CN103260248B

CN103260248B - 一种信道接入调度方法及接入调度控制器

Info

Publication number: CN103260248B
Application number: CN201310200187.5A
Authority: CN
Inventors: 王浩; 张琪; 别朋召; 王平; 魏旻; 王一帆
Original assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Current assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: CN103260248A

Abstract

本发明提供一种信道接入调度方法及网络接入调度控制器。由网络中网络控制器的位置确定各节点的方位和距离，以网络控制器为中心将各节点划分在多个区域内，距离作为节点启动退避的标识；根据划分的区域个数网络控制器分配相应个数的竞争窗口和退避指数的值，并进行分级，再将区域与级别随机映射；网络控制器判断网络中是否存在具有服务质量需求的节点数据，若存在，当此节点所在区域对应的是最高级的一组值时，则将距离置0后执行信道接入操作；当此节点区域对应的不是最高级一组值时，将其置为最高级并将距离置0后再执行信道接入操作。若不存在，各区节点执行信道接入操作。本发明能够在满足Qos的情况下降低数据碰撞的概率和减少了重传的次数。

Description

一种信道接入调度方法及接入调度控制器

技术领域

本发明涉及网络技术领域，具体涉及一种信道接入调度方法。

背景技术

无线传感器网络中，节点采用基于时隙的带冲突避免的载波侦听多址（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance，简称为“CSMA/CA”）机制接入信道，当网络规模较大时数据碰撞和数据重传的概率会随之变大，且在GB/T15629.15-2010标准中，不支持Qos服务需求，因此需要对网络中节点信道接入机制进行合理调度，并加入能够支持Qos需求的机制，以达到在满足Qos需求的情况下降低数据碰撞和数据重传的概率。

在现有技术中，针对无线传感器网络提出了一种在信标使能的模式下支持Qos的CSMA/CA信道接入机制，该方法是采用高斯分布的退避策略，高优先级和低优先级的数据包的退避时间分别服从高斯分布和，其中m和σ分别为均值和方差。将0到（2^BE-1）分成若干个小区间，要求每个小区间能够刚好满足和的分布，节点将从第一个小区间开始按照其优先级确定其退避时间，接入信道失败就继续道第二个小区间进行退避，依此类推，直到接入信道为止。

发明内容

本发明针对现有技术在GB/T15629.15-2010标准中，不支持Qos服务需求，提供一种信道接入调度方法，能够降低数据碰撞的概率和减少了重传的次数。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：提供一种信道接入调度方法，包括：根据网络中网络控制器位置确定各节点的方位和距离，并将网络分区，网络控制器根据分区个数分配多组（CW,BE）值，并将（CW,BE）分级，各区域与（CW,BE）值随机映射，其中距离作为退避启动标识；网络控制器判断网络中是否存在具有Qos需求的节点数据，若存在，当所述节点所在区域对应的是最高级的一组（CW,BE）值时，则将距离置0后执行信道接入操作；当所述节点所在区域对应的不是最高级一组(CW,BE)值时，将节点的(CW,BE)值置为最高级并将距离置0后再执行信道接入操作；或者，若不存在，按所述映射关系执行信道接入操作。

所述网络为星型拓扑结构，且以所述网络控制器为中心。所述网络分区是由网络控制器根据节点所在的方位所分配的，并将节点短地址与区域号形成对应的区域表。所述（CW,BE）值由所述网络控制器分配，且由网络控制器将分配的（CW,BE）值进行分级，并将等级与所述划分区域随机映射，形成随机映射表。所述网络控制器将同一区域内的节点距离与节点短地址对应形成距离表，然后所述网络控制器将区域表、映射表和距离表按对应关系形成关系表，再将关系表广播给网络中节点。

所述距离作为退避启动标识，包括：根据所述同一区域内节点到所述网络控制器的距离不尽相同，将所述距离作为退避启动的标识，同一区域内节点退避启动时间也会不同；所述执行信道接入操作是按关系表中对应的（CW,BE）值执行二进制指数退避算法接入信道。

本发明还提供一种网络接入调度控制器，包括：地理信息处理模块，用于处理各节点的方位和距离信息，形成区域表和距离表；随机映射处理模块，用于分配区域数个（CW,BE）值，并划分等级，将区域号与等级随机映射形成随机映射表；映射关系处理模块，用于将区域表、映射表和距离表按对应关系形成一个总的关系表；Qos处理模块，用于判断网络中是否存在具有Qos需求的节点数据，根据存在与否进行信道接入操作。

所述区域表是由网络控制器根据节点方位划分的区域号与节点短地址对应的表；所述距离表是由网络控制器根据同一块区域内的节点距离大小与节点短地址形成的表；所述总的关系表是由区域表、距离表、随机映射表按照其关系形成的表。所述网络中是否存在具有Qos需求的节点数据，根据存在与否进行信道接入操作，包括：若存在，网络控制器检查关系表中所述节点的区域号对应的等级是否为最高级，若是，则将距离置0后执行信道接入操作；若不是，网络控制器将所述节点等级置为最高级并将距离置为0后再执行信道接入操作；若不存在，按照关系表执行信道接入操作。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的信道接入调度方法、网络控制器及节点，在接入数据较多的情况下能够降低数据碰撞概率和减少重传次数，并能够满足数据的Qos需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为本发明实施例一提供的信道接入调度方法的流程示意图；

图2为本发明实施例二信道接入调度方法的流程图；

图3为本发明实施例中网络拓扑结构示意图；

图4为本发明实施例中映射关系示意图；

图5为本发明实施例三提供的网络控制器的结构示意图；

图6为发明实施例四提供的节点的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一提供的信道接入调度方法的流程示意图。本实施例信道接入调度方法应用于无线传感器网络中，网络拓扑结构为以网络控制器为中心的星型拓扑结构，网络控制器构造关系表，判断网络中是否存在具有Qos需求的节点数据，然后对关系表进行修改再执行信道接入操作，具体的，如图1所示，本实施例方法可包括如下步骤：

步骤101、由网络中网络控制器位置确定各节点方位和距离，并将网络分区，网络控制器根据分区个数分配多组（CW,BE）值，并将（CW,BE）分级，各区域与（CW,BE）值随机映射，其中距离作为退避启动标识；

步骤102、网络控制器判断网络中是否存在具有Qos需求的节点数据，若存在，当此节点所在区域对应的是最高级的一组（CW,BE）值时，则将距离置0后执行信道接入操作；当此节点所在区域对应的不是最高级一组(CW,BE)值时，将节点的(CW,BE)值置为最高级并将距离置0后再执行信道接入操作；

步骤103、若不存在，按映射关系执行信道接入操作。

本实施例中，网络控制器根据定位算法确定各节点的方位和距离，网络控制器可根据方位信息将节点划分为不同的区域，这样，每个节点短地址都会对应一个区域号，每个节点短地址同时会对应其相对网络控制器的距离，这样，就形成了一个区域号、节点短地址、距离对应的表。网络控制器完成上述操作后，根据CSMA/CA算法分配区域个数组（CW,BE）值，并将多组（CW,BE）值按CW、BE越小等级越高的原则分级，在将等级与区域号随机映射，这样就通过等级与区域号的对应关系将节点短地址、距离、（CW,BE）联系起来，形成了一个总的关系表。

本领域技术人员可以理解，网络控制器将关系表下发给网络中的节点，节点根据短地址查找自己的所对应的距离和（CW,BE）值，根据距离大小确定启动时间再按二进制指数退避算法执行接入信道操作。若存在需要满足Qos需求的节点数据，修改关系表中的信息以保证该节点（CW,BE）值等级最高，且将距离信息调整为0后执行信道接入操作。

本发明实施例提供的信道接入调度方法，可在网络中存在多个节点需要与网络控制器进行数据交互的情况下，尽量的避免数据碰撞和减小重传的概率，并且能够对某个需要快速交互的节点（即满足Qos需求）进行调整以达到快速接入信道的目的。

图2为本发明实施例二信道接入调度方法的流程图；图3为本发明实施例中网络拓扑结构示意图；图4为本发明实施例中映射关系示意图。如图2所示，本实施例的方法可以包括：

步骤201、网络中网络控制器根据自身位置信息确定各节点的方位和距离，将区域划分为4块，形成区域号、距离和节点短地址的关系表；

步骤202、网络控制器分配4组(CW,BE)的值，将4组(CW,BE)划分等级，与划分区域随机映射，形成总的关系表；

步骤203、判断网络中是否存在具有Qos需求的节点数据，存在则执行步骤205，否则执行步骤204；

步骤204、根据关系表中节点对应的(CW,BE)值和距离确定启动时间和退避时间；

步骤205、判断具有Qos需求的节点关系表中是否对应最高级（CW,BE）值，是则执行步骤207，否则，执行步骤206；

步骤206、将具有Qos需求节点(CW,BE)置为高等级的值，并将距离置0；

步骤207、根据关系表中对应的(CW,BE)值确定启动时间和退避时间，并将距离置0；

步骤208、信道接入操作。

上述步骤201中，网络控制器根据节点方位将区域划分为4块，区域号分别为：I、II、III、IV，将区域号与节点短地址和节点距离形成表，即为所述区域表和距离表。

上述步骤202中，网络控制器分配4组（CW,BE）值，如（2,3）、（2,5）、（3,3）、（3,5）,然后网络控制器根据CW、BE越小等级越高的原则将4组（CW,BE）分级，形成等级和（CW,BE）的对应表，（2,3）为A级，（3,3）为B级，（2,5）为C级，（3,5）为D级，再将级别A、B、C、D与区域号随机映射，这样形成总的关系表。

上述步骤203中，若需要快速获得某个节点的数据，网络控制器判断此节点具有Qos需求节点，则执行步骤205，若网络中没有需要快速交互需求的节点，则执行步骤204。

上述步骤204中，距离做为退避启动时间，退避时间按节点对应的（CW,BE）进行二进制指数退避，通过不同的启动时间和退避时间的随机性，能够有效的避免碰撞。

上述步骤205中，网络控制器和节点对关系表进行查询，若关系表中节点所在区域对应的等级为最高级，则执行步骤207，若关系表中节点所在区域对应的等级不为最高级，则执行步骤206。

上述步骤206和208中，将此节点对应的（CW,BE）修改为最高级时的值，并且将此节点距离置为0，使其启动时间靠前，并能通过较小的CW和BE值使退避时间较小而快速的接入信道。

上述步骤207和208中，直接按照关系表中对应的值进行信道接入操作。

本实施例中，图3为本发明实施例中网络拓扑结构示意图，其中，网络控制器将网络分为4块区域，本领域技术人员可以理解，实际应用中网络控制器可以根据需要将网络分为3块或4或5块。

本实施例中，图4为本发明实施例中映射关系示意图，节点短地址、区域号和节点相对网络控制器距离是绑定的，等级与（CW,BE）是绑定的，本领域技术人员可以理解，在区域号与等级随机映射的时，区域中的节点相应的就和（CW,BE）形成映射关系。

本实施例中信道接入调度方法可适用于对网络中的部分节点进行数据上传有特殊要求的无线传感器网络中，例如网络中需要快速的与特定的节点进行数据交互，需要使其快速接入信道，而尽可能的不发生数据碰撞和重传。具体地，本实例可适用于智能家居的无线传感器网络中，由于智能家居环境下对节点的访问具有随机性和不确定性，例如对灯泡的开关进行控制，就需要快速的进行数据交互，并且保证整个网络系统不会因此而发生数据碰撞。因此，采用本实施例技术方案，能够在满足Qos需求的情况下尽可能的降低数据碰撞和重传的概率。

本实施例中，当同一区域内节点相对网络控制器的距离相同，即节点同时启动退避，由于退避算法具有随机性，本领域技术人员可以理解，实际应用中节点同时启动退避退避期的大小相同的概率非常小，即数据发生碰撞的概率很低。

本实施例中，信道接入过程仍然采用GB/T15629.15-2010标准中的CSMA/CA机制接入信道，只是其初始化的退避指数BE和竞争窗口CW都按本方案中设置的进行。

图5为本发明实施例三提供的网络控制器的结构示意图。如图5所示，本实施例网络控制器包括地理信息处理模块501、随机映射处理模块502、映射关系处理模块503和Qos处理模块504，其中：

地理信息处理模块501，用于处理各节点的方位和距离信息，形成区域表和距离表；

随机映射处理模块502，用于分配区域数个（CW,BE）值，并划分等级，将区域号与等级随机映射形成随机映射表；

映射关系处理模块503，用于将区域表、映射表和距离表按对应关系形成一个总的关系表；

Qos处理模块504，用于判断网络中是否存在具有Qos需求的节点数据，根据存在与否进行信道接入操作。

本实施例中，各节点的方位和距离信息是通过定位算法确定，例如基于AOA的定位算法和基于RSSI的定位算法。

本实施例中，具有Qos需求的节点数据可以是一个或多个。

本实施例中，上述的随机映射处理模块502，具体可由人为设置多组（CW、BE）值并设置等级，随机映射是为了体现公平性。

本实施例网络控制器可实现上述图1或图2所示方法实施例的各功能步骤，其具体实现可参见上述本发明方法实施例说明，再次不再赘述。

图6为发明实施例四提供的节点的结构示意图。如图6所示，本实施例节点可包括通信模块601、存储模块602和处理模块603，其中：

通信模块601，用于网络中数据通信；

存储模块602，用于存储关系表；

处理模块603，用于处理节点具有Qos需求时的信道接入操作。

本实施例节点可为上述图5所示网络控制器所在无线传感器网络中的节点，其可以在网络中需交互数据节点较多时根据Qos需求执行退避操作降低数据碰撞概率，其具体实现可参见上述本发明方法实施例的说明。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种信道接入调度方法，其特征在于，包括：根据网络中网络控制器位置确定各节点的方位和距离，并将网络分区，网络控制器根据分区个数分配多组(CW,BE)值，并将(CW,BE)分级，各网络分区与(CW,BE)值随机映射，形成随机映射表，其中，距离作为退避启动标识；网络控制器判断网络中是否存在具有Qos需求的节点数据，若存在，当所述节点所在区域对应的是最高级的一组(CW,BE)值时，则将距离置0后执行信道接入操作；当所述节点所在区域对应的不是最高级一组(CW,BE)值时，将节点的(CW,BE)值置为最高级并将距离置0后再执行信道接入操作；若不存在具有Qos需求的节点数据，按所述映射关系执行信道接入操作，其中，BE为退避指数，CW为竞争窗口。

2.根据权利要求1所述的信道接入调度方法，其特征在于，所述网络分区是由网络控制器根据节点所在的方位所分配的，并将节点短地址与区域号形成对应的区域表。

3.根据权利要求1所述的信道接入调度方法，其特征在于，所述网络控制器将同一区域内的节点距离与节点短地址对应形成距离表，然后所述网络控制器将区域表、映射表和距离表按对应关系形成关系表，再将关系表广播给网络中节点。

4.根据权利要求1所述的信道接入调度方法，其特征在于，将所述距离作为退避启动的标识，分别对应同一区域内节点不同的退避启动时间。

5.根据权利要求1所述的信道接入调度方法，其特征在于，执行信道接入操作具体为：按关系表中对应的(CW,BE)值执行二进制指数退避算法接入信道。

6.一种网络信道接入调度控制器，其特征在于，包括：地理信息处理模块，用于处理各节点的方位和距离信息，形成区域表和距离表；随机映射处理模块，用于分配区域数个(CW,BE)值，并划分等级，将区域号与等级随机映射形成随机映射表；映射关系处理模块，用于将区域表、映射表和距离表按对应关系形成一个总的关系表；Qos处理模块，用于判断网络中是否存在具有Qos需求的节点数据，根据存在与否进行信道接入操作，其中，BE为退避指数，CW为竞争窗口。

7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述区域表是由网络控制器根据节点方位划分的区域号与节点短地址对应的表；所述距离表是由网络控制器根据同一块区域内的节点距离大小与节点短地址形成的表；所述总的关系表是由区域表、距离表、随机映射表按照其关系形成的表。

8.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，根据存在与否进行信道接入操作，具体包括：若网络中存在具有Qos需求的节点数据，网络控制器检查关系表中所述节点的区域号对应的等级是否为最高级，若是，则将距离置0后执行信道接入操作；若不是，网络控制器将所述节点等级置为最高级并将距离置为0后再执行信道接入操作；若不存在具有Qos需求的节点数据，按照关系表执行信道接入操作。