[发明专利]一种具有自适应无线工业网络媒介访问控制方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种网络媒介访问控制方法，特别是涉及一种具有自适应无线工业网络媒介访问控制方法。

背景技术

近年来，无线网络在工业控制网络中得到了快速发展。然而，在无线工业控制网络中，许多问题也日益突出，如无线控制网络中无线节点的能量利用率低和无线信道访问的公平性低等。一旦这些问题继续存在并且不能得到很好地解决，无线工业控制网络的服务质量就得不到保障，那么工业生产的各个环节就会受到不同程度的影响。然而一旦是要求严格的化工生产过程，无线工业控制网络的访问不能得到有效地控制，生产过程就有可能会造成巨大的损失和危害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自适应无线工业网络媒介访问控制方法，该方法采用了自适应冗余节点休眠策略和效能媒介访问控制方法，即HEF-CSMA/CA（Hybrid Efficiency and Fairness—CSMA/CA）。为了提高无线工业控制网络中信道访问的公平性和能量的利用率，HEF-CSMA/CA协议兼顾了公平性和能量利用率。该方法可以有效地缓解和改善工业环境下的无线控制网络中节点的能量利用率和信道访问公平性问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有自适应无线工业网络媒介访问控制方法，所述方法包括HEF-CSMA/CA协议运行程序：

1) 首先，组建无线工业控制网络和网络状态初始化；

2）节点开始发送数据之前，开始侦听信道的使用情况；

3）数据被成功的传输，节点完成数据发送任务，将会进行休眠状态，等待再次被唤醒；数据没有被成功的传送，节点增大下一次发送窗口CW以获得更大的成功传送机率。

4）数据再次被重传时，仍然没有被成功的接收，直到超出重传次数，数据发送情况上报高层，由高层决定是否重传；数据被成功的传送，目的节点把数据传送到高层，等待高层的处理。

所述的一种具有自适应无线工业网络媒介访问控制方法，所述节点开始发送数据之前，开始侦听信道的使用情况采用RTS/CTS+ACK握手确认机制。

所述的一种具有自适应无线工业网络媒介访问控制方法，所述数据没有被成功的传送，节点增大下一次发送窗口CW获得更大的成功传送机率后节点执行退避算法，设置NAV等待再次访问信道。

所述的一种具有自适应无线工业网络媒介访问控制方法，所述无线工业控制网络中节点的工作周期分为两个工作状态，即空闲状态和休眠状态；计算网络的覆盖范围, 通过计算覆盖范围，得知节点的感知范围和发送功率覆盖范围。

所述的一种具有自适应无线工业网络媒介访问控制方法，所述在覆盖范围之内的冗余节点转入休眠状态，没有冗余节点或者不在覆盖范围的节点将直接侦听信道情况。

所述的一种具有自适应无线工业网络媒介访问控制方法，所述节点的寿命划分为N个等级。

本发明的优点与效果是：

1.的无线工业控制网络中，无线节点采用的休眠策略和媒介访问控制方法并没能够很好地考虑到工业环境的影响因素，如工业中电磁和射频信号的干扰、随机衰落和信道的恶化等。这些因素都极大地影响了无线信道访问的公平性，同时也不利于无线节点的能量利用率的提高和网络的寿命的延长。

    2.明提出一种面向无线工业控制网络的媒介访问控制方法（HEF-CSMA/CA），它能均衡网络节点的能量利用率和信道访问公平性，并带有自适应冗余节点休眠管理策略。其方法兼顾了节点的能量的利用率和无线信道访问的公平性。首先，在无线工业控制网络中，HEF-CSMA/CA协议采用了自适应冗余节点休眠策略。自适应冗余节点休眠策略利用了自适应休眠机制和冗余节点休眠机制的优点，可以有效地实现节能的目的，可以减少节点之间的信道竞争和冲突。提高了信道的资源的利用率。同时，也为更好的完成数据的传输提供了便利。其次，为了提高无线工业控制网络访问的公平性，在数据传输前，运用了LBT机制进行了侦听信道，采用了RTS/CTS+ACK握手确认机制去可靠地传输数据。在数据没能成功传输的情况下，运用了发送窗口和速率自适应调节机制来改善数据重传机制，减少了无线信道访问的竞争和冲突，从而达到提高网络访问的公平性。在数据成功传输的情况下，使节点转入休眠机制，达到提高能量利用率和延长网络的寿命。

附图说明

图1为本发明节点休眠管理算法示意图；

图2为本发明HEF-CSMA/CA协议数据帧结构图；

图3为本发明数据重传机制时序图；