本发明涉及无线自组织网络，具体地，涉及用于无线自组织网络的通信系统、装置、方法及存储介质。
背景技术：
传统的无线通信网络需借助于大量的基础设施，典型地例如蜂窝网络(cellularnetwork)、无线局域网(wlan)。但是在遇到抢险救灾、临时会议以及军事战场等环境时，传统的无线通信网络难以发挥作用。并且，传统的无线通信网络在组网方式上明显地缺少灵活性。
为了能够在没有固定基础设施的地方进行通信，科研人员付出了大量努力。
现有技术1：专利文献cn104521264a披露了一种“邻近网络感知自组织网络系统”，该专利文献虽然实现了网络的自组织性，但是其以光缆和无线基站作为回程(backhaul)的主要途经，仍然是基于蜂窝网体系的网络拓扑结构，需要基础设施的支持。
现有技术2：专利文献cn106304119a披露了一种“基于无线多跳自组织网络的wi-fi覆盖系统及方法”，该专利文献虽然也实现了网络的自组织性，但是其用户设备之间的通信需要通过wi-fi覆盖模块才能接入构成无线多跳自组织网络的数据转发模块，实质上仍然是需要基础设施的传统的无线通信网络，不能快速部署。
现有技术3：专利文献cn103152143a披露了一种“用于无线自组织网络的多点协作通信系统及方法”，该专利文献是基于无线自组织网络的技术的改进，无线自组织网络称为son(self-organizednetwork)或者称为manet(mobileadhocnetwork)。无线自组织网络中无树状的多级体系结构，每个节点的类型都是相同的，且节点之间的地位都是平等的。因此，该专利文献主要是一种用于传统的无线自组织网络的技术方案。事实上，在本领域技术人员的认识中，参见由中国通信学会审核的百度百科“自组织网络”词条，常规的无线自组织网络是一种自组织无中心网络，即没有严格的控制中心，所有节点的地位是平等的，是一种对等式网络。但是，传统的无线自组织网络存在两个不足之处：
(1)随着自组织网络中节点数量的大量增加，通信质量将明显降低；
(2)仅由对等节点构成的网络不利于通信的安全控制和分级管理。
为此，科研人员又尝试解决这些不足之处。
现有技术4：专利文献cn106487586a披露了一种“自组织网络拓扑建立方法及装置”，该专利文献虽然将大量节点划分为两级半对等的自组织网络，似乎是突破了传统的对等式无线自组织网络，但是该专利文献的技术方案是通过多个不同级的自组织网络实现半对等网络的，其中的每个自组织网络实质上仍然是一个对等节点网络。
现有技术5：专利文献cn105282777a披露了一种“无线自组织网络、中心节点动态选择方法及中心节点”，该专利文献中的节点类型有两种，分别为中心节点和普通节点，中心节点与普通节点之间为非对等节点，中心节点对普通节点的通信进行管理，从而使得更好地控制和管理无线自组织网络中的通信。进一步地，作为优选的方案，中心节点可动态选择，以保持中心节点的稳定性。但是，该专利文献存在不足之处：首先中心节点的变化频率过高会导致冗余网络重组消息过多，造成网络效率低下；其次动态中心会致使网络里面路由维护困难，无法快速的实现点到点的消息传输。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于无线自组织网络的通信系统、装置、方法及存储介质。
根据本发明提供的一种用于无线自组织网络的通信系统，包括中心节点、接入节点、普通节点；
接入节点通过第一工作频带链接上行节点，其中，一接入节点的上行节点包括中心节点或者其它接入节点；
接入节点通过第二工作频带链接下行节点，其中，一接入节点的下行节点包括普通节点或者其它接入节点。
根据本发明提供的一种用于无线自组织网络的通信方法，在中心节点、接入节点、普通节点中：
在接入节点中，通过第一工作频带链接上行节点，其中，一接入节点的上行节点包括中心节点或者其它接入节点；
在接入节点中，通过第二工作频带链接下行节点，其中，一接入节点的下行节点包括普通节点或者其它接入节点。
优选地，相邻接入节点之间的第二工作频带不同，或者，相邻接入节点之间的第二工作频带相同。
优选地，接入节点对普通节点进行业务管理，其中，所述业务管理包括如下任一种或任多种管理：
-为普通节点分配通信资源；
-存储普通节点的路由信息。
优选地，中心节点对接入节点和普通节点的通信进行中心管理，其中，所述中心管理包括如下任一种或任多种管理：
-对接入节点的第一工作频带、第二工作频带进行分配；
-存储接入节点和普通节点的路由信息；
-对接入节点和普通节点进行注册。
优选地，普通节点具有运行在不同频带上的第一通信链路、第二通信链路；
普通节点通过第一通信链路、第二通信链路分别链接不同的接入节点。
优选地，第一通信链路、第二通信链路的频带分别对应于所链接的不同接入节点的第二工作频带。
优选地，具有通信时隙、广播时隙；
普通节点在接入节点分配的通信时隙内与接入节点进行通信；
接入节点在接入节点的上行节点分配的通信时隙内与上行节点进行通信；
中心节点或者接入节点在广播时隙发送广播信息。
根据本发明提供的一种用于无线自组织网络的通信装置，包括：接入节点；
所述接入节点包括：
第一工作频带链接模块：通过第一工作频带链接上行节点；
第二工作频带链接模块：通过第二工作频带链接下行节点。
根据本发明提供的一种用于无线自组织网络的通信方法，包括在接入节点中执行的如下步骤：
第一工作频带链接步骤：通过第一工作频带链接上行节点；
第二工作频带链接步骤：通过第二工作频带链接下行节点。
优选地，第一工作频带、第二工作频带，由接入节点的非对等的上行节点分配。
优选地，接入节点的路由信息存储在非对等的上行节点处。
优选地，接入节点接受非对等的上行节点的注册。
优选地，一接入节点与相邻的接入节点之间的第二工作频带不同，或者一接入节点与相邻的接入节点之间的第二工作频带相同。
优选地，接入节点对下行节点的通信进行管理。
优选地，接入节点为下行节点分配通信资源和/或存储下行节点的路由信息。
根据本发明提供的一种用于无线自组织网络的通信装置，包括：中心节点；
所述中心节点包括如下任一种或任多种模块：
-频率资源管理模块：为非对等的节点分配工作频率资源；
-路由管理模块：存储非对等节点的路由信息；
-注册管理模块：对非对等节点进行注册。
根据本发明提供的一种用于无线自组织网络的通信方法，包括在中心节点中执行的如下任一种或任多种步骤；
-频率资源管理步骤：为非对等节点分配工作频率资源；
-路由管理步骤：存储非对等节点的路由信息；
-注册管理步骤：对非对等节点进行注册。
根据本发明提供的一种用于无线自组织网络的通信装置，包括：普通节点；
所述普通节点包括第一通信链路模块、第二通信链路模块；
第一通信链路模块、第二通信链路模块运行在不同频带上；
第一通信链路模块、第二通信链路模块分别链接不同的非对等的上行节点。
根据本发明提供的一种用于无线自组织网络的通信方法，包括在普通节点中执行的第一通信链路步骤、第二通信链路步骤；
在第一通信链路步骤、第二通信链路步骤中，通过在不同频带上运行，分别链接不同的非对等的上行节点。
优选地，所述不同频带，分别对应于普通节点所链接的不同非对等节点的下行工作频带。
优选地，普通节点的路由信息存储在非对等的上行节点处；普通节点接受非对等的上行节点给予的通信资源分配。
优选地，普通节点在非对等的上行节点分配的通信时隙内与该非对等的上行节点进行通信。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的用于无线自组织网络的通信方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明基于通信节点进行通信，包括非对等的中心节点、接入节点以及普通节点，由此构成的树状拓扑结构，使得网络的扩展性比较好，其分级体系能够使得网络得以分级管理。整体而言，本发明实现了一种具有长距离，大宽带，低时延，高灵敏度，扩展率好，并且网络系统开销小的自组织网络，从而有效地提高了网络的传输效率和网络性能。
2、通信节点中的接入节点具有双通信工作频带(第一工作频带、第二工作频带)，这样接入节点能够同时与上行节点以及下行节点链接。由于频率资源由中心节点分配，这样能够有效的利用频率资源而又降低网络中由于节点工作频率或频带相近造成的干扰。其中，一个工作频带可以是给出中心频点、带宽的一段无线频段资源。第一工作频带与第二工作频带之间优选地没有重叠。
3、通信节点中的普通节点具有双通信链路(第一通信链路、第二通信链路)，普通节点通过选择第一通信链路或者第二通信链路来发送数据，实现了对最优路径的选择，从而可以有效的降低由于单一通信链路带来的误码率以及延时；并且，普通节点根据上行接入节点分配的通信时隙资源等通信资源进行通信，能够降低冲突的概率从而提高通信的质量与失误率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中三种类型的通信节点构成网络的拓扑结构示意图。
图2为本发明中接入节点的结构示意图。
图3为本发明中中心节点的结构示意图。
图4为本发明中普通节点的结构示意图。
图5为本发明中接入节点中的步骤流程图。
图6为本发明中中心节点中的步骤流程图。
图7为本发明中普通节点中的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种用于无线自组织网络的通信系统，包括三种类型的用于无线自组织网络的通信装置，这三种类型的用于无线自组织网络的通信装置分别包括三种类型的通信节点，这三种类型的通信节点分别为：中心节点、接入节点以及普通节点。本发明提供的与所述通信系统对应的一种用于无线自组织网络的通信方法也通过部署的这三种类型的通信节点实现。为简捷地表述，可以将中心节点称为bs(basestation)，将接入节点称为ap(accesspoint)，将普通节点称为node。本发明中不同通信节点间的通信完全是无线通信，本发明采用的是双链路通道多跳的拓扑模式，每个通信节点都具有自己独立的数据时隙。
中心节点、接入节点以及普通节点提供了树形网路拓扑结构。中心节点、接入节点以及普通节点的功能之间存在区别，互为无线自组织网络中的非对等节点。如图1所示，在一个根据本发明的无线自组织网络中，所述通信系统只具有一个中心节点，中心节点的下行节点是接入节点。在无线自组织网络的建立初期，可能只有一个接入节点和一个普通节点，随着有新通信节点的加入，无线自组织网络规模的的扩大，接入节点、普通节点均可以有多个。普通节点的上行节点为接入节点，一个接入节点的上行节点是中心节点或者是其它接入节点，例如另一个接入节点；相应地，所述另一个接入节点的下行节点是所述一个接入节点，还可以有普通节点。
图1代表性地示出了一个中心节点的下行节点可以有多个接入节点，一个接入节点的下行节点可以是多个其它接入节点，一个接入节点的下行节点可以有多个普通节点。图1中的网络级数为三级，实际中可以根据需要调整网络级数。其中，第一级网络中的中心节点和第二级网络中的作为中心节点的下行节点的接入节点构成骨干网络(bonestructure)，第三级网络中的作为其它接入节点的下行节点的接入节点和普通节点构成区域子网(cell)。需要说明的是，图1中的省略号表示相应节点的数量可以为一个或多个，而不一定仅仅局限于图1中示出的数量。例如图1中左侧两个普通节点之间的省略号，表示一个接入节点下的普通节点的数量可以为图中已示出的2个，也可以是大于2个或者小于2个。链接仅用闪电形状表示，可知，普通节点之间不具有链接。
接入节点通过第一工作频带链接上行节点，其中，一接入节点的上行节点包括中心节点或者其它接入节点；接入节点通过第二工作频带链接下行节点，其中，一接入节点的下行节点包括普通节点或者其它接入节点。从而，一接入节点针对上行方向、下行方向具有两条通信链路，这可以通过接入节点中的两套无线通信收发设备实现，这两套收发设备分别工作在第一工作频带、第二工作频带上。例如在下行方向上，中心节点bs、接入节点ap1、接入节点ap2、接入节点ap3、普通节点node依次链接，则接入节点ap2的上行节点为接入节点ap1，接入节点ap2的下行节点包括接入节点ap3。接入节点ap2同时链接着上一级接入节点ap1和下一级接入节点ap3，接入节点ap1同时链接着中心节点bs和下一级接入节点ap2，接入节点ap3同时链接着上一级接入节点ap2和普通节点node。
接入节点负责对普通节点的接入提供链接接口，接入节点是普通节点在网络中注册认证的第一个接口。接入节点在普通节点通过注册认证被授权接入网络后给普通节点分配通信资源，例如数据时隙，同时也存取着下行所有子节点的路由，其中，子节点为普通节点和/或下一级接入节点。具体地，所述接入节点包括第一工作频带链接模块、第二工作频带链接模块，其中，第一工作频带链接模块通过第一工作频带链接上行节点；第二工作频带链接模块通过第二工作频带链接下行节点。在接入节点中执行的步骤包括第一工作频带链接步骤、第二工作频带链接步骤，其中，在第一工作频带链接步骤中通过第一工作频带链接上行节点，在第二工作频带链接步骤中通过第二工作频带链接下行节点。在优选例中，工作频带主要集中在2.4g频带以及5.8g频带，若以工作频点来描述工作频带，则工作频点可以进行规划作为工作频率，例如第一工作频带为2.4g频带内各频点或5.8g频段内各频点中的一个频点结合带宽定义的频带，第二工作频带为2.4g频带内各频点或5.8g频带内各频点中的另一个频点结合带宽定义的频带。在一个优选例中，对于同一个接入节点而言，第一工作频带、第二工作频带可以是同一个频带中的两个不同的子频带，例如2.4g频带中的两个子频带；第一工作频带、第二工作频带也可以是位于不同频带中的两个子频带，例如第一工作频带为2.4g频带中的子频带，第二工作频带为5.8g频带中的子频带。接入节点对普通节点进行业务管理，其中，所述业务管理包括为普通节点分配通信资源、存储普通节点的路由信息。第一工作频带链接模块、第二工作频带链接模块的传输模式为频分复用(fdm，多套射频单元支持)或者时分复用(tdm)。在另一个优选例中，通过采用时隙带间跳频(inter-band)，相邻接入节点之间的第二工作频带可能相同。
中心节点是无线自组织网络中路由的集中地。中心节点负责对接入无线自组织网络的所有接入节点和普通节点进行注册认证，同时，中心节点也给所有通过注册认证的通信节点分配频率资源。中心节点是整个无线自组织网络中唯一一个具有所有通信节点路由的地方。具体地，中心节点对接入节点和普通节点的通信进行中心管理，其中，所述中心管理包括对接入节点的第一工作频带、第二工作频带进行分配、存储接入节点和普通节点的路由信息、对接入节点和普通节点进行注册。所述中心节点包括频率资源管理模块、路由管理模块以及注册管理模块，其中，频率资源管理模块为全网非对等的节点分配工作频率资源，路由管理模块存储全网非对等节点的路由信息，注册管理模块对全网非对等节点进行注册；其中，所述全网是指全无线自组织网络。相应地，在中心节点中执行的步骤包括频率资源管理步骤、路由管理步骤以及注册管理步骤，其中，在所述频率资源管理步骤中为非对等节点分配工作频率资源，在所述路由管理步骤中存储非对等节点的路由信息，在所述注册管理步骤中对非对等节点进行注册。
普通节点为树形无线自组织网络拓扑结构的最底层的通信节点，主要用于数据的采集与发送，并可以将数据发往上行的接入节点。具体地，普通节点具有运行在不同频带上的第一通信链路、第二通信链路；普通节点通过第一通信链路、第二通信链路分别链接不同的接入节点。第一通信链路、第二通信链路的频带分别对应于所链接的不同接入节点的第二工作频带，普通节点的工作频带与对应的上行接入节点的下行频带相同。更为具体地，所述普通节点包括第一通信链路模块、第二通信链路模块；第一通信链路模块、第二通信链路模块运行在不同频带上；第一通信链路模块、第二通信链路模块分别链接不同的非对等的上行节点。相应地，本发明提供的用于无线自组织网络的通信方法，包括在普通节点中执行的第一通信链路步骤、第二通信链路步骤；在第一通信链路步骤、第二通信链路步骤中，通过在不同频带上运行，分别链接不同的非对等的上行节点。所述不同频带，分别采用普通节点所链接的不同接入节点的下行工作频带，即第二工作频带。普通节点的路由信息存储在上行接入节点处；普通节点接受接入节点给予的通信资源分配。一个普通节点中具备两套收发装置，分别负责第一通信链路、第二通信链路。
进一步地，中心节点、接入节点以及普通节点均包括能够建立节点间的通信信道的无线通信模块，还均包括协议栈模块，协议栈模块给通信节点之间进行注册、分配工作频率等通信资源以及控制时序。在本发明提供的通信系统和对应的通信方法中具有通信时隙、广播时隙；普通节点在接入节点分配的通信时隙内与接入节点进行通信；接入节点在接入节点的上行节点分配的通信时隙内与上行节点进行通信；中心节点或者接入节点在广播时隙发送广播信息。普通节点在上行接入节点分配的通信时隙内与该接入节点进行通信。通信节点之间采用点到点通信模式或者端到端通信模式；在所述点到点通信模式中，两个通信节点直接相连进行通信。在所述端到端通信模式中，两个节点之间的通信是通过其它通信节点转发完成的。其中，接入节点负责转发普通节点的消息转发；接入节点存储所有其下级所有接入节点或者普通节点的路由信息。
在本发明中，链接和网络拓扑结构的建立过程包括：
步骤1、所有通信节点均按照类型设置进行初始化；
步骤2、中心节点周期性在广播时隙发出广播信息；
步骤3、接入节点根据接收到的中心节点的广播信息发起对中心节点的注册请求；
步骤4、中心节点通过注册完成对接入节点的注册应答；
步骤5、注册后的接入节点周期性在广播时隙发出广播信息和工作频率信息；
步骤6、如果有其它新入的接入节点进入，则通过步骤3进入步骤4，或者该新的接入节点根据接收到的已注册的相邻的接入节点的广播信息发起对中心节点的注册请求；如果有普通节点进入，则普通节点在按照扫频策略捕获接入节点的广播信息后，根据负载均衡策略选择向最优的接入节点发起驻留，并保存所述最优接入节点的节点标识作为最优接收节点标识，将所述最优接入节点设定为目的接入节点，准备建立通信链路，发起向中心节点的注册，和接入节点一起完成接入请求。
其中，在注册应答的过程中，中心节点给通过注册的通信节点分配通信频率资源。接入节点在中心节点通过注册以后，以tdma的形式给下行节点分配通信的时隙。普通节点通过以上接入无线自组织网络的过程可以建立第一通信链路和第二通信链路，以实现双通信链路，在同一时间可以与两个接入节点进行收发，两个通信链路分别运行于不同的频带，实现上行与下行通信频带的分开，减少通信干扰。在普通节点完成接入无线自组织网络以后，则一个树状的多级拓扑网络形成。
本发明提供用于无线自组织网络的通信系统和通信方法的网络工作模式包括全固定模式、半固定模式或者全移动模式。这三种网络工作模式的主要区别在于中心节点、接入节点是否是固定的，其中，本领域技术人员应当理解到的是，所述固定与蜂窝网络中的基站这样的固定基础设施具有本质的区别，本发明中的通信节点均是移动节点，不属于固定基础设施，之所以称为所述的固定，是为说明相应的通信节点为了需要为保持位置固定，例如将中心节点的位置保持在地势较高的救灾指挥部中，形成全固定或者半固定模式，该中心节点也完全可以移动后再次快速部署为全移动模式或者新的全固定或半固定模式。
在全固定模式中，中心节点、接入节点、普通节点均保持位置固定。例如在智能制造中心，将中心节点部署在控制室中，将接入节点部署在不同的工作区域的控制台中，将普通节点部署在工作区域中的制造设备上，从而普通节点采集自制造设备的数据通过制造设备所属工作区域的控制台中的接入节点发向中心节点。由于制造设备、控制台、控制室的位置都是固定的，因此全固定模式可以适用。
在半固定模式中，中心节点、接入节点均保持位置固定，普通节点的位置可移动。例如在定向越野中，中心节点、接入节点部署在定点位置，普通节点由参赛选手携带。在上述智能制造中心的场景中，若制造设备包括移动运输机器人或者机械手臂机器人，则可以将中心节点、接入节点仍保持在控制室、控制台，而将普通节点以可移动方式部署在机械人上，适用于半固定模式。
在全移动模式中，中心节点、接入节点以及普通节点均移动部署。例如在野外科考队伍中，科考总领队携带中心节点，几个科考分领队携带接入节点、其它科考队员携带普通节点。随着科考队伍的移动，所有通信节点均属于移动状态，适用于全移动模式。
在优选例中，本发明提供的单个用于无线自组织网络的通信装置对于通信节点的种类而言，仅具有一种类型的通信节点。例如除了科考总领队和科考分领队，其它科考队员的移动终端中含有普通节点，且不含有中心节点与接入节点。在非优选例中，在同一通信装置中也可以含有不同类型的通信节点，例如兼副总领队的分领队的移动终端中还含有中心节点，以作为总领队所携带中心节点的备份。
从设备产品角度，在通信节点的具体实现上，通信节点主要由存储有计算机程序的计算机可读存储介质构成，所述存储介质包括：芯片、移动存储设备、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。具体地，在中心节点中，所述计算机程序被处理器执行时实现频率资源管理步骤、路由管理步骤、注册管理步骤；在接入节点中，所述计算机程序被处理器执行时实现第一工作频带链接步骤、第二工作频带链接步骤；在普通节点中，所述计算机程序被处理器执行时实现第一通信链路步骤、第二通信链路步骤。包括所述中心节点、接入节点或者普通节点的用于无线自组织网络的通信装置可以是智能手机、平板电脑、智能手表、智能眼镜、智能手环、机器人、电子标签、智能电器等等。在优选例中，接入节点与普通节点在物理设备上是一样的，都含有两套收发装置，对一物理设备通过不同的逻辑配置可以使该物理设备成为接入节点或者普通节点，例如将两套收发装置分别配置为用于上行通信、下行通信，则构成接入节点，又例如将两套收发装置均配置为用于上行通信，则构成普通节点。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。