[發明專利]大規模監測傳感網RAW重分組實現及周期性傳輸分組方法

有效

• 申請號: 201910605040.1
• 申請日: 2019-07-05
• 公開（公告）號: CN110493798B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 孫彥景;楊俊秋;陳巖;王艷芬;孫智;李松
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W28/04;H04W28/08;H04L12/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發明公開了大規模監測傳感網RAW重分組實現及周期性傳輸分組方法，具體包括兩個部分，(1)基于Gold序列的在線不斷聯RAW重分組實現；在節點與AP的關聯階段，AP為每個關聯的節點分配一個單獨的Gold序列，AP在信標中通過復合序列傳輸RAW分組信息，避免了AID重分配所帶來的開銷和重關聯時間，實現將AID不連續的節點分到同一個RAW組內；(2)RAW分組；針對大規模安全監測傳感網周期性數據，設計了一種減小碰撞概率的RAW重分組算法，通過三次分組解決原RAW機制存在的組間負載不平衡問題，實現對大規模安全監測傳感網周期性數據進行RAW分組，減小隨機分組引起的碰撞，提升802.11ah網絡性能。

技術領域

本發明涉及無線通信協議領域，尤其涉及大規模監測傳感網RAW重分組實現及周期性傳輸分組方法。

背景技術

目前工業生產中的無線監測傳感網雖然初具規模，但是在無線通信技術上還存在著不少缺陷。比如常用傳統的WiFi技術，雖然能提供較高的傳輸速率，但因其工作在較高頻段，穿透能力差，復雜環境中的傳輸距離較短，允許接入的節點數量較少，且能耗比較高。Zigbee技術相較于傳統WiFi可接入的設備數明顯增多，且具有低復雜度、低能耗、低成本等優勢，但其覆蓋范圍也不到100m，傳輸速率較低，通常在250kbps以下。藍牙技術雖然能提供1Mbps左右的傳輸速率，但是受傳輸距離的限制。以上一些現有的無線通信技術難以滿足現代化工業生產對無線監測傳感網傳輸速率、覆蓋范圍、網絡容量、能耗等要求。

2016年12月，IEEE發布的802.11ah協議滿足了工業生產安全監測現場中對無線通信技術的需求。該標準采用900MHz頻段，較傳統2.4GHz和5Ghz的WiFi協議，有良好的穿透能力，更廣的通信范圍(理論可達1km)。此外，該標準支持最大8191的設備接入數，150kbps到78Mbps的傳輸速率選擇，且功耗小，適用于安全監測傳感網中各種傳感器的接入部署。適用于工業無線傳感網絡對傳輸范圍、功耗、網絡容量、傳輸速率等要求，可以在工業生產復雜環境的監測與預警系統中起到關鍵作用。

IEEE 802.11ah標準在MAC層引入了RAW(Restricted Access Window)機制，將信道時間分為多個時間窗口(RAW)，每個窗口只允許一部分節點接入使用信道，其余節點保持緘默，可以減小大規模節點接入帶來的碰撞問題。然而，現有標準未充分發揮RAW分組性能優勢。

首先，標準內的RAW機制分組方式采用的分組方案，只能將AID(Association ID)連續的節點分為一個RAW組。即在節點與接入點AP(Access Point)關聯階段，依據關聯的先后順序，AP依次為每個關聯的節點分配連續AID。然后設置每個RAW組的起始節點AID和終止節點AID，在這兩個AID內的所有節點(包括起始和終止節點AID)分為一個RAW組。這種方式沒有考慮到RAW組間負載情況，使得流量負載集中在某些RAW中，造成節點碰撞加劇，而在另一些RAW內負載較小，信道利用率低，從而降低網絡整體性能。其次，在網絡運行過程中，可能因為一些突發事件影響網絡性能，如某些節點采樣率改變導致部分RAW組負載發生變化；有節點加入或退出網絡引起網絡拓撲改變進而影響RAW分組。此時原分組方案不適用于當前網絡情況。

為了解決上述問題，需要對RAW重新分組。RAW重分組將涉及到把不連續AID的節點分在一個RAW組內，現有標準對并不能實現此任務。一個可行的方案是采用AID重分配方式。該方法需要AP在緩存中建立的MAC地址與AID的映射表，然后所有節點解除與AP的關聯，再根據建立的映射表進行重新關聯。需要花費更多的時間用于關聯，在節點數目多時造成的額外開銷大。并且在網絡運行的過程中進行AID重分配，會造成在這段重分配處理時間內節點產生的所有數據包被丟棄，嚴重影響網絡的有效性和可靠性。因此，需要有一種在線不斷聯的RAW重分組實現方法。