專利名稱：確保服務的保證時隙的獲取、分配方法及無線傳感網絡的制作方法
技術領域：
本發明涉及無線傳感網絡技術領域，具體涉及確保服務的保證時隙(GuaranteedTime Slot，簡稱GTS)獲取、分配方法及無線傳感網絡。
背景技術：
無線傳感器節點網絡是由部署在監測區域內大量的微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網絡，目前無線傳感器節點網絡已得到了廣泛的應用，但是傳感器節點帶寬和能量資源有限，若帶寬閑置將會引起能量的浪費，因此，提高傳感器節點帶寬利用率是無線傳感器節點網絡的一項重要技術。目前無線傳感器節點網絡MAC (Medium Access Control,介質訪問控制)層采用IEEE802.15.4MAC層協議，并在非信標使能或者信標使能模式下工作。在信標使能模式下，網絡協調器通過周期性廣播信標幀來定義超幀結構。如
圖1所示。超幀分為活躍期active和非活躍期inactive，在非活躍期，網絡中的設備不會進行相互通信，從而可以進入休眠狀態以節省能量。活躍期劃分為三個階段:信標幀發送期Beacon、競爭訪問期(Contention Access Period,簡稱CAP)和非競爭期(Contention Free Period,簡稱 CFP)。現有IEEE802.15.4標準中，超幀的活躍期劃分為16個等長的標準時隙，每個標準時隙的長度、競爭訪問期包含的時隙數等參數，均由網絡協調器設定，并通過超幀開始時發出的信標幀廣播到整個網絡。設備在競爭訪問期CAP階段采用時隙的載波偵聽多點接入/沖突避免(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,簡稱 CSMA-CA)機制進行數據交互；非競爭期CFP階段由保證時隙GTS組成，GTS由傳感器節點向網絡協調器申請并由網絡協調器分配，在所述非競爭期CFP時期設備采用時分多址(Time Division MultipleAccess,簡稱TDMA)機制進行數據交互。非競爭期CFP是為設備的 某些特殊應用如低延遲或者特殊的帶寬要求等專門設計的，該時期設備申請數據交互所有時隙數即GTS，并在下一個超幀非競爭期CFP階段采用TDMA機制進行數據交互。每個超幀中最多可以有七個GTS時隙，每個GTS時隙可以包含多個標準時隙。一般而言，分配的GTS可用帶寬不高于申請設備的通信流量生成速率，當通信速率低于可用帶寬時，部分GTS將會閑置。而在大多數情況下，超幀中所有GTS閑置帶寬之和可以滿足其他設備的一次GTS需求(但是他們中的任何一個都不能獨立滿足需求)。因此，這將導致部分CFP被浪費。并且，網絡協調器會頻繁發送確認幀ACK，從而引起過多的幀頭部開銷。現有技術中，主要通過以下調度算法來解決GTS浪費的情況:隱式GTS 分配機制(Implicit GTS Allocation Mechanism):在該機制中，只要能滿足通信標準規定的數據流要求并且沒有達到GTSs最大數量的限制，網絡協調器就可以通過允許設備通過共享GTSs實現資源調度，即通過把申請設備的數據流劃分成若干塊，分別在超幀GTSs中傳輸。該方案允許若干設備共享同一組GTSs不僅改善了帶寬利用率，而且打破了超幀CFP階段最多只能有7個設備進行數據交互的限制。
以上技術方案，由于通過把申請設備的數據流劃分成若干塊，分別在超幀GTSs中傳輸，并不能保證每個GTS被充分利用，每一個GTS仍然有部分被浪費，沒有徹底解決GTS浪費的缺陷，并且需要申請設備去識別自己的數據流特性，以及網絡協調器怎樣使用共享的GTS去執行設備的命令都較難實施。
發明內容
為解決現有技術不能保證每個GTS被充分利用，每一個GTS仍然有部分被浪費，沒有徹底解決GTS浪費的缺陷，以及網絡協調器頻繁發送確認幀ACK，引起過多的幀頭部開銷的缺陷，提出確保服務的保證時隙的獲取、分配方法及無線傳感網絡。一種確保服務的保證時隙的獲取方法，包括:傳感器節點向網絡協調器發送請求申請一定數量的確保服務的保證時隙GTS ;所述傳感器節點在下一個超幀信標期接收信標幀，獲取所述信標幀中的確保服務的子保證時隙SGTS分配信息；所述傳感器節點在所述保證時隙SGTS內與網絡協調器進行數據交互；所述傳感器節點接收確認標記，確認數據是否已交付成功；所述確保服務的子保證時隙SGTS分配信息包括將非競爭期CFP長度劃分成若干個更小粒度的等長時隙t，根據更小粒度的等長時隙t獲得傳感器節點時隙長度
權利要求
1.一種確保服務的保證時隙的獲取方法，其特征在于，包括:傳感器節點向網絡協調器發送請求申請一定數量的確保服務的保證時隙GTS ;所述傳感器節點在下一個超幀信標期接收信標幀，獲取所述信標幀中的確保服務的子保證時隙SGTS分配信息；所述傳感器節點在所述保證時隙SGTS內與網絡協調器進行數據交互；所述傳感器節點接收確認標記，確認數據是否已交付成功； 所述確保服務的子保證時隙SGTS分配信息包括將非競爭期CFP長度劃分成若干個更小粒度的等長時隙t，根據更小粒度的等長時隙t獲得傳感器節點時隙長度
2.根據權利要求1所述確保服務的保證時隙的獲取方法，其特征在于，所述傳感器節點接收確認標記，確認數據是否已交付成功包括:所述確認標記為組確認幀GACK，傳感器節點偵聽信道，并接收網絡協調器廣播的GACK幀，解析其中確認列表信息，如果有該傳感器節點短地址信息，表示數據交付成功，否則，表示數據交付失敗，則該傳感器節點根據剩余CAP長度決定是否在該剩余時隙通過載波偵聽多點接入/沖突避免CSMA-CA機制接入信道繼續發送數據，或者在下一超幀發送數據。
3.一種確保服務的保證時隙的分配方法，其特征在于，包括: 根據所有傳感器節點申請的確保服務的保證時隙GTS數量確定非競爭期CFP長度； 將所述CFP長度劃分成若干個更小粒度的等長時隙t，根據更小粒度的等長時隙t獲得傳感器節點時隙長度
4.根據權利要求3所述確保服務的保證時隙的分配方法，其特征在于，在生成接收狀態報告之后，包括:根據收到的數據信息，構造組確認幀GACK，其中所述GACK中包含所述成功發送數據的傳感器節點信息和組信息；向傳感器節點發送所述GACK。
5.根據權利要求4所述確保服務的保證時隙的分配方法，其特征在于，所述向傳感器節點發送所述GACK通過廣播或組播的形式發送。
6.一種確保服務的保證時隙的分配方法，其特征在于，包括:5301、傳感器節點向網絡協調器發送請求申請一定數量的確保服務的保證時隙GTS； 5302、根據所有傳感器節點申請的GTS數量確定非競爭期CFP長度； 5303、將所述CFP長度劃分成若干個更小粒度的等長時隙t，根據更小粒度的等長時隙t獲得傳感器節點時隙長度
7.根據權利要求6所述確保服務的保證時隙的分配方法，其特征在于，進一步包括: 5308、根據收到的傳感器節點數據，構建組確認幀GACK，其中所述GACK幀中包含所述成功發送數據的傳感器節點信息； 5309、向傳感器節點發送所述GACK幀； 5310、傳感器節點接收GACK幀。
8.根據權利要求7所述確保服務的保證時隙的分配方法，其特征在于，所述向傳感器節點發送所述GACK通過廣播或組播的形式發送。
9.根據權利要求7- 8任一所述確保服務的保證時隙的分配方法，其特征在于，還包括: 5411、所述傳感器節點比較剩余CAP長度與閾值Ts的大小，若剩余CAP長度大于等于閾值Ts，則執行步驟S413，否則，則執行步驟S412 ； 5412、傳感器節點進入非活躍期； 5413、傳感器節點通過載波偵聽多點接入/沖突避免CSMA-CA機制接入信道進行數據交互； 其中，閾值Ts為進行一次數據交互所需的最少時間。
10.一種具有確保服務的保證時隙的無線傳感網絡，包含以無線方式相連接的網絡協調器和至少一個傳感器節點，其特征在于: 所述網絡協調器用于將非競爭期CFP長度劃分成若干個更小粒度的等長時隙t，根據更小粒度的等長時隙t獲得傳感器節點時隙長度
全文摘要
本發明涉及無線傳感網絡技術領域，具體涉及確保服務的保證時隙獲取、分配方法及無線傳感網絡，本發明采用非競爭期CFP長度劃分成若干個更小粒度的等長時隙，根據更小粒度的等長時隙獲得傳感器節點時隙長度，有效解決了GTS浪費的缺陷，打破了在一個超幀中最多只能有7個設備申請GTS的限制，并且引進GACK對傳感器節點進行統一確認，避免網絡協調器頻繁發送確認幀ACK，引起過多的幀頭部開銷的缺陷，極大的提高無線傳感器節點網絡帶寬利用率。
文檔編號H04W72/04GK103237353SQ201310187528
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月20日 優先權日2013年5月20日
發明者曾浩, 何豐, 李貌 申請人:重慶郵電大學