CN109495957B - 一种基于二次碰撞概率模型的自适应异步无线唤醒方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于二次碰撞概率模型的自适应异步无线唤醒方法，属于无线传感器网络通信技术领域。该方法包括：S1：建立信道二次碰撞概率模型，估算无线网络中节点监测到信道繁忙和唤醒请求碰撞造成的丢包率α、延迟时间T_A和总能耗E_A；S2：通过建立阈值自适应选择机制，更新终端节点的阈值序列；S3：数据发送成功或达到重传次数上限时，记录当前退避次数BN和退避指数BE；当节点唤醒接收器匹配地址错误时，重置退避计时器，并进行下一个退避阶段；并采集当前平均传输负载大小对二次碰撞概率模型进行更新。本发明能够实现低功耗无线唤醒，在保证成功率的同时减少或避免唤醒请求产生的碰撞，降低同一信道下对正常通信的干扰。

Description

一种基于二次碰撞概率模型的自适应异步无线唤醒方法

技术领域

本发明属于无线传感器网络通信技术领域，涉及低功耗流量自适应无线按需唤醒技术。

背景技术

在物联网高速发展当前，网络节点的低功耗和长生命周期成为急需解决关键性问题。在野外森林的环境监测、无人职守的传感器网络系统、工业环境下的监测等都需要使用大量电池供电的设备和仪器。目前已有大量技术对无线唤醒低功耗技术进行了研究，主要的有：硬件电路设计技术、周期唤醒技术、能量吸收技术。硬件电路设计主要通过设计一个低频低功耗的射频电路如AS3933作为单独并仅执行唤醒任务的模块(Wake up on radio，WuR)，当发现唤醒请求时候，主动唤醒MCU。按需唤醒技术，节点MCU一直长时间深度睡眠，直到唤醒收发器的接收端WuRx收到唤醒请求触发中断并使其切换到正常工作状态。能量吸收技术主要通过外界震动、光等信号，把能量汇集起来给唤醒电路供电，减少电池能量的消耗。

但是唤醒收发器WuR是通过不同调制技术与主收发器共享天线，所以在唤醒请求过程中容易产生碰撞，而且成功率低。因此亟需避免发生碰撞，高成功率的唤醒技术。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于二次碰撞概率模型的自适应异步无线唤醒方法，针对需要无线传感器网络应用环境，在既满足低功耗又无需额外电路设计开销的情况下，利用终端设备数量、数据包平均到达速率、退避窗口大小、重传次数阈值、WuR发送速率等信息识别出信道当前是否处于繁忙状态或产生数据碰撞，并根据其丢包率、平均延迟、能耗等方面选择最优的退避窗口大小；能够实现无线唤醒，减少或避免唤醒请求产生的碰撞、提高唤醒成功效率、降低同一信道下对正常通信的干扰。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于二次碰撞概率模型的自适应异步无线唤醒方法，应用于低功耗环境数据采集无线网络节点单跳场景，该方法包括以下步骤：

S1：建立信道二次碰撞概率模型，估算无线网络中节点监测到信道繁忙和唤醒请求碰撞造成的丢包率α、延迟时间T_A和总平均能量消耗E_A；

S2：通过建立阈值自适应选择机制，更新终端节点的阈值序列；

S3：数据发送成功或达到重传次数上限时，记录当前退避次数BN和退避指数BE；当节点唤醒接收器匹配地址错误时，重置退避计时器，并进行下一个退避阶段；并计算当前平均传输负载大小DS等参数对网络中终端节点进行更新。

进一步，所述步骤S1具体包括：使用考虑服务时间指数分布的马尔可夫链M/G/1/2队列模型，引入二次碰撞和有限队列因素，并使用C_T次短暂的CCA空闲信道检测对信道状态进行评估，当检测到信道繁忙时能快速进行退避；再考虑到基于副载波调制的唤醒模块与主收发器模块共用天线在同一信道通信以增加唤醒请求传输范围，所以得到二次碰撞概率模型：

其中，C_T为CCA信道检测计时器初始值，α为C_T次信道检测执行完后检测到信道繁忙的概率，N表示节点数量，包含N-1个终端节点和1个汇聚节点，E[Γ]是节点直到发送最后一个数据一共所发的数据包数量，T_CCA是进行一次信道检测CCA的时间，T_ta是成功发送数据占用信道的时间，T_tc是数据发送碰撞时占用信道的时间，λ是数据包平均到达速率，E[D_HoL]是节点退避窗口开始到发送数据或达到重传次数上限的平均延迟；D(k)是第k+1次退避时检测到信道繁忙所用的信道检测次数，c(k)是直到第k+1次才成功发送唤醒请求的概率，d(k)是直到第k+1次才发送唤醒请求但产生碰撞的概率，表示为：

c(k)＝α^k(1-β),d(k)＝α^kδ(1-α)

其中，k是当前退避次数，M是节点允许的最大重传次数，β＝α+δ(1-α)为信道繁忙概率与碰撞概率的和，δ(1-α)为唤醒请求发送后产生碰撞的概率；c_sum为成功发送数据的平均概率和，d_sum为数据发送时产生碰撞的平均概率和，其分别表示为：

两个以上的节点同时进行信道空闲检测的概率表示为：

其中，T_slot是电磁波传输延迟，CCA检测时间和收发段切换延迟的和，T_CCA是进行一次信道检测CCA的时间，w_k是退避时间和信道检测所花平均时间；δ是检测到信道空闲的概率，T_TA是发送数据所需要的时间，包括占用信道的时间和未占用的时间，表示为T_TA＝T_wuc+T_on+T_h+T_l+T_SIFS+T_ACK，其中T_wuc为唤醒请求传输时间，T_on为MCU从休眠状态切换到正常工作状态所需时间，T_h为数据头部传输所需时间，T_l为数据场传输所需时间，T_SIFS为帧间隔，T_ACK为确认帧传输所需时间；

唤醒后发送数据的平均延迟表示为：

T_A＝(1-β^M+1)T_S+α^M+1T_L+(β^M+1-α^M+1)T_C

计算出M+1次中每次出现计数器值不为0的概率

其中，每次碰撞的概率占总概率的比例

表示k+1次中有k+1-v次在信道检测阶段第一次没有检测到，但在C_T减到0前检测到信道繁忙，T_L是达到重传次数上限所消耗的时间，表示为：

其中，T_BO是退避消耗的单位时间,W_k是第k次退避时退避时间上限；T_S是成功发送数据所需要的退避和信道检测时间，T_C是发送数据产生碰撞所消耗的时间，所以T_S、T_C分别表示为：

其中，T_TC是发送数据后产生二次碰撞所消耗的时间；同理，退避、信道检测和数据传输的总平均能量消耗E_A表示为

E_A＝(1-β^M+1)E_S+α^M+1E_L+(β^M+1-α^M+1)E_C

其中，E_L是达到重传次数上限丢弃数据包所消耗的能量，表示为：

其中，E_BO是退避消耗的能量，E_CCA是进行一次信道检测消耗的能量；E_S是成功发送数据所需要的退避和信道检测能量，E_C是发送数据产生碰撞所消耗的能量，分别表示为：

其中，E_HoL是从数据包到达至成功发送所需要消耗的能量，E_L退避到达次数上限丢弃数据包所消耗的能量，E_TA是数据在传输过程中所消耗的能量，E_TC是数据传输时产生碰撞所消耗的能量，P_LB是M+1次检测时信道都为繁忙和信道检测到空闲但唤醒请求产生二次碰撞的概率和；

能量效率和丢包率综合指标表示为：

其中，T_l是发送数据负载所需要的时间，W_factor是能效权重因子，P_LA是M+1次检测信道都为繁忙的概率；最后，终端节点会根据信道当前状态、延迟、丢包率和记录信息选择当下一次送唤醒请求所需要使用的协议和退避窗口大小。

进一步，步骤S2中，所述终端节点的阈值自适应选择机制具体包括以下步骤：

S21：当唤醒请求重传次数增加时，进行节点状态分析；若唤醒请求碰撞概率增加，根据效率曲线增大退避指数BE；若唤醒请求碰撞概率减少，则减小退避指数；并根据调整后的退避指数生成阈值序列TS；

S22：当检测到标识符为1时，重置退避计时器，进行下一阶段退避，并清零标识符。

进一步，所述步骤S3具体包括：终端节点首先初始化当前退避次数BN为1，每次退避次数BN自加1；初始化退避指数BE的值为CBE；节点先获取当前退避次数BN，如果小于阈值TS(BN)，则采用直接信道检测模式；如果大于阈值TS(BN)，节点则先进行退避，当退避计时器为0时进入信道检测状态；终端节点采用多次短时空闲信道检测，每次检测完毕C_T自减，C_T值为0时代表信道检测阶段结束；如果其中某一次检测到信道为繁忙时，认为当前有其他节点正在通信，需要进行下一次退避过程，直到退避次数BN大于最大尝试次数；当全部检测都显示信道为空闲时，则代表该节点可以进行发送唤醒请求的操作；

每次成功传输数据或达到重传次数上限时，记录当前的退避次数和退避指数，并使用近几次发送数据的退避次数通过加权算法计算出W_BN；并且当终端节点WuR之前收到过其他节点的唤醒信息时，标识符置1，表示当前有其他节点正在传输数据，以增加退避时间；考虑对历史传输数据所用的退避次数进行加权计算，由此得到公式：

W_BN＝θ₁BN₁+θ₂BN₂+θ₃BN₃+θ₄BN₄+θ₅BN₅

其中，下标数字越小表示时间离当前的时间越近，θ表示每个退避次数的加权因子系数，W_BN表示历史加权退避次数。

进一步，针对碰撞原因进行分析时，基于信道二次碰撞概率模型进行不同协议的适应性修改。

进一步，汇聚节点和终端节点都使用唤醒收发器WuR和主收发器MCU，并且WuR和MCU分别使用不同的频率进行通信。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明针对二次碰撞优化，主要采用软件设计的方式，利用唤醒射频自身的低功耗特点，采用动态调整退避窗口和按需唤醒技术来实现无线唤醒，减少或避免唤醒请求产生的碰撞、提高唤醒成功效率、降低同一信道下对正常通信的干扰。

(2)本发明在网络流量较大时，可以更好的减少数据冲突，根据网络中流量不停变化的特性，自适应的调整以降低无线传感器网络的总体能耗，并提高数据传输的实时性，满足了无线传感器网络领域的应用需求。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所述的退避窗口大小自适应调整方法结构图；

图2为本发明所述的无线传感器网络设备和汇聚节点无线唤醒交互过程；

图3为本发明所述的退避时间选择算法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1为本发明所述的基于二次碰撞概率模型的自适应异步无线唤醒方法的结构图。将丢包原因分为信道繁忙和数据碰撞，使用平均延迟、每秒能耗、丢包率等指标来对协议性能进行分析。S1：建立信道二次碰撞概率模型，估算无线网络中节点监测到信道繁忙和唤醒请求碰撞造成的丢包率α、延迟时间T_A和总平均能量消耗E_A；S2：通过建立阈值自适应选择机制，更新终端节点的阈值序列；S3：数据发送成功或达到重传次数上限时，记录当前退避次数BN和退避指数BE；当节点唤醒接收器匹配地址错误时，重置退避计时器，并进行下一个退避阶段；并计算当前平均传输负载大小DS等参数对网络中终端节点进行更新。

S1、建立信道二次碰撞概率模型

使用考虑服务时间指数分布的马尔科夫链M/G/1/2队列模型，引入二次碰撞和有限队列因素，并使用C_T(MCU状态转换时间/CCA检测时间，取整)次短暂的CCA空闲信道检测对信道状态进行评估，当检测到信道繁忙时能快速进行退避。再考虑到基于副载波调制的唤醒模块与主收发器模块共用天线在同一信道通信以增加唤醒请求传输范围，所以得到信道二次碰撞概率模型：

其中，C_T为CCA信道检测计时器初始值，α为C_T次信道检测执行完后检测到信道繁忙的概率，N表示节点数量，包含N-1个终端节点和1个汇聚节点，E[Γ]是节点直到发送最后一个数据一共所发的数据包数量，T_CCA是空闲信道检测所需要的时间，T_ta是成功发送数据占用信道的时间，T_tc是数据发送碰撞时占用信道的时间，λ是数据包平均到达速率；D(k)是第k+1次退避时检测到信道繁忙所用的信道检测次数，c(k)是直到第k+1次才成功发送唤醒请求的概率，d(k)是直到第k+1次才发送唤醒请求但产生碰撞的概率，可以表示为：

c(k)＝α^k(1-β),d(k)＝α^kδ(1-α)

其中，k是当前退避次数，M是节点允许的最大重传次数，β＝α+δ(1-α)为信道繁忙概率与碰撞概率的和，δ(1-α)为唤醒请求发送后产生碰撞的概率，c_sum为成功发送数据的平均概率和，d_sum为数据发送时产生碰撞的平均概率和，其分别表示为：

E[D_HoL]是节点退避窗口开始到发送数据或达到重传次数上限的平均延迟，可以表示为

其中，P_LA表示M+1次信道检测都为繁忙的概率；用a₀表示在终端节点发送数据过程中没有其他数据包产生，这个概率等于

其中，w_k是退避时间和信道检测所花平均时间，可以表示为

两个以上的节点同时进行信道空闲检测的概率表示为：

其中，T_slot是电磁波传输延迟、CCA检测时间和收发段切换延迟的和，T_CCA是进行一次信道检测CCA的时间，w_k是退避时间和信道检测所花平均时间；δ是检测到信道空闲的概率，T_TA是发送数据所需要的时间，包括占用信道的时间和未占用的时间，表示为T_TA＝T_wuc+T_on+T_h+T_l+T_SIFS+T_ACK，其中T_wuc为唤醒请求传输时间，T_on为MCU从休眠状态切换到正常工作状态所需时间，T_h为数据头部传输所需时间，T_l为数据场传输所需时间，T_SIFS为帧间隔，T_ACK为确认帧传输所需时间；

唤醒后发送数据的平均延迟表示为：

T_A＝(1-β^M+1)T_S+α^M+1T_L+(β^M+1-α^M+1)T_C

计算出M+1次中每次出现计数器值不为0的概率

其中，每次碰撞的概率占总概率的比例

表示k+1次中有k+1-v次在信道检测阶段第一次没有检测到，但在C_T减到0前检测到信道繁忙，T_L是达到重传次数上限所消耗的时间，表示为：

其中，T_BO是退避消耗的单位时间,W_k是第k次退避时退避时间上限；T_S是成功发送数据所需要的退避和信道检测时间，T_C是发送数据产生碰撞所消耗的时间，P_LA是M+1次检测信道都为繁忙的概率，所以T_S、T_C分别表示为：

其中，T_TC是发送数据后产生二次碰撞所消耗的时间；同理，退避、信道检测和数据传输的总平均能量消耗E_A表示为

E_A＝(1-β^M+1)E_S+α^M+1E_L+(β^M+1-α^M+1)E_C

其中，E_L是达到重传次数上限所消耗的能量，表示为：

其中，E_BO是退避消耗的能量，E_CCA是进行一次信道检测消耗的能量；E_S是成功发送数据所需要的退避和信道检测能量，E_C是发送数据产生碰撞所消耗的能量，分别表示为：

其中，E_HoL是从数据包到达至成功发送所需要消耗的能量，E_L退避到达次数上限丢弃数据包所消耗的能量，E_TA是数据在传输过程中所消耗的能量，E_TC是数据传输时产生碰撞所消耗的能量，P_LB是M+1次检测时信道都为繁忙和信道检测到空闲但唤醒请求产生二次碰撞的概率和；

能量效率和丢包率综合指标表示为：

其中，T_l是发送数据负载所需要的时间，W_factor是能效权重因子，P_LA是M+1次检测信道都为繁忙的概率；最后，终端节点会根据信道当前状态、延迟、丢包率和记录信息选择当下一次送唤醒请求所需要使用的协议和退避窗口大小。

S2、建立阈值自适应选择机制

1)当唤醒请求重传次数增加时，进行节点状态分析；若唤醒请求碰撞概率增加，根据效率曲线增大退避指数BE；若唤醒请求碰撞概率减少，则减小退避指数。并根据调整后的退避指数生成阈值序列TS。

2)当检测到标识符为1时，重置退避计时器，进行下一阶段退避，并清零标识符。

S3、终端节点首先初始化当前退避次数BN为1，每次退避次数BN自加1。初始化退避指数BE的值为CBE。节点先获取当前退避次数BN，如果小于阈值TS(BN)，则采用直接信道检测模式；如果大于阈值TS(BN)，节点则先进行退避，当退避计时器为0时进入信道检测状态。终端节点采用多次短时空闲信道检测，每次检测完毕C_T自减，C_T值为0时代表信道检测阶段结束。如果其中某一次检测到信道为繁忙时，认为当前有其他节点正在通信，需要进行下一次退避过程，直到退避次数BN大于最大尝试次数。当全部检测都显示信道为空闲时，则代表该节点可以进行发送唤醒请求的操作，具体如表一。

表一

每次成功传输数据或达到重传次数上限时，都会记录当前的退避次数和退避指数，并使用近几次发送数据的退避次数通过加权算法计算出W_BN。并且当终端节点的唤醒收发器WuR之前收到过其他节点的唤醒信息时，标识符置1，表示当前有其他节点正在传输数据，以增加退避时间。考虑对历史传输数据所用的退避次数进行加权计算，由此得到公式：

W_BN＝θ₁BN₁+θ₂BN₂+θ₃BN₃+θ₄BN₄+θ₅BN₅

节点把每次成功发送数据所需要的退避次数BN记录下来，根据最近几次所需要的退避次数，通过线性加权计算出W_BN的值。其中下标数字越小表示时间离当前的时间越近，θ表示每个退避次数的加权因子系数，时间越近，系数越大。

图2是本实施例采用的无线传感器网络设备和汇聚节点无线唤醒交互过程。第一个终端节点经过随机的退避时间后检测到信道空闲，唤醒汇聚节点并开始通信。第二个终端节点退避计数器为0，并且在汇聚节点切换等待时或与其他节点同时进行检测时也可能检测到信道空闲，随后发送唤醒请求，导致数据碰撞的产生。所以采用连续多次短时CCA检测，灵活的评估信道空闲状态，能够更快的进入休眠，减少能量消耗。

图3是退避时间选择算法的流程图。当节点有数据报文需要发送，首先使用WuR查询自身WBN和CBE值状态，然后根据这些存储的历史通信信息选择退避指数BE，每次通信时，该值都可能不同。然后等待退避计数器值减为0时，采用多次短时空闲信道检测。当连续信道检测中某一次检测到信道为繁忙状态时，则表示信道当前在忙，直接进入下一次退避阶段，BN＝BN+1。如果该阶段多次空闲信道检测结束时信道为空闲，可根据数据包大小选择最优速率发送唤醒请求。汇聚节点收到完整的唤醒请求并成功匹配地址后唤醒MCU进行正常数据接收工作，其他终端节点收到则将标识位置1。发送完成后等待汇聚节点返回数据报文确认，收到ACK后此次通信结束，立即进入休眠状态。如果节点检测到信道繁忙或者未接收到ACK，应该重新计算BN和BE值并进行下一阶段。

网络中每个节点都拥有独立的发送概率，当节点数量增加时，网络中需要发送的数据包就会增加，碰撞的概率也就会增加。普通协议没有考虑到设备状态切换延迟造成的数据发送碰撞；CSMA-WuR使用长时间的信道检测来减少碰撞的发生；CSMAO-WuR基于前一种协议，在信道检测时长上进行了动态的改变，使其灵敏度更高，减少碰撞；DNAP-WuR根据性能指标自适应的选择退避窗口，降低了碰撞概率并且提高了实时性。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种基于二次碰撞概率模型的自适应异步无线唤醒方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：建立信道二次碰撞概率模型，估算无线网络中节点监测到信道繁忙和唤醒请求碰撞造成的丢包率α、延迟时间T_A和总平均能量消耗E_A；

S2：通过建立阈值自适应选择机制，更新终端节点的阈值序列；

S3：数据发送成功或达到重传次数上限时，记录当前退避次数k和退避指数BE；当节点唤醒接收器匹配地址错误时，重置退避计时器，并进行下一个退避阶段；并计算当前平均传输负载大小DS对网络中终端节点进行更新；

所述步骤S1具体包括：

使用考虑服务时间指数分布的马尔可夫链M/G/1/2队列模型，引入二次碰撞和有限队列因素，并使用C_T次短暂的CCA空闲信道检测对信道状态进行评估，当检测到信道繁忙时能快速进行退避；再考虑到基于副载波调制的唤醒模块与主收发器模块共用天线在同一信道通信以增加唤醒请求传输范围，所以得到二次碰撞概率模型：

其中，C_T为CCA信道检测计时器初始值，α为C_T次信道检测执行完后检测到信道繁忙的概率，N表示节点数量，包含N-1个终端节点和1个汇聚节点，E[Γ]是节点直到发送最后一个数据一共所发的数据包数量，T_CCA是进行一次信道检测CCA的时间，T_ta是成功发送数据占用信道的时间，T_tc是数据发送碰撞时占用信道的时间，λ是数据包平均到达速率，E[D_HoL]是节点退避窗口开始到发送数据或达到重传次数上限的平均延迟；D(k)是第k+1次退避时检测到信道繁忙所用的信道检测次数，c(k)是直到第k+1次才成功发送唤醒请求的概率，d(k)是直到第k+1次才发送唤醒请求但产生碰撞的概率，表示为：

c(k)＝α^k(1-β),d(k)＝α^kδ(1-α)

其中，k是当前退避次数，M是节点允许的最大重传次数，β＝α+δ(1-α)为信道繁忙概率与碰撞概率的和，δ(1-α)为唤醒请求发送后产生碰撞的概率；c_sum为成功发送数据的平均概率和，d_sum为数据发送时产生碰撞的平均概率和，其分别表示为：

两个以上的节点同时进行信道空闲检测的概率表示为：

其中，T_slot是电磁波传输延迟，CCA检测时间和收发段切换延迟的和，T_CCA是进行一次信道检测CCA的时间，w_k是退避时间和信道检测所花平均时间；δ是检测到信道空闲的概率，T_TA是发送数据所需要的时间，包括占用信道的时间和未占用的时间，表示为T_TA＝T_wuc+T_on+T_h+T_l+T_SIFS+T_ACK，其中，T_wuc为唤醒请求传输时间，T_on为MCU从休眠状态切换到正常工作状态所需时间，T_h为数据头部传输所需时间，T_l为数据场传输所需时间，T_SIFS为帧间隔，T_ACK为确认帧传输所需时间；

唤醒后发送数据的平均延迟表示为：

T_A＝(1-β^M+1)T_S+α^M+1T_L+(β^M+1-α^M+1)T_C

计算出M+1次中每次出现计数器值不为0的概率

其中，每次碰撞的概率占总概率的比例

P_B＝1-P_C，

表示k+1次中有k+1-v次在信道检测阶段第一次没有检测到，但在C_T减到0前检测到信道繁忙，T_L是达到重传次数上限所消耗的时间，表示为：

其中，T_BO是退避消耗的单位时间,W_k是第k次退避时退避时间上限；T_S是成功发送数据所需要的退避和信道检测时间，T_C是发送数据产生碰撞所消耗的时间，所以T_S、T_C分别表示为：

其中，T_TC是发送数据后产生二次碰撞所消耗的时间；同理，退避、信道检测和数据传输的总平均能量消耗E_A表示为

E_A＝(1-β^M+1)E_S+α^M+1E_L+(β^M+1-α^M+1)E_C

其中，E_L是达到重传次数上限丢弃数据包所消耗的能量，表示为：

其中，E_BO是退避消耗的能量，E_CCA是进行一次信道检测消耗的能量；E_S是成功发送数据所需要的退避和信道检测能量，E_C是发送数据产生碰撞所消耗的能量，分别表示为：

其中，E_HoL是从数据包到达至成功发送所需要消耗的能量，E_L退避到达次数上限丢弃数据包所消耗的能量，E_TA是数据在传输过程中所消耗的能量，E_TC是数据传输时产生碰撞所消耗的能量，P_LB是M+1次检测时信道都为繁忙和信道检测到空闲但唤醒请求产生二次碰撞的概率和；

能量效率和丢包率综合指标表示为：

其中，T_l是发送数据负载所需要的时间，W_factor是能效权重因子，P_LA是M+1次检测信道都为繁忙的概率；最后，终端节点会根据信道当前状态、延迟、丢包率和记录信息选择当下一次送唤醒请求所需要使用的协议和退避窗口大小；

所述步骤S3具体包括：终端节点首先初始化当前退避次数k为1，每次退避次数k自加1；初始化退避指数BE的值为CBE；节点先获取当前退避次数k，如果小于阈值TS，则采用直接信道检测模式；如果大于阈值TS，节点则先进行退避，当退避计时器为0时进入信道检测状态；终端节点采用多次短时空闲信道检测，每次检测完毕C_T自减，C_T值为0时代表信道检测阶段结束；如果其中某一次检测到信道为繁忙时，认为当前有其他节点正在通信，需要进行下一次退避过程，直到退避次数k大于最大尝试次数；当全部检测都显示信道为空闲时，则代表该节点可以进行发送唤醒请求的操作；

每次成功传输数据或达到重传次数上限时，记录当前的退避次数和退避指数，并使用近几次发送数据的退避次数通过加权算法计算出W_k；并且当终端节点的唤醒收发器WuR之前收到过其他节点的唤醒信息时，标识符置1，表示当前有其他节点正在传输数据，以增加退避时间；考虑对历史传输数据所用的退避次数进行加权计算，由此得到公式：

W_k＝θ₁k₁+θ₂k₂+θ₃k₃+θ₄k₄+θ₅k₅

其中，下标数字越小表示时间离当前的时间越近，θ表示每个退避次数的加权因子系数，W_k表示历史加权退避次数。

2.根据权利要求1所述的基于二次碰撞概率模型的自适应异步无线唤醒方法，其特征在于，步骤S2中，所述终端节点的阈值自适应选择机制具体包括以下步骤：

S21：当唤醒请求重传次数增加时，进行节点状态分析；若唤醒请求碰撞概率增加，根据效率曲线增大退避指数BE；若唤醒请求碰撞概率减少，则减小退避指数；并根据调整后的退避指数生成阈值序列TS；

S22：当检测到标识符为1时，重置退避计时器，进行下一阶段退避，并清零标识符。

3.根据权利要求1所述的基于二次碰撞概率模型的自适应异步无线唤醒方法，其特征在于，针对碰撞原因进行分析时，基于信道二次碰撞概率模型进行不同协议的适应性修改。

4.根据权利要求2所述的基于二次碰撞概率模型的自适应异步无线唤醒方法，其特征在于，汇聚节点和终端节点都使用唤醒收发器WuR和主收发器MCU，并且WuR和MCU分别使用不同的频率进行通信。

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