CN106792805B - 一种网络异步mpr吞吐率优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种IEEE802.15.4网络异步MPR吞吐率优化方法，网络源节点同时向目的节点发送包长服从几何分布的数据分组，目的节点可以基于异步MPR机制同时成功接收若干个数据分组，各源节点退避完成时检测当前信道通信节点数，并与预设的检测阈值比较后制定发送或再次退避的策略，可以有效改善网络吞吐率及可靠性。

Description

一种网络异步MPR吞吐率优化方法
技术领域
本发明涉及无线通信介质访问控制技术领域，特别涉及一种IEEE802.15.4网络异步MPR吞吐率优化方法。
背景技术
进入21世纪，人们对无线通信技术的要求随着时代的发展越来越高，传统的单包接收(SPR)信道冲突模型提供的单包接收机制已经越来越无法满足人们的需求。而随着信号处理，时空编码以及天线MIMO技术的实现，多包接收(MPR)机制(即允许多个数据在信道MPR接收能力范围内可以同时成功传输)已经成为当前信道接入机制的研究热点。近年来，国内外学者分别根据同步MPR(仅允许数据传输同时开始)以及异步MPR技术(允许数据传输过程中有其他数据传输加入)对无线局域网及无线个域网的吞吐率优化进行了研究，提出了一系列改进的信道接入策略，研究结果表明异步MPR相较于SPR以及同步MPR可以更有效的利用信道MPR接收能力，从而大大改善网络吞吐率性能。尽管如此，已有针对IEEE802.15.4网络异步MPR吞吐率的优化策略仍然没有充分利用已知信道信息进行网络用户行为的指导，从而使得信道MPR接收能力的利用率存在不足。
因此，需要一种更加合理的IEEE802.15.4网络异步MPR吞吐率优化方法对吞吐率性能作出进一步改善。
发明内容
本发明旨在提供一种IEEE802.15.4网络异步MPR吞吐率概率发送优化方法，通过增加异步多包接收能力r，CCA检测阈值rc以及信道内正在通信节点数N，发送概率参数W四个参数，使得CSMA/CA算法支持异步多包接收概率接入策略，从而进一步提高信道利用率，以期达到改善网络吞吐率性能的设计目标。
本发明提供了一种IEEE802.15.4网络异步MPR吞吐率优化方法，包括IEEE802.15.4网络源节点根据信道MPR接收能力r预设的CCA检测阈值rc，节点检测到当前通信节点数大于rc小于r时采取的数据发送概率p，发送概率参数W以及退避指数BE，其特征在于：网络允许目的节点具有异步MPR能力(一个数据当且仅当其传输期间不被其他r-1个其他节点同时干扰即可成功接收)，通信节点退避结束执行CCA，设置CCA检测阈值rc，当检测到的通信节点数N小于CCA检测阈值rc时发送数据包，当N大于等于MPR接收能力r时增加退避指数BE进而再次退避，当N大于等于检测阈值rc且小于MPR接收能力r时，节点以预设的发送概率p发送数据，否则增加退避指数BE进而再次退避，具体的实施过程包括：
S11.变量初始化，开始二进制指数退避算法，执行S12；
S12.判断当前信道内正在通信的节点数N是否小于网络所设定的CCA检测阈值rc，若是，则执行S121，否则执行S13；
S121.发送数据分组，执行S122；
S122.接收节点判断数据包发送过程中是否同时被超过r—1个其他节点干扰，若不是，传输成功，否则传输失败；
S13.判断当前信道内正在通信的节点数N是否小于网络所设定的MPR接收能力值r，若是，则以发送概率p执行S121，以退避概率1-p执行S13，否则执行S13；
S13.更新NB和BE，执行S14；
S14.判断退避次数是否大于最大退避次数，若是则丢弃数据包，否则执行二进制指数退避后执行S12。
进一步地，网络接收节点具有异步MPR接收能力。
进一步地，网络源节点设定CCA检测阀值rc，rc大于等于1小于等于MPR接收能力r。
进一步地，当检测到的通信节点数N小于CCA检测阈值rc时发送数据包。
进一步地，当N大于等于检测阈值rc且小于MPR接收能力r时，以发送概率p＝(r-N)/W(W为大于等于r-rc的整数)进行数据发送，以退避概率1-p增加BE值进行再次退避。
进一步地，当检测到的通信节点数N大于等于MPR接收能力值r时则增加BE值进行再次退避。
附图说明
图1示出了本发明方法(pMPR)算法流程图。
图2分别示出了IEEE802.15.4协议默认异步多包接收算法(AMPR)和本发明方法(pAMPR)网络吞吐率随不同CCA阈值rc变化的曲线。
图3分别示出了IEEE802.15.4协议默认异步多包接收算法(AMPR)和本发明方法(pAMPR)网络可靠性随不同CCA阈值rc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围。
本发明提供了一种IEEE802.15.4网络异步MPR吞吐率优化方法，包括IEEE802.15.4网络源节点根据信道MPR接收能力r预设的CCA检测阈值rc，节点检测到当前通信节点数大于rc小于r时采取的数据发送概率p，发送概率参数W以及退避指数BE，其特征在于：网络允许目的节点具有异步MPR能力(一个数据当且仅当其传输期间不被其他r-1个其他节点同时干扰即可成功接收)，通信节点退避结束执行CCA，设置CCA检测阈值rc，当检测到的通信节点数N小于CCA检测阈值rc时发送数据包，当N大于等于MPR接收能力r时增加退避指数BE进而再次退避，当N大于等于检测阈值rc且小于MPR接收能力r时，节点以预设的发送概率p发送数据，否则增加退避指数BE进而再次退避，具体的实施过程包括：
S11.变量初始化，开始二进制指数退避算法，执行S12；
S12.判断当前信道内正在通信的节点数N是否小于网络所设定的CCA检测阈值rc，若是，则执行S121，否则执行S13；
S121.发送数据分组，执行S122；
S122.接收节点判断数据包发送过程中是否同时被超过r—1个其他节点干扰，若不是，传输成功，否则传输失败；
S13.判断当前信道内正在通信的节点数N是否小于网络所设定的MPR接收能力值r，若是，则以发送概率p执行S121，以退避概率1-p执行S13，否则执行S13；
S13.更新NB和BE，执行S14；
S14.判断退避次数是否大于最大退避次数，若是则丢弃数据包，否则执行二进制指数退避后执行S12。
作为优选方案，网络接收节点具有异步MPR接收能力。
作为优选方案，网络源节点设定CCA检测阀值rc，rc大于等于1小于等于MPR接收能力r。
作为优选方案，当检测到的通信节点数N小于CCA检测阈值rc时发送数据包。
作为优选方案，当N大于等于检测阈值rc且小于MPR接收能力r时，以发送概率p＝(r-N)/W(W为大于等于r-rc的整数)进行数据发送，以退避概率1-p增加BE值进行再次退避。
作为优选方案，当检测到的通信节点数N大于等于MPR接收能力值r时则增加BE值进行再次退避。
本发明采用了Matlab仿真软件对默认参数设置的异步多包IEEE 802.15.4协议(AMPR)和本发明方法(pAMPR)进行实施比较。实施比较基于星型单跳网络拓扑结构，设置超帧参数BO＝SO＝10，网络内节点数N为20，多包能力r为5，发送概率参数W为8，假设网络处于饱和状态，所有源节点发送数据包的包长服从期望为100个字节的几何分布，每次仿真时长500个超帧。
图2示出了默认参数设置的异步多包IEEE 802.15.4协议(AMPR)和本发明方法(pAMPR)CCA检测阈值rc分别设置为1至5时网络的归一化吞吐量。从图中可以看出，当CCA检测阈值rc较小时，本发明方法在吞吐率指标上有较大提升，而当CCA检测阈值rc较大时，由于额外接入概率p越来越小，导致吞吐率差异变小。
图3示出了默认参数设置的异步多包IEEE 802.15.4协议(AMPR)和本发明方法(pAMPR)CCA检测阈值rc分别设置为1至5时网络的可靠性。从图中可以看出，当CCA检测阈值rc较小时，本发明方法在可靠性指标上有所提升。
结合图2以及图3结果可知，本发明方法通过在异步多包的基础上引入额外接入概率使得网络节点的信道接入更加适应于信道使用状况和信道MPR接收能力，进而有效地改善了网络的吞吐率和可靠性。

Claims (6)

1.一种IEEE802.15.4网络异步MPR吞吐率优化方法，包括IEEE802.15.4网络源节点根据信道MPR接收能力r预设的CCA检测阈值rc，节点检测到当前通信节点数大于rc小于r时采取的数据发送概率p，发送概率参数W以及退避指数BE，其特征在于：网络允许目的节点具有异步MPR能力，即一个数据当且仅当其传输期间不被其他r-1个其他节点同时干扰即可成功接收，通信节点退避结束执行CCA，设置CCA检测阈值rc，当检测到的通信节点数N小于CCA检测阈值rc时发送数据包，当N大于等于MPR接收能力r时增加退避指数BE进而再次退避，当N大于等于检测阈值rc且小于MPR接收能力r时，节点以预设的发送概率p发送数据，否则增加退避指数BE进而再次退避，具体的实施过程包括：
S11.变量初始化，开始二进制指数退避算法，执行S12；
S12.判断当前信道内正在通信的节点数N是否小于网络所设定的CCA检测阈值rc，若是，则执行S121，否则执行S13；
S121.发送数据分组，执行S122；
S122.接收节点判断数据包发送过程中是否同时被超过r—1个其他节点干扰，若不是，传输成功，否则传输失败；
S13.判断当前信道内正在通信的节点数N是否小于网络所设定的MPR接收能力值r，若是，则以发送概率p执行S121，以退避概率1-p执行S14，否则执行S14；
S14.更新退避次数NB和BE，执行S15；
S15.判断退避次数NB是否大于最大退避次数，若是则丢弃数据包，否则执行二进制指数退避后执行S12。
2.根据权利要求书1所述的一种IEEE802.15.4网络异步MPR吞吐率优化方法，其特征在于：网络接收节点具有异步MPR接收能力。
3.根据权利要求书1所述的一种IEEE802.15.4网络异步MPR吞吐率优化方法，其特征在于：网络源节点设定CCA检测阀值rc，rc大于等于1小于等于MPR接收能力r。
4.根据权利要求书1所述的一种IEEE802.15.4网络异步MPR吞吐率优化方法，其特征在于：当检测到的通信节点数N小于CCA检测阈值rc时发送数据包。
5.根据权利要求书1所述的一种IEEE802.15.4网络异步MPR吞吐率优化方法，其特征在于：当N大于等于检测阈值rc且小于MPR接收能力r时，以发送概率p＝(r-N)/W进行数据发送，W为大于等于r-rc的整数，以退避概率1-p增加BE值进行再次退避。
6.根据权利要求书1所述的一种IEEE802.15.4网络异步MPR吞吐率优化方法，其特征在于：当检测到的通信节点数N大于等于MPR接收能力值r时则增加BE值进行再次退避。
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