一种无线认知传感器网络mac协议控制信道选择方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线认知传感器网络MAC协议控制信道选择方法，属于无线认知传感器网络技术领域。
【背景技术】
[0002]近年来，无线传感器网络越来越广泛地应用于军事、环境监测、医疗卫生等领域，世界各国的大学和研宄机构均对无线传感器网络的研宄做出了大量的工作，但是随着无线传感器网络的蓬勃发展，无线传感器网络工作的ISM频段变得日益拥堵，ISM频段之间的无线干扰变得日趋严重。为了解决频谱资源匮乏的问题，人们提出了基于认知无线电技术的无线传感器网络，即无线认知传感器网络。
[0003]无线认知传感器网络MAC层需要考虑整个网络内控制信道的选择问题。到目前为止，无线认知传感器网络MAC层研宄主要集中在两个方向，协商接入和无协商接入，大部分工作又集中在协商接入。协商接入方式又分为固定控制信道和动态控制信道两种方式，其中，固定控制信道的优势是没有控制信道选择问题，缺点是当用户发送数据频繁，握手次数增加，固定控制信道会变得拥堵，不能充分利用空闲信道；动态控制信道的优势是能够充分利用空闲信道，缺点是控制信道的选择困难，控制信道达成握手的时间不固定，可靠性差。
[0004]由上述无线认知传感器网络的特点和研宄可以看出，目前无线认知传感器网络MAC层控制信道选择问题的难点主要集中在以下两点:
[0005]1.控制信道的覆盖范围(全局还是局部)。
[0006]2.如何将控制信道信息告知相应的节点等问题。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的不足，本发明公开了一种无线认知传感器网络MAC协议控制信道选择方法。
[0008]在用户连续发送数据量大或者发送数据频繁时，与现有的固定控制信道方法相比，本发明有效减少了控制信道阻塞造成的延迟，与现有的动态控制信道方法相比，本发明有效减少了控制信道达成握手时间。
[0009]本发明充分利用了固定控制信道方法和动态控制信道方法的优势，很大程度上提升了无线认知传感器网络MAC层的性能。
[0010]本发明的技术方案如下:
[0011]一种无线认知传感器网络MAC协议控制信道选择方法，设定无线认知传感器网络中每个节点装备两个无线收发机，一个用于全局公共控制信道GCCC交换控制信息，另一个用于公共控制信道CCC和数据传输信道；无线认知传感器网络包括N个可用信道，N个可用信道组成序列表，无线认知传感器网络每个节点的序列表相同，序列表包括N个可用信道中每个可用信道的状态值，每个可用信道的状态值为I或0，状态值I表示对应可用信道处于空闲状态，状态值O表示对应可用信道处于忙状态；无线认知传感器网络中每个节点空闲信道列表FCL，每个节点空闲信道列表FCL已通过物理层的频谱感知功能获得；设定节点A、节点B为无线认知传感器网络中任意两个节点，且节点A、节点B相互之间直接通信，节点A向节点B发送数据，具体步骤包括:
[0012]一、交换控制信息，具体是指:节点A与节点B交换控制信息；
[0013]二、判断主用户使用情况，选择控制信道
[0014](I)节点A的公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn为公共控制信道CCC，节点B的公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn为公共控制信道CCC ;其中，节点A的公共空闲信道列表CFCL与节点B的公共空闲信道列表CFCL相同；
[0015](2)判断主用户是否重新占用公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn，如果主用户未重新占用公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn，则选择公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn为公共控制信道CCC，进入步骤d ;如果主用户重新占用公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn，则判断节点A是否在主用户覆盖范围及节点B是否在主用户覆盖范围，如果节点A在主用户覆盖范围且节点B不在主用户覆盖范围，进入步骤a ;如果节点A不在主用户覆盖范围且节点B在主用户覆盖范围，进入步骤b ;如果节点A在主用户覆盖范围且节点B在主用户覆盖范围，进入步骤c ;如果节点A不在主用户覆盖范围且节点B不在主用户覆盖范围，进入步骤d ;其中，步骤a、步骤b、步骤c及步骤d具体是指:
[0016]a、在一个请求发送/清除发送RTS/CTS握手时间内发生如下动作:删除节点A的公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn，节点B在公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn上未接收到请求发送帧RTS，删除节点B的公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn，进入步骤
(I);
[0017]b、在一个请求发送/清除发送RTS/CTS握手时间内发生如下动作:删除节点B的公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn，节点A在公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn上发送一次请求发送帧RTS，节点A在公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn上未接收到清除发送帧CTS，删除节点A的公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn，进入步骤(I)；
[0018]C、在一个请求发送/清除发送RTS/CTS握手时间内发生如下动作:删除节点A的公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn ;删除节点B的公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn，进入步骤⑴；
[0019]d、在一个请求发送/清除发送RTS/CTS握手时间内发生如下动作:节点A在公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn上发送一次请求发送帧RTS，节点B在公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn上接收到请求发送帧RTS并发送清除发送帧CTS，节点A在公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn上接收到清除发送帧CTS ；
[0020](3)如果仍未确定公共控制信道CCC，进入步骤一；如果已确定公共控制信道CCC，在请求发送/清除发送RTS/CTS握手中已经选定数据传输信道，节点A、节点B切换到数据信道传输数据，判断是否还有数据传输，如果有，进入步骤(I)，否则，结束。
[0021]根据本发明优选的，步骤一所述节点A与节点B交换控制信息，具体步骤包括:
[0022](4)节点A持续监听全局公共控制信道GCCC，持续监听时间λ，如果监听全局公共控制信道GCCC在持续监听时间λ内一直为空闲状态，则节点A发送信标BF，节点A周围其他节点根据信标BF中的持续时间字段设置网络分配矢量NAV，否则，节点A继续监听全局公共控制信道GCCC，其中，λ为DIFS，信标BF包括:持续时间、节点A地址、节点B地址和节点A的空闲信道列表FCL ；
[0023](5)如果节点B接收到步骤(I)节点A发送的信标BF，节点B通过信标BF获取节点A的空闲信道列表FCL，并结合节点B的空闲信道列表FCL，计算得到公共空闲信道列表CFCL,并将公共空闲信道列表CFCL写入应答帧CBF中，节点B向节点A发送应答帧CBF，否则，节点A继续监听全局公共控制信道GCCC，其中，应答帧CBF包括:持续时间、节点A地址、公共空闲信道列表CFCL，公共空闲信道列表CFCL为节点A及节点B共用的空闲信道列表FCL ；
[0024](6)节点A接收到步骤⑵节点B发送的应答帧CBF，节点A获取应答帧CBF的公共空闲信道列表CFCL。
[0025]本发明的有益效果为:
[0026]1、与固定控制信道方法相比，本发明所述方法控制信息的交换主要是在可用空闲信道上完成，减少了全局公共控制信道GCCC的使用；
[0027]2、与动态控制信道方法相比，本发明所述方法减少了公共控制信道CCC达成握手时间，可靠性强；
[0028]3、本发明所述方法仅利用全局公共控制信道GCCC交换空闲信道列表FCL，得到公共空闲信道列表CFCL，能够有效减少全局公共控制信道GCCC使用造成的阻塞延迟；利用公共空闲信道列表CFCL选择控制信道，在一定程度上减少了公共控制信道CCC达成握手时间。
【附图说明】
[0029]图1为本发明所述方法流程示意图；
[0030]图2为本发明N个可用信道组成的序列表格式示意图；
[0031]图3为本发明所述信标BF格式示意图；
[0032]图3中，信标BF还包括头文件帧控制和帧校验序列FCS ;
[0033]图4为本发明所述应答帧CBF格式示意图；
[0034]图4中，应答帧CBF还包括头文件帧控制和帧校验序列FCS。
【具体实施方式】
[0035]下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
[0036]实施例1
[0037]一种无线认知传感器网络MAC协议控制信道选择方法，设定无线认知传感器网络中每个节点装备两个无线收发机，一个用于全局公共控制信道GCCC交换控制信息，另一个用于公共控制信道CCC和数据传输信道；无线认知传感器网络包括N个可用信道，N个可用信道组成序列表，无线认知传感器网络每个节点的序列表相同，序列表包括N个可用信道中每个可用信道的状态值，每个可用信道的状态值为I或0，状态值I表示对应可用信道处于空闲状态，状态值O表示对应可用信道处于忙状态；无线认知传感器网络中每个节点空闲信道列表FCL，每个节点空闲信道列表FCL已通过物理层的频谱感知功能获得；设定节点A、节点B为无线认知传感器网络中任意两个节点，且节点A、节点B相互之间直接通信，节点A向节点B发送数据，具体步骤包括:
[0038]一、交换控制信息，具体是指:节点A与节点B交换控制信息；
[0039]二、判断主用户使用情况，选择控制信道
[0040](I)节点A的公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn为公共控制信道CCC，节点B的公共空闲信道列表CFCL的首位信道Cn为公共控制信道CCC ;其中，节点A的公共空闲信道列表CF