專利名稱：認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)特性的單天線mac傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)特性的單天線MAC傳輸方法。
背景技術(shù)：
由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所工作在的頻段是未授權(quán)頻段，目前越來越多的無線通信技術(shù)共享此頻段，造成該頻段越來越擁擠。認(rèn)知無線電技術(shù)作為解決頻譜資源受限的良好技術(shù)被引入到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(CRSN)開始得到深入的研究，其中CRSN中的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)是一個(gè)重點(diǎn)研究方向?！?br> 現(xiàn)有技術(shù)中公開了D. Cavalcanti, S. Das, Jianfeng Wang and K. Challapali 的文獻(xiàn) “Cognitive Radio based Wireless Sensor Networks (基于認(rèn)知無線電技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò))”，ICCCN, 2008,pp. 1-6 和 Ozgur B. Akan, Osman B. Karli, and Ozgur Ergul 的文獻(xiàn)“Cognitive Radio Sensor Networks (認(rèn)知無線傳感網(wǎng))”, IEEE Network, July/August2009，pp. 34-40，它們都講述了 CRSN網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)觀念和主要原則、網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)、潛在的優(yōu)勢(shì)以及技術(shù)上的問題和挑戰(zhàn)。給出了 CRSN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的研究框架。在對(duì)CRSN網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)中，最關(guān)鍵的技術(shù)在于使得作為次用戶的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在對(duì)主用戶最小干擾或無干擾情況下接入可用信道完成通信。Shui G and ShenS 的文獻(xiàn) “A New Multi-Channel MAC Protocol Combined with On-Demand Routing forWireless MeshNetworks (無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中一種新的結(jié)合按需路由的多信道MAC協(xié)議)”，CSSE，2008，pp. 1-8，采用控制信道和數(shù)據(jù)信道分離的方法，通過對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備兩個(gè)天線，及時(shí)地掌握控制信道和數(shù)據(jù)信道的使用情況，之后做出機(jī)會(huì)接入，完成數(shù)據(jù)傳輸?，F(xiàn)有技術(shù)中公開了Su Hang and Zhang Xi 的文獻(xiàn) “CREAM-MAC :Anefficient Cognitive Radio-EnAbled Multi-Channel MAC Protocol for WirelessNetworks (CREAM-MAC :無線網(wǎng)絡(luò)中一種天線使能的高效的認(rèn)知多信道MAC協(xié)議)”，W0WM0M，2008，pp. 1-8，它采用每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備一個(gè)天線和多個(gè)檢測(cè)主用戶信道的傳感器來避免次用戶之間以及主用戶和次用戶的相互碰撞，從而更好地利用多信道進(jìn)行通信。Jungmin So and Vaidya H 的文獻(xiàn) “Multi-channel mac for ad hoc networks handling multi-channel hidden terminals using a single transceiver(自組織網(wǎng)絡(luò)中的多信道MAC :使用一個(gè)單天線解決多信道隱藏終端問題)”，ACM, 2004. 222-233，采用了單天線的結(jié)構(gòu)對(duì)多信道加以利用，并且很好地解決了多信道隱藏終端問題。但是它并沒有對(duì)主用戶加以考慮，而且需要嚴(yán)格的時(shí)鐘同步。Zhong Zhou,Zheng Peng,Jun-Hong Cui,Zaihan Jiang的文獻(xiàn)“Handling TripleHidden Terminal Problems for Multi-Channel MAC in Long-Delay Underwater SensorNetworks (解決水下長(zhǎng)時(shí)延無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中三種隱藏終端問題的多信道MAC協(xié)議)”，INF0C0M，2010，PP. 1_5，本文同樣使用具有單天線的節(jié)點(diǎn)來，通過一種聯(lián)合檢測(cè)的方法來克服三種不同的隱藏終端問題，避免了次用戶之間的碰撞，對(duì)多信道實(shí)現(xiàn)了合理地接入。綜上所述，目前大部分的認(rèn)知MAC協(xié)議并不能很好的直接的應(yīng)用到CRSN中，主要原因是其中一些MAC要求節(jié)點(diǎn)具備多個(gè)天線，而由于低功耗的要求，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常只允許節(jié)點(diǎn)配備單個(gè)天線；同時(shí)，目前的多信道MAC協(xié)議很少考慮主用戶的影響，因此不能直接應(yīng)用到與主用戶共存的網(wǎng)絡(luò)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)特性的單天線MAC傳輸方法，針對(duì)現(xiàn)有MAC協(xié)議應(yīng)用到CRSN中存在的上述不足，充分考慮了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主用戶和次用戶的通信特征，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在對(duì)主用戶不造成影響或者影響較小的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)空閑信道的機(jī)會(huì)接入，并在單天線的條件下克服多信道隱藏終端問題和“盲”狀態(tài)問題。本發(fā)明能夠使無線傳感器節(jié)點(diǎn)在與主用戶共存的網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn) 吞吐量和平均傳輸時(shí)延方面的性能提升。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟第一步、當(dāng)存在數(shù)據(jù)包待發(fā)送時(shí)，對(duì)CRSN的控制信道上的所有用戶的無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行使用權(quán)限競(jìng)爭(zhēng)處理，獲得待使用數(shù)據(jù)信道；所述的無線傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)設(shè)有可用信道列表、退避定時(shí)器和數(shù)據(jù)信道定時(shí)器，其中可用信道列表是指每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信道信息的表格，該表格內(nèi)的信息包括信道號(hào)和信道被占用時(shí)間；所述的退避定時(shí)器是用于每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)包之前隨機(jī)等待的定時(shí)設(shè)置；所述的數(shù)據(jù)信道定時(shí)器用于可用信道列表中的記錄數(shù)據(jù)信道被占用時(shí)間的定時(shí)設(shè)置。所述的權(quán)限競(jìng)爭(zhēng)處理是指首先對(duì)待發(fā)送數(shù)據(jù)包切分后得到發(fā)送長(zhǎng)度和若干相同大小的數(shù)據(jù)傳輸單元，并對(duì)數(shù)據(jù)傳輸單元進(jìn)行退避處理并啟動(dòng)退避定時(shí)器，然后進(jìn)行超時(shí)判斷并確定待使用數(shù)據(jù)信道。所述的切分是指將待發(fā)送數(shù)據(jù)包以數(shù)據(jù)傳輸單元為單位進(jìn)行分割，當(dāng)分割過程中出現(xiàn)剩余待發(fā)送數(shù)據(jù)包不足一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸單元的長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)部分時(shí)則按照一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸單元來處理。所述的數(shù)據(jù)傳輸單元的長(zhǎng)度為Tu，Tu等于控制信道上優(yōu)先權(quán)最高的用戶，SP主用戶的最大干擾容忍時(shí)間，即7Tax。所述的退避處理是指對(duì)每個(gè)待發(fā)送時(shí)隙依次檢測(cè)a)檢測(cè)該時(shí)隙內(nèi)控制信道是否處于空閑狀態(tài)；b)可用信道列表中是否有可用信道，即是否存在信道號(hào)對(duì)應(yīng)的信道被占用時(shí)間為零；c)可用信道的最大信道占用時(shí)間小于等于發(fā)送長(zhǎng)度；當(dāng)上述條件全部滿足時(shí)設(shè)置退避定時(shí)器減I ;否則凍結(jié)退避定時(shí)器并重新進(jìn)行退避處理。所述的最大信道占用時(shí)間Tanax是指無線傳感器節(jié)點(diǎn)切換到指定的數(shù)據(jù)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，該數(shù)據(jù)信道允許該無線傳感器節(jié)點(diǎn)在本次接入中占用信道的最長(zhǎng)時(shí)間，其長(zhǎng)度Tanax是由主用戶對(duì)數(shù)據(jù)信道的利用率決定
權(quán)利要求
1.一種認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)特性的單天線MAC傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步、當(dāng)存在數(shù)據(jù)包待發(fā)送時(shí)，對(duì)CRSN的控制信道上的所有用戶的無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行使用權(quán)限競(jìng)爭(zhēng)處理，獲得待使用數(shù)據(jù)信道； 第二步、待發(fā)送數(shù)據(jù)包通過待使用數(shù)據(jù)信道按數(shù)據(jù)傳輸單元進(jìn)行逐個(gè)數(shù)據(jù)傳輸；第三步、待發(fā)送數(shù)據(jù)包的發(fā)送端和接收端的無線傳感器節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)內(nèi)置數(shù)據(jù)信道定時(shí)器并返回第一步重新發(fā)送剩余數(shù)據(jù)包，直至全部發(fā)送完成； 所述的無線傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)設(shè)有可用信道列表、退避定時(shí)器和數(shù)據(jù)信道定時(shí)器，其中可用信道列表是指每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信道信息的表格，該表格內(nèi)的信息包括信道號(hào)和信道被占用時(shí)間；所述的退避定時(shí)器是用于每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)包之前隨機(jī)等待的定時(shí)設(shè)置；所述的數(shù)據(jù)信道定時(shí)器用于可用信道列表中的記錄數(shù)據(jù)信道被占用時(shí)間的定時(shí)設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單天線MAC傳輸方法，其特征是，所述的權(quán)限競(jìng)爭(zhēng)處理是指首先對(duì)待發(fā)送數(shù)據(jù)包切分后得到發(fā)送長(zhǎng)度和若干相同大小的數(shù)據(jù)傳輸單元，并對(duì)數(shù)據(jù)傳輸單元進(jìn)行退避處理并啟動(dòng)退避定時(shí)器，然后進(jìn)行超時(shí)判斷并確定待使用數(shù)據(jù)信道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單天線MAC傳輸方法，其特征是，所述的切分是指將待發(fā)送數(shù)據(jù)包以數(shù)據(jù)傳輸單元為單位進(jìn)行分割，當(dāng)分割過程中出現(xiàn)剩余待發(fā)送數(shù)據(jù)包不足一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸單元的長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)部分時(shí)則按照一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸單元來處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的單天線MAC傳輸方法，其特征是，所述的數(shù)據(jù)傳輸單元的長(zhǎng)度為Tu，Tu等于控制信道上優(yōu)先權(quán)最高的用戶，即主用戶的最大干擾容忍時(shí)間，即
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單天線MAC傳輸方法，其特征是，所述的退避處理是指對(duì)每個(gè)待發(fā)送時(shí)隙依次檢測(cè) a)檢測(cè)該時(shí)隙內(nèi)控制信道是否處于空閑狀態(tài)； b)可用信道列表中是否有可用信道，即是否存在信道號(hào)對(duì)應(yīng)的信道被占用時(shí)間為零； c)可用信道的最大信道占用時(shí)間小于等于發(fā)送長(zhǎng)度； 當(dāng)上述條件全部滿足時(shí)設(shè)置退避定時(shí)器減I ;否則凍結(jié)退避定時(shí)器并重新進(jìn)行退避處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單天線MAC傳輸方法，其特征是，所述的最大信道占用時(shí)間Tcmax是指無線傳感器節(jié)點(diǎn)切換到指定的數(shù)據(jù)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，該數(shù)據(jù)信道允許該無線傳感器節(jié)點(diǎn)在本次接入中占用信道的最長(zhǎng)時(shí)間，其長(zhǎng)度Tanax是由主用戶對(duì)數(shù)據(jù)信道的利用率決定
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單天線MAC傳輸方法，其特征是，所述的超時(shí)判斷是指退避定時(shí)器中的時(shí)間超過了該無線傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)包之前進(jìn)行退避過程而設(shè)置的隨機(jī)等待時(shí)間值，則判斷發(fā)生超時(shí)，且發(fā)送方和接收方在控制信道上通過RTS/CTS/CCTS協(xié)商確定一個(gè)待使用數(shù)據(jù)信道，優(yōu)先選擇可用信道列表中最大信道占用時(shí)間Tcmax支持或長(zhǎng)度小于發(fā)送長(zhǎng)度的信道作為待使用數(shù)據(jù)信道； 否則則重新進(jìn)行退避處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單天線MAC傳輸方法，其特征是，所述的RTS/CTS/CCTS協(xié)商是指發(fā)送方首先發(fā)出一個(gè)RTS數(shù)據(jù)包，RTS內(nèi)包含發(fā)送方節(jié)點(diǎn)記錄的可用信道信息，收到RTS后，接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)RTS提供的可用信道信息，再結(jié)合自身維護(hù)的可用信道列表中的信息綜合選取一個(gè)可用的數(shù)據(jù)信道，并將此消息通過CCTS數(shù)據(jù)包回應(yīng)給發(fā)送方，最后發(fā)送方在將此次信道選擇信息通過CCTS數(shù)據(jù)包告知給其周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單天線MAC傳輸方法，其特征是，所述的第二步的具體步驟為在傳輸每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸單元前先進(jìn)行信道檢測(cè)，即偵聽數(shù)據(jù)信道上是否存在主用戶當(dāng)存在主用戶時(shí)則待發(fā)送數(shù)據(jù)包的發(fā)送端和接收端的無線傳感器節(jié)點(diǎn)立即切換至控制信道并執(zhí)行第三步，否則則開始該數(shù)據(jù)傳輸單元的通信傳輸。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單天線MAC傳輸方法，其特征是，所述的啟動(dòng)內(nèi)置數(shù)據(jù)信道定時(shí)器是指所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)上述步驟中，除待使用數(shù)據(jù)信道以外的其他數(shù)據(jù)信道的數(shù)據(jù)信道定時(shí)器，并設(shè)置定時(shí)長(zhǎng)度為該數(shù)據(jù)信道的最大信道占用時(shí)間T ax。
全文摘要
一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)特性的單天線MAC傳輸方法，通過對(duì)CRSN的控制信道上的所有用戶的無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行使用權(quán)限競(jìng)爭(zhēng)處理，獲得待使用數(shù)據(jù)信道；然后將待發(fā)送數(shù)據(jù)包通過待使用數(shù)據(jù)信道按數(shù)據(jù)傳輸單元進(jìn)行逐個(gè)數(shù)據(jù)傳輸；最后待發(fā)送數(shù)據(jù)包的發(fā)送端和接收端的無線傳感器節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)內(nèi)置數(shù)據(jù)信道定時(shí)器并返回第一步重新發(fā)送剩余數(shù)據(jù)包，直至全部發(fā)送完成。本發(fā)明能夠使無線傳感器節(jié)點(diǎn)在與主用戶共存的網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)吞吐量和平均傳輸時(shí)延方面的性能提升。
文檔編號(hào)H04W84/18GK102892206SQ201110204150
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者周桂寅, 何晨, 蔣鈴鴿, 田軍, 呂超 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué), 富士通株式會(huì)社