CN113133081B - 一种无线自组网节能传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线自组网节能传输方法，包括具有中心控制节点的无线自组网，包括以下步骤：1）无线自组网中心控制节点获取所有通信节点的邻节点路由表，经过分析计算，获取整个无线自组网的路由信息；2）通信节点出现通信节点的剩余电量低于预设电量门限，或者在预设的时间窗内，通信节点的平均吞吐量低于预设吞吐量门限时，则向中心控制节点发送休眠申请；3）中心控制节点收到通信节点的休眠申请后，判断所述通信节点是否为通信必要节点或是否存在可替代节点，如果是非必要节点，则允许该通信节点的休眠申请。本发明在不影响网络传输功能的情况下，通过使低传输量和低电量的节点进行休眠，减少了能量消耗。

Description

一种无线自组网节能传输方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种无线自组网节能传输方法。

背景技术

无线自组网是一种与传统无线蜂窝网络完全不同新型无线网络架构，包含多个通信节点的临时自治网络。网络中的节点之间都是对等的，每个通信节点都装置无线收发装置，具有发送、转发和接收功能，因此网络中任意两个节点可以通过直接链路或多跳链路进行通信。相比传统蜂窝网络，无线自组网不需要依赖基础设施，具有组网灵活简便、网络可靠性高以及覆盖范围大等优点，广泛应用在公共安全、军事战场、灾后重建和急救任务等领域。

根据不同的网络设计，无线自组网包括有中心节点和无中心节点两种情况。在有中心节点的无线自组网中，中心节点负责整个网络的拓扑管理、频率选择、定时同步等，处于决策和管理地位，其他通信节点通过接收中心节点广播的一些***消息进行配置。在无中心节点的无线自组网中，所有通信节点处于同等地位，分别自主决定所采用的配置和资源等。网络中所有通信节点然后经过大量的消息交互和博弈后，整个网络才趋于收敛。在实际的无线自组网中，为了网络快速能够收敛，通常不会完全取消中心节点的，一般会临时指定一个通信节点作为中心节点，当整个网络稳定之后，再取消中心节点。

无线自组网在一些临时的应急环境中使用广泛，这些环境一方面缺乏基础的供电设施，另一方面应急业务需要快速的网络部署，所以很难采用有线方式供电。同时，无线自组网节点具有集成度高、体积小的特点，因此通常使用充电电池进行能量供给。如果无线自组网节点因为能量耗尽而无法工作，就会引起网络拓扑改变以及路由的重新建立等问题，严重情况下，可以造成网络部分不连通，使网络通信中断。因此，在不影响功能的前提下，如何节约节点的能量是无线自组网节点设计的一个重要问题。

为了延长网络的生存时间，现有无线网络通常会采用终端或节点休眠方案。例如LTE(Long Term Evolution，长期演进)***采用不连续接收(DRX)的节电方案。在DRX方案中，当终端处于idle状态时，已经没有RRC(Radio Resource Control，无线资源控制)连接和用户的专有资源，此时主要侦听呼叫信道和广播信道。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供提出了一种无线自组网节能传输方法，解决无线自组网节点由于供电不足造成网络传输时间受限的问题，通过采用节能传输方案，延长网络的生存时间。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种无线自组网节能传输方法，包括具有中心控制节点的无线自组网，包括以下步骤：

1)无线自组网中心控制节点获取所有通信节点的邻节点路由表，经过分析计算，获取整个无线自组网的路由信息；

2)非中心控制节点的通信节点出现通信节点的剩余电量低于预设电量门限，或者在预设的时间窗内，通信节点的平均吞吐量低于预设吞吐量门限时，则向中心控制节点发送休眠申请；

在无线自组网中，进行休眠的节点分为上述两种情况，对于第一种情况，当通信节点的剩余电量低于预设电量门限时，为了避免节点电量耗尽造成网络的突然中断，该通信节点向中心控制节点提出休眠申请，使中心控制节点能够提前应对网络中断的情况；对于第二种情况，预设一个时间窗，统计通信节点的平均吞吐量，如果平均吞吐量低于预设的吞吐量门限时，为了减少这种低效率通信节点的能量消耗，该通信节点向中心控制节点提出休眠申请，由中心控制节点将传输数据转移到其他可替代的通信节点上；

3)中心控制节点收到通信节点的休眠申请后，判断所述通信节点是否为通信必要节点或是否存在可替代节点，如果是非必要节点，则允许该通信节点的休眠申请，如果是必要节点，则根据步骤1)所述的无线自组网的路由信息判断是否存在可替代节点，根据判断结果允许或拒绝该通信节点的休眠申请；

4)中心控制节点向步骤2)中发送休眠申请的通信节点发送反馈信令，通知上述通信节点是否可以进行休眠，在允许该通信节点休眠申请且存在替代节点的情况下，中心控制节点向替代节点发送唤醒信令，同时，中心控制节点通过广播信息向网络中其他通信节点通知休眠节点和替代节点的信息，其他通信节点根据广播信息更新自己的邻节点路由表，可以在邻节点路由表中将休眠节点或替代节点的状态进行标识；

5)上述通信节点在时隙#n内接收到中心控制节点发送的允许休眠的反馈信令，则该通信节点从时隙#n+k(k>0)开始休眠，直到接收到唤醒信令；

6)步骤3)中所述替代节点在时隙#n内接收到中心控制节点发送的唤醒信令，则所述替代节点最迟在时隙#n+k-1内切换到唤醒状态。

作为优选，步骤1)包括如下步骤：

1-1)：无线自组网中的所有通信节点通过发送发现信号，可以获取自身的相邻节点，每个通信节点建立一个邻节点路由表，邻节点路由表包含了邻节点的节点ID和状态；

1-2)：所有通信节点将自己的邻节点路由表发送给中心控制节点，中心控制节点的邻节点路由表，可以直接发送给中心控制节点，无线自组网中其他通信节点，通过多跳中继传输的方式将邻节点路由表发送给中心控制节点；

1-3)：中心控制节点获取所有通信节点的邻节点路由表后，经过交叉分析，获取所有节点之间的路由信息。

作为优选，所述路由信息指任意两个通信节点之间的所有传输路由。

作为优选，步骤2)中所述休眠申请中包括所述通信节点的剩余电量或预设的一段时间内统计的平均吞吐量。

作为优选，步骤3)中所述必要节点，指网络中的其他两个通信节点进行通信时，必须经过的通信节点。

作为优选，步骤3)中发出休眠申请的通信节点如果是必要节点，判断是否存在可替代节点的方法是，如果网络中存在其他已休眠的通信节点可以替代所述必要节点，则所有符合条件的已休眠的通信节点和所述必要节点组成一个集合，中心控制节点优先从所述集合中选择剩余电量最高的通信节点，作为必要节点的替代节点；如果存在多个剩余电量相同的通信节点，则优先选择平均吞吐量最高的通信节点，作为必要节点的替代节点，如果网络中不存在其他已休眠的通信节点可以替代所述必要节点，或者根据上述判定方式选择出来的节点仍然为所述必要节点，则拒绝该通信节点的休眠申请，否则，中心节点允许该通信节点的休眠申请。

作为优选，步骤5)和步骤6)中，如果所述通信节点和中心控制节点之间的信令传输时间小于所述替代节点与中心控制节点之间的信令传输时间，则k值大于或等于信令传输时间的差值与替代节点唤醒所需时间之和。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明在不影响网络传输功能的情况下，通过使低传输量和低电量的节点进行休眠，减少了能量消耗。

2、本发明通过减少能量消耗延长了网络的生存时间，提高了网络的效率，减少了网络的运维投入，提高了产品的竞争力。

3、本发明通过减少能量消耗延长了业务在线时间，由于无线自组网使用场景的特殊性，能够带来明显的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的LTE***DRX流程示意图；

图2为实施例无线自组网示意图一；

图3为实施例无线自组网示意图二(包含休眠节点)；

具体实施方式

为了理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式如下，一种无线自组网节能传输方法，包括具有中心控制节点的无线自组网，为了简单清晰地说明本发明方案，如图2所示的一个无线自组网案例，网络包含七个节点A～G，假设节点A为中心控制节点，节点B～G为通信节点，各节点之间的路由表如图2所示。

依照图1所示的LTE***DRX流程示意图，节点A～G在分配的时隙内分别发送发现信号，在一节点发送发现信号的同时，其他节点接收并检测发现信号。例如节点C发送发现信号，节点A、B和D～G接收并检测发现信号，如果接收节点检测到发现信号，即检测到的发现信号功率高于预定门限，则节点C为该接收节点的邻节点。根据图3可以获知，节点C是节点B、D、E的邻节点，则节点B、D、E建立自己的邻节点路由表，将节点C的ID保存到邻节点路由表中。以此类推，所有节点都可获知自己的邻节点，并建立邻节点路由表。考虑到节点存在休眠和唤醒两种状态，邻节点路由表还包含节点状态。

所有节点建立邻节点路由表之后，将邻节点路由表中的信息发送给中心控制节点A。其中，节点B和D是中心控制节点A的邻节点，直接将邻节点路由表中的信息发送给中心控制节点A。其他节点非中心控制节点A的邻节点，需要通过其他节点的中继传输，将邻节点路由表中的信息发送给节点A。例如节点F通过节点D的中继传输，采用两跳传输的方式将自己的邻节点路由表中的信息发送给中心控制节点A。注意的是，通过多跳传输时，发送的信息需要包含源节点的ID信息。

中心控制节点A获取到通信节点B～G的邻节点路由表之后，通过交叉分析，可以获取任意两个通信节点之间的传输路径。例如通信节点D和E之间的传输路径包括D-C-E和D-F-E。

假设在一个预设的时间窗内，通信节点C计算的平均吞吐量低于预设吞吐量门限，或者通信节点C的剩余电量低于预设电量门限，则通信节点C通过通信节点B或D的中继传输，向中心控制节点A发送休眠申请信令。该信令包含了统计的平均吞吐量或者剩余电量。中心控制节点A接收到休眠申请信令，则判断通信节点C是否为必要节点。由于通信节点C不是其他两个通信节点进行数据传输时必须经过的节点，则中心控制节点允许通信节点C休眠。

如图3所示，如果通信节点F已经处于休眠状态，则通信节点F与邻节点之间的通信链路都已经断开。此时，中心控制节点A收到通信节点C的休眠申请信令之后，发现通信节点C是通信节点E与其他通信节点进行数据传输的必要节点。在判定通信节点C是必要节点之后，中心控制节点发现已经休眠的通信节点F是可替代节点，将通信节点C和F组成一个集合。

中心控制节点A首先比较通信节点C和F的剩余电量，剩余电量较低的通信节点作为休眠节点。如果二者剩余电量相同，则中心控制节点A进一步比较二者的平均吞吐量，平均吞吐量较低的通信节点作为休眠节点。考虑到通信节点F可能是由于平均吞吐量低于预设吞吐量门限而进行休眠的，其剩余电量有可能高于预设电量门限和通信节点C，所以通信节点F有可能作为通信节点C的替代节点，在这种情况下，中心控制节点A运行通信节点C的休眠申请。如果中心控制节点A仍判定通信节点F为休眠节点，则拒绝通信节点C的休眠申请。

中心控制节点A在判定完成之后，向通信节点C发送反馈指令，通知通信节点C进行休眠或继续工作。如果允许通信节点C进行休眠，则中心控制节点A同时向通信节点F发送唤醒指令，唤醒通信节点F结束休眠状态，并建立网络连接。同时，中心控制节点A向其他通信节点B、D、E和G广播通信节点C休眠，通信节点F唤醒的信息，其他通信节点更新邻节点路由表。例如，通信节点B、D和E将邻节点路由表中通信节点C的状态更新为休眠，通信节点D、E和G将邻节点路由表中通信节点F的状态更新为唤醒。

假设通信节点C在时隙#n内接收到中心控制节点发送的允许休眠的反馈信令，则通信节点C从时隙#n+k(k>0)开始休眠，断开与通信节点B、D和E的网络连接。同时，假设通信节点F在时隙#n内接收到中心控制节点发送的唤醒信令，通信节点F最迟在时隙#n+k-1内切换到唤醒状态，建立完成与通信节点D、E和G的网络连接，这样保证在通信节点C进行休眠时，其他通信节点能够通过通信节点F进行数据传输。

由于中心控制节点A到通信节点C和到通信节点F经过的链路跳数相同，所以k取值保证通信节点F能够唤醒并建立网络连接即可。假设中心控制节点A到通信节点C比到通信节点F的跳数少N跳，则k取值至少为N跳传输所需的时间和保证通信节点F能够唤醒并建立网络连接的时间之和。

通信节点D的邻节点路由表如表1所示。

邻接点ID	邻节点状态
		A	唤醒
C	唤醒
		F	休眠
G	唤醒

表1

因此，可以使终端在一段时间内休眠，停止侦听物理下行控制信道。终端内部的处理器将关闭接收器并使自己进入低功耗的睡眠模式。在无线传感器网络或无线自组网中，一方面根据不同的应用场景设计不同功能，去掉一些不必要的功能来节约能量。另一方面，设计提高能量效率的专用路由协议以及采用专用的技术。在实际应用中，通常通过MAC(Media Access Control，介质接入控制)协议减少节点的空闲侦听时间实现节点休眠。因此在此基础上，出现了关于多种MAC路由协议的研究，例如基于最小条数的路由协议。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种无线自组网节能传输方法，包括具有中心控制节点的无线自组网，其特征在于，包括以下步骤：

1）无线自组网中心控制节点获取所有通信节点的邻节点路由表，经过分析计算，获取整个无线自组网的路由信息；

2）非中心控制节点的通信节点出现通信节点的剩余电量低于预设电量门限，或者在预设的时间窗内，通信节点的平均吞吐量低于预设吞吐量门限时，则向中心控制节点发送休眠申请；

3）中心控制节点收到通信节点的休眠申请后，判断所述通信节点是否为通信必要节点，如果是非必要节点，则允许该通信节点的休眠申请，如果是必要节点，则根据步骤1）所述的无线自组网的路由信息判断是否存在可替代节点，根据判断结果允许或拒绝该通信节点的休眠申请；

4）中心控制节点向步骤2）中发送休眠申请的通信节点发送反馈信令，通知上述通信节点是否可以进行休眠，在允许该通信节点休眠申请且存在替代节点的情况下，中心控制节点向替代节点发送唤醒信令，同时，中心控制节点通过广播信息向网络中其他通信节点通知休眠节点和替代节点的信息，其他通信节点根据广播信息更新自己的邻节点路由表，可以在邻节点路由表中将休眠节点或替代节点的状态进行标识；

5）上述通信节点在时隙#n内接收到中心控制节点发送的允许休眠的反馈信令，则该通信节点从时隙#n+k（k>0）开始休眠，直到接收到唤醒信令；

6）步骤3)中所述替代节点在时隙#n内接收到中心控制节点发送的唤醒信令，则所述替代节点最迟在时隙#n+k-1内切换到唤醒状态。

2.根据权利要求1所述的一种无线自组网节能传输方法，其特征在于：步骤1）包括如下步骤：

1-1）：无线自组网中的所有通信节点通过发送发现信号，可以获取自身的相邻节点，每个通信节点建立一个邻节点路由表，邻节点路由表包含了邻节点的节点ID和状态；

1-2）：所有通信节点将自己的邻节点路由表发送给中心控制节点，中心控制节点的邻节点路由表，可以直接发送给中心控制节点，无线自组网中其他通信节点，通过多跳中继传输的方式将邻节点路由表发送给中心控制节点；

1-3）：中心控制节点获取所有通信节点的邻节点路由表后，经过交叉分析，获取所有节点之间的路由信息。

3.根据权利要求1或2中所述的一种无线自组网节能传输方法，其特征在于：所述路由信息指任意两个通信节点之间的所有传输路由。

4.根据权利要求1所述的一种无线自组网节能传输方法，其特征在于：步骤2）中所述休眠申请中包括所述通信节点的剩余电量或预设的一段时间内统计的平均吞吐量。

5.根据权利要求1所述的一种无线自组网节能传输方法，其特征在于：步骤3）中所述必要节点，指网络中的其他两个通信节点进行通信时，必须经过的通信节点。

6.根据权利要求1所述的一种无线自组网节能传输方法，其特征在于：步骤3）中发出休眠申请的通信节点如果是必要节点，判断是否存在可替代节点的方法是，如果网络中存在其他已休眠的通信节点可以替代所述必要节点，则所有符合条件的已休眠的通信节点和所述必要节点组成一个集合，中心控制节点优先从所述集合中选择剩余电量最高的通信节点，作为必要节点的替代节点；如果存在多个剩余电量相同的通信节点，则优先选择平均吞吐量最高的通信节点，作为必要节点的替代节点，如果网络中不存在其他已休眠的通信节点可以替代所述必要节点，或者根据上述判定方式选择出来的节点仍然为所述必要节点，则拒绝该通信节点的休眠申请，否则，中心节点允许该通信节点的休眠申请。

7.根据权利要求1所述的一种无线自组网节能传输方法，其特征在于：步骤5）和步骤6）中，如果所述通信节点和中心控制节点之间的信令传输时间小于所述替代节点与中心控制节点之间的信令传输时间，则k值大于或等于信令传输时间的差值与替代节点唤醒所需时间之和。

Images