专利名称：自适应无线网络连接方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种自适应无线网络连接方法。
背景技术：
随着无线网络技术的快速发展，越来越多的无线传感器网络的应用遍布于人们的生活中，例如环境空气净度检测、温度/湿度检测、风向检测或公共场所的各种数据更新等。人们计划在目标区域内部署大量的传感器节点，这些节点能工作几个月或几年而不需要维护。在这些环境中，电池替换和手动充电几乎是无法在实际中应用的。因此，能源使用效率是关键。在许多实际应用中，传感器测量数据的采集一般每隔几个小时甚至几天。因此，测量数据本身，例如温度和湿度，仅仅用一个数字即可表示，通常只有很低的数据率。为满足上述需求，传统技术中的IEEE802. 15. 4协议为低速率无线个人区域网指·定介质访问控制子层和物理层，其目标是低速率、低能耗、低成本的无线网络应用。传统技术中的IEEE802. 15. 4网络包括两种节点协调器和一般节点。一般节点用于采集传感数据；协调器和一般节点相比，除了直接参与应用以外，还要完成成员身份管理、链路状态信息管理以及分组转发等任务。IEEE802. 15. 4协议提供了信标使能通信模式，允许周期性的叫醒与节点同步校准。这一模式对于低负载循环应用可以起到节约能耗的作用，节点可以在大部分时间里处于休眠状态来节省能量。信标使能通信模式规定了一种“超帧”的格式，协调器在超帧的开始发送信标帧，里面含有一些时序以及网络的信息，紧接着是竞争接入时期，在这段时间内各节点以竞争方式接入信道，再后面是非竞争接入时期，节点采用时分复用的方式接入信道，然后是非活跃时期，节点进入休眠状态，等待下一个超帧周期发送的信标帧。传统技术中的IEEE802. 15. 4网络的所有节点都工作在同一个信道上，如果邻近的节点同时发送数据就有可能发生冲突。因此，所有数据利用分时的CSMA/CA在节点和协调器之间交换。传统技术中的IEEE802. 15. 4协议里，一个协调器按时分的方式与一般节点通信，但最多只能分配7个保护时隙给一般节点传输数据。因此，当大量一般节点同时向协调器请求分配保护时隙时，会造成拥堵丢包。且在信标间隔(发送的两次相邻的信标帧之间的时间间隔)很大的情况下，保持信标同步的消耗大，同步丢失后很难恢复同步，导致传统的自适应无线网络连接方法存在传输效率低的问题。因此，有必要提出一种新的自适应无线网络连接方法及系统来解决上述问题。
发明内容
本发明提供了一种传输速度高、方便快捷可实现无线网络的传输方法及系统。本发明采用如下技术方案一种自适应无线网络连接方法，所述无线网络包括协调器和与协调器连接的一般节点，以下对照权利要求书进行修改所述传输方法包含以下步骤步骤001 :将协调器的工作时段划分为由连续时隙组成的时隙序列，并对所述时隙序列中的时隙进行编号，所述时隙的编号组成的编号序列具有周期性；步骤002 :将在所述时隙序列中的时隙内工作的协调器虚拟成与所述时隙对应的虚拟协调器，且编号相同的时隙对应同一个虚拟协调器；步骤003 :当前活动的一般节点向所述虚拟协调器发送连接请求；步骤004 :当前活动的虚拟协调器根据每个虚拟协调器已连接的一般节点的数量向当前活动的一般节点发送连接请求回复信息；步骤005 :所述一般节点与所述虚拟协调器之间建立连接并进行传输数据。优选的，相邻两个虚拟协调器的信标间隔相同。·优选的，在所述时隙序列中，与所述虚拟协调器对应的时隙即为所述虚拟协调器的活动期，与所述时隙序列首位的时隙对应的虚拟协调器的活动期长度为所有虚拟协调器的活动期长度的最大值。优选的，步骤003的实现方法包括所述当前活动的一般节点在第一次收到虚拟协调器的信标帧之后，随机选择一个虚拟协调器并进入休眠，直至所述随机选择的虚拟协调器开始发送信标帧时，当前活动的一般节点停止休眠；所述当前活动的一般节点收到所述随机选择的虚拟协调器的信标帧后，向所述随机选择的虚拟协调器发送连接请求。优选的，采用载波监听避免碰撞的方式向所述随机选择的虚拟协调器发送连接请求。优选的，在所述步骤004之后还包括确定编号最小且已连接节点数量小于最大可连接设备数量的虚拟调节器编号；当前活动的一般节点收到所述连接请求回复信息后，与回复信息中的虚拟协调器编号相应的虚拟协调器成功建立连接。优选的，所述步骤005中，一般节点与所述虚拟协调器建立连接之后，缩短所述时隙序列周期的长度。优选的，所述缩短所述时隙序列周期的长度的方法包括所述协调器根据连接一般节点数量不为零的虚拟协调器的数量，取消部分连接节点数量为零的虚拟协调器的时隙。一种自适应无线网络连接系统，包括协调器和与协调器连接的一般节点，所述协调器将工作时段划分为由连续时隙组成的时隙序列，并对所述时隙序列中的时隙进行编号，并将在所述时隙序列中的时隙内工作的协调器虚拟成与所述时隙对应的虚拟协调器，且编号相同的时隙对应同一个虚拟协调器，所述时隙的编号组成的编号序列具有周期性，其中，当前活动的一般节点向所述虚拟协调器发送连接请求时，当前活动的虚拟协调器根据每个虚拟协调器已连接的一般节点的数量向当前活动的一般节点发送连接请求回复信息，以建立所述一般节点与所述虚拟协调器之间的连接，并传输数据。优选的，所述自适应无线网络连接系统可用于电子货架标签系统，所述一般节点为采用无线通讯的电子货架标签，所述协调器为用以转发电子货架标签的价格信息的无线转发器，所述电子货架标签接收所述无线转发器发出的信息后可以对电子货架标签显示的价格等商品信息进行更新。本发明的优点在于本发明的自适应无线网络连接方法，对一个协调器时分复用后形成多个连续工作的虚拟协调器，每个虚拟协调器都定义了自己的活动期或时隙，从而使得协调器的个数得到了扩展，使得能够与更多一般节点进行传输。减少了一般节点请求连接的冲突概率，加快了连接速度和组网速度，从而降低了由于多并发所引起的拥堵丢包率。同时，由于当前活动的一般节点向虚拟协调器发送连接请求时，当前活动的虚拟协调器根据每个虚拟协调器已连接的一般节点的数量向当前活动的一般节点发送连接请求回复信息，以建立二者之间的连接并传输数据。所有一般节点被统筹安排与编号最小的虚拟协调器连接，只有当某个编号的虚拟协调器连接的一般节点数达到最大连接数量，才会让后来的一般节点连接下一个编号的虚拟协调器，这样保证了虚拟协调器的最大利用率。因此，该种自适应的自适应无线网络连接方法，特别适用于初始阶段对需要连接的一般·节点数量未知的自组网应用，即在自组网的初始化期间，设置较多的虚拟协调器，从而减少众多一般节点发送连接请求的冲突，快速组网。当所有一般节点完成连接后，再调整虚拟协调器的数量到适合的量级，提高网络的传输效率。
图I为一个实施例中自适应无线网络连接方法的工作流程图；图2为一个实施例中将协调器虚拟成多个虚拟协调器后网络的拓扑结构图；图3为一个实施例中多个虚拟协调器交替工作的工作过程示意图；图4为图3中编号为i的虚拟协调器工作过程示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图I所示，一种自适应无线网络连接方法，包括以下步骤步骤SOOl :将协调器的工作时段划分为由连续时隙组成的时隙序列，并对该时隙序列中的时隙进行编号，且时隙的编号组成的编号序列具有周期性。本实施例中，无线网络为基于IEEE802. 15. 4协议的无线传感器网络，包括协调器和一般节点。一般节点为用于检测环境变化的传感器，协调器和一般节点相比，不仅用于检测环境变化，还作为检测数据传输的中继节点。本实施例中，按照时分复用的方式将协调器的工作时段划分为具有多个时隙的时隙序列，时隙序列中的每个时隙都有编号，且时隙对应的编号构成的编号序列具有周期性。一并参照图2，编号序列的周期为K，因此，也可称时隙序列具有周期性，时隙序列一个周期内的K个时隙分别编号为0、1、2........K-I0步骤S002 :将在时隙序列中的时隙内工作的协调器虚拟成与该时隙对应的虚拟协调器，且编号相同的时隙对应同一个虚拟协调器。
本实施例中，如图2所示，同一个协调器(实际装置)处于前述的周期性的时隙序列中的不同时隙中工作时，被虚拟成为K个虚拟协调器。编号相同的时隙对应同一个虚拟
协调器，也就是说，虚拟协调器也被编号为0、1、2........i........K-1，则编号为i的虚
拟协调器与时隙序列中的所有编号为i的时隙对应，i为I至K-I的任意一个编号。在其他实施例中，也可以采用随机数字，随机字符串进行编号。与某个虚拟协调器对应的时隙即为该虚拟协调器的活动期，与某个虚拟协调器不对应的时隙即为该虚拟协调器的非活动期。也就是说，将一个协调器的连续的工作过程虚拟成K个虚拟协调器在不同时隙交替工作的过程，是一种时分复用的方式。定义与位于时隙序列首位的时隙对应的虚拟协调器为初始虚拟协调器。初始虚拟协调器的活动期为初始活动期。虚拟协调器的信标间隔即同一个虚拟协调器连续发送两次信标帧之间的时间间隔。
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本实施例中，如图3所示，初始虚拟协调器即0号虚拟协调器(编号为O)。优选的，所有虚拟协调器的信标间隔相同。虚拟协调器的活动期长度即为与该虚拟协调器具有相同编号的某个时隙的时长。优选的，初始虚拟协调器的活动期长度为所有虚拟协调器的活动期长度的最大值。K个虚拟协调器按照编号的顺序从小到大依次工作。也就是说，编号较大的虚拟协调器在前一个编号较小的虚拟协调器进入非活动期后进入活动期，由于时隙序列的周期性，一个周期结束时，即K-I号虚拟协调器进入非活动期时，0号虚拟协调器再次进入活动期。如图3和图4所示，虚拟协调器的活动期分为三个时间段广播信标帧时段、竞争时段和无竞争时段。在广播信标帧时段，虚拟协调器广播信标帧，信标帧用于同步无线网络各节点的时钟以及向一般节点广播通知信息。竞争时段用于接收一般节点的保护时隙分配请求。所有一般节点只能在此时段向虚拟协调器发送保护时隙分配请求。非竞争时段用于数据传输，被划分为多个保护时隙，优选为小于7个。一个保护时隙对应一个一般节点的传输任务，即一个保护时隙的时长为一个一般节点向虚拟协调器传输数据的时间的单位长度。若数据量大，虚拟协调器也可以为某个一般节点分配多个保护时隙。也就是说，每个虚拟协调器在其活动期都作为IEEE802. 15. 4协议的信标使能模式中所规定的协调器独立的进行工作。本实施例中，已编号的K个虚拟协调器按编号顺序依次进入活动期，并向一般节点广播信标帧。由前述关于协调器的时分复用的描述可知，同一时间只有一个虚拟协调器处于活动期，当一个虚拟协调器进入非活动期后，另一个虚拟协调器进入活动期。广播的信标帧主要有两个作用通知各个一般节点此虚拟协调器已进入活动期并即将进入竞争时段；各个一般节点与虚拟协调器同步时钟，以保证通信不会出错。步骤003 :当前活动的一般节点向虚拟协调器发出连接请求。一般节点向虚拟协调器发送连接请求的方法包括如下当前活动的一般节点在第一次收到虚拟协调器的信标帧之后，随机选择一个虚拟协调器并进入休眠，直至所述随机选择的虚拟协调器开始发送信标帧时，当前活动的一般节点停止休眠；当前活动的一般节点收到所述随机选择的虚拟协调器的信标帧后，先同步时钟，若有向随机选择的虚拟协调器传输数据的需求，则在该随机选择的虚拟协调器活动期中的竞争时段，向所述随机选择的虚拟协调器发送连接请求。优选的，当前活动的一般节点以载波监听避免碰撞的方式向虚拟协调器发送连接请求。在本实施例中，若虚拟协调器没有同意所述一般节点的连接请求，则一般节点等待若干个初始活动期后，重新开始信道侦测，在接收到虚拟协调器广播的信标帧后，向虚拟协调器发送连接请求。等待的初始活动期的个数为随机整数，且大于0并小于编号序列的一个周期中的编号的个数。对于具有多个协调器的网络，如果一般节点连接某个协调器失败，还可以在接收到其他协调器广播的信标帧后，选择连接其他的协调器。与虚拟协调器成功连接的一般节点，被称为该虚拟协调器的子节点。·步骤S004 :当前活动的虚拟协调器根据每个虚拟协调器已连接的一般节点的数量向当前活动的一般节点发送连接请求回复信息，其步骤还包括虚拟协调器收到当前一般节点发出连接请求后，同意当前一般节点的连接请求在连接请求回复信息中会告知编号最小且已连接节点数量小于最大可连接设备数量的虚拟协调器的编号；所述当前活动的一般节点收到连接请求回复信息后，与回复信息中的虚拟协调器编号与相应的虚拟协调器成功建立连接。步骤005 :所述一般节点与所述虚拟协调器之间成功建立连接后，即可进行数据传输。在本较佳实施例中，一般节点与所述虚拟协调器之间成功建立连接后，协调器根据连接一般节点数量不为零的虚拟协调器的数量，取消部分连接节点数量为零的虚拟协调器的时隙，以缩短所述时隙序列周期的长度。在本实施例中，一般节点的要求分配保护时隙进行数据传输的请求能够在保护时隙分配请求发送成功时得到响应，即使处于活动期的虚拟协调器无法在当前活动期内为该一般节点分配保护时隙，但虚拟协调器可以通过调度，将其他虚拟协调器的保护时隙以“预约”的方式分配给该一般节点，使得该一般节点不用在每个虚拟协调器活动期的竞争时段反复地发送保护时隙分配请求，从而减少了一般节点发送保护时隙分配请求的次数，降低了网络的拥塞度。更进一步的，由于虚拟协调器提前通知了该一般节点其“预约”的虚拟协调器的编号和信标帧的发送时间，因此该一般节点可以在此“预约”的虚拟协调器进入活动期之前进行休眠，即关闭信道监听及其它一些为数据传输而进行的准备工作，而到“预约”的虚拟协调器即将进入活动期时再唤醒。这种休眠和唤醒的方式可以更进一步的减少一般节点的能量损耗，从而增加一般节点的能量续航能力。一种应用上述自适应无线网络连接方法的系统，包括协调器和与协调器连接的一般节点，所述协调器将工作时段划分为由连续时隙组成的时隙序列，并对所述时隙序列中的时隙进行编号，并将在所述时隙序列中的时隙内工作的协调器虚拟成与所述时隙对应的虚拟协调器，且编号相同的时隙对应同一个虚拟协调器，所述时隙的编号组成的编号序列具有周期性，当前活动的一般节点向所述虚拟协调器发送连接请求时，当前活动的虚拟协调器根据每个虚拟协调器已连接的一般节点的数量向当前活动的一般节点发送连接请求回复信息，以建立所述一般节点与所述虚拟协调器之间的连接，并传输数据。优选的，自适应无线网络连接系统可用于电子货架标签系统，所述一般节点为采用无线通讯的电子货架标签，所述协调器为用以转发电子货架标签的价格信息的无线转发器，所述电子货架标签接收所述无线转发器发出的信息后可以对电子货架标签显示的价格等商品信息进行更新。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。·
权利要求
1.一种自适应无线网络连接方法，所述无线网络包括协调器和与协调器连接的一般节点，所述传输方法包含以下步骤 步骤OOl :将协调器的工作时段划分为由连续时隙组成的时隙序列，并对所述时隙序列中的时隙进行编号，所述时隙的编号组成的编号序列具有周期性； 步骤002 :将在所述时隙序列中的时隙内工作的协调器虚拟成与所述时隙对应的虚拟协调器，且编号相同的时隙对应同一个虚拟协调器； 步骤003 :当前活动的一般节点向所述虚拟协调器发送连接请求； 步骤004 :当前活动的虚拟协调器根据每个虚拟协调器已连接的一般节点的数量向当前活动的一般节点发送连接请求回复信息； 步骤005 :所述一般节点与所述虚拟协调器之间建立连接并进行数据传输。
2.根据权利要求I所述的自适应无线网络连接方法，其特征在于，相邻两个虚拟协调器的信标间隔相同。
3.根据权利要求I所述的自适应无线网络连接方法，其特征在于，在所述时隙序列中，与所述虚拟协调器对应的时隙即为所述虚拟协调器的活动期，与所述时隙序列首位的时隙对应的虚拟协调器的活动期长度为所有虚拟协调器的活动期长度的最大值。
4.根据权利要求I所述的自适应无线网络连接方法，其特征在于，步骤003的实现方法包括 所述当前活动的一般节点在第一次收到虚拟协调器的信标帧之后，随机选择一个虚拟协调器并进入休眠，直至所述随机选择的虚拟协调器开始发送信标帧时，当前活动的一般节点停止休眠； 所述当前活动的一般节点收到所述随机选择的虚拟协调器的信标帧后，向所述随机选择的虚拟协调器发送连接请求。
5.根据权利要求4所述的自适应无线网络连接方法，其特征在于，采用载波监听避免碰撞的方式向所述随机选择的虚拟协调器发送连接请求。
6.根据权利要求I所述的自适应无线网络连接方法，其特征在于，在所述步骤004之后还包括 确定编号最小且已连接节点数量小于最大可连接设备数量的虚拟调节器编号； 当前活动的一般节点收到所述连接请求回复信息后，与回复信息中的虚拟协调器编号相应的虚拟协调器成功建立连接。
7.根据权利要求I所述的自适应无线网络连接方法，其特征在于，所述步骤005中，所述一般节点与所述虚拟协调器建立连接之后，缩短所述时隙序列周期的长度。
8.根据权利要求7所述的自适应无线网络连接方法，其特征在于，所述缩短所述时隙序列周期的长度的方法包括所述协调器根据连接一般节点数量不为零的虚拟协调器的数量，取消部分连接节点数量为零的虚拟协调器的时隙。
9.一种自适应无线网络连接系统，包括协调器和与协调器连接的一般节点，所述协调器将工作时段划分为由连续时隙组成的时隙序列，并对所述时隙序列中的时隙进行编号，并将在所述时隙序列中的时隙内工作的协调器虚拟成与所述时隙对应的虚拟协调器，且编号相同的时隙对应同一个虚拟协调器，所述时隙的编号组成的编号序列具有周期性，其特征在于当前活动的一般节点向所述虚拟协调器发送连接请求时，当前活动的虚拟协调器根据每个虚拟协调器已连接的一般节点的数量向当前活动的一般节点发送连接请求回复信息，以建立所述一般节点与所述虚拟协调器之间的连接，并传输数据。
10.根据权利要求9所述自适应无线网络连接系统，其特征在于，所述自适应无线网络连接系统可用于电子货架标签系统，所述一般节点为采用无线通讯的电子货架标签，所述协调器为用以转发电子货架标签的价格信息的无线转发器，所述电子货架标签接收所述无线转发器发出的信息后可以对电子货架标签显示的价格等商品信息进行更新。
全文摘要
本发明涉及无线传感器网络领域，提供了一种自适应无线网络连接方法及系统，该传输方法包括将协调器的工作时段划分为由连续时隙组成的时隙序列，并对所述时隙序列中的时隙进行编号，所述时隙的编号组成的编号序列具有周期性；将在所述时隙序列中的时隙内工作的协调器虚拟成与所述时隙对应的虚拟协调器，且编号相同的时隙对应同一个虚拟协调器；当前活动的一般节点向所述虚拟协调器发送连接请求；当前活动的虚拟协调器根据每个虚拟协调器已连接的一般节点的数量向当前活动的一般节点发送连接请求回复信息。本发明可以加快网络连接速度和组网速度，降低了由于多并发所引起的拥堵丢包率。
文档编号H04W76/02GK102791040SQ20121030527
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者刘学诚, 吴新宇, 徐扬生, 李晓云, 苏士娟 申请人:深圳先进技术研究院