CN101998659B

CN101998659B - 无线动态令牌环网中的令牌传递方法

Info

Publication number: CN101998659B
Application number: CN 201010571087
Authority: CN
Inventors: 范光宇; 迟冬祥
Original assignee: Shanghai Dianji University
Current assignee: State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd; Shanghai Dianji University
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: CN101998659A

Abstract

一种令牌环网络中的令牌传递方法，其用于在所述网络中以令牌传递的方式进行通信，所述网络包括通过以太网相连的多个可通信节点以环状链接，所述方法包括如下步骤：(a)源节点获取所述令牌以获得通信权以进行数据传输之后，将所述令牌传递至目标节点；(b)当所述令牌传递失败时，所述源节点备份其有序队列；(c)当所述网络中某个节点在接收状态中发现有新的邻居节点传递了所述令牌时，则使用所述备份有序队列来替换所述有序队列。根据本发明的令牌传递方法，通过备份TPQ和比较新邻居节点和后续节点位置，保证了无线信道突变时，网络令牌传递过程维持动态性，且保证传递的最少跳数和最少时间，提高令牌传递效率和网络数据传输性能。

Description

无线动态令牌环网中的令牌传递方法

技术领域

本发明涉及于无线传感网络技术领域，本发明尤其涉及无线令牌环网络中的令牌传递方法。

背景技术

由于令牌环网络的网络结构简单、吞吐量高等特点，其已成为有线网络的技术标准之一，而经过改进的针对无线传感网络的无线动态令牌环技术也成为一个研究热点，无线动态令牌协议(WDTP)就是无线动态令牌环技术的一个重要协议。

WDTP将整个网络分成多个子网，子网内包含一个主节点和多个普通节点。主节点负责产生令牌和管理整个子网，一个子网只有一个令牌且在子网内各节点循环传递，持有令牌的节点才能够传输数据，其余节点只能接收数据。WDTP通过令牌方式避免了子网内数据的冲突。

由于无线网络的拓扑不是固定不变的，WDTP通过动态令牌传递来适应拓扑的动态变化。其实现过程如下：子网内每个节点保存一个其邻居节点的有序队列称为令牌传递队列(TPQ)。当节点获得令牌并完成自己的任务时，将令牌传递给该队列的第一个邻居节点；当一个节点发现其某个邻居节点将令牌传递出去时，便将该邻居节点从TPQ中取出并插入到尾部。对于一个全连通的子网，通过TPQ的动态变化可保证令牌在子网内所有节点循环传递。

如图1所示，该无线传感网络的子网中包含ABCD四个节点，可相互通信的节点通过直线相连，其中节点A为主节点。各节点通过WDTP的方式进行数据传输，节点的数据传输顺序(即令牌传递顺序)为A-B-C-D-A。由于无线信道的突变性和不稳定性，当节点D获得令牌，准备将令牌传递至节点A时，当节点D和节点A的信道突然恶化导致信道失效时，将使得令牌传递失败，根据WDTP的规则此时节点D会将令牌传递回节点C，再通过节点C将令牌传递回节点A。此时节点的数据传输顺序(即令牌传递顺序)为A-B-C-D-C-A。由于WDTP的灵活性，使得节点D不会被令牌环的链路中轻易删除，保证了网络的完整性，提高了网络的性能。

在无线信道变化较大且节点存在移动性的无线传感网络中，WDTP可以较好地适应拓扑动态变化，大大提高了无线传感网络的数据传输性能。

无线动态令牌协议只考虑无线传感网络中无线信道失效的情况，而未考虑无线信道失效后，又恢复有效的情况。图2示出了一个五节点无线令牌环子网络，该子网中包含ABCDE五个节点，可相互通信的节点通过直线相连，其中节点A为主节点。各节点通过WDTP的方式进行数据传输时的传输顺序(即令牌传递顺序)为A-B-C-E-D-A。

当节点C将令牌传递至节点E失败时，根据WDTP的规则此时节点C会将令牌传递至节点D，再通过节点D将令牌传递至节点E。

此时可以分为二种情况讨论。第一种情况，若此时节点E至节点C的信道恢复有效，则令牌将从节点E返回节点C进而传递回节点A，即整个传递顺序为A-B-C-D-E-C-A。第二种情况，若此时节点E至节点C的信道还失效，则令牌将返回节点D进而传递回节点A，即整个传递顺序为A-B-C-D-E-D-A。

在第一种情况下，若节点C和节点E的信道恢复有效且在一定时间内保持稳定时，根据WDTP的规则，令牌的传递顺序仍然为A-B-C-D-E-C-A。也就是说经过信道变化后，令牌的传递顺序由最初的A-B-C-E-D-A改变为A-B-C-D-E-C-A，令牌在节点C传递了二次，同时令牌传递跳数增加了一跳，将导致网络性能下降。在第二种情况下，若令牌在第二轮循环时，节点C至节点E的信道恢复有效，由于WDTP没有对信道恢复有效的恢复机制，令牌传递顺序仍然为A-B-C-D-E-D-A，此时令牌在节点D传递了二次，令牌传递跳数同样增加了一跳，同样导致网络性能下降。所以需要对WDTP协议增加信道恢复有效之后的恢复机制。

发明内容

根据本发明的令牌传递方法，考量了无线信道的突变性，特别针对WDTP协议中，当某条链路的无线信道在失效之后的一定时间内恢复有效时，增加协议的恢复机制，保证协议中令牌传递的最少跳数和最少传递时间，提高网络数据传输的性能。

为达成上述目的，本发明提供了一种令牌环网络中的令牌传递方法，其用于在所述网络中以令牌传递的方式进行通信，所述网络包括通过以太网相连的多个可通信节点以环状链接，所述方法包括如下步骤：(a)源节点获取所述令牌以获得通信权以进行数据传输之后，将所述令牌传递至目标节点；(b)当所述令牌传递失败时，所述源节点备份其有序队列；(c)当所述网络中某个节点在接收状态中发现有新的邻居节点传递了所述令牌时，则使用所述备份有序队列来替换所述有序队列。

一些实施例中，在步骤(a)中，当所述源节点以其有序队列中的第一邻居节点为所述目标节点。

一些实施例中，在步骤(b)中，经过一定时间后检测所述令牌环网络，以判定所述令牌传递是否失败。

一些实施例中，在步骤(b)中，若所述邻居节点在该时间内传输了数据或因没有数据传输而直接将所述令牌至下一跳节点，则所述源节点认为已将所述令牌传递至所述目标节点，否则认为令牌传递失败。

一些实施例中，在步骤(b)中，当所述源节点传递所述令牌失败时，则将其的所述有序队列备份为队列备份，并储存在节点自身中，再将所述目标节点从所述有序队列中删除。

一些实施例中，在步骤(c)中，还包括首先判定所述节点是否具有所述备份有序队列，其中，若所述备份有序队列没有数据，则将所述新的邻居节点插入所述节点的有序队列的队尾；若所述备份有序队列有数据，则替换所述有序队列。

一些实施例中，在步骤(c)中，所述替换包括读出所述备份有序队列，判断所述新的邻居节点是否在所述备份序列中，其中，若所述新的邻居节点没有在所述备份有序队列中，则将所述新的邻居节点添加至所述有序队列的尾部；若所述新的邻居节点在所述备份有序队列中，则继续判断所述新的邻居节点在所述备份有序队列中的后续节点，直到找出一个同时存在于所述备份序列中的后续节点，并且将所述新的邻居节点插入到所述有序队列中该后续节点的前面。

一些实施例中，所述方法还包括(b1)当所述令牌传递失败，所述源节点备份其有序队列时，若所述备份有序队列已有数据时，则以当前有序队列替换所述备份队列。

根据本发明的令牌传递方法，通过备份TPQ和比较新邻居节点和后续节点位置，保证了无线信道突变时，网络令牌传递过程维持动态性，且保证传递的最少跳数和最少时间，提高令牌传递效率和网络数据传输性能。

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为描述采用现有令牌传递方法的四节点网络；

图2为描述采用本发明的令牌传递方法的五节点网络；

图3为本发明实施例的无线动态令牌环所使用令牌的基本结构。

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

现参考图2～4，详细描述根据本发明的采用队列备份的令牌传递方法。

图3示出了是无线动态令牌环所使用令牌的基本结构。如图3所示，本实施例所采用的令牌包括FT、NN、SA、DA、NAM、HOP及CYCLE。FT为协议版本和令牌类型，如令牌、邀请信令、入网信令、删除信令等。NN为令牌所属子网，其值为主节点MAC地址。SA和DA分别为令牌的源节点和目的节点地址。NAM为子网的总节点数。HOP为令牌在一次绕行中经过的跳数，而CYCLE为令牌绕行次数。应理解，如图3所示的令牌结构仅是示意性的，而非用以限制本发明的范围。

仍然以图2为例，描述采用本发明的令牌传递方法的一个五节点无线令牌环子网络，该子网中包含ABCDE五个节点，可相互通信的节点通过直线相连，其中节点A为主节点。

当主节点产生一个令牌时，HOP和CYCLE初始化为1，子网中其他节点获得令牌时，若是首次获得该令牌，则将HOP加1，否则保持不变。当主节点获得令牌时，判断HOP和NAM是否相等，若相等，说明令牌已完成一次绕行，则将CYCLE加1，否则保持不变。

当子网中所有节点都保存一个其相邻节点的有序队列TPQ，并根据TPQ进行令牌传递。当一个节点A获得令牌并完成自己的数据传输后，将令牌传递给自己TPQ中的第一个邻居节点B，并在一定时间内检测网络，若节点B在该时间内传输了数据或因没有数据传输而直接传递了令牌至下一跳节点，则节点A认为自己令牌传递至节点B成功，否则认为令牌传递失败。当节点A传递令牌成功时，则将节点B移动至自己的TPQ的队尾。当节点A传递令牌失败时，则将TPQ备份为队列备份TPQBAC，并储存在节点自身中，再将节点B从TPQ中删除。

当子网中某个节点在接收状态中发现有新的邻居节点传递了令牌时，则先判断自己的TPQBAC是否有数据。若TPQBAC是没有数据，则将新的邻居节点插入TPQ的队尾。若TPQBAC是有数据，则读出TPQBAC，判断新的邻居节点是否有在TPQBAC中。若新的邻居节点没有在TPQBAC中，则将新的邻居节点添加至TPQ尾部。若新的邻居节点有在TPQBAC中，则继续判断新的邻居节点在TPQBAC中的后续节点，直到找出一个同时存在于所述备份序列中的后续节点，并且将所述新的邻居节点插入到所述有序队列中该后续节点的前面。

优选实施例中，当子网中某节点向邻居节点传递令牌失败时，需要将TPQ备份为TPQBAC，再改变TPQ的数据。若在将TPQ备份为TPQBAC时，TPQBAC已经有数据，表明该节点已经至少有二次令牌传递失败的情况，此时TPQBAC的数据代表了前一次令牌传递失败时的备份。考虑到前一次令牌传递失败发生的时间比本次传递失败发生的时间要早，备份队列的参考价值已经不大，因此，将现有TPQBAC的数据清除再写入TPQ的数据，已保证TPQBAC中保留的是最新的数据。

应理解，本实施例以无线令牌环网络为例进行表述，但不限于此，所有使用令牌来控制通行权的环状网络都可应用本发明。

现参考图2和表1描述根据发明的令牌传递方法的示例。其中，关注点在于令牌传递失败时的步骤，简明起见，不赘述令牌传递成功时的步骤。

如图2和表1所示，当节点C至节点E的令牌传递失败时，节点C将自己的排序为EDAB的TPQ进行备份，然后将TPQ中的E删除并将令牌传递至节点D；当节点E接到节点D传递过来的令牌并转发至节点C时，由于节点C之前已经将节点E从自己的TPQ中删除，所以其认为节点E为新邻居节点，如果不与之前的TPQBAC比较，则节点C应该将节点E插入到自己的TPQ尾部使TPQ为ABDE。此时节点C通过读取TPQBAC发现节点E是之前被自己删除的节点，且D为其后续节点，所以此时将节点E插入至节点D之前，所以修改后节点C的TPQ为ABED。

表1

本发明具有如下优点。

(1)根据本发明的令牌传递方法，通过备份TPQ和比较新邻居节点和后续节点位置，保证了无线信道突变时，网络令牌传递过程维持动态性，且保证传递的最少跳数和最少时间，提高令牌传递效率和网络数据传输性能。

(2)该方法通过对出现信道失效的节点的令牌传递队列进行备份，使得在信道恢复有效时，节点可以参考备份队列适当选择新邻居节点的的节点的插入位置，避免网络中的节点重复获得令牌，造成令牌传递跳数的增加和传递时间的延长。

(3)根据本发明的令牌传递方法，不但考虑了无线令牌网络的信道失效，而且考虑信道失效后恢复有效的情况，通过备份信道失效前的令牌传递队列，在失效后又恢复有效时，节点通过对比备份的令牌传递队列和当前令牌传递队列，对信道恢复有效的邻居节点插入对应队列位置，防止令牌环容易出现节点重复传递，保证协议中令牌传递的最少跳数和最少传递时间，提高网络数据传输的性能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims

1.一种无线动态令牌环网络中的令牌传递方法，其用于在所述网络中以令牌传递的方式进行通信，所述网络包括通过以太网相连的多个可通信节点以环状链接，所述方法的特征在于，包括如下步骤：

（a）源节点获取所述令牌以获得通信权以进行数据传输之后，将所述令牌传递至目标节点；

（b）当所述令牌传递失败时，所述源节点备份其有序队列；

（c）当所述网络中某个节点在接收状态中发现有新的邻居节点传递了所述令牌时，则使用所述备份有序队列来替换所述有序队列；

在步骤（c）中，还包括首先判定所述节点是否具有所述备份有序队列，其中，若所述备份有序队列没有数据，则将所述新的邻居节点插入所述节点的有序队列的队尾；若所述备份有序队列有数据，则替换所述有序队列，

在步骤（c）中，所述替换包括读出所述备份有序队列，判断所述新的邻居节点是否在所述备份序列中，其中，若所述新的邻居节点没有在所述备份有序队列中，则将所述新的邻居节点添加至所述有序队列的尾部；若所述新的邻居节点在所述备份有序队列中，则继续判断所述新的邻居节点在所述备份有序队列中的后续节点，直到找出一个同时存在于所述备份序列中的后续节点，并且将所述新的邻居节点插入到所述有序队列中该后续节点的前面。

2.如权利要求1所述的令牌传递方法，其特征在于，在步骤（a）中，当所述源节点以其有序队列中的第一邻居节点为所述目标节点。

3.如权利要求1所述的令牌传递方法，其特征在于，在步骤（b）中，经过一定时间后检测所述令牌环网络，以判定所述令牌传递是否失败。

4.如权利要求3所述的令牌传递方法，其特征在于，在步骤（b）中，若所述邻居节点在该时间内传输了数据或因没有数据传输而直接将所述令牌至下一跳节点，则所述源节点认为已将所述令牌传递至所述目标节点，否则认为令牌传递失败。

5.如权利要求4所述的令牌传递方法，其特征在于，在步骤（b）中，当所述源节点传递所述令牌失败时，则将其的所述有序队列备份为队列备份，并储存在节点自身中，再将所述目标节点从所述有序队列中删除。

6.如权利要求1所述的令牌传递方法，其特征在于，所述方法还包括：

（b1）当所述令牌传递失败，所述源节点备份其有序队列时，若所述备份有序队列已有数据时，则以当前有序队列替换所述备份队列。