时隙分配方法与流程

本发明涉及一种时隙分配方法。

背景技术：

众所周知，物联网通信系统用于实现将传感器等信息采集装置采集到的数据传送至云端，它主要包含复数个节点和网关两部分。其中，节点与传感器一一对应连接，从而保证传感器采集到的数据通过节点都能够汇聚到网关中。这样，每个传感器与网关之间都能够通过至少一个节点形成一条通信路径。

为了确保所有的节点都能够将对应的数据发送至网关，由网关来给节点分配相应的发送用时隙和接收用时隙。目前，网关给节点分配时隙通常采用顺序分配的方法，具体分配过程如下：

首先，假设一个超帧是2s，一个时隙是10ms，那么一个超帧就可分为200个时隙，时隙的序号依次记为0～199。另外，为了避免相邻时隙间的干扰，需预留50％的空闲时隙，这里将奇数序号的时隙作为空闲时隙，将偶数序号的时隙分配给节点使用。

进一步，在依次由网关、节点1、2、3组成的一条通信路径中，分配给节点1与网关通信的接收用时隙的序号为“0”、发送用时隙为“2”，分配给节点2与节点1通信的接收用时隙为“4”、发送用时隙为“6”，分配给节点3与节点2通信的接收用时隙为“8”、发送用时隙为“10”。

这种顺序分配时隙的方法虽然简单，但是却存在很大的问题：

在节点3将传感器采集到的数据发送给网关的过程中，需要经过节点2、节点1依次进行转发，从而发送至网关。基于上述时隙分配结果，整个通信过程依次使用序号为“10”，“6”，“2”的发送用时隙。这样，每跳通信都无法在当前超帧内完成，需要等到下一个超帧，通信需要时间很长，而且容易导致节点的buffer空间发生溢出。另外，随着入网的节点数的增多，问题会更加严重，而这无疑会很大程度上制约整个网络的通信性能、进而影响整个网络的稳定性。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够缩短节点响应时间，实现节点与网关之间的快速通信，从而提高网络通信性能以及整个网络的稳定性的时隙分配方法。

本发明提供了一种时隙分配方法，对用于实现复数个信息采集装置与网关之间进行通信的复数个节点进行时隙分配，复数个节点与复数个信息采集装置一一对应连接，每个信息采集装置与网关之间都通过至少一个节点形成一条通信路径，其特征在于：在包含有至少两个节点的通信路径中，基于网关至信息采集装置的数据流向对应的方向，该通信路径所包含的所有的节点的发送用时隙的序号依次递减、并且接收用时隙的序号依次递增。

在本发明提供的时隙分配方法中，还可以具有这样的特征：其中，基于数据流向对应的方向，将通信路径中的第一个节点作为首节点，将最后一个节点作为尾节点，将从首节点开始到尾节点为止依次相连的所有的节点分配到的发送用时隙的序号依次表示为T1至TN，接收用时隙的序号依次表示为R1至RN，则，T1＞……＞TN，R1<……<RN。

在本发明提供的时隙分配方法中，还可以具有这样的特征：从首节点至尾节点，发送用时隙的序号成等差数列排列，接收用时隙的序号也成等差数列排列。

在本发明提供的时隙分配方法中，还可以具有这样的特征：从首节点至尾节点，发送用时隙的序号成非等差数列排列，接收用时隙的序号也成非等差数列排列。

在本发明提供的时隙分配方法中，还可以具有这样的特征：从首节点至尾节点，发送用时隙的序号成等差数列排列，接收用时隙的序号也成等差数列排列，并且公差都为2。

在本发明提供的时隙分配方法中，还可以具有这样的特征：在同一条通信路径中，相邻的两个节点之间间隔的时隙都作为空闲时隙。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的时隙分配方法，因为在通信路径中，基于网关至信息采集装置的数据流向对应的方向，所有的节点的发送用时隙的序号依次递减、并且接收用时隙的序号依次递增，这样，无论是在信息采集装置通过节点将信息传送给网关的过程中，还是在网关将信息通过节点将信息传送给信息采集装置的过程中，每跳通信用都能够在当前超帧内完成，有效缩短了节点响应时间，并且无论入网节点数多少，整个通信过程都能够在一个超帧内完成，实现了节点与网关之间的快速通信，并且避免了节点buffer空间溢出，从而能够显著地提高整个网络的通信性能和稳定性。

附图说明

图1是本发明的实施例中物联网系统的结构示意图；

图2是本发明的实施例中时隙分配情况的示意图；

图3是本发明的实施例中第四通信路径的连接关系示意图；以及

图4是本发明的变形例中时隙分配情况的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明涉及的时隙分配方法作具体阐述。

在实施例中，以农业智能大棚的物联网系统为例进行详细说明。

<实施例>

图1是本发明的实施例中物联网系统的结构示意图。

如图1所示，物联网系统1000包括大棚200、用于实现对该大棚200进行监控的物联网通信子系统100、以及与物联网通信子系统100通过第一通信网络300相通信连接的客户端400。

在本实施例中，大棚200用于进行农业生产。为了使大棚200所形成的空间中的农作物或植物生长良好，在大棚200中安装有灌溉采集控制阀210、湿度传感器220、光照传感器230、空气质量传感器240、温度传感器250、一氧化碳传感器260、二氧化碳传感器270以及乙烯传感器280，这八个传感器作为信息采集装置，用于实时采集大棚200所形成的内环境的灌溉状态信息、湿度状态信息、光照状态信息、空气质量状态信息、温度状态信息、一氧化碳浓度状态信息、二氧化碳浓度状态信息以及乙烯浓度状态信息等运行数据信息，并根据接收到的控制信号，执行相应的操作。

物联网通信子系统100用于实现对大棚200的各种运行数据信息进行远程通信。它包含八个节点101、一个网关102以及通过第二通信网络103与网关102相通信连接的云处理终端104。

八个节点101与大棚200中的八个信息采集装置一一对应连接，能够将这些信息采集装置采集到的各种运行数据信息汇聚到网关102中。每个节点101集成了符合WirelessHRrt协议标准射频收发器和微处理器，开始工作后，八个节点101之间可自动组成网络结构，并且基于预先设定的通信规则与网关102之间进行通信。

为了实现八个节点101与网关102的通信，网关102需要为这八个节点101分配时隙，进一步网关102还能够对接收到的运行数据信息进行协议转换，最后，通过第二通信网络103将转换后的运行数据信息发送至云处理终端104中。在本实施例中，第二通信网络103可以为WIFI网络、2G通信网络、3G通信网络或以太网等通信网络。

云处理终端104一方面通过第二通信网络103接收网关102发送来的运行数据信息，并对该运行数据信息进行存储、分析等预先设定的处理。另一方面，通过第一通信网络300与客户端400相通信连接。

客户端400通过第一通信网络300与云处理终端104进行通信，能够访问云处理终端104所接收到的运行数据信息，从而让客户实时监控大棚200的所有运行数据信息。在本实施例中，客户端400为PC机；第一通信网络300可以为WIFI网络、2G通信网络、3G通信网络或以太网等通信网络。

另外，客户还可以通过客户端400发送与运行数据信息相对应的控制信息至云处理终端104，云处理终端104通过第二通信网络103将接收到的控制信息发送至网关102，网关102基于预定通信规则将接收到的控制信息发送至相对应的节点101，节点101将该控制信息传输给相应的信息采集装置，使得大棚200执行与该控制信息相对应的操作。这里，控制信息的形式为电磁波信息。

下面，就网关102对八个节点101分配接收用时隙和发送用时隙，从而实现与灌溉采集控制阀210、湿度传感器220、光照传感器230、空气质量传感器240以及温度传感器250、一氧化碳传感器260、二氧化碳传感器270以及乙烯传感器280这八个信息采集装置之间进行信息接收和信息发送过程进行详细说明。

将这八个节点101分别记为：节点101-1到节点101-8。

本实施例中，如图1所示，节点101-1和节点101-2都与网关102通信相连，能够与网关102直接进行信息交互，节点101-3和节点101-4都与节点101-1通信相连，节点101-5和节点101-6都与节点101-2通信相连，节点101-7和节点101-8都与节点101-4通信相连，并且，节点1、节点2、节点101-3、节点4、节点101-5、节点101-6、节点101-7以及节点101-8还分别与灌溉采集控制阀210、湿度传感器220、光照传感器230、空气质量传感器240、温度传感器250、一氧化碳传感器260、二氧化碳传感器270以及乙烯传感器280通信相连，通过这样的连接，形成了八条通信路径，分别为：

由网关102、节点101-1以及灌溉采集控制阀210组成的第一通信路径；

由网关102、节点101-1、节点101-3以及光照传感器230组成的第二通信路径；

由网关102、节点101-1、节点101-4以及空气质量传感器240组成的第三通信路径；

由网关102、节点101-1、节点101-4、节点101-7以及二氧化碳传感器270组成的第四通信路径；

由网关102、节点101-1、节点101-4、节点101-8以及乙烯传感器280组成的第五通信路径；

由网关102、节点101-2以及湿度传感器220组成的第六通信路径；

由网关102、节点101-2、节点101-5以及温度传感器250组成的第七通信路径；

由网关102、节点101-2、节点101-6以及一氧化碳传感器260组成的第八通信路径。

为了实现节点101与网关102之间的通信，网关将时隙分配给这八个节点101，按照本实施例的分配方法，如下分配：

首先，在本实施例中，一个超帧也是2s，一个时隙是10ms，一个超帧可分为200个时隙，时隙的序号依次记为0～199，为了避免相邻时隙间的干扰，将奇数序号的时隙作为空闲时隙，将偶数序号的时隙分配给节点使用。

图2是本发明的实施例中时隙分配情况的示意图；图3是本发明的实施例中第四通信路径的连接关系示意图。

进一步，如图2和3所示，以第四通信路径为例，在该通信路径中，基于从网关102至二氧化碳传感器270的数据流向对应的方向，将节点101-1作为首节点，将节点101-7作为尾节点，分配给节点101-1与网关102通信的接收用时隙的序号为“0”，发送用时隙的序号为“198”；分配给节点101-4与节点101-1通信的接收用时隙序号为“6”，发送用时隙的序号为“192”；分配给节点101-7与节点101-4通信的接收用时隙序号为“12”，发送用时隙的序号为“186”。从而使得从首节点101-1到尾节点101-7，接收用时隙的序号“0”、“6”、“12”满足依次递增的要求，发送用时隙的序号“198”、“192”、“186”满足依次递减的要求。

基于上述时隙分配结果，在节点101-7将二氧化碳传感器270采集到的二氧化碳浓度状态信息发送给网关102的过程中，需要经过节点101-4和节点101-1依次进行转发。整个通信过程中，依次使用序号为“198”、“192”、“186”的发送用时隙，每跳的时长为60ms，通信过程的总时长为120ms。

另外，在节点101-1将网关102接收到的二氧化碳浓度控制信息发送给二氧化碳传感器270的过程中，需要经过节点101-4和节点101-7依次进行转发。整个通信过程中，依次使用序号为“0”、“6”、“12”的接收用时隙，每跳时也长为60ms，通信过程的总时长为120ms。

由上可知，在第四通信路径上，无论是通过节点将二氧化碳传感器270采集到的运行数据信息发送给网关102的通信过程，还是通过节点将网关102接收到的控制信息发送给二氧化碳传感器270的通信过程，每跳通信都能够在当前超帧内完成，并且通信总时长都小于一个超帧，即、通信过程都能够在一个超帧内完成。

同理，如图1和2所示，在其它通信路径上，时隙分配情况也满足从首节点到尾节点，接收用时隙的序号依次递增，发送用时隙的序号依次递减的要求，因此这些通信路径上，每跳通信都能够在当前超帧内完成，进而通信过程都能够在一个超帧内完成。

下面，基于上述具体结构，以第四通信路径为例，阐述物联网通信子系统100的通信处理过程。

发送过程：

当二氧化碳传感器270采集到二氧化碳浓度状态信息后，将该信息发送给节点101-7。

然后，由节点101-4和101-1将二氧化碳浓度状态信息以电磁波信号的形式顺次进行发送，并最终发送至网关102；

最后，网关102对接收到的电磁波信号进行协议转换、并通过第二通信网络103将转换后的电磁波信号发送至云处理终端104中。

接收过程：

客户端400通过第一通信网络300将与二氧化碳浓度状态信息相对应的控制信息以电磁波信号的形式发送至云处理终端104；

然后，云处理终端104通过第二通信网络103将二氧化碳浓度控制信息发送至网关102中；

再由，网关102基于预定通信规则将该控制信息发送至节点101-1；

接着，由节点101-1、节点101-4和101-7将控制信息以电磁波信号的形式顺次进行发送，并最终发送至二氧化碳传感器270中；

最后，由二氧化碳传感器270基于接收到的控制信息控制执行相应的操作。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及时隙分配方法，因为在每条通信路径中，沿着从首节点到尾节点的方向，发送用时隙的序号依次递减，接收用时隙的序号依次递增，所以，有效地缩短了节点响应时间，并且使得每条通信路径中的两个通信过程都能够在一个超帧内完成，实现了节点与网关之间的快速通信，并且避免了节点buffer空间溢出，从而能够显著地提高整个网络的通信性能和稳定性。

<变形例>

以下是对变形例的说明。

在本变形例中，对于和实施例中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

本变形例的物联网系统的结构和连接关系与实施例中描述的物联网系统1000一样，区别仅在于具体的时隙分配方法。

下面，就与实施例相比，本变形例中网关给八个节点101分配的接收用时隙和发送用时隙的区别之处进行说明。

图4是本发明的变形例中时隙分配情况的示意图。

如图4所示，以第四通信路径为例：基于从网关至二氧化碳传感器270的数据流向对应的方向，将节点101-1作为首节点，将节点101-7作为尾节点，分配给节点101-1与网关通信的接收用时隙的序号为“0”，发送用时隙的序号为“198”；分配给节点101-4与节点101-1通信的接收用时隙序号为“4”，发送用时隙的序号为“194”；分配给节点101-7与节点101-4通信的接收用时隙序号为“6”，发送用时隙的序号为“192”。从而使得从首节点101-1到尾节点101-7，接收用时隙的序号“0”、“4”、“6”满足依次递增的要求，发送用时隙的序号“198”、“194”、“192”符合依次递减的要求。

基于上述时隙分配结果，在节点101-7将二氧化碳传感器270采集到的二氧化碳浓度状态信息发送给网关102的过程中，需要经过节点101-4、节点101-1依次进行转发。整个通信过程中，依次使用序号为“198”、“194”、“192”的发送用时隙，其中，第一跳的时长为40ms、第二跳的时长为20ms，通信过程的总时长为60ms。

另外，在节点101-1将网关102接收到的二氧化碳浓度控制信息发送给二氧化碳传感器270的过程中，需要经过节点101-4、节点101-7依次进行转发。整个通信过程中，依次使用序号为“0”、“4”、“6”的接收用时隙，其中，第一跳的时长为40ms、第二跳的时长为20ms，通信过程的总时长为60ms。

由上可知，在第四通信路径上，每跳通信都能够在当前超帧内完成，进而通信过程能够在一个超帧内完成。

同理，如图4所示，在其它通信路径上，时隙分配情况也符合从首节点到尾节点，接收用时隙的序号依次递增，发送用时隙的序号依次递减的规律，因而这些通信路径上，每跳通信都能够在当前超帧内完成，并且通信过程也都能够在一个超帧内完成。

变形例的作用与效果

根据本变形例所涉及时隙分配方法，因为与实施例中一样，也满足要求：在每条通信路径中，沿着从首节点到尾节点的方向，发送用时隙的序号依次递减，接收用时隙的序号依次递增，所以，本变形例也能够获得与实施例相同的作用与效果。

上述实施例和变形例仅仅为本发明的两种实施方式，并不用来限制本发明的保护范围。

在上述两种实施方式中，如图2和4所示，各列举出了一种具体的时隙分配方法，本发明的时隙分配方法并不限于此，只要满足每条通信路径中，从首节点至尾节点，接收用时隙依次升序排列，发送用时隙依次降序排列的要求就可以。

在上述两种实施方式中，通信单元与网关之间都为无线通信连接，而在本发明提供的节点中，通信单元与网关之间还可以为有线连接。

在上述两种实施方式中，客户端都为PC机，而在本发明的节点中，客户端还可以为移动通信装置，例如智能手机或平板电脑等。