CN110062447A - 一种降低无线自组织网络下行响应时延的方法 - Google Patents

Abstract

一种降低无线自组织网络下行响应时延的方法，涉及降低具有双向通信能力的低功耗无线自组织网络下行响应时延的技术，为了满足具有双向通信能力的低功耗无线自组织网络的低下行响应时延需求。该方法包括：规范和同步无线自组织网络中所有节点的自然时间；管理节点向普通节点下发调度信息；普通节点依据调度信息和自然时间，计算并转换自身的状态；普通节点转换后的状态分为正常活跃状态和休眠状态；然后在休眠状态期间，插入至少一个短时活跃状态。本发明适用于无线自组织网络。

Description

一种降低无线自组织网络下行响应时延的方法

技术领域

本发明涉及降低具有双向通信能力的低功耗无线自组织网络下行响应时延的技术。

背景技术

近些年来，随着无线网络技术的不断成熟，无线自组织网络被广泛应用到各行各业。但在通常情况下，无线节点采用电池供电，其电量十分有限。而在实际应用需求中，一般都要求网络的寿命不低于几年甚至超过十年。某些实际应用不仅需要保障无线网络低功耗，而且要求无线网络具有双向通信的能力，能够对无线网络和终端设备进行下行控制，下行响应时延要控制在分钟级。下行响应时延定义为从上位机发送下行控制命令开始到全部网络节点收到下行控制命令结束需要的时间。目前，为了保持低功耗，星型网络通常只上报数据，不具有双向通信能力或者下行响应时延很长(在小时级)。大多数多跳自组织网络要么网络功耗偏高要么下行响应时延很长(在小时级)。因此需要设计一种降低低功耗无线自组织网络的下行响应时延的方法，在保障无线网络低功耗的基础上，能够将网络下行响应时延控制在分钟级。

发明内容

本发明的目的是为了满足具有双向通信能力的低功耗无线自组织网络的低下行响应时延需求，从而提供一种降低无线自组织网络下行响应时延的方法。

本发明所述的一种降低无线自组织网络下行响应时延的方法，该方法包括：

规范和同步无线自组织网络中所有节点的自然时间；

管理节点向普通节点下发调度信息；

普通节点依据调度信息和自然时间，计算并转换自身的状态；

普通节点转换后的状态分为正常活跃状态和休眠状态；然后在休眠状态期间，插入至少一个短时活跃状态。

优选的是，当普通节点处在休眠状态时，关闭操作系统的事件定时器，关闭普通节点的射频，功耗典型值是微安级；

当普通节点处在正常活跃状态时，开启操作系统的事件定时器，普通节点设置在异步侦听模式；

当普通节点处在短时活跃状态时，关闭操作系统的事件定时器，普通节点设置在异步侦听模式。

优选的是，该方法还包括通过低时延多播方法将上位机的下行控制命令泛洪到整个网络，该低时延多播方法包括：

步骤一、管理节点缓存上位机发送的下行控制命令，并在普通节点的正常活跃状态或短时活跃状态期间多播该下行控制命令到整个无线自组织网络；

步骤二、普通节点接收下行控制命令即多播消息，并根据多播消息源地址和多播消息的序列号判断该多播消息是否重复，如果判断结果为是，则丢弃该多播消息并结束该低时延多播方法，否则将该多播消息转发给应用层，然后执行步骤三；

步骤三、判断重传次数是否超过设定的最大值，如果判断结果为是，则丢弃该多播消息并结束该低时延多播方法，否则执行步骤四；

步骤四、进行空信道检测，如果未检测到信道冲突，则发送该多播消息，并结束该低时延多播方法，否则设置重传定时器进行退避重传，并返回步骤三。

本发明能够在保持无线自组网的特性、网络高可靠性和低功耗的前提下，达到降低网络下行响应时延的目的，能够将网络下行响应时延控制在分钟级。

附图说明

图1是一种降低无线自组织网络下行响应时延的方法的架构图；

图2是一种降低无线自组织网络下行响应时延的方法的流程图；

图3是低时延多播方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本实施方式主要包括低功耗网络模式和低时延多播方法两部分。低时延网络模式能够显著降低低功耗网络下行响应时延。低时延多播算法保障上位机的下行控制命令能够快速可靠地泛洪到整个网络，缩短了短时活跃时长，一定程度上降低了网络功耗。

低功耗网络模式采用时间同步技术对网络状态进行统一控制，将网络状态划分为正常活跃、短时活跃和休眠三种状态。为了保障网络较长的使用寿命，网络绝大多数时间处于休眠状态。相邻正常活跃状态间隔时间很长，即网络休眠可以长达几小时或十几小时。根据网络调度将网络划分为正常活跃和休眠两种状态。然后在休眠状态期间，根据设定的规则引入多个短时活跃状态，例如相邻短时活跃状态间隔10分钟，短时活跃状态持续时长20秒。在正常活跃和短时活跃状态，基于异步通信方式实现低功耗数据传输。

本实施方式的一种降低无线自组织网络下行响应时延的方法，采用上述低功耗网络模式实现，该方法包括：

使用时间同步技术规范和同步无线自组织网络中所有节点的自然时间；

管理节点向全网普通节点可靠地下发以位图(BITMAP)表示的统一的调度信息；指示普通节点在各个时间段应处的(正常活跃/休眠)状态。BITMAP中，0表示休眠状态，1表示正常活跃状态。

普通节点依据调度信息和自然时间，计算并转换自身的状态；

普通节点转换后的状态分为正常活跃状态和休眠状态；然后在休眠状态期间，插入至少一个短时活跃状态。

当普通节点处在休眠状态时，关闭操作系统的事件定时器，停止进程的轮询和响应，关闭普通节点的射频，停止对信道的检测，以极低功耗运行，功耗典型值是微安级；

当普通节点处在正常活跃状态时，网络活跃时间较长。节点处于异步低功耗侦听模式，节点周期性的进行信道检测，支持数据的无线收发，如果收到下行控制命令，通过低时延多播算法快速可靠地泛洪到全网；同时，节点开启操作系统的事件定时器，进行进程轮询和事件响应，支持网络协议和应用功能的执行。

当普通节点处在短时活跃状态时，网络活跃时间很短。关闭操作系统的事件定时器，普通节点设置在异步侦听模式，节点周期性的进行信道检测，准备接收来自上位机发送的下行控制命令，如果收到下行控制命令，通过低时延多播算法快速可靠地泛洪到全网。

低时延多播方法：网络层多播引擎收到多播数据只做简单的去重处理，不做任何延迟直接转发。在MAC层使用ContikiMAC，多播数据发送之前只做一次CCA(空信道检测)。如果未检测到信道冲突直接发送，否则退避重传。通过延长包间隔，可以提高多播消息的并发度。该多播引擎利用了无线射频的捕获效应进行并发传输，降低了网络多播延迟。

通过低时延多播方法将上位机的下行控制命令泛洪到整个网络，具体包括：

步骤一、管理节点缓存上位机发送的下行控制命令，并在普通节点的正常活跃状态或短时活跃状态期间多播该下行控制命令到整个无线自组织网络；

步骤二、普通节点接收下行控制命令即多播消息，并根据多播消息源地址和多播消息的序列号判断该多播消息是否重复，如果判断结果为是，则丢弃该多播消息并结束该低时延多播方法，否则将该多播消息转发给应用层，然后执行步骤三；

步骤三、判断重传次数是否超过设定的最大值，如果判断结果为是，则丢弃该多播消息并结束该低时延多播方法，否则执行步骤四；

步骤四、进行空信道检测，如果未检测到信道冲突，则发送该多播消息，并结束该低时延多播方法，否则设置重传定时器进行退避重传，重传定时器达到设置时间时执行步骤三。

利用低时延多播算法，实现了将多播消息快速可靠地泛洪到全网，缩短了短时活跃时长，一定程度上降低了网络功耗。

Claims (3)

1.一种降低无线自组织网络下行响应时延的方法，其特征在于，该方法包括：

规范和同步无线自组织网络中所有节点的自然时间；

管理节点向普通节点下发调度信息；

普通节点依据调度信息和自然时间，计算并转换自身的状态；

普通节点转换后的状态分为正常活跃状态和休眠状态；然后在休眠状态期间，插入至少一个短时活跃状态。

2.根据权利要求1所述的一种降低无线自组织网络下行响应时延的方法，其特征在于，当普通节点处在休眠状态时，关闭操作系统的事件定时器，关闭普通节点的射频；

当普通节点处在正常活跃状态时，开启操作系统的事件定时器，普通节点设置在异步侦听模式；

当普通节点处在短时活跃状态时，关闭操作系统的事件定时器，普通节点设置在异步侦听模式。

3.根据权利要求1所述的一种降低无线自组织网络下行响应时延的方法，其特征在于，该方法还包括通过低时延多播方法将上位机的下行控制命令泛洪到整个网络，该低时延多播方法包括：

步骤一、管理节点缓存上位机发送的下行控制命令，并在普通节点的正常活跃状态或短时活跃状态期间多播该下行控制命令到整个无线自组织网络；

步骤二、普通节点接收下行控制命令即多播消息，并根据多播消息源地址和多播消息的序列号判断该多播消息是否重复，如果判断结果为是，则丢弃该多播消息并结束该低时延多播方法，否则将该多播消息转发给应用层，然后执行步骤三；

步骤三、判断重传次数是否超过设定的最大值，如果判断结果为是，则丢弃该多播消息并结束该低时延多播方法，否则执行步骤四；

步骤四、进行空信道检测，如果未检测到信道冲突，则发送该多播消息，并结束该低时延多播方法，否则设置重传定时器进行退避重传，并返回步骤三。