CN105657855B - 无线信道访问控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线信道访问控制方法，无线信道内包含一个网关及若干个节点，该控制方法包括：节点得到自身的分组序列Cnode；网关发送的同步信标帧包括当前信标周期允许节点发送消息的分组序列号Cid，所述Cid按循环递增算法或随机算法在每次发送同步信标帧时更新；节点在每个信标周期通过循环递增算法更新一次本地的Cid，当节点接收同步信标帧时，将本地的Cid更新为该同步信标帧内的Cid，若Cnode等于该同步信标帧内的Cid，则在当前信标周期内向网关发送消息，反之，则根据循环递增算法推算下一次向网关发送消息的时间。本发明有效解决了无线信道中节点接入数量和节点消息冲突之间的矛盾。

Description

无线信道访问控制方法
技术领域
本发明涉及无线传感器网络传输领域。更具体地说，本发明涉及一种无线信道访问控制方法。
背景技术
在低速率无线传感器网络里，有许多节点和单个网关保持着连接(网关和节点处于同一个通信频段)。为了在保证网络整体服务质量的基础上，提升可接入单个网关的节点数量，就需要对节点的无线信道访问权限加以控制。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是针对无线传感器网络中单个网关的节点接入数量和节点消息冲突几率之间的矛盾，提供了一种对节点的无线信道访问权限加以控制的方法。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种无线信道访问控制方法，无线信道内包含一个网关及若干个节点，任意一个节点匹配唯一标识序列号UUID，所述网关相邻两次发送同步信标帧的时间即为一个信标周期，所述同步信标帧储存有分组最大数量Cmax和当前允许访问信道的分组的序列号Cid，所述节点相邻两次接收同步信标帧的时间即为一个同步周期，所述同步周期是所述信标周期的整数倍，所述控制方法包括：
S1、任意一个节点根据唯一标识序列号UUID得到自身的分组序列Cnode；
S2、所述网关每次发送的Cid按循环递增算法或随机算法在每次发送同步信标帧时更新；
S3、节点在每个信标周期通过步骤S2中的循环递增算法更新一次本地缓存的Cid，当节点接收同步信标帧时，节点将本地存放的Cid更新为该同步信标帧内的Cid，若Cnode等于该同步信标帧内的Cid，则在当前信标周期内向网关发送消息，反之，则根据循环递增算法推算下一次向网关发送消息的时间。
优选地，所述步骤S2具体为：采用散列算法将UUID生成无符号双字节16位整型的短标识序列号SUUID，将SUUID除以Cmax的余数作为Cnode。
优选地，所述节点发送的消息分为紧急消息和非紧急消息，所述非紧急消息只能在Cnode等于当前同步信标帧内的Cid时发送，所述紧急消息不受Cid的限制。
优选地，所述循环递增算法为：上一个信标周期的Cid+1除以Cmax的余数即为本次信标周期的Cid。
优选地，所述随机算法为：任选一个分组作为本次信标周期的Cid。
优选地，当所述网关更新节点分组的最大数量Cmax时，节点在接收同步信标帧后将本体缓存的Cmax更新为网关更新的Cmax，并相应地改变循环递增算法中的参数Cmax。
本发明的有益效果
本发明有效解决了无线信道中节点接入数量和节点消息冲突之间的矛盾，通过采用循环递增算法决定当前周期内允许发送消息的节点分组，能够避免多个节点想要发送消息的冲突，本发明进一步地增加随机算法，避免了节点数量过多时需要等待过长时间才能发送消息的问题，而网关采用随机算法带来的影响，可在下一次节点接收同步信标帧时消除。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
一种无线信道访问控制方法，无线信道内包含一个网关及若干个节点，任意一个节点匹配唯一标识序列号UUID，所述网关相邻两次发送同步信标帧的时间即为一个信标周期，所述同步信标帧储存有分组最大数量Cmax和当前允许访问信道的分组的序列号Cid，所述节点相邻两次接收同步信标帧的时间即为一个同步周期，所述同步周期是所述信标周期的整数倍，所述控制方法包括：
S1、任意一个节点根据唯一标识序列号UUID得到自身的分组序列Cnode；
S2、所述网关每次发送的Cid按循环递增算法或随机算法在每次发送同步信标帧时更新；
S3、节点在每个信标周期通过步骤S2中的循环递增算法更新一次本地缓存的Cid，当节点接收同步信标帧时，节点将本地存放的Cid更新为该同步信标帧内的Cid，若Cnode等 于该同步信标帧内的Cid，则在当前信标周期内向网关发送消息，反之，则根据循环递增算法推算下一次向网关发送消息的时间。
所述步骤S2具体为：采用散列算法将UUID生成无符号双字节16位整型的短标识序列号SUUID，将SUUID除以Cmax的余数作为Cnode。
所述节点发送的消息分为紧急消息和非紧急消息，所述非紧急消息只能在Cnode等于当前同步信标帧内的Cid时发送，所述紧急消息不受Cid的限制。
所述循环递增算法为：上一个信标周期的Cid+1除以Cmax的余数即为本次信标周期的Cid。
所述随机算法为：任选一个分组作为本次信标周期的Cid。
当所述网关更新节点分组的最大数量Cmax时，节点在接收同步信标帧后将本体缓存的Cmax更新为网关更新的Cmax，并相应地改变循环递增算法中的参数Cmax。
实施例1
在一个无线信道节点和网关各自维护分组信息，并通过周期性的同步信标帧来同步分组信息。分组信息主要包括“分组最大数量Cmax”和“当前允许访问信道的分组序列号Cid”。分组信息被放置在网关周期性发送的信标帧中，同时节点也会存放一份。
在网关侧分组信息的维护方式为，“分组最大数量Cmax”由配置文件决定，“当前允许访问信道的分组序列号Cid”通过递增算法“(Cid+1)％Cmax”和随机算法“Randid”来更新
在节点侧分组信息的维护方式为，通过接收网关周期性发送的信标帧，并解析出“分组最大数量Cmax”和“当前允许访问信道的分组序列号Cid”来更新节点本地存放的分组信息。另外，如果节点没有接收到网关周期性发送的信标帧，节点也会按照递增算法“(Cid+1)％Cmax”来更新本地存放的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”。“(Cid+1)％Cmax”是一种循环递增算法，取值范围为[0,Cmax-1]，这里表示网关在每一次的同步信标帧里按照算法来更新Cid。
分组信息主要包括“分组最大数量Cmax”和“当前允许访问信道的分组序列号Cid”。分组信息被放置在网关周期性发送的信标帧中，同时节点也会存放一份。
当节点没有接收到网关周期性发送的信标帧时，节点通过递增算法“(Cid+1)％Cmax”来更新本地存放的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”。而一旦节点接收到网关周期性发送的信标帧时，则会解析出信标帧中的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”并用来更新节点本地存放的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”。
由于节点和网关的同步周期(即节点接收网关信标帧的周期)Tsync，是网关周期性发布同步信标帧的周期Tbcn的整数倍，即Tsync＝N*Tbcn，且N≥1。那么对于节点来说，存在若干个Tbcn时隙是没有接收网关信标帧的，此时节点同样需要按照递增算法“(Cid+1)％Cmax”来更新本地保存的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”。
同时，由于网关也会采用Randid来更新信标帧中的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”，这就会存在某一时刻，网关和节点保存的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”不一致，但该不一致带来的影响，可在下一次节点接收到网关发送的周期性信标帧时来消除。
节点发送的消息分为紧急消息和非紧急消息。紧急消息在任意的时隙都可以发送，非紧急消息的发送则受控，需满足当前时隙和节点匹配。匹配原则为：
首先，某节点根据其唯一标识序列号UUID，可采取散列算法生成无符号双字节16位整型SUUID(短标识序列号)，该节点的SUUID在同一网关下唯一，然后该节点根据其SUUID计算出其分组索引，即Cnode＝SUUID％Cmax，最后，当时间轴推进时，若当前的Cid等于Cnode，则说明此刻的分组索引和该节点匹配，那么该节点就可以发送“事件消息”和“常规消息”。
若节点接收同步信标帧的时间为Trcv，网关周期性发布同步信标帧的周期为Tbcn，那么下一次期望的同步信标帧的发送时间为Trcv+Tbcn。
在时间Trcv，网关通过信标帧告知节点Cmax＝4,Cid＝2，那么此时网关和节点各自维护的分组信息均为Cmax＝4,Cid＝2。
在时间Trcv+Tbcn，网关通过信标帧告知节点Cmax＝4,Cid＝3，但此时节点并未接收该信标帧，或者未接收到，当前节点也会自行按照递增算法(Cid+1)％Cmax来更新节点维护的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”，使Cid＝3。
在Tsync＝N*Tbcn等式中，若N＝10，在Trcv时间节点接收同步信标帧后，节点得知Cmax＝4,Cid＝2。
那么在随后的9次信标周期中，该节点将不接收信标帧，而是自行按照递增算法(Cid+1)％Cmax来更新节点维护的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”，详细如下：
在Trcv+1*Tbcn时间，节点维护的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”＝3；
在Trcv+2*Tbcn时间，节点维护的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”＝0；
在Trcv+3*Tbcn时间，节点维护的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”＝1；
在Trcv+4*Tbcn时间，节点维护的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”＝2；
在Trcv+5*Tbcn时间，节点维护的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”＝3；
在Trcv+6*Tbcn时间，节点维护的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”＝0；
在Trcv+7*Tbcn时间，节点维护的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”＝1；
在Trcv+8*Tbcn时间，节点维护的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”＝2；
在Trcv+9*Tbcn时间，节点维护的“当前允许访问信道的分组序列号Cid”＝3；
假设第1个信标周期内，节点接收到了网关周期性发送的信标帧，解析出Cmax和Cid，并更新了节点本地维护的分组信息为Cmax＝4,Cid＝0。
节点根据其唯一标识序列号UUID，可采取散列算法生成无符号双字节16位整型SUUID(短标识序列号)，其SUUID＝3203，那么该节点根据其SUUID计算出的分组索引为3，即SUUID％Cmax＝3。
该节点的分组索引为3，那么和Cid＝3匹配，则该节点所有的事件消息在其产生的信标周期内都可以立即发送，而不需要被推迟到后续的信标周期里。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (6)

1.一种无线信道访问控制方法，无线信道内包含一个网关及若干个节点，任意一个节点匹配唯一标识序列号UUID，所述网关相邻两次发送同步信标帧的时间即为一个信标周期，所述同步信标帧储存有分组最大数量Cmax和当前允许访问信道的分组的序列号Cid，所述节点相邻两次接收同步信标帧的时间即为一个同步周期，所述同步周期是所述信标周期的整数倍，其特征在于，所述控制方法包括：
S1、任意一个节点根据唯一标识序列号UUID得到自身的分组序列Cnode；
S2、所述网关每次发送的Cid按循环递增算法或随机算法在每次发送同步信标帧时更新；
S3、节点在每个信标周期通过步骤S2中的循环递增算法更新一次本地缓存的Cid，当节点接收同步信标帧时，节点将本地存放的Cid更新为该同步信标帧内的Cid，若Cnode等于该同步信标帧内的Cid，则在当前信标周期内向网关发送消息，反之，则根据循环递增算法推算下一次向网关发送消息的时间。
2.如权利要求1所述的无线信道访问控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：采用散列算法将UUID生成无符号双字节16位整型的短标识序列号SUUID，将SUUID除以Cmax的余数作为Cnode。
3.如权利要求2所述的无线信道访问控制方法，其特征在于，所述节点发送的消息分为紧急消息和非紧急消息，所述非紧急消息只能在Cnode等于当前同步信标帧内的Cid时发送，所述紧急消息不受Cid的限制。
4.如权利要求1所述的无线信道访问控制方法，其特征在于，所述循环递增算法为：上一个信标周期的Cid+1除以Cmax的余数即为本次信标周期的Cid。
5.如权利要求1所述的无线信道访问控制方法，其特征在于，所述随机算法为：任选一个分组作为本次信标周期的Cid。
6.如权利要求1所述的无线信道访问控制方法，其特征在于，当所述网关更新节点分组的最大数量Cmax时，节点在接收同步信标帧后将本体缓存的Cmax更新为网关更新的Cmax，并相应地改变循环递增算法中的参数Cmax。
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