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

一种中继网络的接入方法
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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