基於中心節點控制的快速組網方法與流程
2023-06-13 19:46:46 1
本發明屬於通信技術領域，涉及一種快速組網方法，可應用於各種採用csma機制進行組網並屬於星型拓撲的區域網和接入網領域。
背景技術：
在星型網絡中，由一個中心節點和多個從屬節點構成一個網絡。在中心節點的控制下，多個從屬節點要求入網，中心節點通常指定一個包含若干時隙的接入時段，供從屬節點隨機競爭接入並發送入網請求報文。在已有的組網方案中，從屬節點通常採用二進位指數退避的方式競爭入網。
在二進位指數退避方式中，從屬節點每次參與競爭時，從退避窗口[0,cw-1]中隨機選擇一個值作為退避時隙數，當退避完成時向中心節點發送入網請求報文。其中cw根據已發生碰撞的次數k、最小退避指數kmin和最大退避指數kmax取值，當k≤kmin時，當kmin＜k＜kmax時，cw＝2k；當k≥kmax時，當k大於最大衝突分解次數na時，該節點放棄競爭入網，na>kmax。其中kmin、kmax和na採用固定值，與當前參與競爭接入的節點數無關。
在上述二進位指數退避方式中，由於kmin取值固定且通常情況下kmin取值較小，在從屬節點數目較多的情況下，尤其是當多個從屬節點同時上電或發生斷電等故障後重新上電時，大量從屬節點首次參與競爭時在退避窗口[0,cwmin-1]中隨機選擇一個值作為退避時隙數，此時會由於cwmin取值較小而導致多個節點的退避時隙數相同，從而引發大量衝突和重傳，直到cw開始增大，才能減小發生衝突的概率，此時大量的衝突和重傳可能導致整個網絡的組網效率很低，甚至組網失敗。
技術實現要素：
本發明的目的在於針對上述現有技術的不足，提出一種基於中心節點控制的快速組網方法，以避免從屬節點在入網過程中產生衝突，從而提高整個網絡的組網效率。
為實現上述目的，本發明的技術方案包括如下步驟：
(1)中心節點將n個待入網節點所對應的未響應次數置為0，並用n個待入網節點組成待入網節點集合h，即h中的待入網節點數x＝n；
(2)中心節點將信道劃分為連續不重疊的信標周期，每個信標周期包括三個時段：
信標時段，用於中心節點發送信標幀；
接入時段，由若干接入時隙組成，用於中心節點和待入網節點發送入網報文；
數據時段，用於其他用途的數據傳輸；
(3)中心節點在信標周期開始時刻從h中選擇m個節點組成入網節點集合g，並指定g中m個待入網節點在接入時段內發送入網請求報文前需等待的接入時隙數分別為：p1，p2,…,pi,…,pm，其中i＝1,2,…,m，p1≠p2≠…≠pi≠…≠pm，p1，p2,…,pi,…,pm≥0，0＜m≤x；
(4)中心節點在信標時段以廣播的形式將信標幀發送給h中的待入網節點，其中信標幀包含了g中m個待入網節點的節點標識及其對應的需等待的接入時隙數；
(5)待入網節點收到信標幀後，將自身節點標識與信標幀中指定的m個節點標識進行匹配：
若有相同的節點標識，則將該節點的退避計數器設置為中心節點在信標幀中為該節點指定的需等待的接入時隙數，執行步驟(6)；
若沒有相同的節點標識，則放棄在本信標周期內發送報文，並等待下一個信標幀；
(6)待入網節點判斷退避計數器的大小：
如果退避計數器為0，則在接入時段中第一個接入時隙的開始時刻向中心節點發送入網請求報文；
如果退避計數器不為0，則在接入時段中每個接入時隙的開始時刻偵聽信道狀態：
若信道狀態為忙，則停止退避，放棄在本信標周期內發送報文，並等待下一個信標幀；
若信道狀態為空閒，則將退避計數器減1，當退避計數器減為0時，在下一個接入時隙的開始時刻向中心節點發送入網請求報文；
(7)中心節點在接入時段等待g中待入網節點的入網請求報文：
若在接入時段收到入網請求報文，則將對應待入網節點標記為入網；
若在接入時段沒有收到入網請求報文，則更新g中待入網節點的未響應次數，並等待信標周期結束；
(8)中心節點在信標周期結束時刻，將g中未響應次數超過最大值的節點及被標記為入網的節點從h中移除，同時更新待入網節點集合h中的待入網節點數x；
(9)中心節點判斷h中是否還有待入網節點：若有，則重複步驟(3)到步驟(8)；若沒有，則結束快速組網。
本發明與現有技術相比有如下優點：
1、本發明充分利用中心節點所掌握的組網節點規模、組網名單等參數，由中心節點指定待入網節點接入信道的時機和順序，避免了組網過程中發生衝突，從而提高組網效率。
2、本發明依據網絡中的待入網節點數動態調整待入網節點需等待的接入時隙數，使組網過程更加靈活可控。
附圖說明
圖1是本發明的實現流程圖；
圖2是本發明中節點入網的第一實施例示意圖；
圖3時本發明中節點入網的第二實施例示意圖。
具體實施方式
本發明利用中心節點所掌握的組網節點規模、組網節點名單等參數，由中心節點在組網時發布組網方案和組網參數，控制或指定各從屬節點接入信道的時機和順序，引導其有序接入。實際上，在進行網絡規劃時，中心節點可以掌握組網節點規模、組網節點名單等參數，在斷電重啟後，中心節點也通常保存著斷電前的組網信息如節點數、節點硬體地址或節點邏輯標識等信息，這些信息可以在組網或重新組網時使用，從而可大大提高組網效率。
實施例一，
參照圖1，本實例的實現步驟如下：
步驟1，中心節點組成待入網節點集合h。
中心節點將10個待入網節點所對應的未響應次數置為0，並用10個待入網節點組成待入網節點集合h，即h中的待入網節點數x＝10。
步驟2，中心節點規劃信道。
中心節點將信道劃分為連續不重疊的信標周期，每個信標周期包括信標、接入和數據三個時段，其中：
信標時段，用於中心節點發送信標幀；
接入時段，由若干接入時隙組成，用於中心節點和待入網節點發送入網報文；
數據時段，用於其他用途的數據傳輸。
步驟3，中心節點根據待入網節點集合h中的待入網節點數x組成入網節點集合g。
中心節點在信標周期開始時刻判斷h中的待入網節點數x：
若x≥4，則從h中選擇4個節點組成入網節點集合g，並指定g中4個待入網節點在接入時段內發送入網請求報文前需等待的接入時隙數分別為：0,1,2,3；
若x＝3，則將h中的3個節點組成入網節點集合g，並指定g中3個待入網節點在接入時段內發送入網請求報文前需等待的接入時隙數分別為：0,1,2；
若x＝2，則將h中的2個節點組成入網節點集合g，並指定g中2個待入網節點在接入時段內發送入網請求報文前需等待的接入時隙數分別為：0,1；
若x＝1，則將h中的1個節點組成入網節點集合g，並指定g中1個待入網節點在接入時段內發送入網請求報文前需等待的接入時隙數為0。
步驟4，中心節點在信標時段發送信標幀。
中心節點在信標時段以廣播的形式將信標幀發送給h中的待入網節點，其中信標幀包含了g中待入網節點的節點標識及其對應的需等待的接入時隙數。
步驟5，待入網節點匹配節點標識。
待入網節點收到信標幀後，將自身節點標識與信標幀中指定的節點標識進行匹配：
若有相同的節點標識，則將該節點的退避計數器設置為中心節點在信標幀中為該節點指定的需等待的接入時隙數，執行步驟6；
若沒有相同的節點標識，則放棄在本信標周期內發送報文，並等待下一個信標幀。
步驟6，待入網節點根據退避計數器是否為0發送入網請求報文。
參照圖2，本步驟的具體實現如下：
待入網節點判斷退避計數器的大小：
如果退避計數器為0，則在接入時段中第一個接入時隙的開始時刻向中心節點發送入網請求報文；
如果退避計數器不為0，則在接入時段中每個接入時隙的開始時刻偵聽信道狀態：
若信道狀態為忙，則停止退避，放棄在本信標周期內發送報文，並等待下一個信標幀；
若信道狀態為空閒，則將退避計數器減1，當退避計數器減為0時，在下一個接入時隙的開始時刻向中心節點發送入網請求報文。
步驟7，中心節點根據是否收到入網請求報文發送入網請求響應報文。
中心節點在接入時段等待入網節點集合g中待入網節點的入網請求報文的收到：
若在接入時段收到入網請求報文，則將對應待入網節點標記為入網；
若在接入時段沒有收到入網請求報文，則將g中每個節點的未響應次數加1，並等待信標周期結束。
步驟8，中心節點更新待入網節點集合h。
中心節點在信標周期結束時刻，將g中未響應次數超過最大值的節點及被標記為入網的節點從h中移除，同時更新待入網節點集合h中的待入網節點數x。
步驟9，中心節點做出是否結束快速組網的判斷。
中心節點判斷待入網節點集合h中的待入網節點數x是否為0：若不為0，則重複步驟3到步驟8；若為0，則結束快速組網。
實施例二
參照圖1，本實例的實現步驟如下：
步驟一，中心節點組成待入網節點集合h。
中心節點將8個待入網節點所對應的未響應次數置為0，並用8個待入網節點組成待入網節點集合h，即h中的待入網節點數x＝8。
步驟二，中心節點規劃信道。
中心節點將信道劃分為連續不重疊的信標周期，每個信標周期包括信標、接入和數據三個時段，其中：
信標時段，用於中心節點發送信標幀；
接入時段，由若干接入時隙組成，用於中心節點和待入網節點發送入網報文；
數據時段，用於其他用途的數據傳輸。
步驟三，中心節點組成入網節點集合g。
中心節點在信標周期從h中選擇1個節點組成入網節點集合g，並指定g中1個待入網節點在接入時段內發送入網請求報文前需等待的接入時隙數為0。
步驟四，中心節點在信標時段發送信標幀。
中心節點在信標時段以廣播的形式將信標幀發送給h中的待入網節點，其中信標幀包含了g中待入網節點的節點標識及其對應的需等待的接入時隙數。
步驟五，待入網節點匹配節點標識。
參照圖3，本步驟的具體實現如下：
待入網節點收到信標幀後，將自身節點標識與信標幀中指定的節點標識進行匹配：
若節點標識相同，則將該節點的退避計數器設置為中心節點在信標幀中為該節點指定的需等待的接入時隙數，即設置退避計數器為0，並在接入時段中第一個接入時隙的開始時刻向中心節點發送入網請求報文；
若節點標識不相同，則放棄在本信標周期內發送報文，並等待下一個信標幀。
步驟六，中心節點根據是否收到入網請求報文發送入網請求響應報文。
中心節點在接入時段等待入網節點集合g中待入網節點的入網請求報文的收到：
若在接入時段收到入網請求報文，則將對應待入網節點標記為入網；
若在接入時段沒有收到入網請求報文，則將g中待入網節點的未響應次數加1，並等待信標周期結束。
步驟七，中心節點更新待入網節點集合h。
中心節點在信標周期結束時刻，將g中未響應次數超過最大值的節點及被標記為入網的節點從h中移除，同時更新待入網節點集合h中的待入網節點數x。
步驟八，中心節點做出是否結束快速組網的判斷。
中心節點判斷待入網節點集合h中的待入網節點數x是否為0：若不為0，則重複步驟三到步驟七；若為0，則結束快速組網。