[发明专利]一种基于无线网状网络的分段竞争式信标发送方法

说明书

本发明公开了一种无线网状网络中分段竞争式的信标发送方法，该方法包括三个方面：周期和区间的划分、区间选择规则和信标帧发送规则。时间被划分为等长的周期，每个周期被划分为若干个等长的区间。节点在每个周期的开始时刻根据之前周期发送信标帧的情况依照区间选择规则被分配到某个区间，使得最近发送过信标帧的节点被分配到时间靠后的区间，而最近未发送过信标帧的节点被分配到时间靠前的区间。节点在被分配的区间的开始时刻(PBTT)计划发送信标帧。在每个周期，节点如果在PBTT之前、或在PBTT之后启动信标帧回退计时器之前、或在信标帧回退计时器递减为0之前收到信标帧，则取消本周期的信标帧的发送；否则在回退计时器递减为0时发送信标帧。

技术领域

本发明涉及无基础设施网络中信标帧的发送领域，特别涉及一种无线网状网络中信标帧的冲突避免方法。

背景技术

无线网络的正常运行离不开信标(beacon)帧的周期性广播。无线网络的信标帧具有两个作用。第一，信标帧宣告网络的存在，方便新节点的接入。第二、信标帧包含网络运行所需的必要参数，如时间信息、网络名称、网络功能等。

信标帧的发送方式与网络结构有关。对于有基础设施的网络，如移动蜂窝网络、Wi-Fi(IEEE 802.11)、IEEE 802.16网络、IEEE 802.20网络等，信标帧由中心节点发送，如蜂窝网络中的基站、Wi-Fi网络中的接入点等，其他节点不能发送信标帧。中心节点按照一定的方式周期性地发送信标帧，无需与其他中心节点或非中心节点协商。对于无基础设施的网络，如IEEE 802.11中的独立性网络(independent networks)、网状网络(meshnetworks)和基于IEEE802.15.4的Zigbee网络等，所有节点共同参与信标帧的发送。由于没有中心节点协调各节点的信标帧发送，不同节点可能同时发送信标帧，这两个信标帧在它们共同的邻居节点处相互干扰，这种现象被称为“冲突”。标准中规定的这三种无基础设施网络的信标帧的发送方式总结如下：

(1)独立型网络。独立型网络中的所有节点以一定的间隔竞争发送信标帧。竞争发送信标帧的时刻被称为目标信标发送时间(Target Beacon Transmission Time，以下简称TBTT)。在每个TBTT时刻，所有节点暂停非信标帧的回退计时器，并且随机确定信标帧回退计时器(Beacon Backoff Timer，以下简称BBT)的初值，按照载波侦听多路访问/冲突避免的方式竞争发送信标帧。如果在BBT递减为0之前收到其他节点发送的信标帧，则取消本次信标帧发送并删除BBT。否则，在BBT递减为0时发送信标帧。

(2)mesh网络。mesh网络的信标帧发送采取协商的方式。TBTT在时间轴上等间隔分布，mesh节点在TBTT时刻将信标帧的发送插入发送队列的头部。信标帧的发送与一般帧的发送遵从同样的信道竞争规则。为了避免多个相邻的mesh节点的TBTT冲突，标准采用了mesh信标帧冲突避免(Mesh Beacon Collision Avoidance，以下简称MBCA)方法。该方法在信标帧中附带了邻居节点信标帧的发送时刻和间隔，使得所有mesh节点都能获得两跳范围内其他节点发送信标帧的规律。基于上述信息，部分mesh节点调整自己的计时器使得它的TBTT与两跳范围内的其他节点的TBTT相互错开，从而避免冲突。

(3)IEEE 802.15.4网络。在IEEE 802.15.4网络中，只有全功能设备(Full-Function Device，以下简称FFD)才能发送信标帧。当FFD作为PAN(Personal AreaNetwork)协调器时，它以一定的间隔发送信标帧。当FFD不作为PAN协调器时，它根据收到的它所关联的PAN协调器发送的信标帧的时刻和StartTime参数确定自己发送信标帧的时刻。FFD发送信标帧的间隔不变，该间隔是一个超帧的长度。当macBeaconOrder参数等于15时，FFD不发送信标帧，除非收到信标帧请求。