[发明专利]工业物联网中基于中断概率的RAW分组接入方法

说明书

本发明涉及无线通信领域，提供了一种工业物联网中基于中断概率的RAW分组接入方法。为更加合理地为对节点分组、提高网络的吞吐量并降低时延，提高网络的性能，本发明包括以下几个步骤：A、通过IEEE 802.11ah协议中原始的快速关联机制，接入点与节点建立关联；B、接入点收集所关联的节点信息，并计算与节点间信道的中断概率；C、根据A和B获取的信息，接入点为各个节点计算所需的时隙长度；D、接入点对节点进行重分组，并将分组结果发送给节点。本发明主要应用于使用了IEEE 802.11ah协议的工业物联网中。

技术领域

本发明属于无线通信领域下无线信道接入子领域，尤其是涉及一种工业物联网中基于中断概率的RAW分组接入方法。

背景技术

IEEE 802.11ah是为满足物联网中远距离传输的需求，从IEEE 802.11ac修改而来的无线网络协议。针对工业物联网中节点的大规模接入问题，IEEE 802.1ah协议引入了限制访问窗口((RestrictedAccessWindow，RAW)机制。RAW机制将接入的节点分到多个组中，并为每组设置访问窗口。在RAW内又分为多个时隙，RAW组内各节点又被平均分配到各时隙中。因此各个RAW组之间在时域上是隔离的，每个节点只允许在其所在的RAW组的访问窗口中参与竞争信道。而在访问窗口内，RAW组内节点是随机竞争的。在原始的IEEE 802.11ah协议中，与接入点(AccessPoint，AP)连接的节点被平均随机分配到若干个RAW分组中，RAW组中的时隙数量和时隙持续时间固定且相同。RAW机制将确定信道访问与随机信道访问结合，即减小了节点之间的竞争，有保障了节点对信道的公平竞争，为IIoT中节点的大规模接入提供了有效的解决方案。

在原始的IEEE 802.11ah协议中，与AP连接的节点被平均随机分配到若干个RAW分组中，RAW组中的时隙数量和时隙持续时间固定且相同。原始的IEEE 802.11ah并没有根据负载的不同，针对不同的节点采用不同的分组策略。由于节点只能在规定的时隙中竞争信道，一方面，若时隙中节点负载较小，节点只占用了时隙中少部分时长便完成了数据传输，这会造成时隙信道资源的浪费；另一方面，若时隙中节点负载较大，在时隙结束前节点没有完成传输，节点会继续占用下一个时隙继续传输，这会减少下一时隙中节点的传输时长，进而影响到网络的吞吐量和传输时延。此外，节点对RAW时隙长度的需求不仅仅取决于节点的负载，还取决于由于比特差错而重传帧的耗时。

为了提高RAW机制的效率并降低节点能耗，发明专利《基于物联网协议的信道接入的改进方法》(专利号CN201510789190.4)设计了原始RAW机制的改进方法，根据网络中节点的数量，动态调整RAW窗口大小。然而这种方法只考虑了节点的数量，并没有考虑到不同节点的负载和信道的状态等因素，若节点的负载较大，则RAW窗口大小可能无法满足需求。针对大规模IEEE 802.11ah网络中节点碰撞问题，发明专利《大规模监测传感网RAW重分组实现及周期性传输分组方法》(专利号CN201910605040.1)设计了根据节点的负载大小和发包间隔计算每个节点预计占用信道的时间，并以此为基础调整RAW窗口大小和窗口内时隙长度的方法。这种方法虽然考虑了节点的负载大小，但是没有考虑到信道的状态，若信道质量较差，则有可能发生数据包重传，所设置时隙长度无法将满足传输需求。

为了解决上述RAW机制中的问题，需要引入一种直接评价信道质量的指标，评估由于链路层的比特差错而重传的概率，并需要综合考虑不同节点的不同负载，进而直接地计算出节点发送数据和重传数据的耗时。在计算各个节点所需的RAW时隙时长度后，需要将时隙长度需求相同的节点重新分组到同一个RAW组中，进而实现提高信道资源的利用率，保证网络整体的性能。

发明内容

使用IEEE 802.11ah协议的工业物联网并没有根据节点的业务负载及信道的质量等因素针对不同节点采用不同的分组策略，针对由此引发的信道资源浪费、网络吞吐量下降及传输时延增加的问题，本发明提出了基于中断概率的RAW分组接入方法，按照节点发包的速率、数据包大小和数据传输的中断概率，为节点设置合理的时隙长度，再将时隙长度相同的节点被分配到同一个RAW组中，设置合适的RAW时长。