[发明专利]大规模监测传感网RAW重分组实现及周期性传输分组方法

说明书

本发明公开了大规模监测传感网RAW重分组实现及周期性传输分组方法，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；在节点与AP的关联阶段，AP为每个关联的节点分配一个单独的Gold序列，AP在信标中通过复合序列传输RAW分组信息，避免了AID重分配所带来的开销和重关联时间，实现将AID不连续的节点分到同一个RAW组内；(2)RAW分组；针对大规模安全监测传感网周期性数据，设计了一种减小碰撞概率的RAW重分组算法，通过三次分组解决原RAW机制存在的组间负载不平衡问题，实现对大规模安全监测传感网周期性数据进行RAW分组，减小随机分组引起的碰撞，提升802.11ah网络性能。

技术领域

本发明涉及无线通信协议领域，尤其涉及大规模监测传感网RAW重分组实现及周期性传输分组方法。

背景技术

目前工业生产中的无线监测传感网虽然初具规模，但是在无线通信技术上还存在着不少缺陷。比如常用传统的WiFi技术，虽然能提供较高的传输速率，但因其工作在较高频段，穿透能力差，复杂环境中的传输距离较短，允许接入的节点数量较少，且能耗比较高。Zigbee技术相较于传统WiFi可接入的设备数明显增多，且具有低复杂度、低能耗、低成本等优势，但其覆盖范围也不到100m，传输速率较低，通常在250kbps以下。蓝牙技术虽然能提供1Mbps左右的传输速率，但是受传输距离的限制。以上一些现有的无线通信技术难以满足现代化工业生产对无线监测传感网传输速率、覆盖范围、网络容量、能耗等要求。

2016年12月，IEEE发布的802.11ah协议满足了工业生产安全监测现场中对无线通信技术的需求。该标准采用900MHz频段，较传统2.4GHz和5Ghz的WiFi协议，有良好的穿透能力，更广的通信范围(理论可达1km)。此外，该标准支持最大8191的设备接入数，150kbps到78Mbps的传输速率选择，且功耗小，适用于安全监测传感网中各种传感器的接入部署。适用于工业无线传感网络对传输范围、功耗、网络容量、传输速率等要求，可以在工业生产复杂环境的监测与预警系统中起到关键作用。

IEEE 802.11ah标准在MAC层引入了RAW(Restricted Access Window)机制，将信道时间分为多个时间窗口(RAW)，每个窗口只允许一部分节点接入使用信道，其余节点保持缄默，可以减小大规模节点接入带来的碰撞问题。然而，现有标准未充分发挥RAW分组性能优势。

首先，标准内的RAW机制分组方式采用的分组方案，只能将AID(Association ID)连续的节点分为一个RAW组。即在节点与接入点AP(Access Point)关联阶段，依据关联的先后顺序，AP依次为每个关联的节点分配连续AID。然后设置每个RAW组的起始节点AID和终止节点AID，在这两个AID内的所有节点(包括起始和终止节点AID)分为一个RAW组。这种方式没有考虑到RAW组间负载情况，使得流量负载集中在某些RAW中，造成节点碰撞加剧，而在另一些RAW内负载较小，信道利用率低，从而降低网络整体性能。其次，在网络运行过程中，可能因为一些突发事件影响网络性能，如某些节点采样率改变导致部分RAW组负载发生变化；有节点加入或退出网络引起网络拓扑改变进而影响RAW分组。此时原分组方案不适用于当前网络情况。

为了解决上述问题，需要对RAW重新分组。RAW重分组将涉及到把不连续AID的节点分在一个RAW组内，现有标准对并不能实现此任务。一个可行的方案是采用AID重分配方式。该方法需要AP在缓存中建立的MAC地址与AID的映射表，然后所有节点解除与AP的关联，再根据建立的映射表进行重新关联。需要花费更多的时间用于关联，在节点数目多时造成的额外开销大。并且在网络运行的过程中进行AID重分配，会造成在这段重分配处理时间内节点产生的所有数据包被丢弃，严重影响网络的有效性和可靠性。因此，需要有一种在线不断联的RAW重分组实现方法。