CN102395161A - 无线网络传输调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种无线网络传输调度方法，所述无线网络包括超级节点和与超级节点连接的普通节点，所述方法包括以下步骤：超级节点为普通节点划分与所述普通节点对应的通信时隙，生成通信时隙信息；所述超级节点将所述通信时隙信息发送给所述普通节点；所述普通节点接收所述通信时隙信息；根据接收到的通信时隙信息，所述普通节点在与所述普通节点对应的通信时隙内传输数据；所述超级节点回收划分给所述普通节点的通信时隙。上述无线网络传输调度方法采用时分复用的方式对普通节点的传输进行了调度，降低了由于网络拥塞而导致的丢包几率，从而提高了无线网络中的数据传输的可靠性。

Description

无线网络传输调度方法及系统

【技术领域】

本发明涉及无线数据传输领域，特别涉及一种无线传输调度方法及系统。

【背景技术】

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是由布置在监测区域内大量的微型传感器网络节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织的网络系统。其目的是协作地实时监测、采集和处理网络分布区域的各种环境或监测对象的信息，并传送给需要这些信息的用户。

无线传感器网络包括超级节点和普通节点。普通节点为用于监测并采集外界环境数据的传感器，超级节点用于管理普通节点和收集整理普通节点上传的监测数据。无线传感器网络通过普通节点对现实世界进行实时有效的监测，普通节点上传给超级节点的数据表示了无线传感器网络对外界环境的描述。

而传统技术中，无线传感器网络由于受资源有限以及地理环境等原因的影响，其丢包率高达5％～10％(甚至更高)。普通节点在向超级节点传输时，通常采取争夺信道的方式获取通信链路，从而加剧了普通节点传输时相互之间的干扰，提高丢包率，使得数据的可靠性下降。而在某些重要的应用中，一些数据的丢失是决不允许的。因此，无线传感器网络数据传输需要要求较高的可靠性保证。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种能提高可靠性的无线传输调度方法。

一种无线网络传输调度方法，所述无线网络包括超级节点和与超级节点连接的普通节点，所述方法包括以下步骤：

超级节点为普通节点划分与所述普通节点对应的通信时隙，生成通信时隙信息；

所述超级节点将所述通信时隙信息发送给所述普通节点；

所述普通节点接收所述通信时隙信息；

根据接收到的通信时隙信息，所述普通节点在与所述普通节点对应的通信时隙内传输数据；

所述超级节点回收划分给所述普通节点的通信时隙。

优选的，所述超级节点为普通节点划分与所述普通节点对应的通信时隙之前还包括：

所述超级节点获取与所述普通节点的链路质量指标。

优选的，所述超级节点为普通节点划分与所述普通节点对应的通信时隙的步骤具体为：

所述超级节点根据所述链路质量指标，动态地为普通节点划分与所述普通节点对应的初始通信时隙，并生成初始通信时隙信息。

优选的，所述超级节点回收划分给所述普通节点的通信时隙之前还包括：

当超级节点检测到与普通节点的链路质量指标低于第一阈值时，为所述普通节点二次划分额外通信时隙，生成额外通信时隙信息，并将所述额外通信时隙信息发送给所述普通节点；所述普通节点接收所述额外通信时隙信息，然后在所述额外通信时隙内传输数据。

优选的，所述普通节点在与所述普通节点对应的通信时隙内传输数据之后还包括：

当超级节点检测到与普通节点的链路质量指标高于第二阈值时，回收二次划分给所述普通节点的额外通信时隙，并通知所述普通节点。

优选的，所述超级节点获取与所述普通节点之间的链路质量指标的步骤具体为：

所述超级节点根据所述普通节点上传数据时数据包重传的次数获取与所述普通节点之间的链路质量指标。

优选的，所述普通节点内存储有邻居节点表；

所述普通节点接收所述二次划分的额外通信时隙之后还包括：

在所述邻居节点表中查找与所述普通节点连接了相同的超级节点的邻居节点，并在所述邻居节点中选出中继节点，然后与所述中继节点建立连接；

所述中继节点在与所述普通节点建立连接后还包括：

根据所述初始通信时隙信息和额外通信时隙信息，所述中继节点在所述初始通信时隙和额外通信时隙内传输数据。

优选的，所述中继节点在所述初始通信时隙和额外通信时隙内传输数据的步骤具体为：

所述普通节点在所述初始通信时隙内向所述中继节点传输数据；所述中继节点在所述额外通信时隙内向所述超级节点传输数据。

优选的，所述在所述邻居节点中选出中继节点的步骤具体为：

在所述邻居节点中选择与所述普通节点的链路质量指标最高的邻居节点作为中继节点。

优选的，所述超级节点为与所述超级节点连接的普通节点划分通信时隙之前还包括：

超级节点和普通节点更新路由动态，并广播控制信息包；

所述普通节点接收所述控制信息包，获取与邻居节点的链路质量指标，并将邻居节点的信息和与邻居节点的链路质量指标更新到所述普通节点内存储的邻居节点表，然后将所述邻居节点表中的邻居节点按照所述链路质量指标的高低排序。

优选的，所述普通节点接收所述控制信息包，获取与邻居节点的链路质量指标之后还包括：

将所述邻居节点中链路质量指标最高的超级节点与所述普通节点当前连接的超级节点进行比较，选择链路质量指标最高的超级节点建立连接关系。

基于此，还有必要提供一种能提高可靠性的无线传输调度系统。

一种无线网络传输调度系统，所述无线网络包括超级节点和与超级节点连接的普通节点，其特征在于，超级节点用于为普通节点划分与所述普通节点对应的通信时隙，生成通信时隙信息，将所述通信时隙信息发送给所述普通节点；普通节点用于接收所述通信时隙信息，并根据接收到的通信时隙信息，在与所述普通节点对应的通信时隙内传输数据；所述超级节点还用于回收划分给所述普通节点的通信时隙。

优选的，所述超级节点还用于获取超级节点与普通节点的链路质量指标，并根据所述链路质量指标动态地为普通节点划分与所述普通节点对应的初始通信时隙，并生成初始通信时隙信息。

优选的，所述超级节点还用于在检测到与普通节点的链路质量指标低于第一阈值时，为所述普通节点二次划分额外通信时隙，生成额外通信时隙信息，并将所述额外通信时隙信息发送给所述普通节点；所述普通节点还用于接收所述额外通信时隙信息，然后在所述额外通信时隙内传输数据；所述超级节点还用于在检测到与普通节点的链路质量指标高于第二阈值时，回收二次划分给所述普通节点的额外通信时隙，并通知所述普通节点。

优选的，所述普通节点内还存储有邻居节点表；所述普通节点还用于在所述邻居节点表中查找与所述普通节点连接了相同的超级节点的邻居节点，并在所述邻居节点中选出中继节点，然后与所述中继节点建立连接；所述中继节点还用于在所述初始通信时隙和额外通信时隙内传输数据。

优选的，所述普通节点还用于在所述初始通信时隙内向所述中继节点传输数据；所述中继节点还用于在所述额外通信时隙内向所述超级节点传输数据。

优选的，所述普通节点还用于在所述邻居节点中选择与所述普通节点的链路质量指标最高的邻居节点作为中继节点。

优选的，所述超级节点和普通节点还用于更新路由动态，广播控制信息包；所述普通节点还用于接收所述控制信息包，获取与邻居节点的链路质量指标，并将邻居节点的信息和与邻居节点的链路质量指标更新到所述普通节点内存储的邻居节点表，然后将所述邻居节点表中的邻居节点按照所述链路质量指标的高低排序；所述普通节点还用于将所述邻居节点中链路质量指标最高的超级节点与所述普通节点当前连接的超级节点进行比较，选择链路质量指标最高的超级节点建立连接关系。

采用了上述无线传输调度方法和系统之后，超级节点为普通节点划分了时隙，普通节点按照划分的时隙的先后顺序依次与超级节点进行数据传输，从而减少了信道争夺时相互之间的干扰，从而降低了丢包率，提高了无线网络数据传输的可靠性。

【附图说明】

图1为一个实施例中无线传输调度方法的流程图；

图2为一个实施例中超级节点和普通节点的工作时序图；

图3为一个实施例中普通节点利用中继节点上传数据的过程示意图；

图4为另一个实施例中无线传输调度系统的拓扑结构图。

【具体实施方式】

如图1所示，一种无线网络传输调度方法，该无线网络包括多个节点，节点分为超级节点和与该超级节点连接的普通节点，该方法包括以下步骤：

步骤S102，超级节点为普通节点划分与该普通节点对应的通信时隙，生成通信时隙信息。

一个实施例中，无线网络中的多个普通节点是和同一个超级节点进行连接的。超级节点和普通节点内均存储有连接关系表。当节点与其他节点建立连接后，会将与之连接的节点的信息更新到连接关系表中。

超级节点将其工作时段划分为多个通信时隙，该通信时隙用于与该超级节点连接的普通节点传输数据。优选的，超级节点采用TDMA协议为与其连接的普通节点划分通信时隙。

进一步的，超级节点为与其连接的普通节点划分了通信时隙后，将生成的通信时隙信息存储为通信时隙与普通节点对应的映射表，该映射表中记录了每个普通节点可以对应使用的通信时隙的开始时间和结束时间。

步骤S104，超级节点将通信时隙信息发送给普通节点。

一个实施例中，超级节点通过广播的方式将通信时隙信息发送给普通节点。进一步的，超级节点在广播通信时隙信息时，还广播同步信令。

步骤S106，普通节点接收通信时隙信息。

一个实施例中，普通节点接收到超级节点广播的通信时隙信息后，从接收到的通信时隙信息中找到与该普通节点对应的通信时隙的起始和结束时间，并记录下来。

进一步的，若超级节点在广播通信时隙信息时，还广播了同步信令，则普通节点在接收到超级节点广播的同步信令后，先根据同步信令同步时钟。超级节点广播同步信令，普通节点再根据该同步信令同步时钟，可以减小超级节点和普通节点传输时的时钟偏差。

步骤S108，根据接收到的通信时隙信息，所述普通节点在与所述普通节点对应的通信时隙内传输数据。

一个实施例中，普通节点根据接收到的通信时隙信息获取与该普通节点对应的通信时隙的起始和结束时间，然后进入等待状态。当时钟到达通信时隙的起始时间时，则向超级节点上传数据；当时钟到达通信时隙的结束时间时，普通节点停止传输。

步骤S110，超级节点回收划分给普通节点的通信时隙。

超级节点在划分给普通节点的通信时隙终结之后，将通信时隙回收。下一次普通节点与超级节点传输之前，超级节点再为普通节点重新划分通信时隙。

一个实施例中，超级节点和普通节点的工作时序如图2所示，超级节点先将工作时段划分成多个通信时隙，然后广播通知普通节点。普通节点接收到通信时隙信息，然后在通信时隙内上传数据。若上传失败，则超级节点通知该普通节点重传；若上传成功，则超级节点通知普通节点上传成功。普通节点传输完后，超级节点回收划分的通信时隙。

采用了上述无线传输调度方法之后，超级节点为普通节点划分了通信时隙，普通节点则按照预先划分的通信时隙的先后顺序依次与超级节点进行数据传输，从而减少了普通节点在争夺信道时相互之间的干扰，从而降低了丢包率，进而提高了无线网络数据传输的可靠性。

在一个实施例中，超级节点为普通节点划分与普通节点对应的通信时隙之前还要获取与普通节点的链路质量指标。链路质量指标为反映两个节点之间通信链路质量的参数。链路质量指标较高时，两个节点之间的通信链路受干扰程度小，传输的丢包率低；链路质量指标较低时，两个节点之间的通信链路受干扰程度大，传输的丢包率高。超级节点存储链路质量指标。

进一步的，超级节点根据普通节点上传数据时数据包重传的次数获取与普通节点的链路质量指标。每次普通节点上传数据之后，超级节点则根据数据包重传的次数将超级节点和普通节点之间的通信链路的质量量化成链路质量指标，然后将存储的链路质量指标更新。采用重传次数来量化节点之间的链路质量能够较好的反映链路的丢包程度。在其他实施例中，还可以采用信号的衰减度或者传输数据的误码率作为链路质量指标。

进一步的，超级节点根据链路质量指标，动态地为普通节点划分与普通节点对应的初始通信时隙，并生成初始通信时隙信息。初始通信时隙即超级节点为所有与其连接的普通节点划分通信时隙时划分的通信时隙。

如前所述，链路质量指标可以体现无线网络中节点之间通信链路的受干扰程度的强弱。较高链路质量指标的通信链路，受外界干扰小，节点在传输数据时由于误码导致的重传的次数就少，需要的通信时隙就小；较低链路质量指标的通信链路，受外界干扰大，节点传输数据时由于误码导致的重传的次数就多，需要的通信时隙就长。超级节点可以为与该超级节点的链路质量指标较高的普通节点划分较短的通信时隙；为与其链路质量指标较低的普通节点划分较长的通信时隙。

进一步的，当超级节点检测到与普通节点的链路质量指标低于第一阈值时，为普通节点二次划分额外通信时隙，生成额外通信时隙信息，并将所述额外通信时隙信息发送给所述普通节点。优选的，超级节点采用广播的方式通知普通节点。普通节点接收额外通信时隙信息，然后在额外通信时隙内传输数据。额外通信时隙即超级节点为所有与其连接的普通节点划分通信时隙后，继续为链路质量较差的普通节点二次划分的额外的通信时隙。

普通节点在接收到的额外通信时隙信息中找到额外通信时隙的起始时间和结束时间，并记录下来，然后进入等待状态。当时钟到达额外通信时隙的起始时间时，在这一额外划分的通信时隙内继续传输数据。

进一步的，当超级节点检测到与普通节点的链路质量指标高于第二阈值时，回收二次划分给普通节点的额外通信时隙，并通知普通节点。超级节点在检测到与普通节点之间具有较好的链路时，回收二次划分给普通节点的额外的通信时隙，可以节约通信时隙资源。

进一步的，普通节点内还存储有邻居节点表。邻居节点表内存储有与普通节点相邻的节点的信息。普通节点接收到二次划分的额外通信时隙信息之后，在邻居节点表中查找与该普通节点连接了相同的超级节点的邻居节点，并在与该普通节点连接了相同的超级节点的邻居节点中选出中继节点，然后与中继节点建立连接。中继节点在与该普通节点建立连接后，可以根据初始通信时隙信息和额外通信时隙信息，在初始通信时隙和额外通信时隙内传输数据。

在其他实施例中，若普通节点在二次划分的额外通信时隙内仍然无法将数据传输完毕，超级节点可以继续为普通节点再次划分更多的额外的通信时隙。也就是说普通节点在一次数据上传中，可以使用两个或两个以上的通信时隙。

进一步的，普通节点的邻居节点表中还存储有各个邻居节点与该普通节点的通信链路的链路质量指标。普通节点在选择中继节点时，先在邻居节点表内查找与该普通节点连接了相同的超级节点的邻居节点，然后在与该普通节点连接了相同的超级节点的邻居节点中查找与该普通节点的链路质量指标最高的邻居节点，然后再将该邻居节点作为中继节点。

普通节点在与超级节点的链路质量较差时，选取邻居节点作为中继节点向超级节点传输数据，可以利用中继节点与超级节点之间所存在的干扰较少的链路，从而降低丢包率。在无线传感器网络中，作为普通节点的传感器与作为超级节点的信息收集器之间往往会被建筑，人体，汽车等障碍物阻隔，电磁波在穿透障碍物时信号强度会下降，从而使得信噪比降低，提高了丢包率。此时，传感器可以选择一个与其无障碍阻隔的邻居节点作为中继节点，利用中继节点将数据上传给超级节点。

如图3所示，超级节点10先为与其连接的所有普通节点划分初始通信时隙，其中，为普通节点20划分了初始通信时隙k。某时刻时，超级节点10检测到普通节点20与超级节点10的链路质量指标小于第一阈值后，为普通节点20二次划分额外通信时隙m。当普通节点20无法在初始通信时隙k内传输完数据时，超级节点10为普通节点20二次划分的额外通信时隙m可以为普通节点20提供额外的通信时隙，从而使普通节点20有足够的时间将数据传输完毕。

普通节点20可以在通信时隙k和m内分别向超级节点10上传数据，也可以在普通节点20的邻居节点表中找出同样与超级节点20连接的邻居节点(邻居节点可以是普通节点，也可以是超级节点)作为中继节点30；然后普通节点20与中继节点30建立连接关系，并通知中继节点30。当初始通信时隙k来临时(由前所述，初始通信时隙k是优先全局划分的，因此总是比二次划分的额外通信时隙m优先到来)，普通节点20可以在初始通信时隙k内向中继节点30上传数据，然后中继节点30再在额外通信时隙m内向超级节点10上传数据。中继节点30在额外通信时隙m内上传的数据即为中继节点在初始通信时隙k内接收的普通节点20传输的数据。

进一步的，超级节点为与该超级节点连接的普通节点划分通信时隙之前，超级节点和普通节点还要更新路由动态，并广播控制信息包。超级节点和普通节点通过广播控制信息包和接收其他节点广播的控制信息包来检测整个无线网络拓扑结构和路由状态的变化。

进一步的，无线网络中的节点具有标识，用以区分各个节点。普通节点接收控制信息包后，获取与邻居节点的链路质量指标，并将该邻居节点的标识和与该邻居节点对应的链路质量指标更新到普通节点内存储的邻居节点表中，然后将该邻居节点表中的邻居节点按照链路质量指标的高低顺序进行排序。普通节点可以通过接收控制信息包时信号的强弱和控制信息包中的信息来确定与邻居节点之间的链路质量指标。控制信息包中的信息包括广播该控制信息包的普通节点的标识。普通节点将邻居节点表中的邻居节点按照链路质量指标的高低顺序进行排序，可以方便选取与普通节点链路质量最优的邻居节点作为中继节点。

进一步的，普通节点接收控制信息包，获取与邻居节点的链路质量指标之后，还可以将邻居节点中链路质量指标最高的超级节点与该普通节点当前连接的超级节点进行比较，选择链路质量指标最高的超级节点建立连接关系。即普通节点可以根据邻居节点广播的控制信息包重新选择超级节点，并与其连接。

在无线传感器网络中，当有多个超级节点时，某个超级节点往往会因为环境变化而导致与某个传感器之间的通信链路质量长时间变差。例如，山体滑坡造成岩石遮挡传感器、新建的建筑物遮挡了传感器、植物生长遮挡了传感器等情况。在这些情况下，该普通节点可以选择周围环境中，与其通信链路质量最优的另一个超级节点来替换当前连接的超级节点，从而对环境产生了自适应，削弱了环境因素对无线网络稳定性的影响。

在一个实施例中，如图4所示，一种无线网络传输调度系统，该无线网络包括超级节点10和与超级节点10连接的普通节点20。无线网络中的多个普通节点20和同一个超级节点10连接。其中，超级节点10用于为普通节点20划分与普通节点20对应的通信时隙，生成通信时隙信息，将通信时隙信息发送给普通节点20；普通节点20用于接收通信时隙信息，并根据接收到的通信时隙信息，在与普通节点20对应的通信时隙内传输数据；超级节点10还用于回收划分给普通节点20的通信时隙。

一个实施例中，无线网络中的多个普通节点是和同一个超级节点进行连接的。超级节点和普通节点内均存储有连接关系表。当节点与其他节点建立连接后，会将与之连接的节点的信息更新到连接关系表中。

超级节点将其工作时段划分为多个通信时隙，该通信时隙用于与该超级节点连接的普通节点传输数据。优选的，超级节点采用TDMA协议为与其连接的普通节点划分通信时隙。

进一步的，超级节点为与其连接的普通节点划分了通信时隙后，将生成的通信时隙信息存储为通信时隙与普通节点对应的映射表，该映射表中记录了每个普通节点可以对应使用的通信时隙的开始时间和结束时间。

一个实施例中，超级节点通过广播的方式将通信时隙信息发送给普通节点。进一步的，超级节点在广播通信时隙信息时，还广播同步信令。

一个实施例中，普通节点接收到超级节点广播的通信时隙信息后，从接收到的通信时隙信息中找出与该普通节点对应的通信时隙的起始和结束时间，并记录下来。

进一步的，若超级节点在广播通信时隙信息时，还广播了同步信令，则普通节点在接收到超级节点广播的同步信令后，先根据同步信令同步时钟。超级节点广播同步信令，普通节点再根据该同步信令同步时钟，可以减小超级节点和普通节点传输时的时钟偏差。

一个实施例中，普通节点根据接收到的通信时隙信息获取与该普通节点对应的通信时隙的起始和结束时间，然后进入等待状态。当时钟到达通信时隙的起始时间时，则向超级节点上传数据；当时钟到达通信时隙的结束时间时，普通节点停止传输。

超级节点在划分给普通节点的通信时隙终结之后，将通信时隙回收。下一次普通节点与超级节点传输之前，超级节点再为普通节点重新划分通信时隙。

一个实施例中，超级节点和普通节点的工作时序如图2所示，超级节点先将工作时段划分成多个通信时隙，然后广播通知普通节点。普通节点接收到通信时隙信息，然后在通信时隙内上传数据。若上传失败，则超级节点通知该普通节点重传；若上传成功，则超级节点通知普通节点上传成功。普通节点传输完后，超级节点回收划分的通信时隙。

采用了上述无线传输调度方法之后，超级节点为普通节点划分了通信时隙，普通节点则按照预先划分的通信时隙的先后顺序依次与超级节点进行数据传输，从而减少了普通节点在争夺信道时相互之间的干扰，从而降低了丢包率，进而提高了无线网络数据传输的可靠性。

在一个实施例中，超级节点为普通节点划分与普通节点对应的通信时隙之前还要获取与普通节点的链路质量指标。链路质量指标为反映两个节点之间通信链路质量的参数。链路质量指标较高时，两个节点之间的通信链路受干扰程度小，传输的丢包率低；链路质量指标较低时，两个节点之间的通信链路受干扰程度大，传输的丢包率高。超级节点存储链路质量指标。

进一步的，超级节点根据普通节点上传数据时数据包重传的次数获取与普通节点的链路质量指标。每次普通节点上传数据之后，超级节点则根据数据包重传的次数将超级节点和普通节点之间的通信链路的质量量化成链路质量指标，然后将存储的链路质量指标更新。采用重传次数来量化节点之间的链路质量能够较好的反映链路的丢包程度。在其他实施例中，还可以采用信号的衰减度或者传输数据的误码率作为链路质量指标。

进一步的，超级节点根据链路质量指标，动态地为普通节点划分与普通节点对应的初始通信时隙，并生成初始通信时隙信息。初始通信时隙即超级节点为所有与其连接的普通节点划分通信时隙时划分的通信时隙。

如前所述，链路质量指标可以体现无线网络中节点之间通信链路的受干扰程度的强弱。较高链路质量指标的通信链路，受外界干扰小，节点在传输数据时由于误码导致的重传的次数就少，需要的通信时隙就小；较低链路质量指标的通信链路，受外界干扰大，节点传输数据时由于误码导致的重传的次数就多，需要的通信时隙就长。超级节点可以为与该超级节点的链路质量指标较高的普通节点划分较短的通信时隙；为与其链路质量指标较低的普通节点划分较长的通信时隙。

进一步的，当超级节点检测到与普通节点的链路质量指标低于第一阈值时，为普通节点二次划分额外通信时隙，生成额外通信时隙信息，并将所述额外通信时隙信息发送给所述普通节点。优选的，超级节点采用广播的方式通知普通节点。普通节点接收额外通信时隙信息，然后在额外通信时隙内传输数据。额外通信时隙即超级节点为所有与其连接的普通节点划分通信时隙后，继续为链路质量较差的普通节点二次划分的额外的通信时隙。

普通节点在接收到的额外通信时隙信息中找到额外通信时隙的起始时间和结束时间，并记录下来，然后进入等待状态。当时钟到达额外通信时隙的起始时间时，在这一额外划分的通信时隙内继续传输数据。

进一步的，当超级节点检测到与普通节点的链路质量指标高于第二阈值时，回收二次划分给普通节点的额外通信时隙，并通知普通节点。超级节点在检测到与普通节点之间具有较好的链路时，回收二次划分给普通节点的额外的通信时隙，可以节约通信时隙资源。

进一步的，普通节点内还存储有邻居节点表。邻居节点表内存储有与普通节点相邻的节点的信息。普通节点接收到二次划分的额外通信时隙信息之后，在邻居节点表中查找与该普通节点连接了相同的超级节点的邻居节点，并在与该普通节点连接了相同的超级节点的邻居节点中选出中继节点，然后与中继节点建立连接。中继节点在与该普通节点建立连接后，可以根据初始通信时隙信息和额外通信时隙信息，在初始通信时隙和额外通信时隙内传输数据。

在其他实施例中，若普通节点在二次划分的额外通信时隙内仍然无法将数据传输完毕，超级节点可以继续为普通节点再次划分更多的额外的通信时隙。也就是说普通节点在一次数据上传中，可以使用两个或两个以上的通信时隙。

进一步的，普通节点的邻居节点表中还存储有各个邻居节点与该普通节点的通信链路的链路质量指标。普通节点在选择中继节点时，先在邻居节点表内查找与该普通节点连接了相同的超级节点的邻居节点，然后在与该普通节点连接了相同的超级节点的邻居节点中查找与该普通节点的链路质量指标最高的邻居节点，然后再将该邻居节点作为中继节点。

普通节点在与超级节点的链路质量较差时，选取邻居节点作为中继节点向超级节点传输数据，可以利用中继节点与超级节点之间所存在的干扰较少的链路，从而降低丢包率。在无线传感器网络中，作为普通节点的传感器与作为超级节点的信息收集器之间往往会被建筑，人体，汽车等障碍物阻隔，电磁波在穿透障碍物时信号强度会下降，从而使得信噪比降低，提高了丢包率。此时，传感器可以选择一个与其无障碍阻隔的邻居节点作为中继节点，利用中继节点将数据上传给超级节点。

如图3所示，超级节点10先为与其连接的所有普通节点划分初始通信时隙，其中，为普通节点20划分了初始通信时隙k。某时刻时，超级节点10检测到普通节点20与超级节点10的链路质量指标小于第一阈值后，为普通节点20二次划分额外通信时隙m。当普通节点20无法在初始通信时隙k内传输完数据时，超级节点10为普通节点20二次划分的额外通信时隙m可以为普通节点20提供额外的通信时隙，从而使普通节点20有足够的时间将数据传输完毕。

普通节点20可以在通信时隙k和m内分别向超级节点10上传数据，也可以在普通节点20的邻居节点表中找出同样与超级节点20连接的邻居节点(邻居节点可以是普通节点，也可以是超级节点)作为中继节点30；然后普通节点20与中继节点30建立连接关系，并通知中继节点30。当初始通信时隙k来临时(由前所述，初始通信时隙k是优先全局划分的，因此总是比二次划分的额外通信时隙m优先到来)，普通节点20可以在初始通信时隙k内向中继节点30上传数据，然后中继节点30再在额外通信时隙m内向超级节点10上传数据。中继节点30在额外通信时隙m内上传的数据即为中继节点在初始通信时隙k内接收的普通节点20传输的数据。

进一步的，超级节点为与该超级节点连接的普通节点划分通信时隙之前，超级节点和普通节点还要更新路由动态，并广播控制信息包。超级节点和普通节点通过广播控制信息包和接收其他节点广播的控制信息包来检测整个无线网络拓扑结构和路由状态的变化。

进一步的，无线网络中的节点具有标识，用以区分各个节点。普通节点接收控制信息包后，获取与邻居节点的链路质量指标，并将该邻居节点的标识和与该邻居节点对应的链路质量指标更新到普通节点内存储的邻居节点表中，然后将该邻居节点表中的邻居节点按照链路质量指标的高低顺序进行排序。普通节点可以通过接收控制信息包时信号的强弱和控制信息包中的信息来确定与邻居节点之间的链路质量指标。控制信息包中的信息包括广播该控制信息包的普通节点的标识。普通节点将邻居节点表中的邻居节点按照链路质量指标的高低顺序进行排序，可以方便选取与普通节点链路质量最优的邻居节点作为中继节点。

进一步的，普通节点接收控制信息包，获取与邻居节点的链路质量指标之后，还可以将邻居节点中链路质量指标最高的超级节点与该普通节点当前连接的超级节点进行比较，选择链路质量指标最高的超级节点建立连接关系。即普通节点可以根据邻居节点广播的控制信息包重新选择超级节点，并与其连接。

在无线传感器网络中，当有多个超级节点时，某个超级节点往往会因为环境变化而导致与某个传感器之间的通信链路质量长时间变差。例如，山体滑坡造成岩石遮挡传感器、新建的建筑物遮挡了传感器、植物生长遮挡了传感器等情况。在这些情况下，该普通节点可以选择周围环境中，与其通信链路质量最优的另一个超级节点来替换当前连接的超级节点，从而对环境产生了自适应，削弱了环境因素对无线网络稳定性的影响。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (18)

1.一种无线网络传输调度方法，所述无线网络包括超级节点和与超级节点连接的普通节点，所述方法包括以下步骤：

超级节点为普通节点划分与所述普通节点对应的通信时隙，生成通信时隙信息；

所述超级节点将所述通信时隙信息发送给所述普通节点；

所述普通节点接收所述通信时隙信息；

根据接收到的通信时隙信息，所述普通节点在与所述普通节点对应的通信时隙内传输数据；

所述超级节点回收划分给所述普通节点的通信时隙。

2.根据权利要求1所述的无线网络传输调度方法，其特征在于，所述超级节点为普通节点划分与所述普通节点对应的通信时隙之前还包括：

所述超级节点获取与所述普通节点的链路质量指标。

3.根据权利要求2所述的无线网络传输调度方法，其特征在于，所述超级节点为普通节点划分与所述普通节点对应的通信时隙的步骤具体为：

所述超级节点根据所述链路质量指标，动态地为普通节点划分与所述普通节点对应的初始通信时隙，并生成初始通信时隙信息。

4.根据权利要求3所述的无线网络传输调度方法，其特征在于，所述超级节点回收划分给所述普通节点的通信时隙之前还包括：

当超级节点检测到与普通节点的链路质量指标低于第一阈值时，为所述普通节点二次划分额外通信时隙，生成额外通信时隙信息，并将所述额外通信时隙信息发送给所述普通节点；

所述普通节点接收所述额外通信时隙信息，然后在所述额外通信时隙内传输数据。

5.根据权利要求4所述的无线网络传输调度方法，其特征在于，所述普通节点在与所述普通节点对应的通信时隙内传输数据之后还包括：

当超级节点检测到与普通节点的链路质量指标高于第二阈值时，回收二次划分给所述普通节点的额外通信时隙，并通知所述普通节点。

6.根据权利要求4所述的无线网络传输调度方法，其特征在于，所述超级节点获取与所述普通节点之间的链路质量指标的步骤具体为：

所述超级节点根据所述普通节点上传数据时数据包重传的次数获取与所述普通节点之间的链路质量指标。

7.根据权利要求4所述的无线网络传输调度方法，其特征在于，所述普通节点内存储有邻居节点表；

所述普通节点接收所述二次划分的额外通信时隙信息之后还包括：

在所述邻居节点表中查找与所述普通节点连接了相同的超级节点的邻居节点，并在所述邻居节点中选出中继节点，然后与所述中继节点建立连接；

所述中继节点在与所述普通节点建立连接后还包括：

根据所述初始通信时隙信息和额外通信时隙信息，所述中继节点在所述初始通信时隙和额外通信时隙内传输数据。

8.根据权利要求7所述的无线网络传输调度方法，其特征在于，所述中继节点在所述初始通信时隙和额外通信时隙内传输数据的步骤具体为：

所述普通节点在所述初始通信时隙内向所述中继节点传输数据；所述中继节点在所述额外通信时隙内向所述超级节点传输数据。

9.根据权利要求7所述的无线网络传输调度方法，其特征在于，所述在所述邻居节点中选出中继节点的步骤具体为：

在所述邻居节点中选择与所述普通节点的链路质量指标最高的邻居节点作为中继节点。

10.根据权利要求7所述的无线网络传输调度方法，其特征在于，所述超级节点为与所述超级节点连接的普通节点划分通信时隙之前还包括：

超级节点和普通节点更新路由动态，并广播控制信息包；

所述普通节点接收所述控制信息包，获取与邻居节点的链路质量指标，并将邻居节点的信息和与邻居节点的链路质量指标更新到所述普通节点内存储的邻居节点表，然后将所述邻居节点表中的邻居节点按照所述链路质量指标的高低排序。

11.根据权利要求10所述的无线网络传输调度方法，其特征在于，所述普通节点接收所述控制信息包，获取与邻居节点的链路质量指标之后还包括：

将所述邻居节点中链路质量指标最高的超级节点与所述普通节点当前连接的超级节点进行比较，选择链路质量指标最高的超级节点建立连接关系。

12.一种无线网络传输调度系统，所述无线网络包括超级节点和与超级节点连接的普通节点，其特征在于，超级节点用于为普通节点划分与所述普通节点对应的通信时隙，生成通信时隙信息，将所述通信时隙信息发送给所述普通节点；普通节点用于接收所述通信时隙信息，并根据接收到的通信时隙信息，在与所述普通节点对应的通信时隙内传输数据；所述超级节点还用于回收划分给所述普通节点的通信时隙。

13.根据权利要求12所述的无线网络传输调度系统，其特征在于，所述超级节点还用于获取超级节点与普通节点的链路质量指标，并根据所述链路质量指标动态地为普通节点划分与所述普通节点对应的初始通信时隙，并生成初始通信时隙信息。

14.根据权利要求13所述的无线网络传输调度系统，其特征在于，所述超级节点还用于在检测到与普通节点的链路质量指标低于第一阈值时，为所述普通节点二次划分额外通信时隙，生成额外通信时隙信息，并将所述额外通信时隙信息发送给所述普通节点；所述普通节点还用于接收所述额外通信时隙信息，然后在所述额外通信时隙内传输数据；所述超级节点还用于在检测到与普通节点的链路质量指标高于第二阈值时，回收二次划分给所述普通节点的额外通信时隙，并通知所述普通节点。

15.根据权利要求14所述的无线网络传输调度系统，其特征在于，所述普通节点内还存储有邻居节点表；所述普通节点还用于在所述邻居节点表中查找与所述普通节点连接了相同的超级节点的邻居节点，并在所述邻居节点中选出中继节点，然后与所述中继节点建立连接；所述中继节点还用于在所述初始通信时隙和额外通信时隙内传输数据。

16.根据权利要求15所述的无线网络传输调度系统，其特征在于，所述普通节点还用于在所述初始通信时隙内向所述中继节点传输数据；所述中继节点还用于在所述额外通信时隙内向所述超级节点传输数据。

17.根据权利要求15所述的无线网络传输调度系统，其特征在于，所述普通节点还用于在所述邻居节点中选择与所述普通节点的链路质量指标最高的邻居节点作为中继节点。

18.根据权利要求15所述的无线网络传输调度系统，其特征在于，所述超级节点和普通节点还用于更新路由动态，广播控制信息包；所述普通节点还用于接收所述控制信息包，获取与邻居节点的链路质量指标，并将邻居节点的信息和与邻居节点的链路质量指标更新到所述普通节点内存储的邻居节点表，然后将所述邻居节点表中的邻居节点按照所述链路质量指标的高低排序；所述普通节点还用于将所述邻居节点中链路质量指标最高的超级节点与所述普通节点当前连接的超级节点进行比较，选择链路质量指标最高的超级节点建立连接关系。

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