[发明专利]一种用于工业无线网络的时隙管理方法及时隙调度算法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感网络控制，特别是涉及一种用于工业无线网络的时隙管理方法及时隙调度算法。

背景技术

无线传感器网络的低成本、易用和泛在感知等特征，使得工业无线通信与无线传感器网络结合成为应用发展的必然趋势。无线传感器网络现已大量应用于工业自动化领域，由于无线通信成本低、组网简单、使用灵活等优点，无线传感器网络将会引发工业自动化领域的深刻变革，有望成为继现场总线之后又一革命性技术。但是无线传感器网路和工业无线通信的结合之间面临着许多挑战。一方面由于无线传感器网络仍存在网络难于管理、无线传感器节点设备处理能力低下、硬软件间依赖性大、设备利用率低、业务响应慢等问题，另一方面，工业应用环境的复杂性以及工业通信需求的实时性和可靠性也对现有无线传感器网络的有严苛的要求。

大部分工业的闭环控制要求数据的可靠传输率超过99.9％。但是在工业现场采用无线通信来保证高可靠传输面临许多挑战。一方面，在2.4GHz上运行的无线设备较多，极易相互干扰。另一方面，工业生产环境中的无线射频通信条件较为恶劣，工厂中遍布的各种带金属设备对信号反射、散射将造成多径效应，以及电动机、器械工作时产生的电磁噪声，都会严重干扰无线信号的正确收发。在工业闭环控制应用中，数据传输延迟应该低于1.5倍的传感器数据采样时间，常见值是100ms。无线传感器网络设施简单、设备的处理能力低，保证端到端通信的确定性比较困难。由于无线信道的开放特征，无线通信更加容易受到攻击，其安全保障机制相应的将更加复杂，而传统无线传感器节点由于资源的限制很难实现复杂的安全算法。对于无法采用外接电源的节点，从运行和维护成本方面考虑，节点电池的寿命应该要达到3至5年。因此如何使用最少的能耗实现信息采集的任务是工业无线技术中必须解决的问题。为了保护用户的现有投资，采用工业无线技术的新型测控系统需要具有与工厂原有的有线测控系统互连和互操作的能力。为了达到工业闭环控制的要求，互连和互操作技术在实现通信介质与协议转换的同时，还要保证数据通信的可靠性和实时性，这是原有的互连与互操作技术无需考虑而工业无线技术的特有问题。

因此，需要提供一种无线传感网络的控制方法，以提高无线传感网络的可靠性、实时性、安全性和系统兼容性，降低设备能耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于工业无线网络的时隙管理方法及时隙调度算法，以解决现有技术中不区分控制和数据用的时隙，发送时隙和接收时隙都是提供给控制命令和数据转发一起共用的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案。

一种用于工业无线网络的时隙管理方法，该方法的步骤包括

S1、根据当前无线网络信道的状态，分别选取不同的信道进行管理控制和应用数据传输；

S2、根据无线网络的具体情况，将无线网络中的每个超帧中的M1个时隙作为管理时隙，M2个时隙作为数据时隙，M1和M2的总和为超帧中的总时隙M；

S3、随网络节点数目的变化，调整无线网络中管理时隙的使用状态。

优选的，所述步骤S2分配管理时隙和数据时隙的条件为

根据网络状况和一个超帧的周期长度，调整管理时隙和数据时隙的个数；

根据网络节点数量配置相应数量的管理时隙；

根据网络单位数据量和数据速率分配数据时隙。

优选的，所述步骤S3包括

S31、当整个网络没有任何节点入网时，所有管理时隙默认作为管理共享时隙，用作节点的入网请求；

S32、当有新节点入网，但是没有达到最大网络节点数量时，服务器为每一个入网节点分配一个通告时隙和一个管理上行时隙，根据服务器分配的时隙位置，将两个位置的管理共享时隙更新为一个通告时隙和一个管理时隙，此时管理时隙包括通告时隙、管理上行时隙和管理共享时隙；

S33、当网络中的入网节点数量达到网络支持的最大值时，将管理共享时隙更新为对应节点的通告时隙和管理上行时隙，此时管理时隙仅包括通告时隙和管理上行时隙；

S34、当网络中有节点离线时，离线节点的父节点在共享时隙向服务器发送子节点离线报告，重新调整网络中的时隙。

优选的，所述管理上行时隙和给节点分配的通告时隙呈对称映射的关系。

优选的，所述通告数据包包括当前的ASN信号、节点角色、节点的网络跳数、拥有的子节点个数，超帧长度和工作的信道信息。

优选的，该方法的步骤进一步包括

每个节点在通告时隙发送自己的通告数据包，通过通告数据包的等级来进行选择性同步；