CN115866612A - 一种自组网集中式自适应时隙分配方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自组网集中式自适应时隙分配方法及装置，应用于无线自组网接入控制层MAC，方法包括：基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变；其中，所述时隙变化类型包括业务数据增加、网络拓扑变化；所述网络拓扑变化包括节点入网、网络内部节点运动、节点脱离网络和子网融合。本发明通过在无线自组网系统中设计集中式自适应的时隙分配机制，使自组网系统可以根据业务变化需求配置时隙，达到适配业务，提高灵活性的目标，提高了信道资源利用率及信道传输质量。

Description

一种自组网集中式自适应时隙分配方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种自组网集中式自适应时隙分配方法及装置。

背景技术

无线自组网媒体接入控制层(Medium Access Control，MAC)是数据接入无线信道的直接控制者。目前，无线自组网节点中MAC大多采用无线通信标准的MAC协议。例如，基于竞争随机访问的MAC协议，节点在需要发送数据时，通过竞争方式使用无线信道。多数分布式MAC协议采用载波侦听或冲突避免机制并采用附加的信令控制消息来处理隐藏和暴露节点问题。IEEE 802.11MAC协议采用带冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA/CA)是典型的基于竞争MAC协议。所谓CSMA/CA机制是指在信号传输之前，发射机先监听介质中是否有同信道载波，若不存在，将直接进入数据传输状态，若存在，则在随机退避一段时间后重新检测信道。

上述竞争方式使得节点在竞争信道资源时会发生冲突，导致资源浪费；另外传送信息时只能尽力而为，不能提供QoS保证。

发明内容

本发明提供一种自组网集中式自适应时隙分配方法及装置，用以解决现有技术中信道资源浪费、信息传输质量不高的缺陷，通过设计集中式自适应的时隙分配机制，使自组网系统可以根据业务变化需求配置时隙，达到适配业务，提高灵活性的目标。

本发明提供一种自组网集中式自适应时隙分配方法，应用于无线自组网接入控制层MAC，包括：

基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变；

其中，所述时隙变化类型包括业务数据增加、网络拓扑变化；所述网络拓扑变化包括节点入网、网络内部节点运动、节点脱离网络和子网融合。

根据本发明提供的自组网集中式自适应时隙分配方法，所述时帧结构包括业务帧和控制帧，所述控制帧包括调度帧和汇聚帧，所述业务帧包括业务时隙，所述汇聚帧包括汇聚时隙，所述调度帧包括调度时隙，所述调度时隙包括分配阶段和反馈阶段，其中，所述调度时隙与所述业务时隙以及所述控制时隙存在对应关系。

根据本发明提供的自组网集中式自适应时隙分配方法，包括：

组网步骤，从待组网节点中，确定最先开机的节点为根节点，并由根节点向外发送根节点分配复用帧；

接收由一跳待组网节点基于接收的根节点分配复用帧完成入网初始化后发送的一跳待组网节点分配复用帧；其中，所述一跳待组网节点为距离根节点一跳的待组网节点；

解析所述一跳待组网节点分配复用帧，并结合预设信息进行判断，在判断结果为通过的情况下，向所述一跳待组网节点发送反馈帧，使所述一跳待组网节点变为一跳在网节点；

向所述一跳在网节点分配调度时隙，由所述一跳在网节点在自身调度时隙的分配阶段发送一跳在网节点分配复用帧，再由距离根节点两跳的待组网节点开机并收到所述一跳在网节点分配复用帧后也会重复一跳待组网节点的入网过程，直到待组网节点全部入网。

根据本发明提供的自组网集中式自适应时隙分配方法，在所述时隙变化类型为业务数据增加时，所述基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变，包括：

由在网节点将自身业务时隙增加数量随自身汇聚数据帧汇聚至根节点；

基于汇聚至根节点的业务时隙增加数量，由根节点计算网络节点数量和业务时隙增加数量，进而结合时帧结构改变规则，计算本周期的调度时隙、业务时隙和汇聚时隙数量，并将所述网络节点数量、调度时隙、业务时隙和汇聚时隙数量通过根节点分配复用帧发送至所有节点；

基于接收的所述根节点分配复用帧，所有节点计算得到本周期的时帧结构，实现全网时帧结构统一改变。

根据本发明提供的自组网集中式自适应时隙分配方法，在所述时隙变化类型为网络拓扑变化中的节点入网时，所述基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变，包括：

由k跳待组网节点基于收到的在网节点发送的分配复用帧，向所述在网节点发送k跳待组网节点分配复用帧；其中，所述k跳待组网节点为距离根节点k跳的待组网节点；

由在网节点接收并解析所述k跳待组网节点分配复用帧，进而将解析得到的k跳待组网节点相对于自身的跳数信息记录于自身邻节点表的节点跳数信息列；

由在网节点在自身的汇聚时隙将跳数信息通过汇聚数据帧，经其他在网节点不断更新转发、汇聚至根节点；

基于汇聚至根节点的跳数信息，由根节点在下一个周期自身调度时隙的分配阶段按照跳数递增顺序为所有在网节点分配调度时隙；其中，当在网节点跳数相同时按照在网节点ID由小到大的顺序分配。

根据本发明提供的自组网集中式自适应时隙分配方法，在所述时隙变化类型为网络拓扑变化中的网络内部节点运动时，所述基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变，包括：

非根节点在自身调度时隙的分配阶段查找已记录于邻节点表中但在分配复用表中未分配调度时隙的节点，并继续为所述未分配调度时隙的节点分配调度时隙；继续由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变。

根据本发明提供的自组网集中式自适应时隙分配方法，包括：

接收一跳在网节点在自身调度时隙的分配阶段发送的一跳在网节点分配复用帧后，由根节点在一跳在网节点自身调度时隙的反馈阶段向所述一跳在网节点发送反馈帧，以使一跳在网节点之间为两跳节点补充分配调度时隙时避免产生冲突；其中，所述一跳在网节点为距离根节点一跳的在网节点；

由在网节点在预定业务帧中交互业务数据帧，至少收集到一跳范围内在网节点的信息并记录于邻节点表，再在汇聚帧中交互汇聚数据帧，至少可以收集到两跳范围内所有节点的信息，以使至少距离根节点三跳范围内的节点之间可以避免补充分配调度时隙时的冲突。

根据本发明提供的自组网集中式自适应时隙分配方法，在所述时隙变化类型为网络拓扑变化中的节点脱离网络时，所述基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变，包括：

当在网节点在预定时间未获取调度时隙，则由在网状态转换成重组网状态；其中，所述重组网状态下节点所遵循的时帧结构为重组网复帧；

进入重组网状态后的在网节点占用重组网复帧中每个重组网帧中的重组网时隙；其中，重组网时隙号等于上一个周期中自身的调度时隙号；

确定重组网时隙号最小的在网节点作为新根节点，重组网状态及重组网复帧结束，在网节点重新转换为在网状态，继续由新根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变。

根据本发明提供的自组网集中式自适应时隙分配方法，在所述时隙变化类型为网络拓扑变化中的子网融合时，所述基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变，包括：

不同子网络相互靠近时，由节点数量少的子网络向节点数量多的子网络融合，其中，当节点数量相同时，由根节点ID大的子网络向根节点ID小的子网络融合；

在融合过程中，由融合网络的根节点汇聚包括被融合节点的全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变。

本发明还提供一种自组网集中式自适应时隙分配装置，应用于无线自组网接入控制层MAC，包括：

自适应时隙分配模块，用于基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变；

其中，所述时隙变化类型包括业务数据增加、网络拓扑变化；所述网络拓扑变化包括节点入网、网络内部节点运动、节点脱离网络和子网融合。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一项所述自组网集中式自适应时隙分配方法。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述自组网集中式自适应时隙分配方法。

本发明提供的自组网集中式自适应时隙分配方法、装置、电子设备与存储介质，应用于无线自组网接入控制层MAC，通过基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变；其中，所述时隙变化类型包括业务数据增加、网络拓扑变化；所述网络拓扑变化包括节点入网、网络内部节点运动、节点脱离网络和子网融合。本发明通过在无线自组网系统中设计集中式自适应的时隙分配机制，使自组网系统可以根据业务变化需求配置时隙，达到适配业务，提高灵活性的目标，提高了信道资源利用率及信道传输质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的自组网集中式自适应时隙分配方法的流程示意图；

图2是本发明提供的自组网集中式自适应时隙分配装置的结构示意图；

图3是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图3描述本发明的自组网集中式自适应时隙分配方法、装置、电子设备与存储介质。

图1为本发明提供的自组网集中式自适应时隙分配方法的流程图，如图1所示，在一具体实施例中，本发明提供的一种自组网集中式自适应时隙分配方法，应用于无线自组网接入控制层MAC，包括如下步骤：

S110、基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变；

其中，所述时隙变化类型包括业务数据增加、网络拓扑变化；所述网络拓扑变化包括节点入网、网络内部节点运动、节点脱离网络和子网融合。

进一步地，所述时帧结构包括业务帧和控制帧，所述控制帧包括调度帧和汇聚帧，所述业务帧包括业务时隙，所述汇聚帧包括汇聚时隙，所述调度帧包括调度时隙，所述调度时隙包括分配阶段和反馈阶段，其中，所述调度时隙与所述业务时隙以及所述控制时隙存在对应关系。

进一步地，根据本发明提供的自组网集中式自适应时隙分配方法，包括：

组网步骤，从待组网节点中，确定最先开机的节点为根节点，并由根节点向外发送根节点分配复用帧；

接收由一跳待组网节点基于接收的根节点分配复用帧完成入网初始化后发送的一跳待组网节点分配复用帧；其中，所述一跳待组网节点为距离根节点一跳的待组网节点；

解析所述一跳待组网节点分配复用帧，并结合预设信息进行判断，在判断结果为通过的情况下，向所述一跳待组网节点发送反馈帧，使所述一跳待组网节点变为一跳在网节点；

向所述一跳在网节点分配调度时隙，由所述一跳在网节点在自身调度时隙的分配阶段发送一跳在网节点分配复用帧，再由距离根节点两跳的待组网节点开机并收到所述一跳在网节点分配复用帧后也会重复一跳待组网节点的入网过程，直到待组网节点全部入网。

在本实施例中，节点是具有独立ID地址、具有收发数据功能的组网设备如路由器、服务器等。系统MAC(Medium Access Control)协议的总体设计内容主要包括时帧结构和组网过程，时帧结构是TDMA MAC协议的设计基础，为网络节点制定了统一的时序推进准则。组网过程是节点之间进行时隙分配的前提，定义了节点之间构建网络的规则。

在本实施例中，时帧结构由2个控制帧和10个业务帧组成复帧结构。调度帧是复帧中的第1个控制帧，位于复帧首端，包含n个调度时隙，n随着在网节点数量变化，节点开机时的初值n＝8。每个调度时隙又划分为2个小时隙，分别为分配阶段和反馈阶段。第2个控制帧是位于复帧末端的汇聚帧，包含m个汇聚时隙，初始值m＝2。每个业务帧包含m个业务时隙，初始值m＝2。m也随在网节点数量变化。另外当节点在自身业务时隙中没有业务传输需求时，会切换到广播状态，该模式下业务时隙进一步划分为10个小的广播时隙。其中，调度时隙n、业务时隙m和汇聚时隙m随在网节点数量s变化的具体计算公式如下：

m＝s+a

其中，调度时隙有4种数量级可变化，没有严格按照节点数量变化是为了使调度帧中总有空闲的调度时隙，从而保证节点的接入。汇聚时隙和业务时隙完全按照在网节点的数量变化。另外当网络中的节点因业务负载过重而需额外申请增加业务时隙时，时帧结构也可以改变，所以式中的a代表所有节点所申请增加业务时隙数量的总和。

在本实施例中，组网步骤如下：首先，采用竞争选取根节点的方式，从待组网节点中，确定最先开机的待组网节点为根节点，并由根节点向外发送根节点分配复用帧，具体包括：待组网节点开机后处于侦听状态，并且自身的时帧周期变量fcycle从0开始随着时帧周期推进不断更新，当fcycle更新到12时，如果节点仍未收到其他节点的分配复用帧ARF(Assignment Reuse Frame)或反馈帧FF(Feedback Frame)，则成为根节点并初始化，将网络状态转换为在网，并获得调度时隙0的使用权，根节点在每个时帧周期中固定占据调度帧的调度时隙0，并在其分配阶段发送分配复用帧ARF；接收由一跳待组网节点基于接收的根节点分配复用帧完成入网初始化后发送的一跳待组网节点分配复用帧，具体包括：将一跳待组网节点自身的根节点r_id和主节点m_id都确定为ARF的发送节点即根节点，表示加入其所建网络，并将自身时帧周期和网络节点数量调整至与根节点相同。此时一跳待组网节点的fcycle不再随自身时帧周期更新，只记录根节点的时帧周期。然后一跳待组网节点根据网络节点数量(net_num)随机选择一个空闲调度时隙进行接入，在其中的分配阶段发送分配复用帧ARF，并在分配复用帧中的App_Net字段填入1表示申请入网；解析一跳待组网节点分配复用帧，并结合预设信息进行判断，在判断结果为通过的情况下，向一跳待组网节点发送反馈帧，使一跳待组网节点变为一跳在网节点，具体包括：根节点已经处于在网转态，因此继续判断解析出的App_Net字段是否为1，判断出为1，根节点将一跳待组网节点记录于自身领节点表nei_tab第0列(邻节点表中记录节点跳数信息的列)，用于时隙分配，并通过解析出的M_ID和自身id判断一跳的主节点是否为自身，因为只有节点的主节点可以占用当前调度时隙中的反馈阶段，判断出一跳待组网节点的主节点为自身后，根节点将准备在反馈阶段发送FF，根节点发送反馈帧FF时将FF中的Y字段填入1表示允许入网、RE_ID字段填入一跳节点的ID从而标明目的节点；向一跳在网节点分配调度时隙，由一跳在网节点在自身调度时隙的分配阶段发送一跳在网节点分配复用帧ARF，再由距离根节点两跳的待组网节点开机并收到一跳在网节点分配复用帧后也会重复一跳待组网节点的入网过程，直到待组网节点全部入网。

在本实施例中，在完成时帧结构设计并将待组网节点组网完成以后，在网络系统运行阶段，基于预设的业务数据增加、网络拓扑变化等时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变；其中，网络拓扑变化包括节点入网、网络内部节点运动、节点脱离网络和子网融合。

本实施例提供的自组网集中式自适应时隙分配方法，通过在无线自组网系统中设计集中式自适应的时隙分配机制，使自组网系统可以根据业务变化需求配置时隙，达到适配业务，提高灵活性的目标，提高了信道资源利用率及信道传输质量。

在一具体实施例中，根据本发明提供的自组网集中式自适应时隙分配方法，在所述时隙变化类型为业务数据增加时，所述基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变，包括：

由在网节点将自身业务时隙增加数量随自身汇聚数据帧汇聚至根节点；

基于汇聚至根节点的业务时隙增加数量，由根节点计算网络节点数量和业务时隙增加数量，进而结合时帧结构改变规则，计算本周期的调度时隙、业务时隙和汇聚时隙数量，并将所述网络节点数量、调度时隙、业务时隙和汇聚时隙数量通过根节点分配复用帧发送至所有节点；

基于接收的所述根节点分配复用帧，所有节点计算得到本周期的时帧结构，实现全网时帧结构统一改变。

进一步地，在所述时隙变化类型为网络拓扑变化中的节点入网时，所述基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变，包括：

由k跳待组网节点基于收到的在网节点发送的分配复用帧，向所述在网节点发送k跳待组网节点分配复用帧；其中，所述k跳待组网节点为距离根节点k跳的待组网节点；

由在网节点接收并解析所述k跳待组网节点分配复用帧，进而将解析得到的k跳待组网节点相对于自身的跳数信息记录于自身邻节点表的节点跳数信息列；

由在网节点在自身的汇聚时隙将跳数信息通过汇聚数据帧，经其他在网节点不断更新转发、汇聚至根节点；

基于汇聚至根节点的跳数信息，由根节点在下一个周期自身调度时隙的分配阶段按照跳数递增顺序为所有在网节点分配调度时隙；其中，当在网节点跳数相同时按照在网节点ID由小到大的顺序分配。

进一步地，在所述时隙变化类型为网络拓扑变化中的网络内部节点运动时，所述基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变，包括：

非根节点在自身调度时隙的分配阶段查找已记录于邻节点表中但在分配复用表中未分配调度时隙的节点，并继续为所述未分配调度时隙的节点分配调度时隙；继续由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变。

进一步地，在所述时隙变化类型为网络拓扑变化中的网络内部节点运动时，所述基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变，还包括：

接收一跳在网节点在自身调度时隙的分配阶段发送的一跳在网节点分配复用帧后，由根节点在一跳在网节点自身调度时隙的反馈阶段向所述一跳在网节点发送反馈帧，以使一跳在网节点之间为两跳节点补充分配调度时隙时避免产生冲突；其中，所述一跳在网节点为距离根节点一跳的在网节点；

由在网节点在预定业务帧中交互业务数据帧，至少收集到一跳范围内在网节点的信息并记录于邻节点表，再在汇聚帧中交互汇聚数据帧，至少可以收集到两跳范围内所有节点的信息，以使至少距离根节点三跳范围内的节点之间可以避免补充分配调度时隙时的冲突。

进一步地，在所述时隙变化类型为网络拓扑变化中的节点脱离网络时，所述基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变，包括：

当在网节点在预定时间未获取调度时隙，则由在网状态转换成重组网状态；其中，所述重组网状态下节点所遵循的时帧结构为重组网复帧；

进入重组网状态后的在网节点占用重组网复帧中每个重组网帧中的重组网时隙；其中，重组网时隙号等于上一个周期中自身的调度时隙号；

确定重组网时隙号最小的在网节点作为新根节点，重组网状态及重组网复帧结束，在网节点重新转换为在网状态，继续由新根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变。

进一步地，在所述时隙变化类型为网络拓扑变化中的子网融合时，所述基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变，包括：

不同子网络相互靠近时，由节点数量少的子网络向节点数量多的子网络融合，其中，当节点数量相同时，由根节点ID大的子网络向根节点ID小的子网络融合；

在融合过程中，由融合网络的根节点汇聚包括被融合节点的全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变。

在本实施例中，针对时隙变化类型中各个具体情况，分别对对应的时隙分配机制进行展开介绍，具体说明由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变的详细情况，下面具体说明如下：

1、时隙结构改变时的时隙分配

在本实施例中，在时隙变化类型为业务数据增加时，即当在网节点需要增加业务时隙时，由在网节点在自身邻节点表的业务时隙增加数量列(邻节点表nei_tab第1列)填入增加的数量，并随汇聚数据帧CDF(Business Data Frame)汇聚至根节点；因此每个周期根节点都可以在自身调度时隙的分配阶段计算网络节点数量(net_num)和业务时隙增加数量(add_num)，并将nei_tab第1列更新至“分配-复用”表的业务时隙增加数量列(tab第2列)。然后根节点利用net_num和add_num，按照时帧结构改变规则计算本周期的调度时隙、业务时隙和汇聚时隙数量，并将网络节点数量Net_Num，以及包括调度时隙、业务时隙和汇聚时隙数量的分配复用表Tab通过根节点分配复用帧ARF发送至所有节点；基于接收的根节点分配复用帧，所有节点都可以将根节点的Net_Num和Tab第2列更新至自身的net_num和tab第2列，并计算本周期的时帧结构，实现全网时帧结构统一改变。

2、节点入网时的时隙分配

在本实施例中，k为正整数。在时隙变化类型为网络拓扑变化中的节点入网时，距离根节点k跳的待组网节点开机后收到在网节点发送的分配复用帧ARF，按照节点入网过程，该开机节点在所选的调度时隙分配阶段向在网节点发送k跳待组网节点分配复用帧ARF进行接入申请；

由在网节点接收并解析k跳待组网节点分配复用帧，进而将解析得到的k跳待组网节点相对于自身的跳数信息记录于自身邻节点表的节点跳数信息列(nei_tab第0列)；由在网节点在自身的汇聚时隙将跳数信息通过汇聚数据帧CDF，经其他在网节点不断更新转发、汇聚至根节点；由于已经分配到调度时隙的在网节点占据时隙号相反的汇聚时隙，且这些在网节点的调度时隙是按照跳数(相对于根节点)递增顺序分配获得的，所以无论开机节点的跳数k为何值，其跳数信息都能在一个汇聚帧之内由已经分配到调度时隙的在网节点汇聚至根节点。另外在每个周期的汇聚帧中，所有在网节点也都要将自身跳数信息汇聚至根节点。汇聚过程中，每个在网节点接收其他在网节点的CDF更新nei_tab，并根据nei_tab生成CDF再发送，通过此方式跳数信息被不断更新，最终根节点的nei_tab包含了所有在网节点(包括开机节点即入网节点)的跳数信息，基于汇聚至根节点的跳数信息，由根节点在下一个周期自身调度时隙的分配阶段按照跳数递增顺序为所有在网节点分配调度时隙；其中，当在网节点跳数相同时按照在网节点ID由小到大的顺序分配。

3、网络内部节点运动导致汇聚链路中断时的时隙分配

在本实施例中，在时隙变化类型为网络拓扑变化中的网络内部节点运动导致汇聚链路中断时，即在网节点在网络内运动时，如果从自身跳数范围内运动至自身跳数范围外，距离根节点的跳数发生了变化，导致拓扑关系改变，进而可能无法在一个汇聚帧内将信息汇聚至根节点即汇聚链路中断。此时，需要补充分配机制来应对这种情况，每个周期的调度帧中，由非根节点在自身调度时隙的分配阶段查找已记录于邻节点表(nei_tab第0列)中但在分配复用表(tab第0列)中未分配调度时隙的节点，并从已分配的最大时隙号开始，继续为未分配调度时隙的节点分配调度时隙，节点补充分配时仍按照节点跳数(相对与自身)递增、ID号由小到大的顺序分配，补充分配的结果也记录于tab，随ARF一起发送；然后继续由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变。

补充分配机制在跳数较多时由于节点无法直接获取彼此的分配信息可能产生分配冲突，因此需要对补充分配机制进行改进，首先利用反馈反馈帧FF(Feedback Frame)来避免根节点两跳范围内的分配冲突，在每个周期的调度帧中，接收一跳在网节点在自身调度时隙的分配阶段发送的一跳在网节点分配复用帧后，根节点作为主节点在一跳在网节点自身调度时隙的反馈阶段向一跳在网节点发送反馈帧FF，以使一跳在网节点之间为两跳节点补充分配调度时隙时避免产生冲突，两条节点即距离根节点两跳的节点；其次利用预定业务帧比如第10个业务帧获取一跳邻节点信息，由于节点获得调度时隙后可以在业务帧中固定占据一个业务时隙，所以在第10个业务帧中交互业务数据帧BDF，至少收集到一跳范围内在网节点的信息并记录于邻节点表，再在汇聚帧中交互汇聚数据帧CDF，则至少可以收集到两跳范围内所有节点的信息，在下一个周期的调度帧中，结合主节点反馈FF，至少距离根节点三跳范围内的节点之间可以避免补充分配调度时隙时的冲突。因此改进后的补充分配机制可以有效减少“汇聚链路中断”问题的发生几率。如果在距离根节点3跳以外产生了补充分配冲突，导致3跳以外节点无法分配到调度时隙，则这些节点需要能够重新组网。

4、节点脱离网络尤其是根节点时效时的时隙分配

在本实施例中，在时隙变化类型为网络拓扑变化中的节点脱离网络尤其是根节点时效时，也就是由于每个周期的调度时隙均由根节点集中分配，当根节点突然退网，或某些在网节点因移动而脱离根节点建立的网络，则缺少根节点的在网节点将无法获得调度时隙，因此需要为协议设计根节点失效后的重组网机制。在网节点会在每个周期开始时计时，当在网节点在预定时间比如持续12个初始时帧周期的时间仍未获取调度时隙，则由在网状态转换成重组网状态，其中，重组网状态下节点所遵循的时帧结构为重组网复帧，1个重组网复帧中包含k个重组网帧，1个重组网帧又由n个重组网时隙组成，n等于上一个周期汇聚时隙的数量；进入重组网状态后的在网节点占用重组网复帧中每个重组网帧中的重组网时隙(rallo_slot)，重组网时隙号等于上一个周期中自身的调度时隙号，上一个周期即进入重组网状态之前的在网状态，另外，每个时隙都有一个时隙号以区别于其他同类时隙；确定重组网时隙号最小的在网节点作为新根节点，重组网状态及重组网复帧结束，在网节点重新转换为在网状态，继续由新根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变。

5、子网融合时的时隙分配

在本实施例中，在时隙变化类型为网络拓扑变化中的子网融合时，需要不同根节点所构建的网络相互靠近时能够相互融合，由节点数量少的子网络向节点数量多的子网络融合，其中，当节点数量相同时，由根节点ID大的子网络向根节点ID小的子网络融合；在融合过程中，由融合网络的根节点汇聚包括被融合节点的全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变。

本实施例提供的自组网集中式自适应时隙分配方法，通过具体说明针对不同的时隙变化类型，时隙分配机制的具体应用过程，使具体实施路径更加明确，使自组网系统可以根据业务变化需求配置时隙，达到适配业务，提高灵活性的目标，提高了信道资源利用率及信道传输质量。

下面对本发明提供的一种自组网集中式自适应时隙分配装置进行描述，下文描述的自组网集中式自适应时隙分配装置与上文描述的自组网集中式自适应时隙分配方法可以相互对应参照。

图2为本发明提供的自组网集中式自适应时隙分配装置的结构图，如图2所示，在一具体实施例中，本发明提供的自组网集中式自适应时隙分配装置，应用于无线自组网接入控制层MAC，包括：

自适应时隙分配模块，用于基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变；

其中，所述时隙变化类型包括业务数据增加、网络拓扑变化；所述网络拓扑变化包括节点入网、网络内部节点运动、节点脱离网络和子网融合。

本实施例提供的自组网集中式自适应时隙分配装置，通过设置自适应时隙分配模块，在无线自组网系统中设计集中式自适应的时隙分配机制，使自组网系统可以根据业务变化需求配置时隙，达到适配业务，提高灵活性的目标，提高了信道资源利用率及信道传输质量。

图3示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(Communications Interface)320、存储器(memory)330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行自组网集中式自适应时隙分配方法，该方法包括：

基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变；

其中，所述时隙变化类型包括业务数据增加、网络拓扑变化；所述网络拓扑变化包括节点入网、网络内部节点运动、节点脱离网络和子网融合。

此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的自组网集中式自适应时隙分配方法，该方法包括：

基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变；

其中，所述时隙变化类型包括业务数据增加、网络拓扑变化；所述网络拓扑变化包括节点入网、网络内部节点运动、节点脱离网络和子网融合。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种自组网集中式自适应时隙分配方法，应用于无线自组网接入控制层MAC，其特征在于，包括：

基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变；

其中，所述时隙变化类型包括业务数据增加、网络拓扑变化；所述网络拓扑变化包括节点入网、网络内部节点运动、节点脱离网络和子网融合。

2.根据权利要求1所述的自组网集中式自适应时隙分配方法，其特征在于，所述时帧结构包括业务帧和控制帧，所述控制帧包括调度帧和汇聚帧，所述业务帧包括业务时隙，所述汇聚帧包括汇聚时隙，所述调度帧包括调度时隙，所述调度时隙包括分配阶段和反馈阶段，其中，所述调度时隙与所述业务时隙以及所述控制时隙存在对应关系。

3.根据权利要求2所述的自组网集中式自适应时隙分配方法，其特征在于，包括：

组网步骤，从待组网节点中，确定最先开机的节点为根节点，并由根节点向外发送根节点分配复用帧；

接收由一跳待组网节点基于接收的根节点分配复用帧完成入网初始化后发送的一跳待组网节点分配复用帧；其中，所述一跳待组网节点为距离根节点一跳的待组网节点；

解析所述一跳待组网节点分配复用帧，并结合预设信息进行判断，在判断结果为通过的情况下，向所述一跳待组网节点发送反馈帧，使所述一跳待组网节点变为一跳在网节点；

向所述一跳在网节点分配调度时隙，由所述一跳在网节点在自身调度时隙的分配阶段发送一跳在网节点分配复用帧，再由距离根节点两跳的待组网节点开机并收到所述一跳在网节点分配复用帧后也会重复一跳待组网节点的入网过程，直到待组网节点全部入网。

4.根据权利要求1所述的自组网集中式自适应时隙分配方法，其特征在于，在所述时隙变化类型为业务数据增加时，所述基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变，包括：

由在网节点将自身业务时隙增加数量随自身汇聚数据帧汇聚至根节点；

基于汇聚至根节点的业务时隙增加数量，由根节点计算网络节点数量和业务时隙增加数量，进而结合时帧结构改变规则，计算本周期的调度时隙、业务时隙和汇聚时隙数量，并将所述网络节点数量、调度时隙、业务时隙和汇聚时隙数量通过根节点分配复用帧发送至所有节点；

基于接收的所述根节点分配复用帧，所有节点计算得到本周期的时帧结构，实现全网时帧结构统一改变。

5.根据权利要求3所述的自组网集中式自适应时隙分配方法，其特征在于，在所述时隙变化类型为网络拓扑变化中的节点入网时，所述基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变，包括：

由k跳待组网节点基于收到的在网节点发送的分配复用帧，向所述在网节点发送k跳待组网节点分配复用帧；其中，所述k跳待组网节点为距离根节点k跳的待组网节点；

由在网节点接收并解析所述k跳待组网节点分配复用帧，进而将解析得到的k跳待组网节点相对于自身的跳数信息记录于自身邻节点表的节点跳数信息列；

由在网节点在自身的汇聚时隙将跳数信息通过汇聚数据帧，经其他在网节点不断更新转发、汇聚至根节点；

基于汇聚至根节点的跳数信息，由根节点在下一个周期自身调度时隙的分配阶段按照跳数递增顺序为所有在网节点分配调度时隙；其中，当在网节点跳数相同时按照在网节点ID由小到大的顺序分配。

6.根据权利要求3所述的自组网集中式自适应时隙分配方法，其特征在于，在所述时隙变化类型为网络拓扑变化中的网络内部节点运动时，所述基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变，包括：

非根节点在自身调度时隙的分配阶段查找已记录于邻节点表中但在分配复用表中未分配调度时隙的节点，并继续为所述未分配调度时隙的节点分配调度时隙；继续由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变。

7.根据权利要求6所述的自组网集中式自适应时隙分配方法，其特征在于，包括：

接收一跳在网节点在自身调度时隙的分配阶段发送的一跳在网节点分配复用帧后，由根节点在一跳在网节点自身调度时隙的反馈阶段向所述一跳在网节点发送反馈帧，以使一跳在网节点之间为两跳节点补充分配调度时隙时避免产生冲突；其中，所述一跳在网节点为距离根节点一跳的在网节点；

由在网节点在预定业务帧中交互业务数据帧，至少收集到一跳范围内在网节点的信息并记录于邻节点表，再在汇聚帧中交互汇聚数据帧，至少可以收集到两跳范围内所有节点的信息，以使至少距离根节点三跳范围内的节点之间可以避免补充分配调度时隙时的冲突。

8.根据权利要求3所述的自组网集中式自适应时隙分配方法，其特征在于，在所述时隙变化类型为网络拓扑变化中的节点脱离网络时，所述基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变，包括：

当在网节点在预定时间未获取调度时隙，则由在网状态转换成重组网状态；其中，所述重组网状态下节点所遵循的时帧结构为重组网复帧；

进入重组网状态后的在网节点占用重组网复帧中每个重组网帧中的重组网时隙；其中，重组网时隙号等于上一个周期中自身的调度时隙号；

确定重组网时隙号最小的在网节点作为新根节点，重组网状态及重组网复帧结束，在网节点重新转换为在网状态，继续由新根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变。

9.根据权利要求1所述的自组网集中式自适应时隙分配方法，其特征在于，在所述时隙变化类型为网络拓扑变化中的子网融合时，所述基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变，包括：

不同子网络相互靠近时，由节点数量少的子网络向节点数量多的子网络融合，其中，当节点数量相同时，由根节点ID大的子网络向根节点ID小的子网络融合；

在融合过程中，由融合网络的根节点汇聚包括被融合节点的全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变。

10.一种自组网集中式自适应时隙分配装置，应用于无线自组网接入控制层MAC，其特征在于，包括：

自适应时隙分配模块，用于基于预设的时隙变化类型，选用对应的时隙分配机制，由根节点汇聚全网节点最新的拓扑信息，并对全网节点的时帧结构进行统一改变；

其中，所述时隙变化类型包括业务数据增加、网络拓扑变化；所述网络拓扑变化包括节点入网、网络内部节点运动、节点脱离网络和子网融合。

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