[发明专利]一种低功耗广域网内通信数据的传输调度方法和系统

权利要求书

1.一种低功耗广域网内通信数据的传输调度方法，其特征在于，包括：

步骤S1、构建广域网，该广域网包括通信节点和网关，该通信节点以单跳的方式接入该网关，接入时该网关为该通信节点授时并分配通信时隙；

步骤S2、该通信节点在该通信时隙内主动向该网关传输通信数据和该通信数据的生成时间；

步骤S3、该网关根据该生成时间与该通信时隙，更新该通信节点的通信时隙；

步骤S4、循环该步骤S2和该步骤S3，以实现该广域网的传输调度；

其中，该步骤S1包括：构建包括N个时隙的时间帧，该时间帧的第一个时隙为公共时隙，用于当该通信节点在被分配的通信时隙内未能与该网关成功进行数据传输时，该通信节点在下一个时间帧中该公共时隙内重新与网关进行数据传输；

步骤S1中该通信节点接入网关的具体过程包括：

步骤S11、置零Retry_times和Reconnect_times变量，Retry_times为记录通信节点通过随机退避方法加入网络的次数，Reconnect_times为节点通过公共时隙与网关进行数据传输的次数；

步骤S12、检查Retry_times是否超过阈值，若是则执行步骤S13，否则执行步骤S14；

步骤S13、该通信节点退出处理流程；

步骤S14、该通信节点进行随机退避延迟后，开启射频发送广播数据，增加Retry_times计数；

步骤S15、该通信节点在最长等待网关回复时间阈值内收到网关回包，则通信节点加入网络成功，执行步骤S17，否则执行步骤S16；

步骤S16、关闭射频，执行步骤S12；

步骤S17、关闭射频，清零Retry_times参数；

步骤S18：通过解析该网关回包，更新通信节点的本地时间，获得该通信时隙;

该步骤S2具体包括：

步骤S21、该通信节点检查该通信时隙对应的时刻是否来临，若是则执行步骤S22，否则继续等待时隙开始；

步骤S22、检查该通信节点的数据队列中是否有待传输的通信数据，若有则执行步骤S23，否则继续等待数据生成并执行步骤S21；

步骤S23、该通信节点向该网关发送通信数据；

步骤S24、通信节点在预设时间阈值内收到网关回包，则通信数据传输成功，执行步骤S25，否则执行步骤S27；

步骤S25、将传输成功的通信数据从数据队列中删除；

步骤S26、通过解析网关回包，更新节点本地时间，更新节点的通信时隙；

步骤S27、检查当前通信时隙是否结束，若是则关闭射频，否则执行步骤S28；

步骤S28：检查数据队列中是否还存在待传输的通信数据，若存在则执行步骤S23，否则关闭射频；

该步骤S3包括：

步骤S31、该网关始终保持无线射频开启并侦听信道；

步骤S32、该网关当收到该通信数据，且该通信数据为广播数据或该通信数据中网关编号字段与该网关自身编号相同时，执行步骤S33，否则继续等待下一通信数据，执行步骤S32；

步骤S33、依据该通信数据的格式定义解析该通信数据，提取传输该通信数据的通信节点的编号、该通信数据的生成时间；

步骤S34、根据该编号，检查该网关是否已对应通信节点的访问记录，若有则执行步骤S38，否则执行步骤S35；

步骤S35、为该编号对应的通信节点分配存储空间，使用字典结构存储通信节点信息，将通信节点的键值插入字典中，其中键为该编号，值为通信节点对应存储空间的存储位置；

步骤S36、置零通信节点存储空间中变量；

步骤S37、该网关首次接收到节点数据包，此时为节点分配的通信时隙为该公共时隙；

步骤S38、判断是否已建立节点流量模型，若是则执行步骤S310，否则执行步骤S39；

步骤S39、该网关获取该通信节点两次通信数据后，初始化该通信节点的流量模型，将该通信节点的当前状态s＝(Data_time-last_flow_time)/T_slot插入状态空间，其中T_slot为通信时隙的长度，last_flow_time为该通信节点上次通信数据生成时间，Data_time为该通信节点当前通信数据生成时间；

步骤S310、根据通信节点当前通信数据占用的通信时隙，更新时隙占用概率表；

步骤S311、根据当前节点状态更新节点的流量模型并进行状态转移；

步骤S312：通过马尔科夫链预测该通信节点下次通信数据生成时间和对应的概率，根据预测得到的通信数据生成时间和对应的概率，得到分配时间帧中每一个通信时隙对应的通信节点的延迟期望和通信数据碰撞概率，选择该延迟期望和冲突期望加权和最小的通信时隙，作为最优时隙，通信节点下一次占用该最优时隙传输通信数据。

2.一种低功耗广域网内通信数据的传输调度系统，其特征在于，包括：

广域网构建模块，用于构建广域网，该广域网包括通信节点和网关，该通信节点以单跳的方式接入该网关，接入时该网关为该通信节点授时并分配通信时隙；

数据发送模块，用于使该通信节点在该通信时隙内主动向该网关传输通信数据和该通信数据的生成时间；

通信时隙更新模块，该网关根据该生成时间与该通信时隙，更新该通信节点的通信时隙；

循环模块，用于循环调用执行该数据发送模块和该通信时隙更新模块，以实现该广域网内通信数据的传输调度；

其中，该广域网构建模块包括：构建包括N个时隙的时间帧，该时间帧的第一个时隙为公共时隙，用于当该通信节点在被分配的通信时隙内未能与该网关成功进行数据传输时，该通信节点在下一个时间帧中该公共时隙内重新与网关进行数据传输；

广域网构建模块中该通信节点接入网关的具体过程包括：

第一判断模块，用于置零Retry_times和Reconnect_times变量，Retry_times为记录通信节点通过随机退避方法加入网络的次数，Reconnect_times为节点通过公共时隙与网关进行数据传输的次数，判断Retry_times是否超过阈值，若是则调用执行退出模块，否则执行数据广播模块；

退出模块、该通信节点退出处理流程；

数据广播模块，该通信节点进行随机退避延迟后，开启射频发送广播数据，增加Retry_times计数，该通信节点在最长等待网关回复时间阈值内收到网关回包，则通信节点加入网络成功，调用执行网关回包解析模块，否则调用执行射频关闭模块；

射频关闭模块，用于关闭射频，并判断Retry_times是否超过阈值，若是则调用执行退出模块，否则执行数据广播模块；

网关回包解析模块，用于关闭射频，清零Retry_times参数，通过解析该网关回包，更新通信节点的本地时间，获得该通信时隙；

该数据发送模块具体包括：

第二判断模块，该通信节点判断该通信时隙对应的时刻是否来临，若是则调用执行第三判断模块，否则继续等待时隙开始；

第三判断模块，判断该通信节点的数据队列中是否有待传输的通信数据，若有则调用执行数据发送模块，否则继续等待数据生成并调用执行该第二判断模块；

数据发送模块，该通信节点向该网关发送通信数据；

第四判断模块，判断通信节点是否在预设时间阈值内收到网关回包，若是，则调用执行删除模块，否则调用执行第五判断模块；

删除模块，将传输成功的通信数据从数据队列中删除，通过解析网关回包，更新节点本地时间，更新节点的通信时隙；

第五判断模块，判断当前通信时隙是否结束，若是则关闭射频，否则检查数据队列中是否还存在待传输的通信数据，若存在则调用执行该数据发送模块，否则关闭射频；

该通信时隙更新模块包括：

射频开启模块，该网关始终保持无线射频开启并侦听信道，该网关当收到该通信数据，且该通信数据为广播数据或该通信数据中网关编号字段与该网关自身编号相同时，调用执行数据解析模块，否则继续等待下一通信数据；

数据解析模块，依据该通信数据的格式定义解析该通信数据，提取传输该通信数据的通信节点的编号、该通信数据的生成时间；

第六判断模块，根据该编号，判断该网关是否已对应通信节点的访问记录，若有则调用执行第七判断模块，否则调用执行时隙分配模块；

时隙分配模块，为该编号对应的通信节点分配存储空间，使用字典结构存储通信节点信息，将通信节点的键值插入字典中，其中键为该编号，值为通信节点对应存储空间的存储位置，置零通信节点存储空间中变量，该网关首次接收到节点数据包，此时为节点分配的通信时隙为该公共时隙；

第七判断模块，判断是否已建立节点流量模型，若是则调用执行时隙占用概率表更新模块，否则调用执行流量模型构建模块；

流量模型构建模块，该网关获取该通信节点两次通信数据后，初始化该通信节点的流量模型，将该通信节点的当前状态s＝(Data_time-last_flow_time)/T_slot插入状态空间，其中T_slot为通信时隙的长度，last_flow_time为该通信节点上次通信数据生成时间，Data_time为该通信节点当前通信数据生成时间；

时隙占用概率表更新模块，根据通信节点当前通信数据占用的通信时隙，更新时隙占用概率表；

状态转移模块，根据当前节点状态更新节点的流量模型并进行状态转移，并通过马尔科夫链预测该通信节点下次通信数据生成时间和对应的概率，根据预测得到的通信数据生成时间和对应的概率，得到分配时间帧中每一个通信时隙对应的通信节点的延迟期望和通信数据碰撞概率，选择该延迟期望和冲突期望加权和最小的通信时隙，作为最优时隙，通信节点下一次占用该最优时隙传输通信数据。