专利名称：一种工业无线传感网络中调度通信的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线网络技术领域，具体涉及一种工业无线传感网络中调度通信的方法及装置。
背景技术：
工业无线技术是21世纪新兴、面向设备间短程、低速率信息交互的无线通信技术，适合在恶劣的工业现场环境使用，工业无线技术满足工业应用的高可靠、具有很强的抗干扰能力、超低能耗、实时通信等技术特征，具有可拓展性好，安装维护成本低等优点，是对现有无线技术在工业应用方向上的功能扩展。在现有技术中，传统多跳无线网络中对于调度通信问题，通常将网络建模为一个多目标优化问题，运用粒子群算法(PSO)或启发式算法求近似最优解。而对于传统TDMA(Time Division Multiple Access,时分多址)网络的调度，由于隐藏终端问题，按照冲突种类，形成冲突图，利用空间重用来分配资源，比如对拓扑图进行点或边的着色。但是，工业无线传感网络一般采用多信道通信机制，不必考虑隐藏终端、暴露终端等问题；且管理策略为集中式计算分配，因此，现有技术中传统无线网络的调度通信不符合工业无线传感网络调度通信的特点和要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种工业无线传感网络中调度通信的方法及装置，解决现有技术中传统无线网络调度通信不符合工业无线传感网络调度通信的特点和要求。为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下一种工业无线传感 网络中调度通信的方法，所述方法包括获得所述工业无线传感网络路径更新后的传输路径信息；根据所述传输路径信息，选取一条网关到节点设备的下行管理路径；按照选取的下行管理路径的方向，选取所述下行管理路径中的一条管理链路；对时隙按照预设间隔进行预留，确定若干个可用时隙；根据时隙顺序以及时隙内的信道顺序，依次查询所述可用时隙内的信道是否空闲，如果是，则将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路，如果否，则根据时隙顺序以及时隙内的信道顺序，依次查询所述可用时隙内的信道是否空闲。相应的，在所述将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路前，所述方法还包括判断该可用时隙内是否存在链路冲突，所述链路冲突是指同一时隙内不同信道中存在涉及同一个所述节点设备的链路，如果是，则根据时隙顺序，依次查询所述可用时隙内的信道是否空闲，如果否，则将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路。相应的，在所述根据所述传输路径信息，选取一条网关到节点设备的下行管理路径前，所述方法还包括判断是否全部下行管理路径均被选取，如果是，则管理路径调度通信完成，如果否，则根据所述传输路径信息，选取一条网关到节点设备的下行管理路径。相应的，在所述选取一条网关到节点设备的下行管理路径后或在所述将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路后，所述方法还包括判断选取的下行管理路径中的管理链路是否均被选取，如果是，则判断是否全部所述下行管理路径均被选取，如果否，则按照选取的下行管理路径的方向，选取所述下行管理路径中的一条管理链路。相应的，管理路径调度通信完成后，所述方法还包括根据所述传输路径信息，选取一条所述节点设备到所述网关的上行数据路径；按照选取的上行数据路径的方向，选取所述上行数据路径中的一条数据链路；根据超帧循环拼接法，获得为该数据链路预分配的时隙，所述预分配的时隙为所述可用时隙中的一个或多个；查询所述预分配的时隙内是否有空闲信道，如果是，则将该预分配的时隙内的空闲信道分配给选取的数据链路，如果否，则根据时隙顺序，将预分配的时隙之后的可用时隙变为预分配的时隙，并查询所述预分配的时隙内是否有空闲信道。相应的，在所述将该预分配的时隙内的空闲信道分配给选取的数据链路前，所述方法还包括 判断预分配的时隙内是否存在链路冲突，如果是，则根据时隙顺序，将预分配的时隙之后的可用时隙变为预分配的时隙，并查询所述预分配的时隙内是否有空闲信道，如果否，将该预分配的时隙内的空闲信道分配给选取的数据链路。相应的，所述根据超帧循环拼接法，获得为该数据链路预分配的时隙，包括根据上传周期，获得时隙间隔理论值T，并确定超帧长度值sflength ；获得时隙间隔近似值T’，所述时隙间隔近似值T’满足与所述超帧长度值sflength的公倍数最小且所述时隙间隔近似值T’与所述时隙间隔理论值T的间隔小于阈值；设所述时隙间隔近似值T’与所述超帧长度值sflength的最小公倍数为X，则将m个所述超巾贞进行循环拼接，X、m为正整数,m = X/sf length,设预分配时隙间隔为η,则η =Χ/Τ’，η为正整数;对m个所述超帧循环拼接组成的时隙内，以T’为间隔，分配η次数据链路，获得为该上行数据链路预分配的时隙。相应的，在所述根据所述传输路径信息，选取一条所述节点设备到所述网关的上行数据路径前，所述方法还包括判断是否全部所述上行数据路径均被选取，如果是，则数据路径调度通信完成，如果否，则根据所述传输路径信息，选取一条所述节点设备到所述网关的上行数据路径。相应的，在所述选取一条所述节点设备到所述网关的上行数据路径后或所述将该预分配的时隙内的空闲信道分配给选取的数据链路后，所述方法还包括判断所述选取的上行数据路径中的数据链路是否均被选取，如果是，则判断是否全部所述上行数据路径均被选取，如果否，则按照选取的上行数据路径的方向，选取所述上行数据路径中的一条数据链路。相应的，所述方法还包括将所述预留时隙分配给所述网关到所述节点设备的控制链路，所述控制链路用于传输控制量。一种工业无线传感网络中调度通信的装置，所述装置包括第一获得单元，用于获得所述工业无线传感网络路径更新后的传输路径信息；第一选取单元，用于根据所述传输路径信息，选取一条网关到节点设备的下行管理路径；第二选取单元，用于按照选取的下行管理路径的方向，选取所述下行管理路径中的一条管理链路；确定单元，用于对时隙按照预设间隔进行预留，确定若干个可用时隙；第一查询单元，用 于根据时隙顺序以及时隙内的信道顺序，依次查询所述可用时隙内的信道是否空闲；第一分配单元，用于当查询到所述可用时隙内的信道有空闲时，将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路。相应的,所述装置还包括第一判断单元，用于判断该可用时隙内是否存在链路冲突，所述链路冲突是指同一时隙内不同信道中存在涉及同一个所述节点设备的链路。相应的,所述装置还包括第二判断单元，用于判断是否全部下行管理路径均被选取。相应的,所述装置还包括第三判断单元，用于判断选取的下行管理路径中的管理链路是否均被选取。相应的,所述装置还包括第三选取单元，用于根据所述传输路径信息，选取一条所述节点设备到所述网关的上行数据路径；第四选取单元，用于按照选取的上行数据路径的方向，选取所述上行数据路径中的一条数据链路；第二获得单元，用于根据超帧循环拼接法，获得为该数据链路预分配的时隙，所述预分配的时隙为所述可用时隙中的一个或多个；第二查询单元，用于查询所述预分配的时隙内是否有空闲信道；第二分配单元，用于当查询到所述预分配的时隙内有空闲信道时，将该预分配的时隙内的空闲信道分配给选取的数据链路；变更单元，用于当查询到所述预分配的时隙内没有空闲信道时，根据时隙顺序，将预分配的时隙之后的可用时隙变为预分配的时隙。相应的，所述装置还包括第四判断单元，用于判断预分配的时隙内是否存在链路冲突。相应的，所述第二获得单元包括第一获得子单元，用于根据上传周期，获得时隙间隔理论值T，并确定超帧长度值sflength ；
第二获得子单元，用于获得时隙间隔近似值T’，所述时隙间隔近似值T’满足与所述超帧长度值sflength的公倍数最小且所述时隙间隔近似值T’与所述时隙间隔理论值T的间隔小于阈值；循环拼接子单元，用于设所述时隙间隔近似值T’与所述超帧长度值sflength的最小公倍数为X，则将m个所述超巾贞进行循环拼接，X、m为正整数,m = X/sf length,设预分配时隙间隔为n，则n = X/T’，η为正整数；第三获得子单元，用于对m个所述超帧循环拼接组成的时隙内，以T’为间隔，分配η次数据链路，获得为该上行数据链路预分配的时隙。相应的，所述装置还包括第五判断单元，用于判断是否全部所述上行数据路径均被选取。相应的，所述装置还包括第六判断单元，用于判断所述选取的上行数据路径中的数据链路是否均被选取。相应的，所述装置还包括第三分配单元，用于·将所述预留时隙分配给所述网关到所述节点设备的控制链路，所述控制链路用于传输控制量。由此可见，本发明具有如下有益效果本发明针对工业无线传感网络采用多信道通信机制等调度通信的特点，提出基于信道优先搜索的预留时隙调度通信方法，能在最少的时隙内完成调度任务，提高链路实时性。按照预设间隔对时隙进行预留，能够为控制链路预留带宽，避免连续多个时隙被挤占导致无法调度实时性要求较高的控制链路，从而在最大程度上保证实时性，并且充分利用时隙，避免通信资源的浪费；同时，对少量新加入的控制链路可以直接调度，避免网络局部变动所导致的全网链路重新分配，节省资源消耗。另外，本发明所提出的超帧循环拼接法可以使定长的数据超帧适应不同数据上传周期，方便管理，实用性强。
图1为本发明工业无线传感网络中调度通信的方法的流程图；图2为工业无线传感网络结构示意图；图3为本发明调度通信模块触发事件图；图4为工业无线传感网络调度通信矩阵示意图；图5为本发明工业无线传感网络调度通信的方法预留时隙调度通信矩阵示意图；图6为本发明工业无线传感网络中调度通信的方法中调度管理路径的一种具体实施例流程图；图7为工业无线传感网络中调度通信的方法中调度数据路径的流程图；图8为本发明工业无线传感网络中调度通信的方法中调度数据路径的一种具体实施例流程图；图9为工业无线传感网络中超帧和时隙的结构示意图；图10为本发明超帧循环拼接法的一种示意图；图11为本发明工业无线传感网络中调度通信的装置的示意图；图12为本发明工业无线传感网络中调度通信的装置在调度管理路径时的一种示意图；图13为本发明工业无线传感网络中调度通信的装置在调度数据路径时的一种示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明实施例作进一步详细的说明。本发明工业无线传感网络中调度通信的方法，提出基于信道优先搜索结合预留时隙的通信调度方法，即优先搜索单个时隙内的空余信道，其目的是根据计算得到的工业无线传感网络的路径信息，为每条传输路径中的每条链路分配合适的链路资源，即为每条传输路径中的每条链路分配合适的信道和时隙。同时，通过设定预设间隔对时隙进行预留，只在可用时隙的信道内安排已知的通信任务，可以保证优先级较高的控制量能够利用预留时隙及时传输。基于上述思想，参见图1所示，本发明工业无线传感网络中调度通信的方法包括以下步骤步骤101 :获得无线传感网络路径更新后的传输路径信息。工业无线传感网络普遍采用无线Mesh网络结构和集中式资源分配架构，参见图2所示，工业无线传感网络一般由网络管理器，网关I及节点设备组成，图中共有10个节点2-11，节点设备可以包括仪表和执行器。网络管理器负责整个网络的路由选择和通信资源分配，以保证全网中节点设备正确路由和无冲突通信。调度通信模块可以运行于网络管理器，以路径更新为触发事件，因此需要首先获得工业无线传感网络路径更新后的传输路径信息。参见图3所示，设备加入请求，邻居设备链路状态报告，Pathfail链路失效报告等类似包含信号强度信息的报告均可以为路径更新的触发事件，其中包含信号强度信息，网络管路器接收到更新的信号强度信息，从而触发路由计算模块，路由计算完成后路由计算模块将路由信息即更新后的传输路径信息发送至调度通信模块，开始本发明后续步骤的调度通信。步骤102 :根据传输路径信息，选取一条网关到节点设备的下行管理路径。步骤103 :按照选取的下行管理路径的方向，选取下行管理路径中的一条管理链路。首先根据传输路径信息，选取一条网关到节点设备的下行管理路径，例如图2中的管理路径网关I到节点11，之后再选取该路径中的各条链路进行链路资源分配，例如需要依次分配网关I到节点4的管理链路、节点4到节点8的管理链路以及节点8到节点11的管理链路。工业无线传感网络工业无线传感网络链路类型大致可分为两类，即管理链路和数据链路，分别用于传输管理命令和周期性上传过程数据，管理链路优先级高于数据链路，所以在调度通信时，优先分配管理链路，再分配数据链路。链路资源包括信道和时隙，在工业无线传感网络中通常采用调度通信矩阵分配链路资源，参见图4所示，矩阵的纵坐标表示信道频率偏移，横坐标表示时隙。 步骤104 :对时隙按照预设间隔进行预留，确定若干个可用时隙。
对时隙进行预留是为了将预留时隙分配给网关到节点设备的控制链路，控制链路用于传输优先级比管理命令高的控制量，可以避免连续多个时隙被已知任务挤占而导致控制量不能及时下发的情况发生。步骤104可以在获得无线传感网络路径更新后的传输路径信息对时隙进行预先预留，也可以在选取了路径或链路后进行。可以采用间隔为I的预留时隙法，例如只在偶数时隙安排通信任务。在具体实施过程中，可以预先估计控制链路所占总链路的大致比例，若控制链路较少，可以采用间隔为2或3的预留时隙法，即确定每三个或每四个连续时隙为可用时隙，再预留一个时隙，以保证链路资源的充分使用，反之若控制链路较多，则可以采用每三个可用时隙预留两个时隙或每四个可用时隙预留三个时隙等方法，需要根据实际网络情况具体确定时隙预留方案，可以尽可能充分地利用时隙，避免通信资源的浪费。步骤105 :根据时隙顺序以及时隙内的信道顺序，依次查询可用时隙内的信道是否空闲，如果是，则将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路，如果否，则根据时隙顺序以及时隙内的信道顺序，依次查询可用时隙内的信道是否空闲。这种基于信道优先的调度通信方法，在使得节点设备响应与网关相连的网络管理器时，时延尽量小且对控制量下发这样的任务能提供足够的时隙资源。即能在最少的时隙内完成调度任务，提高链路实时性。按照预设间隔对时隙进行预留，能够为控制链路预留带宽，避免连续多个时隙被挤占导致无法调度实时性要求较高的控制链路，从而在最大程度上保证实时性；同时，对少量新加入的控制链路可以直接调度，避免网络局部变动所导致的全网链路重新分配，节省资源消耗。另外，在进行链路资源分配时还需要按链路不冲突原则进行，链路冲突是指同一时隙内不同信道中存在涉及同一个节点设备的链路，例如在一时隙的某信道中分配了涉及节点A的链路，则在该时隙内不能再分配涉及节点A的链路，需要为其他涉及节点A的链路分配其他时隙。`因此，在将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路前，还需要判断该可用时隙内是否存在链路冲突，如果是，则根据时隙顺序，依次查询可用时隙内的信道是否空闲，如果否，则将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路。在工业无线传感网络全网的管理路径中链路资源分配，可以根据传输路径信息对下行管理路径逐条进行选取，对每条管理路径中的每条链路进行选取并分配资源。因此，基于上述实施例，还需要根据传输路径信息，选取一条网关到节点设备的下行管理路径前，判断是否全部下行管理路径均被选取，如果是，则管理路径调度通信完成，如果否，则根据传输路径信息，选取一条网关到节点设备的下行管理路径；在选取一条网关到节点设备的下行管理路径后或在将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路后，判断选取的下行管理路径中的管理链路是否均被选取，如果是，则判断是否全部下行管理路径均被选取，如果否，则按照选取的下行管理路径的方向，选取下行管理路径中的一条管理链路。具体的，可以采用预设间隔为I个时隙对时隙进行预留，参见图5所示，假设初始时隙为slotO，可用时隙为偶数时隙，Slot2、Slot4……，由路由计算模块得到无线传感网络路径更新后的传输路径信息后，开始调度管理路径，参见图6所示，在获得无线传感网络路径更新后的传输路径信息后，可以开始进行管理路径调度，利用本发明工业无线传感网络中调度通信的方法对工业无线传感网络中的管理路径进行通信调度的一种具体实施过程如下步骤201 :判断是否全部下行管理路径均被选取，如果是，则管理路径调度通信完成，如果否，进入步骤202 ；步骤202 :根据传输路径信息，选取一条网关到节点设备的下行管理路径；步骤203 :判断选取的下行管理路径中的管理链路是否均被选取，如果是，返回步骤201，如果否，进入步骤204 ；步骤204 :按照选取的下行管理路径的方向，选取下行管理路径中的一条管理链路；步骤205 :根据时隙顺序以及时隙内的信道顺序，依次查询可用时隙内的信道是否空闲，如果是，进入步骤206，如果否，返回步骤205，即继续按时隙内信道顺序向后查询时隙内的其他信道是否空闲，若时隙内的信道全部被占用，则继续查询下一个时隙的使用状态；步骤206 :判断该可用时隙内是否存在链路冲突，如果是，返回步骤205，即该可以时隙存在链路冲突时需要继续查询下一个时隙的使用情况，如果否，进入步骤207 ；步骤207 :将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路，并返回步骤203。在管理路径调度通信完成后， 则可以开始数据路径的调度通信，参见图7所示，本发明还可以包括以下步骤步骤301 :根据传输路径信息，选取一条节点设备到网关的上行数据路径；步骤302 :按照选取的上行数据路径的方向，选取上行数据路径中的一条数据链路；步骤303 :根据超帧循环拼接法，获得为该数据链路预分配的时隙，预分配的时隙为可用时隙中的一个或多个；步骤304:查询预分配的时隙内是否有空闲信道，如果是，则将该预分配的时隙内的空闲信道分配给选取的数据链路，如果否，则根据时隙顺序，将预分配的时隙之后的可用时隙变为预分配的时隙，并查询预分配的时隙内是否有空闲信道。对数据链路进行链路资源时同样需要符合链路不冲突原则进行，因此在将该预分配的时隙内的空闲信道分配给选取的数据链路前，判断预分配的时隙内是否存在链路冲突，如果是，则根据时隙顺序，将预分配的时隙之后的可用时隙变为预分配的时隙，并查询预分配的时隙内是否有空闲信道，如果否，将该预分配的时隙内的空闲信道分配给选取的数据链路。和调度管理路径类似，在工业无线传感网络全网的数据路径中链路资源分配，可以根据传输路径信息对上行数据路径逐条进行选取，对每条数据路径中的每条链路进行选取并分配资源。因此，基于上述实施例，还需要首先根据传输路径信息，判断是否全部上行数据路径均被选取，如果是，则数据路径调度通信完成，如果否，则根据传输路径信息，选取一条节点设备到网关的上行数据路径。在选取一条节点设备到网关的上行数据路径后或将该预分配的时隙内的空闲信道分配给选取的数据链路后，判断选取的上行数据路径中的数据链路是否均被选取，如果是，则判断是否全部上行数据路径均被选取，如果否，则按照选取的上行数据路径的方向，选取上行数据路径中的一条数据链路。
在管理路径调度通信完成后，可以开始调度数据路径，参见图8所示，利用本发明工业无线传感网络中调度通信的方法对工业无线传感网络中的数据路径进行通信调度的一种具体实施过程如下步骤401 :根据传输路径信息，判断是否全部上行数据路径均被选取，如果是，数据路径调度通信完成，如果否，进入步骤402 ；步骤402 :根据传输路径信息，选取一条节点设备到网关的上行数据路径；步骤403 :判断选取的上行数据路径中的数据链路是否均被选取，如果是，返回步骤401，如果否，进入步骤404 ；步骤404:按照选取的上行数据路径的方向，选取上行数据路径中的一条数据链路；步骤405 :根据超帧循环拼接法，获得为该数据链路预分配的时隙，预分配的时隙为可用时隙中的一个或多个；步骤406 :查询预分配的时隙内是否有空闲信道，如果是，进入步骤407，如果否，进入步骤408 ；步骤407 :判断预分配的时隙内是否存在链路冲突，如果是，进入步骤408，如果否，进入步骤409 ；步骤408 :根据时隙顺序，将预分配的时隙之后的可用时隙变为预分配的时隙，并返回步骤406步骤409 :将该预分配的时隙内的空闲信道分配给选取的数据链路，并返回步骤403。 在上述实施例中，根据超帧循环拼接法，获得为该数据链路预分配的时隙，具体的过程可以为根据上传周期，获得时隙间隔理论值T，并确定超帧长度值sflength;获得时隙间隔近似值T’，时隙间隔近似值T’满足与超帧长度值sflength的公倍数最小且时隙间隔近似值T’与时隙间隔理论值T的间隔小于阈值；设时隙间隔近似值T’与超帧长度值sflength的最小公倍数为X，则将m个超帧进行循环拼接，x> m为正整数，m = X/sf length,设预分配时隙间隔为η,则η = Χ/Τ’, η为正整数；对m个超帧循环拼接组成的时隙内，以T’为间隔，分配η次数据链路，获得为该上行数据链路预分配的时隙。工业无线传感网络的链路资源以超帧(superframe)的形式组织。超帧是一组循环出现的时隙的集合，(以无线HART为例，每个时隙长度为10ms)，超帧的长度即超帧包含时隙的数目，它决定了超帧循环的速度。超帧和时隙的结构，可以参见图9所示。工业无线传感网络中，为了管理方便，一般采用固定长度的超帧，但是，因为节点仪表数据上传周期不同，对不同的上传周期都分配一种长度的超帧，不便于管理。为了使周期性发送的定长超帧(超帧长度可以记为sflength)契合数据不同上传周期(其时隙间隔数可以记为T)的需求，可以采用本发明的一种超帧循环拼接的策略。其思想是找到一个与数据上传周期较近似的值(其时隙间隔数可以记为T’)，T可按照使Τ’与超帧长度sflength最小公倍数最小的原则求取，T与T’最好相差在50个时隙内，即T’为以下问题的最优值。min [T’，sflength]s. t IT’ -TI <50然后按该值和超帧长度的最小公倍数得到超帧拼接时隙数，以此作为数据上传的多个周期。即sflength * m = Τ，* η(|Τ，_Τ| < 50)由此将m个sflength长度的超帧进行循环拼接组成超帧组，超帧组同样以超帧形式循环发送。在其中以T’为间隔分配η次上行链路，达到近似以周期T上传数据的目标。下面以一个具体实例来说明超帧循环拼接法以超帧长度1024个时隙为例，若数据链路指定上传周期为8s，以无线HART为例每个时隙为IOm S，需要每隔800个时隙分配一次链路，即T = 800。按上述方法取800的近似值，即 T = 768，使得1024 * 3 = 768 * 4 = 3072 ；所以将三个有1024个时隙的超帧进行循环拼接，在总共3072个时隙的超帧组内，以768为间隔分配4次上行链路，参见图10所示，可以分别是超帧(superframe) I的时隙0，超中贞(superframe) I白勺时隙768,超中贞(superframe) 2白勺时隙512,超中贞(superframe) 3的时隙256，由此达到近似8s上传周期的效果。依照上述方法可以即可以获得为数据链路预分配的时隙。这样，本发明针对工业无线传感网络采用多信道通信机制等调度通信的特点，提出基于信道优先搜索的预留时隙调度通信方法，能在最少的时隙内完成调度任务，提高链路实时性。按照预设间隔对时隙进行预留，能够为控制链路预留带宽，避免连续多个时隙被挤占导致无法调度实时 性要求较高的控制链路，从而在最大程度上保证实时性；同时，对少量新加入的控制链路可以直接调度，避免网络局部变动所导致的全网链路重新分配，节省资源消耗。另外，本发明所提出的超帧循环拼接法可以使定长的数据超帧适应不同数据上传周期，方便管理，实用性强。相应的，本发明还提供一种工业无线传感网络中调度通信的装置，参见图11所示，该装置可以包括第一获得单元501，用于获得工业无线传感网络路径更新后的传输路径信息；第一选取单元502，用于根据传输路径信息，选取一条网关到节点设备的下行管理路径；第二选取单元503，用于按照选取的下行管理路径的方向，选取下行管理路径中的一条管理链路；确定单元504，用于对时隙按照预设间隔进行预留，确定若干个可用时隙；第一查询单元505，用于根据时隙顺序以及时隙内的信道顺序，依次查询可用时隙内的信道是否空闲；第一分配单元506，用于当查询到可用时隙内的信道有空闲时，将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路。参见图12所示，本发明一种工业无线传感网络中调度通信的装置在进行管理路径调度时，还可以包括第一判断单元507，用于判断该可用时隙内是否存在链路冲突，链路冲突是指同一时隙内不同信道中存在涉及同一个节点设备的链路。第二判断单元508，用于判断是否全部下行管理路径均被选取。第三判断单元509，用于判断选取的下行管理路径中的管理链路是否均被选取。在第二判断单元判断全部下行管理路径均被选取后，即管理链路调度完成后，可以进行数据路径调度，参见图13所示，本发明一种工业无线传感网络中调度通信的装置还可以包括第三选取单元601，用于根据传输路径信息，选取一条节点设备到网关的上行数据路径；第四选取单元602，用于按照选取的上行数据路径的方向，选取上行数据路径中的一条数据链路；第二获得单元603，用于根据超帧循环拼接法，获得为该数据链路预分配的时隙，预分配的时隙为可用时隙中的一个或多个；第二查询单元604，用于查询预分配的时隙内是否有空闲信道；
第二分配单元605，用于当查询到预分配的时隙内有空闲信道时，将该预分配的时隙内的空闲信道分配给选取的数据链路；变更单元606，用于当查询到预分配的时隙内没有空闲信道时，根据时隙顺序，将预分配的时隙之后的可用时隙变为预分配的时隙。基于上述实施例，一种工业无线传感网络中调度通信的装置用于数据路径调度时还可以包括第四判断单元607，用于判断预分配的时隙内是否存在链路冲突。第五判断单元608，用于判断是否全部上行数据路径均被选取。第六判断单元609，用于判断选取的上行数据路径中的数据链路是否均被选取。另外，预留时隙可以用于控制量的传输，因此，本发明一种工业无线传感网络中调度通信的装置还可以包括第三分配单元，用于将预留时隙分配给网关到节点设备的控制链路，控制链路用于传输控制量。本发明可以采用超帧循环拼接法，获得为数据链路预分配的时隙，因此第二获得单元603可以包括第一获得子单元，用于根据上传周期，获得时隙间隔理论值T，并确定超帧长度值sflength ；第二获得子单元，用于获得时隙间隔近似值T’，时隙间隔近似值T’满足与超帧长度值sflength的公倍数最小且时隙间隔近似值T’与时隙间隔理论值T的间隔小于阈值；循环拼接子单元，用于设时隙间隔近似值T’与超帧长度值sflength的最小公倍数为X，则将m个超帧进行循环拼接，x、m为正整数，m = X/sf length，设预分配时隙间隔为n，则n = X/T’，n为正整数；第三获得子单元，用于对m个超帧循环拼接组成的时隙内，以Τ’为间隔，分配η次数据链路，获得为该上行数据链路预分配的时隙。这样，本发明针对工业无线传感网络采用多信道通信机制等调度通信的特点，提出基于信道优先搜索的预留时隙调度通信方法，能在最少的时隙内完成调度任务，提高链路实时性。按照预设间隔对时隙进行预留，能够为控制链路预留带宽，避免连续多个时隙被挤占导致无法调度实时性要求较高的控制链路，从而在最大程度上保证实时性；同时，对少量新加入的控制链路可以直接调度，避免网络局部变动所导致的全网链路重新分配，节省资源消耗。另外，本发明所提出的超帧循环拼接法可以使定长的数据超帧适应不同数据上传周期，方便管理，实用性强。需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。结合本文 中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种工业无线传感网络中调度通信的方法，其特征在于，所述方法包括 获得所述工业无线传感网络路径更新后的传输路径信息； 根据所述传输路径信息，选取一条网关到节点设备的下行管理路径； 按照选取的下行管理路径的方向，选取所述下行管理路径中的一条管理链路； 对时隙按照预设间隔进行预留，确定若干个可用时隙； 根据时隙顺序以及时隙内的信道顺序，依次查询所述可用时隙内的信道是否空闲，如果是，则将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路，如果否，则根据时隙顺序以及时隙内的信道顺序，依次查询所述可用时隙内的信道是否空闲。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路前，所述方法还包括 判断该可用时隙内是否存在链路冲突，所述链路冲突是指同一时隙内不同信道中存在涉及同一个所述节点设备的链路，如果是，则根据时隙顺序，依次查询所述可用时隙内的信道是否空闲，如果否，则将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述根据所述传输路径信息，选取一条网关到节点设备的下行管理路径前，所述方法还包括 判断是否全部下行管理路径均被选取，如果是，则管理路径调度通信完成，如果否，则根据所述传输路径信息，选取一条网关到节点设备的下行管理路径。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述选取一条网关到节点设备的下行管理路径后或在所述将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路后，所述方法还包括 判断选取的下行管理路径中的管理链路是否均被选取，如果是，则判断是否全部所述下行管理路径均被选取，如果否，则按照选取的下行管理路径的方向，选取所述下行管理路径中的一条管理链路。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，管理路径调度通信完成后，所述方法还包括 根据所述传输路径信息，选取一条所述节点设备到所述网关的上行数据路径； 按照选取的上行数据路径的方向，选取所述上行数据路径中的一条数据链路； 根据超帧循环拼接法，获得为该数据链路预分配的时隙，所述预分配的时隙为所述可用时隙中的一个或多个； 查询所述预分配的时隙内是否有空闲信道，如果是，则将该预分配的时隙内的空闲信道分配给选取的数据链路，如果否，则根据时隙顺序，将预分配的时隙之后的可用时隙变为预分配的时隙，并查询所述预分配的时隙内是否有空闲信道。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述将该预分配的时隙内的空闲信道分配给选取的数据链路前，所述方法还包括 判断预分配的时隙内是否存在链路冲突，如果是，则根据时隙顺序，将预分配的时隙之后的可用时隙变为预分配的时隙，并查询所述预分配的时隙内是否有空闲信道，如果否，将该预分配的时隙内的空闲信道分配给选取的数据链路。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据超帧循环拼接法，获得为该数据链路预分配的时隙，包括 根据上传周期，获得时隙间隔理论值T，并确定超帧长度值sflength ；获得时隙间隔近似值T’，所述时隙间隔近似值T’满足与所述超帧长度值Sflength的公倍数最小且所述时隙间隔近似值T’与所述时隙间隔理论值T的间隔小于阈值； 设所述时隙间隔近似值T’与所述超帧长度值sflength的最小公倍数为X，则将m个所述超巾贞进行循环拼接，X、m为正整数,m = X/sf length,设预分配时隙间隔为η,则η = X/Τ’，η为正整数; 对m个所述超帧循环拼接组成的时隙内，以T’为间隔，分配η次数据链路，获得为该上行数据链路预分配的时隙。
8.根据权利要求5-7任一项所述的方法，其特征在于，在所述根据所述传输路径信息，选取一条所述节点设备到所述网关的上行数据路径前，所述方法还包括 判断是否全部所述上行数据路径均被选取，如果是，则数据路径调度通信完成，如果否，则根据所述传输路径信息，选取一条所述节点设备到所述网关的上行数据路径。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述选取一条所述节点设备到所述网关的上行数据路径后或所述将该预分配的时隙内的空闲信道分配给选取的数据链路后，所述方法还包括 判断所述选取的上行数据路径中的数据链路是否均被选取，如果是，则判断是否全部所述上行数据路径均被选取，如果否，则按照选取的上行数据路径的方向，选取所述上行数据路径中的一条数据链路。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 将所述预留时隙分配给所述网关到所述节点设备的控制链路，所述控制链路用于传输控制量。
11.一种工业无线传感网络中调度通信的装置，其特征在于，所述装置包括 第一获得单元，用于获得所述工业无线传感网络路径更新后的传输路径信息； 第一选取单元，用于根据所述传输路径信息，选取一条网关到节点设备的下行管理路径; 第二选取单元，用于按照选取的下行管理路径的方向，选取所述下行管理路径中的一条管理链路； 确定单元，用于对时隙按照预设间隔进行预留，确定若干个可用时隙； 第一查询单元，用于根据时隙顺序以及时隙内的信道顺序，依次查询所述可用时隙内的信道是否空闲； 第一分配单元，用于当查询到所述可用时隙内的信道有空闲时，将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括 第一判断单元，用于判断该可用时隙内是否存在链路冲突，所述链路冲突是指同一时隙内不同信道中存在涉及同一个所述节点设备的链路。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述装置还包括 第二判断单元，用于判断是否全部下行管理路径均被选取。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置还包括 第三判断单元，用于判断选取的下行管理路径中的管理链路是否均被选取。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第三选取单元，用于根据所述传输路径信息，选取一条所述节点设备到所述网关的上行数据路径； 第四选取单元，用于按照选取的上行数据路径的方向，选取所述上行数据路径中的一条数据链路； 第二获得单元，用于根据超帧循环拼接法，获得为该数据链路预分配的时隙，所述预分配的时隙为所述可用时隙中的一个或多个； 第二查询单元，用于查询所述预分配的时隙内是否有空闲信道； 第二分配单元，用于当查询到所述预分配的时隙内有空闲信道时，将该预分配的时隙内的空闲信道分配给选取的数据链路； 变更单元，用于当查询到所述预分配的时隙内没有空闲信道时，根据时隙顺序，将预分配的时隙之后的可用时隙变为预分配的时隙。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述装置还包括 第四判断单元，用于判断预分配的时隙内是否存在链路冲突。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述第二获得单元包括 第一获得子单元，用于根据上传周期，获得时隙间隔理论值T，并确定超帧长度值sflength ； 第二获得子单元，用于获得时隙间隔近似值T’，所述时隙间隔近似值T’满足与所述超帧长度值Sflength的公倍数最小且所述时隙间隔近似值T’与所述时隙间隔理论值T的间隔小于阈值； 循环拼接子单元，用于设所述时隙间隔近似值T’与所述超帧长度值sflengt h的最小公倍数为X，则将m个所述超巾贞进行循环拼接，X、m为正整数,m = X/sf length,设预分配时隙间隔为η,则η = Χ/Τ，，η为正整数； 第三获得子单元，用于对m个所述超帧循环拼接组成的时隙内，以T’为间隔，分配η次数据链路，获得为该上行数据链路预分配的时隙。
18.根据权利要求15-17任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括 第五判断单元，用于判断是否全部所述上行数据路径均被选取。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述装置还包括 第六判断单元，用于判断所述选取的上行数据路径中的数据链路是否均被选取。
20.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括 第三分配单元，用于将所述预留时隙分配给所述网关到所述节点设备的控制链路，所述控制链路用于传输控制量。
全文摘要
本发明公开了一种工业无线传感网络中调度通信的方法，针对工业无线传感网络中的调度通信及资源分配，该方法包括获得工业无线传感网络路径更新后的传输路径信息；根据传输路径信息，选取一条网关到节点设备的下行管理路径；按照选取的下行管理路径的方向，选取下行管理路径中的一条管理链路；对时隙按照预设间隔进行预留，确定若干个可用时隙；根据时隙顺序以及时隙内的信道顺序，依次查询可用时隙内的信道是否空闲，如果是，则将该时隙内的该信道分配给选取的管理链路，如果否，则根据时隙顺序以及时隙内的信道顺序，依次查询可用时隙内的信道是否空闲。本发明还公开了一种工业无线传感网络中调度通信的装置。
文档编号H04W72/12GK103052127SQ20121059234
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者钟晨, 何之栋, 张健, 韦光辉 申请人:浙江中控技术股份有限公司