CN104009829A - 一种智能抄表系统无线网络重传算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能抄表、无线通讯领域，具体公开了一种智能抄表系统无线网络重传算法；本算法作为无线网络传输控制机制的主要组成部分，用于保证网络的传输效率。用于解决数据包传输丢失的问题，使接收端可以获取完整而有效的数据信息。本技术采用通过对无线通信网络的传输控制问题的研究，分析了重传算法对于提高网络可靠性的重要性，发明了一种网络数据重传的算法。本技术具有简单明了，可操作性强，对于可靠性提升明显等优点。通过实验测试，使用该算法后，数据包的平均成功传输率得到了显著提高。

Description

一种智能抄表系统无线网络重传算法

技术领域

本发明涉及无线抄表技术、无线传输技术、网络技术领域，具体地说是一种智能抄表系统无线网络重传算法。

背景技术

随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从现场设备到各个应用领域，而兴起于本世纪初的无线技术引发了传统工业测控模式的重大变革，无线网络是从新兴的无线传感器网络发展而来的、具有低成本、低能耗、高度灵活性等特点。已成为继现场总线后又一个研究热点，现在国际上的以美国、德国为代表的西方工业强国投入巨资展开了无线关键技术研发工作，本算法也正是适应国际形式，自主研发的我国智能无线抄表设备。无线网络是一种面向设备间信息交互的无线通信技术，是对现有无线通信技术在工业应用方向上的功能扩展和提升，是降低工业测控系统成本、扩展应用范畴的革命性技术。无线网络技术改变了现有系统控制信息传递的方式。

无线网络需要应用在恶劣的现场环境、传统有线技术不方便布置的场合，具有较高的抗干扰能力、高的安全性和实时性，以上这些要求是无线需要突破的技术难题。其中，目前智能抄表领域也使用了无线网络技术，为了保证工业无线网络的正常工作，无线网络传输控制机制中的核心算法正在成为无线网络的一项关键技术，正在受到越来越多的专家学者关注和研究。然而现影响无线网络可靠性的有以下几个因素：

(1)链路质量的影响。

网络的无线链路是开放的有损失传播介质，存在着多径衰落和阴影效应，使网络传输出错率较高。

(2)数据冲突干扰。

在同一区域中的多个设备节点之间同时通信时候，节点在接收数据时候易受到其他传输信号的干扰。

(3)能量、拓扑更改、节点移动等外界因素影响。

由于能量耗尽、节点移动或者遭到外来破坏等原因，造成节点死亡或者传输路径失效。

发明内容

为了使智能抄表无线网络可靠性更高，本发明的目的是提供一种智能抄表系统无线网络重传算法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种智能抄表系统无线网络重传算法，网络由若干具备数据处理和通信能力的设备节点构成，是采集网络覆盖范围内检测对象的相关信息；

节点采集的信息不能只被自己处理和利用，需要通过短距离无线单跳或者多跳的通信方式将数据传送给网关设备，以进一步给用户提供信息；

源节点为发送的每一包数据设置缓存和响应的重发定时器，若在定时器超时之前收到来自目的节点对此数据包的ACK数据包，则认为才数据包已经成功的传递，取消对该数据包的缓存和定时；

源节点在发送一包数据之后，若在重发定时器计时时段内ACK数据包没有返回，则源节点认为发送的数据包没有被下一跳节点正确接收到，则需要重传该数据包。

所述的重发定时器按照TDMA时隙的方式计时实现；

TDMA机制为每个节点分配独立的用于数据发送或接收的时隙，每个节点都在自己被分配到的时隙内进行数据收发其他操作，避免了数据分组由于碰撞导致数据丢失而重传或采用冲突退避策略接入信道的操作带来时延的不确定性问题；TDMA机制保证每个数据分组传输都有一个确定性的时间和传输时延。

ACK数据包的接收要求在单个时隙内的ACK接收窗口接收，源节点发送数据后，如果ACK在本时隙的ACK数据接收窗口接收，则认为该数据包已经被正确接收，否则需要在下一个时隙重新发送；从新发送次数上限为两次。

在无线网络中，每个节点都有自己的邻居节点列表，这个列表可以通过邻居汇报、发送keep-alive数据包的方式进行定时更新；数据发送节点有数据需要发送的时候，首先要检查目的节点是否为自己的邻居节点，确定下一跳节点地址，然后等到TDMA到了自己的发送时隙，才能将数据发送出去；数据发送节点发送完毕后将数据缓存，以防重传；

具体操作描述如下：

步骤1、当一个节点发送数据包时候，确定下一跳节点的地址，将其添加到数据包的数据链路层目的地址域；

步骤2、等到TDMA发送时隙，数据发送节点将要发送的数据包发送出去，然后缓存数据包，以防重传；

步骤3、在本时隙内如果ACK数据包正确返回，则发送成功，数据发送节点清除缓存的数据包；

步骤4、在本时隙如果未能正确接收ACK数据包，则发送失败，数据发送节点在接下来的一个时隙重传，数据包继续缓存；

如果重传成功，则数据发送节点清除缓存的数据包，重传次数小于3，则转至步骤4，否则放弃发送，汇报该数据包发送失败。

本发明的优点是：

1、本发明对于数据链路层采用TDMA机制的网络具有良好的普适性。作为无线网络的一项基础的支撑技术，数据重传技术，在保证网络带宽够用前提下，减少了网络节点数据传输失败的概率，实现网络节点可靠性的提高，对于降低网络整体数据传输失败率有重要的意义。

2、本技术具有容易实现，计算量小，操作简单等优点。采用自主研发的CMC模块，验证了该算法的效果，该算法可以将无线网络数据传输的成功率提高到99％以上。

附图说明

图1是本发明的TDMA机制示意图。

图2是本发明的时隙内部发送和接收窗口模型。

图3是本发明的发送数据与ACK数据包传输过程示意图。

图4是本发明的传输和重传时隙关系图。

图5是本发明的重传算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图图1-5对本发明作进一步详细说明。

图1是TDMA机制示意图，TDMA机制将网络时间轴划分成一定长度的超帧，每个超帧划分为若干时隙；

在一个超帧内给网络中的每个节点分配一定数量的时隙以接收或发送信息，每个网络节点均有精确的定时，每次数据收发节点必须在单个时隙内完成，否则认为通信失败。

图2为一个发送或者接收时隙内，数据的接收方和发送方该执行的动作，以及时隙内各个动作的时间窗口，节点之间能够正常通信，就是该窗口能够是收发双方的窗口能够吻合。

图3是数据发送节点发送给接收节点的时候，ACK数据包的传输过程，ACK数据包对于数据发送节点判断数据是否发送成功有重要的作用，直接影响是否缓存数据和重发数据。

图4是无线网络重传算法的资源分配。每个发送时隙后面都配备3个重传时隙，用于发送重传数据，是实现数据能够重传的资源保障。为了数据不会永远的重传下去，设定重传的最大次数为3次。

图5是无线网络重传算法的流程图，由算法步骤设计得出该图，更加直观明了，算法的描述也更清晰，为后续编程实现做了铺垫。

Claims (4)

1.智能抄表系统无线网络重传算法，其特征在于：

网络由若干具备数据处理和通信能力的设备节点构成，其是采集网络覆盖范围内检测对象的相关信息；

节点采集的信息不能只被自己处理和利用，需要通过短距离无线单跳或者多跳的通信方式将数据传送给网关设备，以进一步给用户提供信息；

源节点为发送的每一包数据设置缓存和响应的重发定时器，若在定时器超时之前收到来自目的节点对此数据包的ACK数据包，则认为才数据包已经成功的传递，取消对该数据包的缓存和定时；

源节点在发送一包数据之后，若在重发定时器计时时段内ACK数据包没有返回，则源节点认为发送的数据包没有被下一跳节点正确接收到，则需要重传该数据包。

2.按照权利要求1所述的智能抄表系统无线网络重传算法，其特征在于：

所述的重发定时器按照TDMA时隙的方式计时实现；

TDMA机制为每个节点分配独立的用于数据发送或接收的时隙，每个节点都在自己被分配到的时隙内进行数据收发其他操作，避免了数据分组由于碰撞导致数据丢失而重传或采用冲突退避策略接入信道的操作带来时延的不确定性问题；TDMA机制保证每个数据分组传输都有一个确定性的时间和传输时延。

3.按照权利要求1所述的智能抄表系统无线网络重传算法，其特征在于：

ACK数据包的接收要求在单个时隙内的ACK接收窗口接收，源节点发送数据后，如果ACK在本时隙的ACK数据接收窗口接收，则认为该数据包已经被正确接收，否则需要在下一个时隙重新发送；从新发送次数上限为两次。

4.按照权利要求1所述的智能抄表系统无线网络重传算法，其特征在于：

在无线网络中，每个节点都有自己的邻居节点列表，这个列表可以通过邻居汇报、发送keep-alive数据包的方式进行定时更新；数据发送节点有数据需要发送的时候，首先要检查目的节点是否为自己的邻居节点，确定下一跳节点地址，然后等到TDMA到了自己的发送时隙，才能将数据发送出去；数据发送节点发送完毕后将数据缓存，以防重传；

具体操作描述如下：

步骤1、当一个节点发送数据包时候，确定下一跳节点的地址，将其添加到数据包的数据链路层目的地址域；

步骤2、等到TDMA发送时隙，数据发送节点将要发送的数据包发送出去，然后缓存数据包，以防重传；

步骤3、在本时隙内如果ACK数据包正确返回，则发送成功，数据发送节点清除缓存的数据包；

步骤4、在本时隙如果未能正确接收ACK数据包，则发送失败，数据发送节点在接下来的一个时隙重传，数据包继续缓存；

如果重传成功，则数据发送节点清除缓存的数据包，重传次数小于3，则转至步骤4，否则放弃发送，汇报该数据包发送失败。