一種工業無線傳感網絡中調度通信的方法及裝置的製作方法

2023-06-06 17:13:31 1

專利名稱：一種工業無線傳感網絡中調度通信的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線網絡技術領域，具體涉及一種工業無線傳感網絡中調度通信的方法及裝置。
背景技術：
工業無線技術是21世紀新興、面向設備間短程、低速率信息交互的無線通信技術，適合在惡劣的工業現場環境使用，工業無線技術滿足工業應用的高可靠、具有很強的抗幹擾能力、超低能耗、實時通信等技術特徵，具有可拓展性好，安裝維護成本低等優點，是對現有無線技術在工業應用方向上的功能擴展。在現有技術中，傳統多跳無線網絡中對於調度通信問題，通常將網絡建模為一個多目標優化問題，運用粒子群算法(PSO)或啟發式算法求近似最優解。而對於傳統TDMA(Time Division Multiple Access,時分多址)網絡的調度，由於隱藏終端問題，按照衝突種類，形成衝突圖，利用空間重用來分配資源，比如對拓撲圖進行點或邊的著色。但是，工業無線傳感網絡一般採用多信道通信機制，不必考慮隱藏終端、暴露終端等問題；且管理策略為集中式計算分配，因此，現有技術中傳統無線網絡的調度通信不符合工業無線傳感網絡調度通信的特點和要求。

發明內容
有鑑於此，本發明的主要目的是提供一種工業無線傳感網絡中調度通信的方法及裝置，解決現有技術中傳統無線網絡調度通信不符合工業無線傳感網絡調度通信的特點和要求。為解決上述問題，本發明提供的技術方案如下一種工業無線傳感 網絡中調度通信的方法，所述方法包括獲得所述工業無線傳感網絡路徑更新後的傳輸路徑信息；根據所述傳輸路徑信息，選取一條網關到節點設備的下行管理路徑；按照選取的下行管理路徑的方向，選取所述下行管理路徑中的一條管理鏈路；對時隙按照預設間隔進行預留，確定若干個可用時隙；根據時隙順序以及時隙內的信道順序，依次查詢所述可用時隙內的信道是否空閒，如果是，則將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路，如果否，則根據時隙順序以及時隙內的信道順序，依次查詢所述可用時隙內的信道是否空閒。相應的，在所述將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路前，所述方法還包括判斷該可用時隙內是否存在鏈路衝突，所述鏈路衝突是指同一時隙內不同信道中存在涉及同一個所述節點設備的鏈路，如果是，則根據時隙順序，依次查詢所述可用時隙內的信道是否空閒，如果否，則將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路。相應的，在所述根據所述傳輸路徑信息，選取一條網關到節點設備的下行管理路徑前，所述方法還包括判斷是否全部下行管理路徑均被選取，如果是，則管理路徑調度通信完成，如果否，則根據所述傳輸路徑信息，選取一條網關到節點設備的下行管理路徑。相應的，在所述選取一條網關到節點設備的下行管理路徑後或在所述將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路後，所述方法還包括判斷選取的下行管理路徑中的管理鏈路是否均被選取，如果是，則判斷是否全部所述下行管理路徑均被選取，如果否，則按照選取的下行管理路徑的方向，選取所述下行管理路徑中的一條管理鏈路。相應的，管理路徑調度通信完成後，所述方法還包括根據所述傳輸路徑信息，選取一條所述節點設備到所述網關的上行數據路徑；按照選取的上行數據路徑的方向，選取所述上行數據路徑中的一條數據鏈路；根據超幀循環拼接法，獲得為該數據鏈路預分配的時隙，所述預分配的時隙為所述可用時隙中的一個或多個；查詢所述預分配的時隙內是否有空閒信道，如果是，則將該預分配的時隙內的空閒信道分配給選取的數據鏈路，如果否，則根據時隙順序，將預分配的時隙之後的可用時隙變為預分配的時隙，並查詢所述預分配的時隙內是否有空閒信道。相應的，在所述將該預分配的時隙內的空閒信道分配給選取的數據鏈路前，所述方法還包括 判斷預分配的時隙內是否存在鏈路衝突，如果是，則根據時隙順序，將預分配的時隙之後的可用時隙變為預分配的時隙，並查詢所述預分配的時隙內是否有空閒信道，如果否，將該預分配的時隙內的空閒信道分配給選取的數據鏈路。相應的，所述根據超幀循環拼接法，獲得為該數據鏈路預分配的時隙，包括根據上傳周期，獲得時隙間隔理論值T，並確定超幀長度值sflength ；獲得時隙間隔近似值T』，所述時隙間隔近似值T』滿足與所述超幀長度值sflength的公倍數最小且所述時隙間隔近似值T』與所述時隙間隔理論值T的間隔小於閾值；設所述時隙間隔近似值T』與所述超幀長度值sflength的最小公倍數為X，則將m個所述超巾貞進行循環拼接，X、m為正整數,m = X/sf length,設預分配時隙間隔為η,則η =Χ/Τ』，η為正整數;對m個所述超幀循環拼接組成的時隙內，以T』為間隔，分配η次數據鏈路，獲得為該上行數據鏈路預分配的時隙。相應的，在所述根據所述傳輸路徑信息，選取一條所述節點設備到所述網關的上行數據路徑前，所述方法還包括判斷是否全部所述上行數據路徑均被選取，如果是，則數據路徑調度通信完成，如果否，則根據所述傳輸路徑信息，選取一條所述節點設備到所述網關的上行數據路徑。相應的，在所述選取一條所述節點設備到所述網關的上行數據路徑後或所述將該預分配的時隙內的空閒信道分配給選取的數據鏈路後，所述方法還包括判斷所述選取的上行數據路徑中的數據鏈路是否均被選取，如果是，則判斷是否全部所述上行數據路徑均被選取，如果否，則按照選取的上行數據路徑的方向，選取所述上行數據路徑中的一條數據鏈路。相應的，所述方法還包括將所述預留時隙分配給所述網關到所述節點設備的控制鏈路，所述控制鏈路用於傳輸控制量。一種工業無線傳感網絡中調度通信的裝置，所述裝置包括第一獲得單元，用於獲得所述工業無線傳感網絡路徑更新後的傳輸路徑信息；第一選取單元，用於根據所述傳輸路徑信息，選取一條網關到節點設備的下行管理路徑；第二選取單元，用於按照選取的下行管理路徑的方向，選取所述下行管理路徑中的一條管理鏈路；確定單元，用於對時隙按照預設間隔進行預留，確定若干個可用時隙；第一查詢單元，用 於根據時隙順序以及時隙內的信道順序，依次查詢所述可用時隙內的信道是否空閒；第一分配單元，用於當查詢到所述可用時隙內的信道有空閒時，將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路。相應的,所述裝置還包括第一判斷單元，用於判斷該可用時隙內是否存在鏈路衝突，所述鏈路衝突是指同一時隙內不同信道中存在涉及同一個所述節點設備的鏈路。相應的,所述裝置還包括第二判斷單元，用於判斷是否全部下行管理路徑均被選取。相應的,所述裝置還包括第三判斷單元，用於判斷選取的下行管理路徑中的管理鏈路是否均被選取。相應的,所述裝置還包括第三選取單元，用於根據所述傳輸路徑信息，選取一條所述節點設備到所述網關的上行數據路徑；第四選取單元，用於按照選取的上行數據路徑的方向，選取所述上行數據路徑中的一條數據鏈路；第二獲得單元，用於根據超幀循環拼接法，獲得為該數據鏈路預分配的時隙，所述預分配的時隙為所述可用時隙中的一個或多個；第二查詢單元，用於查詢所述預分配的時隙內是否有空閒信道；第二分配單元，用於當查詢到所述預分配的時隙內有空閒信道時，將該預分配的時隙內的空閒信道分配給選取的數據鏈路；變更單元，用於當查詢到所述預分配的時隙內沒有空閒信道時，根據時隙順序，將預分配的時隙之後的可用時隙變為預分配的時隙。相應的，所述裝置還包括第四判斷單元，用於判斷預分配的時隙內是否存在鏈路衝突。相應的，所述第二獲得單元包括第一獲得子單元，用於根據上傳周期，獲得時隙間隔理論值T，並確定超幀長度值sflength ；
第二獲得子單元，用於獲得時隙間隔近似值T』，所述時隙間隔近似值T』滿足與所述超幀長度值sflength的公倍數最小且所述時隙間隔近似值T』與所述時隙間隔理論值T的間隔小於閾值；循環拼接子單元，用於設所述時隙間隔近似值T』與所述超幀長度值sflength的最小公倍數為X，則將m個所述超巾貞進行循環拼接，X、m為正整數,m = X/sf length,設預分配時隙間隔為n，則n = X/T』，η為正整數；第三獲得子單元，用於對m個所述超幀循環拼接組成的時隙內，以T』為間隔，分配η次數據鏈路，獲得為該上行數據鏈路預分配的時隙。相應的，所述裝置還包括第五判斷單元，用於判斷是否全部所述上行數據路徑均被選取。相應的，所述裝置還包括第六判斷單元，用於判斷所述選取的上行數據路徑中的數據鏈路是否均被選取。相應的，所述裝置還包括第三分配單元，用於·將所述預留時隙分配給所述網關到所述節點設備的控制鏈路，所述控制鏈路用於傳輸控制量。由此可見，本發明具有如下有益效果本發明針對工業無線傳感網絡採用多信道通信機制等調度通信的特點，提出基於信道優先搜索的預留時隙調度通信方法，能在最少的時隙內完成調度任務，提高鏈路實時性。按照預設間隔對時隙進行預留，能夠為控制鏈路預留帶寬，避免連續多個時隙被擠佔導致無法調度實時性要求較高的控制鏈路，從而在最大程度上保證實時性，並且充分利用時隙，避免通信資源的浪費；同時，對少量新加入的控制鏈路可以直接調度，避免網絡局部變動所導致的全網鏈路重新分配，節省資源消耗。另外，本發明所提出的超幀循環拼接法可以使定長的數據超幀適應不同數據上傳周期，方便管理，實用性強。


圖1為本發明工業無線傳感網絡中調度通信的方法的流程圖；圖2為工業無線傳感網絡結構示意圖；圖3為本發明調度通信模塊觸發事件圖；圖4為工業無線傳感網絡調度通信矩陣示意圖；圖5為本發明工業無線傳感網絡調度通信的方法預留時隙調度通信矩陣示意圖；圖6為本發明工業無線傳感網絡中調度通信的方法中調度管理路徑的一種具體實施例流程圖；圖7為工業無線傳感網絡中調度通信的方法中調度數據路徑的流程圖；圖8為本發明工業無線傳感網絡中調度通信的方法中調度數據路徑的一種具體實施例流程圖；圖9為工業無線傳感網絡中超幀和時隙的結構示意圖；圖10為本發明超幀循環拼接法的一種示意圖；圖11為本發明工業無線傳感網絡中調度通信的裝置的示意圖；圖12為本發明工業無線傳感網絡中調度通信的裝置在調度管理路徑時的一種示意圖；圖13為本發明工業無線傳感網絡中調度通信的裝置在調度數據路徑時的一種示意圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明實施例作進一步詳細的說明。本發明工業無線傳感網絡中調度通信的方法，提出基於信道優先搜索結合預留時隙的通信調度方法，即優先搜索單個時隙內的空餘信道，其目的是根據計算得到的工業無線傳感網絡的路徑信息，為每條傳輸路徑中的每條鏈路分配合適的鏈路資源，即為每條傳輸路徑中的每條鏈路分配合適的信道和時隙。同時，通過設定預設間隔對時隙進行預留，只在可用時隙的信道內安排已知的通信任務，可以保證優先級較高的控制量能夠利用預留時隙及時傳輸。基於上述思想，參見圖1所示，本發明工業無線傳感網絡中調度通信的方法包括以下步驟步驟101 :獲得無線傳感網絡路徑更新後的傳輸路徑信息。工業無線傳感網絡普遍採用無線Mesh網絡結構和集中式資源分配架構，參見圖2所示，工業無線傳感網絡一般由網絡管理器，網關I及節點設備組成，圖中共有10個節點2-11，節點設備可以包括儀表和執行器。網絡管理器負責整個網絡的路由選擇和通信資源分配，以保證全網中節點設備正確路由和無衝突通信。調度通信模塊可以運行於網絡管理器，以路徑更新為觸發事件，因此需要首先獲得工業無線傳感網絡路徑更新後的傳輸路徑信息。參見圖3所示，設備加入請求，鄰居設備鏈路狀態報告，Pathfail鏈路失效報告等類似包含信號強度信息的報告均可以為路徑更新的觸發事件，其中包含信號強度信息，網絡管路器接收到更新的信號強度信息，從而觸發路由計算模塊，路由計算完成後路由計算模塊將路由信息即更新後的傳輸路徑信息發送至調度通信模塊，開始本發明後續步驟的調度通信。步驟102 :根據傳輸路徑信息，選取一條網關到節點設備的下行管理路徑。步驟103 :按照選取的下行管理路徑的方向，選取下行管理路徑中的一條管理鏈路。首先根據傳輸路徑信息，選取一條網關到節點設備的下行管理路徑，例如圖2中的管理路徑網關I到節點11，之後再選取該路徑中的各條鏈路進行鏈路資源分配，例如需要依次分配網關I到節點4的管理鏈路、節點4到節點8的管理鏈路以及節點8到節點11的管理鏈路。工業無線傳感網絡工業無線傳感網絡鏈路類型大致可分為兩類，即管理鏈路和數據鏈路，分別用於傳輸管理命令和周期性上傳過程數據，管理鏈路優先級高於數據鏈路，所以在調度通信時，優先分配管理鏈路，再分配數據鏈路。鏈路資源包括信道和時隙，在工業無線傳感網絡中通常採用調度通信矩陣分配鏈路資源，參見圖4所示，矩陣的縱坐標表示信道頻率偏移，橫坐標表示時隙。 步驟104 :對時隙按照預設間隔進行預留，確定若干個可用時隙。
對時隙進行預留是為了將預留時隙分配給網關到節點設備的控制鏈路，控制鏈路用於傳輸優先級比管理命令高的控制量，可以避免連續多個時隙被已知任務擠佔而導致控制量不能及時下發的情況發生。步驟104可以在獲得無線傳感網絡路徑更新後的傳輸路徑信息對時隙進行預先預留，也可以在選取了路徑或鏈路後進行。可以採用間隔為I的預留時隙法，例如只在偶數時隙安排通信任務。在具體實施過程中，可以預先估計控制鏈路所佔總鏈路的大致比例，若控制鏈路較少，可以採用間隔為2或3的預留時隙法，即確定每三個或每四個連續時隙為可用時隙，再預留一個時隙，以保證鏈路資源的充分使用，反之若控制鏈路較多，則可以採用每三個可用時隙預留兩個時隙或每四個可用時隙預留三個時隙等方法，需要根據實際網絡情況具體確定時隙預留方案，可以儘可能充分地利用時隙，避免通信資源的浪費。步驟105 :根據時隙順序以及時隙內的信道順序，依次查詢可用時隙內的信道是否空閒，如果是，則將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路，如果否，則根據時隙順序以及時隙內的信道順序，依次查詢可用時隙內的信道是否空閒。這種基於信道優先的調度通信方法，在使得節點設備響應與網關相連的網絡管理器時，時延儘量小且對控制量下發這樣的任務能提供足夠的時隙資源。即能在最少的時隙內完成調度任務，提高鏈路實時性。按照預設間隔對時隙進行預留，能夠為控制鏈路預留帶寬，避免連續多個時隙被擠佔導致無法調度實時性要求較高的控制鏈路，從而在最大程度上保證實時性；同時，對少量新加入的控制鏈路可以直接調度，避免網絡局部變動所導致的全網鏈路重新分配，節省資源消耗。另外，在進行鏈路資源分配時還需要按鏈路不衝突原則進行，鏈路衝突是指同一時隙內不同信道中存在涉及同一個節點設備的鏈路，例如在一時隙的某信道中分配了涉及節點A的鏈路，則在該時隙內不能再分配涉及節點A的鏈路，需要為其他涉及節點A的鏈路分配其他時隙。`因此，在將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路前，還需要判斷該可用時隙內是否存在鏈路衝突，如果是，則根據時隙順序，依次查詢可用時隙內的信道是否空閒，如果否，則將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路。在工業無線傳感網絡全網的管理路徑中鏈路資源分配，可以根據傳輸路徑信息對下行管理路徑逐條進行選取，對每條管理路徑中的每條鏈路進行選取並分配資源。因此，基於上述實施例，還需要根據傳輸路徑信息，選取一條網關到節點設備的下行管理路徑前，判斷是否全部下行管理路徑均被選取，如果是，則管理路徑調度通信完成，如果否，則根據傳輸路徑信息，選取一條網關到節點設備的下行管理路徑；在選取一條網關到節點設備的下行管理路徑後或在將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路後，判斷選取的下行管理路徑中的管理鏈路是否均被選取，如果是，則判斷是否全部下行管理路徑均被選取，如果否，則按照選取的下行管理路徑的方向，選取下行管理路徑中的一條管理鏈路。具體的，可以採用預設間隔為I個時隙對時隙進行預留，參見圖5所示，假設初始時隙為slotO，可用時隙為偶數時隙，Slot2、Slot4……，由路由計算模塊得到無線傳感網絡路徑更新後的傳輸路徑信息後，開始調度管理路徑，參見圖6所示，在獲得無線傳感網絡路徑更新後的傳輸路徑信息後，可以開始進行管理路徑調度，利用本發明工業無線傳感網絡中調度通信的方法對工業無線傳感網絡中的管理路徑進行通信調度的一種具體實施過程如下步驟201 :判斷是否全部下行管理路徑均被選取，如果是，則管理路徑調度通信完成，如果否，進入步驟202 ；步驟202 :根據傳輸路徑信息，選取一條網關到節點設備的下行管理路徑；步驟203 :判斷選取的下行管理路徑中的管理鏈路是否均被選取，如果是，返回步驟201，如果否，進入步驟204 ；步驟204 :按照選取的下行管理路徑的方向，選取下行管理路徑中的一條管理鏈路；步驟205 :根據時隙順序以及時隙內的信道順序，依次查詢可用時隙內的信道是否空閒，如果是，進入步驟206，如果否，返回步驟205，即繼續按時隙內信道順序向後查詢時隙內的其他信道是否空閒，若時隙內的信道全部被佔用，則繼續查詢下一個時隙的使用狀態；步驟206 :判斷該可用時隙內是否存在鏈路衝突，如果是，返回步驟205，即該可以時隙存在鏈路衝突時需要繼續查詢下一個時隙的使用情況，如果否，進入步驟207 ；步驟207 :將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路，並返回步驟203。在管理路徑調度通信完成後， 則可以開始數據路徑的調度通信，參見圖7所示，本發明還可以包括以下步驟步驟301 :根據傳輸路徑信息，選取一條節點設備到網關的上行數據路徑；步驟302 :按照選取的上行數據路徑的方向，選取上行數據路徑中的一條數據鏈路；步驟303 :根據超幀循環拼接法，獲得為該數據鏈路預分配的時隙，預分配的時隙為可用時隙中的一個或多個；步驟304:查詢預分配的時隙內是否有空閒信道，如果是，則將該預分配的時隙內的空閒信道分配給選取的數據鏈路，如果否，則根據時隙順序，將預分配的時隙之後的可用時隙變為預分配的時隙，並查詢預分配的時隙內是否有空閒信道。對數據鏈路進行鏈路資源時同樣需要符合鏈路不衝突原則進行，因此在將該預分配的時隙內的空閒信道分配給選取的數據鏈路前，判斷預分配的時隙內是否存在鏈路衝突，如果是，則根據時隙順序，將預分配的時隙之後的可用時隙變為預分配的時隙，並查詢預分配的時隙內是否有空閒信道，如果否，將該預分配的時隙內的空閒信道分配給選取的數據鏈路。和調度管理路徑類似，在工業無線傳感網絡全網的數據路徑中鏈路資源分配，可以根據傳輸路徑信息對上行數據路徑逐條進行選取，對每條數據路徑中的每條鏈路進行選取並分配資源。因此，基於上述實施例，還需要首先根據傳輸路徑信息，判斷是否全部上行數據路徑均被選取，如果是，則數據路徑調度通信完成，如果否，則根據傳輸路徑信息，選取一條節點設備到網關的上行數據路徑。在選取一條節點設備到網關的上行數據路徑後或將該預分配的時隙內的空閒信道分配給選取的數據鏈路後，判斷選取的上行數據路徑中的數據鏈路是否均被選取，如果是，則判斷是否全部上行數據路徑均被選取，如果否，則按照選取的上行數據路徑的方向，選取上行數據路徑中的一條數據鏈路。
在管理路徑調度通信完成後，可以開始調度數據路徑，參見圖8所示，利用本發明工業無線傳感網絡中調度通信的方法對工業無線傳感網絡中的數據路徑進行通信調度的一種具體實施過程如下步驟401 :根據傳輸路徑信息，判斷是否全部上行數據路徑均被選取，如果是，數據路徑調度通信完成，如果否，進入步驟402 ；步驟402 :根據傳輸路徑信息，選取一條節點設備到網關的上行數據路徑；步驟403 :判斷選取的上行數據路徑中的數據鏈路是否均被選取，如果是，返回步驟401，如果否，進入步驟404 ；步驟404:按照選取的上行數據路徑的方向，選取上行數據路徑中的一條數據鏈路；步驟405 :根據超幀循環拼接法，獲得為該數據鏈路預分配的時隙，預分配的時隙為可用時隙中的一個或多個；步驟406 :查詢預分配的時隙內是否有空閒信道，如果是，進入步驟407，如果否，進入步驟408 ；步驟407 :判斷預分配的時隙內是否存在鏈路衝突，如果是，進入步驟408，如果否，進入步驟409 ；步驟408 :根據時隙順序，將預分配的時隙之後的可用時隙變為預分配的時隙，並返回步驟406步驟409 :將該預分配的時隙內的空閒信道分配給選取的數據鏈路，並返回步驟403。 在上述實施例中，根據超幀循環拼接法，獲得為該數據鏈路預分配的時隙，具體的過程可以為根據上傳周期，獲得時隙間隔理論值T，並確定超幀長度值sflength;獲得時隙間隔近似值T』，時隙間隔近似值T』滿足與超幀長度值sflength的公倍數最小且時隙間隔近似值T』與時隙間隔理論值T的間隔小於閾值；設時隙間隔近似值T』與超幀長度值sflength的最小公倍數為X，則將m個超幀進行循環拼接，x> m為正整數，m = X/sf length,設預分配時隙間隔為η,則η = Χ/Τ』, η為正整數；對m個超幀循環拼接組成的時隙內，以T』為間隔，分配η次數據鏈路，獲得為該上行數據鏈路預分配的時隙。工業無線傳感網絡的鏈路資源以超幀(superframe)的形式組織。超幀是一組循環出現的時隙的集合，(以無線HART為例，每個時隙長度為10ms)，超幀的長度即超幀包含時隙的數目，它決定了超幀循環的速度。超幀和時隙的結構，可以參見圖9所示。工業無線傳感網絡中，為了管理方便，一般採用固定長度的超幀，但是，因為節點儀表數據上傳周期不同，對不同的上傳周期都分配一種長度的超幀，不便於管理。為了使周期性發送的定長超幀(超幀長度可以記為sflength)契合數據不同上傳周期(其時隙間隔數可以記為T)的需求，可以採用本發明的一種超幀循環拼接的策略。其思想是找到一個與數據上傳周期較近似的值(其時隙間隔數可以記為T』)，T可按照使Τ』與超幀長度sflength最小公倍數最小的原則求取，T與T』最好相差在50個時隙內，即T』為以下問題的最優值。min [T』，sflength]s. t IT』 -TI <50然後按該值和超幀長度的最小公倍數得到超幀拼接時隙數，以此作為數據上傳的多個周期。即sflength * m = Τ，* η(|Τ，_Τ| < 50)由此將m個sflength長度的超幀進行循環拼接組成超幀組，超幀組同樣以超幀形式循環發送。在其中以T』為間隔分配η次上行鏈路，達到近似以周期T上傳數據的目標。下面以一個具體實例來說明超幀循環拼接法以超幀長度1024個時隙為例，若數據鏈路指定上傳周期為8s，以無線HART為例每個時隙為IOm S，需要每隔800個時隙分配一次鏈路，即T = 800。按上述方法取800的近似值，即 T = 768，使得1024 * 3 = 768 * 4 = 3072 ；所以將三個有1024個時隙的超幀進行循環拼接，在總共3072個時隙的超幀組內，以768為間隔分配4次上行鏈路，參見圖10所示，可以分別是超幀(superframe) I的時隙0，超中貞(superframe) I白勺時隙768,超中貞(superframe) 2白勺時隙512,超中貞(superframe) 3的時隙256，由此達到近似8s上傳周期的效果。依照上述方法可以即可以獲得為數據鏈路預分配的時隙。這樣，本發明針對工業無線傳感網絡採用多信道通信機制等調度通信的特點，提出基於信道優先搜索的預留時隙調度通信方法，能在最少的時隙內完成調度任務，提高鏈路實時性。按照預設間隔對時隙進行預留，能夠為控制鏈路預留帶寬，避免連續多個時隙被擠佔導致無法調度實時 性要求較高的控制鏈路，從而在最大程度上保證實時性；同時，對少量新加入的控制鏈路可以直接調度，避免網絡局部變動所導致的全網鏈路重新分配，節省資源消耗。另外，本發明所提出的超幀循環拼接法可以使定長的數據超幀適應不同數據上傳周期，方便管理，實用性強。相應的，本發明還提供一種工業無線傳感網絡中調度通信的裝置，參見圖11所示，該裝置可以包括第一獲得單元501，用於獲得工業無線傳感網絡路徑更新後的傳輸路徑信息；第一選取單元502，用於根據傳輸路徑信息，選取一條網關到節點設備的下行管理路徑；第二選取單元503，用於按照選取的下行管理路徑的方向，選取下行管理路徑中的一條管理鏈路；確定單元504，用於對時隙按照預設間隔進行預留，確定若干個可用時隙；第一查詢單元505，用於根據時隙順序以及時隙內的信道順序，依次查詢可用時隙內的信道是否空閒；第一分配單元506，用於當查詢到可用時隙內的信道有空閒時，將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路。參見圖12所示，本發明一種工業無線傳感網絡中調度通信的裝置在進行管理路徑調度時，還可以包括第一判斷單元507，用於判斷該可用時隙內是否存在鏈路衝突，鏈路衝突是指同一時隙內不同信道中存在涉及同一個節點設備的鏈路。第二判斷單元508，用於判斷是否全部下行管理路徑均被選取。第三判斷單元509，用於判斷選取的下行管理路徑中的管理鏈路是否均被選取。在第二判斷單元判斷全部下行管理路徑均被選取後，即管理鏈路調度完成後，可以進行數據路徑調度，參見圖13所示，本發明一種工業無線傳感網絡中調度通信的裝置還可以包括第三選取單元601，用於根據傳輸路徑信息，選取一條節點設備到網關的上行數據路徑；第四選取單元602，用於按照選取的上行數據路徑的方向，選取上行數據路徑中的一條數據鏈路；第二獲得單元603，用於根據超幀循環拼接法，獲得為該數據鏈路預分配的時隙，預分配的時隙為可用時隙中的一個或多個；第二查詢單元604，用於查詢預分配的時隙內是否有空閒信道；

第二分配單元605，用於當查詢到預分配的時隙內有空閒信道時，將該預分配的時隙內的空閒信道分配給選取的數據鏈路；變更單元606，用於當查詢到預分配的時隙內沒有空閒信道時，根據時隙順序，將預分配的時隙之後的可用時隙變為預分配的時隙。基於上述實施例，一種工業無線傳感網絡中調度通信的裝置用於數據路徑調度時還可以包括第四判斷單元607，用於判斷預分配的時隙內是否存在鏈路衝突。第五判斷單元608，用於判斷是否全部上行數據路徑均被選取。第六判斷單元609，用於判斷選取的上行數據路徑中的數據鏈路是否均被選取。另外，預留時隙可以用於控制量的傳輸，因此，本發明一種工業無線傳感網絡中調度通信的裝置還可以包括第三分配單元，用於將預留時隙分配給網關到節點設備的控制鏈路，控制鏈路用於傳輸控制量。本發明可以採用超幀循環拼接法，獲得為數據鏈路預分配的時隙，因此第二獲得單元603可以包括第一獲得子單元，用於根據上傳周期，獲得時隙間隔理論值T，並確定超幀長度值sflength ；第二獲得子單元，用於獲得時隙間隔近似值T』，時隙間隔近似值T』滿足與超幀長度值sflength的公倍數最小且時隙間隔近似值T』與時隙間隔理論值T的間隔小於閾值；循環拼接子單元，用於設時隙間隔近似值T』與超幀長度值sflength的最小公倍數為X，則將m個超幀進行循環拼接，x、m為正整數，m = X/sf length，設預分配時隙間隔為n，則n = X/T』，n為正整數；第三獲得子單元，用於對m個超幀循環拼接組成的時隙內，以Τ』為間隔，分配η次數據鏈路，獲得為該上行數據鏈路預分配的時隙。這樣，本發明針對工業無線傳感網絡採用多信道通信機制等調度通信的特點，提出基於信道優先搜索的預留時隙調度通信方法，能在最少的時隙內完成調度任務，提高鏈路實時性。按照預設間隔對時隙進行預留，能夠為控制鏈路預留帶寬，避免連續多個時隙被擠佔導致無法調度實時性要求較高的控制鏈路，從而在最大程度上保證實時性；同時，對少量新加入的控制鏈路可以直接調度，避免網絡局部變動所導致的全網鏈路重新分配，節省資源消耗。另外，本發明所提出的超幀循環拼接法可以使定長的數據超幀適應不同數據上傳周期，方便管理，實用性強。需要說明的是，本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的系統或裝置而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。結合本文 中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬體、處理器執行的軟體模塊，或者二者的結合來實施。軟體模塊可以置於隨機存儲器(RAM)、內存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬碟、可移動磁碟、CD-ROM、或技術領域內所公知的任意其它形式的存儲介質中。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求
1.一種工業無線傳感網絡中調度通信的方法，其特徵在於，所述方法包括 獲得所述工業無線傳感網絡路徑更新後的傳輸路徑信息； 根據所述傳輸路徑信息，選取一條網關到節點設備的下行管理路徑； 按照選取的下行管理路徑的方向，選取所述下行管理路徑中的一條管理鏈路； 對時隙按照預設間隔進行預留，確定若干個可用時隙； 根據時隙順序以及時隙內的信道順序，依次查詢所述可用時隙內的信道是否空閒，如果是，則將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路，如果否，則根據時隙順序以及時隙內的信道順序，依次查詢所述可用時隙內的信道是否空閒。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路前，所述方法還包括 判斷該可用時隙內是否存在鏈路衝突，所述鏈路衝突是指同一時隙內不同信道中存在涉及同一個所述節點設備的鏈路，如果是，則根據時隙順序，依次查詢所述可用時隙內的信道是否空閒，如果否，則將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，在所述根據所述傳輸路徑信息，選取一條網關到節點設備的下行管理路徑前，所述方法還包括 判斷是否全部下行管理路徑均被選取，如果是，則管理路徑調度通信完成，如果否，則根據所述傳輸路徑信息，選取一條網關到節點設備的下行管理路徑。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，在所述選取一條網關到節點設備的下行管理路徑後或在所述將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路後，所述方法還包括 判斷選取的下行管理路徑中的管理鏈路是否均被選取，如果是，則判斷是否全部所述下行管理路徑均被選取，如果否，則按照選取的下行管理路徑的方向，選取所述下行管理路徑中的一條管理鏈路。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，管理路徑調度通信完成後，所述方法還包括 根據所述傳輸路徑信息，選取一條所述節點設備到所述網關的上行數據路徑； 按照選取的上行數據路徑的方向，選取所述上行數據路徑中的一條數據鏈路； 根據超幀循環拼接法，獲得為該數據鏈路預分配的時隙，所述預分配的時隙為所述可用時隙中的一個或多個； 查詢所述預分配的時隙內是否有空閒信道，如果是，則將該預分配的時隙內的空閒信道分配給選取的數據鏈路，如果否，則根據時隙順序，將預分配的時隙之後的可用時隙變為預分配的時隙，並查詢所述預分配的時隙內是否有空閒信道。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，在所述將該預分配的時隙內的空閒信道分配給選取的數據鏈路前，所述方法還包括 判斷預分配的時隙內是否存在鏈路衝突，如果是，則根據時隙順序，將預分配的時隙之後的可用時隙變為預分配的時隙，並查詢所述預分配的時隙內是否有空閒信道，如果否，將該預分配的時隙內的空閒信道分配給選取的數據鏈路。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述根據超幀循環拼接法，獲得為該數據鏈路預分配的時隙，包括 根據上傳周期，獲得時隙間隔理論值T，並確定超幀長度值sflength ；獲得時隙間隔近似值T』，所述時隙間隔近似值T』滿足與所述超幀長度值Sflength的公倍數最小且所述時隙間隔近似值T』與所述時隙間隔理論值T的間隔小於閾值； 設所述時隙間隔近似值T』與所述超幀長度值sflength的最小公倍數為X，則將m個所述超巾貞進行循環拼接，X、m為正整數,m = X/sf length,設預分配時隙間隔為η,則η = X/Τ』，η為正整數; 對m個所述超幀循環拼接組成的時隙內，以T』為間隔，分配η次數據鏈路，獲得為該上行數據鏈路預分配的時隙。
8.根據權利要求5-7任一項所述的方法，其特徵在於，在所述根據所述傳輸路徑信息，選取一條所述節點設備到所述網關的上行數據路徑前，所述方法還包括 判斷是否全部所述上行數據路徑均被選取，如果是，則數據路徑調度通信完成，如果否，則根據所述傳輸路徑信息，選取一條所述節點設備到所述網關的上行數據路徑。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，在所述選取一條所述節點設備到所述網關的上行數據路徑後或所述將該預分配的時隙內的空閒信道分配給選取的數據鏈路後，所述方法還包括 判斷所述選取的上行數據路徑中的數據鏈路是否均被選取，如果是，則判斷是否全部所述上行數據路徑均被選取，如果否，則按照選取的上行數據路徑的方向，選取所述上行數據路徑中的一條數據鏈路。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括 將所述預留時隙分配給所述網關到所述節點設備的控制鏈路，所述控制鏈路用於傳輸控制量。
11.一種工業無線傳感網絡中調度通信的裝置，其特徵在於，所述裝置包括 第一獲得單元，用於獲得所述工業無線傳感網絡路徑更新後的傳輸路徑信息； 第一選取單元，用於根據所述傳輸路徑信息，選取一條網關到節點設備的下行管理路徑; 第二選取單元，用於按照選取的下行管理路徑的方向，選取所述下行管理路徑中的一條管理鏈路； 確定單元，用於對時隙按照預設間隔進行預留，確定若干個可用時隙； 第一查詢單元，用於根據時隙順序以及時隙內的信道順序，依次查詢所述可用時隙內的信道是否空閒； 第一分配單元，用於當查詢到所述可用時隙內的信道有空閒時，將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括 第一判斷單元，用於判斷該可用時隙內是否存在鏈路衝突，所述鏈路衝突是指同一時隙內不同信道中存在涉及同一個所述節點設備的鏈路。
13.根據權利要求11或12所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括 第二判斷單元，用於判斷是否全部下行管理路徑均被選取。
14.根據權利要求13所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括 第三判斷單元，用於判斷選取的下行管理路徑中的管理鏈路是否均被選取。
15.根據權利要求14所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括第三選取單元，用於根據所述傳輸路徑信息，選取一條所述節點設備到所述網關的上行數據路徑； 第四選取單元，用於按照選取的上行數據路徑的方向，選取所述上行數據路徑中的一條數據鏈路； 第二獲得單元，用於根據超幀循環拼接法，獲得為該數據鏈路預分配的時隙，所述預分配的時隙為所述可用時隙中的一個或多個； 第二查詢單元，用於查詢所述預分配的時隙內是否有空閒信道； 第二分配單元，用於當查詢到所述預分配的時隙內有空閒信道時，將該預分配的時隙內的空閒信道分配給選取的數據鏈路； 變更單元，用於當查詢到所述預分配的時隙內沒有空閒信道時，根據時隙順序，將預分配的時隙之後的可用時隙變為預分配的時隙。
16.根據權利要求15所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括 第四判斷單元，用於判斷預分配的時隙內是否存在鏈路衝突。
17.根據權利要求15所述的裝置，其特徵在於，所述第二獲得單元包括 第一獲得子單元，用於根據上傳周期，獲得時隙間隔理論值T，並確定超幀長度值sflength ； 第二獲得子單元，用於獲得時隙間隔近似值T』，所述時隙間隔近似值T』滿足與所述超幀長度值Sflength的公倍數最小且所述時隙間隔近似值T』與所述時隙間隔理論值T的間隔小於閾值； 循環拼接子單元，用於設所述時隙間隔近似值T』與所述超幀長度值sflengt h的最小公倍數為X，則將m個所述超巾貞進行循環拼接，X、m為正整數,m = X/sf length,設預分配時隙間隔為η,則η = Χ/Τ，，η為正整數； 第三獲得子單元，用於對m個所述超幀循環拼接組成的時隙內，以T』為間隔，分配η次數據鏈路，獲得為該上行數據鏈路預分配的時隙。
18.根據權利要求15-17任一項所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括 第五判斷單元，用於判斷是否全部所述上行數據路徑均被選取。
19.根據權利要求18所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括 第六判斷單元，用於判斷所述選取的上行數據路徑中的數據鏈路是否均被選取。
20.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括 第三分配單元，用於將所述預留時隙分配給所述網關到所述節點設備的控制鏈路，所述控制鏈路用於傳輸控制量。
全文摘要
本發明公開了一種工業無線傳感網絡中調度通信的方法，針對工業無線傳感網絡中的調度通信及資源分配，該方法包括獲得工業無線傳感網絡路徑更新後的傳輸路徑信息；根據傳輸路徑信息，選取一條網關到節點設備的下行管理路徑；按照選取的下行管理路徑的方向，選取下行管理路徑中的一條管理鏈路；對時隙按照預設間隔進行預留，確定若干個可用時隙；根據時隙順序以及時隙內的信道順序，依次查詢可用時隙內的信道是否空閒，如果是，則將該時隙內的該信道分配給選取的管理鏈路，如果否，則根據時隙順序以及時隙內的信道順序，依次查詢可用時隙內的信道是否空閒。本發明還公開了一種工業無線傳感網絡中調度通信的裝置。
文檔編號H04W72/12GK103052127SQ20121059234
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者鍾晨, 何之棟, 張健, 韋光輝 申請人:浙江中控技術股份有限公司