一種網絡異步MPR吞吐率優化方法與流程
本發明涉及無線通信介質訪問控制技術領域，特別涉及一種IEEE802.15.4網絡異步MPR吞吐率優化方法。
背景技術：
進入21世紀，人們對無線通信技術的要求隨著時代的發展越來越高，傳統的單包接收(SPR)信道沖突模型提供的單包接收機制已經越來越無法滿足人們的需求。而隨著信號處理，時空編碼以及天線MIMO技術的實現，多包接收(MPR)機制(即允許多個數據在信道MPR接收能力范圍內可以同時成功傳輸)已經成為當前信道接入機制的研究熱點。近年來，國內外學者分別根據同步MPR(僅允許數據傳輸同時開始)以及異步MPR技術(允許數據傳輸過程中有其他數據傳輸加入)對無線局域網及無線個域網的吞吐率優化進行了研究，提出了一系列改進的信道接入策略，研究結果表明異步MPR相較于SPR以及同步MPR可以更有效的利用信道MPR接收能力，從而大大改善網絡吞吐率性能。盡管如此，已有針對IEEE802.15.4網絡異步MPR吞吐率的優化策略仍然沒有充分利用已知信道信息進行網絡用戶行為的指導，從而使得信道MPR接收能力的利用率存在不足。
因此，需要一種更加合理的IEEE802.15.4網絡異步MPR吞吐率優化方法對吞吐率性能作出進一步改善。
技術實現要素：
本發明旨在提供一種IEEE802.15.4網絡異步MPR吞吐率概率發送優化方法，通過增加異步多包接收能力r，CCA檢測閾值rc以及信道內正在通信節點數N，發送概率參數W四個參數，使得CSMA/CA算法支持異步多包接收概率接入策略，從而進一步提高信道利用率，以期達到改善網絡吞吐率性能的設計目標。
本發明提供了一種IEEE802.15.4網絡異步MPR吞吐率優化方法，包括IEEE802.15.4網絡源節點根據信道MPR接收能力r預設的CCA檢測閾值rc，節點檢測到當前通信節點數大于rc小于r時采取的數據發送概率p，發送概率參數W以及退避指數BE，其特征在于：網絡允許目的節點具有異步MPR能力(一個數據當且僅當其傳輸期間不被其他r-1個其他節點同時干擾即可成功接收)，通信節點退避結束執行CCA，設置CCA檢測閾值rc，當檢測到的通信節點數N小于CCA檢測閾值rc時發送數據包，當N大于等于MPR接收能力r時增加退避指數BE進而再次退避，當N大于等于檢測閾值rc且小于MPR接收能力r時，節點以預設的發送概率p發送數據，否則增加退避指數BE進而再次退避，具體的實施過程包括：
S11.變量初始化，開始二進制指數退避算法，執行S12；
S12.判斷當前信道內正在通信的節點數N是否小于網絡所設定的CCA檢測閾值rc，若是，則執行S121，否則執行S13；
S121.發送數據分組，執行S122；
S122.接收節點判斷數據包發送過程中是否同時被超過r—1個其他節點干擾，若不是，傳輸成功，否則傳輸失敗；
S13.判斷當前信道內正在通信的節點數N是否小于網絡所設定的MPR接收能力值r，若是，則以發送概率p執行S121，以退避概率1-p執行S13，否則執行S13；
S13.更新NB和BE，執行S14；
S14.判斷退避次數是否大于最大退避次數，若是則丟棄數據包，否則執行二進制指數退避后執行S12。
進一步地，網絡接收節點具有異步MPR接收能力。
進一步地，網絡源節點設定CCA檢測閥值rc，rc大于等于1小于等于MPR接收能力r。
進一步地，當檢測到的通信節點數N小于CCA檢測閾值rc時發送數據包。
進一步地，當N大于等于檢測閾值rc且小于MPR接收能力r時，以發送概率p＝(r-N)/W(W為大于等于r-rc的整數)進行數據發送，以退避概率1-p增加BE值進行再次退避。
進一步地，當檢測到的通信節點數N大于等于MPR接收能力值r時則增加BE值進行再次退避。
附圖說明
圖1示出了本發明方法(pMPR)算法流程圖。
圖2分別示出了IEEE802.15.4協議默認異步多包接收算法(AMPR)和本發明方法(pAMPR)網絡吞吐率隨不同CCA閾值rc變化的曲線。
圖3分別示出了IEEE802.15.4協議默認異步多包接收算法(AMPR)和本發明方法(pAMPR)網絡可靠性隨不同CCA閾值rc變化的曲線。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的圍。
本發明提供了一種IEEE802.15.4網絡異步MPR吞吐率優化方法，包括IEEE802.15.4網絡源節點根據信道MPR接收能力r預設的CCA檢測閾值rc，節點檢測到當前通信節點數大于rc小于r時采取的數據發送概率p，發送概率參數W以及退避指數BE，其特征在于：網絡允許目的節點具有異步MPR能力(一個數據當且僅當其傳輸期間不被其他r-1個其他節點同時干擾即可成功接收)，通信節點退避結束執行CCA，設置CCA檢測閾值rc，當檢測到的通信節點數N小于CCA檢測閾值rc時發送數據包，當N大于等于MPR接收能力r時增加退避指數BE進而再次退避，當N大于等于檢測閾值rc且小于MPR接收能力r時，節點以預設的發送概率p發送數據，否則增加退避指數BE進而再次退避，具體的實施過程包括：
S11.變量初始化，開始二進制指數退避算法，執行S12；
S12.判斷當前信道內正在通信的節點數N是否小于網絡所設定的CCA檢測閾值rc，若是，則執行S121，否則執行S13；
S121.發送數據分組，執行S122；
S122.接收節點判斷數據包發送過程中是否同時被超過r—1個其他節點干擾，若不是，傳輸成功，否則傳輸失敗；
S13.判斷當前信道內正在通信的節點數N是否小于網絡所設定的MPR接收能力值r，若是，則以發送概率p執行S121，以退避概率1-p執行S13，否則執行S13；
S13.更新NB和BE，執行S14；
S14.判斷退避次數是否大于最大退避次數，若是則丟棄數據包，否則執行二進制指數退避后執行S12。
作為優選方案，網絡接收節點具有異步MPR接收能力。
作為優選方案，網絡源節點設定CCA檢測閥值rc，rc大于等于1小于等于MPR接收能力r。
作為優選方案，當檢測到的通信節點數N小于CCA檢測閾值rc時發送數據包。
作為優選方案，當N大于等于檢測閾值rc且小于MPR接收能力r時，以發送概率p＝(r-N)/W(W為大于等于r-rc的整數)進行數據發送，以退避概率1-p增加BE值進行再次退避。
作為優選方案，當檢測到的通信節點數N大于等于MPR接收能力值r時則增加BE值進行再次退避。
本發明采用了Matlab仿真軟件對默認參數設置的異步多包IEEE 802.15.4協議(AMPR)和本發明方法(pAMPR)進行實施比較。實施比較基于星型單跳網絡拓撲結構，設置超幀參數BO＝SO＝10，網絡內節點數N為20，多包能力r為5，發送概率參數W為8，假設網絡處于飽和狀態，所有源節點發送數據包的包長服從期望為100個字節的幾何分布，每次仿真時長500個超幀。
圖2示出了默認參數設置的異步多包IEEE 802.15.4協議(AMPR)和本發明方法(pAMPR)CCA檢測閾值rc分別設置為1至5時網絡的歸一化吞吐量。從圖中可以看出，當CCA檢測閾值rc較小時，本發明方法在吞吐率指標上有較大提升，而當CCA檢測閾值rc較大時，由于額外接入概率p越來越小，導致吞吐率差異變小。
圖3示出了默認參數設置的異步多包IEEE 802.15.4協議(AMPR)和本發明方法(pAMPR)CCA檢測閾值rc分別設置為1至5時網絡的可靠性。從圖中可以看出，當CCA檢測閾值rc較小時，本發明方法在可靠性指標上有所提升。
結合圖2以及圖3結果可知，本發明方法通過在異步多包的基礎上引入額外接入概率使得網絡節點的信道接入更加適應于信道使用狀況和信道MPR接收能力，進而有效地改善了網絡的吞吐率和可靠性。
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