一種基于周期倍增的無線納米傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法
【專利摘要】一種基于周期倍增的無線納米傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法，通過接入節(jié)點與中繼節(jié)點的低復(fù)雜度互動步驟以及中繼節(jié)點上的簡單計算來完成接入節(jié)點的接入控制。包括步驟：計算確定所有接入節(jié)點每次連續(xù)發(fā)送的比特個數(shù)；當(dāng)有接入節(jié)點通過發(fā)送一個接入請求控制包來通知中繼節(jié)點有新的數(shù)據(jù)流需要中繼時，中繼節(jié)點計算接入節(jié)點的發(fā)送周期和開始發(fā)送時間點并通過回復(fù)一個控制包來通知該接入節(jié)點。其中，中繼節(jié)點通過周期倍增方式確定接入節(jié)點的發(fā)送周期及開始發(fā)送時間點是本發(fā)明的核心。本發(fā)明非常適用于處理能力較低的納米傳感器節(jié)點，可以避免無線納米傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的發(fā)送沖突。
【專利說明】一種基于周期倍增的無線納米傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線通信中的接入方法，該方法適用于無線納米傳感器網(wǎng)絡(luò)。
技術(shù)背景
[0002]無線納米傳感器網(wǎng)絡(luò)，是多個由納米級材料拼組而成的傳感器通過無線通信技術(shù)進(jìn)行相互連接所組成的網(wǎng)絡(luò)。該類網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境、醫(yī)療、工業(yè)等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用。由于納米傳感器節(jié)點微小，獲得的能量有限，其處理器的處理能力較低，因此設(shè)計具有極低計算復(fù)雜度的通信協(xié)議是無線納米傳感器網(wǎng)絡(luò)有待研究的關(guān)鍵問題之一。
[0003]無線納米傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的各層子協(xié)議設(shè)計，包括物理層調(diào)制模式的設(shè)計、數(shù)據(jù)鏈路層的接入控制方法的設(shè)計等，都需要考慮到計算復(fù)雜度問題。對于物理層調(diào)制模式的設(shè)計，目前通常采用較低復(fù)雜度的鍵控開關(guān)調(diào)制即OOK調(diào)制方式。該方式是發(fā)送一個脈沖信號來表示發(fā)送比特“1”，而在發(fā)送“O”比特時保持無線電安靜即天線上不發(fā)送任何電壓信號。而對于數(shù)據(jù)鏈路層的媒質(zhì)接入控制方法的設(shè)計，到目前為止已經(jīng)有很多文獻(xiàn)和專利研究設(shè)計了適用于不同無線網(wǎng)絡(luò)的接入方法，比如適用于無線局域網(wǎng)的IEEE802.1lMAC協(xié)議等。但這些方法都是面向具有較高計算能力的宏觀節(jié)點來設(shè)計的，它們的設(shè)計沒有刻意追求較低的計算復(fù)雜度，比如無線局域網(wǎng)的多址接入方法是基于復(fù)雜的基于退避算法的載波監(jiān)聽多路訪問機制，而采用CDMA技術(shù)的蜂窩網(wǎng)則通過生成復(fù)雜的相互正交的擴(kuò)頻碼來實現(xiàn)多址接入。所以，這些已有的高復(fù)雜度的多址接入方法都不適用處理能力極其有限的納米傳感器節(jié)點。
[0004]對于采用OOK調(diào)制的無線納米傳感器網(wǎng)絡(luò)，如果每個納米傳感器節(jié)點都采取如下發(fā)送方式:每發(fā)送出一個比特符號后空閑一個固定的時間間隔T后再發(fā)送下一個比特符號，則可以大大降低符號發(fā)送沖突的發(fā)生頻率。由于所有傳感器節(jié)點的該時間間隔T都相同，所以所有的傳感器節(jié)點有著相同的發(fā)送速率。這種基于OOK調(diào)制的兩個比特符號發(fā)送之間空上一固定時間的發(fā)送方式稱為時域擴(kuò)展的OOK調(diào)制。然而，對于時域擴(kuò)展的OOK調(diào)制，當(dāng)兩個都要開始發(fā)送比特信息的相鄰節(jié)點剛好在同一時刻開始發(fā)送第一個比特符號，即第一個比特發(fā)送發(fā)生了沖突，則后續(xù)的所有比特發(fā)送都會發(fā)生沖突，從而會導(dǎo)致接收節(jié)點上大量的比特接收錯誤。因此，我們設(shè)計開發(fā)出一種基于周期倍增的接入方法，動態(tài)地協(xié)調(diào)納米節(jié)點的發(fā)送周期，可以有效降低甚至完全消除符號沖突。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服時域擴(kuò)展的OOK調(diào)制可能發(fā)生連續(xù)符號沖突的不足，本發(fā)明提出一種基于周期倍增的無線納米傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法。該方法通過較低復(fù)雜度的節(jié)點間的操作來有效地協(xié)調(diào)納米節(jié)點發(fā)送時刻，從而避免兩個相鄰節(jié)點的發(fā)送發(fā)生連續(xù)符號沖突，達(dá)到無符號沖突。故該技術(shù)可以應(yīng)用于無線納米傳感器網(wǎng)絡(luò)中，有效的保障納米傳感器比特發(fā)送的
可靠性。
[0006]為了實現(xiàn)上述技術(shù)任務(wù)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案:[0007]—種基于周期倍增的無線納米傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法，所述接入方法包括以下步驟:
[0008]步驟一:在網(wǎng)絡(luò)剛部署或節(jié)點重啟的時候，根據(jù)公式(I)計算將來所有的接入節(jié)點在某個發(fā)送時間點上連續(xù)發(fā)送的比特個數(shù)N ；
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種基于周期倍增的無線納米傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法，其特征在于:所述接入方法包括以下步驟: 步驟一:在網(wǎng)絡(luò)剛部署或節(jié)點重啟的時候，根據(jù)公式(I)計算將來所有的接入節(jié)點在某個發(fā)送時間點上連續(xù)發(fā)送的比特個數(shù)N ；八=Lr-xoO⑴ 其中rmin是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)時延要求等方面符號速率允許最小取值；α的取值需要滿足如下條件:1) α <0.5，保證不同接入節(jié)點往中繼節(jié)點可用來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的時間大于接收數(shù)據(jù)所耗時間，即能把收到的數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)發(fā)出去，且讓中繼節(jié)點有足夠時間來回復(fù)控制包給接入節(jié)點；2) (l-a)rmin> Tpkt，保證中繼節(jié)點有足夠時間來發(fā)送控制包給接入節(jié)點，其中Tpkt是控制包發(fā)送所消耗的時間； 步驟二:接入節(jié)點給中繼節(jié)點發(fā)送一個接入請求控制包來通知中繼節(jié)點本節(jié)點有新的數(shù)據(jù)流要發(fā)往該中繼節(jié)點； 步驟三:中繼節(jié)點接收接入節(jié)點所發(fā)送的接入請求控制包； 步驟四:中繼節(jié)點設(shè)置接入節(jié)點個數(shù)參數(shù)1:1 — i+1，i在網(wǎng)絡(luò)剛部署或節(jié)點重啟的時候初始化為O ; 步驟五:令K= ^，其中rmax是符號速率允許最大取值，如果i SK則執(zhí)行下一步，

_ ^min _否則結(jié)束操作并且不給接入節(jié)點回復(fù)任何控制包以表示拒絕其接入請求； 步驟六:根據(jù)公式(2)計算同一個接入節(jié)點相鄰的兩組信息比特發(fā)送的時間間隔，它是Ts的整數(shù)倍的值，即發(fā)送周期:
Ti = IXrminXTs (2) 其中Ts是物理層發(fā)送一個比特符號所消耗的時間； 步驟七:中繼節(jié)點將接入節(jié)點開始發(fā)送時刻t+(1-l) XrminXTs、發(fā)送周期1\、連續(xù)發(fā)送比特個數(shù)N記錄在待回復(fù)的控制包中并將該控制包發(fā)送給新接入的節(jié)點，其中t是中繼節(jié)點的下一個比特接收時間點； 步驟八:接著，中繼節(jié)點將發(fā)送周期Ti分別記錄在1-Ι個控制包中并將其分別發(fā)送給前1-Ι個已經(jīng)接入的節(jié)點，其中它們下一個發(fā)送時間點以及連續(xù)發(fā)送比特個數(shù)都保持不變； 步驟九:新加入的接入節(jié)點接收來自中繼節(jié)點的回復(fù)控制包，然后從該包中讀出中繼節(jié)點所指定的發(fā)送時間點t+(1-l) XrminXTs、發(fā)送周期T1、連續(xù)發(fā)送比特個數(shù)N，并按照要求開始發(fā)送； 步驟十:其余接入節(jié)點接收來自中繼節(jié)點的控制包，然后從該包中讀出中繼節(jié)點指定的發(fā)送周期Ti,更新其發(fā)送周期并在下一個發(fā)送時間點以周期Ti開始發(fā)送； 步驟十一:中繼節(jié)點接收接入節(jié)點所發(fā)送的信息比特，直到接收完該接入節(jié)點的所有信息比特。
【文檔編號】H04W74/08GK103974448SQ201410152856
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】池凱凱, 林一民, 程珍 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)