一種基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的路由和資源分配算法

由于網(wǎng)絡(luò)的樹型結(jié)構(gòu)需要通過數(shù)據(jù)報(bào)文被不斷傳播，本協(xié)議還設(shè)計(jì)了一種具有針對(duì)性的樹型結(jié)構(gòu)線性存儲(chǔ)方式。該存儲(chǔ)方式結(jié)構(gòu)清晰，所占空間較小，便于節(jié)點(diǎn)設(shè)備在本地存儲(chǔ)自己的子樹結(jié)構(gòu)，以及將自己的子樹結(jié)構(gòu)以數(shù)據(jù)報(bào)文的形式發(fā)送出去。其數(shù)據(jù)格式如圖3所示，數(shù)據(jù)舉例部分依據(jù)圖1的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根節(jié)點(diǎn)的ID為13，其余節(jié)點(diǎn)的ID以字母順序編號(hào)。當(dāng)一個(gè)子節(jié)點(diǎn)接收到其所有子節(jié)點(diǎn)發(fā)送的“子樹報(bào)告”數(shù)據(jù)包后，它應(yīng)組織一個(gè)包含自己所有子樹的“子樹報(bào)告”數(shù)據(jù)包發(fā)送給父節(jié)點(diǎn)。

3 基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的通信資源分配算法
3.1 信道與時(shí)隙的分配原則
由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信特點(diǎn)，不同設(shè)備在相互通信時(shí)存在干擾。要想同時(shí)通信，相鄰層之間不可分配相同的信道。對(duì)于信道的分配，可以設(shè)置n層作為一個(gè)信道重復(fù)周期。假設(shè)n=3，如圖4所示，Root節(jié)點(diǎn)與第1代通信使用ch1信道，第1代與第2代通信使用ch2信道，第2代與第3代通信使用ch3信道，第3代與第4代通信可以重復(fù)使用ch1信道，如此循環(huán)。
由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)一般只裝備一套射頻裝置，所以節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行單播通信時(shí)需要分時(shí)。
父節(jié)點(diǎn)可以向所有子節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播報(bào)文，例如：時(shí)間同步報(bào)文、數(shù)據(jù)查詢報(bào)文等。如果不同父節(jié)點(diǎn)發(fā)送的廣播報(bào)文覆蓋范圍重合，子節(jié)點(diǎn)在接收時(shí)就存在干擾，需要分時(shí)。如圖4所示，節(jié)點(diǎn)1的廣播范圍覆蓋節(jié)點(diǎn)4、5，節(jié)點(diǎn)2的廣播范圍覆蓋節(jié)點(diǎn)6，則節(jié)點(diǎn)5和節(jié)點(diǎn)6不能同時(shí)接收父節(jié)點(diǎn)發(fā)送的廣播報(bào)文。在家族樹結(jié)構(gòu)中，需要分時(shí)通信的情況還包括：父節(jié)點(diǎn)相同的節(jié)點(diǎn)在與其父節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，需要分時(shí)；存在干擾的堂兄弟節(jié)點(diǎn)在與其父節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，需要分時(shí)。

3.2 通信資源的分配算法

若同一代的節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播報(bào)文的覆蓋范圍都重合，并且堂兄弟節(jié)點(diǎn)在與其父節(jié)點(diǎn)通信時(shí)均存在干擾，以圖4的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為例，資源的分配結(jié)果如圖5(a)所示；若同一代的節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播報(bào)文的覆蓋范圍都重合，而堂兄弟節(jié)點(diǎn)在與其父節(jié)點(diǎn)通信時(shí)均不存在干擾，以圖4的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為例，資源的分配結(jié)果如圖5(b)所示。