一種基於周期倍增的無線納米傳感器網絡接入方法
2023-10-09 13:01:59
一種基於周期倍增的無線納米傳感器網絡接入方法
【專利摘要】一種基於周期倍增的無線納米傳感器網絡接入方法，通過接入節點與中繼節點的低複雜度互動步驟以及中繼節點上的簡單計算來完成接入節點的接入控制。包括步驟：計算確定所有接入節點每次連續發送的比特個數；當有接入節點通過發送一個接入請求控制包來通知中繼節點有新的數據流需要中繼時，中繼節點計算接入節點的發送周期和開始發送時間點並通過回復一個控制包來通知該接入節點。其中，中繼節點通過周期倍增方式確定接入節點的發送周期及開始發送時間點是本發明的核心。本發明非常適用於處理能力較低的納米傳感器節點，可以避免無線納米傳感器網絡中節點的發送衝突。
【專利說明】一種基於周期倍增的無線納米傳感器網絡接入方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種無線通信中的接入方法，該方法適用於無線納米傳感器網絡。
技術背景
[0002]無線納米傳感器網絡，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進行相互連接所組成的網絡。該類網絡在環境、醫療、工業等領域將會發揮重要作用。由於納米傳感器節點微小，獲得的能量有限，其處理器的處理能力較低，因此設計具有極低計算複雜度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。
[0003]無線納米傳感器網絡通信協議的各層子協議設計，包括物理層調製模式的設計、數據鏈路層的接入控制方法的設計等，都需要考慮到計算複雜度問題。對於物理層調製模式的設計，目前通常採用較低複雜度的鍵控開關調製即OOK調製方式。該方式是發送一個脈衝信號來表示發送比特「1」，而在發送「O」比特時保持無線電安靜即天線上不發送任何電壓信號。而對於數據鏈路層的媒質接入控制方法的設計，到目前為止已經有很多文獻和專利研究設計了適用於不同無線網絡的接入方法，比如適用於無線區域網的IEEE802.1lMAC協議等。但這些方法都是面向具有較高計算能力的宏觀節點來設計的，它們的設計沒有刻意追求較低的計算複雜度，比如無線區域網的多址接入方法是基於複雜的基於退避算法的載波監聽多路訪問機制，而採用CDMA技術的蜂窩網則通過生成複雜的相互正交的擴頻碼來實現多址接入。所以，這些已有的高複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點。
[0004]對於採用OOK調製的無線納米傳感器網絡，如果每個納米傳感器節點都採取如下發送方式:每發送出一個比特符號後空閒一個固定的時間間隔T後再發送下一個比特符號，則可以大大降低符號發送衝突的發生頻率。由於所有傳感器節點的該時間間隔T都相同，所以所有的傳感器節點有著相同的發送速率。這種基於OOK調製的兩個比特符號發送之間空上一固定時間的發送方式稱為時域擴展的OOK調製。然而，對於時域擴展的OOK調製，當兩個都要開始發送比特信息的相鄰節點剛好在同一時刻開始發送第一個比特符號，即第一個比特發送發生了衝突，則後續的所有比特發送都會發生衝突，從而會導致接收節點上大量的比特接收錯誤。因此，我們設計開發出一種基於周期倍增的接入方法，動態地協調納米節點的發送周期，可以有效降低甚至完全消除符號衝突。
【發明內容】
[0005]為了克服時域擴展的OOK調製可能發生連續符號衝突的不足，本發明提出一種基於周期倍增的無線納米傳感器網絡接入方法。該方法通過較低複雜度的節點間的操作來有效地協調納米節點發送時刻，從而避免兩個相鄰節點的發送發生連續符號衝突，達到無符號衝突。故該技術可以應用於無線納米傳感器網絡中，有效的保障納米傳感器比特發送的
可靠性。
[0006]為了實現上述技術任務，本發明採用如下的技術解決方案:[0007]—種基於周期倍增的無線納米傳感器網絡接入方法，所述接入方法包括以下步驟:
[0008]步驟一:在網絡剛部署或節點重啟的時候，根據公式(I)計算將來所有的接入節點在某個發送時間點上連續發送的比特個數N ；
[0009]
【權利要求】
1.一種基於周期倍增的無線納米傳感器網絡接入方法，其特徵在於:所述接入方法包括以下步驟: 步驟一:在網絡剛部署或節點重啟的時候，根據公式(I)計算將來所有的接入節點在某個發送時間點上連續發送的比特個數N ；八=Lr-xoO⑴ 其中rmin是根據網絡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 Tpkt，保證中繼節點有足夠時間來發送控制包給接入節點，其中Tpkt是控制包發送所消耗的時間； 步驟二:接入節點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新的數據流要發往該中繼節點； 步驟三:中繼節點接收接入節點所發送的接入請求控制包； 步驟四:中繼節點設置接入節點個數參數1:1 — i+1，i在網絡剛部署或節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則執行下一步，
_ ^min _否則結束操作並且不給接入節點回復任何控制包以表示拒絕其接入請求； 步驟六:根據公式(2)計算同一個接入節點相鄰的兩組信息比特發送的時間間隔，它是Ts的整數倍的值，即發送周期:
Ti = IXrminXTs (2) 其中Ts是物理層發送一個比特符號所消耗的時間； 步驟七:中繼節點將接入節點開始發送時刻t+(1-l) XrminXTs、發送周期1\、連續發送比特個數N記錄在待回復的控制包中並將該控制包發送給新接入的節點，其中t是中繼節點的下一個比特接收時間點； 步驟八:接著，中繼節點將發送周期Ti分別記錄在1-Ι個控制包中並將其分別發送給前1-Ι個已經接入的節點，其中它們下一個發送時間點以及連續發送比特個數都保持不變； 步驟九:新加入的接入節點接收來自中繼節點的回覆控制包，然後從該包中讀出中繼節點所指定的發送時間點t+(1-l) XrminXTs、發送周期T1、連續發送比特個數N，並按照要求開始發送； 步驟十:其餘接入節點接收來自中繼節點的控制包，然後從該包中讀出中繼節點指定的發送周期Ti,更新其發送周期並在下一個發送時間點以周期Ti開始發送； 步驟十一:中繼節點接收接入節點所發送的信息比特，直到接收完該接入節點的所有信息比特。
【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 優先權日:2014年4月16日
【發明者】池凱凱, 林一民, 程珍 申請人:浙江工業大學