[发明专利]一种基于媒体访问控制层驱动的网络时隙分配方法

说明书

本发明涉及一种基于媒体访问控制层驱动的网络时隙分配方法，将节点分割为包括时隙的时间帧，设置以周期性方式分布的驱动时隙，在不同网络环境中根据实际情况进行接收时隙和发送时隙的转换，在集中式网络中普通节点使用轮循的方式向汇聚节点发送数据，在分布式网络中发送节点计算目标节点的驱动时隙位置发送信息，高效、节能传输信息，减少信道碰撞，节点之间的通信更高效，不同的网络拓扑结构中都可以有效运作；本发明减少了节点间不必要的通信次数，并且节点大部分时隙都是睡眠时隙，不需要一直保持监听信道的状态，在睡眠时隙中节点既不发送数据也不接收数据，所以能够节约很大一部分的能量，保证信息传输有效的同时节约了能量的消耗。

技术领域

本发明属于数据交换网络的技术领域，特别涉及一种将节点通过算法进行周期性的驱动时隙的分配以在一定程度上减少信道碰撞且使节点之间的通信更加高效、节能、具有普适性的基于媒体访问控制层驱动的网络时隙分配方法。

背景技术

无线电磁纳米网络是一种由纳米节点和多种纳米设备组成的新型无线传感网络。纳米节点的大小都在纳米级到微米级之间，其由许多纳米单元组成，如纳米天线、纳米传感器、纳米处理器等。纳米技术的发展和太赫兹通信频段的利用，极大地推动了这类微小节点通信领域的发展。目前有许多应用希望能够使用这一类技术，比如纳米节点可以探测分子级的化合物和一些传染性病原体。工程人员也可以使用电磁纳米网络设计出一些更加新颖的应用，比如设计一个高速、智能的个人办公环境或者人体内部的健康监测系统，另外在一些生物、医药、化学、环境、军事、工业等领域也可以进行广泛的应用。

无线电磁纳米网络的应用主要是基于纳米技术和太赫兹通讯技术发展起来的。一方面，随着时代的发展，人们对纳米技术的运用越来越成熟，各种新的纳米产品层出不穷，石墨烯的发明也使得制造原子级精度的纳米天线成为可能；另一方面，对通信领域的研究，纳米节点可以使用0.1-10.0THz频段进行通信，太赫兹频段的利用不仅可以使节点更加节约能量也可以使其通讯速度更快、安全性更高。但是这些技术目前仍处于发展起步阶段，虽然电磁纳米网络中的部分工作已经完成，比如信道模型、飞秒级的通信技术等，但是接下去的工作仍然十分关键，比如信息编码方式的确定、媒体访问控制（MAC）协议的制定、路由协议的制定等。

现有技术中，在设计网络时，为了实现纳米节点之间的信息传播和特定的系统功能，纳米节点必须与其他节点或者纳米接口进行通信，然而纳米节点往往只有有限的能量，无法持续进行接收和发送信息，同时，在大多数电磁纳米网络中，数百个纳米节点需要进行协同工作，并且节点都只具备十分有限的运算能力。因此，必须设计尽可能简单、高效的基于MAC的网络分配方式，保证准确传输的同时尽可能降低对能量和运算能力的要求。传统网络与无线电磁纳米网络所处的环境具有明显区别，传统方法中节点间通信的频段宽度十分有限，节点使用载波监听和握手方式进行数据交换，这都对能力有限的纳米节点提出了巨大的挑战，导致传统MAC协议无法应用于电磁纳米网络中。

发明内容

本发明解决的技术问题是，现有技术中，在设计网络时，为了实现纳米节点之间的信息传播和特定的系统功能，纳米节点必须与其他节点或者纳米接口进行通信，而导致的纳米节点往往只有有限的能量，无法持续进行接收和发送信息，同时，在大多数电磁纳米网络中，数百个纳米节点需要进行协同工作，并且节点都只具备十分有限的运算能力，无法保证现有的网络能在准确传输信息的同时还能降低对能量和运算能力的要求，且传统网络中节点间通信的频段宽度十分有限，节点使用载波监听和握手方式进行数据交换，这都对能力有限的纳米节点提出了巨大的挑战，导致传统MAC协议无法应用于电磁纳米网络中的问题，进而提供了一种优化的基于媒体访问控制层驱动的网络时隙分配方法。

本发明所采用的技术方案是，一种基于媒体访问控制层驱动的网络时隙分配方法，所述网络包括集中式网络和分布式网络；所述集中式网络包括作为网络中心用以组建整个网络的汇聚节点和地位平等的普通节点，所述普通节点只与汇聚节点进行信息的双向传输；所述分布式网络包括地位平等的普通节点，所述普通节点间进行信息的双向传输；所述每个普通节点或汇聚节点包括长度为t的时间帧，每个时间帧包括均匀分布的u个时隙；