一种自主网系统信道时分复用的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种自主网系统信道时分复用的方法，核心节点在第一时间片进行广播传输，非核心节点获取专属传输时间片；非核心节点需要使用时间片时，确定自己是否被所述核心节点调度在该时间片发送，如果是，则在该时间片起始传输数据；如果不是，则采用CSMA方式传输数据。本发明专利技术将TDMA与CSMA融合采用全新的方案融合，保证核心节点的网络维护信令无需侦听等待，直接使用规定好的时间片，可以保证信令及时到达任意节点，本发明专利技术利用小包传输优先级高的特性，保证信道利用的优先级顺序，避免无序竞争。使信道在没有被调度时作为CSMA规则使用，保证信道资源不会因归属者闲置而闲置。在高实时要求时作为TDMA使用，又保证调度时间可控。

A method of channel time division multiplexing in autonomous network system

【技术实现步骤摘要】
一种自主网系统信道时分复用的方法
本专利技术涉及自组网通信复用方法
，尤其涉及一种自主网系统信道时分复用的方法。
技术介绍
当前常用的同频信道复用方法基本为TDMA或者CSMA方式。TDMA方式多用于存在中心节点的星状网络，其按照时间划分为连续的多个传输时间片，每个时间片由管理员分配给指定的用户。该类方法在多用户，传输长度固定时，对于信道的利用效能高。当网状网络出现时，同频信道用户数量下降，传输长度不定，如若采用TDMA方式进行数据传输，则会使信道出现大量浪费，浪费在于分配用户使用时间片需要信令调度，或者预先分配好用户所属时间片。当采用信令调度，则每次数据传输，都需要一整套调度过程，保证用户可以在需求的时间片上进行，其调度的通信开销，特别对于传感器网络来说，往往大于通常的数据传输对信道的消耗。如果将用户预先绑定在分配好的时间片上，首先会出现需要等待至自身工作周期才可传输，造成非预期的时延。其次网内节点的工作频繁度也不相同，部分节点长期不工作，但仍占用相应的传输时间片，会严重降低信道的使用效率。因此在多数的网状网络，特别是传感器网络中，采用如图1所示的CSMA方式进行通信传输，任何节点，需要传输数据时，仅需侦听当前信道使用情况，如果当前信道为空，则进行数据传输。但此类存在以下几个问题：首先当用户同时有数据传输时，有小概率出现将正在被使用的信道判决为空，造成当前传输的用户，以及该用户同时的传输失败，当同时数据传输的用户数量N，以及判决错误的概率P与传输失败概率V之间的关系为V＝N*P当V>1时，信道就处于完全拥塞状态，任何数据都不能传输成功。因此当网络中的复用用户达到一个门限后，信道就会因CSMA机制造成瘫痪。其次CSMA是完全抢占式传输，无优先级概念，对于信道的使用完全是无序的。当有紧急数据时，其传输时延无法预期。另外，CSMA方式，对于低功耗设备也存在问题，低功耗设备常态是处于静默并周期唤醒侦听信令，在网状网络中由于CSMA方式，低功耗设备无法确定其预期接收的信令或者消息可以按时到达。因此在设计中会设定一个休眠周期后，在约定的时间点，开启一个较长的侦听时间，确保约定的信息可以接收成功。针对单纯的TDMA以及CSMA方式的缺陷，业内提出了TDMA并CSMA方式传输，如图2所示，其改进方法是将信道在时间上划分出TDMA区域以及CSMA区域，在TDMA区域给指定节点分配所有权，或者调度节点在指定的TDMA时间片上进行数据传输，在CSMA区域进行CSMA方式传输。但该方法带来的问题是当没有指定节点在TDMA时，整个TDMA时隙是处于浪费状态。同时，由于压缩了CSMA的范围，使得CSMA的聚集风险更高。所以在实际使用中，TDMA与CSMA的时长配比是关键问题。
技术实现思路
针对上述在自主网系统中信道复用方案的缺陷，本专利技术提出一种自主网系统信道时分复用的方法，将TDMA与CSMA融合采用全新的方案融合，以满足实际网络设计中既要灵活使用信道，又要有序传输需求。为达到上述目的，本专利技术提供了一种自主网系统信道时分复用的方法，，信道被同时分配为TDMA与CSMA双重属性；根据需要变更使用方式，包括：将信道划分为连续的长度预先设定的时间片，使所有信道的使用者，如果在每个时间片的起始进行发射任务，发射时间长度不超过时间片边界；确定自主网网络参数，包括广播周期长度和两次广播时间片中间插入时间片个数；核心节点建立超帧结构，包括多个时间片；第一时间片为核心节点专属时间片，核心节点生成某目标节点的调度信息，在第一时间片发送所述调度信息，中间非核心节点依次将所述调度信息以TDMA或CSMA的方式转发至目标节点；目标节点执行操作后，在除第一时间片以外的其他时间片，将反馈信息通过TDMA或CSMA的方式通过中间非核心节点依次转发至核心节点；非核心节点需要主动发送数据时，如果数据传输承载比例大于设定阈值则组建申请包，通过CSMA的方式传输申请包至所述核心节点，所述核心节点为所述非核心节点至目的节点的全部传输路由节点分配时间片，采用TDMA的方式在分配时间片内发送数据；如果数据传输承载比例未大于设定阈值，则采用CSMA的方式传输数据；采用CSMA方式传输数据包括确认信道无TDMA方式传输占用且剩余时间满足传输需求后进行数据传输。进一步的，当需要紧急调度时，采用所述调度信息以TDMA的方式转发至目标节点，并在调度信息中附加采用TDMA的方式传输的时间片信息；否则采用CSMA方式转发至目标节点；当所述调度信息中包含采用TDMA的方式传输的时间片信息时，按照所述时间片信息通过中间非核心节点以TDMA的方式依次转发所述反馈信息至核心节点；如果没有时间片信息，则通过中间非核心节点以CSMA方式转发所述反馈信息至核心节点。进一步的，采用CSMA的方式传输数据包括：非核心节点侦听当前传输时间片信道占用传输后设定时长，计算本时间片剩余时间能否完成本次数据传输，如果不能完成传输，则睡眠至下个时间片起始，重复侦听，直至获得能够完成本次数据传输的剩余时间，则完成本次数据传输。进一步的，所述时间片长度为最小的检测信号有效时间长度*(1+random(1))，random(1)表示0到1之间的随机数。进一步的，如果多次侦听未能获得完成本次数据传输的剩余时间，则改为采用组建申请包，通过CSMA方式传输申请包至所述核心节点，在所述核心节点分配时间片，采用TDMA的方式在分配时间片内发送数据。进一步的，核心节点分配非核心节点传输时间片的原则为数据越小优先级越高。进一步的，单个时间片长度BL的确定具体为：BL＝N*L*(1+PL)+GPLN为时间片冲突因子，L为最大的可能传输时间长度，PL为出现L的概率，GPL为保护时间间隔。进一步的，当需要紧急调度时，核心节点安排指定节点在指定时间片采用TDMA方式传输。进一步的，当核心节点有网络信令需要转发通知到某个节点时，核心节点安排路由至目标节点的所有中转节点全部采用指定时间片的TDMA传输。进一步的，所述申请包采用最小传输尺寸。进一步的，核心节点及非核心节点接收数据包括：在每个时间片所有节点起始时刻到达，启动接收机，侦听信道；侦听足够长时间，如无信号存在，则休眠；如有信号存在，对信号进行解码，如果是针对本节点的指令，则由控制器控制执行相应指令；如果不是针对本节点的指令，则进入休眠。本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：(1)本专利技术将TDMA与CSMA融合采用全新的方案融合，保证核心节点的网络维护信令无需侦听等待，直接使用规定好的时间片，可以保证信令及时到达任意节点。(2)本专利技术利用小包传输优先级高的特性，保证信道利用的优先级顺序，避免无序竞争。(3)本专利技术通过在时间片内侦听，避免了对于常规TDMA系统在没有指定用户调度时，该时间片闲置的浪费问题。(4)本专利技术通过信令调度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自主网系统信道时分复用的方法，其特征在于，信道被同时分配为TDMA与CSMA双重属性；根据需要变更使用方式，包括：/n将信道划分为连续的长度预先设定的时间片，使所有信道的使用者，如果在每个时间片的起始进行发射任务，发射时间长度不超过时间片边界；/n确定自主网网络参数，包括广播周期长度和两次广播时间片中间插入时间片个数；/n核心节点建立超帧结构，包括多个时间片；/n第一时间片为核心节点专属时间片，核心节点生成某目标节点的调度信息，在第一时间片发送所述调度信息，中间非核心节点依次将所述调度信息以TDMA或CSMA的方式转发至目标节点；目标节点执行操作后，在除第一时间片以外的其他时间片，将反馈信息通过TDMA或CSMA的方式通过中间非核心节点依次转发至核心节点；非核心节点需要主动发送数据时，如果数据传输承载比例大于设定阈值则组建申请包，通过CSMA的方式传输申请包至所述核心节点，所述核心节点为所述非核心节点至目的节点的全部传输路由节点分配时间片，采用TDMA的方式在分配时间片内发送数据；如果数据传输承载比例未大于设定阈值，则采用CSMA的方式传输数据；/n采用CSMA方式传输数据包括确认信道无TDMA方式传输占用且剩余时间满足传输需求后进行数据传输。/n...

【技术特征摘要】
1.一种自主网系统信道时分复用的方法，其特征在于，信道被同时分配为TDMA与CSMA双重属性；根据需要变更使用方式，包括：
将信道划分为连续的长度预先设定的时间片，使所有信道的使用者，如果在每个时间片的起始进行发射任务，发射时间长度不超过时间片边界；
确定自主网网络参数，包括广播周期长度和两次广播时间片中间插入时间片个数；
核心节点建立超帧结构，包括多个时间片；
第一时间片为核心节点专属时间片，核心节点生成某目标节点的调度信息，在第一时间片发送所述调度信息，中间非核心节点依次将所述调度信息以TDMA或CSMA的方式转发至目标节点；目标节点执行操作后，在除第一时间片以外的其他时间片，将反馈信息通过TDMA或CSMA的方式通过中间非核心节点依次转发至核心节点；非核心节点需要主动发送数据时，如果数据传输承载比例大于设定阈值则组建申请包，通过CSMA的方式传输申请包至所述核心节点，所述核心节点为所述非核心节点至目的节点的全部传输路由节点分配时间片，采用TDMA的方式在分配时间片内发送数据；如果数据传输承载比例未大于设定阈值，则采用CSMA的方式传输数据；
采用CSMA方式传输数据包括确认信道无TDMA方式传输占用且剩余时间满足传输需求后进行数据传输。


2.根据权利要求1所述的自主网系统信道时分复用的方法，其特征在于，当需要紧急调度时，采用所述调度信息以TDMA的方式转发至目标节点，并在调度信息中附加采用TDMA的方式传输的时间片信息；否则采用CSMA方式转发至目标节点；
当所述调度信息中包含采用TDMA的方式传输的时间片信息时，按照所述时间片信息通过中间非核心节点以TDMA的方式依次转发所述反馈信息至核心节点；如果没有时间片信息，则通过中间非核心节点以CSMA方式转发所述反馈信息至核心节点。


3.根据权利要求1或2所述的自主网系统信道时分复用的方法，其特征在于，采用CSMA的方式传输数据包括：
非核心节点侦听当前传输时间片信道占用传输后设定时...

【专利技术属性】
技术研发人员：李桂林，童炜，
申请(专利权)人：北京中宸泓昌科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11