一种动态调整帧结构的自组网方法与流程

本发明涉及一种动态调整帧结构的自组网方法。

背景技术：

1、自组网技术是一种临时性的，不依赖于预设的节点基础设施，能够快速形成临时的网络，没有绝对的控制中心，抗干扰能力强的高效网络，在各个领域都具有十分广阔的运用前景。

2、动态帧结构分配技术一种根据数据量、信道类型、信道噪声等因素动态分配帧结构达到预期目的的现代通信技术，具有目的性明确、时延可调、能适应复杂场景、可调整传输数据速率、灵活多变、抗干扰能力强的特点。使用对象可以根据传输任务、不同目的和场景的优先级，动态分配帧结构以满足复杂的通信需要。

3、目前主流产品所使用的自组网方式多样，但是一般都存在节点上限，如图1所示，因为帧结构分配固定，如果需要大量节点在同一临时网络的场景是无法覆盖的，且固定帧结构下由于节点数目固定，预留的节点时隙在接入节点数不多的时候无论是传输效率还是传输时延都有很大的优化空间。

4、王海涛等人在“适用于战术无线自组网的信道分配机制”(数据通信，2017-06-28)中提出了一种基于tdma的多节点自组网帧结构。该文采用了一种固定的帧结构，导致在节点数较低时对频谱资源的利用率较低，其周期广播的组网方法虽然较为直接，但是没有针对多节点做出优化，导致该方案的延迟较高，频谱资源的利用率较低。

5、王文弢等人在“高动态无线自组网路由协议设计”(电讯技术，2012-05-20)提出了一种组网方案，该方案虽然实现了低延迟，但是引入了多簇，每个簇都包含首节点等结构，这种协议下逻辑相对固定主节点的方式导致系统复杂度高，没有针对不同节点数的情况对帧结构进行优化。

6、李桂平等人在专利“一种无线传感器自组网方法”中使用分配节点等级，开启定时器，计时广播应答消息，多级阈值等方法达到降低功耗的效果，但是该方式结构复杂，引入逻辑较多，导致延迟较大。

7、刘彤等人在专利“一种基于分布式时分多址无线自组网的节点入网方法”中提供了一种基于分布式的无线自组网的入网方法，该方法帧结构固定，没有唯一固定的主节点，在发送入网请求后已经入网的节点如果不止一个会影响新节点的入网流程。

8、徐惟远等人在专利“一种基于低速率无线网络的自组网方法”中提供了一种结构简单的自组网方法，但是该方法需要在组网前率先确定好节点数并确定固定的节点号，且轮询遍历的方式较浪费资源。

9、李雄在专利“一种无线自组网通信方法”中提供一种包含协调器和中继器的自组网结构，该方法需要更多的硬件资源和转发逻辑，也未对延迟进行优化，导致该方法的延迟较大。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种动态调整帧结构的自组网方法，具有传输效率高、传输延迟低的优点。

2、为实现上述目的，本发明提供一种动态调整帧结构的自组网方法，包括以下步骤：

3、s10、主节点发送当前帧的广播信息，所述广播信息包括固定信道和可变信道，所述可变信道的长度根据网络内的从节点数量调整；

4、其中，当前帧的所述固定信道包含下一帧参与通信的所述从节点信息以及分配给各个所述从节点的通信时隙；

5、s20、判断是否有从节点需要变更，若有，执行s30；若没有，重复执行s20，直至当前帧结束，在下一帧时返回执行s10；

6、s30、调整下一帧需要入网或退网的从节点，根据调整后的所述从节点的数量以及顺序调整下一帧主节点发送的所述广播信息，在下一帧时再次执行s10-s20。

7、较佳地，所述固定信道包括广播信道和随机接入时隙，所述广播信道位于所述可变信道之前，所述随机接入时隙位于所述可变信道之后。

8、较佳地，在所述随机接入时隙，所述主节点接收来自未入网从节点的入网请求。

9、在本方案中，通过在广播信道和随机接入时隙之间设置可变信道，可变信道用于从节点向主节点发送信息，主节点首先在广播信道中发送已经入网的从节点信息以及给各个从节点分配的时隙，从节点在分配到的时隙中与主节点通信，在可变信道之后，随机接入时隙用于未入网的节点向主节点发送入网申请，从而实现从节点在网络组成后仍然能够申请入网并与主节点通信。

10、较佳地，所述可变信道的长度为网络内的所述从节点的数量和分配给每个所述从节点时隙长度之积。

11、在本方案中，通过给每个从节点分配等长度的时隙，确保每个从节点有足够的时间与主节点通信，便于每个从节点推算各自的通信时隙，降低主节点出错的概率。

12、较佳地，步骤s20、判断是否有从节点需要变更包括：

13、s201、判断是否收到所述从节点的入网申请；

14、s202、若收到所述入网申请，则允许一未入网的所述从节点入网。

15、较佳地，步骤s20、判断是否有从节点需要变更还包括：

16、s203、判断是否有所述从节点经过若干帧未与所述主节点通信；

17、s204、若存在经过若干帧未与所述主节点通信的退网从节点，删除所述退网从节点。

18、较佳地，若所述主节点在一帧内同时接到多个从节点的入网申请，所述主节点随机选取一个所述从节点在下一帧入网。

19、较佳地，在s10、主节点发送广播信息与从节点通信之前，还包括：

20、s01、设备开机，接收所述广播信息；

21、s02、若接收到所述广播信息，则所述设备判断为从节点，并执行s03；若未接收到所述广播信息，则所述设备判断为主节点，并执行s10；

22、s03、所述从节点发送入网请求；所述从节点根据收到的广播信息判断是否已经成功入网，若已入网，则在下一帧所述广播信息内与所述主节点通信；若未入网，返回执行s03。

23、综上所述，与现有技术相比，本发明提供的动态调整帧结构的自组网方法，具有如下有益效果：

24、本申请的动态调整帧结构的自组网方法，主节点根据从节点的数量动态调整每一帧信息内的可变信道，当网络内从节点数量较少时，每一帧的广播信息内的可变信道较短，降低了延迟；当网络内从节点数量改变后，根据从节点数量动态调整可变信道的长度，以适应网络内各个从节点的通信需求，确保在多从节点的情况下仍然能组网，确保了多节点数量时仍然能够组网通信，在节点数量较少时提高了传输效率且降低了延迟。

技术特征：

1.一种动态调整帧结构的自组网方法，其特征在于，所述自组网方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的动态调整帧结构的自组网方法，其特征在于，所述固定信道包括广播信道和随机接入时隙，所述广播信道位于所述可变信道之前，所述随机接入时隙位于所述可变信道之后。

3.如权利要求2所述的动态调整帧结构的自组网方法，其特征在于，在所述随机接入时隙，所述主节点接收来自未入网从节点的入网请求。

4.如权利要求1所述的动态调整帧结构的自组网方法，其特征在于，所述可变信道的长度为网络内的所述从节点的数量和分配给每个所述从节点时隙长度之积。

5.如权利要求1所述的动态调整帧结构的自组网方法，其特征在于，步骤s20、判断是否有从节点需要变更包括：

6.如权利要求5所述的动态调整帧结构的自组网方法，其特征在于，步骤s20、判断是否有从节点需要变更还包括：

7.如权利要求5所述的动态调整帧结构的自组网方法，其特征在于，若所述主节点在一帧内同时接到多个从节点的入网申请，所述主节点随机选取一个所述从节点在下一帧入网。

8.如权利要求1所述的动态调整帧结构的自组网方法，其特征在于，在s10、主节点发送广播信息与从节点通信之前，还包括：

技术总结
本申请提供一种动态调整帧结构的自组网方法，包括S10、主节点发送当前帧的广播信息，广播信息包括固定信道和可变信道，可变信道的长度根据网络内的从节点数量调整；S20、判断是否有从节点需要变更，若有，执行S30；若没有，执行S10；S30、调整下一帧需要入网或退网的从节点，根据调整后的从节点的数量以及顺序调整下一帧的广播信息，再次执行S10‑S20。本申请的动态调整帧结构的自组网方法，主节点根据从节点的数量调整每一帧信息内的可变信道，当网络内从节点数量较少时，可变信道较短，降低了延迟；当网络内从节点数量改变后，根据从节点数量调整可变信道，以适应网络内各个从节点的通信需求，确保在多从节点的情况下仍然能组网通信。

技术研发人员：魏波,马少飞,费聚锋,王召利,夏高峰,谢先群,周瞳,王恋恋
受保护的技术使用者：上海无线电设备研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11