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专利号: 202210958171X
申请人: 中南民族大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-10-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种改进的非时隙CSMA/CA优化方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、终端节点对医疗数据进行分级;

步骤2、终端节点根据待传的医疗数据包的优先级设置初始退避窗口大小 ;

步骤3、设置第i次退避对应的退避窗口 ,设置不同优先级的医疗数据包对应的退避时隙;

步骤4、当终端节点退避完成后,终端节点进行信道检测,当检测信道为空闲时,跳转到步骤5,当检测信道为繁忙时,跳转到步骤6;

步骤5、终端节点对应的竞争窗口长度CW减1,CW=0时,竞争信道成功,允许终端节点接入信道,转到步骤7;

步骤6、退避次数NB加1,若退避次数NB大于退避次数最大值macMaxCSMABackoffs,丢弃该医疗数据包,转到步骤2进行下一次医疗数据包的传输,若退避次数NB不大于退避次数最大值macMaxCSMABackoffs,跳转到步骤3;

步骤7、终端节点开始向协调器节点传输医疗数据包,若传输成功,转到步骤8,若传输失败,转到步骤9;

步骤8、协调器节点成功接收到终端节点发送的医疗数据包以后,向终端节点返回ACK确认帧,转到步骤2进行下一次医疗数据包的传输;

步骤9、将重传次数FR加1,若重传次数FR大于重传次数最大值macMaxFrameRetries,丢弃该医疗数据包,并将错误返回到上层网络,转到步骤2进行下一次医疗数据包的传输;重传次数FR不大于重传次数的最大值macMaxFrameRetries,转到步骤2继续重传该医疗数据包,所述步骤2中初始退避窗口大小 ,其中,macMinBE为退避指数的最小值,优先级越高的医疗数据包对应的退避指数的最小值macMinBE越小,退避次数初始值设置为

0,

所述步骤3中第i次退避对应的退避窗口 , 为初始退避窗口大小, ,其中, 是退避指数的最大值macMaxBE, 是退避指数的最小值macMinBE,

所述步骤3中设置不同优先级的医疗数据包对应的退避时隙为 , 为医疗数据包在ZigBee网关的缓存队列的缓存占有率, 为优先级因子,X为 区间内的随机一个整数。

2.一种改进的非时隙CSMA/CA优化的评估方法,其特征在于,改进的非时隙CSMA/CA优化包括以下步骤:步骤S1、终端节点对医疗数据进行分级;

步骤S2、终端节点根据待传的医疗数据包的优先级设置初始退避窗口大小  ;

步骤S3、设置第i次退避对应的退避窗口 ,设置不同优先级的医疗数据包对应的退避时隙;

步骤S4、当终端节点退避完成后,终端节点进行信道检测,当检测信道为空闲时,跳转到步骤S5,当检测信道为繁忙时,跳转到步骤S6;

步骤S5、终端节点对应的竞争窗口长度CW减1,CW=0时,竞争信道成功,允许终端节点接入信道,转到步骤S7;

步骤S6、退避次数NB加1,若退避次数NB大于退避次数最大值macMaxCSMABackoffs,丢弃该医疗数据包,转到步骤S2进行下一次医疗数据包的传输,若退避次数NB不大于退避次数最大值macMaxCSMABackoffs,跳转到步骤S3;

步骤S7、终端节点开始向协调器节点传输医疗数据包,若传输成功,转到步骤S8,若传输失败,转到步骤S9;

步骤S8、协调器节点成功接收到终端节点发送的医疗数据包以后,向终端节点返回ACK确认帧,转到步骤S2进行下一次医疗数据包的传输;

步骤S9、将重传次数FR加1,若重传次数FR大于重传次数最大值macMaxFrameRetries,丢弃该医疗数据包,并将错误返回到上层网络,转到步骤S2进行下一次医疗数据包的传输;

重传次数FR不大于重传次数的最大值macMaxFrameRetries,转到步骤S2继续重传该医疗数据包,所述步骤S2中初始退避窗口大小 ,其中,macMinBE为退避指数的最小值,优先级越高的医疗数据包对应的退避指数的最小值macMinBE越小,退避次数初始值设置为0,所述步骤S3中第i次退避对应的退避窗口 , 为初始退避窗口大小, ,其中, 是退避指数的最大值macMaxBE, 是退避指数的最小值macMinBE,

所述步骤S3中设置不同优先级的医疗数据包对应的退避时隙为 ,为医疗数据包在ZigBee网关的缓存队列的缓存占有率, 为优先级因子,X为 区间内的随机一个整数,上述改进的非时隙CSMA/CA优化的评估方法包括以下步骤:步骤1、构建三维马尔科夫链模型;

步骤2、构建公式:

其中, 表示为第i次退避,退避窗口为j,第k次重传时的概率, 表示为第i次退避,第k次重传时进行CCA的概率, 表示为医疗数据包被成功接收的概率, 表示为终端节点成功发送医疗数据包后,未收到ACK确认帧的概率, 表示为医疗数据包传输失败,丢弃医疗数据包的概率;

步骤3、定义终端节点的医疗数据包生成率为 ,T0为每个时隙的单位周期时间,T为间隔周期;

步骤4、构建终端节点执行空闲信道评估的概率 的公式;

步骤5、构建重传概率 的公式;

步骤6、构建CCA失败概率 的公式;

步骤7、根据步骤2‑6构建的公式,根据马尔科夫链归一性求出 的表达式,进而计算概率 、重传概率 以及CCA失败概率 的值,步骤8、计算信道接入失败的概率 ;

步骤9、计算传输时超出重传限制而丢包的概率 ;

步骤10、计算可靠性 的概率;

步骤11、计算总延迟 =退避阶段的延迟 +数据包成功传输的延迟 +重传过程的延迟 。

3.根据权利要求2所述一种改进的非时隙CSMA/CA优化的评估方法,其特征在于:所述步骤1中三维马尔科夫链模型为 ;

其中, 表示t时刻的退避次数, 表示t时刻的退避计数器的状态,退避计数器的值为 之间的随机值, 表示t时刻的重传次数,定义m表示退避的最大次数,r表示重传的最大次数。

4.根据权利要求3所述一种改进的非时隙CSMA/CA优化的评估方法,其特征在于:所述步骤2中:其中, 为终端节点第一次完成随机退避的概率, 为医疗数据包生成概率, 为CCA失败的概率, 为重传概率, , , 表示医疗数据包长度对应的时隙长度, 表示ACK确认帧等待时间, 表示ACK确认帧长度对应的时隙长度, 表示医疗数据包间隔对应的时隙长度, 表示ACK超时时间,参数 , 。

5.根据权利要求4所述一种改进的非时隙CSMA/CA优化的评估方法,其特征在于:所述步骤4中终端节点执行空闲信道评估的概率 为:所述步骤5中重传概率 为:

其中, 为传输错误的概率,N表示终端节点的个数;

所述步骤6中CCA失败概率 为:

6.根据权利要求5所述一种改进的非时隙CSMA/CA优化的评估方法,其特征在于:所述步骤8中信道接入失败的概率 为:;

所述步骤9中传输时超出重传限制而丢包的概率 为:;

所述步骤10中可靠性 的概率为:

7.根据权利要求5所述一种改进的非时隙CSMA/CA优化的评估方法,其特征在于:所述步骤11中,;

其中, 为时隙的单位时间, 为初始退避窗口, 表示第k次重传时,医疗数据包传输失败的延迟, 。