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专利号: 2019106050401
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.大规模监测传感网RAW重分组实现及周期性传输分组方法,包含检测设备、网关和由多个节点构成的无线传感器网络,其特征在于:具体包括两个部分,(1)基于Gold序列的在线不断联RAW重分组实现;

步骤1.1,将所有监测节点与AP关联,AP为其分配AID和Gold地址;

步骤1.2,AP按每个RAW的起始AID和结束AID为节点设置初始RAW分组;

步骤1.3,节点按初始RAW分组安排传输采样数据包;

步骤1.4,AP采用Gold分组复合码将节点重分组;

(2)周期性数据传输RAW分组;

步骤2.1,AP手机周期T内每个数据包预计占用信道时间;

步骤2.2,计算相邻两个数据包的传输间隔Δi;

步骤2.3,根据Δi确定RAW分组持续时间并进行第一次分组;

步骤2.4,查询未分配碰撞包的RAW组并进行第二次分组;

步骤2.5,按此时RAW组剩余空闲时间大小进行第三次分组;

步骤2.6,按此时碰撞栈中仍存在的数据包丢弃;

步骤2.7,AP配置信标中RAW信息并传输信标。

2.根据权利要求1所述的大规模监测传感网RAW重分组实现及周期性传输分组方法,其特征在于:所述步骤1.1-步骤1.4具体如下:在节点与AP的关联阶段,在AID请求帧中加入Gold地址码请求;AP在接收到节点得AID请求帧后,在AID回复帧中扩展出相应的位数承载节点请求的Gold地址码;节点在收到分配的AID和Gold地址码后存储用于后续的分组;

在分组阶段,AP将分为一个RAW组节点的Gold地址码相叠加构成Gold分组复合码,由信标中的RPS携带所有RAW分组信息,广播给所有节点;其中,在RPS帧中包含多个RAW配置子字段,表示多个RAW的分组信息,每个RAW包含一个Gold分组复合码;

设AP已关联n个节点,每个节点对应的Gold序列为{g1,g2,…,gn},则AP在信标中广播的第j个RAW分组信息复合码 可表示为:其中,Ci表示节点i是否被分配在该RAW内,若i节点被分配在该RAW内,Ci=1;否则,Ci=

0;

在接收阶段,节点i将关联阶段AP分配的Gold序列gi与信标中的分组复合码 转化为双极性码,进行内积,即:其中,P为归一化内积值,

把归一化内积值P与相关函数门限 相比较,若 则节点i被分配在第j个RAW内,其中计算每个RAW的到达时间,也就是组内节点争用信道的时间。在这段时间内,RAW组内的节点可竞争信道发送监测数据包。

3.根据权利要求1所述的大规模监测传感网RAW重分组实现及周期性传输分组方法,其特征在于:基于Gold序列的RAW分组方法在MAC层协议帧格式中的实现过程如下:在监测节点关联AP节点阶段分配给已关联的节点,对协议MAC层作出的帧修改,包括对AID请求帧字段、AID回复帧字段、RAW配置帧子字段的修改;

在AID请求帧中加入Gold序列请求;

AP在接收到节点得AID请求帧后,在AID回复帧中扩展出相应的位数承载节点请求的Gold地址码;

节点在收到地址码后存储用于后续的分组;

在分组阶段,AP广播携带分组信息的RPS(RAW Parameter Set),在RPS帧中包含多个RAW配置子字段,表示多个RAW的分组信息,其中每个RAW包含一个Gold复合序列,指明哪些节点分配在该RAW内;其中,每个RAW内最大可包含STA数为2k个,则Gold复合序列的长度为n(2+1)*k位。

4.根据权利要求1所述的大规模监测传感网RAW重分组实现及周期性传输分组方法,其特征在于:步骤2.3所述的RAW分组方法第一次分组过程,具体如下:在一个周期T内,假设AP接收到来自传感节点的N个数据包,并通过先验信息已知每个包的发包时间 则其传输结束时间 其中tx表示一个数据包在无竞争状态下的固定传输时延,考虑安全监测传感网中的各种传感数据包大小相同,即每个数据包在无竞争状态下的传输时延相同;

把所有数据包的预计占用信道时间投影到AP的时间轴上,计算第i个数据包和第(i+1)个数据包之间预计信道占用时间间隔,即相邻数据包的空闲间隔,表示为:其中,tp为保护间隔,根据Δi的大小进行RAW分组,分组规则表示为:若Δi<0,则表明数据包(i+1)和i发生碰撞,数据包i即时传输数据包,数据包(i+1)为碰撞包,将数据包(i+1)放入碰撞栈(Collided Packet,CP)中,等待后续安排,而数据包i被允许即时传输;若0≤Δi<1,则表明数据包(i+1)和i之间间隔太小不足以安排一个数据包的传输,此时把数据包(i+1)和i放入同一个RAW内传输,保证两个数据包都能即时传输;若Δi≥1,表明数据包(i+1)和i之间间隔足以容纳一个数据包的传输,先以 作为上一个RAW组的结束时刻,结束上一个RAW分组窗口,同时以 作为下一个RAW的开始时刻。此时检查CP栈中是否有数据包待发送,若是,则按先入后出的原则弹出一个数据包放入上一个RAW组内,该碰撞包于上一个RAW开始时使用信道,不会与即时传输数据包时间重叠,RAW第一次分组过程是依据在数据包后是否有空闲间隔来划分RAW窗口的持续时间,对即时传输数据包进行分组,并把一部分碰撞包按照最小时延进行分组。

5.根据权利要求1所述的大规模监测传感网RAW重分组实现及周期性传输分组方法,其特征在于:步骤2.4所述的RAW分组方法第二次分组过程,具体如下:查询是否有RAW组的空闲时间未分配碰撞包,若有,则从CP栈中依次弹出碰撞包分配给这些RAW组;若无,则结束第二次分组;所有RAW的空闲时间内已经分配好了一个碰撞包,第二次分组过程完成。

6.根据权利要求1所述的大规模监测传感网RAW重分组实现及周期性传输分组方法,其特征在于:步骤2.5所述的RAW分组方法第三次分组过程,具体如下:根据预计信道传输时间去计算每个RAW此时的可用空闲时间(Δi-1),RAW组按可用空闲时间大小降序排序,依次从CP栈中随机获取碰撞包并安排分组,直到CP栈中的碰撞数据包已分配完成。