一种网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法技术

本发明专利技术提供了一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，网络中的节点向目的节点发送固定包长的数据包，不需要应答机制和重传机制，仅凭借侦听CCA成功率即可估计出数据包发送的成功率，然后据此动态调整退避参数，以满足网络可靠性的要求。该方法除了能提供稳定的数据可靠性外，同时能改善网络的能量效率。

A semi blind adaptive optimization method for network delivery rate of fixed packet transmission

The invention provides a IEEE 802.15.4 network fixed packet delivery ratio of semi blind adaptive optimization method, the nodes in the network to the destination node sends a fixed packet length packet, does not need the response mechanism and retransmission mechanism, only by listening CCA success rate can be estimated packet transmission success rate, and then dynamic adjust the backoff parameters, in order to meet the requirements of network reliability. In addition to providing stable data reliability, the method can also improve the energy efficiency of the network.

【技术实现步骤摘要】
一种网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法
本专利技术涉及无线传感网及无线个域网领域，特别涉及一种IEEE802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法。
技术介绍
进入21世纪，人们对无线通信的技术要求随着网络技术的提高越来越高。特别是近两年，随着各式各样的无线终端设备层出不穷，人们对短距离通信也有了更高层次的要求，而IEEE802.15.4标准因为其低成本、低速率、低能耗以及部署简单的众多特点受到了众多厂家和消费者的青睐。提供系统所需可靠性的同时降低能量消耗成为基于IEEE802.15.4网络的军事，工业及医疗应用的主要设计指标。IEEE802.15.4是CSMA/CA机制接入信道，在一定程度上可以减少来自不同网络节点的数据分组碰撞，但随着网络负载的逐渐增大，IEEE802.15.4采用的固定网络参数所造成的自适应能力差将表现的更为明显，从而使得网络可靠性恶化。针对这一问题，Francesco等人提出了一种依赖于应答机制的动态自适应算法ADAPT；Park等人基于节点行为的马尔科夫模型推导最优退避参数，但需要各节点已知网络条件并局限于特定的数据通信类型；Brienza等人基于ADAPT算法并结合历史记录情况设计了一种更加快速准确的退避参数自适应算法，但需要额外的节点存储及计算能力。综上所述，目前已知的针对IEEE802.15.4协议可靠性的自适应优化方法存在以下缺陷：各节点需要了解准确的网络参数；依赖于应答机制，因此引起额外的等待时间及能量消耗，而且不适用于信标不使能网络和无确认机制网络。因此，需要一种新的自适应优化方法来满足无确认机制的无线传感网应用层的要求。
技术实现思路
本专利技术旨在提供了一种IEEE802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，用于保证无确认机制的无线传感网通信的可靠性，并降低能耗。本专利技术提供一种IEEE802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，包括允许IEEE802.15.4网络节点发送固定数据分组，动态估计信道接入成功概率和数据包传输成功概率，以及自适应调整信道接入机制时隙CSMA/CA中最小退避指数、最大退避指数和最大退避指数。所述信道接入成功概率和所述数据分组传输成功率的乘积为数据分组投递率。其特征在于：网络节点在CCA期间统计并更新进入退避的数据分组数NCCA，CCA失败的次数NCCAB，第一次CCA失败的次数NCCA1B，第二次CCA失败的次数NCCA2B以及CCA成功的次数NCCA2I等五个动态网络参数；网络节点不需要应答机制和重传，仅仅凭借CCA期间的收集信息估计出数据分组传输成功率，并据此动态调整退避参数，具体的执行过程包括:S1.判断估计的投递成功率的值是否小于target，target为用户对网络设定的投递率的期望值，若所估计投递率小于target，则执行S11，否则执行S12；S11.判断最小退避指数是否小于MinBEMax，其中MinBEMax为最小退避指数的最大值，若最小退避指数小于MinBEMax则最小退避指数加1，否则执行S111；S111.判断最大退避次数是否小于MaxBackoffsmax，MaxBackoffsmax为最大退避次数的最大值，若最大退避次数小于MaxBackoffsmax，则最大退避次数加1；S12.判断最大退避次数是否大于最大退避次数的最小值，如果是，则最大退避次数减1，否则，执行S121；S121.判断最小退避指数是否大于最小退避指数的最小值，如果是，最小退避指数减1。进一步地，根据权利要求1所述的一种IEEE802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：网络中的节点能实现同步多包接收，节点无法知道发包是否成功，但可以通过自身CCA侦听来估计发包成功的概率，所述数据包发送成功的概率为1-(NCCA1B+NCCA2B)/((L+1)*NCCA2I)。进一步地，根据权利要求1所述的一种IEEE802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：所述信道接入概率的估计值为1-NCCAB/NCCA。进一步地，根据权利要求1所述的一种IEEE802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：所述参数调整过程在每个超帧结束后执行。进一步地，根据权利要求1所述的一种IEEE802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：MaxBackoffsmin的值为1，MaxBackoffsmax的值为10，MinBEmin的值为1，MinBEmax的值为7。进一步地，根据权利要求1所述的一种IEEE802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：所述最小退避指数的初始值为3，所述最大退避次数的初始值4，所述最大退避指数值为10。通过本专利技术的策略，在保证网络可靠性的前提下，改善了网络的能量效率。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1示出了本专利技术的实现流程图。图2示出了采用默认参数设置的IEEE802.15.4协议(DPS)和本专利技术方法(BADAPT)的投递成功率比较。图3示出了采用默认参数设置的IEEE802.15.4协议(DPS)和本专利技术方法(BADAPT)的数据分组平均能耗比较。图4示出了动态网络参数(在100和200个BI时分别加入15个节点，在300和400个BI时分别关闭15个节点)下采用默认参数设置的IEEE802.15.4协议(DPS)和本专利技术方法(BADAPT)的投递成功率比较。图5示出了动态网络参数(在100和200个BI时分别加入15个节点，在300和400个BI时分别关闭15个节点)下采用默认参数设置的IEEE802.15.4协议(DPS)和本专利技术方法(BADAPT)的能量消耗比较。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。本专利技术提供一种IEEE802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，包括允许IEEE802.15.4网络节点发送固定数据分组，动态估计信道接入成功概率和数据包传输成功概率，以及自适应调整信道接入机制时隙CSMA/CA中最小退避指数、最大退避指数和最大退避指数。所述信道接入成功概率和所述数据分组传输成功率的乘积为数据分组投递率。其特征在于：网络节点在CCA期间统计并更新进入退避的数据分组数NCCA，CCA失败的次数NCCAB，第一次CCA失败的次数NCCA1B，第二次CCA失败的次数NCCA2B以及CCA成功的次数NCCA2I等五个动态网络参数；网络节点不需要应答机制和重传，仅仅凭借CCA期间的收集信息估计出数据分组传输成功率，并据此动态调整退避参数，具体的执行过程包括:S1.判断估计的投递成功率的值是否小于target，target为用户对网络设定的投递率的期望值，若所估计投递率小于target，则执行S11，否则执行S12；S11.判断最小退避指数是否小于MinBEMax，其中MinBEMax为最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，包括允许IEEE802.15.4网络节点发送固定数据分组，动态估计信道接入成功概率和数据包传输成功概率，以及自适应调整信道接入机制时隙CSMA/CA中最小退避指数、最大退避指数和最大退避指数。所述信道接入成功概率和所述数据分组传输成功率的乘积为数据分组投递率。其特征在于：网络节点在CCA期间统计并更新进入退避的数据分组数N

【技术特征摘要】
1.一种IEEE802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，包括允许IEEE802.15.4网络节点发送固定数据分组，动态估计信道接入成功概率和数据包传输成功概率，以及自适应调整信道接入机制时隙CSMA/CA中最小退避指数、最大退避指数和最大退避指数。所述信道接入成功概率和所述数据分组传输成功率的乘积为数据分组投递率。其特征在于：网络节点在CCA期间统计并更新进入退避的数据分组数NCCA，CCA失败的次数NCCAB，第一次CCA失败的次数NCCA1B，第二次CCA失败的次数NCCA2B以及CCA成功的次数NCCA2I等五个动态网络参数；网络节点不需要应答机制和重传，仅仅凭借CCA期间的收集信息估计出数据分组传输成功率，并据此动态调整退避参数，具体的执行过程包括:S1.判断估计的投递成功率的值是否小于target，target为用户对网络设定的投递率的期望值，若所估计投递率小于target，则执行S11，否则执行S12；S11.判断最小退避指数是否小于MinBEMax，其中MinBEMax为最小退避指数的最大值，若最小退避指数小于MinBEMax，则最小退避指数加1，否则执行S111；S111.判断最大退避次数是否小于MaxBackoffsmax，MaxBackoffsmax为最大退避次数的最大值，若最大退避次数小于Ma...

【专利技术属性】
技术研发人员：张一晋，周远达，房玉轩，邹爱洁，汪云，关凤瑜，桂林卿，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32