[发明专利]基于时间同步和频率同步的无线自组织网络管理方法

说明书

本发明涉及无线自组织网络技术领域，尤其涉及基于时间同步和频率同步的无线自组织网络管理方法，包括步骤，首先形成树形拓扑结构，然后根节点在频率F1发出第一个时隙即组播发送时隙。直接关联到根节点的节点同时在频率F1进入组播接收时隙，以接收根节点信息；组播时隙结束后，根节点进入单播时隙。与根节点直接关联的节点中，若是终端节点，则进入单播时隙。若是父节点，即路由节点，转到频率F2进入组播发送时隙，发送组播信息。最后树形拓扑结构中的每一层节点执行同步过程，直到距离根节点最远的节点完成单播时隙，一次循环结束。本发明在三个时隙里以跳频通信的方式避开和附近节点的冲突，提高了通信的成功率。

技术领域

本发明涉及无线自组织网络技术领域，尤其涉及基于时间同步和频率同步的无线自组织网络管理方法，可以对节点之间的通信过程进行控制和管理。

背景技术

基于无线自组织网络的应用越来越广泛，比如智能家居应用，智能农业，环境监测，智能灯光控制等，可以让每一个终端设备都处于可监测和可控制状态是使用无线自组织网络的重要目的之一。以智能家居为例，一个家庭可能有数十个或者更多的设备需要被控制，比如冰箱，洗衣机，暖气阀门，台灯，窗帘，热水器等等。为了让一套适用于智能家居的算法或者策略能够自动完成各项调节工作，必须为算法和设备之间提供一个基于物理连接的接口。当室内温度过高时，算法需要打开通风设备来散热，当室内过于干燥时，算法需要打开加湿设备来调节空气湿度等等。最简单的实现控制的方式是建立从终端设备到服务器的有线连接。算法可以运行在服务器上，当需要操作设备时，通过有线连接发送控制信号。可是当越来越多的设备接入智能家居环境时候，有两个问题需要考虑，一是设备越多，线缆连接越复杂。二是设备可能处在任何位置，而过长的线缆可能导致信号衰减到有效范围以下，或者有时候因为建筑物结构的问题无法铺线。这两种情况在很多场合都会遇到。因此，使用无线自组织网络来解决问题是一个合适的方案。

图11简要展示了无线自组织网络的基本结构，路由节点作为网络的骨干部分连通着分布在不同位置的网络设备。路由节点可以是固定安装，也可以是由网络协议计算选择产生。如果网络在安装后很少改变设备位置，路由节点可以和主电源相连，工作过程中不采取休眠模式，确保随时可以收取数据并执行转发任务。终端设备通常指需要被监测或者控制的设备，比如智能家居中的台灯，或者温度传感器。终端设备不直接参与路由过程，因为很多情况下终端设备的无线电收发机是用电池供电的，所以设备在大多数时候处于休眠状态以节省电能。当有应用需求的时候，设备会被唤醒完成预定任务，然后将任务结果交给路由设备传递到目的地。网关设备通常也是一个路由设备，同时具备在自组织网络内转发数据和连通自组织网络和外网的能力。通过使用无线自组织网络，系统允许分布在不同位置的设备连入网络。当设备间的物理距离超过无线收发机点对点通信距离时，通过增加路由节点的方法，可以低成本地实现快速扩展。由于使用无线通信，可以不受设备本身物理接口数量的限制，在不超出无线通信处理能力的前提下可以任意增减连接设备的数量。

虽然无线通信在使用中有明显的优势，但还是有很多问题。由于不使用线缆连接，节点之间的通信只能依靠无线的方式来实现，其抗干扰的能力不及有线系统。无线自组织网络的分布式结构，使得网络内没有某一个节点可以成为中心控制器来安排其他所有节点通信顺序，也就很难实现全局的流量控制。无线自组织网络在应用中遇到的问题可以总结如下：

1、因为无线通信的过程发生在空中，没有办法对物理信号进行保护，所以很容易发生信号间的干扰和冲突。

2、每个节点只和自己的邻居节点进行通信，当节点之间的距离超过无线收发机的直接通信距离时，就必须依赖中间节点进行转发。这个方式虽然扩展了网络覆盖范围，但使得网络中无法产生一个中心控制点可以直接联系到所有其它节点。所以，在网络中发生的各种通信从总体上来看处于随机状态，进一步增加了干扰/冲突的几率，导致通信失败。