[发明专利]低延迟高吞吐量的异步ALT-MAC协议的实现方法

说明书

本发明公开一种低延迟高吞吐量的异步ALT‑MAC协议的实现方法，属于网络通讯技术领域，设计了预约通信机制，让当前发送节点把其余待发节点的地址添加到数据包中以预约它们共同的接收节点，从而让接收节点在完成当前通信后按需进行唤醒等待，有效减少了数据传输延迟和能耗，提高了网络吞吐量。设计了自适应传输机制，让接收节点根据其内部消息队列的拥塞情况自适应地保持唤醒，以尽快地转发其内部的消息，减少延迟。采用节点失效通知机制，通过发送节点获取失效通知、接收节点发送失效通知和邻居节点发送失效通知相结合的机制，提高网络的通信效率。更适合于动态负载且规模比较大的WSNs应用中使用。

技术领域

本发明涉及一种低延迟高吞吐量的异步ALT-MAC协议的实现方法，属于网络通讯技术领域。

背景技术

介质访问控制(Medium Access Control，MAC)协议位于无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSNs)节点体系架构中的数据链路层，它可以通过一定的调度算法来协调网络内的多个节点间利用共享信道传输数据的时间和方式，从而能有效避免节点间的传输产生冲突，即确保网络内处于相互干扰范围内的两个或多个节点间不会同时传输数据，因此MAC协议对节点间的通信方式有着重要影响，是确保WSNs高效运行的关键协议之一。

近年来，根据网络应用中的不同需求提出了许多优秀的MAC协议，其中非常典型的一类是异步MAC协议，该类协议的特点是节点之间不需要保持时间同步，各个节点维护自己独立的工作周期，避免了同步协议中所需的同步开销，更容易实现MAC协议的功耗需求。目前典型的异步MAC协议主要有：B-MAC协议、X-MAC协议、SW-MAC协议、CMAC协议、WiseMAC协议及RI-MAC协议等。上述异步MAC协议在不同的网络应用场景下表现出了较好的应用效果，但仍然存在以下不足：

1)通常情况下，接收节点在完成当前通信后不知道是否还有其余节点向它传输消息，容易造成其余节点与该接收节点数据通信的延迟。因此如何让接收节点在完成本次通信后可以获知是否仍需要保持唤醒以等待其余节点向其传输消息是一个值得深入研究的问题。

2)多数MAC协议比较适合于低负载网络环境中的数据传输，而对于高负载时节点内部消息队列的拥塞情况考虑较少，容易导致数据溢出情况的发生。因此如何让节点根据消息队列的拥塞情况而自适应地传输消息是一个需要深入研究的问题。

3)多数情况下，发送节点对于接收节点的状态考虑较少，容易出现接收节点已失效而发送节点仍向其发送前导帧的问题。因此如何让发送节点知道其接收节点是否失效亦是一个需要解决的关键问题。

4)在现有的异步MAC协议中，每次数据传输过程中，通信双方交换的控制信息，仅为完成本次通信所用，并未对后续的传输过程带来更高的效率。

发明内容

为了解决现有异步MAC协议存在的问题，本发明提供一种低延迟高吞吐量的异步ALT-MAC(Asynchronous Low Latency and High Throughput-Medium Access Control)协议的实现方法。

本发明所述的一种低延迟高吞吐量的异步ALT-MAC协议的实现方法，所述的实现方法包括：

采用预约通信机制，通过让其余待发节点向当前发送节点传输控制帧，然后让当前发送节点把其余待发节点的地址添加到数据包中来预约它们共同的接收节点，从而让接收节点可以在完成当前通信后按需进行唤醒等待；

采用自适应传输机制，让接收节点收到来自其它节点的数据包后，根据其内部消息队列的拥塞情况自适应地保持唤醒，然后直接向它的下一跳节点发送前导帧，以尽快地转发自己内部的消息；

采用节点失效通知机制，通过发送节点获取失效通知、接收节点发送失效通知和邻居节点发送失效通知相结合的机制，提高网络的通信效率。

进一步的，节点进行预约通信的过程包括以下步骤：