CN116709209A - 一种基于捎带确认的无线单跳网络可靠多源广播方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于捎带确认的无线单跳网络可靠多源广播方法，其特征在于：单跳无线网络中存在多个广播源节点，每个源节点有多条消息待广播，所有节点采用同一无线信道通信且各自配备全向天线，信道接入采用p‑CSMA机制，分组丢失包括传输碰撞和随机传输丢失两种情况，本方法通过发送消息时捎带对其它源节点已经成功发送消息的次数的确认，以有效抑制其它节点的非必要消息重传，在此基础上，提升广播效率和信道利用率。

Description

一种基于捎带确认的无线单跳网络可靠多源广播方法

技术领域

本发明属于无线广播技术领域，具体涉及一种基于捎带确认的无线单跳网络多源广播方法。该方法主要是借助其他节点广播消息时捎带确认信息，以提升消息广播的效率。

背景技术

在单跳无线网络中，当MAC层使用基于p-CSMA的共享无线信道接入时，传输冲突和随机传输差错都会导致消息传输失败。为了提高这类无线网络中的消息传输的可靠性，节点可以通过消息重传的方式提高消息成功传输率。在没有消息确认的广播通信中，给定消息重传的次数的上界时，通过减少消息重传的次数可以提高广播效率。同时，通过捎带确认的方式降低其它发送方的不必要重传次数。

发明内容

本发明涉及一种基于捎带确认的无线单跳网络多源可靠广播方法，其特征在于：网络中存在多个广播源节点，期望其每条消息广播到网络中所有其它节点，节点采用p-CSMA接入无线信道，无线链路存在传输碰撞和随机传输丢失可能，通过发送消息时捎带其它节点是否已经成功发送某消息足够次数的确认字段，以减少网络中不必要的消息重传，提升无线广播效率。主要组成部分包括：多广播源无线单跳网络模型及多接入共享信道条件下的可靠广播消息重传次数计算方法、附带捎带确认的消息结构及发送方法、基于捎带确认的消息接收方法。

该方法面向的多广播源无线单跳网络模型及多接入共享信道条件下的可靠广播消息重传次数计算方法如下：

令G表示由N个节点组成的单跳无线网络，所有节点工作在同一共享无线信道之上，每个节点都配备全向天线，且所有节点之间都可直接通信，在此基础上，形成一个无线单跳网络；MAC层采用p-CSMA进行信道接入，p为信道接入概率，节点不具备冲突检测能力，且传输过程中，分组接收方不直接进行接收确认。在p-CSMA环境下，分组传输存在传输碰撞和随机传输丢失两种情况；节点采用多次重复传输的方式以提高单分组的传输成功率；假定不同接收节点的消息接收成功与否是相互独立的。本专利中，分组与消息是等价的；令S表示广播源节点的集合；本专利考虑多源广播，因此|S|≥2；

令ξ代表目标传输成功概率，即：单个源节点发送分组，所有其它N-1节点均接收到该分组的概率。令ε_max代表单跳无线网络中所有节点对之间的最大分组传输失败概率。

不考虑传输碰撞，单纯考虑信道传输丢失，为了达到给定目标传输成功概率ξ，如ξ＝0.95，一个分组需要在无信道冲突条件下的重复传输次数为:

同时考虑传输冲突和随机传输丢失，一个发送节点，重复发送一条消息x_t次时，所有N-1个其它节点均成功接收到该消息的概率为：

其中，p_col＝1-(1-p)^N-1是一个节点发送分组时发生传输冲突的概率。

为了达到目标传输成功概率，即p_all≥ξ，给定N,p和ε_max，根据上式可以计算得到存在信道冲突时节点需要重复发送一条消息的最少次数x_t。

下面进一步说明本专利涉及其它组成部分，包括：消息的数据结构及相关操作、基于捎带确认的消息接收处理方法。

1)附带捎带确认的消息结构及其发送方法

每个源节点x∈S在发送广播数据分组时，采用窗口机制对分组进行编号，令k为窗口尺寸，如k＝8，则待发分组的编号必须是位于窗口范围之内的一个整数，即：0～k-1。每条消息需要携带以下信息：所发消息的内容、消息编号、当前节点对所有其它源节点当前正在发送的消息的接收情况；对于每个其它源节点y∈S-{x}的消息接收状态包括如下信息：当前节点x认为节点y当前正在发送的消息的编号、以及x认为y当前所发消息的成功接收次数是否已经达到次的状态，如果到达了的话，设置为1，否则设置为0；在此基础上，每个源节点x将其生成的每条消息的期望发送次数设置为x_t，然后开始发送该消息；

2)基于捎带确认的消息接收方法

·一个普通节点i∈V(G)-S收到一条消息的处理步骤：

如果首次收到该消息，则本地存储该消息内容，否则忽略该消息；

·一个广播源节点x∈S收到一条消息的处理步骤：

对消息部分的处理方式：如果首次收到该消息，则本地存储该消息内容，并记录自己对该消息的成功接收次数为1；如果不是第一次，则进一步判断：如果本地记录的对该消息的成功接收次数已经达到了次，则忽略该消息，否则本地记录的对该消息的成功接收次数加1；

对捎带确认部分的处理方式：

(a)如果该捎带确认中显示的自己正在发送的消息编号与自己当前实际正在发送或正准备发送的消息编号不一致，则忽略该确认；否则转下一步；

(b)如果该捎带确认中显示的状态位的值为0，则忽略该确认；否则转下一步；

(c)该捎带确认中显示的状态位的值为1，当前节点停止继续发送其当前消息，并开始准备发送下一条消息。

这样，基于捎带确认的多源广播方法可以有效地抑制无线单跳网络中的消息过度重传。

Claims (3)

1.一种基于捎带确认的无线单跳网络可靠多源广播方法，其特征在于：单跳无线网络中存在多个广播源节点，每个源节点有多条消息待广播到所有其它节点，所有节点工作在同一无线信道通信且各自配备全向天线，信道接入采用p-CSMA机制，分组丢失包括传输碰撞和随机传输丢失两种情况，通过发送消息时捎带对其它源节点已经成功发送消息的次数的确认，有效抑制其它节点的非必要消息重传，提升广播效率和信道利用率，该方法的主要组成部分包括：多广播源无线单跳网络模型及多接入共享信道条件下的可靠广播消息重传次数计算方法、附带捎带确认的消息结构及发送方法、基于捎带确认的消息接收方法。

2.根据权利要求1所述的基于捎带确认的无线单跳网络可靠多源广播方法，其特征在于：该方法面向的多广播源无线单跳网络模型及多接入共享信道条件下的可靠广播消息重传次数计算方法，具体如下：

令G表示由N个节点组成的单跳无线网络，所有节点工作在同一共享无线信道之上，每个节点都配备全向天线，且所有节点之间都可直接通信，在此基础上，形成一个无线单跳网络；MAC层采用p-CSMA进行信道接入，p为信道接入概率，节点不具备冲突检测能力，且传输过程中，分组接收方不直接进行接收确认；在p-CSMA环境下，分组丢失存在传输碰撞和随机传输丢失两种情况；节点采用多次重复传输的方式以提高单分组的传输成功率；假定不同接收节点的消息接收成功与否是相互独立的；该方法描述中，分组与消息是等价的；令S表示广播源节点的集合；该方法考虑多源广播，因此|S|≥2；

令ξ代表目标传输成功概率，即：单个源节点发送一个分组，所有其它N-1节点均接收到该分组的概率；令ε_max代表单跳无线网络中所有节点对之间的最大分组传输失败概率；

不考虑传输碰撞，单纯考虑信道传输丢失，为了达到给定目标传输成功概率ξ，一个分组需要在无信道冲突条件下的重复传输次数为:

同时考虑传输冲突和随机传输丢失，一个发送节点，重复发送一条消息x_t次时，所有N-1个其它节点均成功接收到该消息的概率的下界为：

其中，p_col＝1-(1-p)^N-1是一个节点发送分组时发生传输冲突的概率；

为了达到目标传输成功概率，即p_all≥ξ，给定N,p和ε_max，根据上式可以计算得到存在信道冲突时节点需要重复发送一条消息的最少次数x_t。

3.根据权利要求2所述的基于捎带确认的无线单跳网络可靠多源广播方法，其特征在于：附带捎带确认的消息结构及其发送方法、基于捎带确认的消息接收方法，具体如下：

附带捎带确认的消息结构及其发送方法如下：

每个源节点x∈S在发送广播数据分组时，采用窗口机制对分组进行编号，令k为窗口尺寸，则待发分组的编号必须是位于窗口范围之内的一个整数，即：0～k-1；每条消息需要携带以下信息：所承载的消息内容、消息编号、当前节点对所有其它源节点当前正在发送的消息的接收情况；对于每个其它源节点y∈S-{x}的消息接收状态包括如下信息：当前节点x认为节点y当前正在发送的消息的编号、以及x认为y当前所发消息的成功接收次数是否已经达到次的状态，如果到达了的话，设置为1，否则设置为0；在此基础上，每个源节点x将其生成的每条消息的期望发送次数设置为x_t，然后开始发送该消息；

基于捎带确认的消息接收方法如下：

·一个普通节点i∈V(G)-S收到一条消息的处理步骤：

如果首次收到该消息，则本地存储该消息内容，否则忽略该消息；

·一个广播源节点x∈S收到一条消息的处理步骤：

对消息部分的处理方式：如果首次收到该消息，则本地存储该消息内容，并记录自己对该消息的成功接收次数为1；如果不是第一次，则进一步判断：如果本地记录的对该消息的成功接收次数已经达到了次，则忽略该消息，否则本地记录的对该消息的成功接收次数加1；对捎带确认部分的处理方式：

(a)如果该捎带确认中显示的自己正在发送的消息编号与自己当前实际正在发送或正准备发送的消息编号不一致，则忽略该确认；否则转下一步；

(b)如果该捎带确认中显示的状态位的值为0，则忽略该确认；否则转下一步；

(c)该捎带确认中显示的状态位的值为1，当前节点停止继续发送其当前消息，并开始准备发送下一条消息。