CN109862618B - 基于tdma和csma/ca的无线通讯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于TDMA和CSMA/CA的无线通讯方法，基于时分多址和CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突避免)技术的无线通讯方式，解决了现有电力线载波通信信道分配方法自适应性差且信号利用率低的问题，结合了TDMA(时分多址)和CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突避免)的优势，使得每个设备基于固定的时间槽进行数据收发交互，同时利用CSMA/CA技术进行发送信道检测可保证信道干净无占用，极大的提高无线网络的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种通讯技术，尤其涉及一种基于TDMA和CSMA/CA的无线通讯方法。
背景技术
目前低功耗局域网无线通信大都是P2P直接传输模式，由于P2P网络传输没有避免冲突机制，如果存在两个以上终端同时发送无线点信号，信号会出现碰撞导致通讯失败，无法自动组网，解决不了功耗终端设备和网关设备之间通讯时间不确定以及占用信道资源混乱等问题；同时终端设备只处理上发数据而网关设备也仅仅接收信息而没有任何信标通知终端接收完毕，即终端发送完数据立马进入休眠而不理会数据发送是否完整，也不会读取信道当前是否被占用这样很容易就会导致无线电资源堵塞导致数据传输异常，随着终端设备数量的增加网络崩溃的几率大大增加且会影响区域的无线点通信，所以这种设备只适合少量终端的应用。
而现有的基于CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突避免)技术或者TDMA(时分多址)技术的通信,都存在一定的通信缺陷，比如基于CSMA/CA技术的通信虽然可以降低冲击发生的几率，但是该机制采用随机避让方式，自适应性较差；而基于TDMA技术的通信易于出现空时隙，导致信道资源浪费，信号利用率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于TDMA和CSMA/CA的无线通讯方法，基于时分多址和CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突避免)技术的无线通讯方式，解决了现有电力线载波通信信道分配方法自适应性差且信号利用率低的问题，结合了TDMA(时分多址)和CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突避免)的优势，使得每个设备基于固定的时间槽进行数据收发交互，同时利用CSMA/CA技术进行发送信道检测可保证信道干净无占用，极大的提高无线网络的稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于TDMA和CSMA/CA的无线通讯方法，包括以下步骤：
S1、CSMA入网，并初始化退避次数NB、竞争窗口长度CW、退避指数BE和空闲信号评估值CCA；
S2、产生一个随机休眠时间x，x＞0，当随机休眠时间x递减为0后执行步骤S3；
S3、启动无线网络载波检测；
S4、执行CCA检测信号状态，若信道为忙，则执行步骤S5；若信号为空闲，则执行步骤S6；
S5、重置竞争窗口长度CW和空闲信号评估值CCA为初始值，同时退避次数NB和退避指数BE都加1，并判断退避次数NB是否大于回退次数限制，若是则执行步骤S10，若否则返回执行步骤S2；
S6、空闲信号评估值CCA减1；
S7、判断空闲信号评估值CCA是否为0，若是则执行步骤S8；若否则返回执行步骤S3；
S8、发送数据帧并等待应答；
S9、判断应答是否正确，若正确则结束动作；若不正确则执行步骤S10；
S10、请求入网次数值+1，同时重置退避次数NB、竞争窗口长度CW、退避指数BE和空闲信号评估值CCA；
S11、判断请求入网次数是否大于最大可入网次数，若是则结束动作；若否则返回执行步骤S1。
优选的，所述退避次数NB的初始值＝0，所述竞争窗口长度CW的初始值＝2，所述退避指数BE的初始值＝macMinBE，所述空闲信号评估值CCA的初始值＝2。
因此，本发明采用上述结构的基于TDMA和CSMA/CA的无线通讯方法，基于时分多址和CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突避免)技术的无线通讯方式，解决了现有电力线载波通信信道分配方法自适应性差且信号利用率低的问题，结合了TDMA(时分多址)和CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突避免)的优势，使得每个设备基于固定的时间槽进行数据收发交互，同时利用CSMA/CA技术进行发送信道检测可保证信道干净无占用，极大的提高无线网络的稳定性。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的实施例一种基于TDMA和CSMA/CA的无线通讯方法的逻辑图；
图2为本发明的实施例一种基于TDMA和CSMA/CA的无线通讯方法的数据传输逻辑图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
图1为本发明的实施例一种基于TDMA和CSMA/CA的无线通讯方法的逻辑图，图2为本发明的实施例一种基于TDMA和CSMA/CA的无线通讯方法的数据传输逻辑图，如图1和图2所示，本发明包括以下步骤：
S1、CSMA入网，并初始化退避次数NB、竞争窗口长度CW、退避指数BE和空闲信号评估值CCA；
所述退避次数NB的初始值＝0，所述竞争窗口长度CW的初始值＝2，所述退避指数BE的初始值＝macMinBE，所述空闲信号评估值CCA的初始值＝2；
S2、产生一个随机休眠时间x，x＞0，当随机休眠时间x递减为0后执行步骤S3；
S3、启动无线网络载波检测；
S4、执行CCA检测信号状态，若信道为忙，则执行步骤S5；若信号为空闲，则执行步骤S6；
S5、重置竞争窗口长度CW和空闲信号评估值CCA为初始值，同时退避次数NB和退避指数BE都加1，并判断退避次数NB是否大于回退次数限制，若是则执行步骤S10，若否则返回执行步骤S2；
S6、空闲信号评估值CCA减1；
S7、判断空闲信号评估值CCA是否为0，若是则执行步骤S8；若否则返回执行步骤S3；
S8、发送数据帧并等待应答；
S9、判断应答是否正确，若正确则结束动作；若不正确则执行步骤S10；
S10、请求入网次数值+1，同时重置退避次数NB、竞争窗口长度CW、退避指数BE和空闲信号评估值CCA；
S11、判断请求入网次数是否大于最大可入网次数，若是则结束动作；若否则返回执行步骤S1。
采用上述组网技术的数据传输TDMA的自动校时步骤包括：
H1、数据主动上报；
H2、计算下次设备上报时间；
H3、根据步骤H2计算出来的时间设备进入休眠等待唤醒状态；
H4、判断上报数据是否为空，若是则返回执行步骤H2；若否则执行步骤H5；
H5、启动射频芯片并发数据；
H6、判断步骤H5发送数据是否成功，若是则执行步骤H7；若否则执行步骤H90；
H7、判断是否在规定时间内接收到步骤H5所传数据；若是则执行步骤H；若否则执行步骤H8；
H8、处理步骤H7所述数据；
H9、判断接收的应答数据是否正确，若是则执行步骤H10；若否则执行步骤H90；
H90、判断发送失败次数是否大于最大重发次数，若是则结束动作；若否则接入CSMA入网；
H10、判断应答数据中的网络参数是否更改，若是则执行步骤H；若否则执行步骤H11；
H101、更新终端网络参数而后执行步骤H11；
上述网络参数包括通讯字节数、终端数量、单次上报时间、上报周期和重发次数；
H11、判断终端与下行数据时间误差是否超过10ms，若是则执行H12；若否则返回执行H2；
H12、根据接收包时间和数据包空中时间计算当前时间并更新终端时间。
上述时间计算原理如下：
节点通过接收网关数据包提取里面的时间，然后节点把接收到数据包的时间记录下来，等到处理数据时间的时候，根据处理时间和接收包的时间进行偏移，然后根据收到数据的长度和速率算出数据的空中时间，最后根据处理时间、接收包的时间和空中时间三个偏移量进行时间校准。
同时，终端设备根据地址和单次上报时间相乘得出在所有设备发送周期内的偏移时间，同时当前时间除以上报周期则可得到当前上报周期时间；设备达到时间即可进行数据发送，使用TDMA主要是为了保证每个设备发送时间不冲突从而保证网络不堵塞，冲撞。
因此，本发明采用上述结构的基于TDMA和CSMA/CA的无线通讯方法，基于时分多址和CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突避免)技术的无线通讯方式，解决了现有电力线载波通信信道分配方法自适应性差且信号利用率低的问题，结合了TDMA(时分多址)和CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突避免)的优势，使得每个设备基于固定的时间槽进行数据收发交互，同时利用CSMA/CA技术进行发送信道检测可保证信道干净无占用，极大的提高无线网络的稳定性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (1)
1.一种基于TDMA和CSMA/CA的无线通讯方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、CSMA入网，并初始化退避次数NB、竞争窗口长度CW、退避指数BE和空闲信号评估值CCA；所述退避次数NB的初始值＝0，所述竞争窗口长度CW的初始值＝2，所述退避指数BE的初始值＝macMinBE，所述空闲信号评估值CCA的初始值＝2；
S2、产生一个随机休眠时间x，x＞0，当随机休眠时间x递减为0后执行步骤S3；
S3、启动无线网络载波检测；
S4、执行CCA检测信号状态，若信道为忙，则执行步骤S5；若信号为空闲，则执行步骤S6；
S5、重置竞争窗口长度CW和空闲信号评估值CCA为初始值，同时退避次数NB和退避指数BE都加1，并判断退避次数NB是否大于回退次数限制，若是则执行步骤S10，若否则返回执行步骤S2；
S6、空闲信号评估值CCA减1；
S7、判断空闲信号评估值CCA是否为0，若是则执行步骤S8；若否则返回执行步骤S3；
S8、发送数据帧并等待应答；
S9、判断应答是否正确，若正确则结束动作；若不正确则执行步骤S10；
S10、请求入网次数值+1，同时重置退避次数NB、竞争窗口长度CW、退避指数BE和空闲信号评估值CCA；
S11、判断请求入网次数是否大于最大可入网次数，若是则结束动作；若否则返回执行步骤S1；
上述组网技术的数据传输TDMA的自动校时步骤包括：
H1、数据主动上报；
H2、计算下次设备上报时间；
H3、根据步骤H2计算出来的时间设备进入休眠等待唤醒状态；
H4、判断上报数据是否为空，若是则返回执行步骤H2；若否则执行步骤H5；
H5、启动射频芯片并发数据；
H6、判断步骤H5发送数据是否成功，若是则执行步骤H7；若否则执行步骤H90；
H7、判断是否在规定时间内接收到步骤H5所传数据；若是则执行步骤H90；若否则执行步骤H8；
H8、处理步骤H7所述数据；
H9、判断接收的应答数据是否正确，若是则执行步骤H10；若否则执行步骤H90；
H90、判断发送失败次数是否大于最大重发次数，若是则结束动作；若否则接入CSMA入网；
H10、判断应答数据中的网络参数是否更改，若是则执行步骤H101；若否则执行步骤H11；
H101、更新终端网络参数而后执行步骤H11；上述网络参数包括通讯字节数、终端数量、单次上报时间、上报周期和重发次数；
H11、判断终端与下行数据时间误差是否超过10ms，若是则执行H12；若否则返回执行H2；
H12、根据接收包时间和数据包空中时间计算当前时间并更新终端时间；
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