[发明专利]一种面向现场级工业无线实时通信的资源分配方法

权利要求书

1.一种面向现场级工业无线实时通信的资源分配方法，其特征在于：在主节点的同步信标帧中增加了地址映射信息以动态调整需要发送数据包的节点，将整个通信周期分为TDMA上传周期和主从轮询周期，在所述TDMA上传周期中，位于固定时隙的所有从节点向主节点发送数据包，在所述主从轮询周期中动态调整地址映射信息指定在TDMA上传周期未正确发送数据包的从节点进行数据包的重传，同时利用屏蔽表对进行重传的从节点进行时隙的重新分配；

无线通信在TDMA上传周期中实时调度的步骤如下：

网络拓扑为星型网络，其中将n_p定义为主节点，将N＝{n_m，n_m-1...n_i...n₀}定义为从节点的集合，其中{i|0＜i≤m，i∈N^*，m∈N^*}，n_i代表网络中第i个从节点，每个从节点占据一个时隙，在所述星型网络中每个从节点时隙的大小设置为：

其中，T表示时隙大小，D_S表示从节点数据包大小，V_S表示发送速率，T_P表示保护时隙；

时隙分配阶段，S_l＝{s_m，s_m-1...s_i...，s₀}定义为时隙的集合，其中{i|0＜i≤m，i∈N^*，m∈N^*}，S_i代表第i个时隙，从节点和时隙对应关系为n_i节点对应s_i时隙，主节点把所有从节点的地址信息映射在一个二进制数中，地址映射定义为A＝{a_MSB，a_MSB-1...a_i...，a₀}，其中a_MSB代表A的最高位，A为二进制数，其中{i|0＜i≤MSB，i∈N^*，MSB∈N^*}，映射关系为n_i节点的地址信息映射到A中的a_i上，若从节点在地址映射中所对应位置为1，则代表该从节点需要向主节点发送数据包，若从节点在地址映射中所对应位置为0，从节点讲入休眠状态，等待主节点的下一次广播信标帧；

主节点广播信标帧，信标帧在地址信息后包含L个字节的地址映射，从节点的个数为m+1，L的大小为：

从节点收到信标帧后，返回一个应答帧，每个从节点中保存着地址判别符R＝{r_MSB，r_MSB-1...r_i...，r₀}，其中{i|0＜i≤MSB，i∈N^*，MSB∈N^*}，r_MSB代表R的最高位，R为二进制数，R的储存方式为：在n_i节点中，R的r_i位为1，其余位为0；

利用地址判别符来判断该节点是否需要发送数据包，该地址判别符R与地址映射A进行与运算：

若R与A进行与运算的结果为1，则判定该从节点需要向主节点发送数据包；

若R与A进行与运算的结果为0，则判定该从节点不需要向主节点发送数据包，则按照步骤中预先分配好的时隙进行数据包的传输；

无线通信在主从轮询周期中实时调度的步骤如下：

主节点通过广播包含地址映射信息的信标帧对从节点进行轮询，通知在TDMA上传周期没有成功发送数据包的从节点重新发送数据包，轮询次数I∈N^*，若超过轮询次数数据还没有传输成，则此次通信视为失败，准备进行下一次通信；

主节点在收到从节点发来的数据后，依次判断各个从节点传输来的数据信息，用F＝{f_MSB，f_MSB-1...f_i...，f₀}来保存判断结果，其中{i|0＜i≤MSB，i∈N^*，MSB∈N^*}，f_MSB代表F的最高位，F为二进制数，对应关系为：对从节点n_i的判断结果保存在f_i中，即第i个从节点数据若正确传输，则将f_i置为0，第i个从节点数据若未正确传输，则将f_i置为1，将判断结果F与地址映射A进行与运算：

A＝FA

运算结果保存在地址映射信息中，若F＝0，为了将地址映射复原，保持下次的正常通信，将F按位取反，F＝～F，再与地址映射进行与运算；

从节点接收到轮询消息后，根据主节点中的地址映射A，确定自身是否需要重新发送消息，利用以下的公式对时隙进行重新分配：

M＝BA

式中B＝{b_MSB，b_MSB-1...b_i...b₀}，其中{i|0＜i≤MSS，i∈N^*，MSB∈N^*}，b_MSB为B的最高位，B为二进制数，B作为屏蔽表存储在从节点中，屏蔽表在每个从节点的存储方式为：n_i节点中的屏蔽表为b_i右侧的位置均为1、b_i及其左侧的位置均为0；

将B和A进行与运算之后，将结果保存在M中，此时可判断M中1的个数，若M中各位均为0，则该节点可占据S₁时隙，当M中有一个1的时候，该节点占据s₂时隙，依次类推，时隙重排完成后，从节点按照重排完成后的时隙进行数据传输；

主节点对上传的数据再次进行判断，将判断结果F与地址映射A做与运算，结果保存在地址映射A中，若仍有未正确上传的消息，进行第二次轮询，从节点再次利用屏蔽表重排时隙上传消息，直到整个轮询周期结束。