CN104883285B - 一种网络的组网方法以及多模无线通信设备 - Google Patents

一种网络的组网方法以及多模无线通信设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种网络的组网方法，所述的实现方法包括网关节点、双模节点和多点接入从节点三种逻辑节点；网关节点与网络中的双模节点建立连接；所述双模节点可以跟一个或多个多点接入从节点建立连接；网络中的这三种逻辑节点采用一个周期性重复的，统一的时间帧，进行时分通信。本发明在有限的信道(即频率)资源下支持大规模组网，每一个双模节点以若干个时隙，按照一定的周期规律唤醒，从而确保相邻的节点，甚至整个网络额所有双模节点，在不同时刻进行通信，或者保证多点接入从节点和双模节点在同一个时刻的不同信道上进行通信，将不同节点间的通信冲突的概率降到最低。

Description

一种网络的组网方法以及多模无线通信设备
技术领域
本发明涉及一种网络组网方法，特别涉及一种由网关节点、双模节点和多点接入从节点三种逻辑节点形成的混合网络的组网方法。
背景技术
网状网(Mesh Networks)是最常见的物联网，或者感应器网络，的组网方式。网状网中每一个节点都可以作为报文转发节点，每一个报文转发节点称为”一跳”。网状网的覆盖范围通过节点或“跳数”的增加，理论上可以无限延伸，因为新增加的节点都可以通过相临的”一跳”节点转发数据，从而实现和网络中额任意一个节点通信。但传统网状网结构在实际应用中很许多局限性。特别的，随着节点的增多、网络规模的扩大，以下问题会变得严重，实际上限制了网状网的节点数或网络规模：
首先，报文传输的可靠性显著降低，时延显著提高。因为一个报文的成功传输要求传输路径上的每”一跳”或每一个报文转发节点都不出问题。这意味着，每增加“一跳”，网状网的平均端到端报文传输丢包率或时延都会相应提高；
其次，随着网络节点的增多，在一个有限的区域内，每单位面积的节点密度会相应提高。这意味着，在可用信道有限的情况下，不同节点进行报文传输时互相冲突的概率会显著提高；
再次，实际应用中，一个网状网与外部网络的通信一般只有固定的几个路径、网络中所有节点将在几个固定的网关节点汇聚并转发到外部网络。这意味着，随着网络节点的增多，网关节点及接近网关的节点的其他节点需要转发的报文数量相对于网络远端的节点要多得多。这可能导致一个网状网中报文流量的极端不平衡，在实际应用中可能导致一个物联网或感应器网络中的节点电量消耗的极端不平衡。最终网络中的这些关键节点的电量快速耗尽导致整个网络的寿命大为缩短。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种网络的组网方法，针实现智能的切换组网方式，实现智能优化的网络调度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种网络的组网方法，网络中包括：网关节点和双模节点两种逻辑节点；
网关节点与网络中的双模节点建立直接连接或者间接连接；网络中的这两种逻辑节点采用一个周期性重复的，统一的时间帧，进行时分通信。
优选的，所述网关节点在确保节点间的链路信号强度满足一个或多个服务质量指标的前提下，平衡不同双模节点的连接个数，使网络中的节点不会集中与特定的几个双模节点建立连接。
优选的，所述网关节点根据网络拓扑生成一双模节点流量调度图传输至与网络中的双模节点；所述双模节点根据接收到的双模节点流量调度图确定自己的唤醒时刻。
优选的，所述双模节点流量调度图包括信道一个维度；
所述双模节根据双模节点流量调度图确定自己的数据传输的信道。
优选的，所述双模节点流量调度图包括时隙一个维度；
所述双模节根据双模节点流量调度图确定自己的唤醒时刻。
优选的，所述双模节点流量调度图包括信道和时隙两个维度；
所述双模节点流量调度图的时隙的个数大于等于网关节点和双模节点的个数总和，网关节点和每一个双模节点分别占一个时隙；网关节点和每一个双模节点分配在一个或多个信道进行数据传输；
优选的，网络中还包括一个或多个多点接入从节点；网络中双模节点可以跟一个或多个多点接入从节点建立连接；网络中的网关节点、双模节点和多点接入从节点这三种逻辑节点采用一个周期性重复的，统一的时间帧，进行时分通信。
优选的，所述网关节点在确保节点间的链路信号强度满足一个或多个服务质量指标的前提下，平衡不同双模节点的连接个数，使网络中的节点不会集中与特定的几个双模节点建立连接。
优选的，所述网关节点根据网络拓扑生成一双模节点流量调度图传输至与网络中的双模节点；所述双模节点根据接收到的双模节点流量调度图确定自己的唤醒时刻；其中连接有一个或多个多点接入从节点的双模节点生成一多点接入从节点流量调度图传输至与其连接的一个或多个多点接入从节点；所述一个或多个多点接入从节点根据接收到的多点接入从节点流量调度图确定自己的唤醒时刻。
优选的，所述双模节点流量调度图和多点接入从节点流量调度图均包括信道一个维度；
所述双模节根据双模节点流量调度图确定自己的数据传输的信道；
所述多点接入从节点根据多点接入从节点流量调度图确定自己的数据传输的信道。
优选的，所述双模节点流量调度图和多点接入从节点流量调度图均包括时隙一个维度；
所述双模节根据双模节点流量调度图确定自己的唤醒时刻；
所述多点接入从节点根据多点接入从节点流量调度图确定自己的唤醒时刻。
优选的，所述双模节点流量调度图和多点接入从节点流量调度图均包括信道和时隙两个维度；
所述双模节点流量调度图的时隙的个数大于等于网关节点和双模节点的个数总和，网关节点和每一个双模节点分别占一个时隙；所述双模节点流量调度图将网关节点和不同双模节点分配在一个或多个信道进行数据传输；
所述多点接入从节点流量调度图的时隙的个数大于等于多点接入从节点的个数；所述多点接入从节点流量调度图将不同多点接入从节点分配在一个或者多个信道进行数据传输。
优选的，所述网关节点根据网络拓扑点生成一全网流量调度图传输至网络中的双模节点；所述双模节点将全网流量调度图传输至与其连接的一个或多个多点接入从节点；网络中的三种逻辑节点均根据全网流量调度图确定自己的唤醒时刻和数据传输所使用的信道。
优选的，所述全网流量调度图包括信道或时隙一个维度，或者同时包括信道和时隙两个维度。
一种多模无线通信设备，支持一种网络的组网方法中的网关节点、双模节点和多点接入从节点，包括两个或两个以上独立的无线模块；
每个独立的无线模块均包括无线收发器、中心处理器、存储模块和电池模块；
所述无线收发器用于无线信号的发送和接收；
所述中心处理器用于实现网络的组网的方法；所述中心处理器接收流量调度图传输至存储模块进行存储，并根据流量调度图控制自身及无线收发器的唤醒或休眠时间。
优选的，每一个无线模块运行在不同的无线通信标准或频段上。
优选的，每一个无线模块以单模单频段或单模多频段的形态独立工作。
优选的，所述无线模块之间通过有线数据接口或控制信号接口进行交互。
优选的，所述无线模块之间通过时钟信号接口或控制信号接口进行时钟同步；所述时钟同步包括时钟频率同步和时钟相位同步。
优选的，每一个无线模块可以独立休眠或唤醒，每一个无线模块还可以使用外部控制信号通过控制信号接口来唤醒其他无线通信设备。
本发明的有益效果是：
实现在有限的信道(即频率)资源下支持大规模组网，每一个双模节点以若干个时隙，按照一定的周期规律唤醒，从而确保相邻的节点，甚至整个网络额所有双模节点，在不同时刻进行通信，或者保证多点接入从节点和双模节点在同一个时刻的不同信道上进行通信，将不同节点间的通信冲突的概率降到最低。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种网络的组网方法不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明的一种混合网络组网示意图；
图2A是本发明的一种不平衡不同双模节点的连接个数的示意图；
图2B是本发明的一种平衡不同双模节点的连接个数的示意图；
图3是本发明的双模节点流量调度图；
图4是本发明的多点接入从节点流量调度图；
图5是本发明的全网流量调度图；
图6是本发明的多模无线通信设备的结构图。
具体实施方式
实施例1
参见图1所示，本发明的一种网络的组网方法，包括：一种网络的组网方法，网络中包括网关节点10和双模节点20两种逻辑节点；
网关节点10与网络中的双模节点20建立直接连接或者间接连接；网络中的这两种逻辑节点采用一个周期性重复的，统一的时间帧，进行时分通信。
实施例2
参见图2A和图2B所示，网关节点10在确保节点间的链路信号强度满足一个或多个服务质量指标的前提下，平衡不同双模节点20的连接个数，使网络中的节点不会集中与特定的几个双模节点20建立连接。
如果不均衡一个网络中每个节点的连接个数，某些节点之间的下级连接个数显著不均衡，参见图2A所示，双模节点M3拥有三个下级连接双模节点M4、双模节点M5和双模节点M6，而双模节点M2有零个下级连接；这样的连接方式影响了整个网络的不间断运行寿命周期；通过节点连接均衡，参见图2B所示，使双模节点M3拥有两个下级连接双模节点M4和双模节点M6，使双模节点M2拥有一个下级连接双模节点M7，这样的优化平衡分配使得网络中的节点连接更为均衡。
实施例3
参见3至图5所示，所述网关节点10根据网络拓扑生成一双模节点流量调度图传输至与网络中的双模节20点；所述双模节点20根据接收到的双模节点流量调度图确定自己的唤醒时刻；其中连接有一个或多个多点接入从节点30的双模节点生成一多点接入从节点流量调度图传输至与其连接的一个或多个多点接入从节点30；所述一个或多个多点接入从节30点根据接收到的多点接入从节点流量调度图确定自己的唤醒时刻。
更进一步，所述双模节点流量调度图包括信道一个维度；
所述双模节点20根据双模节点流量调度图确定自己的数据传输的信道。
更进一步，所述双模节点流量调度图包括时隙一个维度。
所述双模节点20根据双模节点流量调度图确定自己的唤醒时刻。
更进一步，所述双模节点流量调度图包括信道和时隙两个维度；
所述双模节点流量调度图的时隙的个数大于等于网关节点10和双模节点20的个数总和，网关节点10和每一个双模节点20分别占一个时隙；网关节点10和每一个双模节点20分配在一个或多个信道进行数据传输。
更进一步，网络中还包括一个或多个多点接入从节点30；网络中双模节点可以跟一个或多个多点接入从节点30建立连接；网络中的网关节点10、双模节点20和多点接入从节点30这三种逻辑节点采用一个周期性重复的，统一的时间帧，进行时分通信。
更进一步，所述网关节点10在确保节点间的链路信号强度满足一个或多个服务质量指标的前提下，平衡不同双模节点的连接个数，使网络中的节点不会集中与特定的几个双模节点20建立连接。
更进一步，所述网关节点10根据网络拓扑生成一双模节点流量调度图传输至与网络中的双模节点20；所述双模节点20根据接收到的双模节点流量调度图确定自己的唤醒时刻；其中连接有一个或多个多点接入从节点30的双模节点20生成一多点接入从节点流量调度图传输至与其连接的一个或多个多点接入从节点30；所述一个或多个多点接入从节点30根据接收到的多点接入从节点流量调度图确定自己的唤醒时刻。
更进一步，所述双模节点流量调度图和多点接入从节点流量调度图均包括信道一个维度；
所述双模节点20根据双模节点流量调度图确定自己的数据传输的信道；
所述多点接入从节点30根据多点接入从节点流量调度图确定自己的数据传输的信道。
更进一步，所述双模节点流量调度图和多点接入从节点流量调度图均包括时隙一个维度；
所述双模节点20根据双模节点流量调度图确定自己的唤醒时刻；
所述多点接入从节点30根据多点接入从节点流量调度图确定自己的唤醒时刻。
更进一步，所述双模节点流量调度图和多点接入从节点流量调度图均包括信道和时隙两个维度；
所述双模节点流量调度图的时隙的个数大于等于网关节点10和双模节点20的个数总和，网关节点10和每一个双模节点20分别占一个时隙；所述双模节点流量调度图将网关节点和不同双模节点20分配在一个或多个信道进行数据传输；
所述多点接入从节点流量调度图的时隙的个数大于等于多点接入从节点30的个数；所述多点接入从节点流量调度图将不同多点接入从节点30分配在一个或者多个信道进行数据传输。
更进一步，所述网关节点10根据网络拓扑点生成一全网流量调度图传输至网络中的双模节点；所述双模节点20将全网流量调度图传输至与其连接的一个或多个多点接入从节点30；网络中的三种逻辑节点均根据全网流量调度图确定自己的唤醒时刻和数据传输所使用的信道。
更进一步，所述全网流量调度图包括信道或时隙一个维度，或者同时包括信道和时隙两个维度。
为了实现在有限的信道(即频率)资源下支持大规模组网，每一个双模节点20以若干个时隙，按照一定的周期规律唤醒，从而确保相邻的节点，甚至整个网络额所有双模节点，在不同时刻进行通信，或者保证多点接入从节点30和双模节点20在同一个时刻的不同信道上进行通信，将不同节点间的通信冲突的概率降到最低。
本发明的一种网络的组网方法可以用在三种不同的组网形式下，分别是：由网关节点和双模节点建立直接连接或者间接连接形成的网状网；由双模节点和一个或者多个多点接入从节点相连接形成的多点接入网络；由网关节点、双模节点和多点接入从节点三种逻辑节点建立的混合网络。
实施例4
参见图6所示，一种多模无线通信设备，支持一种网络的组网方法中的网关节点、双模节点和多点接入从节点，包括两个或两个以上独立的无线模块40；
每个独立的无线模块均包括无线收发器401、中心处理器402、存储模块403和电池模块404；
所述无线收发器401用于无线信号的发送和接收；
所述中心处理器402用于实现网络的组网的方法；所述中心处理器402接收流量调度图传输至存储模块403进行存储，并根据流量调度图控制自身及无线收发器401的唤醒或休眠时间。
更进一步，每一个无线模块10运行在不同的无线通信标准或频段上。
更进一步，每一个无线模块10以单模单频段或单模多频段的形态独立工作。
更进一步，所述无线模块10之间通过有线数据接口或控制信号接口进行交互。
更进一步，所述无线模块10之间通过时钟信号接口或控制信号接口进行时钟同步；所述时钟同步包括时钟频率同步和时钟相位同步。
更进一步，每一个无线模块10可以独立休眠或唤醒，每一个无线模块10还可以使用外部控制信号通过控制信号接口来唤醒其他无线通信设备。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种网络的组网方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (15)

1.一种网络的组网方法，其特征在于，网络中包括：网关节点和双模节点两种逻辑节点；
网关节点与网络中的双模节点建立直接连接或者间接连接；
网络中还包括一个或多个多点接入从节点；
网络中双模节点可以跟一个或多个多点接入从节点建立连接；
网络中的网关节点、双模节点和多点接入从节点这三种逻辑节点采用一个周期性重复的，统一的时间帧，进行时分通信；
所述网关节点根据网络拓扑生成一双模节点流量调度图传输至网络中的双模节点；
所述双模节点根据接收到的双模节点流量调度图确定自己的唤醒时刻；
其中连接有一个或多个多点接入从节点的双模节点生成一多点接入从节点流量调度图传输至与其连接的一个或多个多点接入从节点；
所述一个或多个多点接入从节点根据接收到的多点接入从节点流量调度图确定自己的唤醒时刻。
2.根据权利要求1所述的一种网络的组网方法，其特征在于：所述网关节点在确保节点间的链路信号强度满足一个或多个服务质量指标的前提下，平衡不同双模节点的连接个数，使网络中的节点不会集中与特定的几个双模节点建立连接。
3.根据权利要求1所述的一种网络的组网方法，其特征在于：所述双模节点流量调度图包括信道一个维度；
所述双模节点根据双模节点流量调度图确定自己的数据传输的信道。
4.根据权利要求1所述的一种网络的组网方法，其特征在于：所述双模节点流量调度图包括时隙一个维度；
所述双模节点根据双模节点流量调度图确定自己的唤醒时刻。
5.根据权利要求1所述的一种网络的组网方法，其特征在于：所述双模节点流量调度图包括信道和时隙两个维度；
所述双模节点流量调度图的时隙的个数大于等于网关节点和双模节点的个数总和，网关节点和每一个双模节点分别占一个时隙；网关节点和每一个双模节点分配在一个或多个信道进行数据传输。
6.根据权利要求5所述的一种网络的组网方法，其特征在于：所述网关节点在确保节点间的链路信号强度满足一个或多个服务质量指标的前提下，平衡不同双模节点的连接个数，使网络中的节点不会集中与特定的几个双模节点建立连接。
7.根据权利要求6所述的一种网络的组网方法，其特征在于：所述双模节点流量调度图和多点接入从节点流量调度图均包括信道一个维度；
所述双模节根据双模节点流量调度图确定自己的数据传输的信道；
所述多点接入从节点根据多点接入从节点流量调度图确定自己的数据传输的信道。
8.根据权利要求6所述的一种网络的组网方法，其特征在于：所述双模节点流量调度图和多点接入从节点流量调度图均包括时隙一个维度；
所述双模节根据双模节点流量调度图确定自己的唤醒时刻；
所述多点接入从节点根据多点接入从节点流量调度图确定自己的唤醒时刻。
9.根据权利要求6所述的一种网络的组网方法，其特征在于：所述双模节点流量调度图和多点接入从节点流量调度图均包括信道和时隙两个维度；
所述双模节点流量调度图的时隙的个数大于等于网关节点和双模节点的个数总和，网关节点和每一个双模节点分别占一个时隙；所述双模节点流量调度图将网关节点和不同双模节点分配在一个或多个信道进行数据传输；
所述多点接入从节点流量调度图的时隙的个数大于等于多点接入从节点的个数；所述多点接入从节点流量调度图将不同多点接入从节点分配在一个或者多个信道进行数据传输。
10.一种多模无线通信设备，支持一种网络的组网方法中的网关节点、双模节点和多点接入从节点，其特征在于，包括：两个或两个以上独立的无线模块；
每个独立的无线模块均包括无线收发器、中心处理器、存储模块和电池模块；
所述无线收发器用于无线信号的发送和接收；
所述中心处理器用于实现网络的组网的方法；所述中心处理器接收流量调度图传输至存储模块进行存储，并根据流量调度图控制自身及无线收发器的唤醒或休眠时间；
网络中双模节点可以跟一个或多个多点接入从节点建立连接；
网络中的网关节点、双模节点和多点接入从节点这三种逻辑节点采用一个周期性重复的，统一的时间帧，进行时分通信；
所述网关节点根据网络拓扑生成一双模节点流量调度图传输至网络中的双模节点；
所述双模节点根据接收到的双模节点流量调度图确定自己的唤醒时刻；
其中连接有一个或多个多点接入从节点的双模节点生成一多点接入从节点流量调度图传输至与其连接的一个或多个多点接入从节点；
所述一个或多个多点接入从节点根据接收到的多点接入从节点流量调度图确定自己的唤醒时刻。
11.根据权利要求10所述的一种多模无线通信设备，其特征在于：每一个无线模块运行在不同的无线通信标准或频段上。
12.根据权利要求10所述的一种多模无线通信设备，其特征在于：每一个无线模块以单模单频段或单模多频段的形态独立工作。
13.根据权利要求10所述的一种多模无线通信设备，其特征在于：所述无线模块之间通过有线数据接口或控制信号接口进行交互。
14.根据权利要求10所述的一种多模无线通信设备，其特征在于：所述无线模块之间通过时钟信号接口或控制信号接口进行时钟同步；所述时钟同步包括时钟频率同步和时钟相位同步。
15.根据权利要求10所述的一种多模无线通信设备，其特征在于：每一个无线模块可以独立休眠或唤醒，每一个无线模块还可以使用外部控制信号通过控制信号接口来唤醒其他无线通信设备。
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