpm模式则表示处于低功耗模式；
17、通过如下公式计算电池剩余能量百分比：
18、
19、式中，b表示电池剩余能量百分比，e总表示电池的总能量。进一步地，所述当电池剩余能量百分比大于50％时，根据环境流量调整当前占空比频率，具体包括：
20、在电池剩余能量百分比大于50％的情况下：
21、若当前占空比频率rdc大于最大占空比频率rdcmax，则令rdc＝rdcmax；
22、若环境流量大于等于15且rdcmin<＝rdc*2<＝rdcmax，则令rdc＝rdc*2；
23、若环境流量大于等于0但小于等于5，且rdcmin<＝rdc/2<＝rdcmax，则令rdc＝rdc/2。
24、进一步地，所述当电池剩余能量百分比大约等于20％且小于等于50％时，通过降低最大占空比频率rdcmax来降低占空比频率变化的最大值，同时根据环境流量调整当前占空比频率，具体包括：
25、在电池剩余能量百分比大约等于20％且小于等于50％的情况下：
26、将最大占空比频率rdcmax调整为初始设定的最大占空比频率的一半；
27、若当前占空比频率rdc大于最大占空比频率rdcmax，则令rdc＝rdcmax；
28、若环境流量大于等于15且rdcmin<＝rdc*2<＝rdcmax，则令rdc＝rdc*2；
29、若环境流量大于等于0但小于等于5，且rdcmin<＝rdc/2<＝rdcmax，则令rdc＝rdc/2。
30、进一步地，所述当电池剩余能量百分比处于20％以下时，根据当前节点的功率和平均节点频率确定当前占空比频率，具体包括：
31、在电池剩余能量百分比处于20％以下的情况下：
32、将最大占空比频率rdcmax调整为初始设定的最大占空比频率的一半；
33、若当前占空比频率rdc大于最大占空比频率rdcmax，则令rdc＝rdcmax；
34、若当前节点的功率大于平均节点频率且rdcmin<＝rdc/2<＝rdcmax，则令rdc＝rdc/2。
35、进一步地，所述方法还包括：
36、构建rssi_false列表，所述rssi_false列表中包括三个rssi值分组，分别是正唤醒、假唤醒以及空闲监听，每个rssi值分组存储至少一个rssi值，所述正唤醒表示分组内的rssi值有效，数据能够被接收；所述假唤醒表示分组内rssi值是无效，数据不能被接收；所述空闲监听表示没有检测到信道上的任何无线电活动；
37、令contikimac节点执行cca信道检测，验证rssi值：
38、若rssi值处于所述rssi_false列表中，当前的contikimac节点进行睡眠；
39、若rssi值不处于所述rssi_false列表中，则采用cca组件来检查和分类rssi值，在返回值为1的情况下，对应的rssi值属于空闲监听，并存入所述rssi_false列表中，在返回值为0的情况下，根据定时限制来判断对应的rssi值的分类，如果是正唤醒，则令节点接收数据包，如果是假唤醒，则令节点进入睡眠状态并将对应的rssi值存入所述rssi_false列表中对应的rssi值分组。
40、进一步地，在采用cca组件来检查和分类rssi值，在返回值为1的情况下，对应的rssi值属于空闲监听后，所述方法还包括：
41、若当前的rssi值为上一次接收到的rssi值，则增加发送节点的无线电功率，并将当前接收到的信号的能量的rssi值作为rssi值的阈值，所述rssi值的阈值用于判断信道上是否具有无线电活动；若当前的rssi值不是上一次接收到的rssi值，则节点进入睡眠状态。
42、根据本发明的第二技术方案，提供一种无线传感网mac层自适应低功耗装置，所述装置包括处理器，所述处理器被配置为：
43、根据设定时间内节点所发送和接收到的数据包的数量确定环境流量；
44、获取电池剩余能量百分比；
45、根据所有节点的功率确定平均节点频率；
46、设定最大占空比频率rdcmax和最小占空比频率rdcmin，
47、当电池剩余能量百分比大于50％时，根据环境流量调整当前占空比频率；
48、当电池剩余能量百分比大约等于20％且小于等于50％时，通过降低最大占空比频率rdcmax来降低占空比频率变化的最大值，同时根据环境流量调整当前占空比频率；
49、当电池剩余能量百分比处于20％以下时，根据当前节点的功率和平均节点频率确定当前占空比频率。
50、根据本发明的第三技术方案，提供一种存储有指令的非暂时性计算机可读存储介质，当所述指令由处理器执行时，执行如上所述的方法。
51、根据本发明各个方案的无线传感网mac层自适应低功耗方法、装置及介质，其至少具有以下技术效果：
52、1)针对mac层contikimac协议采用固定的占空比(radioduty-cycle，rdc)频率，它并不能适应高低流量网络变化的环境问题，本发明可以综合考虑环境流量、电池当前电量及平均节点功率的变化来自适应改变rdc频率，仿真结果显示，在负载变化的网络环境下，改进协议降低了网络平均占空比、提高了数据包平均交付率和降低了端到端平均延迟，提高了网络整体服务质量。
53、2)针对mac层contikimac协议使用的清晰信道评估(cca，clearchannelassessment)组件带来的能量浪费和性能不足的问题，本发明构建了一种全新的综合考虑网络环境，干扰类型等因素变化的cca组件，它能够有效减少信道冲突，减少空闲监听和虚假唤醒在无线电占空比中的百分比。仿真结果显示，在负载变化的网络环境下，改进协议降低了网络平均占空比、提高了数据包平均交付率和降低了端到端平均延迟，提高了网络整体服务质量。
1.一种无线传感网mac层自适应低功耗方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据设定时间内节点所发送和接收到的数据包的数量确定环境流量，具体包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取电池剩余能量百分比，具体包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当电池剩余能量百分比大于50％时，根据环境流量调整当前占空比频率，具体包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当电池剩余能量百分比大约等于20％且小于等于50％时，通过降低最大占空比频率rdcmax来降低占空比频率变化的最大值，同时根据环境流量调整当前占空比频率，具体包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当电池剩余能量百分比处于20％以下时，根据当前节点的功率和平均节点频率确定当前占空比频率，具体包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在采用cca组件来检查和分类rssi值，在返回值为1的情况下，对应的rssi值属于空闲监听后，所述方法还包括：
9.一种无线传感网mac层自适应低功耗装置，其特征在于，所述装置包括处理器，所述处理器被配置为：
10.一种存储有指令的非暂时性计算机可读存储介质，当所述指令由处理器执行时，执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
