CN101873710A - 基于ieee802.15.4标准的非槽道方式csma-ca算法的优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于IEEE802.15.4的非槽道方式CSMA-CA算法的优化方法,引入了优先发送权级别的设置,使发送节点数据帧能一次性发完,减少信道竞争使用的节点,以及竞争带来延时的信道浪费;将ACK应答的接收纳入算法流程,判断发送的成功和失败,使通信过程更加完整;取消信道被占用期间,避免非竞争使用的退避次数增加,减少导致容易出现发送失败的几率,将一对一的有效载荷传输率从最高120kb/s提高到最高180kb/s,并且在多节点同时发送请求下,有效载荷传输率也能达到150kb/s以上,大幅度提升了信道的有效利用率。
Description
技术领域
本发明属于无线通信领域,涉及一种基于IEEE802.15.4标准的非槽道方式CSMA-CA算法的优化方法。
背景技术
CSMA-CA(带有冲突避免的载波监听多路访问)算法指的是在多个节点同时尝试通信时判优射频通道使用,避免信道之间相互碰撞的算法协议。在不同应用条件的标准协议下,其算法流程也会有所不同。
IEEE802.15.4标准的CSMA-CA的算法工作流程分为两种方式:槽道方式(slotted)和非槽道方式(unslotted)。如图1所示,为IEEE 802.15.4标准CSMA-CA算法流程图。在实际使用中,根据使用情况一般只能确定使用其中一种。
槽道方式slotted:必须有协调器发出信标帧进行同步,相互竞争随后的时间片的信道使用,信标帧中也还指定一些时间片的具体使用,但必须先有节点提出申请。这种方式虽然一定程度上可以合理利用信道,但对于突发性和随机性的传输要求无法及时执行,信道的利用率也并不高。
非槽道方式unslotted:随时进入信道使用的竞争,适用于传输具有突发性和随机性的普通分组数据,在实际使用上较为常用。
但是在使用射频信号通信的一对多无线监控系统中,若使用传统的IEEE802.15.4标准的非槽道方式CSMA-CA算法,当多个节点同时都需要发送较多数据包时,每个节点的数据都进行突发性随机发送,冲突的发生和重传的概率就快速上升,信道的有效传输效率下降,由于不能及时将数据包送出,造成需发送数据的节点增加,竞争更加激烈,恶性循环,传输效率更加下降,数据累计导致系统反应迟钝甚至瘫痪。为此,本发明人针对IEEE802.15.4标准的非槽道方式CSMA-CA算法提供了一种优化方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于IEEE802.15.4标准的非槽道方式CSMA-CA算法的优化方法,以使当多个节点同时都需要发送较多数据包时,能有效地降低冲突的发生,保证信道的有效传输效率,大幅度提升信道的有效利用率。
本发明为一种基于EEE802.15.4的非槽道方式CSMA-CA算法的优化方法,当某节点需要发送数据帧,进入非槽道方式CSMA-CA算法,包括以下几个步骤:
(1)初始化退避次数值为0,将退避随机限定指数设置为系统设定的最小值;
(2)执行CCA检测,判断当前信道是否空闲,若非空闲状态则继续执行CCA检测;若为空闲状态,则判断是否具有第1优先发送权,若具有第1优先发送权,则跳转到步骤5;若不具有第1优先发送权,则进入步骤3;
(3)延时一个后退周期,继续执行CCA检测,判断当前信道是否空闲,非空闲状态跳转到步骤2;若为空闲状态,则判断是否具有第2优先发送权,若具有第2优先发送权,则跳转到步骤5;若不具有第2优先发送权,则进入步骤4;
(4)延时由退避随机限定指数所限定产生的随机数个后退周期,继续执行CCA检测,判断当前信道是否空闲,非空闲状态跳转到步骤8;若为空闲状态,则进入步骤5;
(5)进入发送状态,将数据帧送出;
(6)数据帧送出后,与主机确认当前送出的数据帧是否需要回应ACK应答,若不需要则认为当前的数据帧发送成功;若需要则限时等待接收ACK应答,超时没有收到ACK应答,则认为当前数据帧发送请求失败;若限时收到ACK应答,则认为当前的数据帧发送成功;
(7)判断当前是否还有数据帧需要发送,若有则跳转到步骤5;否则跳转至步骤9;
(8)退避次数值加1,退避随机限定指数加1,判断若该退避随机限定指数已为最大值则不需累加,判断该退避次数值是否超过最大预设值,没有则跳转到步骤2,否则认为当前数据帧发送请求失败;
(9)发送结束。
上述的第1优先发送权是指接收到的数据帧规定需求发送回应ACK,具有第1优先发送权;当前正在发送数据帧者,当判断成功发送当前数据帧后,并且还有数据帧要求发送的,也具有第1优先发送权。
上述的第2优先发送权是指当前收到非广播数据帧者,在收到数据帧后(需ACK应答的,指送完ACK后)的一个退后周期内,如有数据帧需要发送,则具有第2优先发送权,超过一个后退周期则自动降到不具有优先发送级别;数据帧的ACK应答,也具有第1优先发送权,其发送者同第2优先发送权。
使用了该算法因为引入了优先发送权级别的设置,使发送节点数据帧能一次性发完,减少信道竞争使用的节点,以及竞争带来延时的信道浪费;将ACK的接收纳入算法流程,判断发送的成功和失败,使通讯过程更加完整;取消信道被占用期间,非竞争使用的退避次数增加,减少导致容易出现发送失败的几率。将一对一的有效载荷传输率(只计算802.15.4协议中有效载荷部分)从最高120kb/s提高到最高180kb/s,并且在多节点同时发送请求下,有效载荷传输率也能达到150kb/s以上。在同等条件下大幅度提升信道的有效利用率。
附图说明
图1为原IEEE 802.15.4 CSMA-CA算法流程图;
图2为本发明的IEEE802.15.4的非槽道方式的CSMA-CA算法流程图。
以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步详述。
具体实施方式
如图2所示,本发明为一种基于IEEE802.15.4的非槽道方式CSMA-CA算法的优化方法,当某节点需要发送数据帧,为了获取信道的使用权,进入非槽道方式CSMA-CA算法:
1、初始化退避次数值NB为0,将退避随机限定指数BE设置为系统设定的最小值;
2、执行CCA检测,判断当前信道是否空闲,若非空闲状态则继续执行CCA检测;若为空闲状态,则判断是否具有第1优先发送权,若具有第1优先发送权,则跳转到步骤5;若不具有第1优先发送权,则进入步骤3;
3、延时一个后退周期,继续执行CCA检测,判断当前信道是否空闲,非空闲状态跳转到步骤2;若为空闲状态,则判断是否具有第2优先发送权,若具有第2优先发送权,则跳转到步骤5;若不具有第2优先发送权,则进入步骤4;
4、延时由退避随机限定指数BE所限定产生的随机数个后退周期,继续执行CCA检测,判断当前信道是否空闲,非空闲状态跳转到步骤8;若为空闲状态,则进入步骤5;
5、进入发送状态,将数据帧送出;
6、数据帧送出后,与主机确认当前送出的数据帧是否需要回应ACK应答,若不需要则认为当前的数据帧发送成功;若需要则限时等待接收ACK应答,超时没有收到ACK应答,则认为当前数据帧发送请求失败;若限时收到ACK应答,则认为当前的数据帧发送成功;
7、判断当前是否还有数据帧需要发送?若有则跳转到步骤5;若没有则跳转至步骤9;
8、退避次数值NB加1,退避随机限定指数BE加1,判断若该退避随机限定指数BE已为最大值则不需累加,判断该退避次数值NB是否超过最大预设值,没有超过则跳转到步骤2,否则认为当前数据帧发送请求失败;
9、发送结束。
上述的第1优先发送权是指接收到的数据帧规定需求发送ACK应答,具有第1优先发送权;当前正在发送数据帧者,当判断成功发送当前数据帧后,并且还有数据帧要求发送的,也具有第1优先发送权。
上述的第2优先发送权是指当前收到非广播数据帧者,在收到数据帧后(需ACK应答的,指送完ACK后)的一个退后周期内,如有数据帧需要发送,则具有第2优先发送权,超过一个后退周期则自动降到不具有优先发送级别;数据帧的ACK应答,也具有第1优先发送权,其发送者同第2优先发送权。
由于本发明引入了优先发送权级别的设置,使发送节点数据帧能一次性发完,减少信道竞争使用的节点,以及竞争带来延时的信道浪费;将ACK的接收纳入算法流程,判断发送的成功和失败,使通讯过程更加完整;取消信道被占用期间,避免非竞争使用的退避次数增加,减少导致容易出现发送失败的几率。将一对一的有效载荷传输率(只计算802.15.4协议中有效载荷部分)从最高120kb/s提高到最高180kb/s,并且在多节点同时发送请求下,有效载荷传输率也能达到150kb/s以上。在同等条件下大幅度提升信道的有效利用率。
Claims (2)
1.本发明为一种基于IEEE802.15.4的非槽道方式CSMA-CA算法的优化方法,当某节点需要发送数据帧,进入非槽道方式CSMA-CA算法,其特征在于包括以下几个步骤:
(1)初始化退避次数值为0,将退避随机限定指数设置为系统设定的最小值;
(2)执行CCA检测,判断当前信道是否空闲,若非空闲状态则继续执行CCA检测;若为空闲状态,则判断是否具有第1优先发送权,若具有第1优先发送权,则跳转到步骤5;若不具有第1优先发送权,则进入步骤3;
(3)延时一个后退周期,继续执行CCA检测,判断当前信道是否空闲,非空闲状态跳转到步骤2;若为空闲状态,则判断是否具有第2优先发送权,若具有第2优先发送权,则跳转到步骤5;若不具有第2优先发送权,则进入步骤4;
(4)延时由退避随机限定指数所限定产生的随机数个后退周期,继续执行CCA检测,判断当前信道是否空闲,非空闲状态跳转到步骤8;若为空闲状态,则进入步骤5;
(5)进入发送状态,将数据帧送出;
(6)数据帧送出后,与主机确认当前送出的数据帧是否需要回应ACK应答,若不需要则认为当前的数据帧发送成功;若需要则限时等待接收ACK应答,超时没有收到ACK应答,则认为当前数据帧发送请求失败;若限时收到ACK应答,则认为当前的数据帧发送成功;
(7)判断当前是否还有数据帧需要发送,若有则跳转到步骤5;否则跳转至步骤9;
(8)退避次数值加1,退避随机限定指数加1,判断若该退避随机限定指数已为最大值则不需累加,判断该退避次数值是否超过最大预设值,没有则跳转到步骤2,否则认为当前数据帧发送请求失败;
(9)发送结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于IEEE802.15.4的非槽道方式CSMA-CA算法的优化方法,其特征在于:所述的第1优先发送权是指接收到的数据帧规定需求发送ACK应答的,具有第1优先发送权;当前正在发送数据帧者,当判断成功发送当前数据帧后,并且还有数据帧要求发送的,也具有第1优先发送权;
所述的第2优先发送权是指当前收到非广播数据帧的,在收到数据帧后的一个退后周期内,需ACK应答的则指送完ACK应答后,如有数据帧需要发送,则具有第2优先发送权,超过一个后退周期则自动降到不具有优先发送级别;数据帧的ACK应答,也具有第1优先发送权,其发送者同第2优先发送权。
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