本發(fā)明涉及傳感器和Ad Hoc無(wú)線介質(zhì)訪問(wèn)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于反饋的協(xié)議序列信道接入算法。

背景技術(shù)：

隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的提出，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為了新的研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)階段，傳感器廣泛應(yīng)用于軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能家居、城市交通、空間探索和倉(cāng)庫(kù)管理等領(lǐng)域。對(duì)于無(wú)線傳感網(wǎng)的研究工作主要集中在介質(zhì)訪問(wèn)控制算法方面。但傳感器由于所處工作場(chǎng)景，受到尺寸限制，以及受到拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速變化的影響，所需MAC協(xié)議對(duì)能量和延時(shí)性能有著嚴(yán)格的要求。

目前，IEEE802.11系列協(xié)議是無(wú)線網(wǎng)的主流接入?yún)f(xié)議，在無(wú)線局域網(wǎng)有著良好的表現(xiàn)，非常適用于家庭和辦公環(huán)境。但是，該系列協(xié)議采用CSMA/CA機(jī)制，有著復(fù)雜的退避過(guò)程和信道監(jiān)測(cè)過(guò)程；因此，采用該接入?yún)f(xié)議對(duì)能量消耗極大，同時(shí)不斷的退避過(guò)程造成信道接入時(shí)延的無(wú)限性?；谏鲜?，IEEE802.11協(xié)議并不適合無(wú)線傳感網(wǎng)；低能耗、低復(fù)雜接入?yún)f(xié)議和保證基本時(shí)延是無(wú)線傳感網(wǎng)和Ad Hoc網(wǎng)的MAC協(xié)議的研究重點(diǎn)主題。

Massey和Mathys于1985年提出了一種無(wú)反饋沖突信道模型，同時(shí)給出了一種新的無(wú)線信道接入機(jī)制，稱為協(xié)議序列。協(xié)議序列是一種確定的周期性二進(jìn)制序列，每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)所分配的協(xié)議序列安排自己發(fā)送計(jì)劃；節(jié)點(diǎn)依次讀取序列值，如果該值為“1”，節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，否則偵聽(tīng)信道。與TDMA相比，協(xié)議序列不要求嚴(yán)格的時(shí)間同步；與ALOHA等隨機(jī)接入?yún)f(xié)議相比，協(xié)議序列能提供短期性能穩(wěn)定性和公平性，并且能100％地確保數(shù)據(jù)在固定時(shí)延內(nèi)被成功發(fā)送；另外與基于CSMA的競(jìng)爭(zhēng)型信道接入?yún)f(xié)議相比，協(xié)議序列機(jī)制不需要信道偵聽(tīng)和退避，從而大大降低了能量消耗。基于以上優(yōu)點(diǎn)，協(xié)議序列在近年來(lái)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)，并被廣泛應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)及車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)。

采用協(xié)議序列的接入信道，信道接入時(shí)間被分成等長(zhǎng)時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)根據(jù)所分配的確定序列在時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)間缺乏協(xié)作和溝通，節(jié)點(diǎn)無(wú)法判斷所發(fā)數(shù)據(jù)是否成功發(fā)送；所以為了保障通信的可靠性，節(jié)點(diǎn)通常會(huì)在一個(gè)序列周期內(nèi)重復(fù)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)。協(xié)議序列接入造成發(fā)送數(shù)據(jù)冗余和有效吞吐率低下的缺點(diǎn)；為了解決這些問(wèn)題，我們需要進(jìn)一步研究改進(jìn)方法，改善協(xié)議序列性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種基于反饋的協(xié)議序列信道接入算法，以解決傳統(tǒng)協(xié)議序列數(shù)據(jù)發(fā)送冗余，提高信道有效吞吐率。

本發(fā)明提供了一種基于反饋的協(xié)議序列信道接入算法，保留了協(xié)議序列原有的確定性發(fā)送特征，即在序列值1時(shí)，節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包；在序列值0時(shí)，節(jié)點(diǎn)偵聽(tīng)信道。所述確定性發(fā)送方案保證了用戶的最大時(shí)延不會(huì)超過(guò)一個(gè)序列周期。所述算法讓節(jié)點(diǎn)通過(guò)在發(fā)送前添加身份標(biāo)識(shí)列表到數(shù)據(jù)包頭，在接收后查詢自己身份標(biāo)識(shí)符的方式，反饋數(shù)據(jù)包接收情況；根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)包接收信息反饋，可以讓節(jié)點(diǎn)判斷其發(fā)送的數(shù)據(jù)包是否被周?chē)?jié)點(diǎn)成功接收，一旦從身份標(biāo)識(shí)列表查詢到自己的身份標(biāo)識(shí)，表明發(fā)送成功，下次將發(fā)送新的數(shù)據(jù)包；否則，發(fā)送失敗，所發(fā)舊數(shù)據(jù)包將被重新發(fā)送。

進(jìn)一步地，所述算法獲取數(shù)據(jù)接收情況反饋的過(guò)程包括：S11.發(fā)送前，節(jié)點(diǎn)把自己的身份標(biāo)識(shí)和偵聽(tīng)到的其他節(jié)點(diǎn)身份標(biāo)識(shí)添加到數(shù)據(jù)包頭，形成身份標(biāo)識(shí)列表；然后，把數(shù)據(jù)和身份標(biāo)識(shí)列表一起廣播發(fā)送出去。S12.節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包后，讀取身份標(biāo)識(shí)列表并查詢自己的身份標(biāo)識(shí)。S13.如果身份標(biāo)識(shí)列表匹配到自身的身份標(biāo)識(shí)，表明發(fā)送成功，新的數(shù)據(jù)將被發(fā)送；否則，舊的數(shù)據(jù)將被重傳。

進(jìn)一步地，所述算法繼承了協(xié)議序列的確定性發(fā)送方案，保證了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延有界性。

進(jìn)一步地，所述算法下的節(jié)點(diǎn)都被分配了唯一身份標(biāo)識(shí)符。

進(jìn)一步地，所述算法工作在時(shí)隙同步狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述算法增加了反饋方式，需要額外的數(shù)據(jù)開(kāi)銷(xiāo)。

進(jìn)一步地，所述算法反饋和數(shù)據(jù)發(fā)送同時(shí)進(jìn)行，不需要額外的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。

進(jìn)一步地，所述算法不需要節(jié)點(diǎn)在一個(gè)序列周期內(nèi)重復(fù)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，減少信道數(shù)據(jù)冗余。

進(jìn)一步地，所述算法相較與傳統(tǒng)的協(xié)議序列，極大的提高了系統(tǒng)吞吐率。

通過(guò)本發(fā)明提出的算法，使得協(xié)議序列具備簡(jiǎn)單回饋數(shù)據(jù)發(fā)送情況消息的能力，解決了節(jié)點(diǎn)重復(fù)發(fā)送相同數(shù)據(jù)包的問(wèn)題，從而提高了信道利用率，改善了有效的系統(tǒng)吞吐率。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

圖1示出了協(xié)議序列信道接入機(jī)制傳統(tǒng)算法流程圖。

圖2示出了基于反饋的協(xié)議序列信道接入算法流程圖。

圖3分別示出了采用基于反饋的協(xié)議序列信道接入算法和協(xié)議序列信道接入機(jī)制傳統(tǒng)算法的系統(tǒng)吞吐率變化曲線。

圖4分別示出了采用基于反饋的協(xié)議序列信道接入算法和協(xié)議序列信道接入機(jī)制傳統(tǒng)算法的傳輸時(shí)延變化曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。

一種基于反饋的協(xié)議序列信道接入算法，保留了協(xié)議序列原有的確定性發(fā)送特征，即所在時(shí)隙的序列值1時(shí)，節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包；所在時(shí)隙的序列值0時(shí)，節(jié)點(diǎn)偵聽(tīng)信道。所述確定性發(fā)送方案保證了用戶的最大時(shí)延不會(huì)超過(guò)一個(gè)序列周期。所述改進(jìn)算法讓節(jié)點(diǎn)通過(guò)在發(fā)送前添加身份標(biāo)識(shí)列表到數(shù)據(jù)包頭，在接收后查詢自己身份標(biāo)識(shí)的方式，反饋數(shù)據(jù)包接收情況；根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)包接收信息反饋，可以讓節(jié)點(diǎn)判斷其發(fā)送的數(shù)據(jù)包是否被周?chē)?jié)點(diǎn)成功接收，一旦從身份標(biāo)識(shí)列表查詢到自己的身份標(biāo)識(shí)，表明發(fā)送成功，下次將發(fā)送新的數(shù)據(jù)包；否則，發(fā)送失敗，所發(fā)舊數(shù)據(jù)包將被重新發(fā)送。

作為優(yōu)選方案，所述算法獲取數(shù)據(jù)接收情況反饋的過(guò)程包括：S11.發(fā)送前，節(jié)點(diǎn)把自己的身份標(biāo)識(shí)和偵聽(tīng)到的其他節(jié)點(diǎn)身份標(biāo)識(shí)添加到數(shù)據(jù)包頭，形成身份標(biāo)識(shí)列表；然后，把數(shù)據(jù)和身份標(biāo)識(shí)列表一起廣播發(fā)送出去。S12.節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包后，讀取身份標(biāo)識(shí)列表并查詢自己的身份標(biāo)識(shí)。S13.如果身份標(biāo)識(shí)列表匹配到自身的身份標(biāo)識(shí)，表明發(fā)送成功，新的數(shù)據(jù)將被發(fā)送；否則，舊的數(shù)據(jù)將被重傳。

作為優(yōu)選方案，所述算法繼承了協(xié)議序列的確定性發(fā)送方案，保證了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延有界性。

作為優(yōu)選方案，所述算法下的節(jié)點(diǎn)都被分配了唯一身份標(biāo)識(shí)符。

作為優(yōu)選方案，所述算法工作在時(shí)隙同步狀態(tài)。

作為優(yōu)選方案，所述算法增加了反饋方式，需要額外的數(shù)據(jù)開(kāi)銷(xiāo)。

作為優(yōu)選方案，所述算法反饋和數(shù)據(jù)發(fā)送同時(shí)進(jìn)行，不需要額外的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。

作為優(yōu)選方案，所述算法不需要節(jié)點(diǎn)在一個(gè)序列周期內(nèi)重復(fù)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，減少信道數(shù)據(jù)冗余。所述改進(jìn)算法相較與傳統(tǒng)的協(xié)議序列，極大的提高了系統(tǒng)吞吐率。

圖2示出基于反饋的協(xié)議序列信道接入算法流程圖。與圖1傳統(tǒng)協(xié)議序列算法相比，在繼承確定性發(fā)送的基礎(chǔ)上，改進(jìn)算法通過(guò)在發(fā)送的數(shù)據(jù)包頭添加身份標(biāo)識(shí)列表的方式，節(jié)點(diǎn)只需要花費(fèi)少量數(shù)據(jù)開(kāi)銷(xiāo)，就可以非常簡(jiǎn)單的向周?chē)?jié)點(diǎn)反饋其數(shù)據(jù)包的接收情況，而且不會(huì)增加數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延；節(jié)點(diǎn)在收到數(shù)據(jù)包后，只要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的判斷，就可以決定下一次是否發(fā)送新的數(shù)據(jù)包。

本發(fā)明采用Matlab軟件對(duì)傳統(tǒng)算法和本專利提出算法進(jìn)行性能比較。協(xié)議序列采用了比較經(jīng)典的CRT序列，選取了1-35中的素?cái)?shù)作為系統(tǒng)用戶節(jié)點(diǎn)數(shù)(M)，序列長(zhǎng)度L＝M(2M-1)?？紤]到節(jié)點(diǎn)接入信道的不確定性，所有節(jié)點(diǎn)都被分配了隨機(jī)的接入時(shí)間偏移量。采用改進(jìn)算法下的所有節(jié)點(diǎn)都被分配了唯一身份標(biāo)識(shí)符；除此之外，兩種算法的其他基本參數(shù)完全一致，包括序列周期、負(fù)載因子等。假設(shè)節(jié)點(diǎn)的位置隨機(jī)且通信范圍相互之間覆蓋。本發(fā)明提出的改進(jìn)算法可以顯著提高系統(tǒng)的吞吐率。

圖3反映了協(xié)議序列分別采用改進(jìn)算法和傳統(tǒng)算法的系統(tǒng)吞吐率變化曲線。從圖中可以看出隨著用戶數(shù)的增長(zhǎng)，采用改進(jìn)算法的協(xié)議序列的吞吐率逐漸增加，并且維持在一個(gè)較高的水平；而傳統(tǒng)的協(xié)議序列吞吐率快速的下降，最后趨近為0。

圖4反映了協(xié)議序列分別采用改進(jìn)算法和傳統(tǒng)算法的傳輸時(shí)延變化曲線。從圖中可以看出本發(fā)明提出的改進(jìn)算法和傳統(tǒng)算法的傳輸時(shí)延基本一致。說(shuō)明改進(jìn)算法的反饋方式不會(huì)帶來(lái)額外的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)；既保證了吞吐率的提高，又維持了傳輸時(shí)延的穩(wěn)定。進(jìn)一步體現(xiàn)該算法的優(yōu)越性。