确保服务的保证时隙的获取、分配方法及无线传感网络组成比例

本发明专利技术涉及无线传感网络技术领域，具体涉及确保服务的保证时隙获取、分配方法及无线传感网络，本发明专利技术采用非竞争期CFP长度划分成若干个更小粒度的等长时隙，根据更小粒度的等长时隙获得传感器节点时隙长度，有效解决了GTS浪费的缺陷，打破了在一个超帧中最多只能有7个设备申请GTS的限制，并且引进GACK对传感器节点进行统一确认，避免网络协调器频繁发送确认帧ACK，引起过多的帧头部开销的缺陷，极大的提高无线传感器节点网络带宽利用率。

【技术实现步骤摘要】
确保服务的保证时隙的获取、分配方法及无线传感网络
本专利技术涉及无线传感网络
，具体涉及确保服务的保证时隙(GuaranteedTimeSlot，简称GTS)获取、分配方法及无线传感网络。
技术介绍
无线传感器节点网络是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络，目前无线传感器节点网络已得到了广泛的应用，但是传感器节点带宽和能量资源有限，若带宽闲置将会引起能量的浪费，因此，提高传感器节点带宽利用率是无线传感器节点网络的一项重要技术。目前无线传感器节点网络MAC（MediumAccessControl，介质访问控制）层采用IEEE802.15.4MAC层协议，并在非信标使能或者信标使能模式下工作。在信标使能模式下，网络协调器通过周期性广播信标帧来定义超帧结构。如图1所示。超帧分为活跃期active和非活跃期inactive，在非活跃期，网络中的设备不会进行相互通信，从而可以进入休眠状态以节省能量。活跃期划分为三个阶段：信标帧发送期Beacon、竞争访问期（ContentionAccessPeriod，简称CAP）和非竞争期（ContentionFreePeriod，简称CFP）。现有IEEE802.15.4标准中，超帧的活跃期划分为16个等长的标准时隙，每个标准时隙的长度、竞争访问期包含的时隙数等参数，均由网络协调器设定，并通过超帧开始时发出的信标帧广播到整个网络。设备在竞争访问期CAP阶段采用时隙的载波侦听多点接入/冲突避免(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance，简称CSMA-CA)机制进行数据交互；非竞争期CFP阶段由保证时隙GTS组成，GTS由传感器节点向网络协调器申请并由网络协调器分配，在所述非竞争期CFP时期设备采用时分多址（TimeDivisionMultipleAccess，简称TDMA）机制进行数据交互。非竞争期CFP是为设备的某些特殊应用如低延迟或者特殊的带宽要求等专门设计的，该时期设备申请数据交互所有时隙数即GTS，并在下一个超帧非竞争期CFP阶段采用TDMA机制进行数据交互。每个超帧中最多可以有七个GTS时隙，每个GTS时隙可以包含多个标准时隙。一般而言，分配的GTS可用带宽不高于申请设备的通信流量生成速率，当通信速率低于可用带宽时，部分GTS将会闲置。而在大多数情况下，超帧中所有GTS闲置带宽之和可以满足其他设备的一次GTS需求（但是他们中的任何一个都不能独立满足需求）。因此，这将导致部分CFP被浪费。并且，网络协调器会频繁发送确认帧ACK，从而引起过多的帧头部开销。现有技术中，主要通过以下调度算法来解决GTS浪费的情况：隐式GTS分配机制（ImplicitGTSAllocationMechanism）：在该机制中，只要能满足通信标准规定的数据流要求并且没有达到GTSs最大数量的限制，网络协调器就可以通过允许设备通过共享GTSs实现资源调度，即通过把申请设备的数据流划分成若干块，分别在超帧GTSs中传输。该方案允许若干设备共享同一组GTSs不仅改善了带宽利用率，而且打破了超帧CFP阶段最多只能有7个设备进行数据交互的限制。以上技术方案，由于通过把申请设备的数据流划分成若干块，分别在超帧GTSs中传输，并不能保证每个GTS被充分利用，每一个GTS仍然有部分被浪费，没有彻底解决GTS浪费的缺陷，并且需要申请设备去识别自己的数据流特性，以及网络协调器怎样使用共享的GTS去执行设备的命令都较难实施。
技术实现思路
为解决现有技术不能保证每个GTS被充分利用，每一个GTS仍然有部分被浪费，没有彻底解决GTS浪费的缺陷，以及网络协调器频繁发送确认帧ACK，引起过多的帧头部开销的缺陷，提出确保服务的保证时隙的获取、分配方法及无线传感网络。一种确保服务的保证时隙的获取方法，包括：传感器节点向网络协调器发送请求申请一定数量的确保服务的保证时隙GTS；所述传感器节点在下一个超帧信标期接收信标帧，获取所述信标帧中的确保服务的子保证时隙SGTS分配信息；所述传感器节点在所述保证时隙SGTS内与网络协调器进行数据交互；所述传感器节点接收确认标记，确认数据是否已交付成功；所述确保服务的子保证时隙SGTS分配信息包括将非竞争期CFP长度划分成若干个更小粒度的等长时隙t，根据更小粒度的等长时隙t获得传感器节点时隙长度其中，所述更小粒度的等长时隙t为基本时隙单元aBaseSlotDuration的x倍，x=GCD(m1,m2,m3,...,mn)，为每个GTS中将占用的基本时隙单元个数，n≥1，GCD(·)表示取最大公约数运算，表示向上取整运算，TtnGTS为传感器节点所传输数据实际所需时间大小。优选地，所述传感器节点接收确认标记，确认数据是否已交付成功包括：所述确认标记为组确认帧GACK，传感器节点侦听信道，并接收网络协调器广播的GACK帧，解析其中确认列表信息，如果有该传感器节点短地址信息，表示数据交付成功，否则，表示数据交付失败，则该传感器节点根据剩余CAP长度决定是否在该剩余时隙通过CSMA-CA机制接入信道继续发送数据，或者在下一超帧发送数据。一种确保服务的保证时隙的分配方法，包括：根据所有传感器节点申请的确保服务的保证时隙GTS数量确定非竞争期CFP长度；将所述CFP长度划分成若干个更小粒度的等长时隙t，根据更小粒度的等长时隙t获得传感器节点时隙长度获得传感器节点确保服务的子保证时隙SGTS分配信息；其中，所述更小粒度的等长时隙t为基本时隙单元aBaseSlotDuration的x倍，x=GCD(m1,m2,m3,...,mn)，为每个GTS中将占用的基本时隙单元个数，n≥1，GCD(·)表示取最大公约数运算，表示向上取整运算，TtnGTS为传感器节点所传输数据实际所需时间大小；在超帧的信标期内广播信标帧，所述信标帧中包含申请传感器节点SGTS分配信息；根据所述SGTS分配信息在所述CFP时长内接收传感器节点发送的数据信息，生成接收状态报告。优选地，在生成接收状态报告之后，包括：根据收到的数据信息，构造组确认帧GACK，其中所述GACK中包含所述成功发送数据的传感器节点信息和组信息；向传感器节点发送所述GACK。优选地，所述向传感器节点发送所述GACK通过广播或组播的形式发送。一种确保服务的保证时隙的分配方法，包括：S301、传感器节点向网络协调器发送请求申请一定数量的确保服务的保证时隙GTS；S302、根据所有传感器节点申请的GTS数量确定非竞争期CFP长度；S303、将所述CFP长度划分成若干个更小粒度的等长时隙t，根据更小粒度的等长时隙t获得传感器节点时隙长度获得传感器节点确保服务的子保证时隙SGTS分配信息；其中，所述更小粒度的等长时隙t为基本时隙单元aBaseSlotDuration的x倍，x=GCD(m1,m2,m3,...,mn)，为每个GTS中将占用的基本时隙单元个数，n≥1，GCD(·)表示取最大公约数运算，表示向上取整运算，TtnGTS为传感器节点所传输数据实际所需时间大小；S304、在超帧的信标期内广播信标帧，所述信标帧中包含申请传感器节点SGTS分配信息；S305、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确保服务的保证时隙的获取方法，其特征在于，包括：传感器节点向网络协调器发送请求申请一定数量的确保服务的保证时隙GTS；所述传感器节点在下一个超帧信标期接收信标帧，获取所述信标帧中的确保服务的子保证时隙SGTS分配信息；所述传感器节点在所述保证时隙SGTS内与网络协调器进行数据交互；所述传感器节点接收确认标记，确认数据是否已交付成功；所述确保服务的子保证时隙SGTS分配信息包括将非竞争期CFP长度划分成若干个更小粒度的等长时隙t，根据更小粒度的等长时隙t获得传感器节点时隙长度其中，所述更小粒度的等长时隙t为基本时隙单元aBaseSlotDuration的x倍，x=GCD(m1,m2,m3,...,mn)，为每个GTS中将占用的基本时隙单元个数，n≥1，GCD(·)表示取最大公约数运算，表示向上取整运算，TtnGTS为传感器节点所传输数据实际所需时间大小。FDA00003212705800011.jpg,FDA00003212705800012.jpg,FDA00003212705800013.jpg

【技术特征摘要】
1.一种确保服务的保证时隙的获取方法，其特征在于，包括：传感器节点向网络协调器发送请求申请一定数量的确保服务的保证时隙GTS；所述传感器节点在下一个超帧信标期接收信标帧，获取所述信标帧中的确保服务的子保证时隙SGTS分配信息；所述传感器节点在所述子保证时隙SGTS内与网络协调器进行数据交互；所述传感器节点接收确认标记，确认数据是否已交付成功；所述确保服务的子保证时隙SGTS分配信息包括将非竞争期CFP长度划分成若干个更小粒度的等长时隙t，根据更小粒度的等长时隙t获得传感器节点时隙长度其中，所述更小粒度的等长时隙t为基本时隙单元aBaseSlotDuration的x倍，x＝GCD(m1,m2,m3,...,mn)，为每个GTS中将占用的基本时隙单元个数，n≥1，GCD(·)表示取最大公约数运算，表示向上取整运算，TtnGTS为传感器节点所传输数据实际所需时间大小；所述传感器节点接收确认标记，确认数据是否已交付成功包括：所述确认标记为组确认帧GACK，传感器节点侦听信道，并接收网络协调器广播的GACK帧，解析其中确认列表信息，如果有该传感器节点短地址信息，表示数据交付成功，否则，表示数据交付失败，则该传感器节点根据剩余CAP长度决定是否在剩余时隙通过载波侦听多点接入/冲突避免CSMA-CA机制接入信道继续发送数据，或者在下一超帧发送数据；所述GACK帧中包含所述成功发送数据的传感器节点信息，还包括剩余CAP起始时隙、剩余CAP长度和确认帧列表信息。2.一种确保服务的保证时隙的分配方法，其特征在于，包括：根据所有传感器节点申请的确保服务的保证时隙GTS数量确定非竞争期CFP长度；将所述CFP长度划分成若干个更小粒度的等长时隙t，根据更小粒度的等长时隙t获得传感器节点时隙长度获得传感器节点确保服务的子保证时隙SGTS分配信息；其中，所述更小粒度的等长时隙t为基本时隙单元aBaseSlotDuration的x倍，x＝GCD(m1,m2,m3,...,mn)，为每个GTS中将占用的基本时隙单元个数，n≥1，GCD(·)表示取最大公约数运算，表示向上取整运算，TtnGTS为传感器节点所传输数据实际所需时间大小；在获得以上传感器节点分配发送数据所需的SGTS分配信息后，对信标帧格式进行调整，包括：首先，对信标帧超帧定义域内容进行修改：接着，将GTS描述符格式修改为SGTS描述符格式：Bit：0-1516-2324-31设备短地址SGTS起始时隙SGTS长度在超帧的信标期内广播信标帧，所述信标帧中包含申请传感器节点SGTS分配信息；根据所述SGTS分配信息在所述CFP时长内接收传感器节点发送的数据信息，生成接收状态报告；根据收到的数据信息，构造组确认帧GACK，其中所述GACK中包含成功发送数据的传感器节点信息和组信息，还包括剩余CAP起始时隙、剩余CAP长度和确认帧列表信息；向传感器节点发送所述GACK。3.根据权利要求2所述确保服务的保证时隙的分配方法，其特征在于，所述向传感器节点发送所述GACK通过广播或组播的形式发送。4.一种确保服务的保证时隙的分配方法，其特征在于，包括：S301、传感器节点向网络协调器发送请求申请一定数量的确保服务的保证时隙GTS；S302、根据所有传感器节点申请的GTS数量确定非竞争期CFP长度；S303、将所述CFP长度划分成若干个更小粒度的等长时隙t，根据更小粒度的等长时隙t获得传感器节点时隙长度获得传感器节点确保服务的子保证时隙SGTS分配信息；其中，所述更小粒度的等长时隙t为基本时隙单元a...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾浩，何丰，李貌，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：