无线通信网络及其通信方法与流程

1.本技术涉及通信领域，尤其是涉及一种无线通信网络及其通信方法。


背景技术：

2.无线mesh网络即”无线网格网络”,属于“多跳(multi-hop)”网络，是由ad-hoc(点对点)网络发展而来。在室内以及其他半封闭或全封闭空间内，有些通信产品信号不足以连接基站，而mesh网络可以汲取邻近通信产品信号，是解决信号不足的通信产品的“最后一公里”问题的关键技术之一。同时mesh网络可以与其它网络协同通信，是一个动态的可以不断扩展的网络架构，通过mesh网络可以使任意的两个设备保持无线通信。
3.在无线mesh通信网络中，信息到达目标节点通常需要多次中继，同时不同的信息需要经过不同的信道才可及时到达目标节点，但是网络节点间的通断状况却随时可能发生变化，而且信息种类及数量较大时，容易导致信道拥堵或冲突。因此，如何使承担发送任务的网络节点在无线链路失效时，迅速选择或组成替代链路避免业务提供中断，并且使信道畅通，使信息通过中继传输后到达目标节点，保证无线网络稳定高效的运行，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.为了至少解决上述问题，本技术提供了一种无线通信网络的通信方法,应用于时分多址接入方式组成的、有中心节点结构的无线通信网络，根据通信需求随时调节自身的连网状态，实时建立通信路由，并且计算合适的时隙分配方案，从而在不发生信道冲突的情况下以可靠的方式完成通信。
5.本技术采用如下技术方案实现上述目的：第一方面，本技术提供一种无线通信网络的通信方法，应用于通过时分复用方式通信的无线通信网络，所述无线通信网络的网络节点包括一个中心节点和多个子节点，所述中心节点对整个所述无线通信网络中的通信进行控制，所述子节点具有转发功能，所述通信方法包括以下步骤：所述中心节点向所述无线通信网络发送中心网络信息；所述子节点根据所述中心网络信息以及预设的出入网准则维护自身的网络状态，所述网络状态包括在网状态；响应于所述子节点的网络状态为在网状态，中心节点根据预设的时隙分配准则来计算时隙分配方案，并根据所述时隙分配方案为所述子节点分配时隙，以便于所述子节点根据预设的时隙使用准则在不同的时隙转发和/或收发所述中心网络信息及子网络信息；所述网络节点根据所述中心网络信息及子网络信息分别构建其自身的拓扑表；所述网络节点至少根据所述时隙分配方案、自身的拓扑表及预设的路由准则来生成其自身的路由表；所述网络节点根据所述中心网络信息、其自身的路由表以及时隙使用准则转发和/或收发中心网络信息及子网络信息。
6.通过采用上述技术方案，所述子节点可以根据通信需求，在中心网络信息以及预设的出入网准则的控制下实时调整自身的网络状态，实时建立通信路由，确保原有的无线
链路失效时，迅速选择或组成替代链路，从而避免业务提供中断，进而保证信息通过中继传输后到达目标节点，以可靠的方式完成通信，同时在预设的出入网准则下还可以保证不发生冲突。
7.可选的，还包括以下步骤：所述网络节点根据所述中心网络信息及子网络信息分别对其自身的拓扑表进行同步；响应于每个所述网络节点自身的拓扑表已同步，每个所述网络节点重新生成其自身的路由表。
8.通过采用上述技术方案，所述网络节点可以实时更新其自身的拓扑表和路由表，及时获取原有无线链路的状态，避免出现当原有无线链路失效时，无法及时选择或组成替代链路而造成业务长时间中断的现象。
9.可选的，所述网络状态还包括侦听状态和申请状态。
10.通过采用上述技术方案，中心节点可以根据实际情况控制所述子节点的网络状态，当无需子节点入网时，可以控制子节点为侦听状态，有效节约子节点的能耗。
11.可选的，所述中心网络信息的类型包括广播信息和控制信息，所述子网络信息的类型包括设备检测信息和感应信息。
12.通过采用上述技术方案，中心节点可以根据实际情况控制所述子节点的网络状态，当无需子节点入网时，可以控制子节点为侦听状态，有效节约子节点的能耗。
13.可选的，所述出入网准则包括：响应于所述子节点收到所述广播信息，且所述中心节点拒绝所述子节点入网，所述子节点处于侦听状态；响应于所述子节点收到所述广播信息，且所述中心节点允许所述子节点入网，所述子节点处于申请状态；响应于所述处于申请状态的子节点的入网申请被允许，所述子节点处于在网状态。
14.通过采用上述技术方案，每个网络节点采用状态跃迁或保持的方式维持无线通信网络的正常运行。每个网络节点需维护自己的网络状态信息，在一定条件下进行状态跃迁，以使中心节点能够有效地维护无线通信网络的状态，子节点也根据子节点和网络的连接情况调整其自身的网络状态，保证无线通信网络正常运行。
15.可选的，所述网络状态还包括静默状态，所述出入网准则还包括：响应于所述子节点在预设的时间内未收到所述广播信息，所述子节点处于静默状态。
16.通过采用上述技术方案，当无需子节点侦听时，可以控制子节点为静默状态，进一步节约子节点的能耗。
17.可选的，所述时隙分配准则包括：以时分复用准则为每个所述网络节点分配一个时帧，且所述时帧的时帧号与该时帧对应的网络节点的id号相匹配；所述时帧包含多个时隙，且不同的时隙用于转发和/或收发不同类型的中心网络信息及子网络信息。
18.通过采用上述技术方案，根据中心节点发送的需求和时隙分配方案，子节点向中心节点发送数据，同时数据内包含路由信息，因此可以保证数据能转发至中心节点，同时因为时分复用可以高效利用通信信道，因此可以实现快速的通信。
19.可选的，所述多个时隙包括广播时隙、控制时隙、检测时隙和感应时隙；所述时隙使用准则包括：所述广播时隙用于发送广播信息，所述控制时隙用于发送或转发控制信息，所述检测时隙用于发送或转发设备检测信息，所述感应时隙用于发送感应信息。
20.通过采用上述技术方案，通过不同的时隙发送不同的信息，可以保证信息在网络节点之间有序的传递。
21.可选的，所述控制时隙包括至少一个遥控转发周期；所述时隙使用准则还包括：所述一个遥控转发周期内执行一次控制信息的发送和至少一次控制信息的转发。
22.通过采用上述技术方案，可以保证控制信息可以到达所以子节点。
23.可选的，所述检测时隙包括检测发射时隙和检测转发时隙；所述时隙使用准则还包括：响应于与所述时帧号匹配的id号对应有处于在网状态的网络节点，所述检测发射时隙发射设备检测信息；否则所述检测发射时隙用于未进入所述无线通信网络的网络节点发送入网申请；响应于与所述时帧号匹配的id号对应有处于在网状态的网络节点，所述检测转发时隙转发设备检测信息；否则所述检测转发时隙用于未进入所述无线通信网络的网络节点发送入网申请。
24.通过采用上述技术方案，可以对检测时隙进行复用，节约了信道，提高了通信效率。
25.第二方面，本技术提供一种无线通信网络，该无线通信网络通过时分复用方式通信，其内部的网络节点包括一个中心节点和多个子节点，所述中心节点对整个所述无线通信网络中的通信进行控制，所述子节点具有转发功能，所述中心节点被配置为向所述无线通信网络发送中心网络信息；所述子节点被配置为根据所述中心网络信息以及预设的出入网准则维护自身的网络状态，所述网络状态包括在网状态；响应于所述子节点的网络状态为在网状态，中心节点还被配置为根据预设的时隙分配准则来计算时隙分配方案，并根据所述时隙分配方案为所述子节点分配时隙，以便于所述子节点根据预设的时隙使用准则在不同的时隙转发和/或收发所述中心网络信息及子网络信息；所述网络节点被配置为根据所述中心网络信息及子网络信息分别构建其自身的拓扑表；所述网络节点还被配置为至少根据所述时隙分配方案、自身的拓扑表及预设的路由准则来生成其自身的路由表；所述网络节点还被配置为根据所述中心网络信息、其自身的路由表以及时隙使用准则转发和/或收发中心网络信息及子网络信息。
26.综上所述，通过本技术的技术方案，可以在已知通信网络拓扑表的情况下，各个网络节点能实时在中心节点的控制下调节自身的在网状态，因此可以较大程度地保证无线通信网络的稳定运行；并且各个网络节点可以通过路由准则生成点对点、点对多的路由表，因而可以在不发生冲突的情况下以高效、可靠的方式完成通信。
27.另外，网络节点根据预设的时隙使用准则在不同的时隙转发和/或收发信息，充分利用时隙，实现的信息的高效传输。同时，所述通信方法还可以根据拓扑表和时隙分配方案进行不同种类信息的发送。
附图说明
28.图1是本技术其中一实施例的无线通信网络的通信方法的流程示意图；图2是本技术其中一实施例的时隙分配方案的示意图；图3是本技术其中一实施例的时隙的结构示意图；图4是本技术其中一实施例的信息发射模块状态机的执行动作的流程图；图5是本技术其中一实施例的协议数据模块状态机的执行动作的流程图。
具体实施方式
29.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-附图5及实施例，对本技术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用以解释本技术，并不用于限定本技术。
30.无线mesh网络凭借其多跳互连和网状拓扑的特性，已经演变为适用于宽带家庭网络、社区网络、企业网络和城域网络等多种无线接入网络的有效解决方案。mesh路由器以多跳互连的方式形成自组织网络，为wmn(wireless mesh network，无线网格网)组网提供了更高的可靠性、更广的服务覆盖范围和更低的前期投入成本。wmn继承了无线自组织网络的大部分特性，但仍存在一些差异。一方面，不同于无线ad-hoc网络节点的移动性，无线mesh路由器的位置通常是固定的；另一方面，与能量受限的无线ad-hoc网络相比，无线mesh路由器通常具有固定电源供电。此外，wmn也不同于无线传感器网络，通常假定无线mesh路由器之间的业务模式相对稳定，更类似于典型的接入网络或校园网络。因此，wmn可以充当业务相对稳定的转发网络，如传统的基础设施网络。当临时部署wmn执行短期任务时，通常可以充当传统的移动自组织网络。
31.wmn的一般架构由三类不同的无线网元组成：网关路由器(具有网关或网桥功能的路由器)、mesh路由器(接入点)和mesh客户端(移动端或其他终端设备)。其中，mesh客户端通过无线连接的方式接入到无线mesh路由器，无线mesh路由器以多跳互连的形式，形成相对稳定的转发网络。在wmn的一般网络架构中，任意mesh路由器都可以作为其他mesh路由器的数据转发中继，并且部分mesh路由器还具备因特网网关的附加能力。网关mesh路由器则通过高速有线链路来转发wmn和因特网之间的业务。wmn的一般网络架构可以视为由两个平面组成，其中接入平面向mesh客户端提供网络连接，而转发平面则在mesh路由器之间转发中继业务。
32.但是，无论是无线mesh网络还是wmn组网，信息到达目标节点通常需要多次中继，为了使信息通过较短的链路、较短的时长到达目标节点，如何实时调整网络节点的状态，以形成较短的通信链路、并配置合适的时隙分配方案来传递信息，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
33.图1是本技术其中一实施例的无线通信网络的通信方法的流程示意图。以下结合图1对本技术实施例公开一种无线通信网络的通信方法进行示例性描述。本技术实施例公开的无线通信网络的通信方法，应用于通过时分复用方式通信的无线通信网络。其中该无线通信网络的网络节点包括一个中心节点和多个子节点。该中心节点对整个无线通信网络中的通信进行控制，同时该子节点可以是无线mesh路由器,具有转发功能。上述通信方法可以包括步骤s101-s106。在步骤s101处，中心节点首先为其自身分配时隙，以便于向无线通信网络内的子节点发送中心网络信息。分配的时隙例如可以是一个时帧。在一个实施例中，该时帧可以包括多个相同和/或不同的时隙。在不同的实施方式中，中心节点可以在该时帧的某个或某些时隙内向无线通信网络内的子节点发送中心网络信息。该中心网络信息可以包括广播信息和控制信息两种类型。在一个应用场景中，该广播信息可以包括节点表、节点状态表、拓扑表和信标信号等信息。其中节点表中可以包括该无线通信网络内的所有网络节点的物理地址。例如节点表中每两个字节对应一个网络节点的物理地址，无效节点物理地址表示为0000h。而节点状态表用于记录每个网络节点的网络状态。本领域技术人员可以
理解的是，不仅中心节点可以发送广播信息，子节点也可以发送广播信息。
34.在一个实施方式中，上述网络状态可以包括静默状态、侦听状态、申请状态和在网状态。对应可用“00h”表示静默状态、“01h”表示侦听状态、“02h”表示申请状态、“03h”表示在网状态。其中静默状态是指网络节点初始化或退网后的状态，处于该状态的网络节点不发射任何信号，本地计时也停止。侦听状态指网络节点收到广播信息后，但由于子节点被控制信息通知拒绝入网，因此不能申请入网。处于侦听状态的网络节点不发射任何信号，但本地时间和发送广播信息的源节点(广播信息源)同步，并保持计数。网络节点收到广播信息后进入申请状态。
35.在实际应用中，上述网络状态还可以包括中心节点状态(04h),本技术的无线通信网络内只有一个中心节点，该中心节点首先设定其自身为中心节点状态，然后整个通信过程中始终保持中心节点状态，并在固定时隙播发广播信息和控制信息。具体地，中心节点首先会将自身的广播信息中的字节表中增加自身的第一物理地址，然后对应的在节点状态表中将自身的状态更改为“03h”，即在网状态，拓扑表中中心节点到中心节点的链路状态改为“1”链通，然后通过合适的时隙(例如为其自身分配的时帧的第一时隙)将广播信息进行广播。
36.为了存储网络节点的网络状态，节点状态表为每个网络节点的网络状态分配2个bit(比特)。节点状态表内的网络节点的网络状态与节点表内的网络节点为一一对应的关系。拓扑表表示的为无线通信网络中各个网络节点之间的链路状态，链路状态包括链通和断开两种，可以用“1”表示链通，“0”表示断开。本领域技术人员应当理解的是，信标信号为现有技术中的同步信标信号，用于使信息的发送端和接收端保持同步。在一些实施例中，前述广播信息还可以包括网络节点的时帧号、时隙号、id号等。网络节点收到相邻的网络节点发送的广播信息之后，将对自身拓扑表及节点表等信息进行更新。
37.在步骤s102处，子节点根据上述中心网络信息以及预设的出入网准则维护自身的网络状态，并且向所述无线通信网络发送子网络信息。在一个实施方式中，子网络信息可以包括设备检测信息和感应信息。其中设备检测信息包括各子节点设备的运行信息，感应信息可以包括子节点设备采集的声音、图像、视频、温度、湿度等信息。其中预设的出入网准则可以包括以下内容：一方面，当子节点在预设的时间内(例如3个时元，其中1个时元包括n个时帧，n为上述无线通信网络中网络节点的个数)未收到所述广播信息，则子节点处于静默状态；但是如果处于静默状态的子节点收到了广播信息，并且同时收到中心节点发送的拒绝该子节点入网的信息，例如通过入网协议向该子节点发送拒绝该子节点入网的控制信息，则该子节点的状态可以跃迁至侦听状态；而处于侦听状态的子节点，如果在一定时间内(例如3个时元)内未收到广播信息，则该子节点可以返回至静默状态。另一方面，处于静默状态的子节点收到了广播信息，并且同时未收到中心节点发送的拒绝该子节点入网的信息，即中心节点允许该子节点入网，则该子节点的网络状态可以跳至申请状态；同时，处于侦听状态的子节点的被中心节点拒绝入网的使能被解除后，即中心节点允许该子节点入网后，该子节点的状态也可以跳至处于申请状态。同样，处于申请状态的子节点如果在一定时间内(例如3个时元)内未收到广播信息，则该子节点也可以返回至静默状态。需要注意的是，中心节点和子节点均可以处于静默状态。
38.以下对子节点进入前述无线通信网络的过程进行示例性描述。处于申请状态的子
节点首次监听到中心节点广播的广播信息后向中心节点发送入网申请。具体的，处于申请状态的子节点在首次监听到中心节点广播的广播信息后，解析广播信息，确定节点表中中心节点的第一物理地址在节点状态表中对应的状态为在网状态，并且拓扑表中中心节点到中心节点的链路状态为链通后，通过合适的时隙(例如该子节点的时帧的第3或4或5时隙)来向中心节点发送入网申请，该入网申请至少包括子节点的第二物理地址。中心节点收到该子节点发送的入网申请后，根据入网申请为该子节点分配id号，更新广播信息并进行广播。具体的，中心节点首先会判断该入网申请中的第二物理地址是否已存在于在网节点表、申请节点表或拒绝节点表中(其中在网节点表中存储处于在网状态的网络节点的信息，申请节点表中存储处于申请状态的网络节点的信息，拒绝节点表中存储被中心节点拒绝入网的网络节点的信息)，若否，则判断在网节点表中是否含有空余id节点；当在网节点表存在空余id节点时，将空余id节点的id号分配给第二物理地址对应的子节点，并将第二物理地址增加到空余id节点上，其中在网节点表的分配节点数量为人为预先设定的。
39.为子节点分配id号之后，中心节点会更新广播信息，即将节点表中增加第二物理地址，将节点状态表中与第二物理地址对应的字节改为“01”，即通过认证的状态，同步的也会更改拓扑表中中心节点与第二物理地址对应的子节点之间的链通状态为“1”，即链通状态。然后再通过合适的时隙(例如为其自身分配的时帧的第一时隙)将更新后的广播信息进行广播。子节点根据更新后的广播信息确定是否入网，子节点在监听到更新后的广播信息后，会判断广播信息中的节点表上是否包含自身的第二物理地址、在节点状态表中对应的状态是否为通过认证的状态、在拓扑表中与中心节点之间是否为链通状态。如果上述判断结果均为“是”，则可以确定该子节点自身已完成入网。该子节点从广播信息中获取到自身的id号进行保存，并且根据广播信息来更新自身的网维信息。
40.处于在网状态的子节点，如果在一定时间内(例如3个时元)内未收到广播信息，或者该子节点监听到的广播信息的节点表上未包含该子节点自身的第二物理地址，或者该子节点无法与中心节点建立路由；或者该子节点收到了中心节点发送的拒绝该子节点入网的信息。则处于在网状态的子节点跃迁至静默状态。
41.需要说明的是，设备检测信息需要通过固定时帧发送的原因是：所有子节点发送的信息均流向中心节点，如果多个子节点同时发送给中心节点或者低跳节点(相对于子节点自身，与中心节点之间通信，需要的中继节点更少的网络节点)，会存在节点冲突的情况，所以每一个网络节点需要在固定时帧的时隙发送设备检测信息。
42.在步骤s103处，当子节点的网络状态为在网状态时，中心节点将根据预设的时隙分配准则来计算时隙分配方案，并根据所述时隙分配方案为在网的子节点分配时隙，以便于子节点根据预设的时隙使用准则在不同的时隙转发和/或收发所述中心网络信息及子网络信息。其中时隙分配准则为：按照时分复用准则，为每一个网络节点分配一个时帧，每个网络节点的时帧的时帧号与该网络节点的本地id号匹配。一个时帧包含多个时隙，且不同的时隙用于转发和/或收发不同类型的中心网络信息及子网络信息。每个网络节点的时帧的结构和时长均相同。
43.图2是本技术其中一实施例的时隙分配方案的示意图。以下结合图2对本技术实施例公开的一种时隙分配方案进行示例性描述。在一个实施例中，时隙分配方案为：每个时帧至少包括一个广播时隙、一个控制时隙、一个检测时隙和一个感应时隙。上述时隙使用准则
包括：广播时隙用于发送广播信息，控制时隙用于发送或转发控制信息，检测时隙用于发送或转发设备检测信息，感应时隙用于发送感应信息。其中中心节点的时帧的长度和结构可以与子节点的时帧的长度和结构一致。
44.上述处于申请状态的网络节点将选择空闲的检测时隙随机发送入网申请，且该网络节点的本地时间和广播信息源同步并保持计数；网络节点被中心节点通知入网后进入在网状态。在网状态的网络节点会在其对应的时隙发射广播信息和设备检测信息，且根据路由表和系统图像需求发射或转发控制信息、设备检测信息以及感应信息。
45.以包括一个中心节点和12个子节点的无线通信网络为例，如图2所示，该无线通信网络由地面站(中心节点)和机载设备(子节点)组成，多个机载设备与地面站可进行组网，该无线通信网络最大支持三跳级。其中，中心节点的邻节点包括一跳邻节点和二跳邻节点，一跳邻节点可以作为目的节点，同时一跳邻节点还可以作为将二跳邻节点作为目的节点的中继节点。地面站作为主控站，一跳邻节点可以组成一跳网络，二跳邻节点可以组成二跳网络。一跳网络可由若干个无人/有人机数据链组成，二跳网络可由若干个单兵组成，并且通过一跳网络节点和主控设备建立通信链路。同理，三跳网络可由若干个小型设备组成，并且通过二跳邻节点和一跳邻节点与地面设备(主控站)建立通信链路，全网最少支持13个节点。
46.地面站(主控站)由操控平台、终端和天线组成，节点设备由机载终端和天线组成。该无线通信网络为多装备战术作战单元的信息交换的需求而设计，其支持通信、导航和识别多种功能，以满足侦察数据、电子战数据、任务执行、武器分配和控制等数据的实时交换。一跳邻节点(与中心节点之间无需中继节点即可通信的网络节点)为飞机、无人机和装甲车等，二跳邻节点(与中心节点之间只需一个中继节点即可通信的网络节点)可以是单兵。该无线通信网络采用tdma接入方式组成有中心节点结构的无线通信网络，地面站和机载设备根据分配的时隙轮流发射信息。同时通过分配独立的跳频图案，可以形成多网结构，以容纳更多成员。
47.图3是本技术其中一实施例的时隙的结构示意图。以下结合图3对本技术实施例公开一种时隙的结构进行示例性描述。如图3所示，该无线通信网络的时隙分配方案为：1时元包含13(与节点数量匹配)个时帧。每个时帧包含6个时隙，其中时隙1-5为短时隙，每个时隙最大传输512bit信息，时隙6为长时隙，每个时隙最大传输6144bit信息，短时隙和长时隙的结构如图3所示，其中长时隙可以用于传递感应信息(图像和视频信息)。具体地，其中广播时隙(时隙1)用于发送广播信息，每个网络节点在广播时隙均发送广播信息，相邻的网络节点将收到对方发送的广播信息，因此广播时隙可以用于相邻的网络节点之间交换广播信息。其中广播信息的报文格式如表1所示，需要说明的是表1中示出的只是控制信息中的一部分的报文格式。
48.表1控制信息报文格式由于控制信息最关键的指标在于能够让中心节点对子节点的控制尽快达到所有子节点，因此可以在控制时隙中实现多个子节点同时发送和转发的情况。在一个实施方式中，控制时隙(时隙2)可以包括至少一个遥控转发周期(一个遥控转发
周期内可以执行一次控制信息的发送和至少一次控制信息的转发)。同样以包括一个中心节点和12个子节点的无线通信网络为例，如图3所示，每4个时帧的控制时隙为一个遥控转发周期，因此每个时元可转发3个短时隙的控制信息。中心节点在固定的时帧发送(例如时帧2,时帧6,时帧10)控制信息，子节点仅仅是转发控制信息。由中心节点来选择哪个子节点的时帧(例如时帧3,时帧4,时帧5，时帧7,时帧8,时帧9，时帧11,时帧12,时帧13)来转发控制信息，并且通过广播消息发送至子节点。其中一个控制信息可以有4个发射机会，1次发射状态3次转发状态。
49.在一个实施例中，该控制信息可以包括用于控制子节点的信息。例如该控制信息的报文格式可以如表2所示。
50.表2控制信息报文格式每一个节点4个bit的广播路由表存储的是相对时帧号。例如其中第9—24字节号存储的内容可以是：d(9)＝[broadcast_router(1)broadcast_router(2)]；d(10)＝[broadcast_router(3)broadcast_router(4)]；
…
d(24)＝[broadcast_router(31)broadcast_router(32)]。
[0051]
检测时隙包括检测发射时隙(时隙3)和检测转发时隙(时隙4和时隙5)。每个节点会在时帧号和本地id号匹配时(即与时帧号匹配的本地id号对应有处于在网状态的网络节
link staterouting,优化链路状态路由协议)协议来路由。olsr路由是一种优化的链路状态协议，它在纯链路状态路由最短路径优先的基础上针对移动自组网进行了优化。其实质上是先验式的路由方式，所以具有找路时延小的优点。对纯链路状态算法所作的优化采用多点中继机制，从而减小了控制分组的洪泛范围。网络节点选择部分邻节点作为它的多点中继节点，只有中继节点才转发该网络节点的信息。其他邻节点收到该网络节点发送的控制分组时，只进行处理而不转发。这样就显著减少了网络中广播的控制分组的数量。缩减了控制分组的网络节点并不发布与所有邻节点相连的链路信息，而只发布其与部分邻节点的链路子集，这些邻节点是它的多点中继节点，也就是说网络节点只发布与其自身之间的链路。同时通过与中心节点进行周期性的信息交换来维护网络拓扑。该协议要求每一个网络节点保存它到网络中所有可达的目的节点的路由，因此适用于网络规模大、节点分布密集的网络。
[0054]
上述设备检测信息可以通过dsdv(destination sequenced distance vector，序列距离矢量)协议来路由，设备检测信息中的中继节点id号是发送设备检测信息的子节点通过拓扑表和拓扑状态表联合分析后得到的。其中dsdv是基于目的序号距离矢量协议的一种改进协议架构。其由经典简单最短路径的分布式路由算法改进得到的，是一种表驱动路由协议。顾名思义，表驱动路由协议依靠的是节点交互信息实时维护的网络路由信息表，是一种主动式路由协议。dsdv协议对贝尔曼-福德路由机制的改进主要在于避免在路由表中形成路由环路。在协议中每个网络节点维护一张到网络中己知节点的距离估计和下一跳的路由表。因为每个路由节点只记录到目标节点的跳数和通向目标节点的下一跳信息(三跳信息id号)，所以它是一种典型的距离矢量算法。在距离矢量路由表上附加了一个由目的节点产生的序列号,节点只使用带有最新序列号的路由信息更新路由表,从而避免了路由环路的产生。因此，采用多种网络协议进行通信，可以兼取各种网络协议的优点。
[0055]
另外，dsdv协议还可以解决由于网络传输延迟造成的路由抖动问题。主要包括两个过程,即路由发现和路由维护。在路由的发现过程中，每个网络节点周期性广播其当前的路由表，其中包括对应于每个目的节点的距离和所知的最大序列号等。该广播信息还包含发送者自身的序列号,每广播一次就自动加一。每个收到该广播报文的网络节点将报文中的对应各目的节点的序列号与自身路由表中对应项相比较如果报文中的序列号较高,则更新自己的路由表,将发送者指定为下一跳，并将距离增加一跳。如果序列号相等但距离较小,则接收节点也要更新自己的路由表。在路由维护过程中,当一个网络节点发现链路失效,其将所有通过该链路的目的路由的距离设为无穷大,并将其序列号加。由于更新了序列号,因此这一消息会传播到整网络，避免了环路，加快了消息沟通的速度，增强了移动自组网的实时性。
[0056]
在一个实施方式中，上述感应时隙用于向中心节点发送子节点采集到的感应信息(例如视频/照片数据)。根据中心节点发送的采集需求和时隙分配方案，子节点向中心节点发送感应信息，感应信息内包含路由信息，以保证感应信息能转发至中心节点。其中感应信息的报文格式可以如表4所示。
[0057]
表4感应信息报文格式本领域技术人员容易理解的是，中心节点在广播信息中指定了发送感应信息的子节点的id号,被指定的子节点在规定的时隙上发送感应信息。
[0058]
为了应付需多次中继的环境，且为了满足网络节点间通断状况随时变化情况下的通信需求，发送控制信息、感应信息、设备检测信息、或感应信息的网络节点需获取整个无线通信网络的连接拓扑状态，并建立通信路由，才能保证信息通过中继传输后到达目标节点。因此，在步骤s104处，网络节点需要根据其收到的中心网络信息及子网络信息分别构建其自身的拓扑表。例如通过广播信息确认处于在网状态的网络节点，通过设备检测信息来获知各个网络节点的运行状态，然后建立自身与其他运行正常的网络节点之间的拓扑表。由于网络节点的网络状态实时在变化，所以网络节点还需要根据中心网络信息及子网络信息分别对其自身的拓扑表进行同步。
[0059]
各个网络节点完成拓扑表的构建后，在步骤s105处，网络节点至少根据时隙分配方案、自身的拓扑表及预设的路由准则(可以是现有的路由准则，此处不再赘述)来生成其自身的路由表。容易理解的是，当每个网络节点完成自身的拓扑表同步后，每个所述网络节点重新生成其自身的路由表。
[0060]
最后，在步骤s106处，网络节点根据上述中心网络信息、其自身的路由表以及预设的时隙使用准则转发和/或收发中心网络信息及子网络信息。例如中心节点和子节点均在
第一时隙发送广播信息，中心节点选择固定的时帧的第二时隙发送控制信息，子节点在第二时隙转发控制信息；子节点向中心节点或者转发发送设备检测信息，子节点向中心节点发送感应信息等。
[0061]
为了便于理解上述控制信息、设备检测信息和感应信息的发送流程，以下结合示例进行说明：以网络节点1,网络节点2和网络节点5之间的通信流程为例，网络节点1,网络节点2,网络节点3完成入网之后，网络节点1,网络节点2,网络节点3都处于在网状态，其中网络节点1为中心节点，中心节点的状态机(状态机能够根据控制信号按照预先设定的状态进行状态转移，是协调相关信号动作、完成特定操作的控制中心)判断如果处于控制信息发送时帧/时隙(例如时帧2、时帧6和时帧10)，则发送控制信息，即在时帧2、时帧6和时帧10的时隙2将控制信息发送至一跳邻节点(例如网络节点2)。网络节点2收到控制信息后，将对控制信息进行解析，以根据控制信息执行相应的动作(例如发送设备检测信息、转发该控制信息等)，如果判断出本节点是转发路由(根据控制信息的字节9～24中的描述来判断)，则网络节点2在时隙2将转发该控制信息至二跳邻节点(例如网络节点5)。同时，如果一跳邻节点的状态机轮询到其自身需要向中心节点发送设备检测信息，则在时隙3向中心节点发送设备检测信息。
[0062]
网络节点5收到网络节点2转发的控制信息后，同样将对控制信息进行解析，以根据控制信息执行相应的动作。例如根据控制信息的字节9～24中的描述判断出本节点不发送控制信息，则提取控制信息中的控制数据给物理层之上的层(例如无线链路控制层或者应用层)进行使用。网络节点5的状态机逐个节点问询，如果问询到其自身需要向中心节点发送设备检测信息，则网络节点5根据的拓扑表以及拓扑状态表确认下一跳节点：id＝2，目标节点：id＝1,信息源节点：id＝5，填写好上述id信息后在时帧5的时隙3向网络节点2发送设备检测信息。网络节点2收到网络节点5的设备检测信息，并且判断出该设备检测信息需要被转发后，填写下一跳节点id＝1,目标节点id＝1,信息源节点id＝5。然后等待一个时元之后，在时帧2的时隙4或时隙5转发至中心节点。中心节点收到设备检测信息后把设备检测数据提取出来。
[0063]
中心节点还可以周期性地对广播信息进行广播，例如在中心节点的时帧(时帧1)的时隙1向一跳邻节点发送广播信息，其中广播信息包含要求发送感应信息(例如图像信息)的指令，并且指定发送感应信息的节点id号为5，即由网络节点5发送感应信息。一跳邻节点(例如网络节点2)收到广播信息后，将在其自身的时帧(即中心节点为其分配额时帧，时帧2)的时隙1向网络节点5(二跳邻节点)转发该广播信息。网络节点5的状态机判断出控制信息要求其向中心节点发送感应信息，则填写下一跳节点id＝2，目标节点id＝1,信息源节点id＝5,并且在下一个时帧的时隙6向网络节点2发送感应信息，同时网络节点2收到网络节点5的感应信息后，填写以下信息：下一跳id＝1,目标id＝1,信息源id＝5，然后在下一时帧的时隙6发送至中心节点。中心节点收到感应信息后进行相关处理。通过上述方式能够快速准确的把控制消息发送到各个网络节点，并且各个网络节点可以有序快速的把设备检测信息发送到中心节点。
[0064]
需要说明的是，上述网络节点都可以包括信息发射模块，用于发送信息。信息发射模块可以包括发射状态模块和报文生成模块，并且信息发射模块包括状态机，信息发射模块每个时隙启动一次，在时隙号跳变后启动。图4是本技术其中一实施例的信息发射模块状
态机的执行动作的流程图。以下结合图4将上述控制信息、设备检测信息和感应信息的发送流程中信息发射模块的状态机的具体判决流程进行示例性描述，如图4所示，信息发射模块启动后首先通过发射状态模块进行本节点状态的判断，如果本节点处于申请状态，并且处于时隙3、时隙4或时隙5，同时随机种子满足入网条件，则生成入网申请数据，然后发起入网申请。由于设备检测信息和感应信息的发送需要网络节点处于在网状态，所以首先需要判断本节点是否处于在网状态。如果判断本节点处于在网状态，则接下来进行时隙判断，如果是时隙6，并且该时隙是分配给子节点的转发时隙，则生成感应信息对应的感应数据，并发送感应数据。如果是时隙3且本节点的id号与相对时帧号匹配，则生成设备检测信息对应的设备检测数据，并发送设备检测数据；如果是时隙4或时隙5，并且该时隙是分配给子节点的转发时隙，则生成设备检测信息对应的设备检测数据，并转发设备检测数据。
[0065]
另外由于广播信息和控制信息的发送需要网络节点处于在网状态或者中心节点状态。所以首先需要判断本节点是否处于在网状态。如果判断本节点处于在网状态或者中心节点状态，并且当前时帧号与网络节点的id号匹配，则接下来进行时隙判断，如果是时隙1，则生成广播信息对应的广播数据，并发送广播数据；如果是时隙2且广播信息中的路由信息包含本节点的id号，同时本节点的id号与当前时帧号匹配，则生成控制信息对应的控制数据，并发送控制数据。
[0066]
如果本节点已收到发送感应信息(例如图像信息)的控制信号，但在发射前判断本节点未处于在网状态，则将该感应信息做缓存处理；同理，如果本节点已收到发送广播信息的控制信号，或者作为中心节点发送广播信息，但在发射前判断本节点未处于在网状态并且也不是中心节点状态，则将该广播信息做缓存处理；同样的，如果本节点已收到转发控制信息的控制信号，或者作为中心节点发送控制信息，但在发射前判断本节点未处于在网状态并且也不是中心节点状态，则将该控制信息做缓存处理；相同地，如果本节点已收到发送或者转发设备检测信息的控制信号，但在发射前判断本节点未处于在网状态，则将该设备检测信息做缓存处理。
[0067]
上述信息发射模块生成使能后，将等待发射时间(和物理层发射模块处理延时有关)，并在发射时间将数据输出到物理层，完成当前时隙的数据发射。完成发射后，信息发射模块可以通过报文生成模块反馈的信息对本地状态数据进行更改，具体操作例如表5所示。
[0068]
表5信息发射模块对本地状态的更新操作图5是本技术其中一实施例的协议数据模块状态机的执行动作的流程图。以下结合图5对本技术其中一实施例公开的协议数据模块状态机的执行动作进行示例性描述。本领域技术人员容易理解的是，上述网络节点还可以包括协议数据模块，该协议数据模块每个时帧运行一次，当本地时帧号出现跳转时该协议数据模块启动，该协议数据模块的状态
机执行流程包括步骤s201-步骤s208。
[0069]
在步骤s201处，当本地时帧号出现跳转时，协议数据模块的状态机动；在步骤s202处，协议数据模块的状态机识别该网络节点的网络状态，如果该网络节点处于静默状态、侦听状态或者申请状态，则直接结束该流程；如果该网络节点为子节点，并且处于在网状态，则进入步骤s203，判断时帧号与该网络节点的id号是否匹配(相同即匹配)；如果时帧号与该网络节点的id号匹配，则进入步骤s204，通过上述报文生成模块生成设备检测信息对应的报文，并且将该报文作为短数据块转存，同时修正该短数据块的发射时间；如果时帧号与该网络节点的id号不匹配，则进入步骤s205，判断是否轮到本网络节点发送感应信息，如果是，则进入步骤s206，通过上述报文生成模块生成感应信息对应的报文，并且将该报文作为长数据块转存，同时修正该长数据块的发射时间；如果否，则流程结束。
[0070]
如果该网络节点为中心节点，并且处于在网状态，则进入步骤s207,判断是否为发送控制信息的时隙，如果是，则进入步骤s208，通过上述报文生成模块生成控制信息对应的报文，然后结束流程。如果否，则流程结束。协议数据模块在状态机运行完毕后，将完成该网络节点的网络状态的更新。协议数据模块对该网络节点的网络状态进行更改，例如表6所示。
[0071]
表6协议数据模块对网络节点的网络状态的更新操作综上，该无线通信网络的实现原理包括：无线通信网络(例如无线mesh回程网络)中采用tdma模式(时分复用)将信道划分成时隙，以便于将时隙作为mac层的调度单位。每个网络节点均配备单收发机，采用半双工模式工作，即网络节点在同一时间只能发送或接收数据，不能同时收发。各网络节点间采用单播通信，即每个传送都仅有一个发送方和一个接收方。一个网络节点不能同时接收来自两条链路或信道的数据传送。
[0072]
网络节点包括中心节点和子节点，将中心节点假定为该无线通信网络中的集中式的调度服务器，用来管理时隙及链路的分配及调度，此外还有一个专用的广播时隙作为公共控制信道(与数据信道互不干扰)用于调度服务器和网络中所有mesh路由器节点(子节点)之间的信息交换。调度服务器周期性收集所有路由器节点的信息(包括所有网络节点的业务需求及各网络节点的信道条件等信息)，在每个调度周期的开始之前计算时隙及链路分配及调度方案，并将其广播到网络中的所有路由器节点。各网络节点则按照接收到的方案接入相应信道。若调度服务器发现信道条件或业务需求发生变化，则重新计算分配及调度方案。
[0073]
本公开的主要包括网络节点出入网、时隙分配、拓扑表建立同步和路由运算等技术。其中网络节点出入网主要包括：网内节点管理、id号分配、入网/退网策略等技术。时隙
分配主要包括将时隙合理地分配给相应的信道以满足系统通信需求。拓扑表建立与同步包括：通过检测广播信息的接收状态，并读取拓扑表、拓扑时效等信息，完成节点表内网络节点的拓扑表同步。路由运算主要包括：在拓扑表同步的条件下，网络节点运行路由算法，在网内寻找中继节点，完成多跳中继环境下的数据传输。以上技术的实现需通过处于在网状态的网络节点在广播时隙交换广播信息完成实现。在一个实施例中，以上技术实施的具体流程为：首先通过发送广播信息完成网络节点的入网，网络节点入网后进行拓扑表建立、更新和同步；然后网络节点根据时隙分配方案和广播信息进行路由表计算。
[0074]
同时，本技术实施例还公开了一种无线通信网络，该无线通信网络通过时分复用方式通信，其内部的网络节点包括一个中心节点和多个子节点，所述中心节点对整个所述无线通信网络中的通信进行控制，所述子节点具有转发功能，所述中心节点被配置为向所述无线通信网络发送中心网络信息；所述子节点被配置为根据所述中心网络信息以及预设的出入网准则维护自身的网络状态，所述网络状态包括在网状态；响应于所述子节点的网络状态为在网状态，中心节点还被配置为根据预设的时隙分配准则来计算时隙分配方案，并根据所述时隙分配方案为所述子节点分配时隙，以便于所述子节点根据预设的时隙使用准则在不同的时隙转发和/或收发所述中心网络信息及子网络信息；所述网络节点被配置为根据所述中心网络信息及子网络信息分别构建其自身的拓扑表；所述网络节点还被配置为至少根据所述时隙分配方案、自身的拓扑表及预设的路由准则来生成其自身的路由表；所述网络节点还被配置为根据所述中心网络信息、其自身的路由表以及预设的时隙使用准则转发和/或收发中心网络信息及子网络信息。
[0075]
本公开通过多种网络模式实现通信，实现在已知网络结构拓扑图的情况，能通过算法生成点对点、点对多(广播)的通信路由，在不发生冲突的情况下以高效、可靠的方式完成通信。本公开采用网络节点状态跃迁(网络状态的切换)/保持的方式维持无线通信网络正常运行。每个网络节点需维护自己的网络状态信息，在满足一定条件下进行状态跃迁，使中心节点能够有效地维护网络状态，子节点也根据其自身和无线通信网络的连接情况调整状态，保证无线通信网络正常运行。
[0076]
以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，本说明书(包括摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。