[发明专利]基于信标的网络、加入网络的方法、帧传输方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及网络通讯技术领域，具体涉及基于信标的网络、加入网络的方 法、基于信标的网络中帧传输方法和网络设备。

背景技术

基于信标的网络即采用了信标技术的网络，基于信标的网络是一种通过信 标同步形成的单跳或多跳的自组织网络。目前的无线传感器网络等多种网络均 采用了信标技术。

基于信标的网络中的节点可以分为协调器节点和设备节点。协调器节点负 责协调通信并发送必要的网络信息。设备节点则通过监听协调器节点发送的网 络信息加入网络，并通过协调器节点的协调与其它节点进行通信。对于一个已 加入网络的节点来说，该节点既可以作为协调器节点也可以作为设备节点，当 该节点协调其它节点通信并发送必要的网络信息时，该节点作为协调器节点， 当该节点接受其它协调器节点的协调与其它节点进行通信时，该节点作为设备 节点。

设备节点加入网络的过程也称为关联过程。该关联可以是设备节点初始加 入网络的关联，也可以是因设备节点移动而导致的重新关联。

关联的过程通常为：待关联节点监听信标(也称信标帧)，信标规定了节 点通信时序(如给节点分配的专用通信时隙)，并给出了网络的信息(如信标 的周期和超帧的持续时间等等)；待关联节点根据监听到的信标向目标协调器 节点发出关联请求，协调器节点接收关联请求，并在同意待关联节点加入网络 后向待关联节点返回关联响应，待关联节点接收到关联响应后，完成关联。

通常，信标是周期性发送的，发送周期为D×2^BO；其中，BO(Beacon Order， 信标阶数)是决定节点通信时序的参数，D为基本超帧持续时间。如果在无线 传感器网络只有一个协调器节点、且没有发生接收错误的情况下，待关联节点 监听到一个信标的平均时间为1/2×D×2^BO。该平均时间影响关联时延。在 2.4GHz频段下，D＝15.36ms，如果BO＝10，则上述平均时间为7.86s；即关联时 延的平均时间至少为7.86s。另外，实际网络中的信道环境并不理想，网络本身 会存在一些冲突，这些都会导致待关联节点不能够接收到每一个信标，因此， 关联时延往往会更大。

减小监听到信标的时间是减小关联时延、提高网络移动性的关键。目前减 小监听到信标的时间的方法主要有如下三种：

方法一、在网络当中增大协调器节点的密度，各协调器节点发送信标的时 段和超帧的时段互相错开。

方法二、采用BO较小的网络。

方法三、增加信标发送的频度，即除了发送信标以外，还可以每隔一段时 间发送包含信标信息的命令。

在实现本发明的过程中，发明人发现：在信标周期性发送的网络中，增大 协调器节点密度会增加网络实现成本；如果采用较小的BO，则一个周期内不能 容纳较多的信标和超帧，从而使网络密度受限，而且，BO和Superframe Order (超帧阶数，SO，SO是决定节点通信时序的参数)的差值决定了网络能耗性 能，较小的BO会降低网络能耗性能；额外发送的信标不但会占用网络带宽，还 可能会打乱网络中原有的时序安排。另外，在待关联节点为多个时，可能会存 在多个待关联节点在监听到同一个信标后的某个时间段内集中申请加入网络 的现象，该现象可能会导致关联请求传输冲突。

在一些网络中，信标也可以是非周期性发送的，即待关联节点先发送信标 请求，协调器节点在接收到信标请求后才发送信标。

在实现本发明的过程中，发明人发现：在信标非周期性发送的网络中存在 关联时延大的问题。举例来说，协调器节点在周期性休眠过程中不会接收到任 何信息，即不会接收到待关联节点发送的信标请求，因此协调器节点无法及时 发送信标，从而增加了关联时延；再例如，在协调器节点周期性休眠过程中， 待关联节点发送了一个或多个信标请求，之后，网络中的其它节点开始发送一 系列的数据包使待关联节点无法继续发送信标请求，这样，待关联节点在能够 继续发送信标请求时，可能已经错过了协调器节点的活跃周期，从而增加了关 联时延。另外，在信标非周期性发送的网络中同样会存在多个待关联节点在监 听到同一个信标后的某个时间段内集中申请加入网络的现象，从而导致关联请 求传输冲突。

发明内容

本发明实施方式提供基于信标的网络、加入网络的方法、帧传输方法和装 置，可以减小待关联节点监听到信标的时间，分散待关联节点申请加入网络的 时间。