CN110401983B - 一种时隙调度方法及簇头节点设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时隙调度方法及簇头节点设备，簇头节点设备位于簇型拓扑结构的通信网络，通信网络包括至少一个成员节点设备，簇头节点设备可以根据当前通信周期内的成员节点设备发送的数据信息，将当前通信周期的下一通信周期中的可用时隙内的接收时隙分配给成员节点设备，再根据接收时隙和成员节点设备在当前通信周期的传播延迟，确定成员节点设备在当前通信周期的下一通信周期中的发送时隙，并将该发送时隙通知至成员节点设备。本发明采用调度各成员节点设备的发送时隙的技术手段，有效避免簇头节点设备接收多个成员节点设备发送数据时占用相同接收时隙的技术问题，降低簇头节点设备接收成员节点设备发送的数据时的冲突概率。

Description

一种时隙调度方法及簇头节点设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种时隙调度方法及簇头节点设备。

背景技术

随着全球网络化技术的普及，陆地上的无线通信网络以及空中的无线通信网络发展已经较为成熟，然而水下的无线通信网络发展较为缓慢，因此水下的无线通信网络成为相关技术人员研究的重点领域。

现有的水下的无线通信网络可以基于MACA(Multiple Access with CollisionAvoidance避免冲突多址)、FAMA(Floor Acquisition Multiple Access，实地捕获多址接入协议)等MAC协议实现。然而在实际应用中，本发明的发明人发现水下的无线通信网络中的声学调制解调器具有长前导码和低可用传输速率的特性，该特性会降低上述MAC协议本应具有的性能，导致数据在传输时冲突的概率增加。因此，本发明的发明人可以采用TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)的MAC协议，以便克服上述声学调制解调器的长前导码和低可用传输速率的特性导致的数据在传输时冲突概率增加的问题。

然而，由于水下的无线通信网络的真实通信环境恶劣，导致声学调制解调器的可用传输速率非常低，直接使用现有的TDMA协议的水下的无线通信网络依然会产生数据在传输时的冲突概率高的技术问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种时隙调度方法及簇头节点设备，技术方案如下：

一种时隙调度方法，所述方法应用于簇头节点设备，所述簇头节点设备位于簇型拓扑结构的通信网络，所述通信网络还包括至少一个成员节点设备，所述方法包括：

所述簇头节点设备在当前通信周期内，接收所述至少一个成员节点设备中的第一成员节点设备在第一发送时隙发送的时隙请求，其中，所述时隙请求携带有在所述当前通信周期的下一通信周期内所述第一成员节点设备所要发送的目标业务数据的数据信息；

所述簇头节点设备确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期的传播延迟；

所述簇头节点设备根据所述数据信息，将所述下一通信周期中的可用时隙内的第一接收时隙分配给所述第一成员节点设备；

所述簇头节点设备根据所述传播延迟和所述第一接收时隙，确定所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内的第二发送时隙；

所述簇头节点设备将所述第二发送时隙作为所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内进行所述目标业务数据发送的发送时隙通知至所述第一成员节点设备。

可选的，所述方法还包括：

所述簇头节点设备在第一个通信周期前，对所述至少一个成员节点设备中的任一成员节点设备：将所述第一个通信周期中的可用时隙内的一个预设接收时隙分配给该成员节点设备；

所述簇头节点设备根据分配给该成员节点设备的所述预设接收时隙和预估传播延迟，确定该成员节点设备在所述第一个通信周期中的第三发送时隙；

所述簇头节点设备将确定的所述第三发送时隙作为该成员节点设备在所述第一个通信周期内进行业务数据发送的发送时隙通知至该成员节点设备。

可选的，所述簇头节点设备分配给各成员节点设备的所述预设接收时隙互不重叠。

可选的，所述簇头节点设备确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期的传播延迟，包括：

所述簇头节点设备确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期内发送数据包的发送时刻，所述数据包包括所述时隙请求和/或所述当前通信周期内所述簇头节点设备接收的所述第一成员节点设备发送的业务数据；

所述簇头节点设备根据接收所述数据包的时刻和所述发送时刻确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期的传播延迟。

可选的，所述数据信息包括在所述下一通信周期内所述第一成员节点设备所要发送的所述目标业务数据的数据量，所述簇头节点设备分配给所述第一成员节点设备的所述第一接收时隙与所述数据量相匹配。

可选的，在所述簇头节点设备根据所述数据信息，将所述下一通信周期中的可用时隙内的第一接收时隙分配给所述第一成员节点设备之后，所述方法还包括：

所述簇头节点设备在所述第一接收时隙后设置预设时长的预留间隔时隙，将所述预留间隔时隙设置为不可用时隙。

可选的，所述簇头节点设备根据所述传播延迟和所述第一接收时隙，确定所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内的第二发送时隙，包括：

所述簇头节点设备将所述第一接收时隙按照所述传播延迟提前之后对应的时隙，确定为所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内的第二发送时隙。

可选的，所述方法还包括：

所述簇头节点设备对所述至少一个成员节点设备中所有的成员节点设备分配接收时隙后，所述簇头节点设备将所述下一通信周期中的可用时隙中的部分或全部设置为备用接收时隙。

一种簇头节点设备，包括：接收单元、传播延迟确定单元、接收时隙分配单元、发送时隙确定单元和通知单元，

所述接收单元，用于在当前通信周期内，接收所述至少一个成员节点设备中的第一成员节点设备在第一发送时隙发送的时隙请求，其中，所述时隙请求携带有在所述当前通信周期的下一通信周期内所述第一成员节点设备所要发送的目标业务数据的数据信息；

所述传播延迟确定单元，用于确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期的传播延迟；

所述接收时隙分配单元，用于根据所述数据信息，将所述下一通信周期中的可用时隙内的第一接收时隙分配给所述第一成员节点设备；

所述发送时隙确定单元，用于根据所述传播延迟和所述第一接收时隙，确定所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内的第二发送时隙；

所述通知单元，用于将所述第二发送时隙作为所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内进行所述目标业务数据发送的发送时隙通知至所述第一成员节点设备。

可选的，所述簇头节点设备中的所述接收时隙分配单元，还用于在第一个通信周期前，对所述至少一个成员节点设备中的任一成员节点设备：将所述第一个通信周期中的可用时隙内的一个预设接收时隙分配给该成员节点设备；

所述发送时隙确定单元，还用于根据分配给该成员节点设备的所述预设接收时隙和预估传播延迟，确定该成员节点设备在所述第一个通信周期中的第三发送时隙；

所述通知单元，还用于将确定的所述第三发送时隙作为该成员节点设备在所述第一个通信周期内进行业务数据发送的发送时隙通知至该成员节点设备。

借由上述技术方案，本发明提供的本发明提供一种时隙调度方法及簇头节点设备，簇头节点设备位于簇型拓扑结构的通信网络，通信网络还包括至少一个成员节点设备，簇头节点设备可以根据当前通信周期内的成员节点设备发送的数据信息，将当前通信周期的下一通信周期中的可用时隙内的接收时隙分配给成员节点设备，再根据接收时隙和成员节点设备在当前通信周期的传播延迟，确定成员节点设备在当前通信周期的下一通信周期中的发送时隙，并将该发送时隙通知至成员节点设备。本发明采用调度各成员节点设备的发送时隙的技术手段，有效避免簇头节点设备接收多个成员节点设备发送数据时占用相同接收时隙的技术问题，降低了簇头节点设备接收成员节点设备发送的数据时的冲突概率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的一种时隙调度方法的流程示意图；

图2示出了本发明实施例提供的簇型拓扑结构的通信网络的说明示意图；

图3示出了本发明实施例提供的另一种时隙调度方法的流程示意图；

图4示出了本发明实施例提供的一种不可用时隙的说明示意图；

图5示出了本发明实施例提供的另一种时隙调度方法的流程示意图；

图6示出了本发明实施例提供的另一种不可用时隙的说明示意图；

图7示出了本发明实施例提供的另一种时隙调度方法的流程示意图；

图8示出了本发明实施例提供的确定第二发送时隙的说明示意图；

图9示出了本发明实施例提供的另一种时隙调度方法的流程示意图；

图10示出了本发明实施例提供的确定第三发送时隙的说明示意图；

图11示出了本发明实施例提供的一种簇头节点设备的结构示意图；

图12示出了本发明实施例提供的另一种簇头节点设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本发明实施例提供的一种时隙调度方法，所述方法应用于簇头节点设备，所述簇头节点设备位于簇型拓扑结构的通信网络，所述通信网络还包括至少一个成员节点设备，所述方法包括：

S100、所述簇头节点设备在当前通信周期内，接收所述至少一个成员节点设备中的第一成员节点设备在第一发送时隙发送的时隙请求，其中，所述时隙请求携带有在所述当前通信周期的下一通信周期内所述第一成员节点设备所要发送的目标业务数据的数据信息。

本发明实施例的簇头节点设备可以为声学调制解调器、水声传感器等通信设备。本发明实施例采用簇型拓扑结构的通信网络，该通信网络还可以包括至少一个成员节点设备。成员节点设备可以为声学调制解调器、水声传感器等通信设备。本发明实施例的簇型拓扑结构的通信网络可以如图2所示，簇头节点设备可以与各成员节点设备直接通信连接。本发明实施例通过簇头节点设备与各成员节点设备直接通信连接，可以防止业务数据在多个成员节点设备之间传输时丢失。

具体的，本发明实施例可以设置多个通信周期，在多个通信周期之间可以存在预设的时间间隔，其中，各通信周期之间的预设的时间间隔可以相等，也可以不相等。例如，第一通信周期与第二通信周期之间可以间隔30秒，第三通信周期与第二通信周期之间可以间隔20秒。需要注意的是，任意两个通信周期之间的预设的时间间隔可以根据实际需要由相关技术人员进行设置，本发明对此不作进一步的限定。可以理解的是，各通信周期的时长可以相同，也可以不同。例如，第一通信周期的时长为20秒，第二通信周期的时长可以为30秒。

本发明实施例可以为簇型拓扑结构的通信网络设置时钟同步，将簇头节点设备的时钟与第一成员节点设备的时钟调整到同一个频率，保证簇头节点设备在当前通信周期内接收到第一成员节点设备在第一发送时隙发送的时隙请求。

其中，第一发送时隙可以是簇头节点设备在当前通信周期开始之前为第一成员节点设备确定的在当前通信周期内可发送时隙请求的时隙。簇头节点设备可以从第一成员节点设备发送的时隙请求中，确定第一成员节点设备在当前通信周期的下一通信周期内所要发送的目标业务数据的数据信息。可选的，目标业务数据可以包括图像数据、音频数据以及温度数据。数据信息可以包括在该下一通信周期内第一成员节点设备所要发送的目标业务数据的数据量。例如，在该下一通信周期内第一成员节点设备所要发送的目标业务数据的数据量可以是5MB，也可以是10MB。

可以理解的是，各成员节点设备可以与存储介质连接，当某一成员节点设备在非通信周期内，可以收集业务数据存储至与该成员节点设备连接的存储介质中。

S200、所述簇头节点设备确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期的传播延迟。

在实际应用中，由于簇头节点设备与各成员节点设备可以间隔一定的距离，则各成员节点设备与簇头节点设备之间可以存在传播延迟。如图2所示的簇头节点设备与各成员节点设备之间的距离可以不同，所以簇头节点设备与各成员节点设备的传播延迟可以不同。例如，簇头节点设备与成员节点设备A的距离为15米，则簇头节点设备与成员节点设备A之间的传播延迟可以为0.01秒。簇头节点设备与成员节点设备B的距离为30米，则簇头节点设备与成员节点设备之间的传播延迟可以为0.02秒。当本发明实施例应用于水下环境时，某成员节点设备与簇头节点设备的传播延迟可以等于该成员节点设备与簇头节点设备之间的距离除以水中声速的商。

可选的，基于图1所示方法，如图3所示，本发明实施例提供的另一种时隙调度方法，步骤S200可以包括：

S210、所述簇头节点设备确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期内发送数据包的发送时刻，所述数据包包括所述时隙请求和/或所述当前通信周期内所述簇头节点设备接收的所述第一成员节点设备发送的业务数据。

具体的，簇头节点设备接收所述至少一个成员节点设备中的第一成员节点设备在第一发送时隙发送的数据包，其中数据包中可以包括时隙请求和/或业务数据。该数据包中可以携带第一成员节点设备在当前通信周期内发送该数据包的发送时刻。簇头节点设备在接收到该数据包后，可以确定第一成员节点设备在当前通信周期内发送该数据包的发送时刻。

S220、所述簇头节点设备根据接收所述数据包的时刻和所述发送时刻确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期的传播延迟。

具体的，本发明实施例可以根据当前通信周期内簇头节点设备接收数据包的时刻减去第一成员节点设备在当前通信周期内发送该数据包的发送时刻的差值，确定为该第一成员节点设备在当前通信周期的传播延迟。例如：簇头节点设备接收数据包的时刻为当前通信周期的第15秒，第一成员节点设备发送该数据包的发送时刻为当前通信周期的第8秒，则确定第一成员节点设备在当前通信周期的传播延迟为7秒。

需要注意的是，本发明实施例可以应用于水下环境，由于水下应用环境中传输介质为液体，且该液体中可能含有多种杂质。因此，簇头节点设备确定第一成员节点设备在当前通信周期的传播延迟，可以便于簇头节点设备为第一成员节点设备在当前通信周期的下一通信周期中确定准确的发送时隙，降低传输冲突概率。

为了簇头节点设备可以确定第一成员节点设备在当前通信周期的下一通信周期中准确的发送时隙，除了需要确定第一成员节点设备在当前通信周期的传播延迟，还需要在当前通信周期的下一通信周期中簇头节点设备分配给第一成员节点设备的接收时隙。

S300、所述簇头节点设备根据所述数据信息，将所述下一通信周期中的可用时隙内的第一接收时隙分配给所述第一成员节点设备。

具体的，可用时隙为除不可用时隙外的时隙，其中不可用时隙包括簇头节点设备已分配给其他成员节点设备的时隙。例如，如图4所示，在簇头节点设备已将时隙中的第6秒至第11秒作为接受时隙分配给成员节点设备C后，当簇头节点设备需要对成员节点设备D分配接收时隙时，不将第6秒至第11秒以内的时隙作为接收时隙分配给成员节点设备D。

簇头节点设备可以根据数据信息中的数据量，将下一通信周期中的可用时隙内的第一接收时隙分配给第一成员节点设备，即簇头节点设备分配给所述第一成员节点设备的所述第一接收时隙与所述数据量相匹配。可以理解的是，簇头节点设备在接收不同数据量的目标业务数据时，存在着不同程度的传输延迟，即簇头节点设备需要根据自身接收数据的速率和目标业务数据的数据量，确定分配给发送该目标业务数据的成员节点设备的接收时隙的时长。具体的，簇头节点设备分配给发送该目标业务数据的成员节点设备的接收时隙的时长等于该目标业务数据的数据量除以簇头节点设备自身接收数据的速率的商。例如，当簇头节点设备接收数据的速率为3kbps，若第一成员节点设备所要发送的目标业务数据的数据量为3000bits，则簇头节点设备需要分配时长为1秒的第一接收时隙给第一成员节点设备。

当本发明实施例应用于水下环境时，可以理解的是，水下环境中的不确定性因素可能对第一成员节点设备的传播延迟造成影响。不确定因素可以包括水温变化和成员节点设备与簇头节点设备之间的距离突然改变。例如，在第一通信周期确定的第一成员节点设备的传播延迟，由于水温变化，使第二通信周期中的第一成员节点设备的传播延迟又延后了两秒，造成簇头节点设备在第二成员节点设备的接收时隙接收到了第一成员节点设备发送的数据包，使得第一成员节点设备与第二成员节点设备占用相同的接收时隙，导致簇头节点设备接收第一成员节点设备与第二成员节点设备发送的数据包冲突。

为了降低不确定性因素对第一成员节点设备的传播延迟造成的影响，如图5所示，本发明实施例提供的另一种时隙调度方法，在步骤S300之后还可以包括：

S600、所述簇头节点设备在所述第一接收时隙后设置预设时长的预留间隔时隙，将所述预留间隔时隙设置为不可用时隙。

为了便于理解，此处结合图6进一步说明：在簇头节点设备已将时隙中的第9秒至第14秒作为接受时隙分配给成员节点设备E后，根据预设时长的预留间隔时隙，假设该预留间隔时隙的时长为3秒，则第14秒至第17秒为预留间隔时隙，第9秒至第17秒为不可用时隙，当簇头节点设备需要对成员节点设备F分配接收时隙时，不将第9秒至第17秒以内的时隙作为接收时隙分配给成员节点设备F。可以理解的是，预留间隔时隙的时长可以相关技术人员根据实际情况进行设置，本发明在此不作进一步的限定。

S400、所述簇头节点设备根据所述传播延迟和所述第一接收时隙，确定所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内的第二发送时隙。

可选的，如图7所示，本发明实施例提供的另一种时隙调度方法，步骤S400可以包括：

S410、所述簇头节点设备将所述第一接收时隙按照所述传播延迟提前之后对应的时隙，确定为所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内的第二发送时隙。

为了便于理解，此处结合图8进一步说明：假设通信周期1为当前通信周期，通信周期2为通信周期1的下一个通信周期，在通信周期1期间，若簇头节点设备确定成员节点设备J在通信周期1期间的传播延迟为2秒，且簇头节点设备在确定成员节点设备J在通信周期2中的接收时隙为通信周期2中的第6秒至第8秒，则可以根据成员节点设备J在通信周期1期间2秒的传播延迟，确定成员节点设备J在通信周期2的发送时隙为通信周期2中的第4秒至第6秒。若成员节点设备H在通信周期1期间的传播延迟为5秒，且簇头节点设备在确定成员节点设备H在通信周期2中的接收时隙为通信周期2中的第15秒至第20秒，可以根据成员节点设备H在通信周期1期间5秒的传播延迟，确定成员节点设备H在通信周期2的发送时隙为通信周期2中的第10秒至第15秒。

需要注意的是，第一接收时隙中的开始接收时刻与第二发送时隙中的开始发送时刻之间间隔所述传播延迟，且第一接收时隙中的开始接收时刻位于第二发送时隙中的开始接收时刻之后。

S500、所述簇头节点设备将所述第二发送时隙作为所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内进行所述目标业务数据发送的发送时隙通知至所述第一成员节点设备。

可选的，簇头节点设备可以将第二发送时隙作为第一成员节点设备在下一通信周期内进行目标业务数据发送的发送时隙添加至通知包中，再将该通知包发送至第一成员节点设备，其中，通知包可以通过无线传输的方式发送至第一成员节点设备。

可选的，通知包中可以包括与接收该通知包的成员节点设备身份标识，该成员节点设备可以通过该身份标识确定需要接收该通知包。

本发明提供一种时隙调度方法，应用于簇头节点设备，簇头节点设备位于簇型拓扑结构的通信网络，通信网络还包括至少一个成员节点设备，簇头节点设备可以根据当前通信周期内的成员节点设备发送的数据信息，将当前通信周期的下一通信周期中的可用时隙内的接收时隙分配给成员节点设备，再根据接收时隙和成员节点设备在当前通信周期的传播延迟，确定成员节点设备在当前通信周期的下一通信周期中的发送时隙，并将该发送时隙通知至成员节点设备。本发明采用调度各成员节点设备的发送时隙的技术手段，有效避免簇头节点设备接收多个成员节点设备发送数据时占用相同接收时隙的技术问题，降低了簇头节点设备接收成员节点设备发送的数据时的冲突概率。

可选的，在本发明实施例的执行过程中，可以在通信网络中新增成员节点设备，为了使簇头节点设备在当前通信周期内未接收到该新增成员节点设备发送的数据包的情况下，能够在当前通信周期的下一通信周期接收该新增成员节点设备发送的数据包，本发明实施例可以进行如下处理：

所述簇头节点设备对所述至少一个成员节点设备中所有的成员节点设备分配接收时隙后，所述簇头节点设备将所述下一通信周期中的可用时隙中的部分或全部设置为备用接收时隙。簇头节点设备可以根据备用接收时隙和预估传播延迟，确定备用发送时隙。

簇头节点设备可以将备用发送时隙通过无线传输的方式进行广播，通知至通信网络中的所有成员节点设备。通信网络中的新增成员节点设备可以在备用发送时隙发送数据包至簇头节点设备。通信网络中的非新增成员节点设备也可以在备用发送时隙发送突发的业务数据。

如图9所示，本发明实施例还可以包括对簇型拓扑结构的通信网络进行初始化的过程：

S10、所述簇头节点设备在第一个通信周期前，对所述至少一个成员节点设备中的任一成员节点设备：将所述第一个通信周期中的可用时隙内的一个预设接收时隙分配给该成员节点设备。

可选的，簇头节点设备在第一个通信周期前，可以按照预定的顺序依次对所述至少一个成员节点设备中的任一成员节点设备：将第一个通信周期中的可用时隙内的一个预设接收时隙分配给该成员节点设备。

可选的，所述簇头节点设备分配给各成员节点设备的所述预设接收时隙互不重叠。簇头节点设备分配给成员节点设备的预设接收时隙的时长可以相等。如图10所示，簇头节点设备将第一个通信周期的第2秒至第4秒作为预设接收时隙分配给成员节点设备K，将第一个通信周期的第5秒至第7秒作为预设接收时隙分配给成员节点设备L。

S20、所述簇头节点设备根据分配给该成员节点设备的所述预设接收时隙和预估传播延迟，确定该成员节点设备在所述第一个通信周期中的第三发送时隙。

可选的，簇头节点设备确定的各成员节点设备的预估传播延迟可以相同。例如，如图10所示，簇头节点设备确定的成员几点设备K和成员节点设备L的预估传播延迟均为2秒。

可选的，簇头节点设备确定的各成员节点设备的预估传播延迟可以不同。本发明实施例可以根据簇头节点设备与各成员节点设备的距离，分别确定各成员节点的预估传播延迟。例如，若簇头节点设备与成员节点设备A的距离为20米，则本发明实施例确定的成员节点设备A的预估传播延迟可以为0.015秒，若簇头节点设备与成员节点设备B的距离为30米，则本发明实施例确定的成员节点设备A的预估传播延迟可以为0.02秒。

S30、所述簇头节点设备将确定的所述第三发送时隙作为该成员节点设备在所述第一个通信周期内进行业务数据发送的发送时隙通知至该成员节点设备。

可选的，簇头节点设备可以将第三发送时隙作为该成员节点设备在所述第一个通信周期内进行业务数据发送的发送时隙添加至通知包中，再将该通知包发送至该成员节点设备。

可选的，簇头节点设备还可以在通知包中添加唤醒指令，当通知包中的发送时隙开始时，该唤醒指令唤醒接收到该通知包的成员节点设备。可选的，成员节点设备在某一通信周期内，除该成员节点接收的该通信周期的发送时隙以外的时隙中可以处于休眠状态。本发明实施例通过在通知包中添加唤醒指令，便于本发明实施例应用于水下环境，减少成员节点设备的充电次数。可以理解的是，簇头节点设备在发送任一通知包时均可在该发送时隙所在的通知包中添加唤醒指令。可以理解的是，本发明实施例中的成员节点设备也可以根据获得的发送时隙，在该发送时隙开始时自行唤醒。

与上述方法实施例相对应，本发明实施例还提供一种簇头节点设备，其结构如图11所示，可以包括：接收单元100、传播延迟确定单元200、接收时隙分配单元300、发送时隙确定单元400和通知单元500，

所述接收单元100，用于在当前通信周期内，接收所述至少一个成员节点设备中的第一成员节点设备在第一发送时隙发送的时隙请求，其中，所述时隙请求携带有在所述当前通信周期的下一通信周期内所述第一成员节点设备所要发送的目标业务数据的数据信息。

本发明实施例的簇头节点设备可以为声学调制解调器、水声传感器等通信设备。本发明实施例采用簇型拓扑结构的通信网络，该通信网络还可以包括至少一个成员节点设备。成员节点设备可以为声学调制解调器、水声传感器等通信设备。本发明实施例的簇型拓扑结构的通信网络可以如图2所示，簇头节点设备可以与各成员节点设备直接通信连接。本发明实施例通过簇头节点设备与各成员节点设备直接通信连接，可以防止业务数据在多个成员节点设备之间传输时丢失。

具体的，本发明实施例可以设置多个通信周期，在多个通信周期之间可以存在预设的时间间隔，其中，各通信周期之间的预设的时间间隔可以相等，也可以不相等。需要注意的是，任意两个通信周期之间的预设的时间间隔可以根据实际需要由相关技术人员进行设置，本发明对此不作进一步的限定。

本发明实施例可以为簇型拓扑结构的通信网络设置时钟同步，将簇头节点设备的时钟与第一成员节点设备的时钟调整到同一个频率，保证簇头节点设备在当前通信周期内接收到第一成员节点设备在第一发送时隙发送的时隙请求。

其中，第一发送时隙可以是簇头节点设备在当前通信周期开始之前为第一成员节点设备确定的在当前通信周期内可发送时隙请求的时隙。簇头节点设备可以从第一成员节点设备发送的时隙请求中，确定第一成员节点设备在当前通信周期的下一通信周期内所要发送的目标业务数据的数据信息。可选的，目标业务数据可以包括图像数据、音频数据以及温度数据。数据信息可以包括在该下一通信周期内第一成员节点设备所要发送的目标业务数据的数据量。

可以理解的是，各成员节点设备可以与存储介质连接，当某一成员节点设备在非通信周期内，可以收集业务数据存储至与该成员节点设备连接的存储介质中。

所述传播延迟确定单元200，用于确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期的传播延迟。

在实际应用中，由于簇头节点设备与各成员节点设备可以间隔一定的距离，则各成员节点设备与簇头节点设备之间可以存在传播延迟。如图2所示的簇头节点设备与各成员节点设备之间的距离，由于簇头节点设备与各成员节点设备的距离可以不同，则簇头节点设备与各成员节点设备的传播延迟可以不同。当本发明实施例应用于水下环境时，某成员节点设备与簇头节点设备的传播延迟可以等于该成员节点设备与簇头节点设备之间的距离除以水中声速的商。

可选的，所述传播延迟确定单元200包括：数据包发送时刻确定子单元和传播延迟确定子单元。

所述数据包发送时刻确定子单元，用于确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期内发送数据包的发送时刻，所述数据包包括所述时隙请求和/或所述当前通信周期内所述簇头节点设备接收的所述第一成员节点设备发送的业务数据。

具体的，簇头节点设备接收所述至少一个成员节点设备中的第一成员节点设备在第一发送时隙发送的数据包，其中数据包中可以包括时隙请求和/或业务数据。该数据包中可以携带第一成员节点设备在当前通信周期内发送该数据包的发送时刻。簇头节点设备在接收到该数据包后，可以确定第一成员节点设备在当前通信周期内发送该数据包的发送时刻。

所述传播延迟确定子单元，用于根据接收所述数据包的时刻和所述发送时刻确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期的传播延迟。

具体的，本发明实施例可以根据当前通信周期内簇头节点设备接收数据包的时刻减去第一成员节点设备在当前通信周期内发送该数据包的发送时刻的差值，确定为该第一成员节点设备在当前通信周期的传播延迟。

需要注意的是，本发明实施例可以应用于水下环境，由于水下应用环境中传输介质为液体，且该液体中可能含有多种杂质。因此，簇头节点设备确定第一成员节点设备在当前通信周期的传播延迟，可以便于簇头节点设备为第一成员节点设备在当前通信周期的下一通信周期中确定准确的发送时隙，降低传输冲突概率。

所述接收时隙分配单元300，用于根据所述数据信息，将所述下一通信周期中的可用时隙内的第一接收时隙分配给所述第一成员节点设备。

具体的，可用时隙为除不可用时隙外的时隙，其中不可用时隙包括簇头节点设备已分配给其他成员节点设备的时隙。

簇头节点设备可以根据数据信息中的数据量，将下一通信周期中的可用时隙内的第一接收时隙分配给第一成员节点设备，即簇头节点设备分配给所述第一成员节点设备的所述第一接收时隙与所述数据量相匹配。可以理解的是，簇头节点设备在接收不同数据量的目标业务数据时，存在着不同程度的传输延迟，即簇头节点设备需要根据自身接收数据的速率和目标业务数据的数据量，确定分配给发送该目标业务数据的成员节点设备的接收时隙的时长。具体的，簇头节点设备分配给发送该目标业务数据的成员节点设备的接收时隙的时长等于该目标业务数据的数据量除以簇头节点设备自身接收数据的速率的商。

当本发明实施例应用于水下环境时，可以理解的是，水下环境中的不确定性因素可能对第一成员节点设备的传播延迟造成影响。不确定因素可以包括水温变化和成员节点设备与簇头节点设备之间的距离突然改变。

为了降低不确定性因素对第一成员节点设备的传播延迟造成的影响，如图12所示，本发明实施例提供的另一种簇头节点设备，所述簇头节点设备还包括：预留间隔时隙设置单元600，

所述预留间隔时隙设置单元600，用于所述接收时隙分配单元300根据所述数据信息，将所述下一通信周期中的可用时隙内的第一接收时隙分配给所述第一成员节点设备之后，在所述第一接收时隙后设置预设时长的预留间隔时隙，将所述预留间隔时隙设置为不可用时隙。

所述发送时隙确定单元400，用于根据所述传播延迟和所述第一接收时隙，确定所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内的第二发送时隙。

可选的，所述发送时隙确定单元400，具体用于将所述第一接收时隙按照所述传播延迟提前之后对应的时隙，确定为所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内的第二发送时隙。

需要注意的是，第一接收时隙中的开始接收时刻与第二发送时隙中的开始发送时刻之间间隔所述传播延迟，且第一接收时隙中的开始接收时刻位于第二发送时隙中的开始接收时刻之后。

所述通知单元500，用于将所述第二发送时隙作为所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内进行所述目标业务数据发送的发送时隙通知至所述第一成员节点设备。

可选的，簇头节点设备可以将第二发送时隙作为第一成员节点设备在下一通信周期内进行目标业务数据发送的发送时隙添加至通知包中，再将该通知包发送至第一成员节点设备，其中，通知包可以通过无线传输的方式发送至第一成员节点设备。

可选的，通知包中可以包括与接收该通知包的成员节点设备身份标识，该成员节点设备可以通过该身份标识确定需要接收该通知包。

本发明提供一种簇头节点设备，簇头节点设备位于簇型拓扑结构的通信网络，通信网络还包括至少一个成员节点设备，簇头节点设备可以根据当前通信周期内的成员节点设备发送的数据信息，将当前通信周期的下一通信周期中的可用时隙内的接收时隙分配给成员节点设备，再根据接收时隙和成员节点设备在当前通信周期的传播延迟，确定成员节点设备在当前通信周期的下一通信周期中的发送时隙，并将该发送时隙通知至成员节点设备。本发明采用调度各成员节点设备的发送时隙的技术手段，有效避免簇头节点设备接收多个成员节点设备发送数据时占用相同接收时隙的技术问题，降低了簇头节点设备接收成员节点设备发送的数据时的冲突概率。

可选的，所述接收时隙分配单元300还用于对所述至少一个成员节点设备中所有的成员节点设备分配接收时隙后，将所述下一通信周期中的可用时隙中的部分或全部设置为备用接收时隙。簇头节点设备的接收时隙分配单元300可以根据备用接收时隙和预估传播延迟，确定备用发送时隙。

可选的，本发明实施例还可以对簇型拓扑结构的通信网络进行初始化。

具体的，所述接收时隙分配单元300，还可以用于在第一个通信周期前，对所述至少一个成员节点设备中的任一成员节点设备：将所述第一个通信周期中的可用时隙内的一个预设接收时隙分配给该成员节点设备。

可选的，簇头节点设备在第一个通信周期前，可以按照预定的顺序依次对所述至少一个成员节点设备中的任一成员节点设备：将第一个通信周期中的可用时隙内的一个预设接收时隙分配给该成员节点设备。

可选的，所述簇头节点设备分配给各成员节点设备的所述预设接收时隙互不重叠。簇头节点设备分配给成员节点设备的预设接收时隙的时长可以相等。

所述发送时隙确定单元400，还可以用于根据分配给该成员节点设备的所述预设接收时隙和预估传播延迟，确定该成员节点设备在所述第一个通信周期中的第三发送时隙。

可选的，簇头节点设备确定的各成员节点设备的预估传播延迟可以相同。

可选的，簇头节点设备确定的各成员节点设备的预估传播延迟可以不同。本发明实施例可以根据簇头节点设备与各成员节点设备的距离，分别确定各成员节点的预估传播延迟。

所述通知单元500，还可以用于将确定的所述第三发送时隙作为该成员节点设备在所述第一个通信周期内进行业务数据发送的发送时隙通知至该成员节点设备。

可选的，簇头节点设备可以将第三发送时隙作为该成员节点设备在所述第一个通信周期内进行业务数据发送的发送时隙添加至通知包中，再将该通知包发送至该成员节点设备。

可选的，簇头节点设备还可以在通知包中添加唤醒指令，当通知包中的发送时隙开始时，该唤醒指令唤醒接收到该通知包的成员节点设备。可选的，成员节点设备在某一通信周期内，除该成员节点接收的该通信周期的发送时隙以外的时隙中可以处于休眠状态。本发明实施例通过在通知包中添加唤醒指令，便于本发明实施例应用于水下环境，减少成员节点设备的充电次数。可以理解的是，簇头节点设备在发送任一通知包时均可在该发送时隙所在的通知包中添加唤醒指令。可以理解的是，本发明实施例中的成员节点设备也可以根据获得的发送时隙，在该发送时隙开始时自行唤醒。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种时隙调度方法，其特征在于，所述方法应用于簇头节点设备，所述簇头节点设备位于簇型拓扑结构的通信网络，所述通信网络还包括至少一个成员节点设备，所述方法包括：

所述簇头节点设备在当前通信周期内，接收所述至少一个成员节点设备中的第一成员节点设备在第一发送时隙发送的时隙请求，其中，所述时隙请求携带有在所述当前通信周期的下一通信周期内所述第一成员节点设备所要发送的目标业务数据的数据信息；所述簇头节点设备确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期的传播延迟；所述簇头节点设备根据所述数据信息，将所述下一通信周期中的可用时隙内的第一接收时隙分配给所述第一成员节点设备；

所述簇头节点设备根据所述传播延迟和所述第一接收时隙，确定所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内的第二发送时隙；

所述簇头节点设备将所述第二发送时隙作为所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内进行所述目标业务数据发送的发送时隙通知至所述第一成员节点设备；

所述簇头节点设备确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期的传播延迟，包括：

所述簇头节点设备确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期内发送数据包的发送时刻，所述数据包包括所述时隙请求和/或所述当前通信周期内所述簇头节点设备接收的所述第一成员节点设备发送的业务数据；

所述簇头节点设备根据接收所述数据包的时刻和所述发送时刻确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期的传播延迟；

所述数据信息包括在所述下一通信周期内所述第一成员节点设备所要发送的所述目标业务数据的数据量，所述簇头节点设备分配给所述第一成员节点设备的所述第一接收时隙与所述数据量相匹配；

所述簇头节点设备根据所述传播延迟和所述第一接收时隙，确定所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内的第二发送时隙，包括：

所述簇头节点设备将所述第一接收时隙按照所述传播延迟提前之后对应的时隙，确定为所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内的第二发送时隙。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述簇头节点设备在第一个通信周期前，对所述至少一个成员节点设备中的任一成员节点设备：将所述第一个通信周期中的可用时隙内的一个预设接收时隙分配给该成员节点设备；

所述簇头节点设备根据分配给该成员节点设备的所述预设接收时隙和预估传播延迟，确定该成员节点设备在所述第一个通信周期中的第三发送时隙；

所述簇头节点设备将确定的所述第三发送时隙作为该成员节点设备在所述第一个通信周期内进行业务数据发送的发送时隙通知至该成员节点设备。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述簇头节点设备分配给各成员节点设备的所述预设接收时隙互不重叠。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述簇头节点设备根据所述数据信息，将所述下一通信周期中的可用时隙内的第一接收时隙分配给所述第一成员节点设备之后，所述方法还包括：

所述簇头节点设备在所述第一接收时隙后设置预设时长的预留间隔时隙，将所述预留间隔时隙设置为不可用时隙。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述簇头节点设备对所述至少一个成员节点设备中所有的成员节点设备分配接收时隙后，所述簇头节点设备将所述下一通信周期中的可用时隙中的部分或全部设置为备用接收时隙。

6.一种簇头节点设备，其特征在于，包括：接收单元、传播延迟确定单元、接收时隙分配单元、发送时隙确定单元和通知单元，

所述接收单元，用于在当前通信周期内，接收至少一个成员节点设备中的第一成员节点设备在第一发送时隙发送的时隙请求，其中，所述时隙请求携带有在所述当前通信周期的下一通信周期内所述第一成员节点设备所要发送的目标业务数据的数据信息；

所述传播延迟确定单元，用于确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期的传播延迟；

所述接收时隙分配单元，用于根据所述数据信息，将所述下一通信周期中的可用时隙内的第一接收时隙分配给所述第一成员节点设备；

所述发送时隙确定单元，用于根据所述传播延迟和所述第一接收时隙，确定所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内的第二发送时隙；

所述通知单元，用于将所述第二发送时隙作为所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内进行所述目标业务数据发送的发送时隙通知至所述第一成员节点设备；

所述传播延迟确定单元包括：数据包发送时刻确定子单元和传播延迟确定子单元；

所述数据包发送时刻确定子单元，用于确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期内发送数据包的发送时刻，所述数据包包括所述时隙请求和/或所述当前通信周期内所述簇头节点设备接收的所述第一成员节点设备发送的业务数据；

所述传播延迟确定子单元，用于根据接收所述数据包的时刻和所述发送时刻确定所述第一成员节点设备在所述当前通信周期的传播延迟；

所述数据信息包括在所述下一通信周期内所述第一成员节点设备所要发送的所述目标业务数据的数据量，所述簇头节点设备分配给所述第一成员节点设备的所述第一接收时隙与所述数据量相匹配；

所述发送时隙确定单元根据所述传播延迟和所述第一接收时隙，确定所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内的第二发送时隙包括，将所述第一接收时隙按照所述传播延迟提前之后对应的时隙，确定为所述第一成员节点设备在所述下一通信周期内的第二发送时隙。

7.根据权利要求6所述的簇头节点设备，其特征在于，所述接收时隙分配单元，还用于在第一个通信周期前，对所述至少一个成员节点设备中的任一成员节点设备：将所述第一个通信周期中的可用时隙内的一个预设接收时隙分配给该成员节点设备；

所述发送时隙确定单元，还用于根据分配给该成员节点设备的所述预设接收时隙和预估传播延迟，确定该成员节点设备在所述第一个通信周期中的第三发送时隙；

所述通知单元，还用于将确定的所述第三发送时隙作为该成员节点设备在所述第一个通信周期内进行业务数据发送的发送时隙通知至该成员节点设备。

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