基于ieee802.15.4标准的非槽道方式csma-ca算法的优化方法

文档序号:7705315阅读:251来源:国知局
专利名称:基于ieee802.15.4标准的非槽道方式csma-ca算法的优化方法
技术领域
本发明属于无线通信领域,涉及一种基于IEEE802. 15.4标准的非槽道方式 CSMA-CA算法的优化方法。
背景技术
CSMA-CA(带有冲突避免的载波监听多路访问)算法指的是在多个节点同时尝试 通信时判优射频通道使用,避免信道之间相互碰撞的算法协议。在不同应用条件的标准协 议下,其算法流程也会有所不同。IEEE802. 15. 4标准的CSMA-CA的算法工作流程分为两种方式槽道方式 (slotted)和非槽道方式(unslotted)。如图1所示,为IEEE 802. 15. 4标准CSMA-CA算法 流程图。在实际使用中,根据使用情况一般只能确定使用其中一种。槽道方式slotted 必须有协调器发出信标帧进行同步,相互竞争随后的时间片 的信道使用,信标帧中也还指定一些时间片的具体使用,但必须先有节点提出申请。这种方 式虽然一定程度上可以合理利用信道,但对于突发性和随机性的传输要求无法及时执行, 信道的利用率也并不高。非槽道方式unslotted:随时进入信道使用的竞争,适用于传输具有突发性和随 机性的普通分组数据,在实际使用上较为常用。但是在使用射频信号通信的一对多无线监控系统中,若使用传统的IEEE802. 15. 4 标准的非槽道方式CSMA-CA算法,当多个节点同时都需要发送较多数据包时,每个节点 的数据都进行突发性随机发送,冲突的发生和重传的概率就快速上升,信道的有效传输 效率下降,由于不能及时将数据包送出,造成需发送数据的节点增加,竞争更加激烈,恶 性循环,传输效率更加下降,数据累计导致系统反应迟钝甚至瘫痪。为此,本发明人针对 IEEE802. 15. 4标准的非槽道方式CSMA-CA算法提供了一种优化方法。

发明内容
本发明的目的是提供一种基于IEEE802. 15. 4标准的非槽道方式CSMA-CA算法的 优化方法,以使当多个节点同时都需要发送较多数据包时,能有效地降低冲突的发生,保证 信道的有效传输效率,大幅度提升信道的有效利用率。本发明为一种基于EEE802. 15. 4的非槽道方式CSMA-CA算法的优化方法,当某节 点需要发送数据帧,进入非槽道方式CSMA-CA算法,包括以下几个步骤(1)初始化退避次数值为0,将退避随机限定指数设置为系统设定的最小值;(2)执行CCA检测,判断当前信道是否空闲,若非空闲状态则继续执行CCA检测; 若为空闲状态,则判断是否具有第1优先发送权,若具有第1优先发送权,则跳转到步骤5 ; 若不具有第1优先发送权,则进入步骤3 ;(3)延时一个后退周期,继续执行CCA检测,判断当前信道是否空闲,非空闲状态跳转到步骤2 ;若为空闲状态,则判断是否具有第2优先发送权,若具有第2优先发送权,则 跳转到步骤5 ;若不具有第2优先发送权,则进入步骤4 ;(4)延时由退避随机限定指数所限定产生的随机数个后退周期,继续执行CCA检 测,判断当前信道是否空闲,非空闲状态跳转到步骤8 ;若为空闲状态,则进入步骤5 ;(5)进入发送状态,将数据帧送出;(6)数据帧送出后,与主机确认当前送出的数据帧是否需要回应ACK应答,若不需 要则认为当前的数据帧发送成功;若需要则限时等待接收ACK应答,超时没有收到ACK应 答,则认为当前数据帧发送请求失败;若限时收到ACK应答,则认为当前的数据帧发送成 功;(7)判断当前是否还有数据帧需要发送,若有则跳转到步骤5 ;否则跳转至步骤 9 ;(8)退避次数值加1,退避随机限定指数加1,判断若该退避随机限定指数已为最 大值则不需累加,判断该退避次数值是否超过最大预设值,没有则跳转到步骤2,否则认为 当前数据帧发送请求失败;(9)发送结束。上述的第1优先发送权是指接收到的数据帧规定需求发送回应ACK,具有第1优先 发送权;当前正在发送数据帧者,当判断成功发送当前数据帧后,并且还有数据帧要求发送 的,也具有第1优先发送权。上述的第2优先发送权是指当前收到非广播数据帧者,在收到数据帧后(需ACK 应答的,指送完ACK后)的一个退后周期内,如有数据帧需要发送,则具有第2优先发送权, 超过一个后退周期则自动降到不具有优先发送级别;数据帧的ACK应答,也具有第1优先发 送权,其发送者同第2优先发送权。使用了该算法因为引入了优先发送权级别的设置,使发送节点数据帧能一次性发 完,减少信道竞争使用的节点,以及竞争带来延时的信道浪费;将ACK的接收纳入算法流 程,判断发送的成功和失败,使通讯过程更加完整;取消信道被占用期间,非竞争使用的退 避次数增加,减少导致容易出现发送失败的几率。将一对一的有效载荷传输率(只计算 802. 15. 4协议中有效载荷部分)从最高120kb/s提高到最高180kb/s,并且在多节点同时 发送请求下,有效载荷传输率也能达到150kb/s以上。在同等条件下大幅度提升信道的有 效利用率。


图 1 为原 IEEE 802. 15. 4 CSMA-CA 算法流程图;图2为本发明的IEEE802. 15. 4的非槽道方式的CSMA-CA算法流程图。以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步详述。
具体实施例方式如图2所示,本发明为一种基于IEEE802. 15. 4的非槽道方式CSMA-CA算法的优化 方法,当某节点需要发送数据帧,为了获取信道的使用权,进入非槽道方式CSMA-CA算法1、初始化退避次数值NB为0,将退避随机限定指数BE设置为系统设定的最小值;
2、执行CCA检测,判断当前信道是否空闲,若非空闲状态则继续执行CCA检测;若 为空闲状态,则判断是否具有第1优先发送权,若具有第1优先发送权,则跳转到步骤5 ;若 不具有第1优先发送权,则进入步骤3 ;3、延时一个后退周期,继续执行CCA检测,判断当前信道是否空闲,非空闲状态跳 转到步骤2 ;若为空闲状态,则判断是否具有第2优先发送权,若具有第2优先发送权,则跳 转到步骤5 ;若不具有第2优先发送权,则进入步骤4 ;4、延时由退避随机限定指数BE所限定产生的随机数个后退周期,继续执行CCA检 测,判断当前信道是否空闲,非空闲状态跳转到步骤8 ;若为空闲状态,则进入步骤5 ;5、进入发送状态,将数据帧送出;6、数据帧送出后,与主机确认当前送出的数据帧是否需要回应ACK应答,若不需 要则认为当前的数据帧发送成功;若需要则限时等待接收ACK应答,超时没有收到ACK应 答,则认为当前数据帧发送请求失败;若限时收到ACK应答,则认为当前的数据帧发送成 功;7、判断当前是否还有数据帧需要发送?若有则跳转到步骤5 ;若没有则跳转至步 骤9;8、退避次数值NB加1,退避随机限定指数BE加1,判断若该退避随机限定指数BE 已为最大值则不需累加,判断该退避次数值NB是否超过最大预设值,没有超过则跳转到步 骤2,否则认为当前数据帧发送请求失败;9、发送结束。上述的第1优先发送权是指接收到的数据帧规定需求发送ACK应答,具有第1优 先发送权;当前正在发送数据帧者,当判断成功发送当前数据帧后,并且还有数据帧要求发 送的,也具有第1优先发送权。上述的第2优先发送权是指当前收到非广播数据帧者,在收到数据帧后(需ACK 应答的,指送完ACK后)的一个退后周期内,如有数据帧需要发送,则具有第2优先发送权, 超过一个后退周期则自动降到不具有优先发送级别;数据帧的ACK应答,也具有第1优先发 送权,其发送者同第2优先发送权。由于本发明引入了优先发送权级别的设置,使发送节点数据帧能一次性发完,减 少信道竞争使用的节点,以及竞争带来延时的信道浪费;将ACK的接收纳入算法流程,判 断发送的成功和失败,使通讯过程更加完整;取消信道被占用期间,避免非竞争使用的退 避次数增加,减少导致容易出现发送失败的几率。将一对一的有效载荷传输率(只计算 802. 15. 4协议中有效载荷部分)从最高120kb/s提高到最高180kb/s,并且在多节点同时 发送请求下,有效载荷传输率也能达到150kb/s以上。在同等条件下大幅度提升信道的有 效利用率。
权利要求
本发明为一种基于IEEE802.15.4的非槽道方式CSMA-CA算法的优化方法,当某节点需要发送数据帧,进入非槽道方式CSMA-CA算法,其特征在于包括以下几个步骤(1)初始化退避次数值为0,将退避随机限定指数设置为系统设定的最小值;(2)执行CCA检测,判断当前信道是否空闲,若非空闲状态则继续执行CCA检测;若为空闲状态,则判断是否具有第1优先发送权,若具有第1优先发送权,则跳转到步骤5;若不具有第1优先发送权,则进入步骤3;(3)延时一个后退周期,继续执行CCA检测,判断当前信道是否空闲,非空闲状态跳转到步骤2;若为空闲状态,则判断是否具有第2优先发送权,若具有第2优先发送权,则跳转到步骤5;若不具有第2优先发送权,则进入步骤4;(4)延时由退避随机限定指数所限定产生的随机数个后退周期,继续执行CCA检测,判断当前信道是否空闲,非空闲状态跳转到步骤8;若为空闲状态,则进入步骤5;(5)进入发送状态,将数据帧送出;(6)数据帧送出后,与主机确认当前送出的数据帧是否需要回应ACK应答,若不需要则认为当前的数据帧发送成功;若需要则限时等待接收ACK应答,超时没有收到ACK应答,则认为当前数据帧发送请求失败;若限时收到ACK应答,则认为当前的数据帧发送成功;(7)判断当前是否还有数据帧需要发送,若有则跳转到步骤5;否则跳转至步骤9;(8)退避次数值加1,退避随机限定指数加1,判断若该退避随机限定指数已为最大值则不需累加,判断该退避次数值是否超过最大预设值,没有则跳转到步骤2,否则认为当前数据帧发送请求失败;(9)发送结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于IEEE802.15. 4的非槽道方式CSMA-CA算法的优化 方法,其特征在于所述的第1优先发送权是指接收到的数据帧规定需求发送ACK应答的, 具有第1优先发送权;当前正在发送数据帧者,当判断成功发送当前数据帧后,并且还有数 据帧要求发送的,也具有第1优先发送权;所述的第2优先发送权是指当前收到非广播数据帧的,在收到数据帧后的一个退后周 期内,需ACK应答的则指送完ACK应答后,如有数据帧需要发送,则具有第2优先发送权,超 过一个后退周期则自动降到不具有优先发送级别;数据帧的ACK应答,也具有第1优先发送 权,其发送者同第2优先发送权。
全文摘要
本发明一种基于IEEE802.15.4的非槽道方式CSMA-CA算法的优化方法,引入了优先发送权级别的设置,使发送节点数据帧能一次性发完,减少信道竞争使用的节点,以及竞争带来延时的信道浪费;将ACK应答的接收纳入算法流程,判断发送的成功和失败,使通信过程更加完整;取消信道被占用期间,避免非竞争使用的退避次数增加,减少导致容易出现发送失败的几率,将一对一的有效载荷传输率从最高120kb/s提高到最高180kb/s,并且在多节点同时发送请求下,有效载荷传输率也能达到150kb/s以上,大幅度提升了信道的有效利用率。
文档编号H04W74/08GK101873710SQ200910111600
公开日2010年10月27日 申请日期2009年4月23日 优先权日2009年4月23日
发明者林炜岚, 肖贤胜, 胡宪年 申请人:厦门星网锐捷软件有限公司
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