[发明专利]基于虚拟令牌的无线信道访问控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络通信领域，具体涉及一种基于虚拟令牌的无线信道访问控制方法。

背景技术

在无线网络中，一般采用CSMA/CA（载波侦听多路访问/冲突检测）通过监听无线信道和退避一段随机的时间，实现对无线信道的访问控制。由于这种随机退避的方式使得无线信道接入延时存在一定的不确定性，无法保证最大网络延时，网络负荷越大，传输延时的随机性越大，因此仅适用于对实时性要求不高的应用领域。

在令牌环网中，通过令牌实现对传输介质的访问控制。令牌是一种特殊的数据帧，只有收到令牌的节点才能够发送数据。由于令牌在网络中按顺序依次传递，每个节点享有公平的信道访问权，不但能够预估最大信道接入延时，而且网络延时具有一定的确定性，因此适用于对实时性要求较高的应用领域。

同有线信道相比，无线信道具有开放性和多径效应，易于受其它通信系统的干扰和障碍物的影响，不同相位多个信号的叠加容易造成接收信号幅度的急剧变化，传输条件复杂、恶劣，因此受环境的影响比较大。

在令牌环网中，令牌的维护十分关键，包括令牌产生、令牌传递、多个令牌和令牌丢失检测等。一方面，令牌的维护比较复杂，开销较大；另一方面，无线信道传输质量较差，进一步加剧令牌维护的开销，从而造成无线令牌环网络性能下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有无线信道令牌环网存在的上述不足，提供一种基于虚拟令牌的无线信道访问控制方法，通过一种类似于令牌环的方法实现对传感器网络无线信道的访问控制。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

基于虚拟令牌的无线信道访问控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、在一定区域内选定若干个节点，指定一个节点为中心节点，其他节点称为无线节点，各个无线节点的地址由中心节点按照顺序统一分配并且保持各个无线节点与中心节点的地址连续；

B、设定中心节点地址为0，中心节点首先产生令牌，然后广播一个数据帧指定某个无线节点持有令牌，并监听网络；

C、在一定时间内，如果中心节点能够监听到某个地址的无线节点正在使用令牌，则代表令牌传递成功；如果该地址的无线节点没有数据帧需要发送，则广播一个令牌使用完毕帧；如果该地址的无线节点有数据帧需要发送，则在发送的最后一个数据帧中加入令牌使用完毕的标志，下一个地址的无线节点开始准备持有令牌；

D、无线节点或中心节点在发送完或指定了持有令牌的节点后，开始监听网络；如果由于信号传输过程出错而监听不到，则重传指定次数；如果下一节点由于能量耗尽或故障而失效，上一节点监听不到有节点正在使用信道，则广播一个数据帧，指定再一个节点持有令牌； 

E、中心节点周期性地监听是否有新的节点加入，当监听到有新的节点加入，为该节点分配地址，将它的信息广播给网络中其它节点，并更新网络中节点的数目（完成追加到虚拟令牌环）；

F、如果无线节点在指定时间内没有监听到网络中有数据帧发送，则代表令牌丢失，然后中心节点重新产生一个令牌；

G、如果无线节点监听到网络中有多个节点发送数据帧，则代表同时存在多个令牌，此时所有节点放弃持有令牌，然后由中心节点重新产生一个令牌；

H、重复以上步骤A~G，实现基于虚拟令牌的无线信道访问控制方法。

按上述方案，所述步骤A中，指定地址最小的节点为中心节点，令牌始终由中心节点（地址为0的节点）产生。

按上述方案，所述步骤C中，上一个无线节点使用令牌完毕，将数据帧的标志位置为1，下一个无线节点通过监听数据帧、并检测到标志位1的时候开始持有令牌。

按上述方案，所述步骤C中，无线节点还根据等待发送报文的优先级（一般、重要和紧急）动态改变持有令牌的优先级，即引入二次竞争状态，将有紧急报文需要发送的节点的优先级提升至最高状态。

按上述方案，所述步骤D中，随着节点加入或离开网络，各个节点的地址和数目动态更新，大于该地址的节点还要更新各自的地址，确保整个网络中各节点地址的连续性。

按上述方案，所述步骤E中，新的节点采用数据帧融合的方式（令牌帧不单独出现，和数据帧以标志位的形式区分），将令牌以标志位的形式追加在数据帧中传递。