CN110460535B - 物联网感知设备间并发数据传输方法 - Google Patents

物联网感知设备间并发数据传输方法 Download PDF

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CN110460535B CN201910709845.0A CN201910709845A CN110460535B CN 110460535 B CN110460535 B CN 110460535B CN 201910709845 A CN201910709845 A CN 201910709845A CN 110460535 B CN110460535 B CN 110460535B
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Abstract

本发明涉及一种物联网感知设备间并发数据传输控制方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、查询网络信道是否空闲，并且同时判断当前网络环境是否允许物联网感知设备加入并发数据传输，如是进入步骤二；步骤二、物联网感知设备发送数据组报文；步骤三、连接发送完一个数据组的m个报文后，等待第二预设时间，等待数据组确认报文的到达；步骤四、判断发送的数据组个数是否大于n，如是，进入步骤五；如否，将数据组个数加1，返回步骤二；步骤五、监听网络信道，经过退避时间后发送一个时间控制报文。与现有技术相比，本发明无需额外开销建立信道干扰模型，就能提高物联网感知设备间并发数据传输的能力，提升整个物联网系统的数据传输性能。

Description

物联网感知设备间并发数据传输方法
技术领域
本发明涉及物联网通信和计算领域，特别是一种物联网感知设备间并发数据传输方法。
背景技术
物联网被称为继互联网、移动互联网之后信息产业的第三次浪潮，随着5G通信技术的商用化，物联网将迎来全新的发展机遇。在物联网时代，我们通过数字化和网络化技术使每个物品都具有信息感知、处理和传输的能力，并能通过有线网络或无线网络接入到互联网中，从而使物理世界中的物品信息以及人类社会中的个人信息，与网络空间中的各种业务信息和媒体信息进行融合，通过智能化技术建立丰富的物联网应用，实现人机物融合的新型计算系统。物联网中感知设备之间的高可靠、高速率、低延迟传输是实现物联网数据采集、数据处理和数据融合的基础，也是建立人机物融合的新型计算系统的基础，因此物联网感知设备间的数据传输是一种非常重要的技术。
目前物联网感知设备之间的数据传输大多采用不可靠、低速率、低功耗的通信技术，比如ZigBee，因此在这些通信技术的基础上，如何提高感知设备之间的数据传输的速率和可靠性是目前很多研究人员和企业都在关注的问题。目前已经提出的方法包括以下几类：(1)基于TMDA的无线信道访问控制方法，比如工业物联网领域提出的WirelessHART标准协议，还有学术界提出的一些还没成为标准的协议，比如ISO-MAC、TreeMAC和i-MAC等，这些协议主要通过给每个通信干扰域内的感知设备分配独立的时隙，避免因为信道访问冲突带来的信道利用率降低问题，从而提高每个感知设备的数据传输效率。但是由于时隙的分配没有考虑每个感知设备的流量需求，所以有可能会造成分配的时隙没有充分利用，也有可能分配的时隙不够用的情况，从而影响整个物联网系统的传输性能；(2)具有流量意识的低占空比MAC协议，比如X-MAC、RI-MAC、pTunes等，这些信道访问控制协议都是针对感知设备工作在低功耗模式(在醒来和睡眠之间来回切换)的情况，在数据流量比较密集的网络场景中，会造成比较严重的数据传输失效和永久退避的问题，从而影响整个物联网系统的性能；(3)基于信道干扰模型的支持并发数据传输的无线信道访问控制协议，比如C-MAC和OPC，它们需要在数据传输之前通过主动发送网络信道探测包来获得每个感知设备在不同干扰程度下的成功传输数据的概率，从而建立起信道干扰模型，并基于所建立的干扰模型进行感知设备间的并发数据传输。由于这类协议需要额外的开销(包括时间和信道资源)来建立信道干扰模型，所以给整个物联网系统带来的速率上的提升十分有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种无需额外开销、容许干扰域内多对物联网感知设备间并发数据传输方法，以提升整个物联网系统的数据传输性能。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种物联网感知设备间并发数据传输方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、物联网感知设备在进行报文传输之前，查询网络信道是否空闲，并且同时判断当前网络环境是否允许物联网感知设备加入并发数据传输，如果当前网络信道空闲，并且当前网络环境允许物联网感知设备加入并发数据传输，进入步骤二，否则等待第一预设时间后，返回步骤一；
步骤二、物联网感知设备发送数据组报文：
物联网感知设备以数据组为单位进行数据传输，即物联网感知设备将一个数据组中的数据划分为长度相同的m个报文，m为自然数，然后连续将这m个报文发送出去，然后进入步骤三，每个报文从前到后依次包含的内容如下：
Figure BDA0002153344850000021
其中，字段Sync和字段Length为报文物理层头部，字段Sync表示同步信号，Length表示报文长度；字段FCF、字段SEQ和字段Addr为报文控制层头部，字段FCF表示帧控制域，字段SEQ表示本报文在数据组内的序列码，字段Addr表示报文接收方地址；字段bSEQ表示数据组的序列码，字段bNAV表示数据组预留网络时间，即传输完本数据组所需时间；字段payload为本报文发送的数据；字段FCS表示帧校验码；
步骤三、当物联网感知设备连接发送完一个数据组的m个报文后，等待第二预设时间，等待数据组确认报文的到达，不管是否收到等待数据组确认报文，均进入步骤四；数据组确认报文从前到后依次包含的内容如下：
Figure BDA0002153344850000022
其中，字段Sync和字段Length为报文物理层头部，字段Sync表示同步信号，Length表示报文长度；字段FCF、字段SEQ和字段Addr为报文控制层头部，字段FCF表示帧控制域，字段SEQ表示报文序列码，字段Addr表示报文接收方地址；字段bSEQ1表示第一个数据组的序列码，……字段bSEQn表示第n个数据组的序列码；bitmap1……bitmapn至少包含有m位，bitmap1不同位处的数值表示第一个数据组中相应位置上的报文数据是否被正确接收，……bitmapn不同位处的数值表示第n个数据组中的相应位置上的报文数据是否被正确接收，1表示被正确接收，0表示没有被正确接收，n为预设值，2或3或4或5或6；字段FCS表示帧校验码；
步骤四、判断物联网感知设备发送的数据组个数是否大于n，如是，进入步骤五；如否，将物联网感知设备发送的数据组个数加1，返回步骤二；
步骤五、物联网感知设备开始监听网络信道，并从监听到的报文头部中提取出bNAV字段的值，从而确定当前网络环境内的所有数据组的传输结束的时间；一旦当前网络环境内的所有数据组全部传输结束，物联网感知设备根据监听到的数据流个数，确定退避时间，退避时间等于数据流个数乘以预设基本退避时间单位；然后等待退避时间后，发送一个时间控制报文，然后返回步骤一；时间控制报文从前到后依次包含的内容如下：
Figure BDA0002153344850000031
其中，字段Sync和字段Length为报文物理层头部，字段Sync表示同步信号，Length表示报文长度；字段FCF、字段SEQ和字段Addr为报文控制层头部，字段FCF表示帧控制域，字段SEQ表示报文序列码，字段Addr表示报文接收方地址；字段t0 1表示第一个数据组传输的开始时间，t1 1表示第一个数据组传输的结束时间，……字段t0 n表示第n个数据组传输的开始时间，t1 n表示第n个数据组传输的结束时间，字段FCS表示帧校验码。
作为改进，所述步骤一中，通过如下方式判断当前网络环境是否允许加入并发数据传输：
物联网感知设备通过监听网络信道，并从监听到的报文中，获知当前正在传输的数据流的集合{<si,ri>}，si为处于发送方的邻居物联网感知设备，ri为处于接收方的邻居物联网感知设备，i为自然数，将物联网感知设备标记为s0；当监听到的数据流数量超过预设最大数据流阈值Cmax时,就决定不加入到并发传输；当监听到物联网感知设备发送的数据组的接收方地址为忙时，也决定不加入到并发传输；其他情况下通过以下计算来确定是否加入到并发传输：
步骤1-1、根据监听到的当前占用信道的数据流，获得当前正在占用信道的数据流的集合{<si,ri>}以及所有发送端的物联网感知设备集合T＝{si}；
步骤1-2、以(T\{si},<si,ri>)为关键字查询本地干扰向量表，获得每对物联网感知设备在并发传输情况下能够取得的数据组成功传输概率PPR，记为PRR(T\{si},<si,ri>)，将其进行累加操作，计算出当前并发传输情况下的干扰域内的总数据成功传输率，记为THT；其中符号T\表示集合中减掉某些元素；
步骤1-3、以(T∪{s0}\{si},<si,ri>)为关键字查询本地干扰向量表，获得物联网感知设备S0加入到并发传输后，每对物联网感知设备能够取得的数据组成功传输概率PPR，记为PRR(T∪{s0}\{si},<si,ri>)，将其进行累加操作，计算出物联网感知设备S0加入并发传输后干扰域内的总数据成功传输率，记为THT1；符号∪表示集合并运算，就是加上s0元素；
步骤四，如果THT1≧(1+ɑ)THT，ɑ为预设参数，ɑ＝0.1，物联网感知设备S0就获得信道的访问权，开始加入到并发数据传输中，否则就不加入到并发传输中；
其中本地干扰向量表通过如下方式获得：
步骤a、物联网感知设备通过分析接收到的时间控制报文以及数据组确认报文，建立物联网感知设备的干扰向量，然后进入步骤b；建立物联网感知设备的干扰向量的具体方式包括：
步骤a-1、物联网感知设备将自身连续发送的n个数据组的传输时间记录为T0，物联网感知设备通过分析接收到的时间控制报文，将接收到的邻居物联网感知设备发送的n个数据组的传输时间记录至第一集合T1；物联网感知设备根据收到的数据组确认报文，将自身发送的n个数据组的接收情况记录至第二集合Tb，Tb内的元素分别为bitmap1至bitmapn；
步骤a-2、分析T0与第二集合T1中各元素之间的时间重叠关系，如果T0与集合TL中的某一元素存在重叠关系，则该邻居物联网感知设备为物联网感知设备的干扰节点，将该邻居物联网感知设备的ID计入interId数组；
步骤a-3、将interId数组的元素进行聚合，得到物联网感知设备的干扰模式，并将干扰模式作为元素保存至干扰数组中；
步骤a-4、针对干扰数组中的每种干扰模式，统计对应正确接收的报文个数s和传输总报文个数k之比，得到干扰向量i-vector，干扰向量i-vector的条目包括字段interPtn，link，s/k和k；其中interPtn为干扰数组中的元素，即物联网感知设备的干扰模式，link为链路，即物联网感知设备发送方ID和物联网感知设备接收方ID，s为在干扰模式下对应正确接收的报文个数，k为干扰模式下传输的总报文数；s通过提取数据组确认报文bitmap1至bitmapn字段中相应位置上的1的个数；
步骤b-1、物联网感知设备根据自己的干扰向量，以干扰向量i-vector中的interPtn和link信息为关键字，在本地干扰向量表中查找相应的条目，每个条目包括字段IID、LINK、PRR和K，字段IID、LINK、PRR和K与干扰向量i-vector中相应字段的内容是一一对应的，即查找的条件是本地向量表的IID和LINK等于干扰向量i-vector的interPtn和link，如果没有找到，就直接将干扰向量i-vector加入到本地干扰向量表中，否则将找到的条目中的PRR和K分别更新为(PRR×K+prr×k)/(K+k)和K+k，其中PRR和K就是本地干扰向量表中找到的条目中的PRR和K字段的值，prr和k是干扰向量i-vector中的值；
步骤b-2、物联网感知设备将自身的干扰向量发给邻居物联网感知设备，邻居感知设备接收到干扰向量后，将通过以下步骤来更新其自身本地干扰向量表中的条目：根据干扰向量i-vector中的interPtn和link信息，在本地干扰向量表中查找相应的条目，每个条目包括字段IID、LINK、PRR和K，字段IID、LINK、PRR和K与干扰向量i-vector中相应字段的内容是一一对应的，即查找的条件是本地干扰向量表的IID和LINK等于干扰向量i-vector的interPtn和link，如果没有找到，就直接将干扰向量i-vector加入到本地干扰向量表中，否则将找到的条目中的PRR和K分别更新为prr和k，其中PRR和N就是干扰向量表中找到的条目中的PRR和K字段的值，prr和k是接收到的i-vector中的值。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的物联网感知设备间并发数据传输控制方法无需额外开销建立信道干扰模型，就能提高物联网感知设备间并发数据传输的能力，提升整个物联网系统的数据传输性能。
附图说明
图1为本发明具体实施例中三对处于一个干扰域内的物联网感知设备间进行并发传输的场景；
图2为本发明实施例中三对处于一个干扰域内的物联网感知设备进行并发传输的过程时序图。
图3为本发明实施例中物联网感知设备s0的干扰向量获得过程。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明提供一种物联网感知设备间并发数据传输控制方法，其包括如下步骤：
步骤一、物联网感知设备在进行报文传输之前，查询网络信道是否空闲，并且同时判断当前网络环境是否允许物联网感知设备加入并发数据传输，如果当前网络信道空闲，并且当前网络环境允许物联网感知设备加入并发数据传输，进入步骤二，否则等待第一预设时间后，返回步骤一；
步骤二、物联网感知设备发送数据组报文：
物联网感知设备以数据组为单位进行数据传输，即物联网感知设备将一个数据组中的数据划分为长度相同的m个报文，m为自然数，然后连续将这m个报文发送出去，然后进入步骤三，每个报文从前到后依次包含的内容如下：
Figure BDA0002153344850000051
其中，字段Sync和字段Length为报文物理层头部，字段Sync表示同步信号，Length表示报文长度；字段FCF、字段SEQ和字段Addr为报文控制层头部，字段FCF表示帧控制域，字段SEQ表示本报文在数据组内的序列码，字段Addr表示报文接收方地址；字段bSEQ表示数据组的序列码，字段bNAV表示数据组预留网络时间，即传输完本数据组所需时间；字段payload为本报文发送的数据；字段FCS表示帧校验码；
步骤三、当物联网感知设备连接发送完一个数据组的m个报文后，等待第二预设时间，等待数据组确认报文的到达，不管是否收到等待数据组确认报文，均进入步骤四；数据组确认报文从前到后依次包含的内容如下：
Figure BDA0002153344850000061
其中，字段Sync和字段Length为报文物理层头部，字段Sync表示同步信号，Length表示报文长度；字段FCF、字段SEQ和字段Addr为报文控制层头部，字段FCF表示帧控制域，字段SEQ表示报文序列码，字段Addr表示报文接收方地址；字段bSEQ1表示第一个数据组的序列码，……字段bSEQn表示第n个数据组的序列码；bitmap1……bitmapn至少包含有m位，bitmap1中不同位处的数值表示第一个数据组中相应位置上的报文数据是否被正确接收，……bitmapn中不同位处的数值表示第n个数据组中相应位置上的报文数据是否被正确接收，1表示被正确接收，0表示没有被正确接收，n为预设值，2或3或4或5或6；字段FCS表示帧校验码；
步骤四、判断物联网感知设备发送的数据组个数是否大于n，如是，进入步骤五；如否，将物联网感知设备发送的数据组个数加1，返回步骤二；
步骤五、物联网感知设备开始监听网络信道，并从监听到的报文头部中提取出bNAV字段的值，从而确定当前网络环境内的所有数据组的传输结束的时间；一旦当前网络环境内的所有数据组全部传输结束，物联网感知设备根据监听到的数据流个数，确定退避时间，退避时间等于数据流个数乘以预设基本退避时间单位；然后等待退避时间后，发送一个时间控制报文，然后返回步骤一；时间控制报文从前到后依次包含的内容如下：
Figure BDA0002153344850000062
其中，字段Sync和字段Length为报文物理层头部，字段Sync表示同步信号，Length表示报文长度；字段FCF、字段SEQ和字段Addr为报文控制层头部，字段FCF表示帧控制域，字段SEQ表示报文序列码，字段Addr表示报文接收方地址；字段t0 1表示第一个数据组传输的开始时间，t1 1表示第一个数据组传输的结束时间，……字段t0 n表示第n个数据组传输的开始时间，t1 n表示第n个数据组传输的结束时间，字段FCS表示帧校验码。
在步骤一中，通过如下方式判断当前网络环境是否允许加入并发数据传输：
物联网感知设备通过监听网络信道，并从监听到的报文中，获知当前正在传输的数据流的集合{<si,ri>}，si为处于发送方的邻居物联网感知设备，ri为处于接收方的邻居物联网感知设备，i为自然数，此处，不论是处于发送方的邻居物联网感知设备还是处于接收方的邻居物联网感知设备，均同时具有发送和接收报文的功能；将物联网感知设备标记为s0；此处的物联网感知设备s0即为想要加入并发传输的任意一个具有发送和接收功能的物联网感知设备；当监听到的数据流数量超过预设最大数据流阈值Cmax时,就决定不加入到并发传输；当监听到物联网感知设备发送的数据组的接收方地址为忙时，也决定不加入到并发传输；其他情况下通过以下计算来确定是否加入到并发传输：
步骤1-1、根据监听到的当前占用信道的数据流，获得当前正在占用信道的数据流的集合{<si,ri>}以及所有发送端的物联网感知设备集合T＝{si}；
步骤1-2、以(T\{si},<si,ri>)为关键字查询本地干扰向量表，获得每对物联网感知设备在并发传输情况下能够取得的数据组成功传输概率PPR，记为PRR(T\{si},<si,ri>)，将其进行累加操作，计算出当前并发传输情况下的干扰域内的总数据成功传输率，记为THT；其中符号T\表示集合中剪掉某些元素；
步骤1-3、以(T∪{s0}\{si},<si,ri>)为关键字查询本地干扰向量表，获得物联网感知设备S0加入到并发传输后，每对物联网感知设备能够取得的数据组成功传输概率PPR，记为PRR(T∪{s0}\{si},<si,ri>)，将其进行累加操作，计算出物联网感知设备S0加入并发传输后干扰域内的总数据成功传输率，记为THT1；符号∪表示集合并运算，就是加上s0元素；
步骤四，如果THT1≧(1+ɑ)THT，ɑ为预设参数，ɑ＝0.1，物联网感知设备S0就获得信道的访问权，开始加入到并发数据传输中，否则就不加入到并发传输中；
其中本地干扰向量表通过如下方式获得：
步骤a、物联网感知设备通过分析接收到的时间控制报文以及数据组确认报文，建立物联网感知设备的干扰向量，然后进入步骤b；建立物联网感知设备的干扰向量的具体方式包括：
步骤a-1、物联网感知设备将自身连续发送的n个数据组的传输时间记录为T0，物联网感知设备通过分析接收到的时间控制报文，将接收到的邻居物联网感知设备发送的n个数据组的传输时间记录至第一集合T1；物联网感知设备根据收到的数据组确认报文，将自身发送的n个数据组的接收情况记录至第二集合Tb，Tb内的元素分别为bitmap1至bitmapn；
步骤a-2、分析T0与第二集合T1中各元素之间的时间重叠关系，如果T0与集合TL中的某一元素存在重叠关系，则该邻居物联网感知设备为物联网感知设备的干扰节点，将该邻居物联网感知设备的ID计入interId数组；
步骤a-3、将interId数组的元素进行聚合，得到物联网感知设备的干扰模式，并将干扰模式作为元素保存至干扰数组中；
步骤a-4、针对干扰数组中的每种干扰模式，统计对应正确接收的报文个数s和传输总报文个数k之比，得到干扰向量i-vector，干扰向量i-vector的条目包括字段interPtn，link，s/k和k；其中interPtn为干扰数组中的元素，即物联网感知设备的干扰模式，link为链路，即物联网感知设备发送方ID和物联网感知设备接收方ID，s为在干扰模式下对应正确接收的报文个数，k为干扰模式下传输的总报文数；s通过提取数据组确认报文bitmap1至bitmapn字段中不同位置上的1的个数总和；
步骤b-1、物联网感知设备根据自己的干扰向量，以干扰向量i-vector中的interPtn和link信息为关键字，在本地干扰向量表中查找相应的条目，每个条目包括字段IID、LINK、PRR和K，字段IID、LINK、PRR和K与干扰向量i-vector中相应字段的内容是一一对应的，即查找的条件是本地向量表的IID和LINK等于干扰向量i-vector的interPtn和link，如果没有找到，就直接将干扰向量i-vector加入到本地干扰向量表中，否则将找到的条目中的PRR和K分别更新为(PRR×K+prr×k)/(K+k)和K+k，其中PRR和K就是本地干扰向量表中找到的条目中的PRR和K字段的值，prr和k是干扰向量i-vector中的值；
步骤b-2、物联网感知设备将自身的干扰向量发给邻居物联网感知设备，邻居感知设备接收到干扰向量后，将通过以下步骤来更新其自身本地干扰向量表中的条目：根据干扰向量i-vector中的interPtn和link信息，在本地干扰向量表中查找相应的条目，每个条目包括字段IID、LINK、PRR和K，字段IID、LINK、PRR和K与干扰向量i-vector中相应字段的内容是一一对应的，即查找的条件是本地干扰向量表的IID和LINK等于干扰向量i-vector的interPtn和link，如果没有找到，就直接将干扰向量i-vector加入到本地干扰向量表中，否则将找到的条目中的PRR和K分别更新为prr和k，其中PRR和N就是干扰向量表中找到的条目中的PRR和K字段的值，prr和k是接收到的i-vector中的值。在该模块中设置一个时钟Tout，以定时让干扰向量中的条目失效，从而维护干扰向量表的有效性。
以下结合具体实例对上述方案做进一步解释：
图1给出了一个处于一个干扰域内多对物联网感知设备间进行并发传输的场景，其中s0-s3是发送数据的物联网感知设备，r0-r3是接收数据的物联网感知设备。
图2给出了(s0,r0)、(s1,r1)、(s2,r2)这三对处于一个干扰域内的物联网感知设备进行并发传输的过程，主要是报文组传输与控制报文广播模块的工作流程。每个物联网感知设备以数据组为单位进行数据报文传输，在进行数据组传输之前，先进行信道是否为空闲操作以及是否允许加入并发数据传输，此处称为CCA；以物联网感知设备s0为例，当物联网感知设备s0需要传输数据组之前，它能够监听到s1和s2正在进行传输，于是物联网感知设备s0以T\{si},<si,ri>为关键字查询本地干扰向量表，由于T＝{s1,s2}，因此T\{si},<si,ri>表示的是要在干扰向量表中查询的是(s2,<s1,r1>)和(s1,<s2,r2>)这两个向量，因此获得PRR(s1,<s2,r2>)和PRR(s2,<s1,r1>)的值，刚开始时由于本地干扰向量表为空，无法查询到这两个值，这时默认值为1，因此获得的累加值THT为2；然后以T∪{s0}\{si},<si,ri>为关键字查询本地干扰向量表，由于T＝{s1,s2}，因此T∪{s0}\{si},<si,ri>表示的是要在干扰向量表中查询的是({s2，s0},<s1,r1>)和({s1,s0},<s2,r2>)这两个向量，因此获得PRR({s0,s1},<s2,r2>)、PRR({s0,s2},<s1,r1>)和PRR({s1,s2},<s0,r0>)的值，同理获得的值都是1，因此获得的累加值THT1为3；然后判断THT1≧(1+0.1)THT满足，即让物联网感知设备s0加入到并发传输中，从而开始进行报文组传输。
当感知设备发送完一组数据报文后，将等待第二预设时间，等待数据组确认报文BACK的到达；然后继续发送数据组，直至发送数据组个数大于n；当物联网感知设备结束数据组的传输后，将监听信道，从监听到的报文头部中提取出bNAV字段的值，从而确定整个干扰域内的数据报文组传输结束的时间；一旦数据组传输结束，每个感知设备将依照监听到的数据流个数(从大到小)确定退避的时间BOtime_log,然后等待退避时间后，分别依次发送一个时间控制报文Time logs。
r2收到s0和s1的时间控制报文之后，进行报文组传输起止时间重叠关系与数据报文传输成功概率分析，分析获得的干扰模式interPtn＝{{s0},{s0,s1},{s1}},以及对应干扰模式下的PRR为0.33，0.25，1.00,即最后获得的干扰向量i-vectors为({s0},<s2,r2>,0.33,3),({s0,s1},<s2,r2>,0.25,4),({s1},<s2,r2>,1.00,3)；同理，r0和r1也进行一样的操作获得不同干扰模式下的干扰向量；之后，将分析获得的干扰向量广播给邻居物联网感知设备，即物联网感知设备s0收到来自物联网感知设备r0和物联网感知设备r2分析获得的干扰向量，物联网感知设备s1收到来自物联网感知设备r0、物联网感知设备r1和物联网感知设备r2分析获得干扰向量，物联网感知设备s2收到来自物联网感知设备r2分析获得干扰向量，比如物联网感知设备s0收到来自物联网感知设备r2分析获得的干扰向量为({s0},<s2,r2>,0.33,3),({s0,s1},<s2,r2>,0.25,4),({s1},<s2,r2>,1.00,3)，然后对本地干扰向量表进行更新；下一轮数据组传输之前进行信道是否为空闲操作以及是否允许加入并发数据传输时，依据每个设备上维护的本地干扰向量表，确定是否加入到并发传输中。这样，就允许在干扰域内存在多对同时传输的感知设备，从而提高整个物联网系统的数据传输率和可靠性。

Claims (2)

1.一种物联网感知设备间并发数据传输控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、物联网感知设备在进行报文传输之前，查询网络信道是否空闲，并且同时判断当前网络环境是否允许物联网感知设备加入并发数据传输，如果当前网络信道空闲，并且当前网络环境允许物联网感知设备加入并发数据传输，进入步骤二，否则等待第一预设时间后，返回步骤一；
步骤二、物联网感知设备发送数据组报文：
物联网感知设备以数据组为单位进行数据传输，即物联网感知设备将一个数据组中的数据划分为长度相同的m个报文，m为自然数，然后连续将这m个报文发送出去，然后进入步骤三，每个报文从前到后依次包含的内容如下：
Sync Length FCF SEQ Addr bSEQ bNAV payload FCS
其中，字段Sync和字段Length为报文物理层头部，字段Sync表示同步信号，Length表示报文长度；字段FCF、字段SEQ和字段Addr为报文控制层头部，字段FCF表示帧控制域，字段SEQ表示本报文在数据组内的序列码，字段Addr表示报文接收方地址；字段bSEQ表示数据组的序列码，字段bNAV表示数据组预留网络时间，即传输完本数据组所需时间；字段payload为本报文发送的数据；字段FCS表示帧校验码；
步骤三、当物联网感知设备连接发送完一个数据组的m个报文后，等待第二预设时间，等待数据组确认报文的到达，不管是否收到等待数据组确认报文，均进入步骤四；数据组确认报文从前到后依次包含的内容如下：
Sync Length FCF SEQ Addr bSEQ<sub>1</sub> bitmap<sub>1</sub> … bSEQn bitmapn FCS
其中，字段Sync和字段Length为报文物理层头部，字段Sync表示同步信号，Length表示报文长度；字段FCF、字段SEQ和字段Addr为报文控制层头部，字段FCF表示帧控制域，字段SEQ表示报文序列码，字段Addr表示报文接收方地址；字段bSEQ1表示第一个数据组的序列码，……字段bSEQn表示第n个数据组的序列码；bitmap1……bitmapn至少包含有m位，bitmap1中不同位处的数值表示第一个数据组中相应位置上的报文数据是否被正确接收，……bitmapn中不同位处的数值表示第n个数据组中相应位置上的报文数据是否被正确接收，1表示被正确接收，0表示没有被正确接收，n为预设值，2或3或4或5或6；字段FCS表示帧校验码；
步骤四、判断物联网感知设备发送的数据组个数是否大于n，如是，进入步骤五；如否，将物联网感知设备发送的数据组个数加1，返回步骤二；
步骤五、物联网感知设备开始监听网络信道，并从监听到的报文头部中提取出bNAV字段的值，从而确定当前网络环境内的所有数据组的传输结束的时间；一旦当前网络环境内的所有数据组全部传输结束，物联网感知设备根据监听到的数据流个数，确定退避时间，退避时间等于数据流个数乘以预设基本退避时间单位；然后等待退避时间后，发送一个时间控制报文，然后返回步骤一；时间控制报文从前到后依次包含的内容如下：
Sync Length FCF SEQ Addr t<sub>0</sub><sup>1</sup> t<sub>1</sub><sup>1</sup> … t<sub>0</sub><sup>n</sup> t<sub>1</sub><sup>n</sup> FCS
其中，字段Sync和字段Length为报文物理层头部，字段Sync表示同步信号，Length表示报文长度；字段FCF、字段SEQ和字段Addr为报文控制层头部，字段FCF表示帧控制域，字段SEQ表示报文序列码，字段Addr表示报文接收方地址；字段t0 1表示第一个数据组传输的开始时间，t1 1表示第一个数据组传输的结束时间，……字段t0 n表示第n个数据组传输的开始时间，t1 n表示第n个数据组传输的结束时间，字段FCS表示帧校验码。
2.根据权利要求1所述的物联网感知设备间并发数据传输控制方法，其特征在于：所述步骤一中，通过如下方式判断当前网络环境是否允许加入并发数据传输：
物联网感知设备通过监听网络信道，并从监听到的报文中，获知当前正在传输的数据流的集合{<si，ri>}，si为处于发送方的邻居物联网感知设备，ri为处于接收方的邻居物联网感知设备，i为自然数，将物联网感知设备标记为s0；当监听到的数据流数量超过预设最大数据流阈值Cmax时，就决定不加入到并发传输；当监听到物联网感知设备发送的数据组的接收方地址为忙时，也决定不加入到并发传输；其他情况下通过以下计算来确定是否加入到并发传输：
步骤1-1、根据监听到的当前占用信道的数据流，获得当前正在占用信道的数据流的集合{<si，ri>}以及所有发送端的物联网感知设备集合T＝{si}；
步骤1-2、以(T\{si}，<si，ri>)为关键字查询本地干扰向量表，获得每对物联网感知设备在并发传输情况下能够取得的数据组成功传输概率PPR，记为PRR(T\{si}，<si，ri>)，将其进行累加操作，计算出当前并发传输情况下的干扰域内的总数据成功传输率，记为THT；其中符号T\表示集合中减掉某些元素；
步骤1-3、以(T∪{s0}\{si}，<si，ri>)为关键字查询本地干扰向量表，获得物联网感知设备S0加入到并发传输后，每对物联网感知设备能够取得的数据组成功传输概率PPR，记为PRR(T∪{s0}\{si}，<si，ri>)，将其进行累加操作，计算出物联网感知设备S0加入并发传输后干扰域内的总数据成功传输率，记为THT1；符号∪表示集合并运算，就是加上s0元素；
步骤四，如果THT1≥(1+a)THT，a为预设参数，a＝0.1，物联网感知设备S0就获得信道的访问权，开始加入到并发数据传输中，否则就不加入到并发传输中；
其中本地干扰向量表通过如下方式获得：
步骤a、物联网感知设备通过分析接收到的时间控制报文以及数据组确认报文，建立物联网感知设备的干扰向量，然后进入步骤b；建立物联网感知设备的干扰向量的具体方式包括：
步骤a-1、物联网感知设备将自身连续发送的n个数据组的传输时间记录为T0，物联网感知设备通过分析接收到的时间控制报文，将接收到的邻居物联网感知设备发送的n个数据组的传输时间记录至第一集合T1；物联网感知设备根据收到的数据组确认报文，将自身发送的n个数据组的接收情况记录至第二集合Tb，Tb内的元素分别为bitmap1至bitmapn；
步骤a-2、分析T0与第二集合T1中各元素之间的时间重叠关系，如果T0与集合TL中的某一元素存在重叠关系，则该邻居物联网感知设备为物联网感知设备的干扰节点，将该邻居物联网感知设备的ID计入interId数组；
步骤a-3、将interId数组的元素进行聚合，得到物联网感知设备的干扰模式，并将干扰模式作为元素保存至干扰数组中；
步骤a-4、针对干扰数组中的每种干扰模式，统计对应正确接收的报文个数s和传输总报文个数k之比，得到干扰向量i-vector，干扰向量i-vector的条目包括字段interPtn，link，s/k和k；其中interPtn为干扰数组中的元素，即物联网感知设备的干扰模式，link为链路，即物联网感知设备发送方ID和物联网感知设备接收方ID，s为在干扰模式下对应正确接收的报文个数，k为干扰模式下传输的总报文数；s通过提取数据组确认报文bitmap1至bitmapn字段中相应位置上的1的个数；
步骤b-1、物联网感知设备根据自己的干扰向量，以干扰向量i-vector中的interPtn和link信息为关键字，在本地干扰向量表中查找相应的条目，每个条目包括字段IID、LINK、PRR和K，字段IID、LINK、PRR和K与干扰向量i-vector中相应字段的内容是一一对应的，即查找的条件是本地向量表的IID和LINK等于干扰向量i-vector的interPtn和link，如果没有找到，就直接将干扰向量i-vector加入到本地干扰向量表中，否则将找到的条目中的PRR和K分别更新为(PRR×K+prr×k)/(K+k)和K+k，其中PRR和K就是本地干扰向量表中找到的条目中的PRR和K字段的值，prr和k是干扰向量i-vector中的值；
步骤b-2、物联网感知设备将自身的干扰向量发给邻居物联网感知设备，邻居感知设备接收到干扰向量后，将通过以下步骤来更新其自身本地干扰向量表中的条目：根据干扰向量i-vector中的interPtn和link信息，在本地干扰向量表中查找相应的条目，每个条目包括字段IID、LINK、PRR和K，字段IID、LINK、PRR和K与干扰向量i-vector中相应字段的内容是一一对应的，即查找的条件是本地干扰向量表的IID和LINK等于干扰向量i-vector的interPtn和link，如果没有找到，就直接将干扰向量i-vector加入到本地干扰向量表中，否则将找到的条目中的PRR和K分别更新为prr和k，其中PRR和N就是干扰向量表中找到的条目中的PRR和K字段的值，prr和k是接收到的i-vector中的值。
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