[发明专利]一种面向多通道无线分布式网络的通道访问控制机制

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络通信技术，具体地说明是一种面向多通道无线分布式网络的通道访问控制方法。

背景技术

近几年，无线通信技术得到了飞速发展，蜂窝移动通信系统、无线局域网，蓝牙技术等无线无线通信技术纷纷出现。这些技术极大的方便了人们生活，同时也推动了无线通信技术的发展。无线分布式网络作为近几年通信领域发展较快的技术，受到越来越多的关注。无线分布式网络采用分布、自组织的思想来构建网络，使网络具备更强的灵活性和健壮性。

随着通信与电子技术的发展，目前许多无线收发器提供了多通道能力，如IEEE 802.11b提供了14个通道(其中不存在重叠的通道数量为3个)，IEEE 802.15.4提供了16个互不重叠的通道，Mica2、WINS等无线收发器也都提供了多通道能力。在这种背景下，关于如何利用无线收发器的多通道能力提升网络性能的研究日益受到关注。由于竞争和冲突只能发生在工作在相同频段的节点间，无线收发器的多通道能力可被用于实现更高程度的并发传输。此外，深衰落现象及窄带干扰通常只会影响到部分通道，因而多通道能力还可用于提高网络的健壮性，避免网络因在特定频段上发生多径或干扰现象而出现严重的性能下降。

介质访问控制(MAC)层直接工作于物理层之上，能够对无线收发器进行直接的控制，因而目前出现了大量适用于无线分布式网络的多通道MAC协议。这些MAC协议基本上可以分为两类：一类是基于单一控制通道的MAC协议，如DCA，MMAC，CHMA等；另一类是基于同步通道切换机制的MAC协议，如SSCH，McMAC。

在前一类协议中，所有发送节点在报文传输前必须在同一控制通道上以竞争方式与其目的节点交互控制报文，以协商数据报文传输所使用的通道。在无线收发器提供的通道数量较多，且网络负载较大的网络中，控制通道将会成为瓶颈，造成大量通道无法被充分利用。并且，一旦控制通道受到严重干扰或发生深衰落现象，网络性能将严重降级。

后一类协议在网络时间同步基础上，将时间划分为时隙并且网络内各节点的时隙边界对齐，时隙长度允许完成一个或多个完整的报文传输过程。 协议工作原理如图1所示，无线收发器提供了4个可用通道，节点A，B通过一个伪随机序列生成器随机产生自己的默认通道切换序列，并据此进行以时隙为单位的通道切换。时间轴上各时隙内的实心圆形和实心三角形图标分别表示节点A，B各自的默认通道切换序列，空心圆形和空心三角形图标分别表示节点A，B在进行报文发送必须临时地切换到其目的节点在当前时隙的操作通道上竞争并发送报文。通过这种方式，使得在每个时隙，原本处于同一冲突域的节点集合被分割成多个子集，只要报文传输的目的节点分属不同的子集，这些报文传输就可以互不干扰的并发进行。该类协议由于不依赖于专门的控制通道交互控制报文，能够有效避免前一类协议中存在的问题，因而具有较好的网络性能。但是，该类协议中存在的目的节点“消失”现象会导致大量的无效发送，造成极大的带宽和能量浪费。

所谓目的节点“消失”现象，是指在基于同步通道切换机制的MAC协议中，当源节点A与其目的节点B处于不同的操作通道时，A必须切换到B的操作通道上竞争通道并发送报文，此刻，节点A在自己的默认操作通道上“消失”。如果此时存在第三个节点C要向A发送报文，在其切换到A的默认操作通道后，即使启用载波监听机制，也无法检测到A与B在另一通道上正在进行的传输，因而C会在A的默认操作通道上对A进行无效发送，显然A不可能会收到C发送的报文。无效发送问题在多跳网络中会造成更为严重的性能恶化，一种极端的场景如图2所示。节点1，2，3，…和网关节点在当前时隙的默认操作通道分别为CH₁，CH₂，…，CH_n，CH_i≠CH_i+1，1≤i≤n-1。如果所有节点都想向其上游节点发送数据，则只有最后一跳节点间的传输能够成功，其它节点间的传输都将因目的节点“消失”现象而失败。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于基于同步通道切换机制MAC协议的通道访问控制机制，采用本发明可避免目的节点“消失”现象导致的无效发送，并可显著提高网络的能量效率。

本发明技术方案包括以下内容：