动态时隙分配方法、装置、计算机设备和可读存储介质与流程

1.本发明涉及无线组网技术领域，具体涉及一种动态时隙分配方法、装置、计算机设备和可读存储介质。


背景技术：

2.在tdma系统中，时间被划分成了相互不重叠的时帧，而时帧又被划分成了相互不重叠的时隙，网络中每个节点在各个时隙内进行相应的操作；目前tdma网络一般有三种时隙分配算法：固定分配、动态分配和固定与动态相结合的混合时隙分配算法。其中动态分配算法是基于一定的拓扑结构产生的，所以当拓扑结构变化时就要及时更新时隙分配表，否则将会产生冲突，现有的拓扑结构变化更新时隙分配表的方法没有最差性能保障，当竞争节点较多时，存在有些节点竞争不到时隙的问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术中所存在的不足，本发明提供的动态时隙分配方法、装置、计算机设备和可读存储介质，解决了现有技术的时隙分配方法没有最差性能保障使有些节点竞争不到时隙的问题，根据网络结构变化及时更新时隙分配表，有效保证每个入网节点的时隙分配，提高了网络的服务质量保障。
4.第一方面，本发明提供一种动态时隙分配方法，应用于动态时隙分配网络，所述动态时隙分配网络包括中心节点和若干个子节点，所述方法包括：所述中心节点根据网络容量，建立时隙分配表，其中，所述时隙分配表包括若干个收发时隙帧，每个收发时隙帧包括网管时隙、数据时帧和广播时隙，所述数据时帧包括每个子节点发送数据的数据时隙；所述中心节点在当前收发时隙帧中的网管时隙，获取当前网络中所有子节点的组网状态；所述中心节点根据所有子节点的组网状态，生成更新后的数据时帧；所述中心节点在所述当前收发时隙帧中的广播时隙内，广播所述更新后的数据时帧，使当前网络中所有子节点在下一个收发时隙帧中根据所述更新后的数据时帧发送数据。
5.可选地，所述时隙分配表还包括：同步广播帧，所述同步广播帧包括时钟同步时隙、指令时帧和广播时隙，所述指令时帧包括若干个指令时隙。
6.可选地，所述方法还包括：所述中心节点在所述时钟同步时隙内广播时钟同步帧，使当前网络中所有子节点根据所述时钟同步帧进行时钟校准；所述中心节点在所述若干个指令时隙内广播多个遥控指令，使当前网络中所有子节点根据所述多个遥控指令获取相匹配的数据；所述中心节点在所述广播时隙内广播初始化的数据时帧，使当前网络中所有子节点根据所述初始化的数据时帧在相应的数据时隙内发送数据。
7.可选地，获取当前网络中所有子节点的组网状态，包括：获取当前网络中的退网请求和入网请求；根据当前网络中所述退网请求，获取当前网络中的子节点数量；判断所述子节点数量是否小于所述网络容量；当所述子节点数量小于所述网络容量时，根据所述入网请求和当前在网子节点得到当前网络中所有子节点的组网状态，所述组网状态包括子节点
编号和子节点之间的连接关系。
8.可选地，所述中心节点根据所有子节点的组网状态，生成更新后的数据时帧，包括：根据所述组网状态中子节点之间的连接关系，得到每个子节点发送数据的次数和每个子节点发送数据的顺序；根据所述每个子节点发送数据的次数和每个子节点发送数据的顺序，所述中心节点为每个子节点分配相应的数据时隙；将所有数据时隙组成更新后的数据时帧。
9.可选地，所述中心节点在所述当前收发时隙帧中的广播时隙内，广播所述更新后的数据时帧，包括：所述中心节点在所述更新后的数据时帧中加入校验码后在所述广播时隙内进行广播，使当前网络中所有子节点根据所述校验码进入下一个收发时隙帧中。
10.可选地，所述时隙分配表中的每个时隙包括用于发送数据的数据时间段和用于不发送数据的保护时间段。
11.第二方面，本发明提供一种动态时隙分配装置，应用于动态时隙分配网络，所述动态时隙分配网络包括中心节点和若干个子节点，所述装置包括：时隙分配表建立模块，用于所述中心节点根据网络容量，建立时隙分配表，其中，所述时隙分配表包括若干个收发时隙帧，每个收发时隙帧包括网管时隙、数据时帧和广播时隙，所述数据时帧包括每个子节点发送数据的数据时隙；组网状态获取模块，用于所述中心节点在当前收发时隙帧中的网管时隙，获取当前网络中所有子节点的组网状态；数据时帧更新模块，用于所述中心节点根据所有子节点的组网状态，生成更新后的数据时帧；数据时帧广播模块，用于所述中心节点在所述当前收发时隙帧中的广播时隙内，广播所述更新后的数据时帧，使当前网络中所有子节点在下一个收发时隙帧中根据所述更新后的数据时帧发送数据。
12.第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：所述中心节点根据网络容量，建立时隙分配表，其中，所述时隙分配表包括若干个收发时隙帧，每个收发时隙帧包括网管时隙、数据时帧和广播时隙，所述数据时帧包括每个子节点发送数据的数据时隙；所述中心节点在当前收发时隙帧中的网管时隙，获取当前网络中所有子节点的组网状态；所述中心节点根据所有子节点的组网状态，生成更新后的数据时帧；所述中心节点在所述当前收发时隙帧中的广播时隙内，广播所述更新后的数据时帧，使当前网络中所有子节点在下一个收发时隙帧中根据所述更新后的数据时帧发送数据。
13.第四方面，本发明提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：所述中心节点根据网络容量，建立时隙分配表，其中，所述时隙分配表包括若干个收发时隙帧，每个收发时隙帧包括网管时隙、数据时帧和广播时隙，所述数据时帧包括每个子节点发送数据的数据时隙；所述中心节点在当前收发时隙帧中的网管时隙，获取当前网络中所有子节点的组网状态；所述中心节点根据所有子节点的组网状态，生成更新后的数据时帧；所述中心节点在所述当前收发时隙帧中的广播时隙内，广播所述更新后的数据时帧，使当前网络中所有子节点在下一个收发时隙帧中根据所述更新后的数据时帧发送数据。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
15.本发明中心节点根据网络容量建立时隙分配表，再根据时隙分配表中的网管时隙获取当前网络拓扑结构，然后根据当前网络拓扑结构的变化动态更新时隙分配表，并在当
前收发时隙帧中进行退网或入网申请，更新后的数据时隙在下一个收发时隙帧中进行体现，可以根据网络结构变化及时更新时隙分配表，有效保证每个入网节点的时隙分配，提高了网络的服务质量保障。
附图说明
16.图1所示为本发明实施例提供的一种动态时隙分配方法的流程示意图；
17.图2所示为本发明实施例提供的一种时隙分配表的结构示意图；
18.图3所示为本发明实施例提供的一种时隙结构示意图；
19.图4所示为本发明实施例提供的一种中心节点动态分配时隙的流程示意图；
20.图5所示为本发明实施例提供的一种子节点入网流程示意图；
21.图6所示为本发明实施例提供的一种动态时隙分配装置的结构图。
具体实施方式
22.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
23.图1所示为本发明实施例提供的一种动态时隙分配方法的流程示意图；如图1所示，应用于动态时隙分配网络，所述动态时隙分配网络包括中心节点和若干个子节点，所述动态时隙分配方法具体包括以下步骤：
24.步骤s101，所述中心节点根据网络容量，建立时隙分配表，其中，所述时隙分配表包括若干个收发时隙帧，每个收发时隙帧包括网管时隙、数据时帧和广播时隙，所述数据时帧包括每个子节点发送数据的数据时隙。
25.在本实施例中，所述时隙分配表还包括：同步广播帧，所述同步广播帧包括时钟同步时隙、指令时帧和广播时隙，所述指令时帧包括若干个指令时隙。
26.需要说明的是，网络容量为所述动态时隙分配网络能容纳的最大子节点数量，在动态时隙分配网络中包括一个中心节点和若干个子节点，中心节点与其他子节点均在一跳范围内，使子节点通过申请时隙可以保证在下一个时帧中获得时隙传输数据，并且网络中的子节点可以频繁出入网，每个子节点的负载均衡。
27.在本实施例中，所述中心节点在所述时钟同步时隙内广播时钟同步帧，使当前网络中所有子节点根据所述时钟同步帧进行时钟校准；所述中心节点在所述若干个指令时隙内广播多个遥控指令，使当前网络中所有子节点根据所述多个遥控指令获取相匹配的数据；所述中心节点在所述广播时隙内广播初始化的数据时帧，使当前网络中所有子节点根据所述初始化的数据时帧在相应的数据时隙内发送数据。
28.图2所示为本发明实施例提供的一种时隙分配表的结构示意图，如图2所示，在时隙分配表的第一行为同步广播帧，第二行及以后行都是收发时隙帧，子节点在收发时隙帧中才进行数据的发送，其中所述同步广播帧包括时钟同步时隙sp,指令时隙tp1
‑
tpn和广播时隙cp；为了使网络中的中心节点与子节点保持时间同步，网络以中心节点的时钟作为全网的基准时钟，在时钟同步时隙sp内广播时钟同步帧，使网络中所有子节点根据所述时钟
同步帧进行时钟校准。
29.进一步地，中心节点在指令时隙tp1
‑
tpn内广播多个遥控指令，使当前网络中每个子节点解析所述多个遥控指令，从所述多个遥控指令中获取与本身节点相对应的遥控指令，并且根据所述遥控指令获取相应的遥测数据。所述遥控指令包括节点编号、发送数据类型和发送数据的目标节点。进一步地，中心节点根据当前节点数据、网络容量和每个节点发送数据的目标节点，生成初始化数据时帧并且在同步广播帧中的广播时隙内进行广播，使当前网络中所有子节点在第一个收发时隙帧中，根据所述初始化的数据时帧在相应的数据时隙内发送数据。
30.步骤s102，所述中心节点在当前收发时隙帧中的网管时隙，获取当前网络中所有子节点的组网状态。
31.在本实施例中，获取当前网络中所有子节点的组网状态，包括：获取当前网络中的退网请求和入网请求；根据当前网络中所述退网请求，获取当前网络中的子节点数量；判断所述子节点数量是否小于所述网络容量；当所述子节点数量小于所述网络容量时，根据所述入网请求和当前在网子节点得到当前网络中所有子节点的组网状态，所述组网状态包括子节点编号和子节点之间的连接关系。
32.需要说明的是，在每个收发时隙帧的网管时隙内，每个子节点都可以在这网管时隙内申请入网或者退网，因此中心节点根据退网请求，得到当前网络中子节点数量，再根据子节点数量与网络容量进行比较，当子节点数量小于网络容量，根据入网请求接收时间顺序同意节点入网，若子节点数量等于网络容量时则拒绝后续的入网请求，将退网请求和入网请求处理完毕后，统计当前网络中所有子节点的组网状态。
33.步骤s103，所述中心节点根据所有子节点的组网状态，生成更新后的数据时帧。
34.在本实施例中，中心节点根据子节点数量，依次交替分配数据时隙，举例说明，若网络中只有1个子节点，则数据时帧中的所有数据时隙都只分配给这1个子节点；若网络中有3个子节点，则数据时帧中的数据时隙交替分配给子节点1、子节点2和子节点3，依次类推，若网络中有n个子节点，则数据时帧中的n个数据时隙依次分配个n个子节点，从而保障每个子节点都能分配到相应的数据时隙。
35.进一步地，所述中心节点根据所有子节点的组网状态，生成更新后的数据时帧，还包括：根据所述组网状态中子节点之间的连接关系，得到在预设时长内每个子节点发送数据的次数和每个子节点发送数据的顺序；根据所述每个子节点发送数据的次数和每个子节点发送数据的顺序，所述中心节点为每个子节点分配相应的数据时隙；将所有数据时隙组成更新后的数据时帧。
36.需要说明的是，为了提高子节点数据发送效率，在本实施例中心节点根据在一轮数据发送过程中每个子节点发送数据的次数，为每个子节点分配相应的数据时隙，使得在一个数据时帧内，数据发送次数多的子节点分配的数据时隙多，数据发送次数少的子节点分配的数据时隙少，并且根据发送数据的顺序进行时隙分配，避免子节点为了等待数据时隙而造成发送数据的延迟，进一步提高了子节点数据的发送效率。
37.步骤s104，所述中心节点在所述当前收发时隙帧中的广播时隙内，广播所述更新后的数据时帧，使当前网络中所有子节点在下一个收发时隙帧中根据所述更新后的数据时帧发送数据。
38.在本实施例中，所述中心节点在所述当前收发时隙帧中的广播时隙内，广播所述更新后的数据时帧，包括：所述中心节点在所述更新后的数据时帧中加入校验码后在所述广播时隙内进行广播，使当前网络中所有子节点根据所述校验码进入下一个收发时隙帧中。
39.需要说明的是，在本实施例提供的时隙分配表中，子节点在当前收发时隙帧中的网管时隙进行退网或入网申请，并且使中心节点当前收发时隙帧中的广播时隙广播根据网络结构变化进行数据时隙的重新分配，而当前网络中子节点发送数据的数据时隙是根据上一个收发时隙帧中的中心节点在广播时隙内广播的数据时帧而解析出的数据时隙；因此在当前收发时隙帧中进行退网或入网申请，更新后的数据时隙在下一个收发时隙帧中进行体现，可以根据网络结构变化及时更新时隙分配表，有效保障每个入网节点的时隙分配。
40.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
41.本发明中心节点根据网络容量建立时隙分配表，再根据时隙分配表中的网管时隙获取当前网络拓扑结构，然后根据当前网络拓扑结构的变化动态更新时隙分配表，并在当前收发时隙帧中进行退网或入网申请，更新后的数据时隙在下一个收发时隙帧中进行体现，可以根据网络结构变化及时更新时隙分配表，有效保证每个入网节点的时隙分配，提高了网络的服务质量保障。
42.在本发明的另一个实时例中，所述时隙分配表中的每个时隙包括用于发送数据的数据时间段和用于不发送数据的保护时间段。
43.图3所示为本发明实施例提供的一种时隙结构示意图，如图3所示，时隙由数据段和传输保护段构成，数据段用来传输数据符号信息。由于时间同步精度偏差，接收发送的处理时延以及不同节点之间的传播时延都会引起相邻时隙的错位，所以通过在时隙间加一定长度的保护时间，可以解决时隙错位问题；根据时隙结构设计，数据段取值为4ms，保护段取值1ms，时隙总长度为5ms。
44.如图2所示，在本实施例提供的时隙分配表由(n+2)
×
(n+2)个时隙组成，n为网络容量，即n不小于网络中的节点数。其中t1‑
t
n
为数据时隙；c0‑
c
n
为广播时隙,s0‑
s
n
为对应收发时隙帧的网管时隙，用于入网退网申请、时间精准同步等功能；时隙分配表中的第一行为同步广播帧，其中同步广播帧中的s0网管时隙，用于时间初同步、组网信息共享等功能。
45.其中，t1‑
t
n
组成一个固定的数据时帧，用r
tn
表示；c0‑
c
n
组成一个固定的广播时帧，用r
cnt
表示；s0‑
s
n
组成一个固定的网管时帧，用r
snt
表示。所以收发时隙帧r可以表示为：
[0046][0047]
n＝n+2；
[0048]
tdma无冲突时隙分配算法根据服务质量的需求和网络容量，中心节点建立n个数据时帧rtn，分别为：
[0049]
网络中有1个从节点，r
tn
＝[t1,t1
…
],数据时帧n个时隙都只分配给1从节点；
[0050]
网络中有2个从节点，r
tn
＝[t1,t2,t1,t2
…
],数据时帧n个时隙交替分配个1、2从节点；
[0051]
网络中有3个从节点，r
tn
＝[t1,t2,t3,t1,t2,t3
…
],数据时帧n个时隙交替分配个1、2、3从节点；
[0052]
以此类推，网络中有n个节点，r
tn
＝[t1,t2,t3
…
tn],数据时帧n个时隙分别分配给n个从节点。
[0053]
图4所示为本发明实施例提供的一种中心节点动态分配时隙的流程示意图；如图4所示，网络中心节点根据s1
‑
sn入网时隙请求判断当前网络拓扑结构，如果当前网络从节点个数小于网络容量n，则允许节点入网，再重新选择对应的数据时帧，构成当前最佳时隙分配表，否则不允许节点入网；中心节点在网管时帧s0广播当前时隙分配策略。同时，网络以中心节点的时钟作为全网的基准时钟，中心节点在网管时帧s0广播同步帧，使从节点与中心节点保持时间同步。最后，中心节点在r
tn
接收从节点遥测数据，在r
cnt
发送遥控数据。中心节点时隙动态分配具体工作流程如图4所示。
[0054]
图5所示为本发明实施例提供的一种子节点入网流程示意图；如图5所示，当网络中有节点要入网，在s0接收中心节点广播的时隙分配策略信息，如果从时隙分配策略信息中获知当前从节点数n(n≥n＞0)，则选择r
snt
第n个时隙发送入网请求，n为网络从节点的编号。从节点入网后，在r
snt
第n个时隙从节点获取精准同步时间，从节点入网具体工作流程如图5所示。
[0055]
图6所示为本发明实施例提供的一种动态时隙分配装置的结构框图；如图6所示，应用于动态时隙分配网络，所述动态时隙分配网络包括中心节点和若干个子节点，所述动态时隙分配装置包括：
[0056]
时隙分配表建立模块110，用于所述中心节点根据网络容量，建立时隙分配表，其中，所述时隙分配表包括若干个收发时隙帧，每个收发时隙帧包括网管时隙、数据时帧和广播时隙，所述数据时帧包括每个子节点发送数据的数据时隙；
[0057]
组网状态获取模块120，用于所述中心节点在当前收发时隙帧中的网管时隙，获取当前网络中所有子节点的组网状态；
[0058]
数据时帧更新模块130，用于所述中心节点根据所有子节点的组网状态，生成更新后的数据时帧；
[0059]
数据时帧广播模块140，用于所述中心节点在所述当前收发时隙帧中的广播时隙内，广播所述更新后的数据时帧，使当前网络中所有子节点在下一个收发时隙帧中根据所述更新后的数据时帧发送数据。
[0060]
在本发明的一个实施例中，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：所述中心节点根据网络容量，建立时隙分配表，其中，所述时隙分配表包括若干个收发时隙帧，每个收发时隙帧包括网管时隙、数据时帧和广播时隙，所述数据时帧包括每个子节点发送数据的数据时隙；所述中心节点在当前收发时隙帧中的网管时隙，获取当前网络中所有子节点的组网状态；所述中心节点根据所有子节点的组网状态，生成更新后的数据时帧；所述中心节点在所述当前收发时隙帧中的广播时隙内，广播所述更新后的数据时帧，使当前网络中所有子节点在下一个收发时隙帧中根据所述更新后的数据时帧发送数据。
[0061]
在本发明的一个实施例中，本发明提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：所述中心节点根据网络容量，建立时隙分配表，其中，所述时隙分配表包括若干个收发时隙帧，每个收发时隙帧包括网管时隙、数
据时帧和广播时隙，所述数据时帧包括每个子节点发送数据的数据时隙；所述中心节点在当前收发时隙帧中的网管时隙，获取当前网络中所有子节点的组网状态；所述中心节点根据所有子节点的组网状态，生成更新后的数据时帧；所述中心节点在所述当前收发时隙帧中的广播时隙内，广播所述更新后的数据时帧，使当前网络中所有子节点在下一个收发时隙帧中根据所述更新后的数据时帧发送数据。
[0062]
本发明可根据拓扑结构变化动态更新时隙分配表，能有效的复用时隙；并采用无冲突的时隙分配，中心节点通过平等原则轮询网络中的其它节点，所有节点没有竞争，具有很好的qos保障。
[0063]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0064]
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。