[发明专利]一种无线传感器网络的通信调度方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络的通信调度技术，尤其涉及一种无线传感器网络的通信调度方法及系统。

背景技术

随着无线传感器网络技术的发展，相较有线传输而言，无线通信技术在其配置、安装、修改和扩展等方面表现出明显的优势。特别是在工业控制领域和流程工业领域，使用无线传感器网络进行无线通信具有广阔的应用前景。但将无线通信技术应用于工业控制，特别是在流程工业中进行规模化应用，除了需要无线通信技术具有可靠性外，还需要研究流程工业的特点与需求，解决无线通信技术在流程工业中应用的关键问题，如：确定性通信与实时通信技术、降低多跳网络的传输延时技术、可靠的时间同步技术、安全技术等，以形成无线通信技术在流程工业中应用的解决方案。

目前，对于可用于现场设备层的无线短程网，采用的主流协议是IEEE802.15.4/ZigBee；对于适应较大传输覆盖面和较大信息传输量的无线局域网，采用的主流通信协议则是IEEE 802.11系列。然而，上述协议制定之初并不是针对无线传输在工控领域的应用，均基于竞争性通信机制，即：当网络中节点间的通信出现冲突时采取退避重传的机制，当网络中节点规模较大或数据传输量较大时会造成信息的拥堵，从而造成通信数据到达目标节点的时间出现延时，且到达时间的不确定性。此外，无线信号的衰减特性使得无线节点很难做到对所有潜在竞争节点进行完全监听，这进一步加剧了节点通信中冲突的产生，进而加剧了通信数据到达目标节点的延时性和不确定性。

通过以上分析可知，上述协议的竞争性通信机制，使得上述协议难以适应工业控制应用中最基本的确定性、实时性通信要求。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，提供一种无线传感器网络的通信调度方法及系统，以实现无线传感器网络公共信道内的确定性和实时性通信。

为此，本发明实施例采用如下技术方案：

本发明提供一种无线传感器网络的通信调度方法，将通信宏周期分为周期报文传输时段和非周期报文传输时段，且每个传输时段分为若干个时间片；所述周期报文时间片用于对应节点通过一跳或多跳将周期报文传输到目标节点，所述周期报文至少包括非周期报文声明；所述非周期报文时间片用于对应节点通过一跳或多跳将非周期报文传输到目标节点；

该方法进一步包括：

周期报文传输时段时，接收网段中各个节点在各自对应的周期报文时间片中发来的非周期报文声明；

确定非周期报文时间片的分配依据，所述分配依据至少包括非周期报文声明中的非周期报文时间片申请信息；所述非周期报文时间片为当前通信宏周期中非周期报文传输时段内的非周期报文时间片；

根据所述分配依据为各个节点分配非周期报文时间片；

非周期报文传输时段时，在每个非周期报文时间片到来时，通知该时间片对应的节点进行非周期报文的传输。

其中，接收非周期报文声明之后、分配非周期报文时间片之前，该方法进一步包括：

判断非周期报文声明的内容中是否包含网络结构变化信息；如果包含，根据所述信息进行网段中相应节点所对应周期报文时间片的重分配，根据重分配结果进行非周期报文时间片的申请；申请的非周期报文时间片用于网关节点通知所述相应节点周期报文时间片的变化信息；

相应的，所述分配依据还包括：所述根据重分配结果进行非周期报文时间片申请的信息。

所述分配依据进一步包括：网段的时钟同步周期是否到来和/或网络变化发现周期是否到来。

所述非周期报文时间片包括：用于对应节点传输数据非周期报文的数据非周期报文时间片、用于对应节点传输功能非周期报文的功能非周期报文时间片；所述功能非周期报文时间片包括：周期时段组态时间片、网段变化发现时间片、时钟同步时间片。

本发明同时提供一种无线传感器网络的通信调度系统，将通信宏周期分为周期报文传输时段和非周期报文传输时段，且每个传输时段分为若干个时间片；所述周期报文时间片用于对应节点通过一跳或多跳将周期报文传输到目标节点，所述周期报文至少包括非周期报文声明；所述非周期报文时间片用于对应节点通过一跳或多跳将非周期报文传输到目标节点；

该系统包括：周期时段调度器、非周期时段调度器；其中，

周期时段调度器，用于为网段中各个节点进行周期报文时间片的分配；