[发明专利]一种TSCH模式下的工业无线网络时隙集中式分配方法

说明书

本发明公开了一种TSCH模式下的工业无线网络时隙集中式分配方法，旨在提高工业无线网络的确定性、可靠性问题并降低网络时延，该方法能够确保网络的确定性调度，从而实现高可靠性；在该方法的调度机制下，现场设备根据更新周期优先级高低发送数据到路由设备；在路由设备处，路由设备接收现场设备数据，按照数据优先级选择存储堆栈，并在网络通信量过大时，将来自不同现场设备的数据按照数据优先级进行聚合生成数据包，然后按照数据优先级转发数据包。此调度方式采用了更新周期优先级、数据优先级等方式保证每个现场设备都有将数据发送到网关的机会，提高网络确定性及可靠性，采用聚合方式减少网络数据传输次数，减少网络传输开销，从而实现低时延。

技术领域

本发明属于无线网络技术领域，特别涉及一种TSCH模式下的工业无线网络时隙集中式分配方法。

背景技术

确定性调度是工业无线网络的核心问题，IEEE 802.15.4e对IEEE 802.15.4进行了完善和修改，增加了为工业无线应用特别设计的MAC层，试图解决确定性和可靠性的问题，为此IEEE 802.15.4e规定了3种超帧结构：

其一为DSME(deterministic and synchronous multichannel extension)多超帧结构，具体格式由协调器定义，协调器会周期性地发送具有DSME PAN描述符IE(Information Element)的增强信标(EB)。多超帧是重复超帧的循环，每个重复超帧由信标帧，竞争接入周期(CAP)和无竞争周期(CFP)组成。

其二为基于LL(low latency)信标帧的超帧结构，超帧被划分为信标时隙、0或2个管理时隙以及与macLLDNnum TimeSlots等长的时隙数。

其三为在TSCH PAN(Personal Area Networks，个域网)中使用的时隙帧结构。时隙(Timeslot)是数据传输的最小时间单位，长度可配置，超帧是多个时隙的组合，在TSCHPAN中超帧的概念被替换为时隙帧。

首先，TSCH(Timeslotted Channel Hopping)是基于IEEE 802.15.4e的一种模式，支持时隙跳频。对于每个预调度单元(cell)，调度表都为其指定了时隙偏移及信道偏移。在完整的调度表中，当节点A在信道偏移6上有到节点B的发送单元(cell)，则在相同的信道上节点B有来自节点A的接收单元(cell)。不同的频率下，信道偏移的可用数量不同，以IEEE802.15.4为例，在2.4GHz的频率下，可用信道偏移值为16，即有16个可用信道。

互相通信的两个节点能够根据函数F将信道偏移值转变为频率来表示：

Frequency＝F{(ASN+Channloffset)mod nFreq}

其中ASN为绝对时隙数，nFreq为可用频率值。

在一个预调度单元内，通信双方在调度表中有相同的信道偏移值及绝对时隙数，根据上述公式计算得出相同的频率。然而在下一个时隙中，虽然通信双方的信道偏移相同，绝对时隙数却改变了，导致计算出的频率不同，从而两个节点一起跳频。

基于TSCH的工业无线网络使用基于时隙帧结构的超帧进行网络资源调度；时隙帧定义了节点间的通信时段，时隙帧根据网络中设备的共享时间概念自动重复。与以上两种超帧结构不同，时隙帧不需要信标来发起通信，且节点间的通信方式不确定，可以是CSMA-CA或其它确定的方式。