基于双重优先级的导航传感器网络MAC协议实现方法技术

技术编号:13894024 阅读:57 留言:0更新日期:2016-10-24 19:35
本发明专利技术提供了一种基于双重优先级的导航传感器网络MAC协议实现方法,涉及无线通信技术领域,协议中将通信服务请求区分为周期性通信请求和按需通信请求两种,分别执行基于自适应TDMA机制的周期性通信MAC子协议和基于CSMA‑CA机制的按需通信MAC子协议;协议中采用了双重优先级机制,一方面基于通信服务的类型设定服务类型优先级,另一方面基于通信服务中不同阶段的数据包种类设定数据包类型优先级,通过该机制保证具有较高优先级的服务请求优先取得信道的接入权,进而实现具有不同时延或丢包要求的多种服务都获得具有QoS保证的通信。该发明专利技术适用于车辆、船舶、飞行器等载体的多媒体信息的远距QoS传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术隶属于载体自组织网络通信
,尤其是涉及一种基于双重优先级的导航传感器网络MAC协议实现方法
技术介绍
导航传感器网络,即为一种以导航/定位为核心任务需求的无线通信网络,旨在通过导航平台的组网完成导航/定位、目标跟踪、多媒体信息传输等多种任务需求。具有组网平台复杂、运动范围大、实时性要求高的特点。媒介接入控制协议MAC位于无线网络协议架构的底层,直接控制着节点数据包的发送与接收,负责协调网络中节点接入共享无线信道的时机与方式。MAC协议能否高效地使用无线信道,对保证NC-NET的服务质量和高层应用的效能发挥起着至关重要的作用。导航传感器网络的MAC协议在设计上面临如下难题:①接入需求复杂:兼有周期性通信与按需通信请求,时延与丢包率要求多样;②以机动节点为主,拓扑变化快;③以任务型节点为主,不随组网需要而机动;④三维活动区域等。不仅涵盖了VANET、FANET等MANET的诸多设计难题,还提出了诸多独有的技术要求。高机动性是导航传感器网络最主要的特性之一,会对链路质量(数据延迟、丢失)产生显著的影响,现有比较可行的技术支持有定向天线、全双工收发模式和多数据包的接收能力等,其中全双工和MPR技术虽然可以大幅缩减传输流程,降低信道争用概率,但是单天线的全双工收发和MPR技术尚处于理论研究阶段,没有实现工程应用。基于定向天线提高传输性能是目前的可用途径之一,如利用定向天线的高增益方向性波束可有效提高空间复用率、减少信道冲突与争用,并扩大传输范围,提高网络吞吐量。针对服务类型多样的问题,先期的研究中主要通过双重优先级机制来解决,针对不同类型的服务(如数据、音频、视频等)对时延敏感度和QoS质量的要求差异,设计对应的优先级别和服务方式,从而实现不同服务的并行传输。
技术实现思路
为解决上述的一个或多个问题,本专利技术提供了一种适用于导航传感器网络的基于双重优先级的MAC协议实现方法,为载体基于无线自组织网络的空间导航提供具有异构服务处理功能的接入控制协议。根据本专利技术的一个方面,提供了基于双重优先级的导航传感器网络MAC协议实现方法,采用周期性通信MAC子协议和按需通信MAC子协议,包括如下步骤:步骤A,网络进行初始化,节点根据载体的集群任务需要和邻居节点的位置信息形成单跳的簇群拓扑结构;同簇的节点选取距监控区域几何中心的距离较近和自身导航装备的解算精度较高的节点为簇首节点;簇首节点为簇内成员分配TDMA时序;TDMA时序按轮循环,每轮包括m个周期性发送帧Frame,对应着簇内的m个成员节点轮流进行数据更新的时间总和;步骤B,簇群成员在各自的周期性发送帧Frame内执行周期性通信MAC子协议,完成导航信息的周期性发送,并在周期性发送帧Frame之外保持对信道信息的监听,具体为:步骤B-1,在TDMA时序的每轮开始,簇首节点CCH全向广播公共管理数据包CM,进行簇内节点的时钟同步,并根据上一轮的簇群成员变更情况调整簇内成员的TDMA时序;步骤B-2,簇群成员根据CM数据包内的TDMA时序安排重设各自的周期性发送帧Frame;步骤B-3,簇群成员Ci在各自的周期性发送帧Frame向邻节点广播周期性交互数据包PE,i∈{1,2,...,m本文档来自技高网
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【技术保护点】
基于双重优先级的导航传感器网络MAC协议实现方法,其特征在于:采用周期性通信MAC子协议和按需通信MAC子协议,包括如下步骤:步骤A,网络进行初始化,节点根据载体的集群任务需要和邻居节点的位置信息形成单跳的簇群拓扑结构;同簇的节点选取距监控区域几何中心的距离较近和自身导航装备的解算精度较高的节点为簇首节点;簇首节点为簇内成员分配TDMA时序;TDMA时序按轮循环,每轮包括m个周期性发送帧Frame,对应着簇内的m个成员节点轮流进行数据更新的时间总和;步骤B,簇群成员在各自的周期性发送帧Frame内执行周期性通信MAC子协议,完成导航信息的周期性发送,并在周期性发送帧Frame之外保持对信道信息的监听,具体为:步骤B‑1,在TDMA时序的每轮开始,簇首节点CCH全向广播公共管理数据包CM,进行簇内节点的时钟同步,并根据上一轮的簇群成员变更情况调整簇内成员的TDMA时序;步骤B‑2,簇群成员根据CM数据包内的TDMA时序安排重设各自的周期性发送帧Frame;步骤B‑3,簇群成员Ci在各自的周期性发送帧Frame向邻节点广播周期性交互数据包PE,i∈{1,2,...,m};步骤B‑4,不处于周期性发送帧Frame的簇群成员依次接收其他簇群成员的PE数据包,并完成如下操作:一是从PE数据包中解码出发送节点的方位、位置、信道状况指标CSI和其他导航信息;二是利用从PE数据包中解码出的信息进行导航信息融合;步骤B‑5,当全部簇群成员均完成PE数据包的发送后,本轮的TDMA时序执行结束;步骤C,簇内成员的按需通信请求执行按需通信MAC子协议,在发送节点和目标节点的周期性发送帧之外动态嵌入到周期性通信MAC子协议中,通过设置PF校验位完成按需请求的收发操作,PF校验位由2位代码组成,具体设定为:“00”表示节点处于周期性通信的信道串听或信道空闲状态;“01”表示节点处于周期性通信的PE数据包发送状态;“10”表示节点处于按需通信的初始化或信道空闲状态;“11”表示节点处于按需通信的信道占用状态;按需通信请求动态嵌入周期性通信MAC子协议的步骤具体为:C‑1,当节点Ci接收到按需通信请求时,如果节点Ci的校验位为“00”且不存在其他按需通信请求,i∈{1,2,...,m},节点Ci将接收并解码RTS数据包,将相关数据存储至接入时序;此后,节点Ci将执行按需通信MAC子协议的流程,并将PF位设定为“10”;C‑2,当节点Ci接收到按需通信请求时,如果节点Ci的PF位为“01”且信道忙,节点Ci将继续执行周期性通信MAC子协议,发送节点则在一个随机的滞后时段后竞争节点Ci的信道接入权;C‑3,当节点Ci接收到按需通信请求时,如果节点Ci的PF位为“00”但是存在其他按需通信请求,则多个按需通信请求发生信道争用,并转入按需通信MAC子协议的流程,进而竞争节点Ci的信道接入权;C‑4,如果节点Ci处于按需通信MAC子协议的接入流程,且DATA数据仍在传输,则节点Ci的PF位为“11”;此外,当按需通信结束后,节点Ci的PF位重设为“00”,则节点Ck转入周期性通信MAC子协议的程序。...

【技术特征摘要】
1.基于双重优先级的导航传感器网络MAC协议实现方法,其特征在于:采用周期性通信MAC子协议和按需通信MAC子协议,包括如下步骤:步骤A,网络进行初始化,节点根据载体的集群任务需要和邻居节点的位置信息形成单跳的簇群拓扑结构;同簇的节点选取距监控区域几何中心的距离较近和自身导航装备的解算精度较高的节点为簇首节点;簇首节点为簇内成员分配TDMA时序;TDMA时序按轮循环,每轮包括m个周期性发送帧Frame,对应着簇内的m个成员节点轮流进行数据更新的时间总和;步骤B,簇群成员在各自的周期性发...

【专利技术属性】
技术研发人员:高超赵国荣卢建华潘爽刘涛万兵
申请(专利权)人:中国人民解放军海军航空工程学院
类型:发明
国别省市:山东;37

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