一种基于双树路由的上行调度方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于双树路由的上行调度方法及装置，方法包括：将网络中的网关节点作为第一调度树和第二调度树的根节点；获取网络中与调度树节点连接的所有邻居节点中虚拟父亲势能值最大的节点，为第一邻居节点；获取调度树节点中的第二邻居节点和第三邻居节点，分别为调度树节点中第一邻居节点的虚拟父亲势能值最大的节点和次大的节点；将第一邻居节点加入第一调度树中第二邻居节点的子节点，将第一邻居节点加入第二调度树中第三邻居节点的子节点；根据第一调度树和第二调度树进行路由的上行调度。本发明专利技术通过引入虚拟父亲势能来构建两棵调度树，将复杂的拓扑结构转换为简单的树形结构，在进行路由的上行调度时，大大降低了资源消耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，具体涉及一种基于双树路由的上行调度方法及装置。
技术介绍
WirelessHART是第一个应用于工业过程自动化和控制系统的无线网络通信协议，该标准的数据链路层主要采用无冲突的TDMA机制，以提高在恶劣多变的通信环境中的高可靠数据传输，是一种集中管理控制型的网络。WirelessHART工作于2.4GHz ISM射频频段，通过与IEEE 802.15.4兼容的直序扩频和调频技术进行数据传送。WirelessHART网络架构如图1所示，其拓扑包括网络管理器、网关、现场节点。网络管理器负责通信路由的生成、超帧调度和时隙安排以及节点的加入和网络的动态管理优化等。网络管理器与网络中无线节点的连接通过网关实现，网关中包含网络接入点AP，是网络中无线网络部分与有线的网络控制部分连接的桥梁。现场节点是网络中数量最多的设备，在WirelessHART网络中，现场节点均为全功能节点，其不仅能够作为源节点采集并上传数据，还能作为路由节点转发来自网络中其余节点的数据包。WirelessHART协议是2007年9月发布的，至今关于WirelessHART网络的研究成果尚不是很多，已有研究主要集中在路由算法、超帧调度等方面。WirelessHART协议没有提出具体的调度方案。网络管理器收集各节点的状态和数据，计算并分配时隙和信道的调度策略分发给网络中所有节点。而所有节点也需要定期给网关上报数据。给所有节点上报的数据分配时隙和信道等无线资源就是上行调度。上行调度是WirelessHART数据调度必不可少的步骤，上行调
度的结果是衡量网络性能、数据传输实时性和可靠性、无线资源利用率的非常重要的指标。除此之外，生存时间和能耗与实时性和可靠性之间也存在着相互制约的关系。在集中管理方式中，网关附近的节点往往成为热点问题，因为这些节点往往因为能量消耗过快而造成较早失效，致使网络瘫痪。所以，对WirelessHART网络的无线资源管理变得尤为重要。上行调度是WirelessHART网络无线资源调度的一种类型，是无线资源调度的重要组成部分，然而，现有算法对WirelessHART网络的实时性和可靠性的研究重点大多在数据链路层上，缺少与网络层的跨层研究，缺少一种能够降低资源消耗的上行调度方法。
技术实现思路
由于现有算法对WirelessHART网络的实时性和可靠性的研究重点大多在数据链路层上，缺少与网络层的跨层研究，缺少一种能够降低资源消耗的上行调度方法问题，本专利技术提出一种基于双树路由的上行调度方法及装置。第一方面，本专利技术提出一种基于双树路由的上行调度方法，包括：将网络中的网关节点作为第一调度树和第二调度树的根节点；获取网络中的第一邻居节点，所述第一邻居节点为网络中与调度树节点连接的所有邻居节点中虚拟父亲势能值最大的节点；获取调度树节点中的第二邻居节点和第三邻居节点，所述第二邻居节点为调度树节点中所述第一邻居节点的虚拟父亲势能值最大的节点，所述第三邻居节点为调度树节点中所述第一邻居节点的虚拟父亲势能值次大的节点，当所述第一邻居节点在网络中与调度树节点连接的节点只有一个时，则所述第三邻居节点和所述第二邻居节点相同；将所述第一邻居节点加入第一调度树中所述第二邻居节点的子节点，将所述第一邻居节点加入第二调度树中所述第三邻居节点的子节点；根据第一调度树和第二调度树进行路由的上行调度。优选地，所述根据第一调度树和第二调度树进行路由的上行调度进一步包括：根据第一调度树判断网关节点的时隙是否大于第一目标值；当网关节点的时隙大于第一目标值时，根据第二调度树判断网关节点的时隙是否大于第二目标值，当网关节点的时隙大于所述第二目标值时，完成路由的上行调度。优选地，所述根据第一调度树判断网关节点的时隙是否大于第一目标值之后，还包括：当网关节点的时隙小于等于第一目标值时，根据调度优先级调度可行节点。优选地，所述当网关节点的时隙小于等于第一目标值时，根据调度优先级调度可行节点，进一步包括：当产生调度空洞时，所述第一目标值增加1。优选地，所述当网关节点的时隙大于所述第二目标值时，完成路由的上行调度之后，还包括：当网关节点的时隙小于等于所述第二目标值时，根据调度优先级调度可行节点。优选地，所述当网关节点的时隙小于等于所述第二目标值时，根据调度优先级调度可行节点，进一步包括：当产生调度空洞时，所述第二目标值增加1。第二方面，本专利技术还提出一种基于双树路由的上行调度装置，包括：根节点生成模块，用于将网络中的网关节点作为第一调度树和第二调度树的根节点；邻居节点获取模块，用于获取网络中的第一邻居节点，所述第一邻居节点为网络中与调度树节点连接的所有邻居节点中虚拟父亲势能值最大的节点；添加节点获取模块，用于获取调度树节点中的第二邻居节点和第三邻居节点，所述第二邻居节点为调度树节点中所述第一邻居节点的虚拟父亲势能值最大的节点，所述第三邻居节点为调度树节点中所述第一邻居节点的虚拟父亲势能值次大的节点，当所述第一邻居节点在网络中与调度树节点连接的节点只有一个时，则所述第三邻居节点和所述第二邻居节点相同；节点添加模块，用于将所述第一邻居节点加入第一调度树中所述第二邻居节点的子节点，将所述第一邻居节点加入第二调度树中所述第三邻居节点的子节点；上行调度模块，用于根据第一调度树和第二调度树进行路由的上行调度。优选地，所述上行调度模块进一步包括：第一时隙判断单元，用于根据第一调度树判断网关节点的时隙是否大于第一目标值；第二时隙判断单元，用于当网关节点的时隙大于第一目标值时，根据第二调度树判断网关节点的时隙是否大于第二目标值，当网关节点的时隙大于所述第二目标值时，完成路由的上行调度。优选地，所述上行调度模块还包括：节点调度单元，用于当网关节点的时隙小于等于第一目标值时，根据调度优先级调度可行节点。优选地，所述上行调度模块还包括：目标值增加单元，用于当产生调度空洞时，所述第一目标值增加1。由上述技术方案可知，本专利技术通过引入虚拟父亲势能值来构建两棵调度树，将复杂的拓扑结构转换为简单的树形结构，在进行路由的上行调度时，大大降低了资源消耗，并通过与网络层的跨层研究，为WirelessHART网络的实时性和可靠性的研究提供了一种新的研究方向。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。图1为本专利技术一实施例提供的一种WirelessHART网络架构图；图2为本专利技术一实施例提供的一种基于双树路由的上行调度方法的流程示意图；图3为本专利技术一实施例提供的一种基于双树路由的上行调度方法的路由算法流程图；图4为本专利技术一实施例提供的一种基于双树路由的上行调度方法的调度算法流程图；图5为本专利技术一实施例提供的一种基于双树路由的上行调度装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图，对专利技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本发
明的保护范围。首先对本专利技术涉及到的概念做统一的说明。虚拟能量势场：虚拟能量势场Um是用来表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双树路由的上行调度方法，其特征在于，包括：将网络中的网关节点作为第一调度树和第二调度树的根节点；获取网络中的第一邻居节点，所述第一邻居节点为网络中与调度树节点连接的所有邻居节点中虚拟父亲势能值最大的节点；获取调度树节点中的第二邻居节点和第三邻居节点，所述第二邻居节点为调度树节点中所述第一邻居节点的虚拟父亲势能值最大的节点，所述第三邻居节点为调度树节点中所述第一邻居节点的虚拟父亲势能值次大的节点，当所述第一邻居节点在网络中与调度树节点连接的节点只有一个时，则所述第三邻居节点和所述第二邻居节点相同；将所述第一邻居节点加入第一调度树中所述第二邻居节点的子节点，将所述第一邻居节点加入第二调度树中所述第三邻居节点的子节点；根据第一调度树和第二调度树进行路由的上行调度。

【技术特征摘要】
1.一种基于双树路由的上行调度方法，其特征在于，包括：将网络中的网关节点作为第一调度树和第二调度树的根节点；获取网络中的第一邻居节点，所述第一邻居节点为网络中与调度树节点连接的所有邻居节点中虚拟父亲势能值最大的节点；获取调度树节点中的第二邻居节点和第三邻居节点，所述第二邻居节点为调度树节点中所述第一邻居节点的虚拟父亲势能值最大的节点，所述第三邻居节点为调度树节点中所述第一邻居节点的虚拟父亲势能值次大的节点，当所述第一邻居节点在网络中与调度树节点连接的节点只有一个时，则所述第三邻居节点和所述第二邻居节点相同；将所述第一邻居节点加入第一调度树中所述第二邻居节点的子节点，将所述第一邻居节点加入第二调度树中所述第三邻居节点的子节点；根据第一调度树和第二调度树进行路由的上行调度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据第一调度树和第二调度树进行路由的上行调度进一步包括：根据第一调度树判断网关节点的时隙是否大于第一目标值；当网关节点的时隙大于第一目标值时，根据第二调度树判断网关节点的时隙是否大于第二目标值，当网关节点的时隙大于所述第二目标值时，完成路由的上行调度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据第一调度树判断网关节点的时隙是否大于第一目标值之后，还包括：当网关节点的时隙小于等于第一目标值时，根据调度优先级调度可行节点。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述当网关节点的时隙小于等于第一目标值时，根据调度优先级调度可行节点，进一步包括：当产生调度空洞时，所述第一目标值增加1。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述当网关节点的时隙大于所述第二目标值时，完成路由的上行调度之后，还包括：当网关节点的时隙小于等于所述第二目标值时，根据调度优先级调度可行节点。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋佳慧，胡亚辉，张宇，
申请(专利权)人：中国科学院信息工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11