CN103402205B - 一种无线树状网接入控制方法及网络节点设备 - Google Patents

Abstract

一种无线树状网接入控制方法及网络节点设备，该接入控制方法包括如下步骤：（1）将节点的传输能力划分为网内节点间通信的传输能力即内传能力和网内节点与网外节点间通信的传输能力即外传能力；（2）所述父节点与所述父节点的所有子节点、以及所述父节点与所述父节点的父节点之间采用时分双工方式进行双向通信，所述父节点与所述父节点的所有子节点之间的无线通信、所述父节点与所述父节点的父节点之间的无线通信分别工作在不同的信道，即无线树状网的不同层次节点间的通信能同时进行。本发明还包括无线树状网的网络节点设备。本发明设备结构独特，使用本发明所述方法，能充分发挥现有无线频谱资源的利用率、减少多址干扰，使无线树状网能够满足偏远地区或紧急情况下的城市多媒体通信需求。

Description

一种无线树状网接入控制方法及网络节点设备

技术领域

本发明属于信息技术领域，主要涉及一种无线树状网接入控制方法及网络节点。

背景技术

在一些山区、边远地区或交通欠发达地区，架设光纤或其他有线网络通信设备的代价非常高。搭建无线树状网以对某些边远地区实现较大面积的通信覆盖是一种见效快、较低成本的整体解决方案。然而已有的各种无线通信网在给人们带来便利的同时，也存在频谱资源紧张、易受干扰特别是多址干扰等固有缺点，尤其不能满足偏远地区或紧急情况下的多媒体通信需求。

尽管树状网是一种常见的网络拓扑结构，已有少量文献提出了关于树状网的一些路由方法，却没有针对无线树状网的接入控制技术方面的文献；到目前为止，市场上也没有专门用于无线树状网的节点设备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述空缺，提供一种无线频谱资源利用率高，多址干扰少，能够满足偏远地区或紧急情况下的多媒体通信需求的无线树状网接入控制方法及网络节点。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

本发明无线树状网接入控制方法，包括如下步骤：（1）将节点的传输能力划分为网内节点间通信的传输能力即内传能力和网内节点与网外节点间通信的传输能力即外传能力，所述外传能力的分配具有继承性，即父节点为其所有子节点所分配的外传能力之和等于父节点本身的外传能力；父节点与其所有子节点之间的通信工作在同一信道上，采用时分复用的多址方式；各节点每次被允许发送信息的时间称为一次传送机会；上行传送机会需要通过子节点向父节点申请，父节点根据自己的上行外传能力和所述父节点的所有子节点的传送机会申请情况进行分配并将分配结果通知发出申请的子节点，发出申请的子节点在获得分配结果通知后在指定的时机向父节点发送信息；下行传送机会由父节点根据自身的下行传输能力和下行传输的需求确定；（2）所述父节点与所述父节点的所有子节点、以及所述父节点与所述父节点的父节点之间在所分配的相应时机内采用时分双工方式进行双向通信，所述父节点与所述父节点的所有子节点之间的无线通信、所述父节点与所述父节点的父节点之间的无线通信分别工作在不同的信道，即无线树状网的不同层次节点间的通信能同时进行。

所述步骤（1）中，父节点为其所有子节点所分配的外传能力是按比例公平原则动态调整的；

外传能力的分配，是指根据各子节点与其父节点的通信量需求和瞬时信道质量状况按比例公平原则动态调整；设任一节点i最近检测到的信道状况为S_i，i=1,2,…，通过采用链路自适应技术，对应采用的信息传输速率为C_i，则为节点i进行外传持续时间分配的比例系数与信息传输速率C_i成反比；

父节点为其所有子节点所分配的外传能力按比例公平原则动态调整时，执行动态调整的时机包括：网络建立时；任一父节点的能力不满足其所有子节点的传输需求时；网络拓扑发生改变时；

在子节点向父节点申请上行传送机会时，需要向父节点发送传送请求消息；父节点按比例公平原则进行计算，确定为每个子节点分配上行传输机会；父节点以广播方式发送传送能力分配公告消息；

父节点为各子节点分配上行传输时机时，附加所述子节点在上次传输中产生错误而需要重传的信息所需的时间，并在传输能力分配公告消息中明确告知相应子节点将新信息和需要重传的部分信息一起发送。

外传能力分配的继承性，是指除根节点外，树型网络中的任一链路，按时分复用方式与其它链路共享其公共节点即父节点的外传能力；这些具有公共父节点的节点，它们的上行外传能力之和等于其公共父节点的上行外传能力；同时，它们的下行外传能力之和等于其公共父节点的下行外传能力；所述外传能力分配，在采用时分复用的情形下是指在单位时间内各节点能单独占用公共信道与它们的共同父节点进行无线通信的时间分配；

节点的外传能力的上限取决于所采用的无线通信系统的传输速率，越靠近根节点，所需的外传能力越强。单位时间内，在同一链路、同一方向上，所有子节点的外传能力与内传能力之和等于该链路的传输速率容量。

所述传送请求消息包括子节点本次请求发送的信息长度;子节点在传送请求中嵌入训练序列，使父节点能检测出信道状况，从而确定为所述子节点进行外传持续时间分配的比例系数；所述训练序列采用现有技术；

父节点以广播方式发送传送能力分配公告消息，包含为每个子节点分配的上行传输机会；还包含父节点向各子节点传送下行信息的传输机会分配情况。

对于某一节点，当其所有子节点所请求的上行外传能力之和超出所述节点的父节点为其分配的上行外传能力时，所述节点暂时按现有能力为各子节点分配上行传输机会，同时向父节点发出能满足所述节点的所有子节点上行传输要求的上行外传能力更新请求；同理，对于某一节点，当所述节点的下行外传能力不足以满足向其所有子节点传输下行信息的需求时，暂时按现有能力为各子节点进行下行传输机会分配，同时也要向所述节点的父节点发出能满足所述节点的所有子节点下行传输要求的下行外传能力更新请求；当所述节点收到其父节点的外传能力公告时，立即对自己的上、下行外传能力进行更新；

外传能力具有上下级继承性。每个子节点的外传能力由其父节点分配，某一节点的内传能力是所述节点所具有总能力扣除外传能力后剩余能用的传输能力。

在给定通信对方时，节点的传输能力P由通信链路容量C和能用于传输的时间T共同决定，用数学表达式为P=CT；在无线树状网中，节点本身或其父节点根据通信需要，对时间进行划分，在同一方向，同一时间内父节点只允许与其中一个子节点进行通信，从而实现对节点的传输能力的划分；一次具体的传输，需要通过申请传输机会，由传输的双方中级别较高的节点即父节点根据申请的传输量和剩余传输能力分配具体的传输机会。

当一个节点有两个及两个以上子节点时，父节点与其所有子节点间的通信采用时分复用的多址方式时，时间上采用逐帧分配调度方法，节点间所传输的帧具有可变帧长，一帧所传输的负荷能动态调整；即一帧的内容由新传输的信息和已传输过但出错的信息这两部分组成，这两部分的长度均能动态调整，实现动态组帧；帧头包括源地址、目的地址、上层协议包ID、帧编号、本帧信息长度、本帧信息分段数信息，帧头具有固定长度；帧实体则由组成所述帧的各段信息组成，具有可变长度；每段信息均属于同一上层用户数据包，且包含相对于所述用户数据包的偏移量、原属帧号、本段信息长度及本段信息实体，还包括用于检错或纠错的冗余信息；

节点间所传输的帧采用可变帧长并同时结合MAC层路由，即以帧为单位进行路由及传输控制并在传输能力分配调度中考虑路由及出错重传问题；MAC层路由指路由功能在MAC层内实现；结合MAC层路由后，逐帧分配传输机会；当节点收到一个帧的资源请求消息时，通过对请求消息中所包含的目的地址计算其路由，从而判断当前节点是否为传输需经历的最高层（离根最近）节点；若所述节点不是所需经历的最高层节点或源与目的方二者之一在树状网外，则需按传输能力的继承性为其分配外传机会；否则，不需考虑所述节点的外传能力的继承性，按传输所述帧的唯一路由，找出下行链路所经的所述节点的子节点，所述节点根据其分配给传输所述帧的上传子节点的上行传输能力和下传子节点的下行传输能力，分别计算所述上传子节点的剩余可用上行传输能力及所述下传子节点的剩余可用下行传输能力，确定以二者的最小值作为分配传输持续时间的依据，在传输能力分配消息中予以公告。

本发明的核心内容之一是针对无线树状网中的节点在与其多个子节点进行通信时涉及到的接入控制问题，提出了将所述节点的传输能力区分为外传能力和内传能力，外传能力是指以所述节点为最高级节点的子网（树枝）与所述子网外的节点之间通信时进行传输机会分配与控制的能力，内传能力是指所述节点与仅涉及子网内节点间之间通信时进行传输机会分配与控制的能力。外传能力与内传能力一起构成节点的总传输能力。外传能力具有继承性，即节点的外传能力由其父节点分配，所有子节点的外传能力之和等于其父节点的外传能力。根据外传的定义，外传的信息流必然经过所述节点的父节点（对于根节点而言，与其相连的外部网络可视为整个树状网的父节点），因而所述节点为所述信息流所分配的传输时机涉及到所述节点的父节点是否可接受。外传能力的继承性原则相当于在所述节点进行传输能力分配时考虑了信息流量的连续性原理，可以保证树状网的上下级节点在传输信息流时有较长时间的传输能力一致性，这样能防止存在某个瓶颈节点因缓存不足而丢弃分组或使网络拥塞。节点的外传能力由父节点分配，扣留外传能力后剩余的传输能力就是所述节点的内传能力，节点的内传能力的分配可由节点本身决定。节点的外传能力和内传能力都可以动态调整，但是外传能力的调整需要通过父节点重新分配。当希望获得的外传能力超过父节点原有能力可支配的范围时，需要牵连到父节点的父节点…，直至根节点重新进行外传能力的再分配。

本发明针对无线树状网中父节点与其多个子节点间通信的多址问题，提出一种比例公平原则，即根据父节点与各子节点间的信道状况和各节点的通信请求量，按比例公平的原则为各子节点分配传输机会。设子节点i(i=1,2,…)最近检测到的与该父节点间的信道状况为Si，通过采用链路自适应技术，对应可采用的信息传输速率为Ci，则为该节点i进行外传持续时间分配的比例系数与Ci成反比。具体为，以采用统计时分复用为例，设子节点个数为N，子节点i(i=1,2,…，N)在时间T内请求的信息传送量为Q_i，欲分配的总时间为T，则为子节点i分配的传输时间为

（1），

这里T是该父节点可以分配的时间，这种情况下的节点的传输能力分配问题实质上是为各子节点分配传输机会(也可称为时间或时机)的问题。

在无线树状网中，只能进行父子节点间的直接通信。任何节点与其父节点间的通信和与其子节点间的通信采用不同信道，因而这两对不同层次的节点间的通信可同时进行。但是一个节点与其不同子节点间的通信共用同一信道，它们只能采用时分复用的多址方式。由于数据通信中节点产生通信需求量的随机性，任何一段时间内节点需传输的信息量是事先无法预知的，因而采用固定的时分多址接入方式效率低。为了提高无线树状网的传输效率并适应数据通信的突发性特点，本发明着重解决采用统计时分复用多址情形下的接入控制问题。而若采取IEEE802.11系列标准中的载波侦听结合指数退避的方法，在网络负荷较重时会因频繁冲突而使效率严重下降，因此本发明中的多址方式采用了逐帧分配调度的方式，以避免冲突。在需要进行上行传输时，子节点向父节点发出传送请求消息，传送请求消息包括传送的目的地、传送信息量这些信息供父节点计算路由并结合节点传输能力分配资源。传送请求消息还包含训练序列，供父节点判断信道质量，从而可结合链路自适应技术选定合适的传输速率，有利于父节点为其子节点按（1）式分配恰当的传输时间。在下行方向，由于父节点本身掌握了下行方向要传给各子节点的信息量，也能从前面已阐述的途径获知信道状况，根据无线信道的正反向特性的对称性，可直接根据已有的传输能力为各子节点的下行传输按（1）式所述规则分配传输时机。父节点为各子节点分配传输时机的结果需要通过传送能力分配公告消息告知所有子节点。在传输能力分配公告消息中，明确给出每个子节点的传输起始时刻和持续时间。

子节点向父节点发出传送请求消息的具体途径包括父节点轮询方式、随机上行请求方式，还支持采用捎带方式。捎带方式是指在同方向的数据帧中利用其剩余传输能力来传输传送请求消息。采用捎带方式，可以节省无线资源，提高网络传输效率。

本发明的另一个核心内容是结合MAC层路由实施节点传输能力的分配。当树状网的节点数较多时，一个帧在树状网内的传输要经历多次转发，因而需要将路由和传输时机的分配综合考虑。对于无线树状网，由于网内任意两节点的路由是唯一的，路由计算相对较简单，在MAC层实现路由功能不会明显增加MAC层协议的负担。特别是，在MAC层，路由和多址控制问题有密切联系，把路由问题与同一父节点与其子节点间的传输能力分配问题联系起来，能更充分地发挥节点和相应无线链路的传输能力。本发明把节点的传输能力分为外传能力和内传能力，对于一个给定的节点，其子节点发出传送请求时需要告知所传送的帧的目的地址，当前节点从传送请求消息中取出目的地址，然后通过路由算法或查路由表，得出的路由可以区分为两种情况：第一种情况是所请求的信息流需要通过当前节点的父节点转发，这需要占用当前节点的外传能力，即其传输时机要从该节点的具有继承性的外传能力中分配；第二种情况是当前节点是所请求的信息流所经历的级别最高（指离根的距离最近）的节点，其下一跳不是当前节点的父节点，而是当前节点的子节点，因而传输所请求的信息帧只要占用当前节点的内传能力，为使传输该帧时不至于在当前节点造成附加的存储需求，需要为该帧从当前节点的进、出链路分别分配上、下行传输机会，在这两条链路上分别所需的上行资源和下行资源是相等的，即它们分别要占用当前节点等量的上、下行内传能力。

外传能力和内传能力是节点传输能力的两种形式，将路由和传输能力分配问题结合，有利于保证信息流的端到端服务质量。同时要说明，若把一个端到端的流从头到尾拿来观察，根据外传能力与内传能力的定义，为一个信息流在不同的链路上所分配的传输时机，有些链路占用了发端节点的外传能力，而在另一些链路上占用了发端节点的内传能力。一般的情况是：在较高级别的节点占用了内传能力，但在较低级别的节点上，所占用的传输能力却是从较高级别的节点传输能力继承而来的。这种情况称为局部继承。

在上下级节点的传输能力的继承关系中，考虑到各节点处进行的传输能力分配最终归结为传输时间的分配，因此，在上下级的传输能力的继承中，要按流量相等的原则继承传输能力。在无线树状网中，由于节点间距离的差别和信道条件的差别及自适应技术的采用，父节点在为子节点分配传输能力时，需要将父节点与该父节点的父节点间的信道状态或传输速率附带告知相应的子节点，以使子节点在继承其父节点的传输能力后在为该子节点的子节点进行传输能力分配时最终能按（1）式进行传输时间的分配。

为适应数据通信和多媒体通信的需要，本发明MAC层所采用的MAC帧具有可变帧长。为了使可变帧长能得到典型物理层技术的支持，实际传输时需要将一个长度可变的MAC帧划分为若干个长度可变的小段,每小段由若干连续编号且具有固定长度的小块构成，每帧至少包含一个小段，每个小段至少含有一个小块，当一小段信息的长度不是一小块长度的整数倍时,通过补空,凑成整数块，使任何一帧都能进行逐块传输及逐块纠错校验。这种补空的内容也可换成捎带的传送请求消息。当接收方收到的块发生无法纠正的错误时，通知发送方重传所述小块。将MAC帧划分成小块传输有两个方面优点：一是当仅有少量块传输出错时，只需重传少量出错的小块，避免重传整个帧，这样可以提高传输效率；二是在较大的树状网中，仅在数据流的目的接收端进行帧重组，这样多跳转发的端到端传输时间可以明显减小，这对一些实时性要求高的业务是有利的。为了保证将MAC帧划成小块在经多跳转发后最终能在接收端顺利重组，必须为每个小段增加一个段号域，沿途各节点在对每个小段除了进行检错/纠错校验外，还要检查已正确接收的各小段的编号是否连续，以免漏传。发生漏传时需要及时通知上游节点重传该小段。考虑到重传的小块、段可能发生到达最终目的地时顺序被打乱，在最终的目的接受端要重新排序。为加快帧重组的排序速度，为每个接受端的无线接收模块设计的排序子模块，用于对接受端收到的以小块为单位的数据进行排序、组段，以加快组帧速度。

接收端的帧重组所需的排序子模块，其过程可以概括为一个分块随机写入、写满时整体读出的过程。由于传送请求消息或MAC帧的帧头中包含帧长度信息，通过准备一个随机写入、整块读出的逻辑电路，配置一个采用倒计数的计数器，该计数器的初始值填写为该帧所包含的小块数。每当正确收到某帧的一个小块，就可按其包含的块号将所述小块放入相应的偏移位置，同时使计数器减1，当计数至0时，表明一帧组装完成，可立即成块输出一帧。成块输出过程适宜于由直接存储器存取（DMA）或类似专用硬件模块处理。

本发明还有一项核心内容是节点在进行传输能力分配时，将同一个信息流中之前传输出错需要重传但发送方尚未获悉该反馈信息的小块与新的传送请求消息中所指定的待传送信息量一起进行传输能力分配；并将分配结果连带出错反馈信息在传送能力分配公告消息中通知发送方，令发送方将之前出错待重传的信息和最近申请传输的信息组合在一起发送。这样做的好处有几个方面：一是可以减少已传输出错的小块额外等待一段到发送端获知出错反馈消息后再针对该出错小块单独发送传送请求或与后续小段合并发送传送请求然后进行传送能力分配所经历的时间；二是可以减轻发送请求方的存储压力，减少ARQ协议所需的已发送包在缓存中保存的时间；三是可以更充分地利用无线链路的传输能力，需要传输的信息趁早传输，这可以提高传输链路的利用率。需要说明，将重传信息与传送请求信息中指定的消息合并传输，按（1）式进行传输能力分配时，需要将（1）式中的Q_i换为

（2），

Q'_i是总的待传送信息量，E_i-1是该信息流之前传输出错待重传的信息量。

本发明中所述的节点传输能力，定义为在符合预期通信质量的条件下，在指定时间内发送端接收端均可以承受的传输信息量。在指定信息流的情况下，指定收、发双方之一，就隐含着传输信息的对方，因此就简称为节点的传输能力。节点间的传输能力被网络中的多个信息流共享，一对节点间根据业务类型的区分可以同时存在多个信息流，不同信息流一般具有不同的传输速率，在流经同一节点或链路时需要为之分配不同的传输能力，这种需求上的差异性与传输方向也是有关的。就是说，如果采用时分双工方式，正、反向传输（上、下行）所需的能力需求也是有差异的。

本发明针对无线树状网涉及的多址接入控制问题，将节点按其离根节点的跳数分等级。等级最高为根节点，每往下一跳，等级数降1。网络中只存在父子节点间的通信链路，兄弟节点间不存在直接链路，就是说，兄弟间通信要经过其父节点转发。对任何一个节点，在与其父节点通信的同时还可以与该节点的某子节点之一通信，因为不同等级节点间的通信采用不同的信道。因此，无线树状网的每个节点，其数字基带系统至少配备两个处理器或核。父节点与其所有子节点间的通信采用统计时分多址方式，具体说是采用申请-时间分配与调度-在约定时间传输机制。节点申请传输的时机分3类：父节点对其所有子节点进行周期性轮询；在公共的时机随机竞争；通过正在传输的数据流中夹带新的传输请求。本发明对三种方式均支持。

本发明之无线树状网网络节点设备，包括第一无线发送模块（S1）、第二无线发送模块（S2）、第一无线接收模块（R1）、第二无线接收模块（R2）和基带处理模块（BP），其中基带处理模块（BP）包含至少两个独立的处理器或具有至少两个内核的处理器，BP模块还包括一个交换结构；第一无线发送模块（S1）、第二无线发送模块（S2）、第一无线接收模块（R1）、第二无线接收模块（R2）均具有独立的缓存，交换结构在各处理器（或各处理器内核）共同配合下实施各缓存中信息的无阻塞同时交换；第一无线发送模块（S1）用于向某节点的父节点通过空口发送信息流；第一无线接收模块（R1）用于从空口接收来自所述节点的父节点的信息流；第二无线发送模块（S2）用于向所述节点的子节点发送信息流，第二无线接收模块（R2）用于接收所述节点的子节点向所述节点发送的信息流；基带传输模块中还包括两个段排序模块（RSO1）、（RSO2），分别对应于第一无线接收模块（R1）、第二无线接收模块（R2）。

所述交换结构包括时钟电路，时钟电路与处理器（或各处理器内核）电连接，各独立的处理器或处理器的各内核分别与不同的发送寄存器、电子开关、接收寄存器电连接，各发送寄存器分别与相应的无线发送模块连接，各接收寄存器分别与相应的无线接收模块连接，保证不同层次的两侧的通信能同时进行，各发送寄存器和与之对应的接收寄存器分别通过电子开关实现数据信息的交换。

如果节点是无线树状网的根节点，则无需设置第一无线发送模块（S1）和第一无线接收模块（R1）；如果所述节点是无线树状网的叶节点，则无需设置第二无线发送模块（S2）和第二无线接收模块（R2）。

本发明设备结构独特，使用本发明所述方法，能充分发挥现有无线频谱资源的利用率、减少多址干扰，使无线树状网能够满足偏远地区或紧急情况下的城市地区多媒体通信需求。

附图说明

图1为本发明节点的外传能力与内传能力示意图。

图2为本发明无线树状网网络节点设备结构示意图。

图3是本发明的帧的一种结构示意图。

图4（a）、（b）是无线树状网中进行通信的一对节点（父、子节点）间以帧为单位进行上行数据传输的控制流程的一个示例，这种情况下，发送者为子节点，接收者为父节点，其中，图4（a）为接收者的控制流程图；图4（b）为发送者的控制流程图。

图2中：实线箭头（→）表示控制流；空心箭头（）表示数据流；实心点（）表示控制总线分岔连接。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种无线树状网接入控制方法，包括如下步骤：（1）将节点的传输能力划分为网内节点间通信的传输能力即内传能力和网内节点与网外节点间通信的传输能力即外传能力，网内节点与网外节点间通信的传输能力的分配具有继承性，即外传能力的分配具有继承性；即父节点为其所有子节点所分配的外传能力之和等于父节点本身的外传能力；父节点与其所有子节点之间的通信工作在同一信道上，采用时分复用的多址方式；各节点每次被允许发送信息的时间称为一次传送机会；上行传送机会需要通过子节点向父节点申请，父节点根据自己的上行外传能力和所述父节点的所有子节点的传送机会申请情况进行分配并将分配结果通知发出申请的子节点，发出申请的子节点在获得分配结果通知后在指定的时机向父节点发送信息；下行传送机会由父节点根据自身的下行传输能力和下行传输的需求确定；（2）所述父节点与所述父节点的所有子节点、以及所述父节点与所述父节点的父节点之间采用时分双工方式进行双向通信，所述父节点与所述父节点的所有子节点之间的无线通信、所述父节点与所述父节点的父节点之间的无线通信分别工作在不同的信道，即无线树状网的不同层次节点间的通信能同时进行。

所述步骤（1）中，父节点为其所有子节点所分配的外传能力是按比例公平原则动态调整的；

外传能力的分配，是指根据各子节点与其父节点的通信量需求和瞬时信道质量状况按比例公平原则动态调整；设任一节点i最近检测到与通信对方间的信道状况为S_i，i=1,2,…，通过采用链路自适应技术，对应采用的信息传输速率为C_i，则为节点i进行外传持续时间分配的比例系数与信息传输速率C_i成反比；

父节点为其所有子节点所分配的外传能力是按比例公平原则动态调整的，执行动态调整的时机包括：网络建立时；任一父节点的能力不满足其所有子节点的传输需求时；网络拓扑发生改变时；

在子节点向父节点申请上行传送机会时，需要向父节点发送传送请求消息；父节点按比例公平原则进行计算，确定为每个子节点分配上行传输机会；父节点以广播方式发送传送能力分配公告消息；

父节点为各子节点分配上行传输时机时，附加所述子节点在上次传输中产生错误而需要重传的信息所需的时间，并在传输能力分配公告消息中明确告知相应子节点将新信息和需要重传的部分信息一起发送，新信息和要重传的信息放在同一帧的不同小段里。

外传能力分配的继承性，是指除根节点外，树状网络中的任一链路，按时分复用方式与其它链路共享其公共节点即父节点的外传能力；这些具有公共父节点的节点，它们的上行外传能力之和等于其公共父节点的上行外传能力；同时，它们的下行外传能力之和等于其公共父节点的下行外传能力；所述外传能力分配，在采用时分复用的情形下是指在单位时间内各节点能单独占用公共信道与它们的共同父节点进行无线通信的时间分配；

节点的外传能力的上限取决于所采用的无线通信系统的传输速率，越靠近根节点，所需的外传能力越强；单位时间内，在同一链路、同一方向上，所有子节点的外传能力与内传能力之和等于该链路的传输速率容量。

所述传送请求消息包括子节点本次请求发送的信息长度;子节点在传送请求中嵌入训练序列，使父节点能检测出信道状况，从而确定为所述子节点进行外传持续时间分配的比例系数；训练序列采用已有的序列，例如伪随机序列；

父节点以广播方式发送传送能力分配公告消息，包含为每个子节点分配的上行传输机会；还包含父节点向各子节点传送下行信息的传输机会分配情况。

对于某一节点，当其所有子节点所请求的上行外传能力之和超出所述父节点为其分配的上行外传能力时，所述节点暂时按现有能力为各子节点分配上行传输机会，同时向父节点发出能满足所述节点的所有子节点上行传输要求的上行外传能力更新请求；同理，对于某一节点，当所述节点的下行外传能力不足以满足向其所有子节点传输下行信息的需求时，暂时按现有能力为各子节点分配下行传输机会，同时也要向所述节点的父节点发出能满足所述节点的所有子节点下行传输要求的下行外传能力更新请求；当所述节点收到其父节点的外传能力公告时，立即对自己的上、下行外传能力进行更新；

外传能力具有上下级继承性。每个子节点的外传能力由其父节点分配，每一节点的内传能力是所述节点所具有总能力扣除外传能力后剩余能用的传输能力。

在给定通信对方时，节点的传输能力P由通信链路容量C和能用于传输的时间T共同决定，用数学表达式为P=CT；在无线树状网中，节点本身或其父节点根据通信需要，对时间进行划分，在同一方向，同一时间内父节点只允许与其中一个子节点进行通信，从而实现对节点的传输能力的划分；一次具体的传输，需要通过申请传输机会，由传输的双方中级别较高的节点即父节点根据申请的传输量和剩余传输能力分配具体的传输机会。

父节点与其所有子节点之间的通信工作在同一信道上，采用时分复用的多址方式，时间上采用逐帧分配调度方法，节点间所传输的帧具有可变帧长，一帧所传输的负荷能动态调整；即一帧的内容由新传输的信息和已传输过但出错的信息这两部分组成，这两部分的长度均能动态调整，实现动态组帧；帧头包括源地址、目的地址、上层协议包ID、帧编号、本帧信息长度、本帧信息分段数信息，帧头具有固定长度；帧实体则由组成所述帧的各段信息组成，具有可变长度；每段信息均属于同一上层用户数据包，且包含相对于所述用户数据包的偏移量、原属帧号、本段信息长度及本段信息实体，还包括用于检错或纠错的冗余信息；

节点间所传输的帧采用可变帧长并同时结合MAC层路由，即以帧为单位进行路由及传输控制并在传输能力分配调度中考虑路由及出错重传问题；MAC层路由指路由功能在MAC层内实现；结合MAC层路由后，逐帧分配传输机会；当节点收到一个帧的资源请求消息时，通过对请求消息中所包含的目的地址计算其路由，从而判断当前节点是否为传输需经历的最高层（离根最近）节点；若所述节点不是所需经历的最高层节点，则需按传输能力的继承性为其分配外传机会；否则，不需考虑所述节点的外传能力的继承性，按传输所述帧的唯一路由，找出下行链路所经的所述节点的子节点，所述节点根据其分配给传输所述帧的上传子节点的上行传输能力和下传子节点的下行传输能力，分别计算所述上传子节点的剩余可用上行传输能力及所述下传子节点的剩余可用下行传输能力，确定以二者的最小值作为分配传输持续时间的依据，在传输能力分配消息中予以公告。

图1中给出了两种情况，一种情况是节点S与网外节点的通信流，其路由如经历节点S与节点D1间的实线所示，该流经历的所有节点都占用外传能力。另一种情况是节点S与网内节点D2间的通信流，该流所经历的最高级别节点占用内传能力，其他较低级别节点占用外传能力，这些较低级别节点的外传能力的分配均需考虑继承性的约束。

考虑一个无线树状网，其根节点为A，该节点是无线树状网内任何节点与互联网通信的汇总节点。A与互联网的通信链路容量为双向均为10Mbps。A有两个子节点，分别为B，C，B、C共享一个与A的无线信道，该无线信道的容量双向均为10Mbps。C有唯一子节点D,D与C间的无线链路容量双向均为10Mbps。B有两个子节点E，F，E、F共享一个与B通信的无线信道，该无线信道的容量双向均为10Mbps。F有唯一子节点G，G与F间无线链路的容量双向均为10Mbps。在所考察的时间内只有三个末端节点D、E、G有通信需求，且均为双向的、与互联网的通信，期求的通信速率都是双向均为5Mbps的对称业务。由于对称性，下面仅以上传能力的分配作说明。

这里涉及的几个节点的传输能力均属于外传能力。在本例中，节点F仅一个子节点G，所以G可全部继承节点F的外传能力，同样D可继承C的全部外传能力。节点B的外传能力由节点E、F按比例公平原则分担继承。由于E、F具有相等的上行传输需求且具有一样的信道条件，因此将均分B的外传能力。B和C也要按比例公平原则分享继承节点A的外传能力。B的传输请求为10Mbps,C的请求量为5Mbps，它们与A的通信信道状况相同，因此按比例公平原则，A为B分配的外传能力为20/3Mbps，为C分配的外传能力为10/3Mbps，D继承C的全部外传能力，为10/3Mbps。B将所继承的外传能力等分为2份，将其分配给E、F，即E、F的外传能力均为10/3Mbps,G继承F的全部外传能力10/3Mbps。因此本例中D、E、G的外传能力均为10/3Mbps，均小于各自的传输需求。通过传输能力分配消息，末端节点获知传输能力分配消息后，控制发送信息的速率，使其与所分得的传输能力相符，就不会导致信息在网络中拥塞。

图2为本发明无线树状网网络节点设备结构示意图。本实施例中，无线树状网网络节点设备包括第一无线发送模块（S1）、第二无线发送模块（S2）、第一无线接收模块（R1）、第二无线接收模块（R2）和基带处理模块（BP），其中基带处理模块（BP）包含具有两个内核的处理器，即图2中所示的处理器内核(N1)和处理器内核(N2)，BP模块还包括一个交换结构；第一无线发送模块（S1）、第二无线发送模块（S2）、第一无线接收模块（R1）、第二无线接收模块（R2）均具有独立的缓存，交换结构在各处理器内核的共同配合下实施各缓存中信息的无阻塞同时交换；第一无线发送模块（S1）用于向某节点的父节点通过空口发送信息流；第一无线接收模块（R1）用于从空口接收来自所述节点的父节点的信息流；第二无线发送模块（S2）用于向所述节点的子节点发送信息流，第二无线接收模块（R2）用于接收所述节点的子节点向所述节点发送的信息流；基带传输模块中还包括两个段排序模块（RSO1）、（RSO2），分别对应于第一无线接收模块（R1）、第二无线接收模块（R2）。

所述交换结构包括时钟电路，时钟电路与处理器内核N1和处理器内核N2电连接，处理器内核(N1)与发送寄存器（MS1）、电子开关（K1）、接收寄存器（MR1）电连接，处理器内核N2与发送寄存器（MS2）、电子开关（K2）、接收寄存器（MR2）电连接，发送寄存器（MS1）与第一无线接收模块（R1）连接，发送寄存器MS2与第二无线接收模块（R2）连接，接收寄存器MR1与第一无线接收模块（R1）连接，接收寄存器（MR2）与第二无线接收模块（R2）连接，保证不同层次的两侧的通信能同时进行，接收寄存器（MR2）与发送寄存器（MS1）之间通过电子开关（K1）实现数据信息的交换，接收寄存器（MR1）与发送寄存器（MS2）之间通过电子开关（K2）实现数据信息的交换。

如果节点是无线树状网的根节点，则无需设置第一无线发送模块（S1）和第一无线接收模块（R1）；如果所述节点是无线树状网的叶节点，则无需设置第二无线发送模块（S2）和第二无线接收模块（R2）。

该例中只用了两个处理器内核，它们使用公共的时钟，可以保证两个处理器内核执行指令过程的同步性。发送寄存器（MS1）与接收寄存器（MR2）之间的数据线上设有电子开关，受控于两个同步的处理器内核，这样就做到了节点两侧信息的同时交换。

帧、包重组(C1)用于将从父节点收到的、目的地为本节点的信息重组成帧以及恢复IP包，供本节点的应用程序处理；帧、包重组（C2）用于将从子节点收到的、目的地为本节点的信息重组成帧以及恢复IP包，供本节点的应用程序处理；

组帧（Z1）用于将由本节点产生、需要发往父节点的数据包分割成帧，组帧（Z2）用于将由本节点产生、需要发往子节点的数据包分割成帧。

基带处理模块以具有双数字信号处理（DSP）核的芯片为核心，即图2中的两个处理器内核。两个DSP核各自负责该节点与一个侧面的节点进行双工通信，包括有关数字信号的处理及小段排序、组装/拆分、传输能力分配、路由管理及执行其他所有必备的网络协议，正、反向的通信采用时分双工方式。

无线发送模块主要包括调制、射频放大等功能部件，本实例中载波频率为5.8GHz，采用正交频分复用（OFDM）技术，DSP将经过傅里叶逆变换（IFFT）的信号经D/A变换送到无线发送模块，供5.8GHz载波调制再经射频放大后由空口发送。

无线接收模块主要包括射频放大、解调等功能部件，本实例中射频载波频率为5.8GHz，从空口收到的信号经射频放大后再解调，再经A/D接口送到DSP内，DSP实施傅里叶变换，恢复出OFDM符号流。

基带处理模块中为各无线收发模块设置了独立的存储器。本例中，节点设备采用图2所示的结构，使节点与两侧的通信节点对应的存储器互相之间有物理上的连通，仅需一个指令周期，就可使两侧的数据字同时得到交换。从而有效缩短转发所需时间，提高网络性能。

图3是本发明所采用的帧的一种结构示意图。一帧有帧头和帧体，帧头具有固定长度，其中源、目的地址分别用于指明该帧信息的原始发送者和最终接收者；上层协议包ID用于指明当前帧的信息所属源、目的间的哪一个通信流的哪一个包，该项信息用于数据链路层对上层协议包的拆分与组装；帧编号是无线树状网同一源、目的节点对间同一个流的信息帧按连续编号原则由源端所编设的帧号；帧长度是指当前所传输的帧的信息长度，具体实施时有两种选择，一种情况帧长度不包含帧头长度而仅指后面信息部分的长度，另一种情况包含帧头的长度，这两种不同的选择在拆分与组装时略有差异，但它们最终能对上层协议给出等价的拆分与组装功能；分段数是指本帧中所包含的信息段数，这些信息段具有可变的长度而且源自同一个上层协议包（即具有相同的上层协议包ID），一帧中不仅有当前所传输的新帧的小段，当前面传输的帧中存在出错的小段时，在后续的帧将要传输的新内容（若干小段）与过去传过帧中出错需要重传的若干小段合在一帧中传输，这里强调一下，在源、目的间的多跳链路上，每一跳的序号相同的帧所包含小段数可以是不同的因而可具有不同的帧长；帧头校验是根据帧头内容按已有检错/纠错编码规则（如循环冗余校验）添加的冗余信息，用于对帧头传输是否出错进行判断，或者在帧头传输出现轻度错误时可以纠正。

帧头之后的信息包含若干小段，段数已在帧头中指明。每一小段的长度是可变的。每一小段由段头和段实体构成。段头包括上层协议包内偏移量、原属帧号、本段长度三项信息，各具有确定长度。上层协议包内偏移量用于指明本段的起始比特在其所属的上层协议包内的位置，这项信息用于目的端在根据帧重组上层协议包时是必须的；本段长度指本小段信息的长度，具体实施时有两种选择，一是该长度仅指后面段实体的长度，另一选择是该长度还包含段头的长度，两种不同选择导致目的端进行帧重组及上层协议包重组过程略有差异，但它们必须提供等效的上层协议包。本段信息实体就是每段信息的具体内容，其长度是可变的，在段头中已表明该段的长度。考虑到数据通信中物理层传输能力通常是基本能力的整数倍，这种离散性导致每一小段信息只能是一个基本长度（称为块长度）的整数倍。当一个小段的实际信息长度不是整数个块时，就需填补一些空数据，使段的长度是块的整数倍。段校验用于对一段信息的检错与纠错，本发明中各小段的长度是可变的，其校验码的产生在具体实施时是通过将信息分割为多个小块，逐个小块采用分组纠错码，由基带处理模块的处理器计算产生各小块的校验码。这样，校验码就分散在各小块信息后面。

图3所示帧结构指示是原理示意性的，各项信息的顺序变更或再拆分不影响其实质或工作原理。

针对图3，考虑一个具体实例：树状网中的节点A、B、E属于从上而下的三个不同级别，节点E需要将多帧信息发往A。设E向B发送的第N-1帧含两段信息，分别记为seg_N-1，1和seg_N-1，2,其中seg_N-1，2传输出错，但E尚未获悉这一情况，在E计划向B发送的第N帧信息中原本只包含一段信息，记为seg_N,1,因此E向B发出的第N帧传送信息请求里，只含一段即seg_N,1的长度，B在收到E的第N帧传送请求时，已判断E发往同一目的地且属于同一包的帧内seg_N-1，2有接收错误，还未通知E，因此在反馈给E的传输能力分配消息中附带告知需要重发seg_N-1，2，并且分配给E的传输能力足够将E在传送请求消息中给出的seg_N,1和seg_N-1，2合并在一帧中传输，因此，在实际组帧时，E发给B的第N帧包含2段，即seg_N,1和seg_N-1，2。

类似地，在B向A转发来自E的各帧时也是动态组帧的。在B向A转发来自E的第N-1帧时，根据其向A转发第N-2帧是否出错的情况，有两种可能：有错，则在第N-1帧中包含第N-2帧出错需要重传的小段和seg_N-1，1；没错，则在第N-1帧中仅含seg_N-1，1。同样在B向A转发的第N帧中，其具体内容要依据B接收来自E的第N帧（含seg_N,1和seg_N-1，2）传输是否出错及B转发给A的第N-1帧是否有错、错误如何而定。

需要强调，采用本发明的动态组帧技术，在一个业务流所经历的各节点上，属于同一流的相同帧号的帧，在不同中间节点上，其帧实体是可以随机调整的。在多跳转发的情况下，中间节点在收到帧头及随后的一个小段后，只要该段通过校验，即可预备组帧，申请启动往下一跳的转发，这样可减少端到端开通的等待时间。

在传输能力分配公告消息中，明确指示了申请者发送帧的发送时机，因此发送端仅在指定时机占用信道，发送所构建的帧。

图4是父子节点间上行通信一帧的传输控制的一种实施过程，是无线树状网中进行通信的一对节点（父、子节点）间以帧为单位进行上行数据传输的控制流程的一个示例，这种情况下，发送者为子节点，接收者为父节点：图4（a）是接收者的控制流程图；图4（b）是发送者的控制流程图。

参照图4（b），发送者(此例中为子节点)的控制流程为：

步骤B1：向接收方发送一个帧传送请求，该请求帧中包含源、目的地址、信息量等基本信息；

步骤B2：等待接收方发出的传输能力分配公告消息；

步骤B3：判定是否收到，若未收到，则返回步骤2；若已收到，则按收到的传输能力分配消息组帧（可能与发出帧传送请求前预备的帧不同）；

步骤B4：按传输能力分配消息指定的时机发送该帧。

参照图4（a），接收者(此例中为父节点)的控制流程为：

步骤A1：收到发送者的帧传输请求消息；

步骤A2：根据传输请求消息中携带的欲传输信息量及当前链路状况计算仅传输请求帧指明内容所需的传输能力（可换算为传输时间）C；

步骤A3：根据对同源、同目的、同流的前一帧所含出错情况，该出错情况因尚未通知发送方，将该所需重传部分需要占用的传输能力合并计入所需传输能力C中；

步骤A4：根据请求帧指明的源、目的地址查找路由，据此判定所需传输能力是外传能力还是内传能力，进一步，判定本节点剩余可支配的传输能力是否大于或等于C，由此引出两种可能的后续步骤；

步骤A5：本节点剩余可支配的传输能力大于或等于C，可以满足发送方的传输请求，并可在即将发送的帧里合并将同一个流的上一帧中传输出错的一些小段信息一起发送，分配的传输能力即发送请求帧合并重传全部出错小段所需的能力；

步骤A6：本节点剩余可支配的传输能力小于C，即不足以传输前一帧已出错小段和欲传输的新帧，此时接收者（父节点）暂时将现有剩余可支配的传输能力全部分配给发送方，此外，根据该请求帧所携带目的地址区分所需传输能力是否外传能力，如果是外传能力，则向上级节点请求为当前接收节点增加外传能力，以满足该业务流对传输能力的需求；

步骤A7：向请求帧发送者发送传输能力分配消息，告知为其分配的传输能力及传输时机；当同一业务流的前一帧有出错小段时，该消息还附带出错小段的段号等信息。

由于在树状网中只存在父子节点间的直接通信，因此任意一对节点间的路由都是唯一的。常用的集中式路由算法如Dijkstra算法，Bellman-Ford算法，都能给出唯一正确的路由。以跳数作为距离的度量，采用分布式路由算法如距离矢量法，也能得到正确路由。路由协议的最终效果是设定节点的路由表，指出当前节点去往网络中可达的任一节点的下一跳节点。所谓MAC层路由，就是在数据链路层的以帧为单位的逐条链路的帧转发中，直接以MAC地址区分网络中的节点进行寻址与路由。

当父节点收到子节点的传输请求帧时，从请求帧帧头可获知帧的源、目的地址，通过查询路由表，可获知去往目的地的下一跳。如果下一跳是其子节点，则当前节点是所传输帧经历的最高级别节点，按本发明对传输能力的区分，当前节点对该帧的传输只需占用本节点的内传能力，是节点可自主分配的传输能力。因此在当前节点剩余传输能力范围内，可立即决定如何分配传输能力并指定传输机会。如果下一跳是当前请求帧接收者的父节点，则所需传输能力是外传能力，外传能力受继承性约束，需要由其父节点分配，因此当可分配的外传能力不够时，只能先按现有能力对请求帧进行应答，同时向上级申请分配更多外传能力。如果上级节点有剩余外传能力可追加，当前节点获得更多外传能力后，就可在对后续请求帧的请求中，为子节点分配更多的传输机会。

Claims (10)

1.一种无线树状网传输能力分配方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将节点的传输能力划分为网内节点间通信的传输能力即内传能力和网内节点与网外节点间通信的传输能力即外传能力，所述外传能力的分配具有继承性，即父节点为其所有子节点所分配的外传能力之和等于父节点本身的外传能力；父节点与其所有子节点之间的通信工作在同一信道上，采用时分复用的多址方式；各节点每次被允许发送信息的时间称为一次传送机会；上行传送机会需要通过子节点向父节点申请，父节点根据自己的上行外传能力和所有子节点的传送机会申请情况进行分配并将分配结果通知发出申请的子节点，发出申请的子节点在获得分配结果通知后在指定的时机向父节点发送信息；下行传送机会由父节点根据自身的下行传输能力和下行传输的需求确定；(2)所述父节点与所述父节点的所有子节点、以及所述父节点与所述父节点的父节点之间在所分配的相应时机内采用时分双工方式进行双向通信，所述父节点与所述父节点的所有子节点之间的无线通信、所述父节点与所述父节点的父节点之间的无线通信分别工作在不同的信道，即无线树状网的不同层次节点间的通信能同时进行。

2.根据权利要求1所述无线树状网传输能力分配方法，其特征在于，所述步骤(1)中，父节点为其所有子节点所分配的外传能力是按比例公平原则动态调整的；

外传能力的分配，是指根据各子节点与其父节点的通信量需求和瞬时信道质量状况按比例公平原则动态调整；设任一节点i最近检测到的信道状况为S_i，i＝1,2,…，通过采用链路自适应技术，对应采用的信息传输速率为C_i，则为节点i进行外传持续时间分配的比例系数与信息传输速率C_i成反比；

父节点为其所有子节点所分配的外传能力按比例公平原则动态调整时，执行动态调整的时机包括：网络建立时；任一父节点的能力不满足其所有子节点的传输需求时；网络拓扑发生改变时；

在子节点向父节点申请上行传送机会时，需要向父节点发送传送请求消息；父节点按比例公平原则进行计算，确定为每个子节点分配上行传输机会；父节点以广播方式发送传送能力分配公告消息；

父节点为各子节点分配上行传输时机时，附加所述子节点在上次传输中产生错误而需要重传的信息所需的时间，并在传输能力分配公告消息中明确告知相应子节点将新信息和需要重传的部分信息一起发送。

3.根据权利要求1所述无线树状网传输能力分配方法，其特征还在于，外传能力分配的继承性，是指除根节点外，树状网络中的任一链路，按时分复用方式与其它链路共享其公共节点即父节点的外传能力；这些具有公共父节点的节点，它们的上行外传能力之和等于其公共父节点的上行外传能力；同时，它们的下行外传能力之和等于其公共父节点的下行外传能力；所述外传能力分配，在采用时分复用的情形下是指在单位时间内各节点能单独占用公共信道与它们的共同父节点进行无线通信的时间分配；

节点的外传能力的上限取决于所采用的无线通信系统的传输速率，越靠近根节点，所需的外传能力越强；单位时间内，在同一链路、同一方向上，所有子节点的外传能力与内传能力之和等于所述链路的传输速率容量。

4.根据权利要求2所述无线树状网传输能力分配方法，其特征在于，所述传送请求消息包括子节点本次请求发送的信息长度；子节点在传送请求中嵌入训练序列，使父节点能检测出信道状况，从而确定为所述子节点进行外传持续时间分配的比例系数；

父节点以广播方式发送传送能力分配公告消息，包含为每个子节点分配的上行传输机会；还包含父节点向各子节点传送下行信息的传输机会分配情况。

5.根据权利要求1所述无线树状网传输能力分配方法，其特征在于，对于某一节点，当所述节点的所有子节点所请求的上行外传能力之和超出所述节点的父节点为其分配的上行外传能力时，所述节点暂时按现有能力为各子节点分配上行传输机会，同时向父节点发出能满足所述节点的所有子节点上行传输要求的上行外传能力更新请求；同理，对于某一节点，当所述节点的下行外传能力不足以满足向其所有子节点传输下行信息的需求时，暂时按现有能力为各子节点分配下行传输机会，同时也要向所述节点的父节点发出能满足所述节点的所有子节点下行传输要求的下行外传能力更新请求；当所述节点收到其父节点的外传能力公告时，立即对自己的上、下行外传能力进行更新；

外传能力具有上下级继承性，每个子节点的外传能力由其父节点分配，每一节点的内传能力是所述节点所具有总能力扣除外传能力后剩余能用的传输能力。

6.根据权利要求1所述无线树状网传输能力分配方法，其特征在于，在给定通信对方时，节点的传输能力P由通信链路容量C和能用于传输的时间T共同决定，用数学表达式为P＝CT；在无线树状网中，节点本身或其父节点根据通信需要，对时间进行划分，在同一方向，同一时间内父节点只允许与其中一个子节点进行通信，从而实现对节点的传输能力的划分；一次具体的传输，需要通过申请传输机会，由传输的双方中级别高的节点即父节点根据申请的传输量和剩余传输能力分配具体的传输机会。

7.根据权利要求1所述无线树状网传输能力分配方法，其特征在于，父节点与其所有子节点之间的通信工作在同一信道上，采用时分复用的多址方式，时间上采用逐帧分配调度方法，节点间所传输的帧具有可变帧长，一帧所传输的负荷能动态调整；即一帧的内容由新传输的信息和已传输过但出错的信息这两部分组成，这两部分的长度均能动态调整，实现动态组帧；帧头包括源地址、目的地址、上层协议包ID、帧编号、本帧信息长度、本帧信息分段数信息，帧头具有固定长度；帧实体则由组成所述帧的各段信息组成，具有可变长度；每段信息均属于同一上层用户数据包，且包含相对于所述用户数据包的偏移量、原属帧号、本段信息长度及本段信息实体，还包括用于检错或纠错的冗余信息；

节点间所传输的帧采用可变帧长并同时结合MAC层路由，即以帧为单位进行路由及传输控制并在传输能力分配调度中考虑路由及出错重传问题；MAC层路由指路由功能在MAC层内实现；结合MAC层路由后，逐帧分配传输机会；当节点收到一个帧的传送请求消息时，通过对请求消息中所包含的目的地址计算其路由，从而判断当前节点是否为传输需经历的最高层即离根最近的节点；若所述节点不是所需经历的最高层节点，则需按传输能力的继承性为其分配外传机会；否则，不需考虑所述节点的外传能力的继承性，按传输所述帧的唯一路由，找出下行链路所经的所述节点的子节点，所述节点根据其分配给传输所述帧的上传子节点的上行传输能力和下传子节点的下行传输能力，分别计算所述上传子节点的剩余可用上行传输能力及所述下传子节点的剩余可用下行传输能力，确定以二者的最小值作为分配传输持续时间的依据，在传输能力分配消息中予以公告。

8.一种实施权利要求1-7任一项所述无线树状网传输能力分配方法的无线树状网网络节点设备，其特征在于，包括第一无线发送模块(S1)、第二无线发送模块(S2)、第一无线接收模块(R1)、第二无线接收模块(R2)和基带处理模块(BP)，其中基带处理模块(BP)包含至少两个独立的处理器或具有至少两个内核的处理器，BP模块还包括一个交换结构；第一无线发送模块(S1)、第二无线发送模块(S2)、第一无线接收模块(R1)、第二无线接收模块(R2)均具有独立的缓存，交换结构在各处理器或各处理器内核的共同配合下实施各缓存中信息的无阻塞同时交换；第一无线发送模块(S1)用于向某节点的父节点通过空口发送信息流；第一无线接收模块(R1)用于从空口接收来自所述节点的父节点的信息流；第二无线发送模块(S2)用于向所述节点的子节点发送信息流，第二无线接收模块(R2)用于接收所述节点的子节点向所述节点发送的信息流；基带传输模块中还包括两个段排序模块(RSO1)、(RSO2)，分别对应于第一无线接收模块(R1)、第二无线接收模块(R2)。

9.根据权利要求8所述无线树状网网络节点设备，其特征在于，所述交换结构包括时钟电路，时钟电路与处理器或处理器内核电连接，各独立的处理器或处理器的各内核分别与不同的发送寄存器、电子开关、接收寄存器电连接，各发送寄存器分别与相应的无线发送模块连接，各接收寄存器分别与相应的无线接收模块连接，保证不同层次的两侧的通信能同时进行，各发送寄存器和与之对应的接收寄存器分别通过电子开关实现数据信息的交换。

10.根据权利要求8所述无线树状网网络节点设备，其特征在于，如果节点是无线树状网的根节点，则无需设置第一无线发送模块(S1)和第一无线接收模块(R1)；如果所述节点是无线树状网的叶节点，则无需设置第二无线发送模块(S2)和第二无线接收模块(R2)。