一种信道接入方法、装置及系统制造方法及图纸

技术编号:13566921 阅读:132 留言:0更新日期:2016-08-20 22:33
本发明专利技术实施例公开了一种信道接入方法,应用于无线传感网络中的节点设备,所述节点设备根据信道利用率值及自身保存的退避指数,确定退避单元的数量,根据所述退避单元的数量,进行退避处理;退避处理后,判断当前信道为空闲状态,再判断自身保存的信道状态标识位为空闲状态,将自身保存的竞争窗口值减1,判断减1后的竞争窗口值为零时,则接入所述信道。由于本发明专利技术实施例中,在传统的CSMA/CA信道接入机制中引入了对信道状态标识位的状态的判断,使节点设备更加稳定地接入信道,且对于不同优先级的节点设备来说,优先级越高的节点设备其初始的竞争窗口值和保存的退避指数越小,使得优先级越高的节点设备有越大的概率接入信道。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线传感器网络通信领域,特别涉及一种信道接入方法、装置及系统
技术介绍
在无线传感网络中,会存在多个节点设备向某个节点设备同时发送数据的情况,而无线传感网的节点设备只有一个射频收发器,因此只能同时和一个节点设备进行数据传输,而且针对大多数节点设备来说,只能处于接收数据或发送数据其中的一种状态。IEEE802.15.4协议采用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,载波侦听多路访问/冲突避免)信道接入机制,用于避免因多个节点设备同时向一个节点设备发送数据而造成的数据碰撞冲突。CSMA/CA算法的研究大多都集中在退避算法上,主要包含以下几种算法。MILD倍性增加线性减少算法,该算法的主要思想是当节点设备出现发送数据冲突时,节点设备就将自身竞争窗口加倍,当成功发送数据后,节点设备就线性减小自身竞争窗口。PP-CSMA/CA信道接入算法,该算法的主要思想是将命令帧和业务帧区分优先级,命令帧为高优先级,数据帧为低优先级。对于不同优先级的业务帧,竞争窗口CW取不同的值,而当信道检测为忙时,高优先级帧退避指数BE保持不变,CW取1,而低优先级的则线性增加。DA-CSMA/CA信道接入算法,该算法将节点设备区分不同的优先级,将macMaxBE,macMinBE,CW根据优先级取不同的值。该算法利用上一次退避指数的值与上一次信道空闲评估的次数的比值来表示当前网络流量。将该比值值划分不同的区间,如果小于最小值,则BE取最小值macMinBE,如果P值大于最大值,则BE取BE0,如果在最小值和最大值之内,则利用特征公式计算BE的值。ECSMA/CA信道接入算法,该算法是一种增强型的CSMA/CA信道接入算法。该算法引入参数FT,利用信道空闲评估的结果,通过判断CW和FT的值,决定是否执行下一次的退避,FT如果是1,则表示上次信道空闲评估之前执行了退避,则下次无需再退避,从而减少了不必要的退避。针对时延敏感、丢包敏感的工业级、航天级、军品级领域,上述各种信道接入算法由于其稳定性、可行性、易用性的差异非常大,并没有得到实际应用。
技术实现思路
本专利技术实施例公开了一种信道接入方法、装置及系统,能够使节点设备对信道状态的评估更加准确,稳定性更好。为达到上述目的,本专利技术实施例公开了一种信道接入方法,应用于无线传感器网络中的节点设备,所述方法包括步骤:A、接收协调器发送的信道利用率值,根据所述信道利用率值及自身保存的退避指数,确定退避单元的数量,根据所述退避单元的数量,进行退避处理;B、退避处理后,判断当前信道是否为空闲状态;如果是,判断自身保存的信道状态标识位是否为空闲状态,如果是,则将自身保存的竞争窗口值减1,判断减1后的竞争窗口值是否为零,如果是,则接入所述信道;当自身保存的信道状态标识位非空闲状态时,则将自身保存的默认竞争窗口值减1,判断减1后的竞争窗口值是否为零,如果是,则接入所述信道,其中,所述节点设备的优先级越高,其默认竞争窗口值越小。进一步地,在所述退避处理后,所述方法还包括:当当前信道非空闲状态时,判断自身保存的信道状态标识位是否为空闲状态,如果是,则将自身保存的默认竞争窗口值减1,并将自身保存的信道状态标识位调整为繁忙状态,判断自身当前保存的竞争窗口值是否为零,如果是,将自身保存的退避次数加1,判断退避次数加1后是否大于设定的次数阈值,如果否,将当前保存的竞争窗口值恢复为默认值,并返回步骤A。进一步地,所述根据所述信道利用率值及自身保存的退避指数,确定退避单
元的数量包括:根据所述退避指数、信道利用率值及预设的第一公式,确定退避单元的数量,其中所述预设的第一公式包括:其中,W表示所述退避单元的数量,η表示所述信道利用率值,BE表示退避指数,[0,2BE-1]表示在0和2BE-1间随机取一个正整数,运算符表示向下取整数。进一步地,自身保存的退避指数的确定过程包括:接收协调器发送的最高优先级设备包接收率值;若自身为所述最高优先级设备,判断接收到的所述包接收率值是否小于预设的接收率阈值,如果是,将自身当前保存的退避指数加1,并保存所述加1后的退避指数。进一步地,当所述节点设备确定自身为最低优先级设备时,确定退避单元的数量后,所述方法还包括:接收协调器发送的平均包传输时间值;判断所述退避单元的数量是否小于所述平均包传输时间值与退避单元的比值;如果是,则将平均包传输时间值与退避单元的比值+3确定为更新后的退避单元的数量。本专利技术实施例提供了一种信道接入装置,应用于无线传感网络中的节点设备,所述装置包括:确定退避处理模块,用于接收协调器发送的信道利用率值,根据所述信道利用率值及自身保存的退避指数,确定退避单元的数量,根据所述退避单元的数量,进行退避处理;判断模块,用于退避处理后,判断当前信道是否为空闲状态;接入模块,用于当判断模块的判断结果为是时判断自身保存的信道状态标
识位是否为空闲状态,如果是,则将自身保存的竞争窗口值减1,判断减1后的竞争窗口值是否为零,如果是,则接入所述信道,当自身保存的信道状态标识位非空闲状态时,则将自身保存的默认竞争窗口值减1,判断减1后的竞争窗口值是否为零,如果是,则接入所述信道,其中,所述节点设备的优先级越高,其默认竞争窗口值越小。本专利技术实施例提供了一种信道接入系统,所述系统包括协调器和至少两个节点设备,所述协调器与所有节点设备无线连接,每个节点设备被预先设置了接入信道的优先级,其中:所述协调器,用于发送信道利用率值;所述节点设备,用于接收协调器发送的信道利用率值,根据所述信道利用率值及自身保存的退避指数,确定退避单元的数量,根据所述退避单元的数量,进行退避处理;退避处理后,判断当前信道是否为空闲状态,如果是,判断自身保存的信道状态标识位是否为空闲状态,如果是,则将自身保存的竞争窗口值减1,判断减1后的竞争窗口值是否为零,如果是,则接入所述信道,当自身保存的信道状态标识位非空闲状态时,则将自身保存的默认竞争窗口值减1,判断减1后的竞争窗口值是否为零,如果是,则接入所述信道。进一步地,所述协调器,具体用于:在预设的统计周期内,计算所述信道上出现的所有数据包的总帧长;根据预设的所述信道的传输速率,获得在该信道上传输所述所有数据包所需的时间;根据在该信道上传输所述所有数据包所需的时间,和预设的统计周期的时长,获得当前的信道利用率值。进一步地,所述协调器,还用于在预设的统计周期内,根据所述协调器接收到的最高优先级设备发送的数据包的个数与该协调器接收到的总数据包个数,得到所述最高优先级设备包接收率值,并发送所述最高优先级设备包接收率值;所述节点设备,具体用于接收协调器发送的最高优先级设备包接收率值;若自身为所述最高优先级设备,判断接收到的所述包接收率值是否小于预设的
接收率阈值,如果是,将自身当前保存的退避指数加1,并保存所述加1后的退避指数。进一步地,所述协调器,还用于在预设的统计周期内,统计在该段时间内获得的总数据包数和总数据包传输时间,得到所述平均包传输时间并发送;所述节点设备,还用于判断所述退避单元的数量是否小于所述平均包传输时间值与退避单元的比值本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种信道接入方法,其特征在于,应用于无线传感器网络中的节点设备,所述方法包括步骤:A、接收协调器发送的信道利用率值,根据所述信道利用率值及自身保存的退避指数,确定退避单元的数量,根据所述退避单元的数量,进行退避处理;B、退避处理后,判断当前信道是否为空闲状态;如果是,判断自身保存的信道状态标识位是否为空闲状态,如果是,则将自身保存的竞争窗口值减1,判断减1后的竞争窗口值是否为零,如果是,则接入所述信道;当自身保存的信道状态标识位非空闲状态时,则将自身保存的默认竞争窗口值减1,判断减1后的竞争窗口值是否为零,如果是,则接入所述信道,其中,所述节点设备的优先级越高,其默认竞争窗口值越小。

【技术特征摘要】
1.一种信道接入方法,其特征在于,应用于无线传感器网络中的节点设备,所述方法包括步骤:A、接收协调器发送的信道利用率值,根据所述信道利用率值及自身保存的退避指数,确定退避单元的数量,根据所述退避单元的数量,进行退避处理;B、退避处理后,判断当前信道是否为空闲状态;如果是,判断自身保存的信道状态标识位是否为空闲状态,如果是,则将自身保存的竞争窗口值减1,判断减1后的竞争窗口值是否为零,如果是,则接入所述信道;当自身保存的信道状态标识位非空闲状态时,则将自身保存的默认竞争窗口值减1,判断减1后的竞争窗口值是否为零,如果是,则接入所述信道,其中,所述节点设备的优先级越高,其默认竞争窗口值越小。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述退避处理后,所述方法还包括:当当前信道非空闲状态时,判断自身保存的信道状态标识位是否为空闲状态,如果是,则将自身保存的默认竞争窗口值减1,并将自身保存的信道状态标识位调整为繁忙状态,判断自身当前保存的竞争窗口值是否为零,如果是,将自身保存的退避次数加1,判断退避次数加1后是否大于设定的次数阈值,如果否,将当前保存的竞争窗口值恢复为默认值,并返回步骤A。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述信道利用率值及自身保存的退避指数,确定退避单元的数量包括:根据所述退避指数、信道利用率值及预设的第一公式,确定退避单元的数量,其中所述预设的第一公式包括:其中,W表示所述退避单元的数量,η表示所述信道利用率值,BE表示退避指数,[0,2BE-1]表示在0和2BE-1间随机取一个正整数,运算符表示向下取整数。4.根据权利要求1或3所述的方法,其特征在于,自身保存的退避指数的确定过程包括:接收协调器发送的最高优先级设备包接收率值;若自身为所述最高优先级设备,判断接收到的所述包接收率值是否小于预设的接收率阈值,如果是,将自身当前保存的退避指数加1,并保存所述加1后的退避指数。5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,当所述节点设备确定自身为最低优先级设备时,确定退避单元的数量后,所述方法还包括:接收协调器发送的平均包传输时间值;判断所述退避单元的数量是否小于所述平均包传输时间值与退避单元的比值;如果是,则将平均包传输时间值与退避单元的比值+3确定为更新后的退避单元的数量。6.一种信道接入装置,其特征在于,应用于无线传感网络中的节点设备,所述装置包括:确定退避处理模块,用于接收协调器发送的信道利用率值,根据所述信道利用率值及自身保存的退避指数,确定退避单元的数量,根据所述退避单元的数量,进行退避处理...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴帆张伟张洪光范文浩刘元安唐碧华
申请(专利权)人:北京邮电大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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