無線傳感網(wǎng)絡(luò)中一種基于節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級的解決沖突的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于CSMA的解決無線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)沖突的算法，屬于無線通信領(lǐng)域，具體為無線傳感網(wǎng)絡(luò)中一種基于節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級的解決沖突的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線傳感節(jié)點(diǎn)的大規(guī)模部署，節(jié)點(diǎn)的能源消耗問題日益成為它應(yīng)用的限制條件。由于部署無線傳感節(jié)點(diǎn)的區(qū)域往往是人類不容易到達(dá)的地方且我們部署節(jié)點(diǎn)以后希望能夠長期獲得這一區(qū)域的檢測數(shù)據(jù)，所以降低能源的消耗就意味著能夠獲得更多的檢測數(shù)據(jù)。
[0003]目前，無線傳感網(wǎng)絡(luò)MAC層中應(yīng)用較多的協(xié)議是CSMA(載波偵聽多路訪問)協(xié)議，CSMA協(xié)議能夠利用退避算法來解決節(jié)點(diǎn)間的沖突問題，該協(xié)議的核心就是給節(jié)點(diǎn)一個隨機(jī)參數(shù)來進(jìn)行退避。但是節(jié)點(diǎn)在退避的過程中，節(jié)點(diǎn)存在一個讀隨機(jī)數(shù)過程，該過程中信道處于空閑狀態(tài)，這樣就降低了信道的利用率，同時還導(dǎo)致能量消耗的增加。而且，CSMA協(xié)議存在隱藏終端問題，這樣就增加了節(jié)點(diǎn)沖突的可能性，從而進(jìn)一步降低了信道利用率。為了解決這一問題，人們提出了 Back2F協(xié)議。這個協(xié)議雖然可以解決隱藏終端的問題，但是它利用了兩個射頻天線。射頻天線的增加必然會導(dǎo)致能量消耗的增加。所以，這種協(xié)議在實(shí)際中是難以部署的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決無線傳感網(wǎng)絡(luò)因沖突問題而導(dǎo)致耗能高的問題，提供了無線傳感網(wǎng)絡(luò)中一種基于節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級的解決沖突的方法。
[0005]本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:無線傳感網(wǎng)絡(luò)中一種基于節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級的解決沖突的方法，包括以下步驟:
發(fā)送節(jié)點(diǎn)開始傳輸數(shù)據(jù)包時，首先判斷信道是否空閑，發(fā)送節(jié)點(diǎn)在信道空閑時傳輸攜帶一個隨機(jī)數(shù)的數(shù)據(jù)包；
若發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送完數(shù)據(jù)包后沒有接收到回復(fù)信息ACK，則不同發(fā)送節(jié)點(diǎn)間發(fā)生沖突，接收節(jié)點(diǎn)只接收到不同發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包中攜帶的隨機(jī)數(shù)，接收節(jié)點(diǎn)內(nèi)生成含有不同隨機(jī)數(shù)的沖突數(shù)據(jù)包，并將沖突數(shù)據(jù)包返回給發(fā)送節(jié)點(diǎn)；
發(fā)送節(jié)點(diǎn)沒有接收到回復(fù)信息ACK就會進(jìn)入退避過程，發(fā)送節(jié)點(diǎn)先將自己發(fā)送的數(shù)據(jù)包中攜帶的隨機(jī)數(shù)賦值給各自的退避參數(shù)，然后將自己的退避參數(shù)和反饋回來的沖突數(shù)據(jù)包中的隨機(jī)數(shù)進(jìn)行對比，若退避參數(shù)小于等于沖突數(shù)據(jù)包中的隨機(jī)數(shù)，該發(fā)送節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級高，若退避參數(shù)大于等于沖突數(shù)據(jù)包中的隨機(jī)該發(fā)送節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級低；
若接收節(jié)點(diǎn)中反饋回來的沖突數(shù)據(jù)包中的隨機(jī)數(shù)是一個，但是接收節(jié)點(diǎn)仍然沒有接收到回復(fù)信息ACK，則發(fā)生沖突的發(fā)送節(jié)點(diǎn)選取的隨機(jī)數(shù)是相同，此時，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將重新選取隨機(jī)數(shù)進(jìn)行退避過程，直到區(qū)分出發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間的優(yōu)先級；
優(yōu)先級高的發(fā)送節(jié)點(diǎn)先傳輸數(shù)據(jù)包，接收節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包后返回一個回復(fù)信息ACK，該發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到回復(fù)信息ACK后便不再發(fā)送數(shù)據(jù)包，優(yōu)先級低的發(fā)送節(jié)點(diǎn)后傳輸數(shù)據(jù)包，接收節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包后返回一個回復(fù)信息ACK，該發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到回復(fù)信息ACK后便不再發(fā)送數(shù)據(jù)包。
[0006]本發(fā)明在解決沖突時，直接通過賦值和比較就可以確定沖突節(jié)點(diǎn)之間的優(yōu)先級，不存在沖突節(jié)點(diǎn)讀隨機(jī)數(shù)而使得信道處于空閑狀態(tài)的問題，因此本發(fā)明在解決沖突時也能有效的利用信道，進(jìn)而降低了無線傳感網(wǎng)絡(luò)的耗能。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明的數(shù)據(jù)包幀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2是發(fā)明的原理圖。
[0009]圖3是沖突數(shù)據(jù)包中隨機(jī)數(shù)組示意圖。
[0010]圖4是本發(fā)明流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下結(jié)合具體實(shí)例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
無線傳感網(wǎng)絡(luò)中一種基于節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級的解決沖突的方法，包括以下步驟:
發(fā)送節(jié)點(diǎn)開始傳輸數(shù)據(jù)包時，首先判斷信道是否空閑，發(fā)送節(jié)點(diǎn)在信道空閑時傳輸攜帶一個隨機(jī)數(shù)的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包采用新的幀結(jié)構(gòu)，如圖1所示，幀結(jié)構(gòu)的preamble (前導(dǎo)碼)后面加入一個隨機(jī)數(shù)，這個隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的方法和CSMA中退避參數(shù)的產(chǎn)生方法相同。
[0012]若發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送完數(shù)據(jù)包后沒有接收到回復(fù)信息ACK，則不同發(fā)送節(jié)點(diǎn)間發(fā)生沖突，接收節(jié)點(diǎn)只接收到不同發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包中攜帶的隨機(jī)數(shù)，接收節(jié)點(diǎn)內(nèi)生成含有不同隨機(jī)數(shù)的沖突數(shù)據(jù)包，并將沖突數(shù)據(jù)包返回給發(fā)送節(jié)點(diǎn)；如圖2所示，發(fā)送節(jié)點(diǎn)Tl和T2發(fā)送數(shù)據(jù)包給接收節(jié)點(diǎn)AP，發(fā)送節(jié)點(diǎn)Tl發(fā)送的數(shù)據(jù)包攜帶的隨機(jī)數(shù)是6，發(fā)送節(jié)點(diǎn)T2發(fā)送的數(shù)據(jù)包攜帶的隨機(jī)數(shù)是9，接收節(jié)點(diǎn)AP在生成的沖突數(shù)據(jù)包中存儲了這兩個隨機(jī)數(shù)，并返回給發(fā)送節(jié)點(diǎn)Tl和T2;
發(fā)送節(jié)點(diǎn)沒有接收到回復(fù)信息ACK就會進(jìn)入退避過程，發(fā)送節(jié)點(diǎn)先將自己發(fā)送的數(shù)據(jù)包中攜帶的隨機(jī)數(shù)賦值給各自的退避參數(shù)，然后將自己的退避參數(shù)和反饋回來的沖突數(shù)據(jù)包中的隨機(jī)數(shù)進(jìn)行對比，若退避參數(shù)小于等于沖突數(shù)據(jù)包中的隨機(jī)數(shù)，該發(fā)送節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級高，若退避參數(shù)大于等于沖突數(shù)據(jù)包中的隨機(jī)數(shù)，該發(fā)送節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級低；具體參考圖2
(3)，獲得沖突數(shù)據(jù)包的發(fā)送節(jié)點(diǎn)將會完成以下兩個操作，(I)賦值，發(fā)送節(jié)點(diǎn)Tl發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的隨機(jī)數(shù)將會賦值給Tl的退避參數(shù)，通過賦值操作，Tl在執(zhí)行退避操作時，它的退避參數(shù)將等于Tl發(fā)送的數(shù)據(jù)包中攜帶的隨機(jī)數(shù)，(2)比較，通過將發(fā)送節(jié)點(diǎn)Tl和T2借助賦值得到的退避參數(shù)與沖突數(shù)據(jù)包中的隨機(jī)數(shù)進(jìn)行比較，可以得到發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級，對于Tl來說，它的退避參數(shù)6小于等于沖突隨機(jī)數(shù)組中的6和9，對于T2來說，它的退避參數(shù)9大于等于沖突隨機(jī)數(shù)組中的6和9，那么，Tl獲得了高優(yōu)先級。T2獲得了低優(yōu)先級，Tl將停止退避操作，馬上開始發(fā)送數(shù)據(jù)包；
若接收節(jié)點(diǎn)中反饋回來的沖突數(shù)據(jù)包中的隨機(jī)數(shù)是一個，但是接收節(jié)點(diǎn)仍然沒有接收到回復(fù)信息ACK，則發(fā)生沖突的發(fā)送節(jié)點(diǎn)選取的隨機(jī)數(shù)是相同，此時，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將重新選取隨機(jī)數(shù)進(jìn)行退避過程，直到區(qū)分出發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間的優(yōu)先級； 優(yōu)先級高的發(fā)送節(jié)點(diǎn)先傳輸數(shù)據(jù)包，接收節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包后返回一個回復(fù)信息ACK，該發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到回復(fù)信息ACK后便不再發(fā)送數(shù)據(jù)包，優(yōu)先級低的發(fā)送節(jié)點(diǎn)后傳輸數(shù)據(jù)包，接收節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包后返回一個回復(fù)信息ACK，該發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到回復(fù)信息ACK后便不再發(fā)送數(shù)據(jù)包。
[0013]本發(fā)明的基于CSMA的解決沖突的方法具有極強(qiáng)的適用性，它可以應(yīng)用于目前傳感器節(jié)點(diǎn)部署的各種場景。在解決不同數(shù)量的節(jié)點(diǎn)沖突方面都表現(xiàn)出了比較理想的效果，在兩個以上節(jié)點(diǎn)沖突的情況下采用本發(fā)明所提出的賦值結(jié)合比較的退避策略仍然可以迅速確定節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級，從而有效避免信道的空閑。除此之外，由于在實(shí)際部署傳感器節(jié)點(diǎn)的過程中，路由協(xié)議絕大多數(shù)使用了 CTP協(xié)議，而的發(fā)明能夠很好地應(yīng)用于CTP協(xié)議當(dāng)中，所以通過我們協(xié)議的應(yīng)用將會有效降低節(jié)點(diǎn)的能量消耗率。
[0014]最后，通過將我們的發(fā)明應(yīng)用于礦井傳感器系統(tǒng)，驗(yàn)證了我們的發(fā)明可以節(jié)約礦井中部署節(jié)點(diǎn)的能源消耗，延長了礦井中節(jié)點(diǎn)的使用時間。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.無線傳感網(wǎng)絡(luò)中一種基于節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級的解決沖突的方法，其特征在于包括以下步驟: 發(fā)送節(jié)點(diǎn)開始傳輸數(shù)據(jù)包時，首先判斷信道是否空閑，發(fā)送節(jié)點(diǎn)在信道空閑時傳輸攜帶一個隨機(jī)數(shù)的數(shù)據(jù)包； 若發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送完數(shù)據(jù)包后沒有接收到回復(fù)信息ACK，則不同發(fā)送節(jié)點(diǎn)間發(fā)生沖突，接收節(jié)點(diǎn)只接收到不同發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包中攜帶的隨機(jī)數(shù)，接收節(jié)點(diǎn)內(nèi)生成含有不同隨機(jī)數(shù)的沖突數(shù)據(jù)包，并將沖突數(shù)據(jù)包返回給發(fā)送節(jié)點(diǎn)； 發(fā)送節(jié)點(diǎn)沒有接收到回復(fù)信息ACK就會進(jìn)入退避過程，發(fā)送節(jié)點(diǎn)先將自己發(fā)送的數(shù)據(jù)包中攜帶的隨機(jī)數(shù)賦值給各自的退避參數(shù)，然后將自己的退避參數(shù)和反饋回來的沖突數(shù)據(jù)包中的隨機(jī)數(shù)進(jìn)行對比，若退避參數(shù)小于等于沖突數(shù)據(jù)包中的隨機(jī)數(shù)，該發(fā)送節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級高，若退避參數(shù)大于等于沖突數(shù)據(jù)包中的隨機(jī)數(shù)，該發(fā)送節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級低； 若接收節(jié)點(diǎn)中反饋回來的沖突數(shù)據(jù)包中的隨機(jī)數(shù)是一個，但是接收節(jié)點(diǎn)仍然沒有接收到回復(fù)信息ACK，則發(fā)生沖突的發(fā)送節(jié)點(diǎn)選取的隨機(jī)數(shù)是相同，此時，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將重新選取隨機(jī)數(shù)進(jìn)行退避過程，直到區(qū)分出發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間的優(yōu)先級； 優(yōu)先級高的發(fā)送節(jié)點(diǎn)先傳輸數(shù)據(jù)包，接收節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包后返回一個回復(fù)信息ACK，該發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到回復(fù)信息ACK后便不再發(fā)送數(shù)據(jù)包，優(yōu)先級低的發(fā)送節(jié)點(diǎn)后傳輸數(shù)據(jù)包，接收節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包后返回一個回復(fù)信息ACK，該發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到回復(fù)信息ACK后便不再發(fā)送數(shù)據(jù)包。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于CSMA的解決無線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)沖突的算法，具體為無線傳感網(wǎng)絡(luò)中一種基于節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級的解決沖突的方法，包括以下步驟：相互沖突的發(fā)送節(jié)點(diǎn)各自傳輸攜帶一個隨機(jī)數(shù)的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包幀結(jié)構(gòu)最前端的隨機(jī)數(shù)發(fā)送給接收節(jié)點(diǎn)，接收節(jié)點(diǎn)將攜帶這些隨機(jī)數(shù)的沖突數(shù)據(jù)包反饋給發(fā)送節(jié)點(diǎn)，這樣，發(fā)送節(jié)點(diǎn)就可以得到?jīng)_突數(shù)據(jù)包攜帶的所有隨機(jī)數(shù)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行一次賦值和一次比較操作，區(qū)分優(yōu)先級，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明在解決沖突時，直接通過賦值和比較就可以確定沖突節(jié)點(diǎn)之間的優(yōu)先級，不存在沖突節(jié)點(diǎn)讀隨機(jī)數(shù)而使得信道處于空閑狀態(tài)的問題，因此本發(fā)明在解決沖突時也能有效的利用信道，進(jìn)而降低了無線傳感網(wǎng)絡(luò)的耗能。
【IPC分類】H04L1-16, H04W74-08
【公開號】CN104796997
【申請?zhí)枴緾N201510189855
【發(fā)明人】趙菊敏, 李祎琨, 李燈熬
【申請人】太原理工大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月21日