CN106131915A - 基于接收端的智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输方法 - Google Patents
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Abstract
基于接收端的智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输方法，涉及智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输技术。本发明是为了实现以接收端为核心的智能电网高级测量设施数据认知无线电网络路由而建立。本发明在该路由协议下的数据传输过程为：根据发送端的等级及认知信道可用情况，每一个接收节点分别决定是否参与数据传输过程，所有参加数据传输的过程的接收节点在跳转中竞争，竞争胜出者进行传输数据。本发明适用于具有认知无线电功能的智能电网高级测量设施数据网络。
Description
技术领域
本发明涉及智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输技术。
背景技术
现行的电力传输网络正在面对许多挑战，文献[1]-文件[3](文献[1]：S.M.Amin和B.F.Wollenberg于2005年公开的《Toward a smart grid:power delivery for the 21stcentury》；文献[2]：L.Sankar,S.Kar,R.Tandon和H.V.Poor于2011年公开的《Competitiveprivacy in the smart grid:An information-theoretic approach》；文件[3]：W.-Y.Chiu,H.Sun和H.V.Poor于2012年公开的《Demand-side energy storagesystemmanagement in smart grid》)由于智能电网具有双向通信、自动控制和分配计算的性能，可以提供更高的可靠性、效率、灵活性和安全性，有望成为下一代电网。
先进测量设施(AMI)是智能电网的一个关键因素。由于智能电网提供双向通信，所以通过此电力设施能够紧跟消费者的电力需求、监控能量质量并实时通知消费者最新的电力价格，所以AMI网络在智能电网中是必需的。当前考虑的几个应用在AMI网络下的通信技术有蜂窝网络、WIMAX、PLC、WSNs和多反射无线网络。这些技术都有他们的优点和缺点。但是他们面临同一个挑战：实时性要求和路由能量效率。在智能电网中，对于电力能量传输的可靠性和电力的有效控制而言，实时性和可靠性至关重要。因此，对于AMI应用来说低延时和高可靠是必要的。另外，对于电池供应的AMI网络来说，电池效率是一个挑战。另一方面，认知无线电被认为是一个解决无线通信中的频谱紧缺低效问题的有效工具。在未来移动节点网络中的降干扰，增加能量效率等方面认知无线电也扮演了重要角色。在认知无线电(CR)网络中，只要原始用户(PU)不在使用频段，未注册用户(第二用户)就会动态的接入，并在PU察觉时腾出频带。因此，CR技术对于智能电网的通信是非常有用的[19]。最近许多的调查研究中，低功率损耗网络路由协议(RPL)成为焦点。例如在文献[4](文献[4]：A.Aijaz,H.Su和A.-H.Aghvami于2015年公开的《Corpl:A routing protocol for cognitive radioenabled ami networks》)中，作者提出了一个随机转发方法以满足第二使用者的使用需求(利用基于CR的AMI网络节点)。但是，在CORPL中，由于其基于发射端的属性，不得不计算下一个路由的跳转并且适配到网状网格中。另外，由于CR网络的不可测性，默认的接收者可能是无效的，导致更多的重复发送，降低了路由效率。
RPL文献[5](文献[5]：T.Winter于2012年公开的《Rpl:Ipv6 routing protocolfor low-power and lossy networks》)是因特网工程任务组的路由协议标准，它支持包括基于CR的AMI网络的各种应用。应用RPL时，需要一个或更多的有向无环图(DAG)获取网络状态信息。每一个DAG有一个根节点，也就是网关。DAG中每一个接收节点都会被指定一个等级来表示其虚拟位置。等级基于一个未在RPL定义的目标函数。根节点的排序处于最低等级，而等级会随着下降方向下降。于是目标节点与其他节点的虚拟距离就能够以以DAG根节点为基础的等级进行表示。目标节点只能够和有相同等级或者更低等级的节点进行通信，已免构成循环。而网关会阶段性的广播控制信息来构成DAG，这叫做DIO(DAG InformationObject)。在DIO中包含相关的网络信息，例如DAG的ID、等级信息和目标函数。
当RPL用在CR网络中时，需要依靠频率感知技术文献[6]和文献[7](文献[6]：H.Sun,W.-Y.Chiu,J.Jiang,A.Nallanathan于2013年公开的《Wideband spectrum sensingwith sub-nyquist sampling in cognitive radios》；文献[7]：N.Zhao于2013年公开的《Anovel two-stage entropy-based robust cooperative spectrum sensing scheme withtwo-bit decision in cognitive radio》)做一些特定的修改，以保护PU的活动。目标节点不得不在占用频段传输数据之前阶段性的监控当前波段去检查PU的活动。这种保护既包括PU发送者也包括PU接收者文献[8]-文献[11](文献[8]：K.R.Chowdhury和I.F.Akyildiz于2011年公开的《Crp:A routing protocol for cognitive radio ad hoc networks》；文献[9]：H.Sun,W.-Y.Chiu,和A.Nallanathan于2012年公开的《Adaptive compressivespectrum sensing for wideband cognitive radios》；文献[10]：N.Zhao and H.Sun于2011年公开的《Robust power control for cognitive radio in spectrum underlaynetworks》；文献[11]：N.Zhao,F.R.Yu,H.Sun和A.Nallanathan于2012年公开的《Anenergy-efficient cooperative spectrum sensing scheme for cognitive radionetworks》)。PU接收者对于那些单向传输的应用是特别重要的，例如TV广播。然而，PU接收者是难于被发现，容易被临近的CR传输影响。所以即使也许会导致CR网络表现退化，但任何的路由协议都应该尽力避免这些PU也许会存在区域，以对PU接受者提供明确的保护。
发明内容
本发明是为了实现在接收端进行智能电网高级数据设施认知无线电网络的路由建立，从而提供一种基于基于接收端的智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输方法。
基于接收端的智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输方法，该路由协议以接收端为核心；
在该路由协议下的数据传输过程为：根据发送端的等级，每一个接收节点分别决定是否参与数据传输过程，所有参加数据传输的过程的接收节点在跳转中竞争，竞争胜出者进行传输数据。
所述路由协议为基于接收端反馈时间的路由协议，对于接收节点i的具体方法为：
步骤A1、接收节点i接收发送端发送的前导信息并对所述前导信息进行检测，根据检测结果判断发送端的等级是否高于接收节点i，如果判断结果为否，则丢弃前导信息并结束；如果判断结果为是，则执行步骤A2；
步骤A2、接收节点i接收发送端的数据，并等待ti时间，ti为正数；
步骤A3、接收节点i在该ti时间内进行频谱感知；同时判断其它接收节点在该ti时间内是否广播了前导信息，如果判断结果为是，则该接收节点i进入睡眠模式；如果判断结果为否，则执行步骤A4；
步骤A4、接收节点i判断是否有空闲信道，如果判断结果为是，则广播接收到的前导信息和数据；如果判断结果为否，则执行步骤A5；
步骤A5、再次等待ti时间后，返回执行步骤A4。
所述路由协议为跳转能量效率的路由协议，对于接收节点i的具体方法为：
步骤B1、接收节点i进行信道感知；
步骤B2、接收节点i根据信道感知结果判断信道是否可用，如果判断结果为否，则该接收节点i进入睡眠模式；如果判断结果为是，则该接收节点i检测发送端发送的前导信息；并判断该前导信息是否在广播中，如果判断结果为否，则执行步骤B3；如果判断结果为是，则执行步骤B4；
步骤B3、等待tp时间后，tp为正数，返回执行步骤B2；
步骤B4、接收节点i唤醒前导信息，并判断发送端的等级是否高于接收节点i，如果判断结果为否，则该接收节点i进入睡眠模式；如果判断结果为是，则执行步骤B5；
步骤B5、接收节点i接收发送端的数据，并计算传输过程中能量消耗；接收节点i在前导信息上更新能量消耗信息，然后接收节点i进行频谱感知；
步骤B6、接收节点i判断在感知时间内信道是否可用，如果判断结果为否，则接收节点i丢弃数据包并进入睡眠模式；如果判断结果为是，则执行步骤B7；
步骤B7、接收节点i广播更新后的前导信息，并监测前导时间t，t为正数；
步骤B8、在时间t内，接收节点i判断是否出现一个新的前导信息，如果判断结果是否，则进行数据传输；如果判断结果为是，则接收节点i进入睡眠模式。
接收节点i采用异步低功耗侦听的方式侦听前导信息。
接收端反馈时间的路由协议面向对延时敏感的数据包的传输。
跳转能量效率的路由协议面向对延时不敏感的数据包的传输。
发送端的等级的确定方法是根据自适应传输质量(CTQ)实现的，所述CTQ的计算方法为：
设节点b接收到来自节点a的通信的概率为ρab，设所有发送端所构成的传输范围的可共存率为εa；
自适应传输质量CTQ等于ρab和εa的比重和。
当接收节点的传输被检测到时，每一个节点都要检查其数据序号；如果数据序号和该接收节点自身的相匹配，则表示相同编号的数据包已经被传输到下一个节点，因此将接到的数据包丢弃。
对于发送端，如果在竞争窗口TCW中没有相邻节点接收到数据包，则发送端再次发送数据包；
TCW是根据发送节点的传输半径设定的。
本发明实现在接收端进行智能电网高级数据设施认知无线电网络的路由建立。
附图说明
图1是基于接收端反馈时间的路由协议的流程示意图；
图2是跳转能量效率的路由协议的流程示意图；
图3是CRB-RPL应用的拓扑结构示意图；
图4是网络密度与跳转数关系统计示意图；
图5是端对端延时与数据链接成功率仿真示意图；
图6是端对端延时与传输距离仿真示意图；
图7是单个能量跳转的能量消耗与比特错误率仿真示意图；
图8是节点密度和单个跳转的平均能量消耗仿真示意图；
图9是数据延时与链接成功率仿真示意图；
图10是CRB-RPL A系列节点场景示意图；
图11是CRB-RPL A系列节点时序示意图；
图12是CRB-RPL B系列节点场景示意图；
图13是CRB-RPL B系列节点时序示意图；
具体实施方式
具体实施方式一、基于接收端的智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输方法，CRB-RPL协议框架具体来说就是基于CR的AMI网络路由协议。这个路由协议是基于接收端的。不同于基于发射端的路由协议，发送者会从它的发送表中选择接收节点。利用CRB-RPL，发送节点可以广播它的数据包而不用指定某一个特定节点为接收者。所有在发送节点通信范围内的相邻节点都能够接收到数据包。基于发送端的等级，每一个接收节点都会决定其是否参与到数据传输中。接收者会在接下来的跳转中竞争，赢者可以传输数据。所以，基于接收的路由会利用动态的DAG结构而不是固定的结构。
在CRB-RPL中会应用两个系列的路由协议。对于系列A，接收端反馈时间是跳转竞争中的关键因素。这适用于对延时敏感的数据包。另外，较低等级的接收者有更大的可能传播数据包，这会减少从信源到网关的跳转的量和延时的时间。
对于B系列，是基于跳转能量效率(HEE)的运作机制。在这个机制里，HEE是跳转竞争的关键因素。每一个竞争传输数据的节点都会提供一个报告展示其对于这次跳转的HEE预估。当公布一个报告时，其他的接收者都会与自己的预估进行比较。如果一个HEE预估要好于其他的，这个节点就会通过广播前导给出其报告。否则的话，这个节点退出竞争。通过这种方式，竞争中拥有最好的HEE的节点将会胜出并传输数据。
CRB-RPL另一个关键方面是它利用前导字段侦听，在前导字段侦听过程中，每一个节点都会采用异步低功耗侦听并且分别选择睡眠/唤醒时间表。节点大部分时间都处于睡眠模式，只有一小段时间处于唤醒模式。也就是说空闲信道评估(CCA)会在每一个检测间隙(CI)去检查是否有正在进行的传输。为了避免错过探测，发送节点都会在发送数据包之前传输一段和CI一样长的前导去保证前导能够被探测到。而且，发送端的等级信息可以在前导中被探测到，使接收端能够保证他们只会收到更高等级节点的传送来的信息。如果发送端等级更低，那么接收端会抛弃这个数据包以保存能量。
在CRB-RPL中，DIO消息用于构成动态DAG。在检测一个空频段时，网关节点会周期性的传送DIO消息到一个指定的用户节点。根据CR环境，自适应传输质量(CTQ)可以合理的描述QoS和认知无线网络中对PU的保护之间的权衡。有如下定义：
CTQ：在认知网络中，节点b接收到来自节点a的通信的概率为ρab。所有PU发送端所构成的传输范围的可共存率为εa。ρ和εa的比重和叫做自适应传输质量(CTQ)。
其反映的不仅仅是链路质量，而且也涉及PU接收端。而且为了降低对PU接收端的干扰(能够出现在PU发生段覆盖领域的任何地方)，应该选择使他们通过PU发送端覆盖最小区域的第二级网络路由。节点a传输覆盖的部分领域是在第j个PU发送端的覆盖下，则可以计算节点a的等级。一个节点的CTQ能够在DIO期间的开始阶段被侦测并且更新。
不同于基于发射端的机制，在CRB-RPL中，节点不需要有预先设定。发送者会广播前导和数据包，接收节点决定哪一个节点是下个跳转，这种机制是自适应的。当一个发送节点S想要发送数据到网关，它会广播数据包到所有相邻的跳转(传播范围内)。首先，在给出的Ts时间内对频谱进行感知，检测是否有任何的PU活动。如果频道被检测到处于PU传输中，发送节点进入睡眠模式等待一个可行频道。频谱感知在一段检查间隙期间后会重复进行。如果PU被检测到是空闲的，节点S就开始发送数据和前导。前导持续时间为Tpr，由多种微帧组成，每一个持续时间为Tm。微帧包含临近节点的身份信息，用以区别PU传输还是节点传输。S的传输范围中的所有节点都会探测前导中的一些微帧并提取必要信息(即数据的序号，发送者的等级和路由协议系列)。接收者只能收到更高等级节点的数据包这一点非常重要。如果发送者的级别较低，接受者将会取消接收数据。
对于延时敏感数据包，选择CRB-RPL的系列A，下一次跳转竞争将依靠基于反馈的机制。例如S的三个临近节点可以向网关传递数据。他们便会唤醒并接收从节点S发送过来的数据。如果接收数据被检测出来是不正确的，会被简单的抛弃掉。接收到数据包的节点不会发送任何确认信息(ACK)。每一个节点会在发送数据包之前设置一个与节点等级相关联的计时器δt。
低级节点的计时器时间较短，所以有更大的几率发送数据包。在δt之后，接收节点会重新进行频道检测。如果没有可用的信道，节点就会变为睡眠模式并持续Tc时间。否则的话节点会得到一个空信道并传输带有前导的数据包。而且，当节点的传输被检测到时，每一个节点都要检查其数据序号。如果数据序号和自己的相匹配，意味着相同编号的数据包已经被传输到下一个节点。因此数据包会被抛弃。
对于发射者，如果在竞争窗口(TCW)中没有相邻节点接收到数据包，他将会再次发送数据包。TCW是根据发送节点的传输半径设定的。在多跳转情况下，相同的操作会一直持续直到数据被网关接收。基于反馈机制的CRB-RPL系列A如图1所示。
如果数据包对延时不敏感，而是要考虑路由的能量效率，那么要选择系列B。对于低功耗的通讯，即使额外的能量消耗也许会改变节能和数据速率之间的权衡，传输功率和其他部分的能量消耗仍旧需要考虑进来。
有一种运作机制是适应于这种跳转竞争的。描述如下：S的三个相邻节点(也就是A、B和C)在检测到前导后会唤醒并接收到从S发送过来的数据。如果检测到接收的数据包是错误的，会被丢弃。接收数据包的节点不会发送任何的ACK信息。如果一个节点(也就是A)想要发送数据包，它会等待一个计时器δtA并且开始检测频谱。
当一个频段可用时，节点A会广播前导并给出其跳转能量效率的报告，有如下定义
定义跳转能量效率：在多种跳转网络中，单跳转操作的跳转距离和它的能量消耗的比值被叫做单次跳转操作的跳转能量效率(HEE)。
节点A在发送数据到下一次跳转之前会等待TC时间以求更好的报告。如果另一个节点在TC期间提供了更好的HEE，节点A将会取消这次传输。而且如果节点A没有在Tm期间开始传输，其报告将会被取消然后其他的节点能够用他们自己的报告进行竞争。
例如当节点B收到节点A的报告并发现它的HEE要好于节点A时，在信道可用期间，节点B就会通过前导广播它的报告。类似地，节点B也会在数据传输前等待TC时间等待更好的报告。
在跳转竞争中，HEE是一个决定性因素。拥有最好HEE报告的将会赢得竞争并发送数据包。如果在一个竞争时窗内没有参与的节点发送前导提供报告，发送节点S会再次发送信息。发送节点能够仅仅靠结束窗口竞争前的探测操作意识到这一点。竞争时窗根据发送节点传输半径设定。在多种跳转的情况下，相同的操作会持续知道数据被网关接收。
CRB-RPL系列B的跳转竞争运作机制如图2。
以下，我们会评估CRB-RPL在不同场景下的表现。将CRB-RPL应用在图3中所示的拓扑结构中。考虑一个被16个PU发送者占用的边长为1200米的正方形区域。假定次级使用者服从一个均值密度的泊松分布。两个节点间的频率选择性瑞利衰落信道中，其中信道增益为小尺度瑞利衰减、大尺度路径损失和遮蔽。同时我们也会比较L在相同仿真参数下的CORPL和RP协议。
首先评估CRB-RPL跳转的数量。跳转的数量对于延时的增加是一个很重要的因素。正如在图4展示的，随着CR网络密度增加，跳转数会减少。由于密度越高，覆盖的节点就越多，网络信息会传播的更快，一个节点与更低等级节点联结的可能性会增加。CRB-RBL是基于接收端的并且等级越低的节点传播数据包的可能性越大，使得CRB-RPL比CORPL和RPL可以花费更少的跳转把数据包传播到网关。
接下来评估不同连接成功率(LSP)的端对端延时表现。正如在图5中展现的。端对端延时随着LSP并且网络密度的增加而增加。这是因为随着传输成功率提高，重传减少。而且，更高的网络密度可以减少跳转的数量(如图4所示)。为延时敏感的数据包而设计的CRB-RPL系列A在端对端延时表现上会明显地比CORPL和RPL表现的更好。这是因为延时主要表现在重发的数量上，CRB-RPL由于其更少的重发率，在延时表现上会比基于发送的两个协议表现的更好。
我们也评估了不同传输任务下的延时。图6展示了网络内信源到网关距离与平均端到端延时图。图6中预测系列A的平均端对端延时为1s，要好于RPL和CORPL。系列B的表现接近于CORPL但是要好于RPL。所以CRB-RPL不对传输距离敏感。随着距离的增长，CORPL也会有大概2s的稳定表现，然而RPL的端对端延时明显增加。
图7描述了单个能量跳转的能量消耗与比特错误率的关系(BER)。在相对较低BER的频段中，CRB-RPLA和B在能量消耗上都比其他协议表现的好，这主要因为重发中节点能量消耗是很低的。在频段稀缺环境下，A系列会比CORPL消耗更多的能量，并且消耗的能量会随着接收者数量增长而增长。然而系列B却有很好的表现。能量消耗会在达到最大重传数量时达到一个稳定的点。而且甚至在其他方案已经失败的时候系列B也有一个稳定的表现并且具有可操作性。
我们也评估了节点密度和单个跳转的平均能量消耗之间的关系。如图8所示，当节点密度较低时CRB-RPL比CORPL和RPL表现的更好，系列A的能量消耗大约是CORPL的一半，RPL的三分之一。能量消耗会随着节点密度增加而增加。在高节点密度环境下，CRB-RPL的收益会减小，所有协议的表现会比较接近。这是因为接收者的数量会随着节点的增加而增加。
最后我们讨论了数据包分发率(PDR)的稳定性性能。PDR为被成功接收到的数据包和总数据包发送数量的比率。PDR会获取部分被不同节点发送到网关的数据包。如图9所示，我们会从不同节点生成10000个数据包(数据包大小为100比特)，然后计算他们在不同场景下的平均PDR。注意到由于是基于接收端的，CRB-RPL相比于RPL和CORPL在好的或者坏的信道中都有更高的PDR。例如CRB-RPL的PDR超过80％，而LSP的是75％。另外，减小阶段性频道探测所引起的退化的性能增强技术会使频道探测所引起数据包丢失减少，增强PDR性能。
图10说明：S为发送端，ABC为S传输范围内节点，D为S传输范围外节点，不会接收到S的广播。B成功继续传播数据。
附图11说明：此为A组协议：S为上一级节点，在Ts时间内探测信道发现被PU占用，等待Tc时间至信道可用，广播前导和数据。每一个节点会在发送数据包之前设置一个与节点优先级相关联的计时器δt，B的计时器时间短，则有更大的可能对数据接收。当B接收到数据时，探测信道发现被PU占用，等待Tc后发现信道没有被占用，便作为下一个转发节点发送报文和数据。其他节点A和C在各自的计时器记满后检测，发现B已经发送该报文，便舍弃数据。
附图12说明：S为发送端，ABC为S传输范围内节点，D为S传输范围外节点，不会接收到S的广播。B成功继续传播数据。
附图13说明：此为B组协议：S为上一级节点，在在Ts时间内探测信道发现被PU占用，等待Tc时间至信道可用，广播前导和数据。A优先获得前导并进行信道检测，发现被PU占用，等待Tc时间至信道可用，广播带有自身消耗的前导并等待一段时间等待更优的消耗。B接收到A的前导发现自身消耗比A低，便广播B的前导并等待一段时间。A、C接收到B的前导发现自己的消耗比B高，便不发送前导。B在等待时间结束后发现没有人继续发送更优的前导，便检测信道，发现没有被占用，便发送数据。
Claims (10)
1.基于接收端的智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输方法，其特征是：该路由协议以接收端为核心；
在该路由协议下的数据传输过程为：根据发送端的等级，每一个接收节点分别决定是否参与数据传输过程，所有参加数据传输的过程的接收节点在跳转中竞争，竞争胜出者进行传输数据。
2.根据权利要求1所述的基于接收端的智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输方法，其特征在于所述路由协议为基于接收端反馈时间的路由协议，对于接收节点i的具体方法为：
步骤A1、接收节点i接收发送端发送的前导信息并对所述前导信息进行检测，根据检测结果判断发送端的等级是否高于接收节点i，如果判断结果为否，则丢弃前导信息并结束；如果判断结果为是，则执行步骤A2；
步骤A2、接收节点i接收发送端的数据，并等待ti时间，ti为正数；
步骤A3、接收节点i在该ti时间内进行频谱感知；同时判断其它接收节点在该ti时间内是否广播了前导信息，如果判断结果为是，则该接收节点i进入睡眠模式；如果判断结果为否，则执行步骤A4；
步骤A4、接收节点i判断是否有空闲信道，如果判断结果为是，则广播接收到的前导信息和数据；如果判断结果为否，则执行步骤A5；
步骤A5、再次等待ti时间后，返回执行步骤A4。
3.根据权利要求1所述的基于接收端的智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输方法，其特征在于所述路由协议为跳转能量效率的路由协议，对于接收节点i的具体方法为：
步骤B1、接收节点i进行信道感知；
步骤B2、接收节点i根据信道感知结果判断信道是否可用，如果判断结果为否，则该接收节点i进入睡眠模式；如果判断结果为是，则该接收节点i检测发送端发送的前导信息；并判断该前导信息是否在广播中，如果判断结果为否，则执行步骤B3；如果判断结果为是，则执行步骤B4；
步骤B3、等待tp时间后，tp为正数，返回执行步骤B2；
步骤B4、接收节点i唤醒前导信息，并判断发送端的等级是否高于接收节点i，如果判断结果为否，则该接收节点i进入睡眠模式；如果判断结果为是，则执行步骤B5；
步骤B5、接收节点i接收发送端的数据，并计算传输过程中能量消耗；接收节点i在 前导信息上更新能量消耗信息，然后接收节点i进行频谱感知；
步骤B6、接收节点i判断在感知时间内信道是否可用，如果判断结果为否，则接收节点i丢弃数据包并进入睡眠模式；如果判断结果为是，则执行步骤B7；
步骤B7、接收节点i广播更新后的前导信息，并监测前导时间t，t为正数；
步骤B8、在时间t内，接收节点i判断是否出现一个新的前导信息，如果判断结果是否，则进行数据传输；如果判断结果为是，则接收节点i进入睡眠模式。
4.根据权利要求2或3所述的基于接收端的智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输方法，其特征在于接收节点i采用异步低功耗侦听的方式侦听前导信息。
5.根据权利要求2所述的基于接收端的智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输方法，其特征在于接收端反馈时间的路由协议面向对延时敏感的数据包的传输。
6.根据权利要求3所述的基于接收端的智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输方法，其特征在于跳转能量效率的路由协议面向对延时不敏感的数据包的传输。
7.根据权利要求2或3所述的基于接收端的智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输方法，其特征在于发送端的等级的确定方法是根据自适应传输质量(CTQ)实现的，所述CTQ的计算方法为：
设节点b接收到来自节点a的通信的概率为ρab，设所有发送端所构成的传输范围的可共存率为εa；
自适应传输质量CTQ等于ρab和εa的比重和。
8.根据权利要求2或3所述的基于接收端的智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输方法，其特征在于当接收节点的传输被检测到时，每一个节点都要检查其数据序号；如果数据序号和该接收节点自身的相匹配，则表示相同编号的数据包已经被传输到下一个节点，因此将接到的数据包丢弃。
9.根据权利要求2或3所述的基于接收端的智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输方法，其特征在于对于发送端，如果在竞争窗口TCW中没有相邻节点接收到数据包，则发送端再次发送数据包。
10.根据权利要求9所述的基于接收端的智能电网高级数据设施认知无线电网络路由协议的数据传输方法，其特征在于TCW是根据发送节点的传输半径设定的。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101379753A (zh) * | 2006-02-03 | 2009-03-04 | Lg电子株式会社 | 无线通信系统中基于反馈信息发送至少一个子分组的方法 |
| CN101986728A (zh) * | 2010-12-15 | 2011-03-16 | 山东大学 | 一种跨层的高投递率低延时的组播通信方法 |
| US20130010798A1 (en) * | 2011-07-05 | 2013-01-10 | Cisco Technology, Inc. | Transmission priority paths in mesh networks |
| CN103596236A (zh) * | 2013-10-23 | 2014-02-19 | 河南科技大学 | 一种跨层无线传感器网络mac协议通信方法及系统 |
| CN103781145A (zh) * | 2012-10-25 | 2014-05-07 | 上海交通大学 | 认知无线传感网络中多信道机会路由协议的设计方法 |
-
2016
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101379753A (zh) * | 2006-02-03 | 2009-03-04 | Lg电子株式会社 | 无线通信系统中基于反馈信息发送至少一个子分组的方法 |
| CN101986728A (zh) * | 2010-12-15 | 2011-03-16 | 山东大学 | 一种跨层的高投递率低延时的组播通信方法 |
| US20130010798A1 (en) * | 2011-07-05 | 2013-01-10 | Cisco Technology, Inc. | Transmission priority paths in mesh networks |
| CN103781145A (zh) * | 2012-10-25 | 2014-05-07 | 上海交通大学 | 认知无线传感网络中多信道机会路由协议的设计方法 |
| CN103596236A (zh) * | 2013-10-23 | 2014-02-19 | 河南科技大学 | 一种跨层无线传感器网络mac协议通信方法及系统 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109327879A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-02-12 | 哈尔滨工业大学 | 基于接收端的车载自组网路由协议的数据传输方法 |
| CN109327879B (zh) * | 2018-10-12 | 2020-09-22 | 哈尔滨工业大学 | 基于接收端的车载自组网路由协议的数据传输方法 |
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