一種無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)mac協(xié)議控制信道選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議控制信道選擇方法，屬于無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域，世界各國(guó)的大學(xué)和研宄機(jī)構(gòu)均對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研宄做出了大量的工作，但是隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作的ISM頻段變得日益擁堵，ISM頻段之間的無(wú)線干擾變得日趨嚴(yán)重。為了解決頻譜資源匱乏的問題，人們提出了基于認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，即無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0003]無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層需要考慮整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)控制信道的選擇問題。到目前為止，無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層研宄主要集中在兩個(gè)方向，協(xié)商接入和無(wú)協(xié)商接入，大部分工作又集中在協(xié)商接入。協(xié)商接入方式又分為固定控制信道和動(dòng)態(tài)控制信道兩種方式，其中，固定控制信道的優(yōu)勢(shì)是沒有控制信道選擇問題，缺點(diǎn)是當(dāng)用戶發(fā)送數(shù)據(jù)頻繁，握手次數(shù)增加，固定控制信道會(huì)變得擁堵，不能充分利用空閑信道；動(dòng)態(tài)控制信道的優(yōu)勢(shì)是能夠充分利用空閑信道，缺點(diǎn)是控制信道的選擇困難，控制信道達(dá)成握手的時(shí)間不固定，可靠性差。
[0004]由上述無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和研宄可以看出，目前無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層控制信道選擇問題的難點(diǎn)主要集中在以下兩點(diǎn):
[0005]1.控制信道的覆蓋范圍(全局還是局部)。
[0006]2.如何將控制信道信息告知相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開了一種無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議控制信道選擇方法。
[0008]在用戶連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)量大或者發(fā)送數(shù)據(jù)頻繁時(shí)，與現(xiàn)有的固定控制信道方法相比，本發(fā)明有效減少了控制信道阻塞造成的延遲，與現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)控制信道方法相比，本發(fā)明有效減少了控制信道達(dá)成握手時(shí)間。
[0009]本發(fā)明充分利用了固定控制信道方法和動(dòng)態(tài)控制信道方法的優(yōu)勢(shì)，很大程度上提升了無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層的性能。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0011]一種無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議控制信道選擇方法，設(shè)定無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)裝備兩個(gè)無(wú)線收發(fā)機(jī)，一個(gè)用于全局公共控制信道GCCC交換控制信息，另一個(gè)用于公共控制信道CCC和數(shù)據(jù)傳輸信道；無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)包括N個(gè)可用信道，N個(gè)可用信道組成序列表，無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的序列表相同，序列表包括N個(gè)可用信道中每個(gè)可用信道的狀態(tài)值，每個(gè)可用信道的狀態(tài)值為I或0，狀態(tài)值I表示對(duì)應(yīng)可用信道處于空閑狀態(tài)，狀態(tài)值O表示對(duì)應(yīng)可用信道處于忙狀態(tài)；無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)空閑信道列表FCL，每個(gè)節(jié)點(diǎn)空閑信道列表FCL已通過(guò)物理層的頻譜感知功能獲得；設(shè)定節(jié)點(diǎn)A、節(jié)點(diǎn)B為無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，且節(jié)點(diǎn)A、節(jié)點(diǎn)B相互之間直接通信，節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)，具體步驟包括:
[0012]一、交換控制信息，具體是指:節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B交換控制信息；
[0013]二、判斷主用戶使用情況，選擇控制信道
[0014](I)節(jié)點(diǎn)A的公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn為公共控制信道CCC，節(jié)點(diǎn)B的公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn為公共控制信道CCC ;其中，節(jié)點(diǎn)A的公共空閑信道列表CFCL與節(jié)點(diǎn)B的公共空閑信道列表CFCL相同；
[0015](2)判斷主用戶是否重新占用公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn，如果主用戶未重新占用公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn，則選擇公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn為公共控制信道CCC，進(jìn)入步驟d ;如果主用戶重新占用公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn，則判斷節(jié)點(diǎn)A是否在主用戶覆蓋范圍及節(jié)點(diǎn)B是否在主用戶覆蓋范圍，如果節(jié)點(diǎn)A在主用戶覆蓋范圍且節(jié)點(diǎn)B不在主用戶覆蓋范圍，進(jìn)入步驟a ;如果節(jié)點(diǎn)A不在主用戶覆蓋范圍且節(jié)點(diǎn)B在主用戶覆蓋范圍，進(jìn)入步驟b ;如果節(jié)點(diǎn)A在主用戶覆蓋范圍且節(jié)點(diǎn)B在主用戶覆蓋范圍，進(jìn)入步驟c ;如果節(jié)點(diǎn)A不在主用戶覆蓋范圍且節(jié)點(diǎn)B不在主用戶覆蓋范圍，進(jìn)入步驟d ;其中，步驟a、步驟b、步驟c及步驟d具體是指:
[0016]a、在一個(gè)請(qǐng)求發(fā)送/清除發(fā)送RTS/CTS握手時(shí)間內(nèi)發(fā)生如下動(dòng)作:刪除節(jié)點(diǎn)A的公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn，節(jié)點(diǎn)B在公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn上未接收到請(qǐng)求發(fā)送幀RTS，刪除節(jié)點(diǎn)B的公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn，進(jìn)入步驟
(I);
[0017]b、在一個(gè)請(qǐng)求發(fā)送/清除發(fā)送RTS/CTS握手時(shí)間內(nèi)發(fā)生如下動(dòng)作:刪除節(jié)點(diǎn)B的公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn，節(jié)點(diǎn)A在公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn上發(fā)送一次請(qǐng)求發(fā)送幀RTS，節(jié)點(diǎn)A在公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn上未接收到清除發(fā)送幀CTS，刪除節(jié)點(diǎn)A的公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn，進(jìn)入步驟(I)；
[0018]C、在一個(gè)請(qǐng)求發(fā)送/清除發(fā)送RTS/CTS握手時(shí)間內(nèi)發(fā)生如下動(dòng)作:刪除節(jié)點(diǎn)A的公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn ;刪除節(jié)點(diǎn)B的公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn，進(jìn)入步驟⑴；
[0019]d、在一個(gè)請(qǐng)求發(fā)送/清除發(fā)送RTS/CTS握手時(shí)間內(nèi)發(fā)生如下動(dòng)作:節(jié)點(diǎn)A在公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn上發(fā)送一次請(qǐng)求發(fā)送幀RTS，節(jié)點(diǎn)B在公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn上接收到請(qǐng)求發(fā)送幀RTS并發(fā)送清除發(fā)送幀CTS，節(jié)點(diǎn)A在公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn上接收到清除發(fā)送幀CTS ；
[0020](3)如果仍未確定公共控制信道CCC，進(jìn)入步驟一；如果已確定公共控制信道CCC，在請(qǐng)求發(fā)送/清除發(fā)送RTS/CTS握手中已經(jīng)選定數(shù)據(jù)傳輸信道，節(jié)點(diǎn)A、節(jié)點(diǎn)B切換到數(shù)據(jù)信道傳輸數(shù)據(jù)，判斷是否還有數(shù)據(jù)傳輸，如果有，進(jìn)入步驟(I)，否則，結(jié)束。
[0021]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟一所述節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B交換控制信息，具體步驟包括:
[0022](4)節(jié)點(diǎn)A持續(xù)監(jiān)聽全局公共控制信道GCCC，持續(xù)監(jiān)聽時(shí)間λ，如果監(jiān)聽全局公共控制信道GCCC在持續(xù)監(jiān)聽時(shí)間λ內(nèi)一直為空閑狀態(tài)，則節(jié)點(diǎn)A發(fā)送信標(biāo)BF，節(jié)點(diǎn)A周圍其他節(jié)點(diǎn)根據(jù)信標(biāo)BF中的持續(xù)時(shí)間字段設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分配矢量NAV，否則，節(jié)點(diǎn)A繼續(xù)監(jiān)聽全局公共控制信道GCCC，其中，λ為DIFS，信標(biāo)BF包括:持續(xù)時(shí)間、節(jié)點(diǎn)A地址、節(jié)點(diǎn)B地址和節(jié)點(diǎn)A的空閑信道列表FCL ；
[0023](5)如果節(jié)點(diǎn)B接收到步驟(I)節(jié)點(diǎn)A發(fā)送的信標(biāo)BF，節(jié)點(diǎn)B通過(guò)信標(biāo)BF獲取節(jié)點(diǎn)A的空閑信道列表FCL，并結(jié)合節(jié)點(diǎn)B的空閑信道列表FCL，計(jì)算得到公共空閑信道列表CFCL,并將公共空閑信道列表CFCL寫入應(yīng)答幀CBF中，節(jié)點(diǎn)B向節(jié)點(diǎn)A發(fā)送應(yīng)答幀CBF，否則，節(jié)點(diǎn)A繼續(xù)監(jiān)聽全局公共控制信道GCCC，其中，應(yīng)答幀CBF包括:持續(xù)時(shí)間、節(jié)點(diǎn)A地址、公共空閑信道列表CFCL，公共空閑信道列表CFCL為節(jié)點(diǎn)A及節(jié)點(diǎn)B共用的空閑信道列表FCL ；
[0024](6)節(jié)點(diǎn)A接收到步驟⑵節(jié)點(diǎn)B發(fā)送的應(yīng)答幀CBF，節(jié)點(diǎn)A獲取應(yīng)答幀CBF的公共空閑信道列表CFCL。
[0025]本發(fā)明的有益效果為:
[0026]1、與固定控制信道方法相比，本發(fā)明所述方法控制信息的交換主要是在可用空閑信道上完成，減少了全局公共控制信道GCCC的使用；
[0027]2、與動(dòng)態(tài)控制信道方法相比，本發(fā)明所述方法減少了公共控制信道CCC達(dá)成握手時(shí)間，可靠性強(qiáng)；
[0028]3、本發(fā)明所述方法僅利用全局公共控制信道GCCC交換空閑信道列表FCL，得到公共空閑信道列表CFCL，能夠有效減少全局公共控制信道GCCC使用造成的阻塞延遲；利用公共空閑信道列表CFCL選擇控制信道，在一定程度上減少了公共控制信道CCC達(dá)成握手時(shí)間。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明所述方法流程示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明N個(gè)可用信道組成的序列表格式示意圖；
[0031]圖3為本發(fā)明所述信標(biāo)BF格式示意圖；
[0032]圖3中，信標(biāo)BF還包括頭文件幀控制和幀校驗(yàn)序列FCS ;
[0033]圖4為本發(fā)明所述應(yīng)答幀CBF格式示意圖；
[0034]圖4中，應(yīng)答幀CBF還包括頭文件幀控制和幀校驗(yàn)序列FCS。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合說(shuō)明書附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步限定，但不限于此。
[0036]實(shí)施例1
[0037]一種無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議控制信道選擇方法，設(shè)定無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)裝備兩個(gè)無(wú)線收發(fā)機(jī)，一個(gè)用于全局公共控制信道GCCC交換控制信息，另一個(gè)用于公共控制信道CCC和數(shù)據(jù)傳輸信道；無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)包括N個(gè)可用信道，N個(gè)可用信道組成序列表，無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的序列表相同，序列表包括N個(gè)可用信道中每個(gè)可用信道的狀態(tài)值，每個(gè)可用信道的狀態(tài)值為I或0，狀態(tài)值I表示對(duì)應(yīng)可用信道處于空閑狀態(tài)，狀態(tài)值O表示對(duì)應(yīng)可用信道處于忙狀態(tài)；無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)空閑信道列表FCL，每個(gè)節(jié)點(diǎn)空閑信道列表FCL已通過(guò)物理層的頻譜感知功能獲得；設(shè)定節(jié)點(diǎn)A、節(jié)點(diǎn)B為無(wú)線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，且節(jié)點(diǎn)A、節(jié)點(diǎn)B相互之間直接通信，節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)，具體步驟包括:
[0038]一、交換控制信息，具體是指:節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B交換控制信息；
[0039]二、判斷主用戶使用情況，選擇控制信道
[0040](I)節(jié)點(diǎn)A的公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn為公共控制信道CCC，節(jié)點(diǎn)B的公共空閑信道列表CFCL的首位信道Cn為公共控制信道CCC ;其中，節(jié)點(diǎn)A的公共空閑信道列表CF