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基于联合退避-功率感知机制的物联网节点信息防碰撞算法

更新时间：2019-12-17 16:24:30 大小：1M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

物联网(IoT)节点防碰撞算法难以解决IoT节点数据冲突,造成严重的信号干涉.为此,提出一种新的物联网节点信息防碰撞算法.通过构建射频识别信号的离散正交调制与解调机制,降低节点间信号因互相干涉而导致的信道碰撞,建立联合退避-功率感知机制,定义节点数据退避防冲撞规则,以改善节点信号发射功率的波动幅度.实验结果表明,与ColorWava算法和信息决策控制算法相比,该算法具有更长的节点信号识别距离与更低的信道碰撞概率.

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第6期

计算机工程

2017年6月

第43卷

June 2017

V01．43

No．6

Computer Engineering

中图分类号：TP393．04

· 移动互联与通信技术·

文章编号：1000-3428(2017)06-0046-07

文献标志码：A

基于联合退避-功率感知机制的物联网节点信息防碰撞算法

郭小波1，李松涛1，张德贤2

(1．河南工程学院计算机学院，郑州451191；2．河南工业大学信息科学与工程学院，郑州450001)

摘

要：物联网(IoT)节点防碰撞算法难以解决loT节点数据冲突，造成严重的信号干涉。为此，提出一种新的物

联网节点信息防碰撞算法。通过构建射频识别信号的离散正交调制与解调机制，降低节点间信号因互相干涉而导

致的信道碰撞，建立联合退避一功率感知机制，定义节点数据退避防冲撞规则，以改善节点信号发射功率的波动幅

度。实验结果表明，与ColorWava算法和信息决策控制算法相比，该算法具有更长的节点信号识别距离与更低的

信道碰撞概率。

关键词：物联网；节点碰撞；功率感知；信号干涉；时间窗口

中文引用格式：郭小波，李松涛，张德贤．基于联合退避一功率感知机制的物联网节点信息防碰撞算法[J]，计算机工

程，2017，43(6)：46—52．

Dexian．Node Information Anti—collision

for Internet

ofThings

英文引用格式：Guo Xiaobo，Li

Songtao，Zhang

Algorithm

Based on

Backoff Power

Combining

Perception Mechanism[J]．Computer Engineering，2017，43(6)：46—52．

Node Information Anti．collision

for Internet of

Things

Algorithm

Based on

Backoff Power

Mechanism

Combining

Perception

GUOXiaobo_1，LI

Dexian2

Songtao1，ZHANG

(1．School

451 19

1，China；

Computer Science，Henan University

Engineering，Zhengzhou

of Information Science and

45000

College

l，China)

Engineering，Henan University

Technology，Zhengzhou

order to overcome the

of serious

interference induced

Internet of

by Things(IoT)node

data

【Abstract】In

problem

signal

confliction in current IoT node anti· collision

new IoT node

anti—collision

information

algorithm，a

algorithm

proposed．

The discrete

modulation and demodulation mechanisms of the radio

identification

are

orthogonal

signal

backoff

power

frequency

the

constructed to reduce the channel

collision caused

the mutual interference

among

nodes．Combining

mechanism

built and node data collision avoidance rules are defined to

the fluctuation

of the

perception

transmitted

improve

range

results show that

has

this

distance and lower

power．Experimental

algorithm

longer signal recognition

channel collision

with ColorWava and Decision Information

probability

compared

Controlling Algorithm(DICA)．

window

interference；time

collision；power perception；signal

【Key words】Internet

Things(10T)；node

DOI：10．3969／j．issn．1000—3428．2017．06．008

限性，物联网在部署过程中往往需要将大量的IoT

节点部署在拓扑距离较为密集的区域，由于RFID通

信方式的种种局限特性，极易导致不同的IoT节点

间存在严重的信号及采集数据干扰的难题，且由于

当前多个RFID节点往往处于读写锁定状态，导致严

重的读写冲突问题¨ ’。因此，通过一定的方式，在不

降低RFID节点密度的情况下，尽量减少各个IoT节

点间的数据冲突，成为保证整个IoT网络能够成功

运行的一个关键性因素。

概述

随着无线传感网技术的不断进步，诸如物联

网(Internet

Things，loT)等技术也得到了广泛

的应用，诸如采用射频识别(Radio Frequency

Identification，RFID)等方式构建基于传感信息交

互的物物相连网络，从而实现对全区域内物联网

节点的实时监控，并获取相应的采集数据¨ 一。然

而，由于当前电子加工技术及通信传感技术的局

基金项目：国家“863”计划项目(2012AAl01008)；河南省高等学校重点科研项目(168520007)。

作者简介：郭小波(1980一)，男，讲师、博士研究生，主研方向为无线传感器网络、物联网技术；李松涛，讲师、硕士；张德贤，教授、博士、

博士生导师。

收稿日期：2016-06-02

修回日期：2016-07-20

E-mail：．com

万方数据

第43卷第6期郭小波，李松涛，张德贤：基于联合退避一功率感知机制的物联网节点信息防碰撞算法

为减少IoT网络在运行中极易出现的节点读写

冲突现象，学者们提出诸多相应的算法，在实践中也

取得了一定的成效，如文献[3]提出了一种基于

Pluse信道均衡划分机制的防冲突算法，通过将IoT

节点的传输信道划分为独立的数据传输信道及信令

传输信道，在确保各个IoT节点的信令互相独立的

情况下，实现了密集RFID节点情况下的数据信息防

碰撞的效果。然而，该算法需要在每个传输周期内

均进行信令的划分，且分配给不同的信令均需要消

耗节点的时间片资源，因此，该算法在受到信号干扰

时将极易出现芯片缓存耗尽，从而导致数据难以读

写的问题。文献[4]提出了一种基于退避机制的信

息防碰撞算法，通过被动广播机制控制区域内待传

j⑦i‘’1④，二I／识别区域

j⑦f)④∥

输的IoT信令总数，从实现了在周期内对IoT节点

的总发送数据报文的控制，降低了不同节点间处于

互相读写状态的概率。但是，该算法仅从IoT信令

出发，考虑到loT信令总是具有一定的延时特性，一

旦网络中不同节点信号并非出于正交状态，将造成

严重的信号冲突现象。文献[5]提出了一种基于在

线学习机制的IoT节点信息退避算法，通过定义节

点上线一下线状态的方式控制单位周期内节点数据

发送的速率，实现了网络在节点比较密集的情况下

的数据防冲突效果，但是该算法未考虑到同一区域

内IoT节点之间的信号干扰因素，因而难以改善网

络的整体传输质量，亦难以降低节点信息碰撞概率。

文献[6]提出了一种基于信令功率控制机制的信息

退避防碰撞算法，通过在碰撞周期内连续发送防碰

撞信令的方式，降低信令碰撞的概率。然而该算法

由于对功率控制机制考虑不足，当信噪比性能较差

时碰撞概率会显著提高。文献[7]提出了一种周期

功率控制机制的信息退避算法，通过控制节点发送

功率的方式实现对覆盖区域的自感知，降低因覆盖

区域交叉而导致的碰撞现象。但是，该算法单纯从

功率控制角度出发，虽然实现过程简单，但由于该算

法未能对信令、信噪比等进行综合考虑，导致一旦出

现传输信道异常波动情况，则该算法将难以将信息

退避等现象进行有效控制，节点碰撞的概率会急剧

上升。

’

、

／’’、

／i一‘／、

＼

、

、、．?：．．，：F、．．=二?暑芦L——～重合区域

，

对此，本文提出一种基于联合退避一功率感知机

制的物联网节点信息防碰撞算法。针对RFID信号

的射频特性，对信号做正交化处理，通过构建基于信

噪比的功率感知机制，对节点的数据收发状况进行

联合避退处理。

，，· ．．．～‘～，’’7 ‘、、

’

，

(7@(’：、)④，删嘲

、、、、～，鼙／／?

RFID节点信号冲突分析

由于RFID节点信号属于高频通信范畴，实践中其

工作频段一般不采用跳频方式，即一般采用2．6 GHz频

万方数据

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