技术领域
本发明属于无线纳米传感器网络技术，涉及一种无线纳米传感器 网络动态接入控制方法。
技术背景
由于纳米技术的迅速发展，纳米级大小的传感器即纳米传感器已 经能够工业生产。无线纳米传感器网络是利用纳米传感器的无线通信 技术进行相互连接所组成的网络，在工业、环境、医疗等领域有十分 广泛的应用前景。鉴于纳米传感器节点仅仅具有约几百纳米的大小， 其纳米处理器的处理能力非常有限，因此设计复杂度极低的通信协议 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个子协议设计都需要考虑到 计算复杂度问题，包括物理层调制模式的设计和数据链路层的多址接 入方法的设计。关于物理层调制模式的设计，由于键控开关调制即 OOK调制具有较低的复杂度，是无线纳米传感器较有应用前景的调 制方式之一。OOK调制方式是仅仅在发送“1”比特时发送一个脉冲 信号，而在发送“0”比特时保持安静即天线上不发送任何电压信号。 而关于数据链路层的多址接入方法的设计，目前为止，有很多文献和 专利研究设计了适用于不同无线网络的多址接入方法，比如适用于无 线局域网的IEEE802.11MAC协议等。但这些方法都是针对已有网 络的宏观节点来设计，由于这些宏观节点具有相对较高的计算处理能 力，这些方法具有相对高的复杂性，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。 但这些高复杂度的多址接入方法都不适用处理能力非常有限的纳米 传感器节点。
对于采用OOK调制的无线纳米传感器网络，并且每个纳米传感 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。但是这种时域扩展的OOK调制方式，有一定的概率 发生相邻节点发送信息比特连续冲突。更重要的是，采用这种方式， 即使节点上的数据流量很低、几乎不会发生冲突的时候也是一个周期 T内仅仅发一个比特，不会适应流量的动态变化，发送的带宽利用率 过低。因此，设计开发一种同样具有较低复杂度、低冲突甚至无冲突 并且高效利用带宽资源的接入控制方法十分必要。
发明内容
为了克服现有OOK调制无线纳米传感器网络的无线多址接入方 法的带宽利用率较低、冲突频率较高的不足，本发明提出一种高带宽 效率的无线纳米传感器网络动态接入控制方法，既能做到无冲突，而 且具有较高的带宽利用率。
为了实现上述技术任务，本发明采用如下的技术解决方案：
一种高带宽效率的无线纳米传感器网络动态接入控制方法，其特 征在于：所述动态接入控制方法包括以下步骤：
1）接入节点操作，过程如下：
(1.1)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 点有数据流要发往中继节点；
(1.2)接收来自中继节点的回复控制包，然后从该回复控制包中 读出中继节点所指定的开始发送时刻t和本节点接入速率r，t和r是 由中继节点确定好并写入回复控制包里的；
(1.3)在时刻t开始，以T为周期，在每个周期的开始时刻连续 发送r个比特符号，周期内发送完这r个比特符号后的剩余T-r×Ts时 间内不发送任何比特符号，即保持发送电路空闲。其中TS是物理层 发送一个调制符号所消耗的时间，T是根据网络时延要求等方面而预 先设置好的值，它是TS的整数倍的值；
(1.4)在数据发送过程中，如果某个周期的空闲时间内接收到来 自中继节点的控制包，则跳到步骤(1.2)；
2）中继节点操作，过程如下：
(2.1)接收接入节点所发送的接入请求控制包，更新接收节点个 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；
(2.2)令
如果Ni＜2，则跳到步骤(2.6)来结束操作并且 不给接入节点回复任何控制包以表示拒绝其接入请求，如果Ni≥2则 进行下一步操作；
(2.3)根据公式(1)求出控制包接入速率r，
其中，α为占空比；
(2.4)令
其中t是本中继节点将会收到 下一个比特符号的时刻；
(2.5)取k=1；
(2.6)如果k＞i则跳到步骤(2.8)；如果k≤i则新建一个记录着tk值 与r值的速率更新控制包，并将该控制包发送给i个接入节点中尚未 接收速率更新控制包的节点；
(2.7)k←k+1并跳回到步骤(2.6)；
(2.8)等待接收发自接入节点的数据包，当接收完某个接入节点 的所有信息后，令i←i-1；
(2.9)结束。
进一步，所述步骤(2.3)中，占空比α的值的确定过程如下：首先， α＜0.5以保证不同接入节点往中继节点的符号不会冲突，且保证中继 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；其次，满足
以保证接入节点的空 闲状态时长足够长，让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。在上述合理取值范围内，α 越大则带宽利用率越高但是由于节点时钟漂移引起的节点间发送冲 突概率也就越大，因此α的具体取值取决于节点的时钟漂移，时钟漂 移越大则α要取越小。
本发明的技术特点及效果：
1）本发明能够提高带宽利用率。由于本发明能根据接入节点的 个数动态调整每个周期内发送的比特数，当接入节点少的时候就让每 个接入节点一个周期内多发比特数，从而做到低流量的时候比一个周 期内始终只发单个比特的方案有高得多的带宽利用率。
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 的不足之处，实现发送无符号冲突。
3）由于所有发送节点有相同的发送速率，本发明达到了较好的 节点发送公平性。
附图说明
图1是本发明的接入控制方法的执行过程示意图。
图2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和图2，一种高带宽效率的无线纳米传感器网络动态接 入控制方法，所述动态接入控制方法包括以下步骤：
1）接入节点操作，过程如下：
(1.1)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 点有数据流要发往中继节点；
(1.2)接收来自中继节点的回复控制包，然后从该回复控制包中 读出中继节点所指定的开始发送时刻t和本节点接入速率r，t和r是 由中继节点确定好并写入回复控制包里的；
(1.3)在时刻t开始，以T为周期，在每个周期的开始时刻连续 发送r个比特符号，周期内发送完这r个比特符号后的剩余T-r×Ts时 间内不发送任何比特符号，即保持发送电路空闲。其中TS是物理层 发送一个调制符号所消耗的时间，T是根据网络时延要求等方面而预 先设置好的值，它是TS的整数倍的值；
(1.4)在数据发送过程中，如果某个周期的空闲时间内接收到来 自中继节点的控制包，则跳到步骤(1.2)；
2）中继节点操作，过程如下：
(2.1)接收接入节点所发送的接入请求控制包，更新接收节点个 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；
(2.2)令
如果Ni＜2，则跳到步骤(2.6)来结束操作并且 不给接入节点回复任何控制包以表示拒绝其接入请求，如果Ni≥2则 进行下一步操作；
(2.3)根据公式(1)求出控制包接入速率r，
其中，α为占空比；
(2.4)令
其中t是本中继节点将会收到 下一个比特符号的时刻；
(2.5)取k=1；
(2.6)如果k＞i则跳到步骤(2.8)；如果k≤i则新建一个记录着tk值 与r值的速率更新控制包，并将该控制包发送给i个接入节点中尚未 接收速率更新控制包的节点；
(2.7)k←k+1并跳回到步骤(2.6)；
(2.8)等待接收发自接入节点的数据包，当接收完某个接入节点 的所有信息后，令i←i-1；
(2.9)结束。
进一步，所述步骤(2.3)中，占空比α的值的确定过程如下：首先， α＜0.5以保证不同接入节点往中继节点的符号不会冲突，且保证中继 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；其次，满足
以保证接入节点的空 闲状态时长足够长，让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。在上述合理取值范围内，α 越大则带宽利用率越高但是由于节点时钟漂移引起的节点间发送冲 突概率也就越大，因此α的具体取值取决于节点的时钟漂移，时钟漂 移越大则α要取越小。
图2是每个周期内i个接入节点的发送示意图。每个接入节点以 T为周期重复下去，直到其发完所有的比特为止。
如图1所示的执行过程，在纳米传感器网络运行阶段，假设中继 节点当前为i-1个接入节点转发数据，并给这些接入节点从1到i-1 标上序号，并将第k（k=1,2,…,i-1）个接入节点用符号nk表示。当一 个新的接入节点即第i个节点需要该中继节点转发数据流时，用符号 ni表示该新的接入节点，则接入节点ni根据本发明中所提出的“接入 节点操作步骤”进行如下相关操作，先在中继节点的空闲的时候给中 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，即 比特发送之间不留时间空隙，从而使该请求控制包的发送耗时非常 短，与别的节点发送发生冲突的概率非常小。当中继节点收到该请求 控制包后，根据“中继节点操作步骤”来进行如下相应操作。首先根 据步骤(2.2)、(2.3)和(2.4)分别计算出接入节点的接入速率r和各个不 同接入节点的开始发送时刻tk(k＝1,2,…,i)，并且对于不同的接入节点 nk，中继节点把设置有r和tk的速率更新控制包发送给它，因此总共 发送i个速率更新控制包。接入节点nk接收来自中继节点的速率更新 控制包，然后从该包中读出中继节点指定的发送时间点tk和接入速率 r。从tk时刻开始，以T为周期，在每个周期的开始连续发送r个比特 符号，周期内剩余时间上不发送数据。
