CN104468410A - 智能家居通信节点流量调度方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能家居通信节点流量调度方法和系统，智能家居通信节点流量调度方法包括：S1，根据楼宇第j层的通信结点分布信息建立网络通信树T^j；S2，根据网络通信树T^j确定第j层的通信网络中的边集E^j；S3，将时间单元分配给边集E^j中的任一边e＜i,k＞；S4，根据边集更新公式更新边集E^j；S5，判断边集E^j是否为空，若边集E^j不为空，返回S3，若边集E^j为空，执行S6；S6，根据分配好的时间单元对应的边建立时间单元分配表，并根据所述时间单元分配表进行智能家居通信节点流量调度。上述智能家居通信节点流量调度方法和系统避免了智能家居通信节点流量调度过程中各通信结点相互干扰到对方的收发数据工作，促进智能家居通信节点流量调度的有序进行，提高了流量调度的效率和效果。

Description

智能家居通信节点流量调度方法和系统

技术领域

本发明涉及网络流量调度技术领域，特别是涉及一种智能家居通信节点流量调度方法和系统。

背景技术

智能家居中的流量调度无线网络重要的应用之一，在通信干扰存在情况下进行流量调度需要考虑其影响范围。由于无线通信信号在典型的钢筋混凝土结构中穿透力比较困难，通信干扰影响的用户范围并不广阔，因此，仅需要认为干扰存在于空间相邻(一般为前后左右邻居)的数据通信源之间。

目前，该类数据采集通信系统网络中，各通信结点位置在地域属性上主要表现为水平分布，且相互之间存在一定的通信距离，可以直接单跳无线通信，或者必须通过一定数目的无线中继器通信，通信干扰较为轻微。但是，在广泛部署于高楼大厦的为集中数据采集而设计的数据采集通信系统，由于其网络布局和数据通信特点，使得在该类采集网络中的数据流量调度除了要考虑上述三种主要因素之外，还必须重视环境信号干扰，保障数据传输效果。由于高楼大厦地域空间有限，各通信结点或数据采集源结点之间距离较近，通信干扰较为明显。另外，该方式中数据传输通常以一定用户群组为单位，单个结点数据传输量增加，进一步放大了通信干扰给数据传输带来的危害。因此，研究通信干扰存在下的数据流量调度问题具有重要意义。

现有技术中的智能家居通信网络中，调度流量时一般很少考虑到通信网络中各通信结点之间收发数据过程中相互干扰的问题，从而容易导致智能家居通信网络出现通信紊乱，影响流量调度的效率和效果。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中的智能家居通信网络中，调度流量时各通信结点之间收发数据过程中相互干扰，影响流量调度的效率和效果的问题，提供一种智能家居通信节点流量调度方法和系统。

一种智能家居通信节点流量调度方法，包括如下步骤：

S1，根据楼宇第j层的通信结点分布信息建立网络通信树T^j；其中，所述通信结点为第j层楼宇的通信网络中进行收发数据的网关，j∈[1，N]，N为楼宇最高层；

S2，根据网络通信树T^j确定第j层的通信网络中的边集E^j；其中，所述边集E^j中所包含的边为网络通信树T^j中连接两个通信结点的线段；

S3，将时间单元分配给所述边集E^j中的任一边e＜i,k＞；其中，e＜i,k＞为第i个通信结点至第k个通信结点之间的边；所述时间单元为第j层的通信网络中流量从第i个通信结点至第k个通信结点所需要的时间；

S4，根据边集更新公式更新边集E^j；

S5，判断边集E^j是否为空，若边集E^j不为空，返回S3，若边集E^j为空，执行S6；

S6，根据分配好的时间单元对应的边建立时间单元分配表，并根据所述时间单元分配表进行智能家居通信节点流量调度。

一种智能家居通信节点流量调度系统，包括：

建立模块，用于根据楼宇第j层的通信结点分布信息建立网络通信树T^j；其中，所述通信结点为第j层楼宇的通信网络中进行收发数据的网关，j∈[1，N]，N为楼宇最高层；

确定模块，用于根据网络通信树T^j确定第j层的通信网络中的边集E^j；其中，所述边集E^j中所包含的边为网络通信树T^j中连接两个通信结点的线段；

分配模块，用于将时间单元分配给所述边集E^j中的任一边e＜i,k＞；其中，e＜i,k＞为第i个通信结点至第k个通信结点之间的边；所述时间单元为第j层的通信网络中流量从第i个通信结点至第k个通信结点所需要的时间；

更新模块，用于根据边集更新公式更新边集E^j；

判断模块，用于判断边集E^j是否为空，若边集E^j不为空，返回启动分配模块执行其相应的功能，若边集E^j为空，转去启动调度模块执行其相应的功能；

调度模块，用于根据分配好的时间单元对应的边建立时间单元分配表，并根据所述时间单元分配表进行智能家居通信节点流量调度。

上述智能家居通信节点流量调度方法和系统通过对智能家居通信网络中的边合理的分配时间单元建立该通信网的时间单元分配表，根据所述时间单元分配表进行智能家居通信节点流量调度，避免了智能家居通信节点流量调度过程中各通信结点相互干扰到对方的收发数据工作，促进了智能家居通信节点流量调度的有序进行，提高了流量调度的效率和效果。

附图说明

图1为一个实施例的智能家居通信节点流量调度方法流程图；

图2为一个实施例的网络通信树T^j建立方法流程图；

图3为一个实施例的时间单元分配方法流程图；

图4为一个实施例的智能家居通信节点流量调度方法与现有技术的三种流量调度方法的通信结点间流量调度时延对比示意图；

图5为一个实施例的智能家居通信节点流量调度方法在楼宇不同层次通信结点不同无线频道接口数的流量调度时延对比示意图；

图6为一个实施例的智能家居通信节点流量调度系统结构示意图；

图7为一个实施例的建立模块结构示意图；

图8为一个实施例的分配模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的智能家居通信节点流量调度方法和系统的具体实施方式作详细描述。

参考图1，图1所示为一个实施例的智能家居通信节点流量调度方法流程图，包括如下步骤：

S1，根据楼宇第j层的通信结点分布信息建立网络通信树T^j；其中，所述通信结点为第j层楼宇的通信网络中进行收发数据的网关，j∈[1，N]，N为楼宇最高层；

上述步骤S1中，上述通信结点可以是分布在楼宇中具有收发数据的功能的通信网关，也可以为能够进行收发数据的智能电表箱、单一的智能电表以及智能家庭能源管理终端等。网络通信树T^j包含了楼宇该层所有通信结点信息，网络通信树T^j中各结点的流量调度即为楼宇对应层的通信结点之间的流量调度。

S2，根据网络通信树T^j确定第j层的通信网络中的边集E^j；其中，所述边集E^j中所包含的边为网络通信树T^j中连接两个通信结点的线段；

上述步骤S2中，边集E^j包含了通信树T^j的所有边，即包含了楼宇第j层中任意相互通信的两个通信结点的通信路径。

S3，将时间单元分配给所述边集E^j中的任一边e＜i,k＞；其中，e＜i,k＞为第i个通信结点至第k个通信结点之间的边；所述时间单元为第j层的通信网络中流量从第i个通信结点至第k个通信结点所需要的时间；

上述步骤S3中，，e＜i,k＞为楼宇第j层中，第i个通信结点至第k个通信结点之间的边，也就是说，在该时间单元内，流量数据从第i个通信结点传输至第k个通信结点。

S4，根据边集更新公式更新边集E^j；

上述步骤S4中，根据边集更新公式更新边集E^j，可以将已经分配好时间单元的边移出边集E^j，避免了网络通信树T^j中某些边上时间单元的重复分配造成的流量调度过程中的调度效率低。

S5，判断边集E^j是否为空，若边集E^j不为空，返回S3，若边集E^j为空，执行S6；

上述步骤S5中，边集E^j为空说明网络通信树T^j中的边已经全部分配好时间单元，即能够完成第j层的通信网络的全网的流量调度工作；边集E^j不为空，说明网络通信树T^j中还有边没有分配好时间单元，还需要继续完成时间单元的分配。

S6，根据分配好的时间单元对应的边建立时间单元分配表，并根据所述时间单元分配表进行智能家居通信节点流量调度。

上述步骤S6中，从上述时间单元分配表可以获取哪一段时间进行哪两个通信结点之间的流量调度等信息，根据所获取的信息可以完成第j层楼宇的通信网络的流量调度工作。

上述实施例提供的智能家居通信节点流量调度方法通过对智能家居通信网络中的边合理的分配时间单元建立该通信网的时间单元分配表，根据所述时间单元分配表进行智能家居通信节点流量调度，避免了智能家居通信节点流量调度过程中各通信结点相互干扰到对方的收发数据工作，促进了智能家居通信节点流量调度的有序进行，提高了流量调度的效率和效果。

参考图2，图2所示为一个实施例的网络通信树T^j建立方法流程图，可以包括如下步骤：

S11，根据第j层的通信结点分布获取结点集合N_i,j；其中，N_i,j为第j层第i个通信结点；

上述步骤S11中，结点集合N_i,j包含了第j层通信网络中的所有通信结点。

S12，根据结点集合N_i,j获取各通信结点之间的最短距离，以及所述最短距离经过的通信结点数；

上述步骤S12中，可以从上述最短距离中获取每个通信结点之间的连接关系，例如：哪两个通信结点相邻等。

S13，根据所述最短距离以及最短距离经过的通信结点数确定通信结点的邻居结点；

S14，更新结点集合N_i,j；

上述步骤S14中，更新结点集合N_i,j，可以将没有邻居结点的通信结点及时移出结点集合N_i,j，保证了通信树建立的准确性。

S15，判断更新后的结点集合N_i,j是否为空；若结点集合N_i,j不为空，返回S13；若结点集合N_i,j为空，执行S16；

上述步骤S15中，结点集合N_i,j为空说明通信结点已全部确定了邻居结点，确定了其在网络通信树T^j中的位置，根据这些信息已经能够建立网络通信树T^j；结点集合N_i,j，说明还有通信结点没有确定邻居结点，没有确定其在网络通信树T^j中的位置，还不能够完成网络通信树T^j中的建立。

S16，根据各通信结点的邻居结点建立网络通信树T^j。

上述实施例提供的网络通信树T^j建立方法能够根据楼宇第j层的通信结点分布信息建立准确的网络通信树T^j，有利于促进楼宇第j层各通信结点间流量的有效调度。

作为一个实施例，上述更新结点集合N_i,j可以包括：

从结点集合N_i,j中减去不存在邻居结点的通信结点，得到更新后的集合N_i,j。

参考图3，图3为一个实施例的时间单元分配方法流程图，如图示，上述时间单元分配方法可以包括：

S31，判断实时分配时间单元的边与上一次分配时间单元的边是否存在公共的通信结点；

S32，若不存在公共的通信结点，将时间单元分配给所述边集E^j中的任一边e＜i,k＞；

S33，若存在公共的通信结点，将时间单元分配给所述边集E^j中不包含所述公共的通信结点的边。

上述实施例提供的时间单元分配方法流程图能够避免同一通信结点不间断进行数据收发的情况，促进了各通信结点间流量调度的有序进行。

在一个实施例中，上述边集更新公式为：

E^j＝E^j-{e＜i,k＞}

其中，E^j为边集，e＜i,k＞为已分配好时间单元的边。

参考图4，图4所示为一个实施例的智能家居通信节点流量调度方法与现有技术的三种流量调度方法的通信结点间流量调度时延对比示意图。其中，三种流量调度方法分别为：

第一流量调度方法：

该调度方法涉及一种上行链路拥塞检测和流量控制方法，主要通过两步完成：第一，在无线网络节点B侧周期性地测量当前传输网络端口的实际流量，并将测量得到的所述实际流量与总的可用带宽一起发送给高速上行分组接入调度器；第二，所述高速上行分组接入调度器利用接收到的所述实际流量与所述总的可用带宽来计算带宽占用率，并根据所述带宽占用率调整用户移动终端的调度授权。

第二流量调度方法：

该调度方法涉及一种不间断通讯的无线信道选择方法,主要通过三步完成：第一，AP/STA启动后，通过调度服务单元的调度，AP将向WiFi网络内与之连接验证的STA进行授时，建立无线区域内统一的高精度相对时间服务；第二，AP周期性的探测和分析周边无线环境特点，配合本地无线网络的流量统计结果，对相关无线参数进行调整；第三，AP启动无线参数广播、调整、验证的事务流程，STA配合AP，同步完成本地无线参数调整。

第三流量调度方法：

该调度方法涉及一种无线传感器网络路由的优化方法,主要通过五步完成：第一，区分必须接入信道的外围节点(RN(1，1)...RN(n，Nn)，RNi)和管理接入控制的集中节点(BS)；第二，计算为向集中节点发布对于直到目的地节点的多跳路径上的每条链路上所需资源的累积请求；第三，当出现属于不同服务等级的流量时，由所述外围节点(RN(1，1)...RN(n，Nn)，RNi)发布的所述累积请求包括多个单独累积请求的串联，其中每个单独累积请求涉及属于不同服务等级的流量。

图4中，横坐标表示通信节点个数(即楼层采集网络个数)，单位为个；纵坐标表示流量调度时延(即平均端到端时延)，单位为秒。曲线i＝1、i＝2、i＝3表示现有技术的三种流量调度方法的流量调度时延曲线，曲线i＝4表示本发明提供的智能家居通信节点流量调度方法的流量调度时延曲线，如图示，当楼层中通信结点的个数增加时，网络中的数据流量就会随之增加，流量调度时延随之上升，而本发明提供的智能家居通信节点流量调度方法的流量调度时延明显低于现有技术的三种流量调度方法的流量调度时延。

参考图5，图5所示为一个实施例的智能家居通信节点流量调度方法在楼宇不同层次通信结点不同无线频道接口数的流量调度时延对比示意图。如图示，图5包含4个图，其中(a)为通信结点的无线频道接口数为1的流量调度时延对比图；(b)为通信结点的无线频道接口数为2的流量调度时延对比图；(c)为通信结点的无线频道接口数为3的流量调度时延对比图；(d)为通信结点的无线频道接口数为4的流量调度时延对比图。这4个图中，横坐标表示通信节点个数(即楼层采集网络个数)，单位为个；纵坐标表示流量调度时延(即平均端到端时延)，单位为秒。从该图中可知，随着楼层数目的增加，楼层通信结点位于底层相较于位于大楼中部楼层，其平均数据传输距离明显增加，因而数据传输的流量调度时延进一步增加，且二者之间的时延差距随着楼层数目的增加明显扩大。同时，图5进一步验证了楼层越高，数据传输平均端到端时延越高；楼层通信结点的无线频道接口数目越多，数据传输平均端到端时延越低。相同无线频道接口数目下，楼宇通信结点的位置并不影响流量调度时延的变化趋势。

参考图6，图6所示为一个实施例的智能家居通信节点流量调度系统结构示意图，包括：

建立模块10，用于根据楼宇第j层的通信结点分布信息建立网络通信树T^j；其中，所述通信结点为第j层楼宇的通信网络中进行收发数据的网关，j∈[1，N]，N为楼宇最高层；

确定模块20，用于根据网络通信树T^j确定第j层的通信网络中的边集E^j；其中，所述边集E^j中所包含的边为网络通信树T^j中连接两个通信结点的线段；

分配模块30，用于将时间单元分配给所述边集E^j中的任一边e＜i,k＞；其中，e＜i,k＞为第i个通信结点至第k个通信结点之间的边；所述时间单元为第j层的通信网络中流量从第i个通信结点至第k个通信结点所需要的时间；

更新模块40，用于根据边集更新公式更新边集E^j；

判断模块，用于判断边集E^j是否为空，若边集E^j不为空，返回启动分配模块执行其相应的功能，若边集E^j为空，转去启动调度模块执行其相应的功能；

调度模块，用于根据分配好的时间单元对应的边建立时间单元分配表，并根据所述时间单元分配表进行智能家居通信节点流量调度。

参考图7，图7所示为一个实施例的建立模块结构示意图，如图7所示，上述建立模块可以包括：

第一获取模块11，用于根据第j层的通信结点分布获取结点集合N_i,j；其中，N_i,j为第j层第i个通信结点；

第二获取模块12，用于根据结点集合N_i,j获取各通信结点之间的最短距离，以及所述最短距离经过的通信结点数；

邻居结点确定模块13，用于根据所述最短距离以及最短距离经过的通信结点数确定通信结点的邻居结点；

结点集合更新模块14，用于更新结点集合N_i,j；

结点集合判断模块15，用于判断结点集合N_i,j是否为空；若结点集合N_i,j不为空，返回启动邻居结点确定模块执行其相应的功能；若结点集合N_i,j为空，转去启动通信树建立模块执行其相应的功能；

通信树建立模块16，用于根据各通信结点的邻居结点建立网络通信树T^j。

作为一个实施例，上述结点集合更新模块可以用于：

从结点集合N_i,j中减去不存在邻居结点的通信结点，得到更新后的集合N_i,j。

参考图8，图8所示为一个实施例的分配模块结构示意图，上述分配模块可以包括：

公共判断模块31，用于判断实时分配时间单元的边与上一次分配时间单元的边是否存在公共的通信结点；

第一分配模块32，用于若不存在公共的通信结点，将时间单元分配给所述边集E^j中的任一边e＜i,k＞；

第一分配模块33，用于若存在公共的通信结点，将时间单元分配给所述边集E^j中不包含所述公共的通信结点的边。

在一个实施例中，上述边集更新公式可以为：

E^j＝E^j-{e＜i,k＞}

其中，E^j为边集，e＜i,k＞为已分配好时间单元的边。

本发明的智能家居通信节点流量调度系统与本发明的智能家居通信节点流量调度方法一一对应，在上述智能家居通信节点流量调度方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于智能家居通信节点流量调度系统的实施例中，特此声明。

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 (10)

1.一种智能家居通信节点流量调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，根据楼宇第j层的通信结点分布信息建立网络通信树T^j；其中，所述通信结点为第j层楼宇的通信网络中进行收发数据的网关，j∈[1，N]，N为楼宇最高层；

S2，根据网络通信树T^j确定第j层的通信网络中的边集E^j；其中，所述边集E^j中所包含的边为网络通信树T^j中连接两个通信结点的线段；

S3，将时间单元分配给所述边集E^j中的任一边e＜i,k＞；其中，e＜i,k＞为第i个通信结点至第k个通信结点之间的边；所述时间单元为第j层的通信网络中流量从第i个通信结点至第k个通信结点所需要的时间；

S4，根据边集更新公式更新边集E^j；

S5，判断边集E^j是否为空，若边集E^j不为空，返回S3，若边集E^j为空，执行S6；

S6，根据分配好的时间单元对应的边建立时间单元分配表，并根据所述时间单元分配表进行智能家居通信节点流量调度。

2.根据权利要求1所述的智能家居通信节点流量调度方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：

S11，根据第j层的通信结点分布获取结点集合N_i,j；其中，N_i,j为第j层第i个通信结点；

S12，根据结点集合N_i,j获取各通信结点之间的最短距离，以及所述最短距离经过的通信结点数；

S13，根据所述最短距离以及最短距离经过的通信结点数确定通信结点的邻居结点；

S14，更新结点集合N_i,j；

S15，判断更新后的结点集合N_i,j是否为空；若结点集合N_i,j不为空，返回S13；若结点集合N_i,j为空，执行S16；

S16，根据各通信结点的邻居结点建立网络通信树T^j。

3.根据权利要求2所述的智能家居通信节点流量调度方法，其特征在于，所述更新结点集合N_i,j包括：

从结点集合N_i,j中减去不存在邻居结点的通信结点，得到更新后的集合N_i,j。

4.根据权利要求1所述的智能家居通信节点流量调度方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

判断实时分配时间单元的边与上一次分配时间单元的边是否存在公共的通信结点；

若不存在公共的通信结点，将时间单元分配给所述边集E^j中的任一边e＜i,k＞；

若存在公共的通信结点，将时间单元分配给所述边集E^j中不包含所述公共的通信结点的边。

5.根据权利要求1所述的智能家居通信节点流量调度方法，其特征在于，所述边集更新公式为：

E^j＝E^j-{e＜i,k＞}

其中，E^j为边集，e＜i,k＞为已分配好时间单元的边。

6.一种智能家居通信节点流量调度系统，其特征在于，包括：

建立模块，用于根据楼宇第j层的通信结点分布信息建立网络通信树T^j；其中，所述通信结点为第j层楼宇的通信网络中进行收发数据的网关，j∈[1，N]，N为楼宇最高层；

确定模块，用于根据网络通信树T^j确定第j层的通信网络中的边集E^j；其中，所述边集E^j中所包含的边为网络通信树T^j中连接两个通信结点的线段；

分配模块，用于将时间单元分配给所述边集E^j中的任一边e＜i,k＞；其中，e＜i,k＞为第i个通信结点至第k个通信结点之间的边；所述时间单元为第j层的通信网络中流量从第i个通信结点至第k个通信结点所需要的时间；

更新模块，用于根据边集更新公式更新边集E^j；

判断模块，用于判断边集E^j是否为空，若边集E^j不为空，返回启动分配模块执行其相应的功能，若边集E^j为空，转去启动调度模块执行其相应的功能；

调度模块，用于根据分配好的时间单元对应的边建立时间单元分配表，并根据所述时间单元分配表进行智能家居通信节点流量调度。

7.根据权利要求6所述的智能家居通信节点流量调度系统，其特征在于，所述建立模块包括：

第一获取模块，用于根据第j层的通信结点分布获取结点集合N_i,j；其中，N_i,j为第j层第i个通信结点；

第二获取模块，用于根据结点集合N_i,j获取各通信结点之间的最短距离，以及所述最短距离经过的通信结点数；

邻居结点确定模块，用于根据所述最短距离以及最短距离经过的通信结点数确定通信结点的邻居结点；

结点集合更新模块，用于更新结点集合N_i,j；

结点集合判断模块，用于判断结点集合N_i,j是否为空；若结点集合N_i,j不为空，返回启动邻居结点确定模块执行其相应的功能；若结点集合N_i,j为空，转去启动通信树建立模块执行其相应的功能；

通信树建立模块，用于根据各通信结点的邻居结点建立网络通信树T^j。

8.根据权利要求7所述的智能家居通信节点流量调度系统，其特征在于，所述结点集合更新模块用于：

从结点集合N_i,j中减去不存在邻居结点的通信结点，得到更新后的集合N_i,j。

9.根据权利要求6所述的智能家居通信节点流量调度系统，其特征在于，所述分配模块包括：

公共判断模块，用于判断实时分配时间单元的边与上一次分配时间单元的边是否存在公共的通信结点；

第一分配模块，用于若不存在公共的通信结点，将时间单元分配给所述边集E^j中的任一边e＜i,k＞；

第二分配模块，用于若存在公共的通信结点，将时间单元分配给所述边集E^j中不包含所述公共的通信结点的边。

10.根据权利要求6所述的智能家居通信节点流量调度系统，其特征在于，所述边集更新公式为：

E^j＝E^j-{e＜i,k＞}

其中，E^j为边集，e＜i,k＞为已分配好时间单元的边。