CN109922441A - 一种多跳网络通信方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多跳网络通信方法、装置和系统。所述方法包括：采用时分复用的方式通信，信道调度算法即时隙的分配单独由网关设备执行；当需要广播信标帧时，网关设备在为自身分配的信标周期的信标窗口的时隙广播信标帧；当需要发送业务帧时，网关设备在信标周期的调度窗口的对应时隙向下一级中继设备发送业务帧；网关设备确定的时隙分配结果用于中继设备在自身的信标窗口的时隙广播信标帧，在调度窗口的对应时隙转发接收到的业务帧。能够避免多跳网络通信过程中的干扰问题，实现多跳网络通信的稳定性。

Description

一种多跳网络通信方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，特别涉及一种多跳网络通信方法、装置和系统。

背景技术

物联网(Internet of Things，IoT)是互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络。物联网为了实现大规模的覆盖，一般都是通过多个设备，组建多跳的网络来实现，例如mesh网络。这样在通信过程中往往会存在设备之间的干扰问题。网络越大，设备越多，干扰越大，最终影响了网络的稳定性和其他性能。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种多跳网络通信方法、装置和系统。

第一方面，本发明实施例提供一种多跳网络通信方法，包括：

网关设备为中继设备分配信标周期中的信标窗口的时隙和调度窗口的时隙，用于所述中继设备在信标窗口的时隙广播信标帧，在调度窗口的时隙转发接收到的业务帧；

当需要广播信标帧时，网关设备在为自身分配的信标窗口的时隙广播信标帧；

当需要发送业务帧时，网关设备在调度窗口的对应时隙向下一级中继设备发送业务帧。

在一些可选的实施例中，网关设备为中继设备分配信标周期中的信标窗口的时隙和调度窗口的时隙，包括：

网关设备分别确定中继设备的网络层级对应的信标周期中信标窗口和调度窗口的时隙段，将各时隙段中的一个空余时隙分配给所述中继设备。

在一些可选的实施例中，将各时隙段中的一个空余时隙分配给所述中继设备，还包括：

当至少一个时隙段内没有空余时隙时，调整各网络层级对应的信标周期中信标窗口和调度窗口的时隙段。

在一些可选的实施例中，网关设备在调度窗口的对应时隙向下一级中继设备发送业务帧，包括：

针对单播业务，网关设备生成包括路由信息的单播帧，在信标周期的调度窗口对应子窗口的时隙段内向所述路由信息中的下一级中继设备发送单播帧；

针对多播业务，网关设备在为自身分配的信标周期的调度窗口对应子窗口的时隙广播多播帧。

在一些可选的实施例中，还包括：

网关设备发送的信标帧包括网关设备的链路质量、时戳和所述信标帧的发送时隙，所述时戳和所述信标帧的发送时隙用于中继设备同步本地时钟，所述链路质量用于待加入多跳网络的中继设备确定父节点。

第二方面，本发明实施例提供一种多跳网络通信方法，包括：

当需要发送信标帧时，中继设备在网关设备为所述中继设备分配的信标周期的信标窗口的时隙广播信标帧；

当需要转发业务帧时，中继设备在网关设备分配的信标周期的调度窗口的对应时隙转发业务帧。

在一些可选的实施例中，中继设备在网关设备分配的信标周期的调度窗口的对应时隙转发业务帧，包括：

针对单播业务，中继设备根据接收到的单播帧中的信息确定自身是否是所述单播帧的目的设备或接收设备；

若确定自身是所述单播帧的目的设备，根据所述单播帧生成响应帧，向根据所述单播帧中的路由信息确定的下一接收设备发送所述响应帧；

若确定自身是所述单播帧的接收设备，向根据所述单播帧中的路由信息确定的下一接收设备转发所述单播帧；

若确定自身不是所述单播帧的目的设备或接收设备，丢弃所述单播帧；

针对多播业务，中继设备在网关设备为所述中继设备分配的信标周期的调度窗口对应子窗口的时隙广播多播帧。

在一些可选的实施例中，还包括：

中继设备根据扫描到的信标帧中的对应设备的链路质量，确定链路质量最好的设备为父节点；

根据扫描到的信标帧中包含的网关设备的时戳和网关设备发送信标帧的时隙同步本地时钟，根据扫描到的信标帧中的信标周期的各窗口划分确定随机访问窗口的时隙段；

在随机访问窗口的时隙段，采用随机退避的方式向网关设备发送包括父节点信息的入网请求。

在一些可选的实施例中，中继设备在网关设备为所述中继设备分配的信标周期的调度窗口对应子窗口的时隙广播多播帧前，还包括：

中继设备确定接收到的多播帧中包括的标识，判断之前广播的多播帧中是否包含相同标识的多播帧；

若否，才执行所述在网关设备为所述中继设备分配的信标周期的调度窗口对应子窗口的时隙广播多播帧。

第三方面，本发明实施例提供一种网关设备，包括：

分配模块，用于为中继设备分配信标周期中的信标窗口的时隙和调度窗口的时隙，使得所述中继设备在信标窗口的时隙广播信标帧，在调度窗口的时隙转发接收到的业务帧；

第一广播模块，当需要广播信标帧时，用于在为自身分配的信标窗口的时隙广播信标帧；

发送模块，当需要发送业务帧时，用于在调度窗口的对应时隙向下一级中继设备发送业务帧。

第四方面，本发明实施例提供一种中继设备，包括：

第二广播模块，当需要发送信标帧时，用于在网关设备为所述中继设备分配的信标周期的信标窗口的时隙广播信标帧；

转发模块，当需要转发业务帧时，用于在网关设备分配的信标周期的调度窗口的对应时隙转发业务帧。

第五方面，本发明实施例提供一种多跳网络通信系统，包括：一个上述网关设备、至少一级上述中继设备和末端设备；

末端设备通过至少一级中继设备接收网关设备发送的业务帧。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的上述多跳网络通信方法中，网关设备为中继设备分配时隙，用于中继设备在信标窗口的时隙广播信标帧，在调度窗口的时隙转发接收到的业务帧；同时，当需要广播信标帧时，网关设备在为自身分配的信标周期的信标窗口的时隙广播信标帧；当需要发送业务帧时，网关设备在信标周期的调度窗口的对应时隙向下一级中继设备发送业务帧。网关设备和中继设备对于信标帧的广播和业务帧的发送都在各自对应时隙内进行，从而避免了多跳网络通信过程中的干扰问题，实现了多跳网络通信的稳定性。

信道调度算法，即时隙的分配是由网关设备单独完成的，没有网络传输开销；同时，降低了中继设备计算能力和存储能力的限制；而且，信道调度算法单独由网关设备完成，无需各个设备节点之间通信共同完成，提高了调度效率和调度可靠性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中多跳网络的网络拓扑关系示例图；

图2为本发明实施例一中多跳网络通信方法的流程图；

图3为本发明实施例一中信标周期的窗口划分示例图；

图4为本发明实施例一中信标窗口的时隙划分示例图；

图5为本发明实施例二中另一种多跳网络通信方法的流程图；

图6为本发明实施例三中再一种多跳网络通信方法的流程图；

图7为本发明实施例三中单播帧发送示例图；

图8为本发明实施例三中多播帧发送示例图；

图9为本发明实施例中一种网关设备的结构示意图；

图10为本发明实施例中一种中继设备的结构示意图；

图11为本发明实施例中一种多跳网络通信系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了解决现有技术中存在的多跳网络通信过程中存在设备之间干扰的问题，本发明实施例提供一种多跳网络通信方法、装置和系统，能够避免多跳网络通信过程中的干扰问题，实现多跳网络通信的稳定性。

多跳网络是由节点构造的，包括诸如电脑和移动电话这些设备，这些设备全都用无线连接到彼此，然后可以互相通过网络转发数据。数据从一个节点跳到另一个节点，直到抵达目的地。多跳网络的网络拓扑关系可以是如图1所示，整个网络结构是树形的，包含一个网关设备，也可以看做是第0跳中继设备；同时包含多个第1跳中继设备；每个第1跳中继设备又对应一个或多个中继设备或末端设备……直至所有的中继设备都对应有末端设备。其中，网关设备、中继设备和末端设备只是与设备的作用有关，与设备本身的功能无能，例如，网关设备也可以作为中继设备或末端设备，末端设备也可以作为中继设备或网关设备。

本发明实施例提供的多跳网络通信方法、装置和系统，是以网络结构为树形的多跳网络为例的，当多跳网络为多个树形结构组成的复杂网络结构时，其中包含的每个树形结构的子多跳网络，也可以采用本发明实施例提供的多跳网络通信方法进行通信。

实施例一

本发明实施例一提供一种多跳网络通信方法，以网关设备端为例，其流程如图2所示，包括如下步骤：

步骤S21：网关设备为中继设备分配信标周期中的信标窗口的时隙和调度窗口的时隙。

信标帧是无线路由器发送的周期信号，无线网卡扫描到该信标帧后则发现相应的路由器并显示出来。信标间隔为路由器发送信标帧的间隔时间。具体的，上述信标周期可以是网关设备发送一次信标帧的时刻以及到发送下一次信标之间的间隔。

时隙是用于同步传输的最小时间单位，例如时隙可以为10ms。其中，同步传输是指各设备时钟统一，各设备在各自的时隙发送或转发信息。一个信标周期可以有2ⁿ个时隙组成，例如n＝10，则一个信标周期为10.24秒，包含1024个时隙。一个信标周期划分为多个窗口，每个窗口包含多个时隙。

如图3所示，一个信标周期可以是包含信标窗口、调度窗口和随机访问窗口。其中信标窗口又划分为多个时隙，网关设备为自身和中继设备分配的信标周期中的信标窗口的时隙，用于自身或中继设备在信标窗口的对应时隙广播信标帧；调度窗口可以分为多个调度子窗口，网关设备为自身和中继设备分配的信标周期中的调度窗口的时隙，即调度窗口的每个子窗口中的时隙，用于自身在调度窗口的对应时隙发送业务帧，中继设备在调度窗口的对应时隙转发接收到的业务帧；随机访问窗口不需要针对网关设备和中继设备划分时隙，具体后续介绍。

可选的，上述信标周期包含的信标窗口、调度窗口和随机访问窗口可以是连续的，例如图3中所示；也可以是不连续的，即窗口可以被切分成多片，与其他窗口间隔排列。窗口连续排列可以使得每个窗口中每个网络层级对应的时隙段有足够的时隙；窗口间断排列可以减少业务传输的延时。

信标窗口的大小是由多跳网络支持的最大中继节点的个数决定的。

调度窗口的子窗口的大小和信标窗口的大小一样，二者的时隙划分也可以是相对应的。

网关设备为中继设备分配时隙，具体的，可以是，网关设备接收到中继设备的入网请求时，分别确定中继设备的网络层级对应的信标周期中信标窗口和调度窗口的时隙段，将各时隙段中的一个空余时隙分配给中继设备。针对各时隙段，可以是将时隙段内第一个空余时隙分配给中继设备，也可以是将时隙段内最后一个非空余时隙后的第一个空余时隙分配给中继设备。参见图4所示，以网关设备为中继设备分配信标周期的时隙为例，每一网络层级对应的时隙段是预先划分的，例如图4中第1层级时隙段、第2层级时隙段、……最后一级中继设备的时隙段。在多跳网络建立的最初，网关设备将信标周期中的第一个时隙分配给自己，然后依次为跳数由低到高的每一个中继设备分配时隙；在多跳网络建立后的通信过程中，网关设备为每个加入多跳网络的中继节点分配时隙。

网关设备为中继设备分配时隙，当至少一个时隙段内没有空余时隙时，调整各网络层级对应的信标周期中信标窗口和调度窗口的时隙段。具体的，可以是只调整没有空余时隙的时隙段所在的窗口的相应时隙段范围，所在窗口的整个时隙段不变；也可以是调整整个窗口的时隙段范围，即其他窗口的时隙段也相应的变化，但不调整整个信标周期的时隙段；可选的，也可以是整体调整整个信标周期的时隙段及各窗口和各窗口包含的各网络层级对应的时隙段。具体调整方法本实施例不做限定，只要满足信标窗口和调度窗口的各子窗口中各网络层级对应的时隙段都有预设数量的空余时隙即可。

步骤S22：当需要广播信标帧时，网关设备在为自身分配的信标窗口的时隙广播信标帧。

信标帧即管理帧，网络中的每个设备在设定的时间间隔发送信标帧，用于被动网络识别。

网关设备发送的信标帧包括网关设备的链路质量、时戳和网关设备发送信标帧的发送时隙。其中，时戳和网关设备发送信标帧的发送时隙用于中继设备同步本地时钟，实现网络内设备的时钟统一；链路质量用于待加入多跳网络的中继设备确定父节点，具体的，待加入多跳网络的中继设备根据扫描到的中继设备的信标帧和/或网关设备的信标帧包括的链路质量，选择链路质量最好的中继设备或网关设备作为自己的父节点。

网关设备发送的信标帧还包括信标周期中各窗口的划分，用于扫描到该信标帧的中继设备通过解析信标帧得到窗口的划分。

故，信标帧的作用主要是用于网络中的设备发现发送信标帧的设备，同时实现设备的时钟同步和窗口同步。

步骤S23：当需要发送业务帧时，网关设备在调度窗口的对应时隙向下一级中继设备发送业务帧。

网关设备在需要发送业务帧时，根据发送对象来确定发送方式，具体可以包括下述情况：

1、针对单播业务。

网关设备生成包括路由信息的单播帧，在信标周期的调度窗口对应子窗口的时隙段内向路由信息中的下一级中继设备发送单播帧。

即网关设备发送单播帧时不需要在自己特定的时隙，只需要在信标周期的调度窗口对应子窗口的时隙段内即可，即在对应子窗口的第一个时隙到最后一个时隙对应的时间段内的任意时刻即可。网关设备预先已经在调度窗口的每个子窗口为自身和中继设备分配了时隙，但在每个子窗口时，如果确定发送单播帧，则网关设备和中继设备都不需要在各自的时隙发送，只需要在子窗口的时隙段内发送即可，即是暂时忽略了具体时隙的分配。

2、针对多播业务。

网关设备在为自身分配的信标周期的调度窗口对应子窗口的时隙广播多播帧。

网关设备确定发送对象为多个或全部的下一级中继设备时，广播多播帧，采取广播的形式发送时不需要生成路由信息。

本发明实施例提供的上述多跳网络通信方法中，网关设备为中继设备分配时隙，用于中继设备在信标窗口的时隙广播信标帧，在调度窗口的时隙转发接收到的业务帧；同时，当需要广播信标帧时，网关设备在为自身分配的信标周期的信标窗口的时隙广播信标帧；当需要发送业务帧时，网关设备在信标周期的调度窗口的对应时隙向下一级中继设备发送业务帧。网关设备和中继设备对于信标帧的广播和业务帧的发送都在各自对应时隙内进行，从而避免了多跳网络通信过程中的干扰问题，实现了多跳网络通信的稳定性。

信道调度算法，即时隙的分配是由网关设备单独完成的，没有网络传输开销；同时，降低了中继设备计算能力和存储能力的限制；而且，信道调度算法单独由网关设备完成，无需各个设备节点之间通信共同完成，提高了调度效率和调度可靠性。

实施例二

本发明实施例二提供一种多跳网络通信方法，以中继设备端为例，其流程如图5所示，包括如下步骤：

步骤S51：当需要发送信标帧时，中继设备在网关设备为中继设备分配的信标周期的信标窗口的时隙广播信标帧。

中继设备广播的信标帧，包括信标周期中各窗口的划分、网关设备的时戳、网关设备发送信标帧的时隙和中继设备的链路质量。其中信标周期中各窗口的划分、网关设备的时戳和网关设备发送信标帧的时隙是根据接收到的信标帧中包括的信息得到的。

步骤S52：当需要转发业务帧时，中继设备在网关设备分配的信标周期的调度窗口的对应时隙转发业务帧。

1、针对单播业务。

中继设备接收到单播帧时，根据接收到的单播帧中的信息确定自身是否是单播帧的目的设备或接收设备。

具体的，中继设备可以是根据接收到的单播帧中的目的地址和接收地址确定自身是否是单播帧的目的设备或接收设备。其中，目的设备指单播帧要最终发送到的设备，接收设备指不是单播帧要最终发送到的设备，只是单播帧从源设备到目的设备的中转设备。

可选的，中继设备也可以是根据接收到的单播帧中的路由信息确定自身是否是单播帧的目的设备或接收设备。当路由信息中的最后一个地址对应的设备是自身时，确定自身是单播帧的目的设备；当路由信息中的中间的一个地址对应的设备是自身时，确定自身是单播帧的接收设备；当路由信息中的每个地址对应的设备都不是自身时，确定自身不是单播帧的目的设备或接收设备。

这里的中继设备并不是指某一次信息发送的路径中的中继设备，而是在整个网络拓扑关系中的中继设备。即在一次单播业务信息的发送中，网络拓扑关系中的中继设备可以是目的设备，也可以是中间转发的中转设备。

若确定自身是单播帧的目的设备，根据单播帧生成响应帧，向根据单播帧中的路由信息确定的下一接收设备发送响应帧。当接收到的单播帧中包含发送地址和接收地址时，将响应帧中的发送地址设置为自身对应的地址，将响应帧中的接收地址设置为根据单播帧中的路由信息确定的下一接收设备对应的地址；同时将路由信息逆向编辑，之后再发送响应帧。

若确定自身是述单播帧的接收设备，向根据单播帧中的路由信息确定的下一接收设备转发单播帧。当接收到的单播帧中包含发送地址和接收地址时，将发送地址修改成自身对应的地址，将接收地址修改成根据单播帧中的路由信息确定的下一接收设备对应的地址，之后再转发单播帧。

若确定自身不是单播帧的目的设备或接收设备，丢弃单播帧。

即只有网关设备才能主动的发送单播帧，中继设备只能被动的转发或者是响应单播帧。

上述中继设备接收到单播帧后，生成并发送响应帧或者是转发单播帧，都不需要在网关设备预先为自身分配的时隙进行，只需要在当前调度窗口的对应子窗口的时隙段内进行即可，而且是以自身设备所能达到的最快速度进行的，即接收到单播帧后立即执行的。这样加快了多跳网络的通信速度。

2、针对广播业务。

中继设备在网关设备为中继设备分配的信标周期的调度窗口对应子窗口的时隙广播多播帧。

可选的，中继设备在广播多播帧前，还可以，确定接收到的多播帧中包括的标识，判断之前广播的多播帧中是否包含相同标识的多播帧；若否，才执行步骤S52，在网关设备为中继设备分配的信标周期的调度窗口的时隙转发业务帧。

每个多播帧有唯一的标识，每个多播帧中继设备只广播一次，如果收到重复的多播帧，则直接丢掉，从而避免了广播风暴。同时，采用广播的形式使得传输更为高效。

实施例三

本发明实施例三提供一种多跳网络通信方法的具体实现，其流程如图6所示，包括如下步骤：

步骤S61：中继设备根据扫描到的信标帧中的对应设备的链路质量，确定链路质量最好的设备为父节点。

步骤S62：中继设备根据扫描到的信标帧中包含的网关设备的时戳和网关设备发送信标帧的时隙同步本地时钟。

步骤S63：中继设备根据扫描到的信标帧中的信标周期的各窗口划分确定随机访问窗口的时隙段。

步骤S64：中继设备在随机访问窗口的时隙段，采用随机退避的方式向网关设备发送包括父节点信息的入网请求。

步骤S65：网关设备接收到中继设备的入网请求时，为中继设备分配信标周期中的信标窗口的时隙和调度窗口的时隙，根据为中继设备分配的时隙生成并向中继设备发送入网请求响应消息。

网关设备根据中继设备父节点信息确定其在网络中的层级，并根据其层级为中继设备分配时隙。

步骤S66：中继设备接收网关设备反馈的入网请求响应消息。

步骤S67：在信标周期中的信标窗口，网关设备和各中继设备在各自的时隙广播信标帧。

步骤S68：在信标周期中的调度窗口，网关设备在调度窗口的对应子窗口的时隙发送单播帧或广播多播帧；中继设备根据接收到的信息，在对应子窗口的时隙转发单播帧或广播多播帧。

在调度窗口，多跳网络中的中继设备和末端设备都不能主动发送帧，只能被动的转发或者响应网关的数据请求。网关设备确定发送单播帧还是多播帧。

1、当网关设备确定发送单播帧时。

网关设备生成包括路由信息的单播帧，在信标周期的调度窗口对应子窗口的时隙段向路由信息中的下一级中继设备发送单播帧。

网关设备发送的单播帧，可以是，包含单播帧的发送设备、接收设备、目的设备和源设备。目的设备即单播帧最终要发送到的设备，源设备即最初发送单播帧的设备。网关设备发送的单播帧，发送设备和源设备都是网关设备。

接收到单播帧的中继设备转发单播帧，直至路由信息中的目的设备接收到单播帧，目的设备可以是中继设备，也可以是末端设备；目的设备回复响应帧；中继节点依次转发响应帧，最后响应帧到达网关设备。上述调度窗口对应子窗口也是预先划分了网关设备和中继设备的对应时隙，只是单播帧可以不按照每个设备的对应时隙发送，只要发送时间位于整个子窗口的时隙段内就可以了，故，此时是忽略了之前划分的对应子窗口的具体时隙。

在此期间，只有路由信息里指定的设备可以依次转发帧，其他设备不允许发送帧。因此，实现了隐式调度，避免了网络碰撞。

参照图7所示，网关设备a在调度窗口的子窗口x1的时隙段内向中继设备b发送单播帧；中继设备b接收到的单播帧包括：发送设备为网关设备a、接收设备为中继设备b、目的设备为末端设备h和源设备为网关设备a，中继设备b确定自身是接收设备但不是目的设备后，确定自身是中转设备，修改单播帧的发送设备为中继设备b、接收设备为末端设备h、目的设备为末端设备h和源设备为网关设备a后，向末端设备h转发单播帧；末端设备h接收到单播帧后，确定自身是接收设备且是目的设备，生成响应帧，并设置响应帧的发送设备为末端设备h、接收设备为中继设备b、目的设备为网关设备a和源设备为末端设备h，并向中继设备b发送响应帧；中继设备b确定自身是接收设备但不是目的设备后，确定自身是中转设备，修改响应帧的发送设备为中继设备b、接收设备为网关设备a、目的设备为网关设备a和源设备为末端设备h后，向网关设备a转发响应帧，网关设备a接收到响应帧。

2、当网关设备确定发送多播帧时。

网关设备确定要向下一级中继设备中的一些或全部下一级中继设备发送信息时，在信标周期的调度窗口对应子窗口中自己的时隙向广播多播帧，与网关设备划分在同一个广播组里的中继设备或者是网关设备的全部下一级中继设备接收到多播帧。中继设备在自己的时隙广播接收到的多播帧，末端设备接收到多播帧后不再继续广播。

参照图8所示，在调度窗口的一个子窗口，网关设备a在时隙0广播多播帧，中继设备b在时隙1广播接收到的多播帧，中继设备c在时隙2广播接收到的多播帧，中继设备d在时隙3广播接收到的多播帧，中继设备e在时隙7广播接收到的多播帧，中继设备f在时隙8广播接收到的多播帧，中继设备g在时隙9广播接收到的多播帧，中继设备h在时隙10广播接收到的多播帧，中继设备i在时隙11广播接收到的多播帧，中继设备j在时隙12广播接收到的多播帧……直至所有的末端设备接收到多播帧，末端设备不再广播接收到的多播帧。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种网关设备，参照图9所示，包括：

分配模块91，用于为中继设备分配信标周期中的信标窗口的时隙和调度窗口的时隙，使得所述中继设备在信标窗口的时隙广播信标帧，在调度窗口的时隙转发接收到的业务帧；

第一广播模块92，当需要广播信标帧时，用于在为自身分配的信标窗口的时隙广播信标帧；

发送模块93，当需要发送业务帧时，用于在调度窗口的对应时隙向下一级中继设备发送业务帧。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种中继设备，参照图10所示，包括：

第二广播模块101，当需要发送信标帧时，用于在网关设备为所述中继设备分配的信标周期的信标窗口的时隙广播信标帧；

转发模块102，当需要转发业务帧时，用于在网关设备分配的信标周期的调度窗口的对应时隙转发业务帧。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种多跳网络通信系统，该系统的结构如图11所示，包括：一个上述网关设备111、至少一级上述中继设备112和末端设备113；

末端设备113通过至少一级中继设备112接收网关设备111发送的业务帧。

关于上述实施例中的网关设备、中继设备和系统，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

除非另外具体陈述，术语比如处理、计算、运算、确定、显示等等可以指一个或更多个处理或者计算系统、或类似设备的动作和/或过程，所述动作和/或过程将表示为处理系统的寄存器或存储器内的物理(如电子)量的数据操作和转换成为类似地表示为处理系统的存储器、寄存器或者其他此类信息存储、发射或者显示设备内的物理量的其他数据。信息和信号可以使用多种不同的技术和方法中的任何一种来表示。例如，在贯穿上面的描述中提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以用电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或者其任意组合来表示。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反应了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反应的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

结合本文的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质连接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。该ASIC可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。

对于软件实现，本申请中描述的技术可用执行本申请所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段以通信方式耦合到处理器，这些都是本领域中所公知的。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

Claims (12)

1.一种多跳网络通信方法，其特征在于，包括：

网关设备为中继设备分配信标周期中的信标窗口的时隙和调度窗口的时隙，用于所述中继设备在信标窗口的时隙广播信标帧，在调度窗口的时隙转发接收到的业务帧；

当需要广播信标帧时，网关设备在为自身分配的信标窗口的时隙广播信标帧；

当需要发送业务帧时，网关设备在调度窗口的对应时隙向下一级中继设备发送业务帧。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，网关设备为中继设备分配信标周期中的信标窗口的时隙和调度窗口的时隙，包括：

网关设备分别确定中继设备的网络层级对应的信标周期中信标窗口和调度窗口的时隙段，将各时隙段中的一个空余时隙分配给所述中继设备。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将各时隙段中的一个空余时隙分配给所述中继设备，还包括：

当至少一个时隙段内没有空余时隙时，调整各网络层级对应的信标周期中信标窗口和调度窗口的时隙段。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，网关设备在调度窗口的对应时隙向下一级中继设备发送业务帧，包括：

针对单播业务，网关设备生成包括路由信息的单播帧，在信标周期的调度窗口对应子窗口的时隙段内向所述路由信息中的下一级中继设备发送单播帧；

针对多播业务，网关设备在为自身分配的信标周期的调度窗口对应子窗口的时隙广播多播帧。

5.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，还包括：

网关设备发送的信标帧包括网关设备的链路质量、时戳和所述信标帧的发送时隙，所述时戳和所述信标帧的发送时隙用于中继设备同步本地时钟，所述链路质量用于待加入多跳网络的中继设备确定父节点。

6.一种多跳网络通信方法，其特征在于，包括：

当需要发送信标帧时，中继设备在网关设备为所述中继设备分配的信标周期的信标窗口的时隙广播信标帧；

当需要转发业务帧时，中继设备在网关设备分配的信标周期的调度窗口的对应时隙转发业务帧。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，中继设备在网关设备分配的信标周期的调度窗口的对应时隙转发业务帧，包括：

针对单播业务，中继设备根据接收到的单播帧中的信息确定自身是否是所述单播帧的目的设备或接收设备；

若确定自身是所述单播帧的目的设备，根据所述单播帧生成响应帧，向根据所述单播帧中的路由信息确定的下一接收设备发送所述响应帧；

若确定自身是所述单播帧的接收设备，向根据所述单播帧中的路由信息确定的下一接收设备转发所述单播帧；

若确定自身不是所述单播帧的目的设备或接收设备，丢弃所述单播帧；

针对多播业务，中继设备在网关设备为所述中继设备分配的信标周期的调度窗口对应子窗口的时隙广播多播帧。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，中继设备在网关设备为所述中继设备分配的信标周期的调度窗口对应子窗口的时隙广播多播帧前，还包括：

中继设备确定接收到的多播帧中包括的标识，判断之前广播的多播帧中是否包含相同标识的多播帧；

若否，才执行所述在网关设备为所述中继设备分配的信标周期的调度窗口对应子窗口的时隙广播多播帧。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

中继设备根据扫描到的信标帧中的对应设备的链路质量，确定链路质量最好的设备为父节点；

根据扫描到的信标帧中包含的网关设备的时戳和网关设备发送信标帧的时隙同步本地时钟，根据扫描到的信标帧中的信标周期的各窗口划分确定随机访问窗口的时隙段；

在随机访问窗口的时隙段，采用随机退避的方式向网关设备发送包括父节点信息的入网请求。

10.一种网关设备，其特征在于，包括：

分配模块，用于为中继设备分配信标周期中的信标窗口的时隙和调度窗口的时隙，使得所述中继设备在信标窗口的时隙广播信标帧，在调度窗口的时隙转发接收到的业务帧；

第一广播模块，当需要广播信标帧时，用于在为自身分配的信标窗口的时隙广播信标帧；

发送模块，当需要发送业务帧时，用于在调度窗口的对应时隙向下一级中继设备发送业务帧。

11.一种中继设备，其特征在于，包括：

第二广播模块，当需要发送信标帧时，用于在网关设备为所述中继设备分配的信标周期的信标窗口的时隙广播信标帧；

转发模块，当需要转发业务帧时，用于在网关设备分配的信标周期的调度窗口的对应时隙转发业务帧。

12.一种多跳网络通信系统，其特征在于，包括：一个如权利要求10所述的网关设备、至少一级如权利要求11所述的中继设备和末端设备；

末端设备通过至少一级中继设备接收网关设备发送的业务帧。