一种基于信标指示的TDMA时隙划分方法技术

本发明专利技术公开了一种基于信标指示的TDMA时隙划分方法，通过该方法可以使无线通信系统，在保证低功耗的情况下，能够达到较大的网络容量和较低的通信延迟。时隙规划包括以下几部分：信标时隙、巡检上报时隙、竞争上报时隙、命令下发时隙、状态上报时隙，不同的时隙负责不同的通信场景。除信标时隙外，各时隙再细分为若干个小块时隙，每块小时隙将由某个节点完全占有，以进行通信数据收发。此外，还设计了一个规则，用于节点和小块时隙之间的动态匹配和冲突处理。突处理。突处理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于信标指示的TDMA时隙划分方法


[0001]本专利技术涉及无线传感网络通信技术的领域，具体涉及一种基于时分多址TDMA的时隙划分方法。

技术介绍

[0002]目前，随着物联网技术的发展，无线通信技术得到了广泛的应用，如智能家居、智慧城市、智慧消防等领域。在无线通讯系统的介质访问(MAC)层，通常有两种方案，一种是基于载波监听CSMA的方案，另一种就是时分多址TDMA方案。这两种方案具有不同的优缺点，至于选用哪种方案，往往要根据实际的使用场景及射频芯片功能来权衡。
[0003]低功耗、大容量、快响应，是衡量一个无线通信系统可靠性的重要指标，而无线通信MAC层的实现方案将决定着这些指标的达成。TDMA方案由于其原理较简单、对底层射频芯片要求低等优点，成为很多应用场景的首选。但要设计一个优秀的TDMA时隙划分方法，以满足各方面的性能要求并不是一个简单的事，往往满足了一个指标，就降低了另一个指标。所以，一个好的时隙划分方法，用来达到各个指标的平衡至关重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对市面上现有方案的不足，提出一种新的TDMA时隙划分的方法，通过该方法可以使无线通信系统，在保证低功耗的前提下，能够达到较大的网络容量和较低的通信延迟。
[0005]需要说明的是，该方法仅适用于星型网络拓扑，采用主从结构，包含1个主站节点和多个从站节点，并且从站节点按功能分为两类：传感器类节点和控制器类节点。两者的区别主要为：传感器节点大多数情况下只能上报数据，只有特殊情况下才接收控制指令，而控制器节点可随意接收控制指令和上报数据。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种基于信标指示的TDMA时隙划分方法，其特征在于：基于TDMA原理，将整个时间维度以多个单位时隙的组合划分，每个单位时隙宽度为515毫秒，每个组合包含至少1个单位时隙，且至多8个单位时隙，编号为0到7，实际数量将根据网络节点数量动态调整；将单位时隙进一步细分为五个部分，即信标时隙、巡检上报时隙、竞争上报时隙、命令下发时隙、状态上报时隙。
[0008]其中，信标时隙宽度共15毫秒，在该时隙中，主站下发信标指示数据，用于从站节点进行时钟同步和时隙对齐等操作；巡检上报时隙宽度共120毫秒，再平均细分为8小块，每块15毫秒，在每小块时隙中，传感器类从站节点根据实际情况上报监测数据或心跳数据；竞争上报时隙宽度共100毫秒，再平均细分为5小块，每块20毫秒，在每小块时隙中，所有从站节点根据实际情况竞争该时隙来上报报警类紧急消息，提高系统的快速响应能力。命令下发时隙宽度共120毫秒，再平均细分为6小块，每块20毫秒，在每小块时隙中，主站根据情况下发控制指令数据给控制器类从站节点。状态上报时隙宽度共160毫秒，再平均细分为8小
块，每块20毫秒，在每小块时隙中，控制器类从站节点根据实际情况上报状态数据或控制回复。
[0009]根据各部分时隙划分，细分后的小块时隙即为某个节点单独占有的时间段，每个单位时隙最多容纳8个传感器节点和8个控制器节点，可算出该网络最多能够容纳64个传感器类设备加64个控制器类设备，即单网络容量为128个节点，这个容量可满足大多数应用场景。
[0010]不同节点需要根据一定的规则来匹配对应的小块时隙，设计的规则如下：同一类别的从站节点会分配序号0到N，单位时隙会分配序号0到K，单位时隙中各部分再次细分的小块时隙也分别分配序号0到M；将节点的序号N除以8取商数Q即为该节点所在的单位时隙序号；将节点的序号N除以各部分的小块时隙总数M+1取余数R即为分配给该节点的小块时隙的序号。需要注意的是，为节省时隙空间，竞争上报时隙和命令下发时隙的小块时隙数量设计为小于8，所以按照该规则为节点分配的时隙序号有可能会重叠。考虑到节点上报报警类消息的频次较低，时隙冲突的概率并不高，如果发生冲突，即节点上报数据后收不到ACK，则随机退避到下一个竞争上报小时隙重发上报数据；而节点控制指令数据是由主站统一按顺次下发的，自然可以避免命令下发小时隙的冲突。
[0011]本专利技术的有益效果是：按该方法划分TDMA时隙，既保证了节点之间互不冲突，提高了通信可靠性，又保证了报警类紧急消息能够及时响应，降低了通信延迟，由于节点在通信时不需要做载波监听，而且在非本节点时隙时，节点可进入休眠状态，大大降低了功耗，而网络的容量也达到了一个较高的水平。所以该方法一定程度上能够满足无线通信系统的各项指标，具有很高的实用价值。
附图说明
[0012]图1为本专利技术所述时间维度的整体划分示意图。
[0013]图2为本专利技术所述单位时隙的整体划分示意图。
[0014]图3为本专利技术所述巡检上报时隙的划分示意图。
[0015]图4为本专利技术所述竞争上报时隙的划分示意图。
[0016]图5为本专利技术所述命令下发时隙的划分示意图。
[0017]图6为本专利技术所述状态上报时隙的划分示意图。
具体实施方式
[0018]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。
[0019]如图1所示，将整个时间维度划分为一个个的单位时隙组合，每个单位时隙组合里包含若干个单位时隙，具体有多少个要根据网络设备总数来动态调整，当较多的单一类型的节点数不足8个时，时隙组合里只有1个单位时隙。以此类推，当节点数达到满容量(128)时，单位时隙也达到最多的8个。
[0020]如图2所示，单位时隙由五部分构成，即信标时隙、巡检上报时隙、竞争上报时隙、命令下发时隙、状态上报时隙，分别用于不同的通信场景。其中，信标时隙不再进一步细分，
在该时隙内，主站下发信标数据，从站接收进行时钟同步等操作；其他时隙还会进一步细分为若干个小块时隙，每个小时隙将被一个节点完全占有，用于主从站之间的交互通信。
[0021]信标时隙在本专利技术方法中具有重要意义，主要有两点原因：第一，由于各节点使用的时钟多少都会有不同偏差，运行时间长了必定产生时钟误差，所以各节点之间的时隙就不能保持同步，必须通过信标指示定期校准时钟偏差；第二，出于降低功耗的考虑，有些节点大多数情况下出于休眠状态，射频收发器关闭，网络当前时隙状态也就不可能知道，当节点有通讯需求而醒来时，必须通过信标指示迅速获取当前时隙分配情况，进而实现通信。
[0022]图3到图6，是各部分时隙的细分示意图，在逻辑上会给每小块时隙从0开始递增编号，以便节点根据规则完成动态匹配。这个匹配规则算法在
技术实现思路
中已说明，这里不再赘述，仅举例说明：假设网络中有10个传感器节点(编号0～9)和3个控制器节点(编号0～2)，那么根据规则可得出时隙组合中将包含2个单位时隙(编号0～1)；传感器0～7将占有单位时隙0的巡检上报时隙的0～7号小时隙，以及单位时隙0的竞争上报时隙的0～4号小时隙，如果竞争时隙冲突则随机退避到临近竞争上报时隙；传感器8～9将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于信标指示的TDMA时隙划分方法，其特征在于：基于TDMA原理，将整个间维度以多个单位时隙的组合划分，每个单位时隙宽度为515毫秒，每个组合包含至少1个单位时隙，且至多8个单位时隙，编号为0到7，实际数量将根据网络节点数量动态调整；将单位时隙进一步细分为五个部分，包括信标时隙、巡检上报时隙、竞争上报时隙、命令下发时隙、状态上报时隙。2.根据权利要求1所述的一种基于信标指示的TDMA时隙划分方法，其特征在于：所述信标时隙宽度共15毫秒，在该时隙中，主站下发信标指示数据，用于从站节点进行时钟同步和时隙对齐操作。3.根据权利要1所述的一种基于信标指示的TDMA时隙划分方法，其特征在于：所述巡检上报时隙宽度共120毫秒，再平均细分为8小块，每块15毫秒，在每小块时隙中，传感器类从站节点根据实际情况上报监测数据或心跳数据。4.根据权利要求1所述的一种基于信标指示的TDMA时隙划分方法，其特征在于：所述竞争上报时隙宽度共100毫秒，再平均细分为5小块，每块20毫秒，在每小块时隙中，所有从站节点可根据实际情况竞争该时隙来上报报警类紧急消息，提高系统的快速响应能力。5.根据权利要求1所述的一种基于信标指示的TDMA时隙划分方法，其特征在于：所述命...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建华，王运涛，王伟，唐晓磊，
申请(专利权)人：青岛鼎信通讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：