[发明专利]多跳网络和无线传感网的介质访问控制协议中的退避算法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种多跳网络和无线传感网的介质访问控制协议中的退避算法。

背景技术

随着无线网络、传感器及MEMS技术的发展，无线传感器网络和ad hoc网络的应用范围越来越广。这些网络中的节点大多以电池供电，网络吞吐量和能量效率决定了网络的性能和生存周期。在这些网络中，介质访问控制协议（MAC协议）决定了无线信道的使用方式，用来构建网络系统的底层基础结构。目前的MAC协议一般分为两种，一种是基于无线信道时分复用方式（Time Division Multiple Access，简称TDMA）的协议，给每个节点分配固定的无线信道使用时段，从而避免节点之间的相互干扰，但这种协议的传输时延较为固定，在很多应用中，需要对外界的变化及时反应，需要节点在监测到异常情况时马上汇报而不是等待传输时隙到达后再传输，而且这种协议对于时间同步的要求很高；另外一种是采用无线信道的随机竞争方式，节点再需要发送数据时随机使用无线信道，这种随机接入的MAC协议能够对外界变化作出即时反应，但重点要考虑尽量减少节点间的干扰，在随机接入的MAC协议中，节点共用无线信道引发了数据包的碰撞问题，这是因为随机接入的MAC协议大多使用CSMA/CA和二进制指数回退算法(Binary Exponential Backoff，BEB)来减小碰撞，典型的如IEEE802．11DCF协议等。而这种碰撞完全是由分布式的算法产生随机的退避时隙来进行退避，数据包相互发生碰撞的可能性较大，导致数据包发生重传现象，间接的增大了传输时延。

对于传输异质数据的无线传感网和ad hoc网络，考虑具备以下特点的应用场景：节点随机分布自组网，监测并将采集到的数据通过随机接入的mac协议传输到sink节点，遇到突发事件或特殊情况，监测到的数据是时延敏感的，需要及时传输；而平常状态下监测到的数据是非时延敏感的，可以容忍一定的传输延迟。

针对这种场景下的节点布设，传统的退避算法的弊端更加明显，时延敏感分组与非时延敏感分组由于采用相同的退避算法导致时延敏感分组在转发方面无任何优先性可言，完全凭借随机产生的退避时间来进行退避，时延敏感分组完全有可能在信道竞争中败于非时延敏感分组，造成传输时延过大，另外，网络公平性以及能耗方面也由于随机退避而无法控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多跳网络和无线传感网的介质访问控制协议中的退避算法，使得时延敏感分组尽可能的优先于非时延敏感分组传输。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多跳网络和无线传感网的介质访问控制协议中的退避算法，包括以下步骤：

（1）将要传输的分组分为两种类型：时延敏感分组和非时延敏感分组，并在帧头用标志位进行区分；

（2）若节点发送时延敏感分组时，设每个节点正常的退避窗口为（0，CW），针对非时延敏感分组，退避窗口变为（0，CW/2），节点退避时隙数B＝random(0,CW/2)*(1-qr/Qr)*φ*1/k^k；其中，φ为时延敏感系数，qr为节点当前时延敏感分组的队列长度，Qr为时延敏感分组的缓冲区长度，k为当前分组的传输次数，其中，节点优先发送时延敏感分组；

（3）若节点要发送非时延敏感分组时，设每个节点正常的退避窗口为（0，CW），若之前记录网络中通信的分组类型为时延敏感分组，则将退避窗口变为（CW/2，CW），节点退避时隙数B＝random(CW/2,CW)*(1-qn/(Qr+Qn))*1/k；若之前记录的网络中通信的分组类型为非时延敏感分组，节点退避时隙数B＝random(0，CW)*(1-qn/(Qr+Qn))*1/k；其中，qn为节点当前非时延敏感分组的队列长度，Qr为时延敏感分组的缓冲区长度，Qn为非时延敏感分组的缓冲区长度，k为当前分组的传输次数。

所述步骤（2）中若节点竞争信道成功，则发送RTS分组，父节点收到RTS分组后，回应CTS分组，RTS分组与CTS分组中都包含此次通信持续的时间以及此次通信要发送的分组类型；其他邻居节点在接收到RTS分组和CTS分组时，会根据其中的通信时间设定自身睡眠计时器进入睡眠，并且记录当前网络进行通信的分组类型。

所述步骤（3）中若节点竞争信道成功，发送RTS分组中包含NAV用于表示此次通信的剩余通信时间，NAV=t*n+T，其中n为剩余要发送的分组数目，t为发送每个分组所需要的时间，T为总的帧间间隔时间；节点每次发送一个分组后等待接收目标节点的确认帧，若没有收到确认帧则重发分组。