CN106658749B - 一种基于载波侦听的协议序列信道接入算法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于载波侦听的协议序列信道接入算法。在该算法中，各网络节点首先被分配二进制协议序列，并依次读取序列值，然后当前序列值为1时发送非固定长度数据分组，当前序列值为0时则根据信道侦听结果决定保持安静的时间。本发明相较与传统协议序列信道接入机制更加适用于包含多种数据业务的网络场景；并且时延性能明显优于p坚持CSMA信道接入机制。

Description

一种基于载波侦听的协议序列信道接入算法
技术领域
本发明涉及无线传感网和移动自组织网络无线介质访问控制技术领域，特别涉及一种支持非固定长度数据分组传输的，基于载波侦听的协议序列信道接入算法。
背景技术
Massey和Mathys于1985年定义了无反馈冲突信道模型，并且提出了一种新的无线信道接入机制，称为协议序列。协议序列是一种确定的周期性二进制序列，允许每个节点根据所分配的协议序列决定数据的传输时刻。在协议序列信道接入机制中，节点依次读取序列值，如果该值为1，发送数据，否则保持安静。与TDMA相比，协议序列不要求严格的时间同步；与ALOHA等随机接入协议相比，协议序列能提供短期性能稳定性和公平性，并且能在网络异步状态下100％地确保数据在固定时延内被成功发送。基于以上优点，协议序列在近年来成为国内外学者的研究热点，并被广泛应用于无线传感器网络、移动自组织网络及车载自组织网络。
尽管如此，传统协议序列信道接入要求各序列值对应的信道时间保持一致，因此相比于CSMA机制信道利用率较低，并且平均吞吐率及平均时延性能均处于明显劣势。为了解决这一问题，本发明提出种基于载波侦听的协议序列信道接入算法。
发明内容
本发明旨在提供一种基于载波侦听的协议序列信道接入算法，以解决传统协议序列要求各序列值对应的信道时间保持一致，因此相比于CSMA机制信道利用率较低的问题。
本发明旨在提供一种基于载波侦听的协议序列信道接入算法，保留了协议序列信道接入机制原有的确定性发送特征，即所在时隙的序列值为1时，节点发送数据包；所在时隙的序列值为0时，节点保持安静。所述确定性发送方案保证了用户的最大传输时延不会超过一个序列周期，即在一个序列周期内至少有一个数据成功发送。所述算法允许节点发送非固定长度的数据分组，并通过载波侦听机制动态调整序列值对应的信道时间，并使得各用户同步读取新的序列值，同时仍然满足协议序列确定性信道接入的特点。
进一步地，所述算法实现过程包括：S11.如果首次通信接入，则持续侦听信道直到信道状态为空闲，并在下一个时隙开始时刻读取序列值。S12.在时隙开始时刻，如果序列值为1，节点立即发送非固定长度的数据分组。S13.如果序列值为0且节点在一个预设的帧间隔内侦听到信道状态为空闲，则保持安静一个时隙，并在下一个时隙开始时刻读取一个新的序列值。S14.如果序列值为0且节点在一个预设的帧间隔内侦听到信道状态为忙碌，则对信道进行持续载波侦听，直到信道状态为空闲，随后在下一个时隙开始时刻读取一个新的序列值。
进一步地，所述算法继承了协议序列的确定性发送方案，保证了数据传输时延的有界性。
进一步地，所述算法要求网络各节点具备载波侦听功能。
进一步地，所述算法工作在时隙同步状态，但不能保持完全的时钟同步。
进一步地，所述算法允许网络节点发送非固定长度的数据分组。
进一步地，所述算法系统吞吐率接近最优p坚持CSMA的同时，时延性能优于最优p坚持CSMA。
通过本发明提出的算法，使得协议序列借助载波侦听支持非固定长度数据分组的传输，并同时保证各网络节点读取序列值的同步性，从而提高了信道利用率，改善了系统吞吐率及传输时延。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1示出了基于载波侦听的协议序列信道接入算法。
图2分别示出了基于载波侦听的协议序列信道接入算法和最优p坚持CSMA的平均系统吞吐率随网络节点数变化的曲线。
图3分别示出了基于载波侦听的协议序列信道接入算法和最优p坚持CSMA的平均传输时延随网络节点数变化的曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种基于载波侦听的协议序列信道接入算法，保留了协议序列信道接入机制原有的确定性发送特征，即所在时隙的序列值为1时，节点发送数据包；所在时隙的序列值为0时，节点保持安静。所述确定性发送方案保证了用户的最大传输时延不会超过一个序列周期，即在一个序列周期内至少有一个数据成功发送。所述算法允许节点发送非固定长度的数据分组，并通过载波侦听机制动态调整序列值对应的信道时间，并使得各用户同步读取新的序列值，同时仍然满足协议序列确定性信道接入的特点。
作为优选方案，所述算法实现过程包括：S11.如果首次通信接入，则持续侦听信道直到信道状态为空闲，并在下一个时隙开始时刻读取序列值。S12.在时隙开始时刻，如果序列值为1，节点立即发送非固定长度的数据分组。S13.如果序列值为0且节点在一个预设的帧间隔内侦听到信道状态为空闲，则保持安静一个时隙，并在下一个时隙开始时刻读取一个新的序列值。S14.如果序列值为0且节点在一个预设的帧间隔内侦听到信道状态为忙碌，则对信道进行持续载波侦听，直到信道状态为空闲，随后在下一个时隙开始时刻读取一个新的序列值。
作为优选方案，所述算法继承了协议序列的确定性发送方案，保证了数据传输时延的有界性。
作为优选方案，所述算法要求网络各节点均具备载波侦听功能。
作为优选方案，所述算法工作在时隙同步状态，但不能保持完全的时钟同步。
作为优选方案，所述算法允许网络节点发送非固定长度的数据分组。
作为优选方案，所述算法系统吞吐率接近最优p坚持CSMA的同时，时延性能优于最优p坚持CSMA。
图1示出了基于载波侦听的协议序列信道接入算法流程图。与传统协议序列算法相比，在继承序列值读取同步性以及确定性发送的基础上，所述算法借助载波侦听机制允许节点发送非固定长度的数据分组，从而解决传统协议序列信道利用率较低的问题。
本发明采用Matlab软件对最优p坚持CSMA算法和本发明所述算法进行实施比较。基于载波侦听的协议序列信道接入算法采用CRT序列进行序列构造和分配，选取了1-35中的素数作为系统用户节点数(M)，序列长度L＝M(2M-1)。实施比较假设各节点互相在侦听范围内，数据分组长度服从均值为l＝10(时隙)的几何分布，并且假设网络处于异步状态即各网络节点具有随机接入时间偏移量。图2及图3的实施比较显示了本发明提出的算法的系统吞吐率接近最优p坚持CSMA，并且时延性能明显优于最优p坚持CSMA。
图2反映了基于载波侦听的协议序列信道接入算法和最优p坚持CSMA的平均系统吞吐率变化曲线。从图中可以看出，本发明所述算法的吞吐率和最优p坚持CSMA算法吞吐率在各种网络节点数情况下均基本重合。
图3反映了基于载波侦听的协议序列信道接入算法和最优p坚持CSMA的传输时延变化曲线。从图中可以看出，本发明所述算法的时延性能明显优于p坚持CSMA算法，并且性能优势随着网络节点数的增加而增加。

Claims (4)

1.一种基于载波侦听的协议序列信道接入方法，保留了协议序列信道接入机制原有的确定性发送特征，即所在时隙的序列值为1时，节点发送数据包；所在时隙的序列值为0时，节点保持安静；所述确定性发送方案保证了用户的最大传输时延不会超过一个序列周期，即在一个序列周期内至少有一个数据成功发送；所述方法允许节点发送非固定长度的数据分组，并通过载波侦听机制动态调整序列值对应的信道时间，同时仍然满足协议序列确定性信道接入的特点；其特征在于：各节点可根据序列值和载波侦听结果决定发送非固定长度的数据分组的时刻，具体如下：
S11.如果首次通信接入，则持续侦听信道直到信道状态为空闲，并在下一个时隙开始时刻读取序列值；
S12.在时隙开始时刻，如果序列值为1，节点立即发送非固定长度的数据分组；
S13.如果序列值为0且节点在一个预设的帧间隔内侦听到信道状态为空闲，则保持安静一个时隙，并在下一个时隙开始时刻读取一个新的序列值；
S14.如果序列值为0且节点在一个预设的帧间隔内侦听到信道状态为忙碌，则对信道进行持续载波侦听，直到信道状态为空闲，随后在下一个时隙开始时刻读取一个新的序列值。
2.根据权利要求1所述的一种基于载波侦听的协议序列信道接入方法，其特征在于：所述方法下的网络节点均具有载波侦听功能。
3.根据权利要求1所述的一种基于载波侦听的协议序列信道接入方法，其特征在于：所述方法工作在时隙同步状态，但不能保持完全的时钟同步；时隙同步指节点的信道时间被分成等长的时隙，并且各节点所观察到的时隙边界互相对齐。
4.根据权利要求1所述的一种基于载波侦听的协议序列信道接入方法，其特征在于：所述方法允许网络节点发送非固定长度的数据分组。
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