[發明專利]一種高帶寬效率的無線納米傳感器網絡動態接入控制方法

有效

• 申請號: 201310676884.8
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103702392B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 池凱凱;林一民;李燕君;程珍
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H04W48/16
• 分類號: H04W48/16;H04W84/18
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本發明屬于無線納米傳感器網絡技術，涉及一種無線納米傳感器網絡動態接入控制方法。

技術背景

由于納米技術的迅速發展，納米級大小的傳感器即納米傳感器已經能夠工業生產。無線納米傳感器網絡是利用納米傳感器的無線通信技術進行相互連接所組成的網絡，在工業、環境、醫療等領域有十分廣泛的應用前景。鑒于納米傳感器節點僅僅具有約幾百納米的大小，其納米處理器的處理能力非常有限，因此設計復雜度極低的通信協議是無線納米傳感器網絡有待研究的關鍵問題之一。

無線納米傳感器網絡通信協議的各個子協議設計都需要考慮到計算復雜度問題，包括物理層調制模式的設計和數據鏈路層的多址接入方法的設計。關于物理層調制模式的設計，由于鍵控開關調制即OOK調制具有較低的復雜度，是無線納米傳感器較有應用前景的調制方式之一。OOK調制方式是僅僅在發送“1”比特時發送一個脈沖信號，而在發送“0”比特時保持安靜即天線上不發送任何電壓信號。而關于數據鏈路層的多址接入方法的設計，目前為止，有很多文獻和專利研究設計了適用于不同無線網絡的多址接入方法，比如適用于無線局域網的IEEE802.11MAC協議等。但這些方法都是針對已有網絡的宏觀節點來設計，由于這些宏觀節點具有相對較高的計算處理能力，這些方法具有相對高的復雜性，比如無線局域網的多址接入方法是基于復雜的基于退避算法的載波監聽多路訪問機制，而采用CDMA技術的蜂窩網則通過生成復雜的相互正交的擴頻碼來實現多址接入。但這些高復雜度的多址接入方法都不適用處理能力非常有限的納米傳感器節點。

對于采用OOK調制的無線納米傳感器網絡，并且每個納米傳感器節點都采取如下發送方式：每發送出一個比特符號后空閑一個固定的時間間隔T后再發送下一個比特符號，則可以大大降低符號發送沖突的發生頻率。但是這種時域擴展的OOK調制方式，有一定的概率發生相鄰節點發送信息比特連續沖突。更重要的是，采用這種方式，即使節點上的數據流量很低、幾乎不會發生沖突的時候也是一個周期T內僅僅發一個比特，不會適應流量的動態變化，發送的帶寬利用率過低。因此，設計開發一種同樣具有較低復雜度、低沖突甚至無沖突并且高效利用帶寬資源的接入控制方法十分必要。

發明內容

為了克服現有OOK調制無線納米傳感器網絡的無線多址接入方法的帶寬利用率較低、沖突頻率較高的不足，本發明提出一種高帶寬效率的無線納米傳感器網絡動態接入控制方法，既能做到無沖突，而且具有較高的帶寬利用率。

為了實現上述技術任務，本發明采用如下的技術解決方案：

一種高帶寬效率的無線納米傳感器網絡動態接入控制方法，其特征在于：所述動態接入控制方法包括以下步驟：

1）接入節點操作，過程如下：

(1.1)給中繼節點發送一個接入請求控制包來通知中繼節點本節點有數據流要發往中繼節點；

(1.2)接收來自中繼節點的回復控制包，然后從該回復控制包中讀出中繼節點所指定的開始發送時刻t和本節點接入速率r，t和r是由中繼節點確定好并寫入回復控制包里的；

(1.3)在時刻t開始，以T為周期，在每個周期的開始時刻連續發送r個比特符號，周期內發送完這r個比特符號后的剩余T-r×T_s時間內不發送任何比特符號，即保持發送電路空閑。其中T_S是物理層發送一個調制符號所消耗的時間，T是根據網絡時延要求等方面而預先設置好的值，它是T_S的整數倍的值；

(1.4)在數據發送過程中，如果某個周期的空閑時間內接收到來自中繼節點的控制包，則跳到步驟(1.2)；

2）中繼節點操作，過程如下：

(2.1)接收接入節點所發送的接入請求控制包，更新接收節點個數參數i:i←i+1，i在網絡剛部署或節點重啟的時候初始化為0；

(2.2)令如果N_i＜2，則跳到步驟(2.6)來結束操作并且不給接入節點回復任何控制包以表示拒絕其接入請求，如果N_i≥2則進行下一步操作；

(2.3)根據公式(1)求出控制包接入速率r，

其中，α為占空比；

(2.4)令其中t是本中繼節點將會收到下一個比特符號的時刻；

(2.5)取k=1；

(2.6)如果k＞i則跳到步驟(2.8)；如果k≤i則新建一個記錄著tk值與r值的速率更新控制包，并將該控制包發送給i個接入節點中尚未接收速率更新控制包的節點；

(2.7)k←k+1并跳回到步驟(2.6)；