本發(fā)明涉及無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種csma/ca機制下的廣播信道可靠傳輸方法。

背景技術(shù)：

在無線通信網(wǎng)絡(luò)中廣播幀是相當(dāng)重要的維護(hù)機制，可以讓移動節(jié)點知道網(wǎng)絡(luò)的存在，獲取所加入網(wǎng)絡(luò)的基本參數(shù)，向鄰居節(jié)點廣播自己的信息。

在csma/ca機制下，當(dāng)一個節(jié)點要發(fā)送廣播幀的時候，先對信道進(jìn)行忙閑監(jiān)聽，如果偵聽到信道是閑的，然后等待一段時間，如果在這個時間段里，偵聽到信道是空閑的話，則從事先規(guī)定的一個時間窗口里隨機選擇一個時間片繼續(xù)偵聽信道的忙閑，如果在這個時間片里，信道一直是空閑的，那么就發(fā)送廣播幀；如果信道是忙，也就是信道被占用，則利用退避算法，如：二進(jìn)制指數(shù)退避算法，等到退避時間到了，再進(jìn)行信道監(jiān)測，重復(fù)上述過程，直到信道空閑，開始發(fā)送要傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

而在這個過程中，并沒有給出廣播幀發(fā)生碰撞和丟失后的解決方法。廣播幀的發(fā)送過程沒有rts/cts的握手機制，在傳輸廣播幀的時候，會發(fā)生如下的幾種情況：一是隱藏終端的問題，一個節(jié)點會同時收到來自其它節(jié)點發(fā)送過來的廣播幀，導(dǎo)致廣播幀的沖突；二是在多信道模式下，一個節(jié)點在控制信道上給它的鄰居節(jié)點發(fā)送廣播幀，而它的鄰居節(jié)點可能在數(shù)據(jù)信道上發(fā)送數(shù)據(jù)幀，由于收發(fā)信道不在一個頻點上，會導(dǎo)致廣播幀的丟失。

上述這些狀況會在csma/ca機制下發(fā)生，但是該機制沒有給出解決問題的方法。因此提出csma/ca機制下的廣播信道可靠傳輸方法，可以快速可靠的維護(hù)無線通信網(wǎng)絡(luò)。尤其是在無線自組織和mesh網(wǎng)絡(luò)中，由于網(wǎng)絡(luò)容量變大、節(jié)點覆蓋范圍內(nèi)鄰居節(jié)點數(shù)增多、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的廣播幀丟失時，也能使網(wǎng)絡(luò)快速收斂和及時更新路由。

現(xiàn)有技術(shù)中的廣播幀發(fā)送采用csma/ca機制，在多信道的情況下，1)預(yù)先設(shè)定n個互不重疊的信道；2)每個節(jié)點保持對n個信道的監(jiān)控；3)在節(jié)點準(zhǔn)備廣播一個信息幀時，檢查空閑信道列表；4)對為空的信道進(jìn)行監(jiān)聽，等待一個長度至少為一個幀間間隔的時段，并檢查在這個幀間間隔里rss(接收信號強度)是否一直低于st(節(jié)點的偵聽閾值)；5)在隨機接入回退時段里的任一時刻點，檢查rss是否一直低于st，也就是說在隨機退避時間里信道要空閑；6)將使用過的信道標(biāo)記為“最近一次使用過的信道”；7)如果這個最近一次使用過的信道是空閑的話，就選擇在這個信道上發(fā)送信息，若這個信道忙，就隨機選擇一個空閑的信道發(fā)送廣播幀?？梢?，用多信道的csma/ca機制來發(fā)送廣播幀，雖然能降低廣播幀丟失的概率，提高可靠性，但是這種做法，并沒有徹底解決廣播幀丟失的問題，只是降低沖突的概率，而對廣播幀丟失的問題，并沒有給出解決辦法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種能夠有效解決廣播幀丟失問題的csma/ca機制下的廣播信道可靠傳輸方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的csma/ca機制下的廣播信道可靠傳輸方法，節(jié)點收到鄰居節(jié)點發(fā)送的廣播幀后，如果經(jīng)過該鄰居節(jié)點發(fā)送廣播幀的周期門限之后仍未收到該鄰居節(jié)點發(fā)送的新的廣播幀，則向該鄰居節(jié)點請求重傳新的廣播幀。

進(jìn)一步，節(jié)點收到鄰居節(jié)點發(fā)送的廣播幀后，啟動計時器，如果收到了該鄰居節(jié)點發(fā)送的新的廣播幀則計時器重置并開始下一次計時，如果計時器的計時達(dá)到了該鄰居節(jié)點發(fā)送廣播幀的周期門限卻仍未收到新的廣播幀，則向該鄰居節(jié)點請求重傳新的廣播幀。

進(jìn)一步，所述該鄰居節(jié)點發(fā)送廣播幀的周期門限按照式(1)計算：

n＝t+t+δt(1)

式(1)中，n為周期門限，t為廣播幀發(fā)送周期，t為該鄰居節(jié)點的單跳單向空口傳輸時延，δt為抖動時延。

進(jìn)一步，所述抖動時延包括處理時延、信道切換時延以及天線收發(fā)切換時延。

進(jìn)一步，向該鄰居節(jié)點請求重傳新的廣播幀的過程為：節(jié)點向該鄰居節(jié)點發(fā)送breq幀，然后等待該鄰居節(jié)點重傳新的廣播幀，如果在預(yù)設(shè)的等待周期內(nèi)收到了新的廣播幀，則結(jié)束請求重傳過程；如果等待時間超過預(yù)設(shè)的等待周期仍未收到新的廣播幀，則判定該鄰居節(jié)點與本節(jié)點不在同一個網(wǎng)絡(luò)中，更改鄰居信息表，刪除該鄰居節(jié)點，并向其他鄰居節(jié)點廣播信息。

進(jìn)一步，如果節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)給該鄰居節(jié)點，則將breq幀連同數(shù)據(jù)信息一起在數(shù)據(jù)信道上發(fā)送給該鄰居節(jié)點。

進(jìn)一步，所述breq幀包括子幀類型字段、源節(jié)點id字段和目的節(jié)點id字段。

有益效果：本發(fā)明公開了一種csma/ca機制下的廣播信道可靠傳輸方法，有效解決了廣播幀丟失的問題，能夠應(yīng)對當(dāng)網(wǎng)絡(luò)容量變大、節(jié)點覆蓋范圍內(nèi)鄰居節(jié)點增多的情況下，廣播幀丟失給網(wǎng)絡(luò)快速收斂及路由更新工作帶來的壓力，尤其是在多信道自組網(wǎng)和mesh網(wǎng)絡(luò)中效果更為突出。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實施方式的自組網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明具體實施方式的廣播幀發(fā)送、廣播幀丟幀檢測以及廣播幀重傳協(xié)商的過程示意圖；

圖3為本發(fā)明具體實施方式的廣播幀發(fā)送的流程圖；

圖4為本發(fā)明具體實施方式的方法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的介紹。

本具體實施方式公開了一種csma/ca機制下的廣播信道可靠傳輸方法，節(jié)點收到鄰居節(jié)點發(fā)送的廣播幀后，啟動計時器，如果收到了該鄰居節(jié)點發(fā)送的新的廣播幀則計時器重置并開始下一次計時，如果計時器的計時達(dá)到了該鄰居節(jié)點發(fā)送廣播幀的周期門限卻仍未收到新的廣播幀，則向該鄰居節(jié)點請求重傳新的廣播幀。

該鄰居節(jié)點發(fā)送廣播幀的周期門限按照式(1)計算：

n＝t+t+δt(1)

式(1)中，n為周期門限，t為廣播幀發(fā)送周期，t為該鄰居節(jié)點的單跳單向空口傳輸時延，δt為抖動時延。抖動時延包括處理時延、信道切換時延以及天線收發(fā)切換時延。

向該鄰居節(jié)點請求重傳新的廣播幀的過程為：節(jié)點向該鄰居節(jié)點發(fā)送breq幀，然后等待該鄰居節(jié)點重傳新的廣播幀，如果在預(yù)設(shè)的等待周期內(nèi)收到了新的廣播幀，則結(jié)束請求重傳過程；如果等待時間超過預(yù)設(shè)的等待周期仍未收到新的廣播幀，則判定該鄰居節(jié)點與本節(jié)點不在同一個網(wǎng)絡(luò)中，更改鄰居信息表，刪除該鄰居節(jié)點，并向其他鄰居節(jié)點廣播信息。breq幀包括子幀類型字段、源節(jié)點id字段和目的節(jié)點id字段。如果丟失的是多個鄰居節(jié)點的廣播幀，那breq幀中的目的節(jié)點id字段就用組播地址替代。如果節(jié)點請求重傳的時候需要發(fā)送數(shù)據(jù)給該鄰居節(jié)點，還可以將breq幀連同數(shù)據(jù)信息一起在數(shù)據(jù)信道上發(fā)送給該鄰居節(jié)點。等待周期的長度可以是多個廣播周期的長度之和。

breq幀發(fā)送信道的選擇可以遵從以下原則：對于單播的breq幀，選擇在空閑的數(shù)據(jù)信道fd上發(fā)送；如果節(jié)點與接收breq幀的鄰居節(jié)點存在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的往來，則可以在兩者建立的fd信道上同時發(fā)送breq幀和數(shù)據(jù)信息；如果丟失了多個鄰居節(jié)點的廣播幀，則在控制信道fc上組播發(fā)送breq幀。

鄰居節(jié)點發(fā)送廣播幀是指鄰居節(jié)點在上電后通過幀發(fā)送起點隨機算法選擇廣播幀發(fā)送起點時刻，并以固定周期t周期性的在控制信道fc上發(fā)送廣播幀的過程。幀發(fā)送起點隨機算法，是指在一個規(guī)定的時間窗里隨機選擇一個值，然后將這個時間值和節(jié)點id號進(jìn)行邏輯運算，得到上電后發(fā)起廣播幀的起始時間點。

控制信道fc是指專用來發(fā)送廣播幀和協(xié)商信息的信道。該信道的確定規(guī)則可以是節(jié)點上電后選用默認(rèn)配置的信道，也可以是節(jié)點上電后經(jīng)由信道協(xié)商出來的。這個控制信道fc是可以根據(jù)信道質(zhì)量進(jìn)行動態(tài)協(xié)商的，但是全網(wǎng)共享一個控制信道，并且廣播幀在控制信道上發(fā)送。

本具體實施方式中的節(jié)點是“網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備”的簡稱，節(jié)點的無線信號覆蓋范圍內(nèi)能夠互相通信的其他節(jié)點稱為此節(jié)點的相鄰節(jié)點，節(jié)點可以是終端設(shè)備、中繼設(shè)備或基站設(shè)備。無線通信網(wǎng)絡(luò)是一個無中心、分布式的移動網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)里的節(jié)點與同一個網(wǎng)絡(luò)里的其他節(jié)點是可以互相通信的，支持任意節(jié)點的增加和退出。多信道csma/ca機制，是指交互信息的發(fā)送過程是遵循csma/ca的，也就是說開始的時候要先偵查信道的忙閑，等到信道空閑的時候，發(fā)送消息；若信道是忙的，則選擇退避時間，偵聽信道，直到信道空閑下來，有發(fā)送消息的資格。

下面以一個實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的介紹。

本實施例中的無線通信網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)中存在多個節(jié)點，每個節(jié)點具有兩個通道，一個通道用于接收信號；另一個通道既可以用于發(fā)送信號，也可以用于接收信號，但是收發(fā)不能同時進(jìn)行。

下面以節(jié)點b作為廣播幀的發(fā)送節(jié)點，節(jié)點a作為廣播幀的接收節(jié)點，節(jié)點c作為節(jié)點a發(fā)送數(shù)據(jù)的接收節(jié)點為例詳細(xì)說明。

如圖2所示，節(jié)點a接收到節(jié)點b發(fā)來的廣播幀后，解析廣播幀得到b節(jié)點的id號和廣播幀發(fā)送周期t等信息。然后根據(jù)式(1)計算得到節(jié)點b發(fā)送廣播幀的周期門限n，并啟動計時器，開始計時。當(dāng)節(jié)點b向節(jié)點a發(fā)送下一幀廣播幀時，節(jié)點a正在向節(jié)點c發(fā)送數(shù)據(jù)幀，由于節(jié)點a在發(fā)送信息的時候無法接收信息，所以節(jié)點b發(fā)送給節(jié)點a的下一幀廣播幀就接收不到。當(dāng)節(jié)點a針對節(jié)點b的計時器達(dá)到周期門限n時，節(jié)點a向節(jié)點b發(fā)送breq幀，等待節(jié)點b重傳下一幀廣播幀，如果在預(yù)設(shè)的等待周期內(nèi)收到了下一幀廣播幀，則結(jié)束請求重傳過程；如果等待時間超過預(yù)設(shè)的等待周期仍未收到下一幀廣播幀，則判定節(jié)點b與本節(jié)點不在同一個網(wǎng)絡(luò)中，更改鄰居信息表，刪除節(jié)點b，并向其他鄰居節(jié)點廣播信息。如果節(jié)點a請求重傳的時候需要發(fā)送數(shù)據(jù)給節(jié)點b，還可以將breq幀連同數(shù)據(jù)信息一起發(fā)送給節(jié)點b。

圖3為節(jié)點b發(fā)送廣播幀的過程，當(dāng)節(jié)點b上電后，采用幀發(fā)送起點隨機算法，為節(jié)點b選擇廣播幀的發(fā)起時間點，以廣播周期t為間隔周期性地發(fā)送廣播幀。其中，幀發(fā)送起點隨機算法是在一個規(guī)定的時間窗w里隨機選擇一個值t，然后將這個時間值t和節(jié)點id號進(jìn)行邏輯運算，得到上電后發(fā)起廣播幀的起始時間點。

下面以節(jié)點b、c、d、e、f、g作為廣播幀的發(fā)送節(jié)點，節(jié)點a作為廣播幀的接收節(jié)點為例詳細(xì)說明。

如圖4所示，節(jié)點a接收到鄰居節(jié)點b、c、d、e、f、g發(fā)來的廣播幀后，解析這些廣播幀，得到各個鄰居節(jié)點的id號，節(jié)點a根據(jù)鄰居節(jié)點的id號在相應(yīng)鄰居節(jié)點的信息表里記錄下收到廣播幀的時刻，然后根據(jù)式(1)計算得到各鄰居節(jié)點發(fā)送廣播幀的周期門限n，并啟動各個計時器，開始計時。如果各個計時器均未達(dá)到周期門限n，節(jié)點a就已收到了各個鄰居節(jié)點的廣播幀，則無需啟動重傳機制。如果針對節(jié)點e的計時器已達(dá)到周期門限n，而節(jié)點a仍未收到節(jié)點e發(fā)來的下一幀廣播幀，則節(jié)點a向節(jié)點e發(fā)送breq幀，等待節(jié)點e重傳下一幀廣播幀，如果在預(yù)設(shè)的等待周期內(nèi)收到了下一幀廣播幀，則結(jié)束請求重傳過程；如果等待時間超過預(yù)設(shè)的等待周期仍未收到下一幀廣播幀，則判定節(jié)點e與本節(jié)點不在同一個網(wǎng)絡(luò)中，更改鄰居信息表，刪除節(jié)點e，并向其他鄰居節(jié)點廣播信息。如果針對節(jié)點b、c和d的計時器均已達(dá)到各自的周期門限n，而節(jié)點a仍未收到節(jié)點b、c和d發(fā)來的下一幀廣播幀，則節(jié)點a在控制信道上向節(jié)點b、c和d組播breq幀，等待節(jié)點b、c和d重傳下一幀廣播幀，如果在預(yù)設(shè)的等待周期內(nèi)收到了下一幀廣播幀，則結(jié)束請求重傳過程；如果等待時間超過預(yù)設(shè)的等待周期仍未收到一個或多個節(jié)點的下一幀廣播幀，則判定相應(yīng)節(jié)點與本節(jié)點不在同一個網(wǎng)絡(luò)中，更改鄰居信息表，刪除相應(yīng)節(jié)點，并向其他鄰居節(jié)點廣播信息。