无线通信多跳网络链状及树状拓扑结构的链路休眠方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线通信多跳网络链状及树状拓扑结构的链路休眠方法，属于无线通信领域。
技术背景
[0002]无线链状通信系统针对通信区域呈链状或者树状拓扑的应用场景而设计，在犹如石油公路、江河湖泊、边防周界等需要带状覆盖的应用场景下有着其独特的优势，目前有着广泛的市场需求。
[0003]带宽利用率是无线通信系统的一个重要指标。在链状及树状拓扑结构中，若在某一个分段区域上(连续几个节点组成的区域)在一段时间内没有业务数据传输时，该分段区域的空闲流量损失会比较严重，因此需要考虑采用一定的休眠机制。
【发明内容】
[0004]本发明提出了一种无线通信多跳网络链状及树状拓扑结构的链路休眠方法，能够使得部分链路在一段时间内没有业务数据传输时能够进入休眠状态，以此来解决空闲流量损失的冋题。
[0005]所述休眠方法为:在通信过程中，若发现链路中的某一分段区域在设定时间内没有业务数据交互时，就让该分段区域的链路上数据通路关闭，进入局部休眠状态，所述分段区域的休眠不影响链路上其他节点设备的业务传输。
[0006]是否满足休眠条件的判断方法为:当主控节点发现自身与某从节点在一定时间内双向都没有数据传输时，所述主控节点到从节点之间的链路就进入局部休眠状态。
[0007]使链路进入休眠状态的消息交互方法为:主控节点向从节点发送一个带有休眠时长的休眠帧，然后主控节点和从节点通过握手重传机制进行消息确认后分别进入休眠状态；在休眠时长结束后，主控节点和从节点重新醒来恢复通信。
[0008]从节点在接收到休眠帧后，向主控节点回送一个收到该休眠帧的应答消息，再进入休眠状态，主控节点在收到该应答消息后也进入休眠状态。若主控节点在向从节点重传设定次数休眠帧消息后，仍然没有收到从节点回送的应答信息，那么主控节点也进入休眠状态。
[0009]具体的，所述休眠帧至少包括以下几个部分:源节点ID、目的节点ID、帧类型、休眠时长，所述帧类型能够显示该帧是否为休眠帧。
[0010]本发明的优点是:在无线通信系统中，若节点间没有业务数据的传输时，关闭该分段区域的数据通路，能够有效的减少流量的损耗，同时也能够提高系统的利用率。
【附图说明】
[0011]图1是链状拓扑结构示意图。
[0012]图2是休眠帧结构。
[0013]图3是主节点休眠流程图。
[0014]图4是主节点和从节点通信机制示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0016]本发明中，共享同一空口资源的全部节点称为一组资源共享节点。其中，所述的节点可以是但并不局限于中继节点、基站、移动终端等无线通信设备。
[0017]在一组资源共享节点中，对空口资源进行分配的节点为主控节点，简称为主节点，其余节点称为从节点。
[0018]本发明所述的链路休眠机制采用了集中分配的原则。在通信过程中，由主节点收集与从节点的双向数据缓冲区信息从而判断一对无线通信节点设备之间的链路是否为空闲。其中，从节点将本地数据缓冲区的缓存信息通过物理帧头反馈给主节点，主节点根据反馈信息，再结合主节点本地数据缓冲区的缓存信息判断双向流量。通过多帧检测，若双向流量为空的情况持续了 η帧(η的大小可以视具体情况而定)，则认为该对节点满足了休眠的条件，进一步，我们需要按照一定的策略使得该对节点分别进入休眠状态。
[0019]本发明中所述的休眠消息交互机制可以但不局限于握手重传机制。在链路中一对节点满足休眠条件后，首先由主节点向从节点发送一个带有休眠时长的休眠帧，从节点在接收到该休眠帧后，解析到其中的休眠时长后便进入休眠状态，在经过休眠时长后从节点重新醒来。
[0020]为了保证消息交互的可靠性，从节点在接收到休眠帧后，向主节点回送一个收到该休眠帧的ack (应答)消息，这样从节点就需要在回送完ack消息之后再进入休眠状态。而主节点在收到该ack消息后也进入休眠状态，其中，主、从节点都是从进入休眠状态后经过休眠时长后重新醒来，主、从节点恢复通信。
[0021]其中，主节点发送的休眠帧可能会丢失，我们可以通过重传机制来保证消息的正确到达，若主节点在向从节点重传三次(可以是三次但不局限于此)休眠帧消息后，仍然没有收到从节点回送的ack信息，那么主节点此时也进入休眠状态，但此时从节点可能存在两种状态:第一种，若从节点一直没有收到主节点发送的休眠帧信息，那么从节点一直处于工作状态，不会进入休眠状态，直到主节点重新醒来后再恢复正常通信。第二种，若从节点第一次收到休眠帧消息后回送的ack消息丢失，那么此时从节点在接收到休眠帧消息后，便进入了休眠状态，等到经过休眠时长后从节点再重新醒来，而主节点在经过一定重传次数后才进入休眠状态，因而在主节点经过休眠时长后，主、从节点才能恢复正常通信。
[0022]如图1所示的是链状及树状多跳网络的拓扑结构，本发明将以链状网络拓扑结构为例进行说明。在链状网络中，全部的通信节点成链状或者树状分部。在网络中存在着一个根节点与中央控制单元相链接，定义根节点所在位置为网络的根部。定义从根节点到叶子节点的通信方向为下行方向，从叶子节点到根节点的通信方向为上行方向。在具有直接通信关系的一对通信节点中，在拓扑方向上靠近网络根部的节点在通信的过程中起主控作用，称为主节点(MASTER);远离网络根部的节点在通信的过程中，接收主节点的控制，称为从节点(SLAVE)。例如，在节点3和节点5中，节点3在拓扑上更加靠近网络的根部，所以为主节点，节点5远离网络的根部，为从节点。在拓扑分叉的位置，一个主节点会对应多个从节点，例如节点2在与节点3和节点4通信时，节点2为主节点，节点3和节点4均为节点2的从节点。
[0023]本实施例中，将以节点2、节点3这一组节点间通信过程为例进行展开说明。但本发明所适用的拓扑结构并不局限于此，所适用的休眠节点的个数大于2即可，并不局限于本实施案例中的休眠节点个数。
[0024]在通信过程中，主节点2收集与从节点3的双向数据缓冲区信息来判断节点2、节点3之间的链路是否为空闲。具体策略如下:从节点3将本地数据缓冲区的缓存信息通过物理帧头反馈给主节点2，主节点2根据反馈信息，再结合其本地数据缓冲区的缓存信息来判断节点间的双向流量。若检测到双向流量为空的情况持续了 η帧，则认为节点2和节点3满足了休眠条件，下一步节点2和节点3将走休眠流程。
[0025]节点休眠时长是在主节点发送的休眠帧中携带传输的，其中休眠帧至少包括以下几个部分:源节点ID、目的节点ID、帧类型、休眠时长等，如图2所示。
[0026]其中，源节点ID代表主控节点的节点地址，用来指示发送休眠帧的源地址；目的节点ID代表从节点的节点地址，用来指示接收休眠帧的目的地址；帧类型用来指示该帧是否为休眠帧；休眠时长用来指示主、从节点休眠的时间长短。
[0027]图3描述了主节点进行休眠状态的流程图。在确定节点2和节点3满足休眠条件后，主节点2会向从节点3发送一个带有休眠时长的休眠帧，节点3在收到该休眠帧后会向主节点2回送一个已接收到休眠帧的ack信息，在回送完该ack信息后，从节点3就进入休眠状态，而主节点2在收到回送的ack信息后再进入休眠状态。
[0028]若主节点2发送休眠帧后，在一定时间内没有收到回送的ack信息，那么主节点2会进行重传该休眠帧，重传最大次数可以是但不局限于三次，若三次重传后仍没有收到回送的ack信息，那么此时主节点2就进入休眠状态。
[0029]主、从节点在进入休眠状态后，都会经过休眠时长再醒来，主、从节点重新恢复通信。
[0030]图4描述了通信过程中没有发生重传的休眠流程的消息交互情况。
[0031]假设主节点2在tl时刻向从节点3发送休眠帧，其中休眠帧携带的休眠时长为T，若在t2时刻从节点3接收到该休眠帧，，那么从节点3在t2时刻收到休眠帧后，向主节点2回送完ack信息就进入休眠状态，在经过休眠时长T后在t2+T时刻重新醒来。而主节点2在假设在t3时刻收到回送的ack信息后，那么主节点2在t3时刻也进入休眠状态，经过休眠时长T后在t3+T时刻也重新醒来。从节点3是先于主节点2醒来的，那么从节点3醒来后进入接收模式，直到同步上主节点2的数据帧，主、从节点间便恢复了通信。
【主权项】
1.无线通信多跳网络链状及树状拓扑结构的链路休眠方法，其特征是:在通信过程中，若发现链路中的某一分段区域在设定时间内没有业务数据交互时，就让该分段区域的链路上数据通路关闭，进入局部休眠状态，所述分段区域的休眠不影响链路上其他节点设备的业务传输。
2.如权利要求1所述的无线通信多跳网络链状及树状拓扑结构的链路休眠方法，其特征是，是否满足休眠条件的判断方法为:当主控节点发现自身与某从节点在一定时间内双向都没有数据传输时，所述主控节点到从节点之间的链路就进入局部休眠状态。
3.如权利要求1所述的无线通信多跳网络链状及树状拓扑结构的链路休眠方法，其特征是，使链路进入休眠状态的消息交互方法为:主控节点向从节点发送一个带有休眠时长的休眠帧，然后主控节点和从节点通过握手重传机制进行消息确认后分别进入休眠状态；在休眠时长结束后，主控节点和从节点重新醒来恢复通信。
4.如权利要求3所述的无线通信多跳网络链状及树状拓扑结构的链路休眠方法，其特征是，所述休眠帧至少包括以下几个部分:源节点ID、目的节点ID、帧类型、休眠时长，所述帧类型能够显示该帧是否为休眠帧。
5.如权利要求3所述的无线通信多跳网络链状及树状拓扑结构的链路休眠方法，其特征是，从节点在接收到休眠帧后，向主控节点回送一个收到该休眠帧的应答消息，再进入休眠状态，主控节点在收到该应答消息后也进入休眠状态。
6.如权利要求3所述的无线通信多跳网络链状及树状拓扑结构的链路休眠方法，其特征是，若主控节点在向从节点重传设定次数休眠帧消息后，仍然没有收到从节点回送的应答信息，那么主控节点进入休眠状态。
【专利摘要】本发明提出了一种无线通信多跳网络链状及树状拓扑结构的链路休眠方法，该方法为：在通信过程中，若发现链路中的某一分段区域在设定时间内没有业务数据交互时，就让该分段区域的链路上数据通路关闭，进入局部休眠状态，所述分段区域的休眠不影响链路上其他节点设备的业务传输。是否满足休眠条件的判断方法为：当主控节点发现自身与某从节点在一定时间内双向都没有数据传输时，所述主控节点到从节点之间的链路就进入局部休眠状态。本发明的优点是：在无线通信系统中，若节点间没有业务数据的传输时，关闭该分段区域的数据通路，能够有效的减少流量的损耗，同时也能够提高系统的利用率。
【IPC分类】H04W76-04
【公开号】CN104703296
【申请号】CN201510122210
【发明人】王兆桐, 董晋
【申请人】江苏物联网研究发展中心
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月19日