CN106304238A - 一种三层自组网内数据通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三层自组网内数据通信方法，所述三层自组网，包括网首、B层节点和C层节点。网首是整个网络的核心，是网络构建的组织者。网首按一定的组网周期广播组网命令。每个组网周期时长固定，共分为两个时段：网络构建时段和数据传输与网络维护时段。在网络构建时段，网首广播组网命令，未入网节点竞争入网；在数据传输与网络维护时段，网首与B层节点、C层节点进行数据交互，同时完成网络路由的维护。本发明解决了传统多信道定频电台在数据采集过程中容易发生数据碰撞，且构建成本高、布设复杂、可移动性差的问题。

Description

一种三层自组网内数据通信方法

技术领域

本发明属于无线数据通信领域，具体涉及一种三层自组网内数据通信方法。

背景技术

多信道定频数传电台是工业领域构建无线数据采集系统中较为常用的一种手段，其使用时要求同一信道同一时刻只能有一部电台对外发送数据，以避免数据碰撞丢失。因此，在构建采集周期较短、数据通信较为频繁的数据采集系统时，一般采用主从问答的方式，中心站主动询问各数据源节点获取数据。对于无法直接与中心站通信的外围节点，中心站通过中继站转发的方式对其进行数据采集。为了分别与中心站和外围节点进行通信，中继站必须加装两套通信设备，并且选择工作在不同的通信信道上，以避免互相影响。这种使用方式加大了系统的构建成本和布设的复杂性，同时因中继站的存在，也降低了系统内节点的可移动性。

发明内容

1、本发明的目的

本发明提出一种三层自组网内数据通信方法，解决了传统多信道定频电台在数据采集过程中容易发生数据碰撞，且构建成本高、布设复杂、可移动性差的问题。

2、本发明所采用的技术方案

一种三层自组网内数据通信方法，所述三层自组网，包括网首、B层节点和C层节点，网首为中心站，B层节点和C层节点为数据源节点，网首是网络构建的组织者，其按一定的组网周期重复广播组网命令，每个组网周期包括网络构建时段和数据传输与网络维护时段，网络构建时段包括T0和T1时隙，数据传输与网络维护时段包括T2和T3时隙，组网周期重复建立，直到所有数据源节点均进入自组网并完成与网首的数据交互，每个组网周期数据通信过程如下：

T0时隙：组网广播时隙，网首在“信令信道”发布组网命令；

T1时隙：竞争时隙，未入网数据源节点在“信令信道”发布竞争入网指令，能够收到组网命令的数据源节点发布申请成为B层节点的入网指令，网首接收到数据源节点的入网指令后，将其地址信息记录到路由表中；不能收到网首的组网命令，但能连续三次收到同一个B层节点应答网首数据轮询信息的数据源节点在此时隙竞争成为该B层节点下属的C层节点；

T2时隙：网首和B层节点进行数据交互时隙，网首在“信令信道”轮询地址信息记录在路由表中的B层节点，B层节点应答后与网首进行数据交互并完成路由更新，其下属C层节点会接收其应答网首数据轮询的信息；

T3时隙：B层节点和下属C层节点间进行数据交互时隙，B层节点在“信令信道”上呼叫C层节点， C层节点在“业务信道”上与B层节点进行数据交互，同时完成路由更新。

上述方案中，所述B层节点和C层节点的数量不固定。

上述方案中，所述网首在T0时隙发布的组网命令中包括系统时钟信息和下属的B层节点地址列表，用于使能接收到该命令的未入网数据源节点和B层节点调整本机时钟与系统时钟同步，同时使B层节点确认其竞争入网申请被接受。

上述方案中，在T1时隙，所述未入网数据节点发布的竞争入网指令包括本机的地址信息，以及本机所要竞争的节点身份信息。

上述方案中，在T2时隙，C层节点在接收B层节点应答网首数据轮询信息的过程中，会提取其中的系统时钟信息，来调整本机的系统时钟，同时获取其所属B层节点的地址信息。

上述方案中，所述网首在T2时隙与B层节点进行数据交互并完成路由更新的步骤如下：

A1、网首在“信令信道”呼叫B层节点，呼叫指令中包括该B层节点下属的C层节点地址列表、向该B层节点下传的数据以及向该B层节点下属C层节点下传的数据；

A2、B层节点接收到网首的呼叫指令后，在本机路由表中将本机下属的C层节点列表标记出，并直接接收发往本机的数据，同时将发往下属C层节点的数据临时保存在RAM中；

A3、B层节点在“信令信道”应答网首，应答指令中包括本机的系统时钟、本机能接收到的C层节点的地址列表，以及本机及下属C层节点发往网首的数据；

A4、网首接收到B层节点的应答后，更新路由表，同时接收发往本机的数据；若未收到指定B层节点的应答，则将该B层节点的未应答记录加1，连续3次未应答时，将该B层节点以及其下属C层节点的路由从路由表中删除；

A5、网首判断是否所有的B层节点已经呼叫完毕，若呼叫完毕，则结束，否则，进入步骤A1。

上述方案中，所述B层节点在T3时隙与其下属C层节点之间进行数据交互并完成路由更新步骤如下：

B1、B层节点在“信令信道”上呼叫下属的C层节点，指令中包括下属C层节点列表和本机随机指定的“业务信道”号；

B2、B层节点和下属的C层节点将信道切换到指定的“业务信道”；

B3、B层节点呼叫下属C层节点，指令中包括由网首发往该C层节点的数据；

B4、C层节点接收到B层节点的呼叫后，接收发往本机的数据，同时应答B层节点的呼叫，应答指令中包括本机发往网首的数据；

B5、B层节点接收到下属C层节点的应答后，将下属C层节点发往网首的数据临时存储在RAM中；若未收到指定C层节点的应答，则将该C层节点的未应答记录加1，连续3次未应答时，将该C层节点从路由表中删除；

B6、B层节点判断是否所有的下属C层节点已经呼叫完毕，若呼叫完毕，则结束，否则，进入步骤B3。

本发明的有益效果

（1）网络中各节点无需额外增加通信设备即可实现自动中继功能，系统构建简单，成本低；

（2）网络中节点位置可以动态调整，具有良好的可移动性。

附图说明

图1 为三层自组网结构示意图；

图2 为组网周期构成图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明所构建的三层自组网包括网首、B层节点和C层节点，网首即中心站一般包括电台、网络控制设备和计算机；所述数据源节点包括传感器、电台以及网络控制设备；B层和C层节点数量不固定。

网络的构建是由网首发起的，网首按一定周期发送组网命令，网首广播组网命令的周期即为组网周期，组网周期的时长在每次执行任务前根据网络内节点的数量来确定，组网周期按照处理业务内容的不同分为两个时段：网络构建时段和数据传输与网络维护时段，网络构建时段包括T0和T1时隙，主要用于网络的初始构建；数据传输与网络维护时段包括T2和T3时隙，主要用于完成各节点间的数据交互，同时进行网络路由的更新和维护，如图2所示。

网首是整个网络的核心，其主要工作包括生成组网周期、统一网络时钟、发布组网命令、维护网络路由表、合理分配C层节点和轮询B层节点数据等。非网首节点开机后均保持静默状态，侦听“信令信道”，守候网首的组网命令或其他节点的应答信息。

每个组网周期数据通信过程如下：

T0时隙：组网广播时隙。用于网首在“信令信道”发布组网命令，时间长度固定为1个时间单元（根据多信道定频电台数据传输时的空中通信速率、电台PTT建立时间等特性确定）；组网命令中包括系统时钟信息和下属的B层节点地址列表，用于使能接收到该命令的未入网数据源节点和B层节点调整本机时钟与系统时钟同步，以使各节点能够在指定的时隙进行相应的通信业务，同时使B层节点确认其竞争入网申请被接受。

T1时隙：竞争时隙。用于未入网节点竞争入网，长度为6个时间单元。未入网数据源节点在“信令信道”发布竞争入网指令，竞争入网指令包括本机的地址信息，以及本机所要竞争的节点身份信息，网首在此时隙侦听“信令信道”。能够收到组网命令的数据源节点发布申请成为B层节点的入网指令，网首接收到数据源节点的入网指令后，将其地址信息记录到路由表中；不能收到网首的组网命令，但能连续三次收到同一个B层节点应答网首数据轮询信息的数据源节点在此时隙竞争成为该B层节点下属的C层节点；

T2时隙：网首和B层节点进行数据交互时隙，整个时隙长度根据B层节点的数量以及网首与B层节点间的业务数量情况动态调整，最长的时隙长度为组网周期时长减去T0时隙和T1时隙的时长值。在此时隙，网首在“信令信道”轮询B层节点，B层节点应答后与网首进行数据交互并完成路由更新，其下属C层节点会接收其应答网首数据轮询的信息；C层节点在接收B层节点应答网首数据轮询信息的过程中，会提取其中的系统时钟信息，来调整本机的系统时钟，同时获取其所属B层节点的地址信息。

T3时隙：B层节点和下属C层节点间进行数据交互时隙。时间长度不定，最长为10个时间单元，最短长度可能为0（当网首和B层节点间的业务量突增，导致T2时隙达到了最长的时隙长度时）。在此时隙中，B层节点在“信令信道”上呼叫C层节点， C层节点在“业务信道”上与B层节点进行数据交互，同时完成路由更新。

网首在T2时隙与B层节点进行数据交互并完成路由更新的步骤如下：

A1、网首在“信令信道”呼叫B层节点，呼叫指令中包括该B层节点下属的C层节点地址列表、向该B层节点下传的数据以及向该B层节点下属C层节点下传的数据；

A2、B层节点接收到网首的呼叫指令后，在本机路由表中将本机下属的C层节点列表标记出，并直接接收发往本机的数据，同时将发往下属C层节点的数据临时保存在RAM中；

A3、B层节点在“信令信道”应答网首，应答指令中包括本机的系统时钟、本机能接收到的C层节点的地址列表，以及本机及下属C层节点发往网首的数据；

A4、网首接收到B层节点的应答后，更新路由表，同时接收发往本机的数据；若未收到指定B层节点的应答，则将该B层节点的未应答记录加1，连续3次未应答时，将该B层节点以及其下属C层节点的路由从路由表中删除；

A5、网首判断是否所有的B层节点已经呼叫完毕，若呼叫完毕，则结束，否则，进入步骤A1。

B层节点在T3时隙与其下属C层节点之间进行数据交互并完成路由更新步骤如下：

B1、B层节点在“信令信道”上呼叫下属的C层节点，指令中包括下属C层节点列表和本机随机指定的“业务信道”号；

B2、B层节点和下属的C层节点将信道切换到指定的“业务信道”；

B3、B层节点呼叫下属C层节点，指令中包括由网首发往该C层节点的数据；

B4、C层节点接收到B层节点的呼叫后，接收发往本机的数据，同时应答B层节点的呼叫，应答指令中包括本机发往网首的数据；

B5、B层节点接收到下属C层节点的应答后，将下属C层节点发往网首的数据临时存储在RAM中；若未收到指定C层节点的应答，则将该C层节点的未应答记录加1，连续3次未应答时，将该C层节点从路由表中删除；

B6、B层节点判断是否所有的下属C层节点已经呼叫完毕，若呼叫完毕，则结束，否则，进入步骤B3。

B层节点在“信令信道”上呼叫下属C层节点采用载波侦听-防冲突检测的接入方式，降低多个B层节点同时在“信令信道”上呼叫所属C层节点而产生数据碰撞的概率。

上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种三层自组网内数据通信方法，所述三层自组网，包括网首、B层节点和C层节点，网首为中心站，B层节点和C层节点为数据源节点，网首是网络构建的组织者，其按一定的组网周期重复广播组网命令，组网周期包括网络构建时段和数据传输与网络维护时段，网络构建时段包括T0和T1时隙，数据传输与网络维护时段包括T2和T3时隙，其特征在于，每个组网周期数据通信过程如下：

T0时隙：组网广播时隙，网首在“信令信道”发布组网命令；

T1时隙：竞争时隙，未入网数据源节点在“信令信道”发布竞争入网指令，能够收到组网命令的数据源节点发布申请成为B层节点的入网指令，网首接收到数据源节点的入网指令后，将其地址信息记录到路由表中；不能收到网首的组网命令，但能连续三次收到同一个B层节点应答网首数据轮询信息的数据源节点在此时隙竞争成为该B层节点下属的C层节点；

T2时隙：网首和B层节点进行数据交互时隙，网首在“信令信道”轮询路由表中的B层节点，B层节点应答后与网首进行数据交互并完成路由更新，其下属C层节点会接收其应答网首数据轮询的信息；

T3时隙：B层节点和下属C层节点间进行数据交互时隙，B层节点在“信令信道”上呼叫C层节点， C层节点在“业务信道”上与B层节点进行数据交互，同时完成路由更新。

2.根据权利要求1所述的一种三层自组网内数据通信方法，其特征在于：所述网首在T0时隙发布的组网命令中包括系统时钟信息和下属的B层节点地址列表。

3.根据权利要求1所述的一种三层自组网内数据通信方法，其特征在于：所述未入网数据源节点在T1时隙发布的竞争入网指令中包括本机的地址信息，以及本机所要竞争的节点身份信息。

4.根据权利要求1所述的一种三层自组网内数据通信方法，其特征在于：所述网首在T2时隙与B层节点进行数据交互并完成路由更新的步骤如下：

A1、网首在“信令信道”呼叫B层节点，呼叫指令中包括该B层节点下属的C层节点地址列表、向该B层节点下传的数据以及向该B层节点下属C层节点下传的数据；

A2、B层节点接收到网首的呼叫指令后，在本机路由表中将本机下属的C层节点列表标记出，并直接接收发往本机的数据，同时将发往下属C层节点的数据临时保存在RAM中；

A3、B层节点在“信令信道”应答网首，应答指令中包括本机的系统时钟、本机能接收到的C层节点的地址列表，以及本机及下属C层节点发往网首的数据；

A4、网首接收到B层节点的应答后，更新路由表，同时接收发往本机的数据；若未收到指定B层节点的应答，则将该B层节点的未应答记录加1，连续3次未应答时，将该B层节点以及其下属C层节点的路由从路由表中删除；

A5、网首判断是否所有的B层节点已经呼叫完毕，若呼叫完毕，则结束，否则，进入步骤A1。

5.根据权利要求1所述的一种三层自组网内数据通信方法，其特征在于：所述B层节点在T3时隙与其下属C层节点之间进行数据交互并完成路由更新步骤如下：

B1、B层节点在“信令信道”上呼叫下属的C层节点，指令中包括下属C层节点列表和本机随机指定的“业务信道”号；

B2、B层节点和下属的C层节点将信道切换到指定的“业务信道”；

B3、B层节点呼叫下属C层节点，指令中包括由网首发往该C层节点的数据；

B4、C层节点接收到B层节点的呼叫后，接收发往本机的数据，同时应答B层节点的呼叫，应答指令中包括本机发往网首的数据；

B5、B层节点接收到下属C层节点的应答后，将下属C层节点发往网首的数据临时存储在RAM中；若未收到指定C层节点的应答，则将该C层节点的未应答记录加1，连续3次未应答时，将该C层节点从路由表中删除；

B6、B层节点判断是否所有的下属C层节点已经呼叫完毕，若呼叫完毕，则结束，否则，进入步骤B3。