本發(fā)明涉及無線通信介質(zhì)訪問控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)異步MPR吞吐率優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

進入21世紀，人們對無線通信技術(shù)的要求隨著時代的發(fā)展越來越高，傳統(tǒng)的單包接收(SPR)信道沖突模型提供的單包接收機制已經(jīng)越來越無法滿足人們的需求。而隨著信號處理，時空編碼以及天線MIMO技術(shù)的實現(xiàn)，多包接收(MPR)機制(即允許多個數(shù)據(jù)在信道MPR接收能力范圍內(nèi)可以同時成功傳輸)已經(jīng)成為當(dāng)前信道接入機制的研究熱點。近年來，國內(nèi)外學(xué)者分別根據(jù)同步MPR(僅允許數(shù)據(jù)傳輸同時開始)以及異步MPR技術(shù)(允許數(shù)據(jù)傳輸過程中有其他數(shù)據(jù)傳輸加入)對無線局域網(wǎng)及無線個域網(wǎng)的吞吐率優(yōu)化進行了研究，提出了一系列改進的信道接入策略，研究結(jié)果表明異步MPR相較于SPR以及同步MPR可以更有效的利用信道MPR接收能力，從而大大改善網(wǎng)絡(luò)吞吐率性能。盡管如此，已有針對IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)異步MPR吞吐率的優(yōu)化策略仍然沒有充分利用已知信道信息進行網(wǎng)絡(luò)用戶行為的指導(dǎo)，從而使得信道MPR接收能力的利用率存在不足。

因此，需要一種更加合理的IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)異步MPR吞吐率優(yōu)化方法對吞吐率性能作出進一步改善。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)異步MPR吞吐率概率發(fā)送優(yōu)化方法，通過增加異步多包接收能力r，CCA檢測閾值r_c以及信道內(nèi)正在通信節(jié)點數(shù)N，發(fā)送概率參數(shù)W四個參數(shù)，使得CSMA/CA算法支持異步多包接收概率接入策略，從而進一步提高信道利用率，以期達到改善網(wǎng)絡(luò)吞吐率性能的設(shè)計目標。

本發(fā)明提供了一種IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)異步MPR吞吐率優(yōu)化方法，包括IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)源節(jié)點根據(jù)信道MPR接收能力r預(yù)設(shè)的CCA檢測閾值r_c，節(jié)點檢測到當(dāng)前通信節(jié)點數(shù)大于r_c小于r時采取的數(shù)據(jù)發(fā)送概率p，發(fā)送概率參數(shù)W以及退避指數(shù)BE，其特征在于：網(wǎng)絡(luò)允許目的節(jié)點具有異步MPR能力(一個數(shù)據(jù)當(dāng)且僅當(dāng)其傳輸期間不被其他r-1個其他節(jié)點同時干擾即可成功接收)，通信節(jié)點退避結(jié)束執(zhí)行CCA，設(shè)置CCA檢測閾值r_c，當(dāng)檢測到的通信節(jié)點數(shù)N小于CCA檢測閾值r_c時發(fā)送數(shù)據(jù)包，當(dāng)N大于等于MPR接收能力r時增加退避指數(shù)BE進而再次退避，當(dāng)N大于等于檢測閾值r_c且小于MPR接收能力r時，節(jié)點以預(yù)設(shè)的發(fā)送概率p發(fā)送數(shù)據(jù)，否則增加退避指數(shù)BE進而再次退避，具體的實施過程包括：

S11.變量初始化，開始二進制指數(shù)退避算法，執(zhí)行S12；

S12.判斷當(dāng)前信道內(nèi)正在通信的節(jié)點數(shù)N是否小于網(wǎng)絡(luò)所設(shè)定的CCA檢測閾值r_c，若是，則執(zhí)行S121，否則執(zhí)行S13；

S121.發(fā)送數(shù)據(jù)分組，執(zhí)行S122；

S122.接收節(jié)點判斷數(shù)據(jù)包發(fā)送過程中是否同時被超過r—1個其他節(jié)點干擾，若不是，傳輸成功，否則傳輸失??；

S13.判斷當(dāng)前信道內(nèi)正在通信的節(jié)點數(shù)N是否小于網(wǎng)絡(luò)所設(shè)定的MPR接收能力值r，若是，則以發(fā)送概率p執(zhí)行S121，以退避概率1-p執(zhí)行S13，否則執(zhí)行S13；

S13.更新NB和BE，執(zhí)行S14；

S14.判斷退避次數(shù)是否大于最大退避次數(shù)，若是則丟棄數(shù)據(jù)包，否則執(zhí)行二進制指數(shù)退避后執(zhí)行S12。

進一步地，網(wǎng)絡(luò)接收節(jié)點具有異步MPR接收能力。

進一步地，網(wǎng)絡(luò)源節(jié)點設(shè)定CCA檢測閥值r_c，r_c大于等于1小于等于MPR接收能力r。

進一步地，當(dāng)檢測到的通信節(jié)點數(shù)N小于CCA檢測閾值r_c時發(fā)送數(shù)據(jù)包。

進一步地，當(dāng)N大于等于檢測閾值r_c且小于MPR接收能力r時，以發(fā)送概率p＝(r-N)/W(W為大于等于r-r_c的整數(shù))進行數(shù)據(jù)發(fā)送，以退避概率1-p增加BE值進行再次退避。

進一步地，當(dāng)檢測到的通信節(jié)點數(shù)N大于等于MPR接收能力值r時則增加BE值進行再次退避。

附圖說明

圖1示出了本發(fā)明方法(pMPR)算法流程圖。

圖2分別示出了IEEE802.15.4協(xié)議默認異步多包接收算法(AMPR)和本發(fā)明方法(pAMPR)網(wǎng)絡(luò)吞吐率隨不同CCA閾值r_c變化的曲線。

圖3分別示出了IEEE802.15.4協(xié)議默認異步多包接收算法(AMPR)和本發(fā)明方法(pAMPR)網(wǎng)絡(luò)可靠性隨不同CCA閾值r_c變化的曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(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)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的圍。

本發(fā)明提供了一種IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)異步MPR吞吐率優(yōu)化方法，包括IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)源節(jié)點根據(jù)信道MPR接收能力r預(yù)設(shè)的CCA檢測閾值r_c，節(jié)點檢測到當(dāng)前通信節(jié)點數(shù)大于r_c小于r時采取的數(shù)據(jù)發(fā)送概率p，發(fā)送概率參數(shù)W以及退避指數(shù)BE，其特征在于：網(wǎng)絡(luò)允許目的節(jié)點具有異步MPR能力(一個數(shù)據(jù)當(dāng)且僅當(dāng)其傳輸期間不被其他r-1個其他節(jié)點同時干擾即可成功接收)，通信節(jié)點退避結(jié)束執(zhí)行CCA，設(shè)置CCA檢測閾值r_c，當(dāng)檢測到的通信節(jié)點數(shù)N小于CCA檢測閾值r_c時發(fā)送數(shù)據(jù)包，當(dāng)N大于等于MPR接收能力r時增加退避指數(shù)BE進而再次退避，當(dāng)N大于等于檢測閾值r_c且小于MPR接收能力r時，節(jié)點以預(yù)設(shè)的發(fā)送概率p發(fā)送數(shù)據(jù)，否則增加退避指數(shù)BE進而再次退避，具體的實施過程包括：

S11.變量初始化，開始二進制指數(shù)退避算法，執(zhí)行S12；

S12.判斷當(dāng)前信道內(nèi)正在通信的節(jié)點數(shù)N是否小于網(wǎng)絡(luò)所設(shè)定的CCA檢測閾值r_c，若是，則執(zhí)行S121，否則執(zhí)行S13；

S121.發(fā)送數(shù)據(jù)分組，執(zhí)行S122；

S122.接收節(jié)點判斷數(shù)據(jù)包發(fā)送過程中是否同時被超過r—1個其他節(jié)點干擾，若不是，傳輸成功，否則傳輸失?。?/p>

S13.判斷當(dāng)前信道內(nèi)正在通信的節(jié)點數(shù)N是否小于網(wǎng)絡(luò)所設(shè)定的MPR接收能力值r，若是，則以發(fā)送概率p執(zhí)行S121，以退避概率1-p執(zhí)行S13，否則執(zhí)行S13；

S13.更新NB和BE，執(zhí)行S14；

S14.判斷退避次數(shù)是否大于最大退避次數(shù)，若是則丟棄數(shù)據(jù)包，否則執(zhí)行二進制指數(shù)退避后執(zhí)行S12。

作為優(yōu)選方案，網(wǎng)絡(luò)接收節(jié)點具有異步MPR接收能力。

作為優(yōu)選方案，網(wǎng)絡(luò)源節(jié)點設(shè)定CCA檢測閥值r_c，r_c大于等于1小于等于MPR接收能力r。

作為優(yōu)選方案，當(dāng)檢測到的通信節(jié)點數(shù)N小于CCA檢測閾值r_c時發(fā)送數(shù)據(jù)包。

作為優(yōu)選方案，當(dāng)N大于等于檢測閾值r_c且小于MPR接收能力r時，以發(fā)送概率p＝(r-N)/W(W為大于等于r-r_c的整數(shù))進行數(shù)據(jù)發(fā)送，以退避概率1-p增加BE值進行再次退避。

作為優(yōu)選方案，當(dāng)檢測到的通信節(jié)點數(shù)N大于等于MPR接收能力值r時則增加BE值進行再次退避。

本發(fā)明采用了Matlab仿真軟件對默認參數(shù)設(shè)置的異步多包IEEE 802.15.4協(xié)議(AMPR)和本發(fā)明方法(pAMPR)進行實施比較。實施比較基于星型單跳網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，設(shè)置超幀參數(shù)BO＝SO＝10，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點數(shù)N為20，多包能力r為5，發(fā)送概率參數(shù)W為8，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)處于飽和狀態(tài)，所有源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包的包長服從期望為100個字節(jié)的幾何分布，每次仿真時長500個超幀。

圖2示出了默認參數(shù)設(shè)置的異步多包IEEE 802.15.4協(xié)議(AMPR)和本發(fā)明方法(pAMPR)CCA檢測閾值r_c分別設(shè)置為1至5時網(wǎng)絡(luò)的歸一化吞吐量。從圖中可以看出，當(dāng)CCA檢測閾值r_c較小時，本發(fā)明方法在吞吐率指標上有較大提升，而當(dāng)CCA檢測閾值r_c較大時，由于額外接入概率p越來越小，導(dǎo)致吞吐率差異變小。

圖3示出了默認參數(shù)設(shè)置的異步多包IEEE 802.15.4協(xié)議(AMPR)和本發(fā)明方法(pAMPR)CCA檢測閾值r_c分別設(shè)置為1至5時網(wǎng)絡(luò)的可靠性。從圖中可以看出，當(dāng)CCA檢測閾值r_c較小時，本發(fā)明方法在可靠性指標上有所提升。

結(jié)合圖2以及圖3結(jié)果可知，本發(fā)明方法通過在異步多包的基礎(chǔ)上引入額外接入概率使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的信道接入更加適應(yīng)于信道使用狀況和信道MPR接收能力，進而有效地改善了網(wǎng)絡(luò)的吞吐率和可靠性。