[发明专利]一种无线控制网络的媒介访问控制方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种网络控制方法，特别是涉及一种无线控制网络的媒介访问控制方法。

背景技术

随着无线网络的快速发展，无线ad-hoc网络被广泛的应用在工业领域。然而，无线工业控制网络的可靠性传输问题却日益突出。由于复杂的工业环境和射频环境，如无线电磁波的反射和遮挡，信道恶化和随机衰落等， 这些因素都会极大的影响无线工业控制网络的可靠性。为此，无线工业控制网络的媒介访问控制方法，即MAC协议，直接关系到工业网络化控制生产中的每一个环节，甚至是工业生产安全。

在传统的无线工业控制网络里，MAC层使用CSMA/CA协议和TDMA协议进行访问控制，存在许多问题，如传统单行道的隐藏终端和暴露终端的问题、吞吐量较低，时延长、通信效率不高和能量损耗大等问题。这些问题的存在都会给无线工业控制网络中数据传输的可靠性带来不良影响。针对这些问题，改善无线工业控制网络的性能，特别是提高无线工业控制网络的可靠性。因此本发明提出了一种面向无线工业控制网络的带可靠性保护时隙（Reliability Protection Time Slot，以下缩写为RPTS）和RTS/CTS时隙预约与双信道机制的媒介访问控制方法。该方法是针对无线工业控制网络MAC层可靠性传输的一种专用方法，它采用的是一种特有的插入可靠性保护时隙RPTS的超帧结构，在竞争时期和非竞争时期分别利用了双信道CSMA/CA机制和带RTS/CTS预约时隙的TDMA机制。其兼顾了工业控制网络中的周期和非周期性通信任务，提高了不同时期阶段的通信质量，也使该媒介访问控制方法在无线工业控制网络中应用的传输可靠性得到有效提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线控制网络的媒介访问控制方法，该方法是一种在具有可靠性保护时隙RPTS的超帧结构下的带双信道CSMA/CA机制和RTS/CTS时隙预约TDMA机制的媒介访问控制方法，它面向无线工业控制网络这一特定的应用领域来缓解无线工业控制网络中MAC层中数据传输的可靠性和部分实时性问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

无线控制网络的媒介访问控制方法，所述方法包括通信机制在非竞争访问阶段，即CFP时期，数据传输采用RTS/CTS预约时隙的TDMA机制，用RTS/CTS进行时隙预约申请发送数据；媒介访问控制层使用TDMA实现信道的分配，进入TDMA时隙分配阶段时，首先，TDMA的时隙片被分割成固定时隙片，控制时隙片、竞争时隙片和用户时隙片四个部分；在竞争访问阶段，即CAP时期，数据传输采用了双信道CSMA/CA机制，在CAP阶段使用双信道CSMA/CA机制；机制数据信道采用RTS/CTS预约机制的 CSMA/CA+ACK的确认机制；在控制信道上发送忙音信号和接收忙音信号，发送忙音BT和接收忙音BR上有区别的定义两种波形忙音类型，在接收忙音上有BRTS和BDATA两种，而接收忙音上有BRCTS和BRDATA两种忙音，在满足定时和同步的条件下，各节点在各自的时隙中接收发送来的数据且互相不干扰，节点接收到RTS请求后发送数据帧时，根据信道的状况决定发送CTS，然后，进入TDMA时隙机制分配时隙资源，同时，当信道中由于存在误比特造成的信息重传问题时，也通过RTS/CTS时隙来进行申请TDMA分配时隙资源。

所述的一种无线控制网络的媒介访问控制方法，所述TDMA机制是为每个无线节点分配独立的用于数据发送或接收的时隙，而节点在其他空闲时隙内转入睡眠状态。

所述的一种无线控制网络的媒介访问控制方法，所述TDMA机制是无线网络通信时无竞争机制下的MAC协议，TDMA是将时间片划分为固定的时间片，让每个节点在固定的时间片发送信息。

本发明的优点与效果是：

1.该方法是针对无线工业控制网络MAC层可靠性传输的一种专用方法，它采用的是一种特有的插入可靠性保护时隙RPTS的超帧结构，在竞争时期和非竞争时期分别利用了双信道CSMA/CA机制和带RTS/CTS预约时隙的TDMA机制。其兼顾了工业控制网络中的周期和非周期性通信任务，提高了不同时期阶段的通信质量，也使该媒介访问控制方法在无线工业控制网络中应用的传输可靠性得到有效提高。