技术领域
本发明涉及一种无线通信中的接入方法，该方法适用于无线纳米 传感器网络。
技术背景
无线纳米传感器网络，是多个由纳米级材料拼组而成的传感器通 过无线通信技术进行相互连接所组成的网络。该类网络在环境、医 疗、工业等领域将会发挥重要作用。由于纳米传感器节点微小，获得 的能量有限，其处理器的处理能力较低，因此设计具有极低计算复杂 度的通信协议是无线纳米传感器网络有待研究的关键问题之一。
无线纳米传感器网络通信协议的各层子协议设计，包括物理层调 制模式的设计、数据链路层的接入控制方法的设计等，都需要考虑到 计算复杂度问题。对于物理层调制模式的设计，目前通常采用较低复 杂度的键控开关调制即OOK调制方式。该方式是发送一个脉冲信号来 表示发送比特“1”，而在发送“0”比特时保持无线电安静即天线上不发送 任何电压信号。而对于数据链路层的媒质接入控制方法的设计，到目 前为止已经有很多文献和专利研究设计了适用于不同无线网络的接入 方法，比如适用于无线局域网的IEEE802.11MAC协议等。但这些方 法都是面向具有较高计算能力的宏观节点来设计的，它们的设计没有 刻意追求较低的计算复杂度，比如无线局域网的多址接入方法是基于 复杂的基于退避算法的载波监听多路访问机制，而采用CDMA技术的 蜂窝网则通过生成复杂的相互正交的扩频码来实现多址接入。所以， 这些已有的高复杂度的多址接入方法都不适用处理能力极其有限的纳 米传感器节点。
对于采用OOK调制的无线纳米传感器网络，如果每个纳米传感器 节点都采取如下发送方式：每发送出一个比特符号后空闲一个固定的 时间间隔T后再发送下一个比特符号，则可以大大降低符号发送冲突 的发生频率。由于所有传感器节点的该时间间隔T都相同，所以所有 的传感器节点有着相同的发送速率。这种基于OOK调制的两个比特符 号发送之间空上一固定时间的发送方式称为时域扩展的OOK调制。然 而，对于时域扩展的OOK调制，当两个都要开始发送比特信息的相邻 节点刚好在同一时刻开始发送第一个比特符号，即第一个比特发送发 生了冲突，则后续的所有比特发送都会发生冲突，从而会导致接收节 点上大量的比特接收错误。因此，我们设计开发出一种基于周期倍增 的接入方法，动态地协调纳米节点的发送周期，可以有效降低甚至完 全消除符号冲突。
发明内容
为了克服时域扩展的OOK调制可能发生连续符号冲突的不足，本 发明提出一种基于周期倍增的无线纳米传感器网络接入方法。该方法 通过较低复杂度的节点间的操作来有效地协调纳米节点发送时刻，从 而避免两个相邻节点的发送发生连续符号冲突，达到无符号冲突。故 该技术可以应用于无线纳米传感器网络中，有效的保障纳米传感器比 特发送的可靠性。
为了实现上述技术任务，本发明采用如下的技术解决方案：
一种基于周期倍增的无线纳米传感器网络接入方法，所述接入方 法包括以下步骤：
步骤一：在网络刚部署或节点重启的时候，根据公式（1）计算将 来所有的接入节点在某个发送时间点上连续发送的比特个数N；
其中rmin是根据网络时延要求等方面符号速率允许最小取值。
α的取值需要满足如下条件：1）α＜0.5，保证不同接入节点往中 继节点可用来转发数据的时间大于接收数据所耗时间，即能把收到的 数据都转发出去，且让中继节点有足够时间来回复控制包给接入节 点。2）(1-α)rmin＞Tpkt，保证中继节点有足够时间来发送控制包给接入 节点，其中Tpkt是控制包发送所消耗的时间。在满足上述条件下，α取 值越大，则信道利用率越高，但是由于时钟漂移引起的冲突概率也越 大，因此α的取值取决于节点的时钟漂移，时钟漂移越大则α取值要相 应变小；
步骤二：接入节点给中继节点发送一个接入请求控制包来通知中 继节点本节点有新的数据流要发往该中继节点；
步骤三：中继节点接收接入节点所发送的接入请求控制包；
步骤四：中继节点设置接入节点个数参数i:i←i+1，i在网络刚部 署或节点重启的时候初始化为0；
步骤五：令
其中rmax是根据网络时延要求等方面符号速 率允许最大取值。如果i≤K则执行下一步，否则结束操作并且不给接 入节点回复任何控制包以表示拒绝其接入请求；
步骤六：根据公式（2）计算同一个接入节点相邻的两组信息比特 发送的时间间隔，它是TS的整数倍的值，即发送周期。
Ti＝i×rmin×Ts（2）
其中Ts是物理层发送一个比特符号所消耗的时间；
步骤七：中继节点将接入节点开始发送时刻t+(i-1)×rmin×Ts、发送周 期Ti、连续发送比特个数N记录在待回复的控制包中并将该控制包发送 给新接入的节点，其中t是中继节点的下一个比特接收时间点；
步骤八：接着，中继节点将发送周期Ti分别记录在i-1个控制包中 并将其分别发送给已经接入的节点，其中它们下一个发送时间点以及 连续发送比特个数都保持不变；
步骤九：新加入的接入节点接收来自中继节点的回复控制包，然 后从该包中读出中继节点所指定的发送时间点t+(i-1)×rmin×Ts、发送周期 Ti、连续发送比特个数N，并按照要求开始发送；
步骤十：其余接入节点接收来自中继节点的控制包，然后从该包 中读出中继节点指定的发送周期Ti，更新其发送周期并在下一个发送时 间点以周期Ti开始发送；
步骤十一：中继节点接收接入节点所发送的信息比特，直到接收 完该接入节点的所有信息比特。
本发明的技术特点及效果：
1）本发明具有较低的实现复杂度。由于在网络刚部署或节点重启 的时候先计算确定每个接入节点连续发送的比特个数，所以当有节点 接入时，只需计算发送周期及新接入节点的发送时间点。此后，接入 节点和中继节点只需进行简单的控制包收发和处理。
2）本发明克服了时域扩展的OOK调制可能发生连续符号冲突的 不足，理想状态下能实现发送无符号冲突。
附图说明
图1是本发明的纳米传感器数据传送示意图。
图2是本发明的接入控制方法的执行过程。
图3是接入节点的比特符号发送示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参照图1～图3，一种基于周期倍增的无线纳米传感器网络接入方法，所述 接入方法包括以下步骤：
步骤一：在网络刚部署或节点重启的时候，根据公式（1）计算将 来所有的接入节点在某个发送时间点上连续发送的比特个数N；
其中rmin是根据网络时延要求等方面符号速率允许最小取值。
α的取值需要满足如下条件：1）α＜0.5，保证不同接入节点往中 继节点可用来转发数据的时间大于接收数据所耗时间，即能把收到的 数据都转发出去，且让中继节点有足够时间来回复控制包给接入节 点。2）(1-α)rmin＞Tpkt，保证中继节点有足够时间来发送控制包给接入 节点，其中Tpkt是控制包发送所消耗的时间。在满足上述条件下，α取 值越大，则信道利用率越高，但是由于时钟漂移引起的冲突概率也越 大，因此α的取值取决于节点的时钟漂移，时钟漂移越大则α取值要相 应变小；
步骤二：接入节点给中继节点发送一个接入请求控制包来通知中 继节点本节点有新的数据流要发往该中继节点；
步骤三：中继节点接收接入节点所发送的接入请求控制包；
步骤四：中继节点设置接入节点个数参数i:i←i+1，i在网络刚部 署或节点重启的时候初始化为0；
步骤五：令
其中rmax是根据网络时延要求等方面符号速 率允许最大取值。如果i≤K则执行下一步，否则结束操作并且不给接 入节点回复任何控制包以表示拒绝其接入请求；
步骤六：根据公式（2）计算同一个接入节点相邻的两组信息比特 发送的时间间隔，它是TS的整数倍的值，即发送周期。
Ti＝i×rmin×Ts（2）
其中Ts是物理层发送一个比特符号所消耗的时间；
步骤七：中继节点将接入节点开始发送时刻t+(i-1)×rmin×Ts、发送周 期Ti、连续发送比特个数N记录在待回复的控制包中并将该控制包发送 给新接入的节点，其中t是中继节点的下一个比特接收时间点；
步骤八：接着，中继节点将发送周期Ti分别记录在i-1个控制包中 并将其分别发送给已经接入的节点，其中它们下一个发送时间点以及 连续发送比特个数都保持不变；
步骤九：新加入的接入节点接收来自中继节点的回复控制包，然 后从该包中读出中继节点所指定的发送时间点t+(i-1)×rmin×Ts、发送周期 Ti、连续发送比特个数N，并按照要求开始发送；
步骤十：其余接入节点接收来自中继节点的控制包，然后从该包 中读出中继节点指定的发送周期Ti，更新其发送周期并在下一个发送时 间点以周期Ti开始发送；
步骤十一：中继节点接收接入节点所发送的信息比特，直到接收 完该接入节点的所有信息比特。
本实施例中，在纳米传感器的制作阶段或者在无线纳米传感器网 络的部署阶段，每个纳米传感器根据公式
计算好将来本节 点连续发送比特个数。
在纳米传感器网络的运行阶段，当有某个纳米传感器节点即中继 节点需要中继多个数据流时，如图1所示，该中继节点负责协调各个 接入节点的比特符号发送时刻。
具体来说，当有一个流过该中继节点的新数据流发生时，比如图1 中的数据流2，则接入节点2和中继节点的操作如图2所示。接入节点 先在无线媒体空闲的时候给中继节点发送一个接入请求控制包，该包 的所有比特连续发送出去，比特发送之间不留时间空闲。当中继节点 收到该包后，先判断i≤K是否成立。如果成立，中继节点再计算发送 周期以及开始发送时间点，记录在待回复的控制包中并将该控制包发 送给新接入的节点，并把新的发送周期广播给所有的接入节点；如果 不成立，则结束操作并且不给接入节点回复任何控制包以表示拒绝其 接入请求。
接入节点接收来自中继节点的回复控制包，然后从该包中读出中 继节点所指定的发送时间点，在该时间点上连续发送N个比特，之后 每隔时间T再连续发送N个比特，直到发完所有信息比特为止。
当每个新接入节点根据中继节点的要求开始发送后，各个接入节 点的符号发送都没有冲突，如图3所示的3个接入节点的发送。
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