一种在大量多跳无线节点下的自适应退避方法技术

本发明专利技术涉及一种在大量多跳无线节点下的自适应退避方法，该方法是在有大量的无线传感节点的情况下，实现多跳节点与主机快速通信的方法，涉及无线通信技术领域。本发明专利技术针对现有退避算法的不足，采用对节点分组的方式，先对不同优先级的分组设定不同的发送概率，然后设定不同的退避窗口，并且使得发送概率和退避窗口均能自适应的调整，有效的降低了发送节点的基数，保证了高优先级节点的传输效率。同时，当节点分组中所占相应优先级节点数比重越大，重传次数越多的情况下，有更大的概率取得较小的退避时间和获取相对较短的睡眠时间，提高了网络整体的传输效率。

An adaptive backoff method under a large number of multi hop wireless nodes

The invention relates to an adaptive backoff method under a large number of multi hop wireless nodes. The method is a method for realizing fast communication between multi hop nodes and the host in the case of a large number of wireless sensor nodes, which involves the field of wireless communication technology. In view of the shortcomings of the existing backoff algorithm, the invention sets the different sending probability of the different priority groups first, then sets different backoff windows, and makes the transmission probability and the backoff window adaptively adjust, effectively reducing the base number of the sending nodes, and ensuring the high quality. The transmission efficiency of the first level nodes. At the same time, the greater the proportion of the corresponding priority nodes in the node group and the more retransmission times, there is a larger probability to get a smaller backoff time and get a relatively short sleep time, which improves the transmission efficiency of the network as a whole.

【技术实现步骤摘要】
一种在大量多跳无线节点下的自适应退避方法
本专利技术涉及无线通信
，具体是一种在大量多跳无线节点下的自适应退避方法。
技术介绍
随着通信技术的快速发展，无线通信得到了极大的推动。由于无线通信无需大量繁复的布线，而且拥有不受环境约束、成本低廉、灵活快速等诸多优点，所以无线通信方式在工业上得到了越来越多的重视。目前主要的无线通信模式一般分为两种，一种是同步模式，另一种是异步模式。在同步模式中，典型的技术就是时分多址(TDMA)技术，主机通过广播给每个节点分配一个指定的时隙，然后相应的节点只在这个固定的时隙上发送数据，所以各个节点之间互不影响，但是这个模式相对比较固定，无法应对那些当外界环境突然发生变化，节点检测到异常需立即上报的情况。相对的，在异步模式下，节点不需要设计精确的同步时钟，发送数据不必经过主机的同意，当节点检测到异常变化时立即做出反应，但是各个节点发送数据可能产生碰撞，需要采取随机竞争的方式，解决这一问题目前主流的方式是采用载波侦听多路访问和二进制指数回退算法(BEB)。随着无线传感网的发展，考虑到如下一种应用场景：有大量无线传感节点，按照优先级分为高、中、低三个等级，其中高优先级的节点用于处理如告警类的信息，具有时延敏感特性，中优先级的节点处理普通的信息，低优先级的节点处理时延不敏感的信息，各个节点通过多跳队列的方式，即一个节点只转发一个子节点信息，将数据一路传送到主机节点。针对上述场景，一方面，由于有大量的节点，传统的竞争方式无法很好的降低发送数据的碰撞概率，另一方面，对三种不同优先级的节点采用相同的退避算法，无法体现节点的优先级，有失公平性。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种在大量多跳无线节点下的自适应退避方法，在有大量的无线传感节点的情况下，实现多跳节点与主机快速通信，降低大量节点发送数据时的碰撞概率，使得节点能够按照自身优先级高低来发送数据，并自适应的调整发送概率和退避窗口大小。本专利技术为了实现上述目的，其所采用的技术方案按如下所述：一种在大量多跳无线节点下的自适应退避方法，具体步骤如下：1)根据节点自身的用处，按照优先级高、中、低，将节点分为三组；2)在转发节点中，根据其多跳子节点中各优先级节点的数量进行分组，若其中高优先级节点数最多，则此分组为高优先级分组，同理得到中优先级分组和低优先级分组；3)在节点准备发送分组数据之前，节点本身以发送概率Pi决定是否发送，若节点发送高优先级分组，则Pi＝R(PH，1)；若节点发送中优先级分组，则Pi＝R(PM，1)；若节点发送低优先级分组，则Pi＝R(PL，1)，其中R()表示产生随机数，PH，PM，PL分别代表高、中、低优先级节点发送概率取值范围的初始最小值，且PH>PM>PL；4)假设退避窗口的取值范围为(0，Bmax)，若当前节点发送的为高优先级分组，则当前节点的退避时隙B＝BHk×(1-fH×NH/(NH+NM+NL))×e-k+1，其中BHk＝R(0，Bmax/4)；若当前节点发送的为中优先级分组，则当前节点的退避时隙B＝BMk×(1-fM×NM/(NH+NM+NL))/k，其中BMk＝R(Bmax/4，3Bmax/4)；若当前节点发送的为低优先级分组，则当前节点的退避时隙B＝BLk×(1-fL×NL/(NH+NM+NL))/(k1/2)，其中BLk＝R(Bmax/4，Bmax)；其中fH、fM、fL分别表示优先级系数，NH、NM、NL分别表示高、中、低三个优先级分组的节点个数，BHk、BMk、BLk分别表示高、中、低三个优先级分组在第k次发送时的基础退避时隙，k次分组重传的次数。所述步骤3)中，若不允许发送，则PH，PM，PL分别等于前一次所取到的随机数Pi，再以此作为下一次发送概率取值范围的下限，继续取随机数Pi+1，来获取更大的发送概率；若允许发送，则将PH，PM，PL分别置为初始最小值，然后根据节点所属分组的优先级高低，分别执行不同的退避策略。所述步骤4)中，若节点前一轮竞争失败，则对于不同优先级的分组，分别令BHk，BMk，BLk的退避窗口的下限等于各自当前的Bk，即节点在下一次准备重发时，分别使BHk＝R(BH(k-1)，Bmax/4)，BMk＝R(BM(k-1)，3Bmax/4)，BLk＝R(BL(k-1)，Bmax)，然后重复步骤4)的过程，计算出相应的退避时间。所述步骤4)中，若节点前一轮竞争成功，则在下一次有分组数据将要发送的时候，需要减小当前退避时隙，对于不同优先级的分组，分别使BHk＝R(0，BH(k-1))，BMk＝R(Bmax/4，BM(k-1))，BLk＝R(Bmax/4，BL(k-1))，然后重复步骤4)的过程，计算出相应的退避时间。所述步骤4)中，若节点竞争成功，则此节点首先广播自己的ID及握手信息，若有其他节点此时处于空闲状态，并收到了此节点的广播，则回复给此节点自己的ID及检测到的RSSI值；此节点从收到的空闲节点信息中选取RSSI值最大的节点作为父节点，然后广播此次通信需要的时间T及父节点ID；其中父节点收到带有自己ID的信息后，对信息进行接收处理，其他处于退避状态的节点收到广播后，则根据其他节点发出的传输时间信息T以及本节点的优先级，计算睡眠时间Ts，Ts＝T/(N/NH+NM+NL)，其中N∈{NH，NM，NL},若本分组为高优先级，则N＝NH，其他同理，随后节点进入睡眠。本专利技术由于采用了如上的技术方案，与现有的技术相比，本专利技术有如下几个优点：本专利技术中，采取三个优先级的分组方案，基本能够覆盖所有节点的类型，细化了节点的类型后，对不同类型的分组采取各自相应的措施，保证了每个节点传输数据的公平性。本专利技术中，在节点准备发送分组前，设置一个发送概率P，在有大量节点的情况下，通过此发送概率限制节点的发送，降低了节点的总体竞争基数，从而降低了碰撞的概率，而且发送概率会随着发送的成功或失败自适应调整。本专利技术中，高优先级分组设置退避窗口为(0，Bmax/4)，中、低优先级分组分别设置为(Bmax/4，3Bmax/4)和(Bmax/4，Bmax)，这样就保证了高优先级分组能够得到较短的退避时间从而优先发送，中低优先级滞后发送。若中优先级分组产生的初始退避时隙比低优先组大，在少量重传后，经过计算，会使中优先级的分组生成更小的退避时隙，从而保证网络的公平性。本专利技术中，若重传的次数越多，则会得到越短的退避时隙，保证节点数据的发送。本专利技术中，同种优先级分组之间，若当前优先级分组中，相应优先级的节点数越多，即会得到越短的退避时隙。本专利技术中，一方面，由于节点的碰撞概率降低，导致重传次数减少，能够降低节点的能耗；另一方面，某一节点成功发送后，其他节点能够根据发送分组的时间与自身分组特性设定自身的睡眠时间，从而降低了节点能耗。附图说明图1为本专利技术所述方法的总体流程图。图2为本专利技术所述方法的发送概率自适应调整示意图。图3为本专利技术所述方法传输过程示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施例做进一步阐述。一种在大量多跳无线节点下的自适应退避方法，其流程步骤如图1所示，具体步骤如下：(1)节点从睡眠中醒来，判断节点自身是否有数据要发送，若没有数据要发送，则本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在大量多跳无线节点下的自适应退避方法，其特征在于，具体步骤如下：1)根据节点自身的用处，按照优先级高、中、低，将节点分为三组；2)在转发节点中，根据其多跳子节点中各优先级节点的数量进行分组，若其中高优先级节点数最多，则此分组为高优先级分组，同理得到中优先级分组和低优先级分组；3)在节点准备发送分组数据之前，节点本身以发送概率Pi决定是否发送，若节点发送高优先级分组，则Pi＝R(PH，1)；若节点发送中优先级分组，则Pi＝R(PM，1)；若节点发送低优先级分组，则Pi＝R(PL，1)，其中R()表示产生随机数，PH，PM，PL分别代表高、中、低优先级节点发送概率取值范围的初始最小值，且PH>PM>PL；4)假设退避窗口的取值范围为(0，Bmax)，若当前节点发送的为高优先级分组，则当前节点的退避时隙B＝BHk×(1‑fH×NH/(NH+NM+NL))×e‑k+1，其中BHk＝R(0，Bmax/4)；若当前节点发送的为中优先级分组，则当前节点的退避时隙B＝BMk×(1‑fM×NM/(NH+NM+NL))/k，其中BMk＝R(Bmax/4，3Bmax/4)；若当前节点发送的为低优先级分组，则当前节点的退避时隙B＝BLk×(1‑fL×NL/(NH+NM+NL))/(k1/2)，其中BLk＝R(Bmax/4，Bmax)；其中fH、fM、fL分别表示优先级系数，NH、NM、NL分别表示高、中、低三个优先级分组的节点个数，BHk、BMk、BLk分别表示高、中、低三个优先级分组在第k次发送时的基础退避时隙，k次分组重传的次数。...

【技术特征摘要】
1.一种在大量多跳无线节点下的自适应退避方法，其特征在于，具体步骤如下：1)根据节点自身的用处，按照优先级高、中、低，将节点分为三组；2)在转发节点中，根据其多跳子节点中各优先级节点的数量进行分组，若其中高优先级节点数最多，则此分组为高优先级分组，同理得到中优先级分组和低优先级分组；3)在节点准备发送分组数据之前，节点本身以发送概率Pi决定是否发送，若节点发送高优先级分组，则Pi＝R(PH，1)；若节点发送中优先级分组，则Pi＝R(PM，1)；若节点发送低优先级分组，则Pi＝R(PL，1)，其中R()表示产生随机数，PH，PM，PL分别代表高、中、低优先级节点发送概率取值范围的初始最小值，且PH>PM>PL；4)假设退避窗口的取值范围为(0，Bmax)，若当前节点发送的为高优先级分组，则当前节点的退避时隙B＝BHk×(1-fH×NH/(NH+NM+NL))×e-k+1，其中BHk＝R(0，Bmax/4)；若当前节点发送的为中优先级分组，则当前节点的退避时隙B＝BMk×(1-fM×NM/(NH+NM+NL))/k，其中BMk＝R(Bmax/4，3Bmax/4)；若当前节点发送的为低优先级分组，则当前节点的退避时隙B＝BLk×(1-fL×NL/(NH+NM+NL))/(k1/2)，其中BLk＝R(Bmax/4，Bmax)；其中fH、fM、fL分别表示优先级系数，NH、NM、NL分别表示高、中、低三个优先级分组的节点个数，BHk、BMk、BLk分别表示高、中、低三个优先级分组在第k次发送时的基础退避时隙，k次分组重传的次数。2.根据权利要求1所述的一种在大量多跳无线节点下的自适应退避方法，其特征在于，所述步骤3)中，若不允许发送，则PH，PM，PL分别等于前一次所取到的随机数Pi，再以此作为下一次发送概率取值范围的下限，继续...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪凡，刘源，沈明华，黄诗童，张其洋，
申请(专利权)人：上海大学，上海兆富电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31