一種基于媒體訪問控制層驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)時隙分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種將節(jié)點(diǎn)通過算法進(jìn)行周期性 的驅(qū)動時隙的分配W在一定程度上減少信道碰撞且使節(jié)點(diǎn)之間的通信更加高效、節(jié)能、具 有普適性的基于媒體訪問控制層驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)時隙分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線電磁納米網(wǎng)絡(luò)是一種由納米節(jié)點(diǎn)和多種納米設(shè)備組成的新型無線傳感網(wǎng)絡(luò)。 納米節(jié)點(diǎn)的大小都在納米級到微米級之間，其由許多納米單元組成，如納米天線、納米傳感 器、納米處理器等。納米技術(shù)的發(fā)展和太赫茲通信頻段的利用，極大地推動了運(yùn)類微小節(jié)點(diǎn) 通信領(lǐng)域的發(fā)展。目前有許多應(yīng)用希望能夠使用運(yùn)一類技術(shù)，比如納米節(jié)點(diǎn)可W探測分子 級的化合物和一些傳染性病原體。工程人員也可W使用電磁納米網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)出一些更加新穎 的應(yīng)用，比如設(shè)計(jì)一個高速、智能的個人辦公環(huán)境或者人體內(nèi)部的健康監(jiān)測系統(tǒng)，另外在一 些生物、醫(yī)藥、化學(xué)、環(huán)境、軍事、工業(yè)等領(lǐng)域也可W進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。
[0003] 無線電磁納米網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要是基于納米技術(shù)和太赫茲通訊技術(shù)發(fā)展起來的。一 方面，隨著時代的發(fā)展，人們對納米技術(shù)的運(yùn)用越來越成熟，各種新的納米產(chǎn)品層出不窮， 石墨締的發(fā)明也使得制造原子級精度的納米天線成為可能；另一方面，對通信領(lǐng)域的研究， 納米節(jié)點(diǎn)可W使用0. 1-10.OT化頻段進(jìn)行通信，太赫茲頻段的利用不僅可W使節(jié)點(diǎn)更加節(jié) 約能量也可W使其通訊速度更快、安全性更高。但是運(yùn)些技術(shù)目前仍處于發(fā)展起步階段，雖 然電磁納米網(wǎng)絡(luò)中的部分工作已經(jīng)完成，比如信道模型、飛秒級的通信技術(shù)等，但是接下去 的工作仍然十分關(guān)鍵，比如信息編碼方式的確定、媒體訪問控制（MAC)協(xié)議的制定、路由協(xié) 議的制定等。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時，為了實(shí)現(xiàn)納米節(jié)點(diǎn)之間的信息傳播和特定的系統(tǒng)功 能，納米節(jié)點(diǎn)必須與其他節(jié)點(diǎn)或者納米接口進(jìn)行通信，然而納米節(jié)點(diǎn)往往只有有限的能量， 無法持續(xù)進(jìn)行接收和發(fā)送信息，同時，在大多數(shù)電磁納米網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)百個納米節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行 協(xié)同工作，并且節(jié)點(diǎn)都只具備十分有限的運(yùn)算能力。因此，必須設(shè)計(jì)盡可能簡單、高效的基 于MC的網(wǎng)絡(luò)分配方式，保證準(zhǔn)確傳輸?shù)耐瑫r盡可能降低對能量和運(yùn)算能力的要求。傳統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)與無線電磁納米網(wǎng)絡(luò)所處的環(huán)境具有明顯區(qū)別，傳統(tǒng)方法中節(jié)點(diǎn)間通信的頻段寬度十 分有限，節(jié)點(diǎn)使用載波監(jiān)聽和握手方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，運(yùn)都對能力有限的納米節(jié)點(diǎn)提出了 巨大的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致傳統(tǒng)MC協(xié)議無法應(yīng)用于電磁納米網(wǎng)絡(luò)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，現(xiàn)有技術(shù)中，在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時，為了實(shí)現(xiàn)納米節(jié)點(diǎn)之間的 信息傳播和特定的系統(tǒng)功能，納米節(jié)點(diǎn)必須與其他節(jié)點(diǎn)或者納米接口進(jìn)行通信，而導(dǎo)致的 納米節(jié)點(diǎn)往往只有有限的能量，無法持續(xù)進(jìn)行接收和發(fā)送信息，同時，在大多數(shù)電磁納米網(wǎng) 絡(luò)中，數(shù)百個納米節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行協(xié)同工作，并且節(jié)點(diǎn)都只具備十分有限的運(yùn)算能力，無法保 證現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)能在準(zhǔn)確傳輸信息的同時還能降低對能量和運(yùn)算能力的要求，且傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中 節(jié)點(diǎn)間通信的頻段寬度十分有限，節(jié)點(diǎn)使用載波監(jiān)聽和握手方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，運(yùn)都對能 力有限的納米節(jié)點(diǎn)提出了巨大的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致傳統(tǒng)MC協(xié)議無法應(yīng)用于電磁納米網(wǎng)絡(luò)中的問 題，進(jìn)而提供了一種優(yōu)化的基于媒體訪問控制層驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)時隙分配方法。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于媒體訪問控制層驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)時隙分配方 法，所述網(wǎng)絡(luò)包括集中式網(wǎng)絡(luò)和分布式網(wǎng)絡(luò)；所述集中式網(wǎng)絡(luò)包括作為網(wǎng)絡(luò)中屯、用W組建 整個網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點(diǎn)和地位平等的普通節(jié)點(diǎn)，所述普通節(jié)點(diǎn)只與匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息的雙向 傳輸；所述分布式網(wǎng)絡(luò)包括地位平等的普通節(jié)點(diǎn)，所述普通節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行信息的雙向傳輸； 所述每個普通節(jié)點(diǎn)或匯聚節(jié)點(diǎn)包括長度為t的時間帖，每個時間帖包括均勻分布的U個時 隙； 所述網(wǎng)絡(luò)時隙分配方法的步驟為： 步驟1. 1 :所述集中式網(wǎng)絡(luò)中，將匯聚節(jié)點(diǎn)的時間帖的第一個時隙作為廣播競爭時隙， 時間帖的第二個時隙作為廣播時隙，匯聚節(jié)點(diǎn)的其余時隙均作為用于接收來自其他節(jié)點(diǎn)的 信息的接收時隙，在廣播競爭時隙中，匯聚節(jié)點(diǎn)與普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行競爭，贏得競爭的節(jié)點(diǎn)將在 第二個廣播時隙進(jìn)行廣播；所述分布式網(wǎng)絡(luò)中，每個普通節(jié)點(diǎn)的時間帖的第一個時隙作為 廣播競爭時隙，將時間帖的第二個時隙作為廣播時隙，在廣播競爭時隙中，普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行競 爭，贏得競爭的普通節(jié)點(diǎn)將在所述廣播時隙進(jìn)行廣播； 步驟1. 2 :所述集中式網(wǎng)絡(luò)和分布式網(wǎng)絡(luò)中，每個普通節(jié)點(diǎn)分配n個 用于實(shí)現(xiàn)接收時隙和發(fā)送時隙之間的轉(zhuǎn)換的驅(qū)動時隙；其中普通節(jié)點(diǎn)擁 有唯一編號nID，普通節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動時隙通過計(jì)算普通節(jié)點(diǎn)的nID和時間 帖長度t的哈希值確定，可W得到每個普通節(jié)點(diǎn)的初始的驅(qū)動時隙編號 親曲如紀(jì).:吊k跑媒曲} i馬； 步驟1.3:通過為誠&姑狀計(jì)算每個普通節(jié)點(diǎn)剩下的n-y個驅(qū)動時隙編號 5&心心二5*心&?*0±扣^-，其中，I=1心-，H-1，J是決定驅(qū)動時隙的位置的相應(yīng)系數(shù)， ........... 巧 =1 義…，B，孤邊曲為各驅(qū)動時隙的編號，范圍在2到U之間；滋aii粧麻之間存在Wi的 取值區(qū)分的先后順序，i越大，雜*在時間帖中的位置越靠后； 步驟1. 4 :分配完驅(qū)動時隙后，所述集中式網(wǎng)絡(luò)和分布式網(wǎng)絡(luò)中的每個普通節(jié)點(diǎn)中，除 了驅(qū)動時隙外的其余時隙均初始化為睡眠時隙，普通節(jié)點(diǎn)在睡眠時隙中進(jìn)入睡眠狀態(tài)，不 進(jìn)行信道的監(jiān)聽； 步驟1. 5 :在集中式網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)任一普通節(jié)點(diǎn)有消息需要進(jìn)行發(fā)送時，普通節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動 時隙設(shè)置為發(fā)送時隙，將收集的數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，而在無信息需要發(fā)送的情況下，將驅(qū) 動時隙設(shè)置為接收時隙，接收來自匯聚節(jié)點(diǎn)的信息；在分布式網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)任一普通節(jié)點(diǎn)有消 息需要進(jìn)行發(fā)送時，此普通節(jié)點(diǎn)為發(fā)送節(jié)點(diǎn)，根據(jù)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的nID號和時間帖長度t進(jìn)行目 標(biāo)節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動時隙計(jì)算，得到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動時隙后，將發(fā)送節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)的睡眠時隙設(shè)置 為發(fā)送時隙進(jìn)行信息發(fā)送； 步驟1. 6 :當(dāng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收到相應(yīng)的信息后，回復(fù)確認(rèn)字符ACK，發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到該信 號后結(jié)束信息發(fā)送，如果沒有收到，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)在下一個驅(qū)動時隙內(nèi)按概率P進(jìn)行重發(fā)。
[0007] 優(yōu)選地，在集中式網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息到匯聚節(jié)點(diǎn)時，每個節(jié)點(diǎn)在自己的 驅(qū)動時隙進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，當(dāng)出現(xiàn)兩個或者兩個W上普通節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動時隙在同一位置時，普 通節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行競爭后發(fā)送數(shù)據(jù)。
[000引優(yōu)選地，在集中式網(wǎng)絡(luò)中，普通節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行競爭后向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，沒有收 到匯聚節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)字符ACK的普通節(jié)點(diǎn)在下個驅(qū)動時隙按概率P進(jìn)行重發(fā)。
[0009] 優(yōu)選地，在集中式網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)匯聚節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)連續(xù)S個時隙未接收到任何信息時，將 下一時隙更改為空閑廣播時隙，發(fā)送空閑信號給周圍的普通節(jié)點(diǎn)，有需要發(fā)送信息的普通 節(jié)點(diǎn)在收到信號后，在接下去的時隙中可W向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息。
[0010] 優(yōu)選地，在分布式網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)驅(qū)動時隙相同的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的個數(shù)大于1時，不影響信 息的傳輸，當(dāng)發(fā)送時隙相同的發(fā)送節(jié)點(diǎn)的個數(shù)大于1時，發(fā)送節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行競爭，沒有收到目 標(biāo)節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)字符ACK的發(fā)送節(jié)點(diǎn)在下個驅(qū)動時隙按概率P進(jìn)行重發(fā)。