[发明专利]用于多通道无线多跳网络的通道切换模式生成及分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络通信技术，具体地说明是一种用于多通道无线多跳网络的通道切换模式生成及分配方法。

背景技术

近几年，无线通信技术得到了飞速发展。无线多跳网络作为近年来通信领域发展较快的技术，受到越来越多的关注。无线多跳网络采用分布式、自组织的思想来构建网络，使网络具备更强的灵活性和健壮性。

在无线多跳网络中，工作在同一频段的邻近节点间存在信道竞争关系。节点对信道的竞争和以及竞争时产生的冲突严重制约着网络性能的提高。随着通信与电子技术的发展，目前许多射频硬件提供了多通道能力，如符合IEEE 802.15.4物理层标准的射频硬件支持16个互不重叠的通道，无线传感器网络中广泛使用的CC1000射频硬件支持多达130多个通道，而Mica2、WINS等射频硬件也都提供了多通道能力。由于竞争和冲突只能发生在工作在相同频段的节点间，射频硬件的多通道能力可被用于实现更高程度的并发传输。

在McMAC协议和SSCH协议中，提出了基于同步通道切换机制的介质访问控制方法，网络中的所有节点在网络时间同步的前提下，将时间划分为时隙并要求各节点的时隙边界对齐，网络内各节点通过本地的随机数生成器随机生成自己的通道切换模式(规定了节点在各个时隙使用的操作通道)并据此进行以时隙为单位的同步的通道切换。在每个时隙，网络内的节点被随机分配到所有可用的通道上。相邻节点交换并保存各自的通道切换模式，当需要通信时，源节点切换到目的节点在当前时隙的通道上进行信道竞争和报文发送，并在传输完成后切换回自己的操作通道。通过这种方式，使得在每个时隙，存在潜在竞争关系的节点被分配到多个通道上，当多个通信节点对的接收方使用不同的通道时，这些通信节点对可以互不干扰的并发进行，从而达到分给冲突域，提高网络性能的目的。然而，各节点通过随机方式生成自己的通道切换模式的方法以一种完全基于概率的方式进行冲突域分割，容易出现通道利用不充分的现象，即在一些时隙，大量节点被分配到少数几个通道上，使得这几个通道的竞争强度较高，而与此同时，却有大量的通道没有被使用。显然，上述方法存在进一步的改进空间。

发明内容

本发明提出了一种用于多通道无线多跳网络的通道切换模式生成及分配方法，包括适用于多通道无线多跳网络的通道切换模式生成方法，以及基于该生成方法的、支持分布式并发执行的通道切换模式分配方法。在基于同步通道切换机制的介质访问控制方法中，采用本发明为网络内的节点分配通道切换模式，可以确保在每个时隙，网络内的任一节点能够和所有与其存在潜在竞争关系的节点一起被平均分配到所有可用通道上，从而实现更好的冲突域划分效果，提高网络性能。

本发明的技术方案包括以下内容：

先建立一种通道切换模式生成方法，用以规定如何产生通道切换模式，再通过基于该生成方法的通道切换模式分配方法，为网络内各节点分配通道切换模式；所述通道切换模式分配在各个节点上分布式并发执行，对于网络内任一节点，遵循所分配的通道切换模式，在每个时隙与其所有潜在竞争节点一起被平均分配到所有可用通道上；

所述通道切换模式生成方法：通道切换模式由二元组<通道切换序列，起始通道号>唯一确定，其中通道切换序列为所有可用通道的一个任意排列，所有节点在生成通道切换模式时，采用相同的通道切换序列，而通过选择不同的起始通道号来获得不同的通道切换模式；

所述通道切换模式分配方法：各节点在网络初始化阶段收集自己所有2-跳邻居节点的ID，并将自身ID和所有2-跳邻居节点ID一起排序成一个顺序ID序列；在选择自己的通道切换模式即起始通道时，各节点等待ID序列中所有位置排在自己之前的节点选择完通道切换模式后，选择一个尚未被2-跳邻居节点选择过的通道切换模式作为自己的通道切换模式；节点选择了自己的模式后，立即将自己的选择广播给所有2-跳邻居节点；

当节点自己的ID成为有序ID表中的第一个表项时，节点依据以下方法选择自己的模式：

①在可用模式数量不小于2-跳邻居节点集合中的节点数量时，选择一个未被使用的模式作为自己的模式；

②在可用模式数量小于2-跳邻居节点集合中的节点数量时，选择当前时刻复用次数最少的模式作为自己的模式。

本发明的优点：在基于同步通道切换操作的介质访问控制方法中，通过本发明提出的通道切换模式生成方法和通道切换模式分配方法，在通道切换操作的各个时隙，网络内任一节点都能与其所有潜在竞争节点一起被平均分配到所有可用的通道上，因而可以获得更好的冲突域划分效果和更高程度的并发传输，有效减少节点的信道接入时间，降低报文冲突概率，从而提高网络性能。

附图说明