CN106714208A - 一种网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，网络中的节点向目的节点发送固定包长的数据包，不需要应答机制和重传机制，仅凭借侦听CCA成功率即可估计出数据包发送的成功率，然后据此动态调整退避参数，以满足网络可靠性的要求。该方法除了能提供稳定的数据可靠性外，同时能改善网络的能量效率。

Description

一种网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法
技术领域
本发明涉及无线传感网及无线个域网领域，特别涉及一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法。
背景技术
进入21世纪，人们对无线通信的技术要求随着网络技术的提高越来越高。特别是近两年，随着各式各样的无线终端设备层出不穷，人们对短距离通信也有了更高层次的要求，而IEEE802.15.4标准因为其低成本、低速率、低能耗以及部署简单的众多特点受到了众多厂家和消费者的青睐。提供系统所需可靠性的同时降低能量消耗成为基于IEEE802.15.4网络的军事，工业及医疗应用的主要设计指标。
IEEE 802.15.4是CSMA/CA机制接入信道，在一定程度上可以减少来自不同网络节点的数据分组碰撞，但随着网络负载的逐渐增大，IEEE 802.15.4采用的固定网络参数所造成的自适应能力差将表现的更为明显，从而使得网络可靠性恶化。针对这一问题，Francesco等人提出了一种依赖于应答机制的动态自适应算法ADAPT；Park等人基于节点行为的马尔科夫模型推导最优退避参数，但需要各节点已知网络条件并局限于特定的数据通信类型；Brienza等人基于ADAPT算法并结合历史记录情况设计了一种更加快速准确的退避参数自适应算法，但需要额外的节点存储及计算能力。
综上所述，目前已知的针对IEEE 802.15.4协议可靠性的自适应优化方法存在以下缺陷：各节点需要了解准确的网络参数；依赖于应答机制，因此引起额外的等待时间及能量消耗，而且不适用于信标不使能网络和无确认机制网络。
因此，需要一种新的自适应优化方法来满足无确认机制的无线传感网应用层的要求。
发明内容
本发明旨在提供了一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，用于保证无确认机制的无线传感网通信的可靠性，并降低能耗。
本发明提供一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，包括允许IEEE802.15.4网络节点发送固定数据分组，动态估计信道接入成功概率和数据包传输成功概率，以及自适应调整信道接入机制时隙CSMA/CA中最小退避指数、最大退避指数和最大退避指数。所述信道接入成功概率和所述数据分组传输成功率的乘积为数据分组投递率。其特征在于：网络节点在CCA期间统计并更新进入退避的数据分组数NCCA，CCA失败的次数NCCAB，第一次CCA失败的次数NCCA1B，第二次CCA失败的次数NCCA2B以及CCA成功的次数NCCA2I等五个动态网络参数；网络节点不需要应答机制和重传，仅仅凭借CCA期间的收集信息估计出数据分组传输成功率，并据此动态调整退避参数，具体的执行过程包括:
S1.判断估计的投递成功率的值是否小于target，target为用户对网络设定的投递率的期望值，若所估计投递率小于target，则执行S11，否则执行S12；
S11.判断最小退避指数是否小于MinBEMax，其中MinBEMax为最小退避指数的最大值，若最小退避指数小于MinBEMax则最小退避指数加1，否则执行S111；
S111.判断最大退避次数是否小于MaxBackoffsmax，MaxBackoffsmax为最大退避次数的最大值，若最大退避次数小于MaxBackoffsmax，则最大退避次数加1；
S12.判断最大退避次数是否大于最大退避次数的最小值，如果是，则最大退避次数减1，否则，执行S121；
S121.判断最小退避指数是否大于最小退避指数的最小值，如果是，最小退避指数减1。
进一步地，根据权利要求1所述的一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：网络中的节点能实现同步多包接收，节点无法知道发包是否成功，但可以通过自身CCA侦听来估计发包成功的概率，所述数据包发送成功的概率为1-(NCCA1B+NCCA2B)/((L+1)*NCCA2I)。
进一步地，根据权利要求1所述的一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：所述信道接入概率的估计值为1-NCCAB/NCCA。
进一步地，根据权利要求1所述的一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：所述参数调整过程在每个超帧结束后执行。
进一步地，根据权利要求1所述的一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：MaxBackoffsmin的值为1，MaxBackoffsmax的值为10，MinBEmin的值为1，MinBEmax的值为7。
进一步地，根据权利要求1所述的一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：所述最小退避指数的初始值为3，所述最大退避次数的初始值4，所述最大退避指数值为10。
通过本发明的策略，在保证网络可靠性的前提下，改善了网络的能量效率。
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示出了本发明的实现流程图。
图2示出了采用默认参数设置的IEEE 802.15.4协议(DPS)和本发明方法(BADAPT)的投递成功率比较。
图3示出了采用默认参数设置的IEEE 802.15.4协议(DPS)和本发明方法(BADAPT)的数据分组平均能耗比较。
图4示出了动态网络参数(在100和200个BI时分别加入15个节点，在300和400个BI时分别关闭15个节点)下采用默认参数设置的IEEE 802.15.4协议(DPS)和本发明方法(BADAPT)的投递成功率比较。
图5示出了动态网络参数(在100和200个BI时分别加入15个节点，在300和400个BI时分别关闭15个节点)下采用默认参数设置的IEEE 802.15.4协议(DPS)和本发明方法(BADAPT)的能量消耗比较。
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。
本发明提供一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，包括允许IEEE802.15.4网络节点发送固定数据分组，动态估计信道接入成功概率和数据包传输成功概率，以及自适应调整信道接入机制时隙CSMA/CA中最小退避指数、最大退避指数和最大退避指数。所述信道接入成功概率和所述数据分组传输成功率的乘积为数据分组投递率。其特征在于：网络节点在CCA期间统计并更新进入退避的数据分组数NCCA，CCA失败的次数NCCAB，第一次CCA失败的次数NCCA1B，第二次CCA失败的次数NCCA2B以及CCA成功的次数NCCA2I等五个动态网络参数；网络节点不需要应答机制和重传，仅仅凭借CCA期间的收集信息估计出数据分组传输成功率，并据此动态调整退避参数，具体的执行过程包括:
S1.判断估计的投递成功率的值是否小于target，target为用户对网络设定的投递率的期望值，若所估计投递率小于target，则执行S11，否则执行S12；
S11.判断最小退避指数是否小于MinBEMax，其中MinBEMax为最小退避指数的最大值，若最小退避指数小于MinBEMax，则最小退避指数加1，否则执行S111；
S111.判断最大退避次数是否小于MaxBackoffsmax，MaxBackoffsmax为最大退避次数的最大值，若最大退避次数小于MaxBackoffsmax，则最大退避次数加1；
S12.判断最大退避次数是否大于最大退避次数的最小值，如果是，则最大退避次数减1，否则，执行S121；
S121.判断最小退避指数是否大于最小退避指数的最小值，如果是，最小退避指数减1。
作为优选方案，根据权利要求1所述的一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：网络中的节点能实现同步多包接收，节点无法知道发包是否成功，但可以通过自身CCA侦听来估计发包成功的概率，所述数据包发送成功的概率为。
作为优选方案，根据权利要求1所述的一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：所述信道接入概率的估计值为。
作为优选方案，根据权利要求1所述的一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：所述参数调整过程在超帧结束后执行。
作为优选方案，根据权利要求1所述的一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：MaxBackoffsmin的值为1，MaxBackoffsmax的值为10，MinBEmin的值为1，MinBEmax的值为7。
作为优选方案，根据权利要求1所述的一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：所述最小退避指数的初始值为3，所述最大退避次数的初始值4，所述最大退避指数值为10。
本发明采用了Matlab仿真软件对采用默认参数设置的IEEE 802.15.4协议和本发明方法进行实施比较。实施比较假设星型单跳网络拓扑结构(若干个源节点以及一个中心协调器)，并假设所有源节点在每个超帧的开始时刻均产生20个固定数据分组，每个数据分组的长度为120字节，设置超帧参数BO＝13，SO＝10。
图2示出了采用默认参数设置的IEEE 802.15.4协议(DPS)和本发明方法(BADAPT)的投递成功率比较。从图中可以看出，当系统要求的投递率Rdes设置分别为70％和80％时，本发明方法都可以动态调整退避参数以保证网络的可靠性要求。
图3示出了采用默认参数设置的IEEE 802.15.4协议(DPS)和本发明方法(BADAPT)的数据包平均能耗比较。从图中可以看出，本发明方法的数据包平均能耗相较于采用默认退避参数的IEEE 802.15.4协议，有很明显的降低。
图4示出了动态网络参数(在100和200个BI时分别加入15个节点，在300和400个BI时分别关闭15个节点)下采用默认参数设置的IEEE 802.15.4协议(DPS)和本发明方法(BADAPT)的投递成功率比较。从图中可以看出，本发明方法在动态网络参数下能够快速且准确的自适应调整退避参数，从而保证系统要求的通信可靠性。
图5示出了动态网络参数(在100和200个BI时分别加入15个节点，在300和400个BI时分别关闭15个节点)下采用默认参数设置的IEEE 802.15.4 MAC协议(DPS)和本发明方法(BADAPT)的能量消耗比较。从图中可以看出，本发明方法在动态网络参数下，保证系统要求的通信可靠性的同时可以明显改善能量效率。
结合图2至图5的结果可知，本发明方法在静态及动态网络下均能够有效保证系统要求的通信可靠性并降低节点能耗。

Claims (6)

1.一种IEEE 802.15.4网络固定分组传输投递率半盲自适应优化方法，包括允许IEEE802.15.4网络节点发送固定数据分组，动态估计信道接入成功概率和数据包传输成功概率，以及自适应调整信道接入机制时隙CSMA/CA中最小退避指数、最大退避指数和最大退避指数。所述信道接入成功概率和所述数据分组传输成功率的乘积为数据分组投递率。其特征在于：网络节点在CCA期间统计并更新进入退避的数据分组数NCCA，CCA失败的次数NCCAB，第一次CCA失败的次数NCCA1B，第二次CCA失败的次数NCCA2B以及CCA成功的次数NCCA2I等五个动态网络参数；网络节点不需要应答机制和重传，仅仅凭借CCA期间的收集信息估计出数据分组传输成功率，并据此动态调整退避参数，具体的执行过程包括:
S1.判断估计的投递成功率的值是否小于target，target为用户对网络设定的投递率的期望值，若所估计投递率小于target，则执行S11，否则执行S12；
S11.判断最小退避指数是否小于MinBEMax，其中MinBEMax为最小退避指数的最大值，若最小退避指数小于MinBEMax，则最小退避指数加1，否则执行S111；
S111.判断最大退避次数是否小于MaxBackoffsmax，MaxBackoffsmax为最大退避次数的最大值，若最大退避次数小于MaxBackoffsmax，则最大退避次数加1；
S12.判断最大退避次数是否大于最大退避次数的最小值，如果是，则最大退避次数减1，否则，执行S121；
S121.判断最小退避指数是否大于最小退避指数的最小值，如果是，最小退避指数减1。
2.根据权利要求1所述的一种基于IEEE 802.15.4协议的固定包长投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：网络中的节点无法知道发包是否成功，但可以通过自身CCA来估计发包成功的概率，所述数据包发送成功的概率为。
3.根据权利要求1所述的一种基于IEEE 802.15.4协议的固定包长投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：所述信道接入概率的估计值为。
4.根据权利要求1所述的一种基于IEEE 802.15.4协议的固定包长投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：所述参数调整过程在超帧结束后执行。
5.根据权利要求1所述的一种基于IEEE 802.15.4协议的固定包长投递率半盲自适应优化方法，其特征在于：MaxBackoffsmin的值为1，MaxBackoffsmax的值为10，MinBEmin的值为1，MinBEmax的值为7。
6.根据权利要求1所述的一种基于IEEE 802.15.4协议的固定包长投递率半盲自适应优化方法,其特征在于：所述最小退避指数的初始值为3，所述最大退避次数的初始值4，所述最大退避指数值为10。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020224402A1 (zh) * 2019-05-08 2020-11-12 腾讯科技（深圳）有限公司 数据传输的方法、接入类别创建的方法、装置及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102595648A (zh) * 2011-12-31 2012-07-18 重庆邮电大学 一种基于ieee802.15.4的自适应csma/ca接入方法
JP2013046229A (ja) * 2011-08-24 2013-03-04 Nec Commun Syst Ltd 無線通信装置、通信システム、通信処理方法、およびプログラム
CN104185298A (zh) * 2014-08-29 2014-12-03 华侨大学 基于优先级的网络负载动态自适应参数调整方法
CN105704800A (zh) * 2016-02-02 2016-06-22 南京理工大学 一种协议投递率半盲自适应优化方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013046229A (ja) * 2011-08-24 2013-03-04 Nec Commun Syst Ltd 無線通信装置、通信システム、通信処理方法、およびプログラム
CN102595648A (zh) * 2011-12-31 2012-07-18 重庆邮电大学 一种基于ieee802.15.4的自适应csma/ca接入方法
CN104185298A (zh) * 2014-08-29 2014-12-03 华侨大学 基于优先级的网络负载动态自适应参数调整方法
CN105704800A (zh) * 2016-02-02 2016-06-22 南京理工大学 一种协议投递率半盲自适应优化方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
高乐: "无线传感网MAC协议自适应优化策略研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020224402A1 (zh) * 2019-05-08 2020-11-12 腾讯科技（深圳）有限公司 数据传输的方法、接入类别创建的方法、装置及存储介质

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