[发明专利]一种面向工业无线网络的低开销高可靠资源分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线资源分配技术，具体地说明是一种面向工业无线时分网络的资源分配方法。

背景技术

随着计算机、通信和网络技术的飞速发展，工业无线网络技术取得了巨大的成就。由于无线网络具有无需布线、易于维护、高度灵活、快速实施等特点，可以运行在恶劣危险的环境中，可见其在工业自动化领域的应用潜力不言而喻。而无线网络的能源有限性是无线网络长期运行的瓶颈，因此，降低无线现场设备的能量消耗，是保证设备长期运行、降低维护成本的关键，而数据融合是解决无线网络低功耗的关键技术。

时分多址无线网络用于工业中，主要解决了网络规模较大的情况下，传统的基于载波侦听的多路访问策略所带来高冲突，低带宽利用率问题。时分多址是将网络中的时间分成一个个微小的时间片，若干个时间片组成一个通信周期，网络中每个设备都会分配固定的时间片进行通信。在这种网络中，新设备入网需要进行初始化，即分配通信资源，只有分配了通信资源之后，才能够入网正常工作。

现场设备的资源分配过程，是现场设备的生存周期中，通信较为频繁和集中的阶段。以往的方式是点对点的资源分配和点对点的确认。网络中每条路径的资源分属于路径上的每个节点，在节点的加入过程中，网关要将所有资源分配给路径上相应的节点。通常所使用的方法就是网关分别以路径上的节点为目的节点，发送相应的资源，等待该节点的确认，再发送路径上下一个节点的资源，直到将路径资源发送到路径上的每个节点。这种方法无疑产生了大量的点到点通信，增加了网络负荷，降低了现场设备加入效率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于为工业无线网络提供一种简单优化的资源分配方式，采用本发明可以提高网络资源分配的效率，降低网络负荷，增大现场设备加入成功的概率。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种面向工业无线网络的低开销高可靠资源分配方法，包括以下步骤：

现场设备加入网络时，首先由待加入现场设备选定一个已经在网的现场设备作为代理现场设备，向网关设备发起加入请求；网关设备收到待加入现场设备的加入请求后，按代理现场设备的现有路径为待加入现场设备分配新路径；

网关设备获取并整合现场设备所需的资源；

将路径上的所有资源封装成一个资源分配报文，沿着所分配的新路径以多播传输的方式传输到新加入的现场设备：路径上的每个转发现场设备均为需要分配资源的现场设备，现场设备在转发的同时，获取资源分配报文中属于自身的那部分资源，并从资源分配报文中删除这部分与其他现场设备无关的资源，再转发到下一个现场设备；

末端的新加入的现场设备在接收到正确的资源分配报文后，向网关设备发送应答报文；一段时间内网关设备未收到新加入现场设备的应答，按照原路径再次发送该资源。

所述网关设备接收到的待加入的加入请求中，带有该现场设备入网前找到的代理现场设备信息，该代理现场设备与待加入现场设备之间一定为一跳可到达的关系。

所述按代理现场设备的现有路径为待加入现场设备分配新路径的方法为：读取代理现场设备的路径，在此路径的基础上增加代理现场设备到新现场设备的路径，形成的新路径即作为新现场设备的路径。

所述多播传输分为2个阶段：(1)从网关设备到代理现场设备之间的报文传输使用图路由方式，即以代理现场设备为目的设备，在网络中转发该报文；(2)从代理现场设备到新加入现场设备之间的报文传输使用代理路由方式，即由代理现场设备以点到点的方式，直接发送给新加入现场设备。

所述现场设备接收到资源分配报文时，将报文的序列号、新加入的现场设备和绝对时隙号ASN记录到接收传输表中。

本发明提出的资源分配方法，是在充分考虑无线资源的有限性和不可靠性的前提下提出的，具有简单、高效等优点，有益效果具体表现在：

1.采用中心调度保证了资源分配的最优性；

2.采用路径扩展算法的路由分配方式，简化了路由分配方法，便于网络维护；

3.采用多播的资源分配方式，一方面提高资源分配效率，降低了网络负荷，另一方面减少了报文的传输次数，增加了现场设备入网的成功率；

4.采用逐点抛弃的分配方式，一方面及时删除报文中的无用信息，缩短报文长度，减少射频的发射功率，另一方面增大了传输成功率；

5.采用路径最末端现场设备确认机制，既确保了当前资源报文的正确到达，又避免了其他现场设备不必要的应答；

6.采用超时重传机制，保证了资源报文的可靠传输；