CN113630175B - 一种中继网络的接入方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种中继网络的接入方法,源节点侦听信道,直到信道空闲,源节点需要发送信息时,对标志位进行判断,并将信息进行转发,无需进入MAC层处理;并根据无人机中继的源节点发送的信息进行不同的单播和广播,接收节点收到无人机转发的信息时,判断MAC帧头的目的地址字段,从而接收或丢弃该转发的信息。本发明通过对标志位的检查,可以避免没有必要的转发,减少了转发时延,同时提高了***的吞吐量,更能准确的采取相应响应机制。相比较所有信息全部通过无人机广播中继,这种只将重要信息广播,则能够使目的节点耗能降低,同时更容易做出判断和响应。
Description
技术领域
本发明涉及通信组网技术领域,具体为一种网络的接入方法,尤其涉及中继***中,由于环境条件不利于人们直接监测信息,从而进行数据的采集和转发环境中的协议设计方法。
背景技术
由于无人机(UAV)中继网络***易于部署,便于扩大网络覆盖,因此得到了广泛的研究和应用。通常,这种网络***称为UAV-中继网络***(URNS),由一个UAV和多个接地节点组成。UAV在空中悬停或旋转,并将一个数据帧从源节点中继到目的节点。
目前大多数URNS中使用有碰撞避免功能的载波侦听协议(CSMA/CA),需要用到数据链路层(MAC),这样无疑增加了转发时延,同时降低了吞吐量,首先,UAV没有区分节点是否需要转发,默认全部转发,这些无谓的转发可能会干扰其他传输并导致性能下降。其次,在无人机中继***中,一般是源节点通过无人机中继到目的节点的点对点发送,并没有针对源节点中因为信息的不同从而采用不同的发送模式,对于一些特殊情景,个别节点的信息比较重要,需要所有接收节点接收到此信息,同时接收节点需要这些信息和其固定接收信息进行联合判断,否则接收节点无法做出准确的响应机制。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种中继网络的接入方法。为了避免没有必要的中继,同时考虑源节点由于信息的不同而采用的发送模式,本发明提出一种改进的协议,面向多发多收的无人机中继网络***。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤:
步骤1:源节点侦听信道,若发现信道忙,则继续侦听信道,直到信道空闲,则进入步骤2;
步骤2:当检测到信道空闲,源节点需要发送信息时,则该节点将位于PHY层收敛协议(PLCP)报头中的第一位即标志位f进行设置,该位为一个二进制位,设置为0或者1,当源节点需要无人机中继信息,则将该标志位设置为1,然后发送数据,无人机只要检测标志位为1,则表明该信息需要进行转发,随后立即进行转发,无需进入MAC层处理;当源节点不需要无人机中继信息,则将该标志位设置为0,若无人机检测到标志位f=0,则不转发;
步骤3:无人机中继的源节点发送的信息因为不同从而需要不同的发送模式,对于一些特殊情景,个别节点的信息比较重要,需要所有接收节点接收到此信息,则广播该源节点数据,802.11协议规定了MAC帧头中目的地址(32位)的设置方法,分为两种形式,单播和广播,单播和广播在MAC帧头中的地址位设置规则不一样,若地址位第8位设置为0,则为单播,后24位为具体地址,即接收节点只有一个;若地址位全部设置为1,则为广播,即所有的节点都接收到该信息;
步骤4:接收节点收到无人机转发的信息时,判断MAC帧头的目的地址字段是否全为1,若是全为1,则该数据帧是广播数据,则接收;若不是全为1,则根据目的地址进行接收;若无该接收目的节点,则丢弃该转发的信息;之后跳转至步骤1不断重复。
所述步骤1中,源节点经过DCF帧间间隔DIFS后,退避两个时隙时间,向无人机发送请求帧信息(RTS),无人机检查RTS帧中PLCP报头中的标志位f是否为1,若为1则进入步骤2,若不为1,则不进行任何处理。
本发明的有益效果体现在两个方面,第一方面是在物理层中的收敛协议(PLCP)报头中设置标志位f,无人机通过对标志位的检查,可以避免没有必要的转发,同时当无人机检测到当前数据帧要发送,则直接进行转发,不需要进入到MAC层协议中。这样减少了转发时延,同时提高了***的吞吐量。第二方面,本发明考虑到源节点信息中有一些节点信息比较重要,所以将该节点信息通过无人机中继广播,即将源节点信息中MAC帧头的目的地址字段全部设置为1,这样所有目的节点都会接收到该信息,目的节点通过这些信息和自身固定接收信息进行综合对比和判断,更能准确的采取相应响应机制。相比较所有信息全部通过无人机广播中继,这种只将重要信息广播,则能够使目的节点耗能降低,同时更容易做出判断和响应。
附图说明
图1为相关应用场景示意图。
图2为无人机中继协议示意图。
图3为PHY层收敛协议(PLCP)报头中的标志位设计示意图。
图4为本发明中继网络的接入流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
根据本发明的协议设计方法,在CSMA/CA协议的基础上进行改进,增加源节点的中的物理层标志位的设计,同时根据源节点信息是否需要广播进行了相应的设置,这样简化了整个中继***,无人机只需采用物理层协议进行转发,而不需要进入MAC层,减小了转发时延,同时增加了***的吞吐量。
图1中a区为森林区域,其中布置多种类型的传感器节点,无人机采集这片区域的节点信息,并将信息转发至图中b相对应的节点中,b区节点不进行相互通信,因为地理环境的限制,图1中a区域的节点无法直接和b区域的节点进行通信,只能采用无人机进行辅助通信。图2是基于无人机的镜像协议的设计方法。图3为PHY层收敛协议(PLCP)报头中的标志位设计示意图。
在本发明中,为了避免不必要的中继,源节点在物理层(PHY)收敛协议(PLCP)报头中在SERVICE字段预留的8位,将第一位设置为一个标志位f,如图3所示,图3中画出了PLCP帧结构的示意图,包含前导码,报头,MAC帧结构三部分组成,标志位设置在报头中Service字段当中的第一位,其它7位保留。若源节点信息需要无人机中继,则设置该标志位为1,否则设置为0,无人机根据标志位的值判断是否转发。另外本发明根据源节点信息的特点,定义其中一些特殊节点信息在无人机中继的时候进行广播,这样所有接收节点都可以接收到信息,方便接收方综合考虑相关信息,做出准确判断。
本发明提供的根据源节点中PHY层收敛协议(PLCP)报头中的标志位f是否为1,同时将一些特定源节点信息经无人机进行广播,整个处理过程包括以下步骤:
步骤1:源节点经过DCF帧间间隔DIFS后,退避两个时隙时间,向无人机发送请求帧信息(RTS),无人机检查RTS帧中PLCP报头中的标志位f是否为1,若为1则进入步骤二,若不为1,则不进行任何处理;
步骤2:若标志位f为1,则经过短帧间间隔SIFS后,转发RTS帧,此时该RTS帧称为中继RTS,这样所有的源节点都会收到中继RTS帧,并且计算出当前通信需要占用的时间,也称为其它节点的退避时间(NAV),在此退避时间内,其它节点不向无人机发送信息;该中继RTS就相当于CSMA/CA中的应答帧CTS,此时该节点会独享此信道;
步骤3:当源节点接收到中继RTS后,则向无人机发送数据帧DATA,无人机收到数据帧后,经过短帧间间隔(SIFS)后立即进行转发,该数据帧称为中继数据帧,这时源节点也能接收到中继数据帧,则认为该数据发送成功,中继数据帧相当于CSMA/CA协议中的确认帧ACK。若源节点没有收到中继数据帧,则认为此次发送失败,检测信道,将该消息重新发送;
步骤4:接收节点收到该中继数据帧后,判断MAC帧头的目的地址字段是否为全1,若是全1,则该数据帧是广播数据,若不是,则根据目的地址进行接收或者丢弃。
本发明省略了传统CSMA/CA协议中的CTS帧和ACK,这样可以节省一部分开销,即节省转发时延,同时增加了***的吞吐量。
Claims (2)
1.一种中继网络的接入方法,其特征在于包括下述步骤:
步骤1:源节点侦听信道,若发现信道忙,则继续侦听信道,直到信道空闲,则进入步骤2;
步骤2:当检测到信道空闲,源节点需要发送信息时,则该节点将位于PHY层收敛协议报头中的第一位即标志位f进行设置,该位为一个二进制位,设置为0或者1,当源节点需要无人机中继信息,则将该标志位设置为1,然后发送数据,无人机只要检测标志位为1,则表明该信息需要进行转发,随后立即进行转发,无需进入MAC层处理;当源节点不需要无人机中继信息,则将该标志位设置为0,若无人机检测到标志位f为0,则不转发;
步骤3:无人机中继的源节点发送的信息因为不同从而需要不同的发送模式,若地址位第8位设置为0,则为单播,后24位为具体地址,即接收节点只有一个;若地址位全部设置为1,则为广播,即所有的节点都接收到该信息;
步骤4:接收节点收到无人机转发的信息时,判断MAC帧头的目的地址字段是否全为1,若是全为1,则该数据帧是广播数据,则接收;若不是全为1,则根据目的地址进行接收;若无该接收目的节点,则丢弃该转发的信息;之后跳转至步骤1不断重复。
2.根据权利要求1所述的中继网络的接入方法,其特征在于:
所述步骤1中,源节点经过帧间间隔DIFS后,退避两个时隙时间,向无人机发送请求帧信息,无人机检查请求帧中收敛协议报头中的标志位f是否为1,若为1则进入步骤2,若不为1,则不进行任何处理。
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