[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

说明书

本发明涉及一种低功耗广域网内通信数据的传输调度方法和系统，包括：步骤S1、构建广域网，广域网包括通信节点和网关，通信节点以单跳的方式接入网关，接入时网关为通信节点授时并分配通信时隙；步骤S2、通信节点在通信时隙内主动向网关传输通信数据和通信数据的生成时间；步骤S3、网关根据生成时间与通信时隙，更新通信节点的通信时隙；步骤S4、循环步骤S2和步骤S3，以实现广域网的传输调度。由此面向低功耗广域网，本发明可在应用层实现的高信道利用率、低延迟和低功耗传输调度。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，并特别涉及一种低功耗广域网内通信数据的传输调度方法和系统。

背景技术

无线传感器网络是由大量密集部署在监控区域的自治节点组成，通过无线通信方式形成的一种自组织网络应用系统，被广泛应用于军事、智能交通、环境监控、医疗卫生等多个领域，是国内外公认的具有广阔发展前景的高技术产业。

功耗、成本和部署难度是无线传感器网络所面临的三大难题，目前的无线传感器网络一般采用低成本、具有成熟协议栈的Zigbee节点，其中Zigbee为一种标准的低功耗局域网协议，Zigbee节点以自组织方式将节点连接起来建立网络。但受限于节点信号传输距离，Zigbee网络中节点需要通过其它节点中继转发以多跳的方式将数据传输至网关，节点需要侦听和转发网络中其它节点的数据包，侦听带来的能量开销较大，阻碍了无线传感器网络应用的推广。

近年来，随着通信技术的进步，以低功耗、低速率、长距离通讯为特征的低功耗广域网成为传感网与物联网的发展方向之一。低功耗广域网信号传输距离远的优点允许节点单跳将数据传输至网关，节点不需要进行侦听和转发数据，允许节点完成与网关数据传输后关闭射频模块，从而降低了节点功耗，低功耗的优点让低功耗广域网逐渐成为无线传感器网络重要发展方向。然而，针对其通讯速率较低，相同数据量占用信道时间长；传输距离远，相同节点部署密度，网关负载节点多。通信速度低和传输距离远的特点造成网络信道资源紧张，需要新型传输调度算法来有效提升无线信道的利用率，从而满足数据传输速率的要求。

无线传感器网络协议栈中的传输调度方法负责为节点分配无线通信资源，是关系到无线网络的信道利用率、延迟等关键性能指标的重要技术。其中，现有技术采用的方法包括，节点立即传输待发送数据的方式来竞争信道，若数据传输失败，随机延迟后重新发送，信道利用率上限为18.6％。改进方法将信道在时间上分段，每个节点只能在一个分段的开始处进行数据发送，信道利用率的上限增加至36.8％。低功耗广域网波特率低和信号传输距离远的特点，造成数据传输需要占用较长时间的信道和网络负载节点数目多，要求高信道利用率的传输调度方法，随机争用信道的Aloha及其改进方法信道利用率低，难以应用于低功耗广域网。由此可采用检测信道状态的方式降低数据碰撞的概率，提高信道利用率，但检测信道状态要求节点侦听信道，无法应用于节点不进行持续侦听的低功耗广域网。基于调度的传输调度方法为每个节点分配通信时隙，避免节点之间的相互干扰，此方法集中于针对多跳网路，以网络吞吐量、数据延迟等指标为优化目标，如将网络建模为图模型，利用高斯域原理求解，多跳的特点增加了传输调度方法的复杂性，降低了在集中式的低功耗广域网网络性能。综上，已有传输调度方法难以应用于低功耗广域网，需要面向低功耗广域网研究新型传输调度方法。

发明内容

本发明目的是针对低功耗广域网中信道资源紧张的缺点，在网络应用层提供一种面向低功耗网络的高信道利用率的传输调度方法，同时有效提高网络数据延迟、功耗和负载能力关键性能。需要注意的是，本发明也可以应用于普通广域网，但是在低功耗广域网中，信道资源紧张的特点更加突出，而普通广域网目前在信道资源方面不紧张，不太需要这种方法，同时二者的数据类型不一样，用到的信道分配方法也有区别，本发明中的数据预测与信道分配方法更加适合在低功耗广域网中使用，即本发明最佳使用环境是低功耗网，但用在正常功耗的普通广域网中也是可以的，也可以提高普通广域网的传输性能，只不过没有低功耗网提升的明显。

具体地说，本发明公开了一种低功耗广域网内通信数据的传输调度方法，其中包括：