一种基于双层轮询的接入控制通信协议设计方法和系统与流程

本发明涉及信息传输领域，尤其是一种基于双层轮询的接入控制通信协议设计方法和系统。

背景技术：

随着信息技术的发展，越来越多的传感器设备进入到了我们的生活当中，人类的各项活动和无线传感技术也越来越紧密。以传感技术为代表的无线传感器网络，不仅能够感知网络内的环境信息，还具有简单的计算能力，同时能够将感知的和计算后的相关信息在网络中进行传输，具有一定的通信能力。网络协议控制着信道的分配和信息的传输方式，是无线传感器网络技术的核心。通信协议的好坏直接关系到传输质量的好坏，对于多传感器、多级传输的应用背景下，就需要一种能够保证传输质量，降低传输时延的传输协议。而目前传输协议对多传感器，多级传输的服务质量不是很理想。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于双层轮询的接入控制通信协议设计方法和系统；本发明解决了信息传输质量低的问题；还解决了信息传输时延迟高的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于双层轮询的接入控制通信协议设计方法，包括：生成数据，模拟信息分组的到达；将数据分组进行一层轮询；将一层轮询后的数据分组进行二层轮询；将二层轮询的数据分组进行信息分组还原。

进一步的，所述模拟信息分组是通过matlab产生规定到达率的泊松数据，并存储在mif文件中，初始化rom核时，将数据导入到fpga中，利用程序计数器，在时钟的控制下，将泊松数据读出，模拟信息分组的到达。

进一步的，所述一层轮询方法为：数据分组到达后，将数据分组进行预处理；各个信源将数据分组进行预处理后存储在站点内；站点将采集到的信息分组在第一中心站点的控制下发送数据分组；第一中心站点接收到数据分组后，将其保存在自己的存储器内等待发送；当有数据分组到达时，在写信号的控制下，将数据分组依次写入到异步fifo中；当控制中心对站点进行服务时，异步fifo的读信号有效，信息分组将按照门限服务的规则依次被读出；异步fifo内的信息分组读完后，控制中心跳转到下一个站点进行服务。

进一步的，所述第一轮询的平均循环周期为：

平均等待时延为：

进一步的，所述第二轮询是由第二中心站点控制模块按照门限服务的规则依次对第一轮询种的存储器内的数据进行服务，第二轮询接收到的数据再通过总线传输到上一层系统中。

进一步的，所述二层轮询的平均循环周期为：

平均等待时延为：

进一步的，所述信息分组还原由在接收端引入时钟同步信号和控制信息，将信息分组识别出来。

一种基于双层轮询的接入控制通信协议设计系统，包括：数据生成模块、第一轮询模块、第二轮询模块和数据接收模块；数据生成模块、第一轮询模块、第二轮询模块和数据接收模块依次连接。

进一步的，所述第一轮询模块包括若干子区域；所述子区域由若干站点和第一中心站点构成，第一中心站点用于服务若干站点；所述第一中心站点中还包括存储器。

进一步的，所述第二轮询模块包括第二中心站点，用于服务第一中心站点。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明通过双层轮询，使信息传输效率更高，传输更准确，同时降低了信息传输时的延时时间，能够较好的完成协议的各项功能。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是基于双层轮询的接入控制通信协议设计方法流程图。

图2是基于双层轮询的接入控制通信协议设计系统结构图。

图3是第一轮询模块结构图。

其中，1-数据生成模块；2-第一轮询模块；3-第二轮询模块；4-数据接收模块；21-站点；22-第一中心站点；31-第二中心站点

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

一种基于双层轮询的接入控制通信协议设计方法，如图1所示，包括：

s1：生成数据，模拟信息分组的到达。

上述步骤中，完成数据生成功能的是随机多址模块，在该模块中，利用数学软件matlab产生规定到达率的泊松数据，并存储在mif文件中，初始化rom核时，将数据导入到fpga中。利用程序计数器，在时钟的控制下，将泊松数据读出，模拟信息分组的到达。

s2：将数据分组进行一层轮询。

上述步骤中，所述一层轮询方法为：数据分组到达后，将数据分组进行预处理，为了方便后续模块对信息分组的处理，将数据格式表示为10101010的8位信号；各个信源将数据分组进行预处理后存储在站点内；站点将采集到的信息分组在第一中心站点的控制下发送数据分组；第一中心站点接收到数据分组后，将其保存在自己的存储器内等待发送；当有数据分组到达时，在写信号的控制下，将数据分组依次写入到存储器中，写信号无效时，不能写入；当控制中心对站点进行服务时，异步存储器的读信号有效，信息分组将按照门限服务的规则依次被读出；异步存储器内的信息分组读完后，第一中心站点跳转到下一个站点进行服务。

本实施例中，第一中心站点以门限的方式对子区域内的站点进行服务，假设第一中心站点在tn时刻对第i(i＝1,2,…,n)号站点进行查询，当i号站点以门限方式发送完缓冲区内的数据后，第一中心站点就转去查询i+1号站点，i+1号站点在tn+1时刻被查询。定义随机变量ξi(n)表示在tn时刻i号站点缓冲区内的信息分组数，系统在tn时刻的状态就可以表示为[ξ1(n),ξ2(n),…,ξi(n),…,ξn(n)]，其概率分布为p[ξi(n)＝xi；i＝1,2,…,n]，该系统中n个系统状态变量的概率分布函数可以表示为πi(x1,x2,…xi…xn).根据以上系统状态变量的定义，在tn时刻，系统中n个状态变量构成嵌入式马尔科夫链。在满足系统稳态条件(其中ρ＝λβ)时，系统状态变量的概率分布函数为：

πi(x1,x2,…,xi,…,xn)的概率母函数定义为：

定义在tn时刻第i号站点开始接受服务时，第j号站点缓冲区中平均存储的报文分组数为：

通过求偏导数和极限，得到门限服务系统中站点内信息分组的平均排队队长：

轮询周期为第一中心站点按照门限服务策略对所有站点完成一次服务所用时间的统计平均值。利用平均循环周期和平均排队队长的关系，第一层轮询系统的平均循环周期为：

信息分组的平均等待时间是指从信息分组进入站点缓冲区到其开始被发送出去前的这段时间.如果在τm时隙期(tm+1-tm＝τm)内进入i号站点缓冲区的信息分组有ξi(m)个，当第i号站点在tn时刻接受服务时，其中第l个信息分组[l＝1,2,…,ξi(m)]是在时刻tm'l开始被发送出去(tm<tm+1≤tn≤tm'l).

定义第l个信息分组在第i号站点的缓冲区内等待发送的时间为：

wi(m)＝wi,1(m)+wi,2+wi,3(m)i＝1,2,…,n(6)

式中：

wi,1(m)＝sl+1+sl+2+sξi(m)(7)

wi,2(m)＝tn-tm+1(8)

wi,3(m)＝tm'l-tn(9)

sl表示第(l-1)个信息分组进入缓冲区到第l个信息分组进入到缓冲区的时间.

由式(6)，(7)，(8)，(9)计算得到站点内信息分组的平均时延e1(wg)为：

根据定义，采用门限的方式对子区域内的站点进行服务，按照先到先服务的规则依次对站点内的信息分组进行服务。在系统稳定的条件下(其中ρ＝λβ)，在第一中心站点的输出端，一个单位时间内，若有信息分组发送，则视为1，否则视为0，因此，第一中心站点的输出端可以看作是一个伯努利过程。在稳定条件下，一个轮询周期内，进入n个战术数据链站点的信息分组总和等于该子区域内一级中心站点发送的信息分组。在子区域的一个轮询周期内，设单位时间内第一中心站点发送的数据分组数为p，则可以得到：

而到达每一个节点的到达率为λ，可得到第一中心站点的发送速率为p＝nλ，即第二中心站点的到达率。

s3：将一层轮询后的数据分组进行二层轮询；

上述步骤中，所述第二轮询是由第二中心站点控制模块按照门限服务的规则依次对第一轮询种的存储器内的数据进行服务，第二轮询接收到的数据再通过总线传输到上一层系统中。

本实施例中，第二层轮询的信息分组到达可以看作是到达率p＝nλ的伯努利过程。

第一中心站点作为第二层轮询的服务对象，其数据分组的到达过程的随机变量是相互独立的伯努利分布，其概率母函数，均值和方差分别为c(z)，p＝c'(1)和σp²＝c”(1)+p-p²；

由于第二层轮询采用门限的服务方式，发送一个信息分组的时间和两个站点之间查询的转换时间的概率分布同第一层轮询，根据式(3)、(5)、(10)，可得到第二层轮询中，信息分组的平均排队队长为：

第二层轮询平均循环周期为：

第二层轮询的平均等待时延e2(wg)为：

s4：将二层轮询的数据分组进行信息分组还原。

上述步骤中，第二中心站点通过总线将信息分组传输到接收模块，接收模块的主要功能是将总线上的信息分组还原。所有的站点都是通过同一条总线传输信息分组的，只要在接收端引入时钟同步信号和控制信息，就能将信息分组识别出来。

实施例2

一种基于双层轮询的接入控制通信协议设计系统，如图2所示，包括：数据生成模块1、第一轮询模块2、第二轮询模块3和数据接收模块4；数据生成模块1、第一轮询模块2、第二轮询模块3和数据接收模块4依次连接。

所述数据生成模块1是随机多址模块，在该模块中，利用数学软件matlab产生规定到达率的泊松数据，并存储在mif文件中，初始化rom核时，将数据导入到fpga中，利用程序计数器，在时钟的控制下，将泊松数据读出，模拟信息分组的到达。

所述第一轮询模块2包括若干子区域，如图3所示，所述子区域由若干站点21和第一中心站点22构成，第一中心站点22用于服务若干站点21；本实施例中，一个子区域内有4个站点21，用4个异步fifo代表区域内的站点21；当有数据分组到达时，在写信号的控制下，将数据分组写入缓冲区，在读信号有效时，表示把缓冲区内的信息分组送到第一中心站点22。

子区域工作时，会预先对对子区域内的每一个站点21编号1...i...n,对第一中心站点22统一编号1...k...m后再进行服务；在服务过程中，对某一站点21进行服务时，若站点21内有需要发送信息分组，则按照先到先服务的方式发送站点21内的信息，中心站点21只服务在服务开始前到达的信息分组，在服务的过程中到达的信息，则转到下一轮询周期内再发送；当切换到某一站点21时，若没有信息要发送，则经过一个转换时间后切换到下一站点21进行服务。

同时子区域还满足以下条件：

(1)到达各战术数据链站点21的信息分组数的随机变量符合相互独立的泊松分布，该随机变量的概率母函数、均值和方差分别为a(z)、λ＝a'(1)和σλ²＝a”(1)+λ-λ²；

(2)任意一个站点21发送一个信息分组所用时间的随机变量相互独立且服从相同的概率分布，其概率母函数、均值和方差分别为b(z)、β＝b'(1)和σβ²＝b”(1)+β-β²；

(3)第一中心站点22在任何两个站点21之间查询转换时间的随机变量相互独立且服从相同的概率分布，其概率母函数、均值和方差分别为r(z)、γ＝r′(1)和

(4)子区域中各站点21的存储器容量足够大，信息分组不会丢失；

(5)各站点21按照fcfs(firstcomefirstservice)的顺序发送各自存储器内的信息分组。

所述第二轮询模块3包括第二中心站点31，第二中心站点31的工作原理同第一中心站点22，节点发送出来的数据存储到一层模块的存储器，第二中心站点31控制模块按照门限服务的规则依次对第一轮询模块2模块存储器内的数据进行服务，第二轮询模块3接收到的数据再通过总线传输到上一层系统中。

在使用时，第一中心站点22对对应子区域内的站点21依次进行门限服务，并把接收到的信息分组储存在缓冲区内，每个子区域内的服务过程相互独立且互不影响；第二中心站点31再对第一轮询模块2模块存储器内的信息分组进行服务，对接收到的信息分组通过总线传输到上一级系统，第一轮询模块2模块和第二轮询模块3模块之间的服务相互独立且互不影响。

本发明通过双层轮询，使信息传输效率更高，传输更准确，同时降低了信息传输时的延时时间，能够较好的完成协议的各项功能。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。