CN113179141A - 一种网络调度用自适应信道选择算法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种网络调度用自适应信道选择算法，包括以下步骤：A、判断是否需要更换信道，B、根据上次更新信道的时间判断是否要更换信道，C、对所有信道进行排列，D、查找现行跳帧序列中是否有信道处于繁忙状态，E、选取现行跳帧序列中质量最差的信道作为被替换的信道。本发明的目的在于改善面向工业物联的6LoWPAN网络的运行效率或服务质量，以应对工业物联应用场景下的工业无线传感器网络的相关性能要求，提供一种网络调度用自适应信道选择算法。

Description

一种网络调度用自适应信道选择算法
技术领域
本发明涉及物联网通信技术领域，尤其涉及一种网络调度用自适应信道选择算法。
背景技术
工业物联网(IndustrialInternetofThings,IIoT)是指通过将具有感知、监控能力的各类智能终端以及泛在技术、移动通信、智能分析等新兴技术不断融入到工业生产过程各个环节，最终实现传统工业生产模式上升到智能化的新阶段。通过工业物联网的应用，把先进的物联网技术和传统工业结合起来，可以显著提高工业制造效率，降低生产的成本和能耗，同时还可以降低污染的排放，最终实现工业的智能化生产。工业物联网目前已经在越来越多地应用领域中被广泛时间，其应用形式也不断拓展。
互联网与物联网的互相接入的需求以及挑战催生了6LoWPAN(IPv6overLow-powerWPAN)标准的诞生，而IPv6取代IPv4是大势所趋。物联网技术的发展对网络地址的需求将进一步推动IPv6的应用与推广。6LoWPAN将IPv6和WSN相结合，具有更好的适应性和通用性，在工业物联网当中有着广阔的应用。
工业无线传感器网络所面对的工业生产环境十分复杂多样，而其应用领域对实时性和网络的抗干扰能力等均提出了较高的要求。而工业无线传感器网络中采用的网络调度的方法对网络性能有着直接的影响。故需要改善面向工业物联的6LoWPAN网络的运行效率或服务质量，以应对工业物联应用场景下的工业无线传感器网络的相关性能要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，改善面向工业物联的6LoWPAN网络的运行效率或服务质量，以应对工业物联应用场景下的工业无线传感器网络的相关性能要求，提供一种网络调度用自适应信道选择算法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种网络调度用自适应信道选择算法，网络调度系统包括信道质量评估模块、信道选择模块，所述信道质量评估模块对各个信道的质量进行评价，给出候选信道的质量的估计结果，所述信道选择模块基于信道评估模块给出的候选信道质量的估计，决定是否更新跳频序列，包括以下步骤：
A、判断是否需要更换信道，如没有则不再更新，如需要则进行下一步；
B、根据上次更新信道的时间判断是否要更换信道，如上次更新信道的时间小于设定值则不再更新，如如上次更新信道的时间大于设定值则进行下一步；
C、对所有信道进行排列，并逐个判断其是否处于繁忙状态，将处于非繁忙状态且质量较好的信道向前排列；
D、查找现行跳帧序列中是否有信道处于繁忙状态，如没有则不再更新，如有则进行下一步；
E、选取现行跳帧序列中质量最差的信道作为被替换的信道，调用候选信道选择算法判断是否存在可替换的信道，如果没有则不再更新，如果有则更新跳帧序列。
为了进一步实现本发明，可优先选用以下技术方案：
优选的，所述网络调度系统还包括无线传输介质，所述无线传输介质即无线传输的物理通道。
优选的，所述信道质量评估模块选取展现信道能量水平的度量RSSI作为信道质量评价的标准，并通过EWMA法对信道质量建模，给出了信道质量的估计。
优选的，所述信道选择模块决定更新跳帧序列时，信道选择模块从候选信道中选取一个合适的信道取代跳频序列中需要替换的信道，完成信道的选择。信道跳频序列的更新模式为基于上游节点的更新，即当父节点的跳频序列发生变化时，通过EB信标，向下游节点传送更改的跳频序列，完成对跳频序列的更新。
优选的，所述信道质量评估模块的RSSI采样被安排在每个TX时槽的时槽开始和TX偏移之间，其时间长度为2120微秒。
优选的，所述信道质量评估模块的RSSI采样需要节点处于接收机状态，采样前先判断RX模块是否处于开启状态，如果测量成功，则返回RSSI值，更新对应信道的RSSI信息，通过对各个信道的逐个测量，更新信道的最新RSSI值信息；
当信道RSSI信息更新后，更新信道质量的估计值，并判断是否需要重新计算最优的跳频序列。
优选的，所述信道选择模块采用bitmap的数据结构。
优选的，所述信道选择模块利用bitmap定义了两个跳序列：初始的信道跳频序列和当前的信道跳频序列；保留初始的跳频序列信息，以防止当前的信道跳频序列完全从初始的跳频序列迁移，即出现初始的信道跳频序列和当前的信道跳频序列没有任何位置上的元素相同的情况。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明设置有信道质量评估模块和信道选择模块，在通信时自动选择质量好的信道，保障网络通信质量。
具体实施方式
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种网络调度用自适应信道选择算法，网络调度系统包括信道质量评估模块、信道选择模块，所述信道质量评估模块对各个信道的质量进行评价，给出候选信道的质量的估计结果，所述信道选择模块基于信道评估模块给出的候选信道质量的估计，决定是否更新跳频序列，包括以下步骤：
A、判断是否需要更换信道，如没有则不再更新，如需要则进行下一步；
B、根据上次更新信道的时间判断是否要更换信道，如上次更新信道的时间小于设定值则不再更新，如如上次更新信道的时间大于设定值则进行下一步；
C、对所有信道进行排列，并逐个判断其是否处于繁忙状态，将处于非繁忙状态且质量较好的信道向前排列；
D、查找现行跳帧序列中是否有信道处于繁忙状态，如没有则不再更新，如有则进行下一步；
E、选取现行跳帧序列中质量最差的信道作为被替换的信道，调用候选信道选择算法判断是否存在可替换的信道，如果没有则不再更新，如果有则更新跳帧序列。
所述网络调度系统还包括无线传输介质，所述无线传输介质即无线传输的物理通道。
所述信道质量评估模块选取展现信道能量水平的度量RSSI作为信道质量评价的标准，并通过EWMA法对信道质量建模，给出了信道质量的估计。
所述信道选择模块决定更新跳帧序列时，信道选择模块从候选信道中选取一个合适的信道取代跳频序列中需要替换的信道，完成信道的选择。信道跳频序列的更新模式为基于上游节点的更新，即当父节点的跳频序列发生变化时，通过EB信标，向下游节点传送更改的跳频序列，完成对跳频序列的更新。
所述信道质量评估模块的RSSI采样被安排在每个TX时槽的时槽开始和TX偏移之间，其时间长度为2120微秒。
所述信道质量评估模块的RSSI采样需要节点处于接收机状态，采样前先判断RX模块是否处于开启状态，如果测量成功，则返回RSSI值，更新对应信道的RSSI信息，通过对各个信道的逐个测量，更新信道的最新RSSI值信息；
当信道RSSI信息更新后，更新信道质量的估计值，并判断是否需要重新计算最优的跳频序列。
所述信道选择模块采用bitmap的数据结构。
所述信道选择模块利用bitmap定义了两个跳序列：初始的信道跳频序列和当前的信道跳频序列；保留初始的跳频序列信息，以防止当前的信道跳频序列完全从初始的跳频序列迁移，即出现初始的信道跳频序列和当前的信道跳频序列没有任何位置上的元素相同的情况。
本发明设置有信道质量评估模块和信道选择模块，在通信时自动选择质量好的信道，保障网络通信质量。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种网络调度用自适应信道选择算法，网络调度系统包括信道质量评估模块、信道选择模块，所述信道质量评估模块对各个信道的质量进行评价，给出候选信道的质量的估计结果，所述信道选择模块基于信道评估模块给出的候选信道质量的估计，决定是否更新跳频序列，其特征在于，包括以下步骤：
A、判断是否需要更换信道，如没有则不再更新，如需要则进行下一步；
B、根据上次更新信道的时间判断是否要更换信道，如上次更新信道的时间小于设定值则不再更新，如如上次更新信道的时间大于设定值则进行下一步；
C、对所有信道进行排列，并逐个判断其是否处于繁忙状态，将处于非繁忙状态且质量较好的信道向前排列；
D、查找现行跳帧序列中是否有信道处于繁忙状态，如没有则不再更新，如有则进行下一步；
E、选取现行跳帧序列中质量最差的信道作为被替换的信道，调用候选信道选择算法判断是否存在可替换的信道，如果没有则不再更新，如果有则更新跳帧序列。
2.根据权利要求1所述的一种网络调度用自适应信道选择算法，其特征在于，所述网络调度系统还包括无线传输介质，所述无线传输介质即无线传输的物理通道。
3.根据权利要求1所述的一种网络调度用自适应信道选择算法，其特征在于，所述信道质量评估模块选取展现信道能量水平的度量RSSI作为信道质量评价的标准，并通过EWMA法对信道质量建模，给出了信道质量的估计。
4.根据权利要求1所述的一种网络调度用自适应信道选择算法，其特征在于，所述信道选择模块决定更新跳帧序列时，信道选择模块从候选信道中选取一个合适的信道取代跳频序列中需要替换的信道，完成信道的选择。信道跳频序列的更新模式为基于上游节点的更新，即当父节点的跳频序列发生变化时，通过EB信标，向下游节点传送更改的跳频序列，完成对跳频序列的更新。
5.根据权利要求3所述的一种网络调度用自适应信道选择算法，其特征在于，所述信道质量评估模块的RSSI采样被安排在每个TX时槽的时槽开始和TX偏移之间，其时间长度为2120微秒。
6.根据权利要求5所述的一种网络调度用自适应信道选择算法，其特征在于，所述信道质量评估模块的RSSI采样需要节点处于接收机状态，采样前先判断RX模块是否处于开启状态，如果测量成功，则返回RSSI值，更新对应信道的RSSI信息，通过对各个信道的逐个测量，更新信道的最新RSSI值信息；
当信道RSSI信息更新后，更新信道质量的估计值，并判断是否需要重新计算最优的跳频序列。
7.根据权利要求1所述的一种网络调度用自适应信道选择算法，其特征在于，所述信道选择模块采用bitmap的数据结构。
8.根据权利要求7所述的一种网络调度用自适应信道选择算法，其特征在于，所述信道选择模块利用bitmap定义了两个跳序列：初始的信道跳频序列和当前的信道跳频序列；保留初始的跳频序列信息，以防止当前的信道跳频序列完全从初始的跳频序列迁移，即出现初始的信道跳频序列和当前的信道跳频序列没有任何位置上的元素相同的情况。
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