一种面向TSCH网络的多路径联合调度方法技术

本发明专利技术属于IPv6无线传感网络技术领域，具体涉及一种面向TSCH网络的多路径联合调度方法，包括通过RPL路由协议，采用基于ETX的代价函数确定出各个节点的最优父节点和次优父节点，且最优父节点和次优父节点的父节点为同一最优祖父节点；基于各个节点Rank值大小，采用最优父节点或次优父节点完成最优路径和次优路径构建，并确定从最优路径或者次优路径传输数据包；对数据流进行类型划分，按照相应类型为数据流分配传输时隙；根据传输时隙构建调度时隙表，基于所述调度时隙表完成调度。本发明专利技术能提高网络的可靠性的同时，实现网络通信过程中的数据流隔离，达到无冲突传输的效果，特别针对网络中部分节点故障或链路质量过差情况，能够提高通信可靠性。能够提高通信可靠性。能够提高通信可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种面向TSCH网络的多路径联合调度方法


[0001]本专利技术属于IPv6无线传感器网络
，具体涉及一种面向TSCH网络的多路径联合调度方法。

技术介绍

[0002]无线传感网络凭借功耗低、部署快、效率高等特点广泛应用于各个领域，如工业自动化和控制场景、航空电子设备以及工业生产现场。由于工业应用中高可靠性和低时延的通信需求，迫切需要在多跳的网络中，通过多路径提高数据传输的可靠性，并在工业网络中使得不同数据流实现隔离，完成不同数据的联合调度。
[0003]为了提高TSCH网络中各类数据交付的可靠性，RPL(Routing Protocol for Low
‑
power and Lossy Networks，低功耗有损网络路由协议)路由协议建立多跳拓扑，促进了无线传感网络与互联网之间的相互融合，实现了传感器节点设备与互联网主机设备之间的端到端通信。基于RPL构建网络的多路径路由，通过构建相关的多路径，主要通过父节点选取机制，构造链路质量较高的路径，实现数据的可靠传输，并以根节点进行集中式的调度。
[0004]现阶段研究主要通过启发式的方法识别网络中的路径信息，为数据流提供多条路径，通过增加传输机会以达到高可靠性要求，使得个别节点能耗过大。或者通过复制相关路径的数据包，但使得网络中的数据包冗余，会造成大量节点的网络拥塞。

技术实现思路

[0005]为了保证TSCH网络的可靠性和确定性通信，确保每个数据包在时延内成功交付，同时缓解网络中部分节点故障等现象，本专利技术结合RPL路由协议提出一种面向TSCH网络的多路径联合调度方法，具体包括以下步骤：
[0006]S1：通过RPL路由协议，采用基于ETX的代价函数确定出各个节点的最优父节点和次优父节点，且最优父节点和次优父节点的父节点为同一最优祖父节点；
[0007]S2：基于各个节点Rank值大小，采用最优父节点或次优父节点完成最优路径和次优路径构建，并确定从最优路径或者次优路径传输数据包；
[0008]S3：对数据流进行类型划分，按照相应类型为数据流分配传输时隙；
[0009]S4：根据所述传输时隙构建调度时隙表，基于所述调度时隙表完成调度。
[0010]本专利技术的有益效果在于：
[0011]1)本专利技术能够通过节点分布式构建多路径，通过选取最优与次优父节点，实现多路径路由，从而提高网络的通信可靠性。
[0012]2)本专利技术能够对不同数据流联合调度，实现TSCH下的无冲突传输，在数据流截止时间内完成数据包的交付。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的整体流程图；
[0014]图2为本专利技术的构建多路径的说明图；
[0015]图3为本专利技术的构建多路径流程图；
[0016]图4为本专利技术的多路径构建示例图；
[0017]图5为本专利技术的各类型数据流传输时刻流程图；
[0018]图6为本专利技术的基于上述多路径示例的调度表示例图；
[0019]图7为本专利技术的联合调度表生成说明图。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]本专利技术提出一种面向TSCH网络的多路径联合调度方法，如图1所示，所述方法包括包括以下步骤：
[0022]S1：通过RPL路由协议，采用基于ETX的代价函数确定出各个节点的最优父节点和次优父节点，且最优父节点和次优父节点的父节点为同一最优祖父节点；
[0023]在本专利技术实施例中，通过RPL路由协议，来选择节点的最优父节点和次优父节点，从而构建出相应的最优路径和次优路径。
[0024]对于TSCH网络中的一般节点而言，采用基于ETX的代价函数确定出该节点累计的ETX值，通过判断累计的ETX值的大小来选择出对应的最优父节点和次优父节点；而对于TSCH网络中的最外层的节点而言，则采用基于ETX的度量函数确定出该节点的ETX值，通过判断ETX值的大小来选择出对应的最优父节点和次优父节点；具体如下：
[0025]当源节点不存在上一跳节点，或者不作为上一跳节点的最优父节点或者次优父节点时，则所述源节点不存在初始的最优路径和初始的次优路径，基于ETX的度量函数计算出源节点与其父节点之间的ETX值，选择ETX值最大和次大的父节点作为源节点的最优父节点和次优父节点。
[0026]当源节点作为上一跳节点的最优父节点或者次优父节点时，则所述源节点存在初始的最优路径和初始的次优路径，基于ETX的代价函数计算出源节点分别经过最优路径和经过次优路径到目标节点时累计的ETX值，选择累计的ETX值最大和次大的目标节点作为目标节点的上一跳节点的最优父节点和次优父节点。
[0027]其中，基于ETX的度量函数可以采用RPL协议中使用的链路度量函数，本专利技术对此不作具体的限定，而基于ETX的代价函数表达式为：
[0028]ETX
F
＝P1*ETX
B
+P2*ETX
S
[0029]P1＝1
‑
(1
‑
1/ETX
P
)2[0030]P2＝1
‑
P1[0031]其中，ETX
F
表示目标节点的上一跳节点的代价函数，也即目标节点的上一跳节点累计的ETX值，ETX
B
为源节点经过当前的最优路径累计到目标节点的ETX值，ETX
S
为源节点经过当前的次优路径累计到目标节点的ETX值，P1为目标节点的上一跳节点两次传输数据包成功的概率，P1＝1
‑
(1
‑
1/ETX
P
)2；P2为目标节点的上一跳节点两次传输数据包失败的概率，
P2＝1
‑
P1；ETX
P
为目标节点的上一跳节点与其最优父节点之间的ETX值。
[0032]在本专利技术实施例中，还考虑到若某跳路由中只包含一个父节点，即假设源节点的父节点只有一个节点，那么就考虑在源节点与其父节点对应的路由路径上重传。
[0033]S2：基于各个节点Rank值大小，采用最优父节点或次优父节点完成最优路径和次优路径构建，并确定从最优路径或者次优路径传输数据包；
[0034]在上述实施例的基础上，本实施例需要对TSCH网络初始化，从Rank值最大的节点开始，按照其最优父节点建立最优路径，按照其次优父节点建立次优路径，直至路径的终点即目的节点为根节点时，多路径创建成功。其中，所述最优路径作为数据包传输的最优路由，所述次优路径作为数据包传输的次优路由。
[0035]在本专利技术实施例中，构建多路径的过程可以参考图2，如图2所示，本实施例将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向TSCH网络的多路径联合调度方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：通过RPL路由协议，采用基于ETX的代价函数确定出各个节点的最优父节点和次优父节点，且最优父节点和次优父节点的父节点为同一最优祖父节点；S2：基于各个节点Rank值大小，采用最优父节点或次优父节点完成最优路径和次优路径构建，并确定从最优路径或者次优路径传输数据包；S3：对数据流进行类型划分，按照相应类型为数据流分配传输时隙；S4：根据所述传输时隙构建调度时隙表，基于所述调度时隙表完成调度。2.根据权利要求1所述的一种面向TSCH网络的多路径联合调度方法，其特征在于，所述采用基于ETX的代价函数确定出各个节点的最优父节点和次优父节点包括当源节点不存在上一跳节点，或者不作为上一跳节点的最优父节点或者次优父节点时，则所述源节点不存在初始的最优路径和初始的次优路径，基于ETX的度量函数计算出源节点与其父节点之间的ETX值，选择ETX值最小和次小的父节点作为源节点的最优父节点和次优父节点；当源节点作为上一跳节点的最优父节点或者次优父节点时，则所述源节点存在初始的最优路径和初始的次优路径，基于ETX的代价函数计算出源节点分别经过最优路径和经过次优路径到目标节点时累计的ETX值，选择累计的ETX值最小和次小的目标节点作为目标节点的上一跳节点的最优父节点和次优父节点。3.根据权利要求2所述的一种面向TSCH网络的多路径联合调度方法，其特征在于，基于ETX的代价函数表示为：ETX
F
＝P1*ETX
B
+P2*ETX
S
其中，ETX
F
表示目标节点的上一跳节点的代价函数，也即目标节点的上一跳节点累计的ETX值，ETX
B
为源节点经过当前的最优路径累计到目标节点的ETX值，ETX
S
为源节点经过当前的次优路径累计到目标节点的ETX值，P1为目标节点的上一跳节点两次传输数据包成功的概率，P1＝1
‑
(1
‑
1/ETX
P
)2；P2为目标节点的上一跳节点两次传输数据包失败的概率，P1＝1
‑
P2；ETX
P
为目标节点的上一跳节点与其最优父节点之间的ETX值。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王平，王希，蒲宬亘，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：