CN110049532B - 一种用于无线自组网的心跳方法、受控节点和控制节点 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于无线自组网的心跳方法，包括：受控节点接收控制节点发送的广播消息，广播消息包括指示受控节点是否被调度的调度信息；基于调度信息确定受控节点的当前连接状态是否为激活状态；若受控节点的当前连接状态为激活状态，则根据心跳周期参数和分配给受控节点的心跳偏移参数确定当前帧是否包含分配给受控节点的心跳资源；若当前帧包含分配给受控节点的心跳资源，则在心跳资源上发送心跳消息。本申请的心跳方法具有简单、高效的特点，适合应用于无线自组网中。

Description

一种用于无线自组网的心跳方法、受控节点和控制节点

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，特别地，涉及一种用于无线自组网的心跳方法、受控节点和控制节点。

背景技术

无线通信系统中，网络侧通常可以接受很多用户设备(User Equipment,UE)的接入，但一般情况下，并非所有在线设备均具有上行或下行数据传输。当需要维持所有接入用户设备的连接状态，且连接的用户设备的数量大于当前正在调度用户设备的数量时，系统需要有机制能保证收到用户设备在线状态的通知。处于非调度状态的用户设备通过某种机制将其在线状态告知系统的过程称为“心跳”。

对于蜂窝移动通信系统，例如长期演进(Long Term Evolution，LTE)系统，用户设备通过跟踪区更新(Tracking Area Update，TAU)、周期性发送上行参考信号和信道测量反馈等方式，向网络侧汇报其任然存在网络中，并没有离开网络。

由于蜂窝移动通信系统容量大，可以同时支持大量用户在线，其心跳机制较为复杂。对于无线自组网而言，系统实际传输资源有限，只能维系少量用户的连接状态，需要一个可靠、高效的心跳机制不断上报用户设备的在线状态，以保持连接。

发明内容

本申请的一个目的，提供了一种无线自组网的心跳方法，通过为受控节点分配用于向控制节点发送心跳消息的心跳资源，使控制节点可及时掌握受控节点的连接状态，以便在受控节点有上下行数据收发需求时能迅速建立数据传输。本公开的心跳方法具有实现简单，高效的特点，适合应用于无线自组网中。

本申请的一个方面，提供了一种无线自组网的心跳方法，应用于受控节点，所述方法包括以下步骤：受控节点接收控制节点发送的广播消息，所述广播消息包括指示所述受控节点是否被调度的调度信息；基于所述调度信息确定所述受控节点的当前连接状态是否为激活状态；若所述受控节点的当前连接状态为激活状态，则根据心跳周期参数和分配给所述受控节点的心跳偏移参数确定当前帧是否包含分配给所述受控节点的心跳资源，所述心跳周期参数包括心跳周期和心跳周期的起始帧号；若当前帧包含分配给所述受控节点的心跳资源，则在所述心跳资源上发送心跳消息。

在一些实施例中，基于所述调度信息确定所述受控节点的当前连接状态是否为激活状态的步骤包括：检测所述受控节点在当前帧是否被调度；若所述受控节点在当前帧未被调度，则确认当前连接状态为激活状态。

在一些实施例中，基于所述调度信息确定所述受控节点的当前连接状态是否为激活状态的步骤包括：若所述受控节点上一帧的连接状态为调度状态，则统计当前帧及自上一帧起往前的第一预定时间段内所述受控节点自上一帧起往前连续处于调度状态的帧中，未被调度的帧数总和是否大于第一预设门限；若当前帧及所述第一预定时间段内所述受控节点自上一帧起往前连续处于调度状态的帧中，未被调度的帧数总和大于所述第一预设门限，则确认当前连接状态为激活状态。

进一步的，若所述受控节点上一帧的连接状态为激活状态，则统计当前帧及自上一帧起往前的第二预定时间段内所述受控节点自上一帧起往前连续处于激活状态的帧中，被调度的帧数总和是否小于或等于第二预设门限；若当前帧及所述第二预定时间段内所述受控节点自上一帧起往前连续处于激活状态的帧中，被调度的帧数总和小于或等于所述第二预设门限，则确认当前连接状态为激活状态。

进一步的，所述心跳资源为上行接入时隙。

进一步的，所述心跳资源与上行随机接入信道以时分方式复用所述上行接入时隙。

进一步的，所述分配给所述受控节点的心跳偏移参数是控制节点在所述受控节点随机接入过程中，向所述受控节点发送的。

进一步的，所述分配给所述受控节点的心跳偏移参数对应于所述受控节点的用户标识。

进一步的，所述心跳周期参数和/或分配给所述受控节点的心跳偏移参数可动态变化。

进一步的，所述心跳周期由控制节点根据处于激活状态的受控节点数量确定，并通过广播消息发送。

本申请的另一个方面，提供了一种无线自组网的心跳方法，应用于控制节点，所述方法包括以下步骤：控制节点发送包括调度信息的广播消息，所述调度信息指示被调度的受控节点；基于所述调度信息确定所述每个受控节点的当前连接状态；对于当前连接状态为激活状态的受控节点，根据心跳周期参数和分配给所述激活状态的受控节点的心跳偏移参数确定当前帧是否包含分配给所述激活状态的受控节点的心跳资源，所述心跳周期参数包括心跳周期和心跳周期的起始帧号；若当前帧包含分配给所述激活状态的受控节点心跳资源，则在所述心跳资源上接收心跳消息。

进一步的，若在预定义期间内收到所述激活状态的受控节点发送的心跳消息，则确认所述激活状态的受控节点仍然在线。

进一步的，若在预定义期间内未收到所述激活状态的受控节点发送的心跳消息，则确认所述激活状态的受控节点处于离线状态。

在一些实施例中，若在预定义期间内未收到所述激活状态的受控节点发送的心跳消息，则调度所述激活状态的受控节点；若在所述分配给所述激活状态的受控节点的上行数据时隙未收到所述受控节点发送的反馈数据，则确认所述激活状态的受控节点处于离线状态。

本申请的另一个方面，一种用于无线自组网的心跳方法，应用于控制节点，其特征在于，所述方法包括：发送包括调度信息的广播消息，所述调度信息指示被调度的受控节点；基于所述调度信息确定所述每个受控节点的当前连接状态；基于当前连接状态为激活状态的受控节点的数量调整心跳参数，所述心跳参数包括心跳周期和心跳周期起始帧号；通过广播消息发送所述心跳参数。

本申请的另一个方面，提供了一种用于无线自组网的受控节点，其包括：处理器，收发器，以及用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行以下步骤：控制收发器接收控制节点发送的广播消息，所述广播消息包括所述受控节点是否调度信息；基于所述调度信息确定所述受控节点的当前连接状态是否为激活状态；若所述受控节点的当前连接状态为激活状态，则根据心跳周期参数和分配给所述受控节点的心跳偏移参数确定当前帧是否包含分配给所述受控节点的心跳资源，所述心跳周期参数包括心跳周期和心跳周期的起始帧号；若当前帧包含分配给所述受控节点的心跳资源，则在所述心跳资源上发送心跳消息。

本申请的另一个方面，提供了一种用于无线自组网的控制节点，其包括：处理器，收发器，以及用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行以下步骤：发送包括调度信息的广播消息，所述调度信息指示被调度的受控节点；基于所述调度信息确定所述每个受控节点的当前连接状态；对于当前连接状态为激活状态的受控节点，根据心跳周期参数和分配给所述激活状态的受控节点的心跳偏移参数确定当前帧是否包含分配给所述激活状态的受控节点的心跳资源，所述心跳周期参数包括心跳周期和心跳周期的起始帧号；若当前帧包含分配给所述激活状态的受控节点心跳资源，则在所述心跳资源上接收心跳消息。

以上为本申请的概述，可能有简化、概括和省略细节的情况，因此本领域的技术人员应该认识到，该部分仅是示例说明性的，而不旨在以任何方式限定本申请范围。本概述部分既非旨在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也非旨在用作为确定所要求保护主题的范围的辅助手段。

附图说明

通过下面说明书和所附的权利要求书并与附图结合，将会更加充分地清楚理解本申请内容的上述和其他特征。可以理解，这些附图仅描绘了本申请内容的若干实施方式，因此不应认为是对本申请内容范围的限定。通过采用附图，本申请内容将会得到更加明确和详细地说明。

图1示出了本公开的无线自组网的系统拓扑结构示意图；

图2示出了一种可用于实现本公开的无线自组网的心跳方法的帧结构；

图3示出了本公开的一种用于无线自组网的心跳方法100；

图4示出了一种示例性的受控节点的连接状态的状态转移图；

图5示出了另一种示例性的受控节点的连接状态的状态转移图；

图6示出了一种示例性的业务中受控节点被调度的情况；

图7示出了一种示例性的隐式分配心跳资源的示意图；

图8示出了本公开的一种用于无线自组网的心跳方法200。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开进行详细描述。在附图中，类似的符号通常表示类似的组成部分，除非上下文另有说明。详细描述、附图和权利要求书中描述的说明性实施方式仅仅为本公开的一部分实施例，而不是全部实施例。可以理解，可以对本申请中一般性描述的、在附图中图解说明的本申请内容的各个方面进行多种不同构成的配置、替换、组合，设计，而所有这些都明确地构成本申请内容的一部分。在不偏离本申请的主题的精神或范围的情况下，可以采用其他实施方式，并且可以做出其他变化，在本公开的基础之上所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本公开的保护范围之内。

为便于本领域技术人员理解，图1示出了本公开的无线自组网的系统拓扑结构示意图，如图1所示，无线自组网包括多个节点，这些节点组成树状结构，图1中示出了一个由6个节点(节点N1至N6)组成的无线自组网。如果两个节点之间存在直接的无线连接，则称这两个节点为“邻接节点”。对于一对邻接节点而言，父节点可进行无线传输资源分配，该节点称为“控制节点”，子节点根据父节点分配的无线资源与父节点通信，因此，子节点称为“受控节点”。例如，N1与N2，N1与N3，N1与N4，N3与N5，以及N3与N6为五对邻接节点，相应的控制节点依次为N1、N1、N1、N3、N3，受控节点依次为N2、N3、N4、N5、N6。一个控制节点可以同时与多个受控节点建立无线连接。为表达方便起见，将控制节点与其所有子节点构成的网络称为“子网”。图1中，N1、N2、N3和N4构成“子网1”，N3、N5和N6构成“子网2”。控制节点到受控节点的无线链路称为“下行链路”，或简称“下行”，相应的数据传输称为“下行传输”；受控节点到控制节点的无线链路称为“上行链路”，或简称“上行”，相应的数据传输称为“上行传输”。根据节点在拓扑结构中的功能不同，又分为顶端节点、中继节点和终端节点。图1中，N1为顶端节点，N3为中继节点，其余节点为终端节点。起始于顶端节点的链路只有下行链路，没有上行链路，一个无线自组网中只有一个顶端节点。起始于终端节点的链路只有上行链路，没有下行链路，终端节点又称为“普通节点”。起始于中继节点的链路，既有上行链路，也有下行链路，一个无线自组网中可以有多个中继节点，由于中继节点可以为普通节点提供接入，因此又称其为“接入节点”。由于中继节点兼具受控节点和控制节点的特征，将中继节点与外部节点通信的模块划分为“终端侧”和“接入点侧”，其中，中继节点通过终端侧与该中继节点的父节点进行通信，终端侧可以对中继节点的父节点到中继节点之间的下行链路所用的频带进行扫频；中继节点通过接入点侧与该中继节点的子节点进行通信，接入点侧可以对中继节点的子节点到中继节点之间的上行链路所用的频带进行扫频。在中继节点与其父节点之间的链路中，中继节点的父节点为控制节点，中继节点为受控节点；在中继节点与其子节点之间的链路中，中继节点为控制节点，中继节点的子节点为受控节点。控制节点可发射系统消息，系统消息用于协调网内节点之间的通信，系统消息包括系统配置信息，系统控制信息，公共调度信息等。

同一个控制节点可以使用不同的物理信道与其子节点进行通信，每个物理信道可以表示为包括时隙、频点和带宽的组合。由于中继节点的“终端侧”和“接入点侧”可能同时进行收发，为了避免干扰，中继节点与其父节点之间的通信链路所使用的频点与中继节点与其子节点之间的通信链路所使用的频点之间的频率间隔应当足够大，以减少信号发射对信号接收的干扰。一种简单的方法是不同的子网使用不同的频带进行信号隔离，例如对于图1所示的网络拓扑结构，“子网1”使用频带1，子网2使用频带2。每个频带包括多个频点，例如，图1中的频带1包括频点f1、f2、f3和f4，频带2包括f5、f6和f7，这里为表达方便起见，用各个频点的中心频率fi(i＝1，2，…，7)表示相应的频点。

图2示出了一种可用于本公开的无线自组网的节点之间进行通信的示例性的帧结构，该帧结构可用于实现本公开的心跳方法。如图2所示，物理资源从时间上分成多个帧，每帧包括多个时隙，例如，包括广播时隙(Broadcasting Region，BR)、上行接入时隙(Contention Slot，CS)和数据时隙(Data Slot，DS)。从频率上可以将物理资源分成多个子频带，每个子频带可以用频点和带宽表示。广播时隙为下行时隙，其承载广播信道，广播信道用于发送广播消息，广播消息包括系统配置信息、系统控制信息、公共调度信息等。广播时隙前部设置物理下行同步信道(Physical Synchronization Slot，PSS)，用于接入节点进行下行帧同步、频偏估计等功能；上行接入时隙承载上行接入信道(Random AccessChannel，RACH)，上行接入信道可以用于受控节点向控制节点发送上行接入消息，本公开中的上行接入消息指受控节点在接入网络的过程中，向控制节点发送的消息。由于不同节点的位置等原因的不同，受到的干扰程度不同，因此，不同节点的扫频结果往往也不同。数据时隙包括上行数据时隙(Uplink Data Slot,UL DS)和下行数据时隙(Downlink DataSlot,DL DS)，以TDD方式实现上下行物理资源的复用，数据时隙承载数据信道。关于本公开的无线自组网的帧结构的更详细的说明，可参见申请人于2017年11月8日提交的申请号为201711093532.4的发明专利申请文件，该申请文件的全部内容并入本公开。

对于本公开的无线自组网而言，当一个节点要接入系统时，其首先搜索下行同步信道以与控制节点取得下行同步，完成下行同步后，可以接收系统发送的广播消息，接着依次发起上行接入，完成注册请求。节点注册完成之后，会跟踪广播消息的公共调度信息，并根据广播消息中是否有自己的调度信息(如分配第几对上下行DS时隙)，和/或结合先前帧的连接状态来确定自己在当前帧的连接状态。连接状态包括调度状态和激活状态，处于调度状态的节点意味着该节点与其控制节点之间有活跃的数据传输，而处于激活状态的节点则意味着该节点与其控制节点之间数据传输不活跃，此时，该节点需按一定的方式向控制节点发送心跳消息，以便控制节点能掌握受控节点的连接状态，在有上下行数据收发需求时能迅速建立数据传输。

根据本公开，受控节点需要持续监听下行广播信道，接收广播消息，解调公共调度信息以判断是否有发给自己的调度信息。如果广播消息中包含有发给某个节点的调度信息，则说明该节点在当前帧被调度，否则，则说明该节点在当前帧未被调度。

本公开提出一种适宜自组网的心跳方法，通过为受控节点分配用于向控制节点发送心跳消息的心跳资源，使受控节点可按照预定的方式向控制节点发送心跳消息。本公开的心跳方法具有简单、高效的特点，适合应用于无线自组网中。

图3示出了本公开的一种用于无线自组网的心跳方法100，应用于受控节点，其包括以下步骤。

在步骤S101中，接收控制节点发送的广播消息。

广播消息包括公共调度信息，受控节点需要监听广播消息并对广播消息进行解码，可以发现其公共调度信息中是否有自己的调度信息。如果发现有自己的调度信息，例如分配的上下行数据时隙资源，则获知自己被调度；反之，如果没有自己的调度信息，则知道自己未被调度。

在步骤S103中，确定受控节点的当前连接状态是否为激活状态。

受控节点可以基于当前帧或当前帧及当前帧之前若干帧的调度信息以确定其当前帧的连接状态。

一种实现方法是受控节点仅仅基于当前帧接收的广播消息来确定当前连接状态。如果当前广播消息中包含自己的调度信息，意味着受控节点在当前帧被调度，则确定当前连接状态为调度状态；反之，如果当前广播消息中未包含自己的调度信息，意味着受控节点在当前帧未被调度，则确定当前连接状态为激活状态。这一方法可用图4所示的状态转移图表示。这种方法容易实现，特别适合于受控节点被连续调度若干帧的情况。

有时候，受控节点的调度可能不是连续的，为了减少受控节点的连接状态在调度状态和激活状态之间乒乓切换，优选地，可以根据上一帧的连接状态，并通过设置一个观察时间窗，统计当前帧及观察时间窗内受控节点处于与上一帧的连接状态相同的状态时，受控节点被调度或未被调度的帧数总和是否超过预定门限来决定是否进行状态切换。为表述方便起见，本公开中将这种状态切换方法称为时间窗法，这一方法可用图5所示的状态转移图来表示。

如图5所示，当上一帧的连接为调度状态时，通过统计当前帧及自上一帧起往前的M1帧内受控节点自上一帧起连续处于调度状态的帧中，未被调度的帧数总和是否大于第一预设次数K1，如果大于，说明受控节点被调度的次数很少，则在当前帧将受控节点的连接状态切换为激活状态，否则仍保持在调度状态；当上一帧的连接为激活状态时，通过统计当前帧及自上一帧起往前的M2帧内受控节点自上一帧起连续处于激活状态的帧中，被调度的次数总和是否大于第二预设次数K2，如果大于，说明受控节点被调度的次数很多，则在当前帧将受控节点的连接状态切换为调度状态，否则仍保持在激活状态。

为了便于理解，图6示出了一种示例性的业务中受控节点被调度的情况。受控节点在第t、t+4、t+8、t+16帧发生调度，其他帧未发生调度。如果采用时间窗法，设置M1＝M2＝7，K1＝6，K2＝1，假设在第t-1帧及该帧之前，均为激活状态。可以得到：受控节点从第t帧到第t+3帧为激活状态，从第t+4帧到第t+11帧为调度状态，从第t+12帧到t+17帧为激活状态，……

需要指出的是，时间窗法在确定当前帧的连接状态时，需要已知上一帧起往前的M1或M2个帧的的连接状态，故需要对受控节点最初的M1帧(假设M1≥M2)的连接状态进行初始化。一种简单的初始化是将受控节点接入系统后的第1帧设置为激活状态，在第1帧之前的前M1帧和M2帧均为激活状态。本领域技术人员可以理解，在应用观察窗法时，受控节点的连接状态会根据调度情况自动收敛，故不同的初始化方法不会造成实质的区别，本领域技术人员可以采用其他初始化方法对受控节点的连接状态进行初始化。

另外，时间窗法中使用的参数M1、M2、K1和K2为预先定义的常数，通过配置不同的M1、M2、K1和K2的数值，可以灵活支持不同的调度方式。当K1＝M1和K2＝M2时，对应于状态切换条件最严格的情况，即状态转换最难；当K1＝K2＝0时，对应于状态切换条件最宽松的情况，即状态转换最容易。例如，当K1＝M1时，只有在当前帧未被调度，并且自上一帧往前的M1帧均处于调度状态但均未被调度时，才从调度状态切换为激活状态，上述条件未满足时则保持在调度状态。

可以理解，通过上述方法，可以使的受控节点的连接状态连续若干帧保持不变，具体而言，当受控节点连接状态从激活状态切换为调度状态后，调度状态至少可保持K1+1帧不变；当受控节点的连接状态从调度状态切换为激活状态后，激活状态至少可保持K2+1帧不变。因此，利用上述方法，系统可以针对不同调度周期的参数，配置相应的M1、M2、K1和K2，精确控制受控节点连接状态至少应保持的时间，避免受控节点连接状态的乒乓切换。

需要指出的是，当观察时间窗为0，且第一预设门限和第二预设门限设置为0，即M1＝M2＝K1＝K2＝0时，图5所示的设置观察时间窗的方法转化为图4状态转移图所示的方法。

在步骤S105中，若受控节点当前的连接状态为激活状态，则确定当前帧是否包含分配给该受控节点的心跳资源。

本公开的心跳资源指分配给受控节点用于受控节点向控制节点发送心跳消息的物理资源。以图2所示的示例性的帧结构为例，可以利用上行接入时隙(CS)进行心跳消息的发送。可以根据上行接入时隙的特点和激活用户的数量，灵活地配置心跳资源。例如，如果帧结构中包含多个上行接入时隙，则可以将一个或若干个上行接入时隙配置为心跳资源，用于发送心跳消息，其余上行接入时隙承载上行随机接入信道用于发送上行接入消息。如果帧结构中仅有一个上行接入时隙，则心跳资源与上行随机接入信道时分复用。上行接入时隙的时分复用方式可以灵活配置，例如奇数帧作为上行随机接入信道，偶数帧作为心跳资源；或者第3n(其中n为整数)帧作为上行随机接入信道，第3n+1帧和第3n+2帧作为心跳资源，等等。上行接入时隙的时分复用方式可预先定义，例如在受控节点的开机文件中进行配置，也可以在广播消息中通知。

由于控制节点同时与多个受控节点连接，本公开的心跳方法通过为每个处于激活状态的受控节点分配专用的心跳资源，可以避免受控节点在发送心跳消息时发生冲突，提高心跳资源的利用率。控制节点维护一个激活状态节点集合，该集合中的每个节点为该控制节点所管理的子网中当前处于连接状态的节点。激活状态节点集合的大小是可以动态变化的，当节点的连接状态从激活状态变为调度状态时，将该节点从激活状态节点集合中移出；反之，当节点的连接状态从调度状态变为激活状态时，将该节点加入激活状态节点集合。

分配给特定节点的心跳资源可以用心跳周期参数和分配给该节点的心跳偏移参数来描述。其中，心跳参数包括心跳周期和心跳周期的起始帧号，心跳周期为节点发送心跳消息的间隔，心跳周期的起始帧号为心跳周期开始的帧号。为避免冲突，在一个子网内，各个子节点均使用相同的心跳参数。心跳偏移参数表示该节点的心跳资源在一个心跳周期中的相对位置。

在一些实施例中，心跳参数和心跳偏移参数可以预先配置，控制节点根据其最大可支持的激活状态节点集合的大小，预先设定固定的心跳周期，例如，设置心跳周期的帧数等于最大可支持的激活状态节点集合的大小。对于心跳参数和心跳偏移参数预先设置的方式，由于心跳周期和心跳周期的起始帧号为固定的，因此，一个心跳周期内的心跳资源数量是固定的，可容纳的激活用户数量也是固定的。

心跳偏移参数可以显式分配，例如，可以在受控节点随机接入过程中，由控制节点通过消息将心跳偏移参数发给受控节点。心跳偏移参数也可以隐式分配，例如，控制节点给小区内的每个受控节点分配一个节点标识(Node_ID)，同一小区内不同受控节点的节点标识互不相同，通过预定的映射方式，将每个节点标识一一对应到心跳周期内的一个心跳偏移。由于预定的映射方式对控制节点和受控节点都是事先知道的，因此，采用隐式分配方式时，无需通过消息将心跳偏移参数发给受控节点，减少信令开销。

为便于理解，图7示出了心跳周期为2N时的一种示例性的隐式分配心跳资源的示意图。在图7中，心跳资源与上行接入信道(RACH)时分复用上行接入时隙，偶数帧的上行接入时隙用于发送上行接入消息，奇数帧的上行接入时隙用于发送心跳消息。心跳周期的起始帧号为2mN+1(m＝0，1，2，…)，节点号为Node_ID的节点的心跳偏移为2*Node_ID。

预先配置心跳参数和心跳偏移参数的方式优势在于设计简单，支持隐式资源分配，减小信令开销，便于心跳资源管理。但其缺点是根据固定周期分配资源，存在资源浪费的可能，且无法根据资源灵活调整心跳周期。当控制节点的下级节点中处于激活状态的节点较少时，可能造成部分预留的心跳资源空闲；另外，对于处于调度状态的受控节点，由于其无须发送心跳消息，分配给其的心跳资源也将空闲，造成资源浪费。

在一些实施例中，心跳参数和每个用户的心跳偏移参数由控制节点根据激活状态节点集合的大小动态地调整，以提升心跳资源的利用率。系统预先定义一个门限，当激活状态节点集合的大小变化超过该门限时，调整心跳周期。具体地，当激活状态节点集合大小增加超过预设门限时，增大心跳周期；当激活状态节点集合大小减小超过预设门限时，减小心跳周期。心跳周期调整后，相应调整心跳周期的起始帧号，并重新为激活状态节点分配心跳偏移参数。心跳参数和心跳偏移参数的调整可以通过广播消息发送。

通过动态调整心跳参数，可以使心跳资源充分利用，避免物理资源浪费。由于每次调整心跳参数均需要通过广播消息告知子网内所有节点，通过合理设置预设门限，可以避免心跳周期的频繁调整。

根据心跳周期参数和心跳偏移参数，受控节点可以计算出当前帧是否包含分配给其的心跳资源。

在步骤S107中，若当前帧包含分配给该受控节点的心跳资源，则在该心跳资源上发送心跳消息。

因为心跳消息由受控节点在心跳资源上发送，因此，心跳消息可以是任何预定义的数据，控制节点收到心跳消息后，根据心跳资源的位置，即可知道是哪个受控节点发送的。控制节点可为每个处于激活状态的受控节点设置一个计数器，当控制节点收到受控节点发送的心跳消息后，将计数器清零。每经过一帧，计数器的值加1，当计数器大于某个预设计数值时，表示长期未收到该受控节点发送的心跳消息，此时，可认定该受控节点处于离线状态，并将其从激活状态节点集合中删除。

为了提高心跳资源的利用率，可以在心跳消息中加入额外的信息。

在一些实施例中，为了加快受控节点从激活状态转变为调度状态后频点的分配速度，可以在心跳消息中加入受控节点的测量信息。例如，可以在心跳消息中加入受控节点的下行扫频测量结果，下行扫频测量结果可以包括受控节点在一个或多个频点与该频点的信号强度测量值的组合。下行扫频测量结果反映了不同频点的信号强度，一般而言，信号强度越大，说明该受控节点使用该频点进行通信受到的干扰越大。控制节点可以根据不同受控节点的下行扫频测量结果，综合确定各个受控节点的优选的频点资源，从而当受控节点从激活状态转换为调度状态后，控制节点可以快速为该受控节点分配频点和带宽等资源。

在一些实施例中，心跳消息可以包括受控节点的功耗信息。受控节点的功耗信息可以用于该受控节点的上级节点对该受控节点的可在线情况进行评估；当该受控节点为中继节点时，受控节点的上级节点可基于该功耗信息对该中继节点可携带子节点的能力进行评估。

在一些实施例中，当受控节点为中继节点时，心跳消息包括该中继节点的上行扫频测量结果。中继节点包括终端侧和接入点侧。中继节点通过终端侧与中继节点的父节点通信，通过接入点侧与中继节点的子节点通信。中继节点进行上行扫频测量指中继节点的接入点侧对该中继节点的子节点到该中继节点的上行链路的可用频点进行测量。与下行扫频测量类似，每个频点对应一个或多个测量值，上行扫频结果包括一个或多个频点与该频点的信号强度测量值的组合。上行扫频测量结果反映了中继节点的子节点到该中继节点的上行链路的频点受到的干扰情况，控制节点可基于上行扫频测量结果确定分配给该中继节点用于为该中继节点的子节点服务的上行频点。

在一些实施例中，心跳消息还可以包括受控节点的标识。根据上文所述，不管是固定周期心跳发送模式，还是动态心跳周期发送模式，心跳资源都是由控制节点根据一定准则分配给子节点的，因此，控制节点在不同心跳资源上收到心跳消息时，可推断相应受控节点的节点标识，因此，理论上无需在心跳消息中携带额外的受控节点的节点标识。但在实际操作中，尤其在动态心跳发送方式下，激活状态节点的增、删都涉及心跳周期和心跳资源分配的变化，为避免因分配消息收发不一致而导致的映射错误，在心跳消息中加入受控节点标识可有效提高心跳消息的辨识度。

与心跳方法100相对应的，图8示出了本公开的一种用于无线自组网的心跳方法200，应用于控制节点，其包括以下步骤。

在步骤S201中，控制节点向子网内的受控节点发送包括调度信息的广播消息。

调度信息指示了被调度的受控节点。

在步骤S203中，确定每个受控节点的当前连接状态。

控制节点为每个受控节点维护一个连接状态转移状态机，基于受控节点先前连接状态和该受控节点的调度信息确定该受控节点的当前连接状态，该状态机与受控节点的状态机同步。

在步骤S205中，确定当前帧是否包含分配给激活状态的受控节点的心跳资源。

控制节点可以根据心跳周期参数和分配给受控节点的心跳偏移参数计算出当前帧是否包括分配给激活状态的受控节点的心跳资源。

在步骤S207中，若当前帧包含分配给处于激活状态的受控节点心跳资源，则在心跳资源上接收心跳消息。

如果收到心跳消息，则控制节点可通过心跳资源与受控节点的对应关系确定该心跳消息对应的受控节点仍然在线。

如果在某个处于激活状态的受控节点对应的心跳资源上，连续若干次仍未接收到心跳消息，则认为该受控节点已处于离线状态，并进一步向该受控节点发送释放消息。

然而，在一些情况下，尽管受控节点发送了心跳消息，但可能由于某些原因，例如链路质量差等，导致控制节点未能在预定的时间内正确接收到受控节点发送的心跳消息，为了避免错误释放，控制节点可以尝试对该受控节点进行调度，即在广播消息中发送包含分配给该受控节点的上下行数据时隙信息。如果控制节点在分配给该受控节点的上行数据时隙中收到受控节点发送的反馈数据，则说明该受控节点仍处于在线状态，否则，确认该受控节点处于离线状态，并进一步向该受控节点发送释放消息。通过这种方法，可进一步减小在线的受控节点被错误释放的可能性。

在具体实现过程中，心跳方法100和200中的各个步骤均可通过控制节点或受控节点的处理器执行存储器中存储的软件形式的计算机执行指令实现，为避免重复，此处不再赘述。

本技术领域的一般技术人员可以通过阅读说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措辞“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一”、“一个”不排除复数。在本申请的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。

Claims (23)

1.一种用于无线自组网的心跳方法，其特征在于，所述无线自组网包括控制节点和与所述控制节点之间存在直接无线连接的至少一个受控节点，所述控制节点和所述受控节点通过预定义的帧结构进行通信，所述帧结构包括广播时隙和上行接入时隙，所述方法应用于所述至少一个受控节点，所述方法包括：

接收所述控制节点通过广播时隙发送的广播消息，所述广播消息包括指示所述受控节点是否被调度的调度信息；

基于所述调度信息确定所述受控节点的当前连接状态是否为激活状态；

若所述受控节点的当前连接状态为激活状态，则根据心跳周期参数和分配给所述受控节点的心跳偏移参数确定当前帧是否包含分配给所述受控节点的心跳资源，所述心跳周期参数包括心跳周期和心跳周期的起始帧号，所述心跳资源设置于所述上行接入时隙；

若当前帧包含分配给所述受控节点的心跳资源，则在所述心跳资源上发送心跳消息。

2.根据权利要求1所述的心跳方法，其特征在于，所述基于所述调度信息确定所述受控节点的当前连接状态是否为激活状态的步骤包括：

检测所述受控节点在当前帧是否被调度；

若所述受控节点在当前帧未被调度，则确认当前连接状态为激活状态。

3.根据权利要求1所述的心跳方法，其特征在于，所述基于所述调度信息确定所述受控节点的当前连接状态是否为激活状态的步骤包括：

若所述受控节点上一帧的连接状态为调度状态，则统计当前帧及自上一帧起往前的第一预定时间段内所述受控节点自上一帧起往前连续处于调度状态的帧中，未被调度的帧数总和是否大于第一预设门限；

若当前帧及所述第一预定时间段内所述受控节点自上一帧起往前连续处于调度状态的帧中，未被调度的帧数总和大于所述第一预设门限，则确认当前连接状态为激活状态。

4.根据权利要求1所述的心跳方法，其特征在于，所述基于所述调度信息确定所述受控节点的当前连接状态是否为激活状态的步骤包括：

若所述受控节点上一帧的连接状态为激活状态，则统计当前帧及自上一帧起往前的第二预定时间段内所述受控节点自上一帧起往前连续处于激活状态的帧中，被调度的帧数总和是否小于或等于第二预设门限；

若当前帧及所述第二预定时间段内所述受控节点自上一帧起往前连续处于激活状态的帧中，被调度的帧数总和小于或等于所述第二预设门限，则确认当前连接状态为激活状态。

5.根据权利要求1所述的心跳方法，其特征在于，所述心跳资源与上行随机接入信道以时分方式复用所述上行接入时隙。

6.根据权利要求1所述的心跳方法，其特征在于，所述分配给所述受控节点的心跳偏移参数是控制节点在所述受控节点随机接入过程中，向所述受控节点发送的。

7.根据权利要求1所述的心跳方法，其特征在于，所述分配给所述受控节点的心跳偏移参数对应于所述受控节点的用户标识。

8.根据权利要求1所述的心跳方法，其特征在于，所述心跳周期参数和/或分配给所述受控节点的心跳偏移参数可动态变化。

9.根据权利要求8所述的心跳方法，其特征在于，所述心跳周期由控制节点根据处于激活状态的受控节点数量确定，并通过广播消息发送。

10.根据权利要求1所述的心跳方法，其特征在于，所述心跳消息包括所述受控节点的用户标识。

11.根据权利要求1所述的心跳方法，其特征在于，所述心跳消息包括所述受控节点的下行扫频测量结果，所述控制节点可基于所述下行扫频测量结果确定当所述受控节点转入调度状态后，分配给所述受控节点的频点和带宽。

12.根据权利要求1所述的心跳方法，其特征在于，所述心跳消息包括所述受控节点的功耗信息。

13.根据权利要求1所述的心跳方法，其特征在于，所述受控节点为中继节点，所述心跳消息包括所述中继节点的上行扫频测量结果，所述控制节点可基于所述上行扫频测量结果确定分配给所述中继节点用于服务其子节点的上行频点。

14.一种用于无线自组网的心跳方法，其特征在于，所述无线自组网包括控制节点和与所述控制节点之间存在直接无线连接的至少一个受控节点，所述控制节点和所述受控节点通过预定义的帧结构进行通信，所述帧结构包括广播时隙和上行接入时隙，所述方法应用于所述控制节点，所述方法包括：

通过广播时隙发送包括调度信息的广播消息，所述调度信息指示被调度的受控节点；

基于所述调度信息确定所述每个受控节点的当前连接状态；

对于当前连接状态为激活状态的受控节点，根据心跳周期参数和分配给所述激活状态的受控节点的心跳偏移参数确定当前帧是否包含分配给所述激活状态的受控节点的心跳资源，所述心跳周期参数包括心跳周期和心跳周期的起始帧号，所述心跳资源设置于所述上行接入时隙；

若当前帧包含分配给所述激活状态的受控节点心跳资源，则在所述心跳资源上接收所述激活状态的受控节点发送的心跳消息。

15.根据权利要求14所述的心跳方法，其特征在于，在所述心跳资源上接收心跳消息以判断所述激活状态的受控节点是否在线的步骤包括：

若在预定义期间内收到所述激活状态的受控节点发送的心跳消息，则确认所述激活状态的受控节点仍然在线。

16.根据权利要求15所述的心跳方法，其特征在于，在所述心跳资源上接收心跳消息以判断所述激活状态的受控节点是否在线的步骤进一步包括：

若在预定义期间内未收到所述激活状态的受控节点发送的心跳消息，则确认所述激活状态的受控节点处于离线状态。

17.根据权利要求15所述的心跳方法，其特征在于，在所述心跳资源上接收心跳消息以判断所述激活状态的受控节点是否在线的步骤进一步包括：

若在预定义期间内未收到所述激活状态的受控节点发送的心跳消息，则调度所述激活状态的受控节点；

若在所述分配给所述激活状态的受控节点的上行数据时隙未收到所述受控节点发送的反馈数据，则确认所述激活状态的受控节点处于离线状态。

18.根据权利要求17所述的心跳方法，其特征在于，在确认所述激活状态的受控节点处于离线状态之后，在所述心跳资源上接收心跳消息以判断所述激活状态的受控节点是否在线的步骤进一步包括：

向所述激活状态的受控节点发送释放消息。

19.一种用于无线自组网的心跳方法，其特征在于，所述无线自组网包括控制节点和与所述控制节点之间存在直接无线连接的至少一个受控节点，所述控制节点和所述受控节点通过预定义的帧结构进行通信，所述帧结构包括广播时隙和上行接入时隙，所述方法应用于所述控制节点，所述方法包括：

通过广播时隙发送包括调度信息的广播消息，所述调度信息指示被调度的受控节点；

基于所述调度信息确定所述每个受控节点的当前连接状态；

基于当前连接状态为激活状态的受控节点的数量调整心跳参数，所述心跳参数包括心跳周期和心跳周期起始帧号；

通过广播消息发送所述心跳参数。

20.根据权利要求19所述的心跳方法，其特征在于，基于当前连接状态为激活状态的受控节点的数量调整心跳参数的步骤包括：

若当前连接状态为激活状态的受控节点的数量增加超过预设门限，则增大心跳周期。

21.根据权利要求19所述的心跳方法，其特征在于，基于当前连接状态为激活状态的受控节点的数量调整心跳参数的步骤包括：

若当前连接状态为激活状态的受控节点的数量减少超过预设门限，则减小心跳周期。

22.一种用于无线自组网的受控节点，其特征在于，所述无线自组网包括控制节点和与所述控制节点之间存在直接无线连接的至少一个受控节点，所述控制节点和所述受控节点通过预定义的帧结构进行通信，所述帧结构包括广播时隙和上行接入时隙，所述受控节点包括：

处理器；

收发器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行以下步骤：

控制收发器接收控制节点通过广播时隙发送的广播消息，所述广播消息包括指示所述受控节点是否被调度的调度信息；

基于所述调度信息确定所述受控节点的当前连接状态是否为激活状态；

若所述受控节点的当前连接状态为激活状态，则根据心跳周期参数和分配给所述受控节点的心跳偏移参数确定当前帧是否包含分配给所述受控节点的心跳资源，所述心跳周期参数包括心跳周期和心跳周期的起始帧号，所述心跳资源设置于所述上行接入时隙；

若当前帧包含分配给所述受控节点的心跳资源，则在所述心跳资源上发送心跳消息。

23.一种用于无线自组网的控制节点，其特征在于，所述无线自组网包括控制节点和与所述控制节点之间存在直接无线连接的至少一个受控节点，所述控制节点和所述受控节点通过预定义的帧结构进行通信，所述帧结构包括广播时隙和上行接入时隙，所述控制节点包括：

处理器；

收发器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行以下步骤：

通过广播时隙发送包括调度信息的广播消息，所述调度信息指示被调度的受控节点；

基于所述调度信息确定每个受控节点的当前连接状态；

对于当前连接状态为激活状态的受控节点，根据心跳周期参数和分配给所述激活状态的受控节点的心跳偏移参数确定当前帧是否包含分配给所述激活状态的受控节点的心跳资源，所述心跳周期参数包括心跳周期和心跳周期的起始帧号，所述心跳资源设置于所述上行接入时隙；

若当前帧包含分配给所述激活状态的受控节点心跳资源，则在所述心跳资源上接收心跳消息。

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