CN115622650B - 一种窄带自组网时间同步与路由维护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种窄带自组网时间同步与路由维护方法及装置，所述方法包括：获得周围节点发送的时间同步报文；至少基于时间同步报文动态确定目标时间基准节点，并自调节以与目标时间基准节点时间同步；监听信道状态，当需要发送数据时，基于监听结果确定预先划分为对应自身节点的时隙是否空闲；若空闲，则发送所述数据；监听邻居节点发送的路由信息，并至少基于监听到的路由信息而更新本地建立的路由表，路由表中包括各个节点的路由信息；当有广播消息要发送时，至少结合路由表中记录的路由信息实现消息发送。本发明的窄带自组网时间同步与路由维护方法方法兼具窄带通信距离远、低功耗、低成本，同时可提高通信带宽的利用率和网络实时性。

Description

一种窄带自组网时间同步与路由维护方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及移动物联网技术领域，特别涉及一种窄带自组网时间同步与路由维护方法及装置。
背景技术
在物联网、应急救援以及军事应用等诸多场景中，都对远距离组网通信，尤其是不依赖通信基础设施、低功耗的通信手段有迫切的需求。在这些场景中，节点移动可能造成网络拓扑关系发生变化，节点动态的加入或退出网络等，因此要求网络具有较强的动态特性和抗毁性。
Lora等窄带技术具有通信距离远、功耗低的优点，且成本较低，适用于节点分布较为分散、通信基础设施缺乏的场景。为了实现远距离通信，其通信速率被高度压缩以提高信号解析能力，如SX126x芯片的通信带宽最大只有62.5kbps。另一方面，利用MESH组网模式，可提高网络的抗毁性，避免单点失效造成网络的大规模瘫痪，在节点移动性较强、网络可靠性要求高的场景中具有较大的优势，但通常MESH组网需要消耗大量的带宽用于路由状态的维护。
为了结合窄带通信与MESH组网两者的优势，亟需设计一种窄带自组网时间同步与路由维护方法，降低路由维护开销，以弥补窄带通信带宽低的不足，提高其组网通信能力。
发明内容
本发明提供了一种兼具窄带通信距离远、低功耗、低成本以及高抗毁性、高动态性，同时可提高通信带宽的利用率和网络实时性的窄带自组网时间同步与路由维护方法及装置。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种窄带自组网时间同步与路由维护方法，应用于窄带自组网的节点中，所述方法包括：
获得周围节点发送的时间同步报文；
至少基于所述时间同步报文动态确定目标时间基准节点，并自调节以与所述目标时间基准节点时间同步；
监听信道状态，当需要发送数据时，基于监听结果确定预先划分为对应自身节点的时隙是否空闲；
若空闲，则发送所述数据；
监听邻居节点发送的路由信息，并至少基于监听到的路由信息而更新本地建立的路由表，所述路由表中包括各个节点的路由信息；
当有广播消息要发送时，至少结合所述路由表中记录的路由信息实现消息发送。
作为一可选实施例，所述时间同步报文的格式包含前导码、消息头、有效负载以及校验码，所述有效负载中包含时间信息。
作为一可选实施例，还包括：
获得待同步时间的所述节点的时间同步报文触发得到的有效前导码的中断信号；
基于所述中断信号确定中断产生时的本地时间；
确定所述时间同步报文的发送准备到所述中断信号产生时的延时信息；
基于所述时间同步报文中的时间信息、中断产生时的本地时间以及延时信息分别确定对应各个所述节点的时间修正量。
作为一可选实施例，每个所述节点均具有一时间同步消息表，所述时间同步消息表包括发送所述时间同步报文的节点的编号、基准节点编号、基准节点跳数、更新本次时间同步消息表的时间戳，以及向该发送节点对齐时间所需要的时间修正量。
作为一可选实施例，所述至少基于所述时间同步报文动态确定目标时间基准节点，并自调节以与所述目标时间基准节点时间同步，包括：
基于时间同步报文确定各节点的时间信息；
基于预置的时间阈值、所述时间信息以及存储的时间同步消息表确定目标时间基准节点；
基于所述目标时间基准节点从所述时间同步消息表中选择最小跳数消息项，并基于该项确定对应的目标时间修正量；
基于所述目标时间修正量进行自调节以与所述目标时间基准节点时间同步。
作为一可选实施例，还包括：
设定目标时隙宽度，构建多个时隙；
为每个所述时隙分配所述节点；
所述监听信道状态，当需要发送数据时，基于监听结果确定预先划分为对应自身节点的时隙是否空闲，包括：
监听所述信道是否产生目标事件，所述目标事件包括前导码检测事件；
若产生所述目标事件则表明对应的所述时隙被占用，若未产生所述目标事件则表明对应的所述时隙空闲。
作为一可选实施例，所述监听邻居节点发送的路由信息，并至少基于监听到的路由信息而更新本地建立的路由表，包括：
监听邻居节点发送的路由信息，并至少基于监听到的所述路由信息而更新本地建立的路由表，基于当前消息的信号质量更新路由表中表征自身节点信号接收质量的信息以及时间信息，所述时间信息包括以秒为单位，并取整表示。
作为一可选实施例，还包括：
接收其他所述节点发送的广播消息；
确定所述广播消息是否到达最大跳数；
当未到达最大跳数时，确定所述广播消息对应的消息覆盖范围；
基于所述消息覆盖范围确定转发所述广播消息能否增加所述消息覆盖范围，若能够增加，则允许转发所述广播消息。
作为一可选实施例，所述广播消息为接收到的其他所述节点发送的信息或从自身节点开始发送的消息；
所述当有广播消息要发送时，至少结合所述路由表中记录的路由信息实现消息发送，包括：
当要转发所述广播消息时，基于本地的路由表评估关于转发所述广播消息的优先级和延迟***消息发送队列的时间；
基于时隙抢占算法、所述优先级和延迟***消息发送队列的时间实现所述广播消息的转发。
本发明另一实施例同时提供一种窄带自组网时间同步与路由维护装置，应用于窄带自组网的节点中，所述窄带自组网时间同步与路由维护装置包括：
获得模块，用于获得周围节点发送的时间同步报文；
确定模块，用于至少根据所述时间同步报文动态确定目标时间基准节点，并自调节以与所述目标时间基准节点时间同步；
第一监听模块，用于监听信道状态，当需要发送数据时，基于监听结果确定预先划分为对应自身节点的时隙是否空闲；
第一发送模块，用于在所述时隙空闲时，发送所述数据；
第二监听模块，用于监听邻居节点发送的路由信息，并至少基于监听到的路由信息而更新本地建立的路由表，所述路由表中包括各个节点的路由信息；
第二发送模块，用于在有广播消息要发送时，至少结合所述路由表中记录的路由信息将消息***第一发送模块以等待发送。
基于上述实施例的公开可以获知，本发明实施例具备的有益效果包括窄带自组网时间同步与路由维护方法能够适用于窄带自组网中，以解决自组网无法兼具远距离、抗毁伤的问题，同时能够提高通信带宽的利用率和网络的实时性，降低路由维护开销，以弥补窄带通信带宽低的不足，提高组网通信能力。
附图说明
图1为本发明实施例中的窄带自组网时间同步与路由维护方法的流程图。
图2为本发明实施例中的时间同步报文的格式。
图3为本发明实施例中的时间对齐流程图。
图4为本发明实施例中的时隙划分与占用示意图。
图5为本发明实施例中的网络拓扑示意图。
图6为本发明实施例中的路由表及更新过程示意图。
图7为本发明实施例中的广播消息的处理流程图。
图8为本发明实施例中的窄带自组网时间同步与路由维护装置的结构框图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的描述，但不作为本发明的限定。
应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，下述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。
本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。
下面，结合附图详细的说明本发明实施例。
如图1所示，本发明实施例提供一种窄带自组网时间同步与路由维护方法，应用于窄带自组网的节点中，所述方法包括：
获得周围节点发送的时间同步报文；
至少基于时间同步报文动态确定目标时间基准节点，并自调节以与目标时间基准节点时间同步；
监听信道状态，当需要发送数据时，基于监听结果确定预先划分为对应自身节点的时隙是否空闲；
若空闲，则发送数据；
监听邻居节点发送的路由信息，并至少基于监听到的路由信息而更新本地建立的路由表，路由表中包括各个节点的路由信息，还可以包括侦听到其他节点的信号状态；
当有广播消息要发送时，至少结合路由表中记录的路由信息实现消息发送。
基于上述实施例的公开可以获知，本实施例具备的有益效果包括窄带自组网时间同步与路由维护方法能够适用于窄带自组网中，以解决自组网无法兼具远距离、抗毁伤的问题，同时能够提高通信带宽的利用率和网络的实时性，降低路由维护开销，以弥补窄带通信带宽低的不足，提高组网通信能力。
如图2所示，本实施例中的时间同步报文的格式包含前导码、消息头、有效负载以及校验码，如CRC校验码，有效负载中包含时间信息，还包含发送节点ID、基准节点ID、距离基准节点的跳数以及该条报文发送的本地时间ta1。
进一步地，本实施例中的方法还包括：
获得待同步时间的节点发送的时间同步报文触发得到的有效前导码的中断信号；
基于中断信号确定中断产生时的本地时间；
确定时间同步报文发送的准备到中断信号产生时的延时信息；
基于时间同步报文中的时间信息、中断产生时的本地时间以及延时信息分别确定对应各个节点的时间修正量。
例如，本实施例中的窄带自组网为Lora等窄带自组网***。从数据帧，也即是时间同步报文的生成到开始通过射频发送需要数据准备时间，如通过SPI将数据帧写入射频芯片寄存器等，当帧长度固定时，数据准备时间变化较小，对于窄带通信***而言可忽略该误差，在实际实施中，可通过实验测试取多次数据准备时间的平均值来确定时间同步报文的延时信息。
当时间基准节点等各节点开始发送时间同步报文后，射频信号覆盖范围内的待同步节点将产生PreambleDetected(前导码检测)、RxDone中断信号，并记录PreambleDetected中断产生时的本地时间tb3。以本实施例中的窄带自组网为Lora等窄带自组网***为例，由于在同一网络中的Lora节点消息头长度固定，因此从各节点，如时间基准节点生成同步报文到待同步节点产生有效消息头的中断时间基本恒定，通过测算估计该时间为则待同步时间的节点的时间修正量Δt可表示为：
同步后的本地时间表示为t′b＝tb+Δtb。
进一步地，本实施例中的每个节点均具有一时间同步消息表，时间同步消息表包括发送时间同步报文的节点的编号、基准节点编号、基准节点跳数、更新本次时间同步消息表的时间戳，以及向该发送节点对齐时间所需要的时间修正量，也即发送本次时间同步报文的节点的时间修正量。
至少基于时间同步报文动态确定目标时间基准节点，并自调节以与目标时间基准节点时间同步，包括：
基于时间同步报文确定各节点的时间信息；
基于预置的时间阈值、时间信息以及存储的时间同步消息表确定目标时间基准节点；
基于目标时间基准节点从时间同步消息表中选择最小跳数消息项，并基于该项确定对应的目标时间修正量；
基于目标时间修正量进行自调节以与目标时间基准节点时间同步。
进一步地，本实施例中的方法还包括：
设定目标时隙宽度，构建多个时隙；
为每个时隙分配节点；
监听信道状态，当需要发送数据时，基于监听结果确定预先划分为对应自身节点的时隙是否空闲，包括：
监听信道是否产生目标事件，目标事件包括前导码检测事件；
若产生目标事件则表明对应的时隙被占用，若未产生目标事件则表明对应的时隙空闲。
基于上述流程可知，本实施例实际上是利用信道侦听与时隙的划分来避免无线信道竞争中产生的冲突。具体地，每个节点可以监听信道的PreambleDetected、RxDone等事件，以判断信道是否已经被占用或释放。在各节点的时间同步后，网络***可以设定目标时隙宽度，构建多个时隙，接着为每个时隙分配主节点，如图3所示。当节点需要发送数据时，等到其所属的某时隙空闲时，开始连续占用多个时隙，直到本次发送完成后释放信道。划分的时隙宽度应略大于前导码的宽度，以确保其他节点可在下一个时隙到来之前确认信道是否已经被占用，但也不应过大，否则将造成无效的等待。
通过分配时隙主节点，确保节点间可以公平竞争，且能够避免多个节点同时抢占造成的冲突。同时由于每个时隙相较于一次消息发送而言较窄，故可以减少无效等待时间，提高网络效率。
进一步地，在监听邻居节点发送的路由信息，并至少基于监听到的路由信息而更新本地建立的路由表时，包括：
监听邻居节点发送的路由信息，并至少基于监听到的路由信息而更新本地建立的路由表中表征自身节点的路由能力的信息以及时间信息，时间信息包括以秒为单位，并取整表示。
例如，在MESH网络中多跳路由选择依赖路由表实现，而节点动态性较强的网络中路由同步将消耗较大的通信带宽，为了在Lora网络中实现路由同步，本实施例提出一种通信带宽更低、实时性更高的路由同步算法。
本实施例中的路由表存储和发送格式如图5所示，为了降低路由同步报文的数据量，将信号质量量化为枚举值，如用0-3四个数字分别代表信号断开、信号差、信号一般、信号好四个状态；由于路由表的更新不可过于频繁，故可将时间戳取整为秒，即以秒为单位并取整表示，以节省、减少数据传输量。
每个节点通过监听邻居节点发送的路由信息来实时更新本地路由表中自身所对应的行。该路由信息可以认为是路由表，例如在发送路由表时，节点可以对路由表中更新的时间戳过早的行进行老化处理，并将自身节点对应的行的时间戳更新为当前网络时间并取整记录。而且在接收到路由表报文时，各节点可以根据更新的时间戳而将接收的路由表和本地的路由表进行合并，并去除重复信息。
可选地，本实施例中的方法还包括：
接收其他节点发送的广播消息；
确定广播消息是否到达最大跳数；
当未到达最大跳数时，确定广播消息对应的消息覆盖范围；
基于消息覆盖范围确定转发广播消息能否增加消息覆盖范围，若能够增加，则允许转发广播消息。
进一步地，本实施例中的广播消息为接收到的其他节点发送的信息或从自身节点开始发送的消息；
当有广播消息要发送时，至少结合路由表中记录的路由信息实现消息发送，包括：
当要转发广播消息时，基于本地的路由表评估关于转发广播消息的优先级和延迟***消息发送队列的时间；
基于时隙抢占算法、优先级和延迟***消息发送队列的时间实现广播消息的转发。
例如，由于本实施例中每个节点自身均拥有最新的局部路由状态，因此本实施例上述内容相当于提出由中继节点根据其自身网络状态以及其他节点的转发情况自行判断是否需要转发。
具体地，节点转发算法流程如图6所示，包括接收到消息的处理与消息队列的发送调度。各节点可以根据广播消息在消息队列中的消息序列号为每条消息创建转发覆盖范围记录Qo，并在收到一条广播消息时，叠加源节点和当前发送节点在路由表中的覆盖范围。如果消息记录中记录的转发覆盖范围已经包含了本节点的信号覆盖范围Qs，则本节点不转发，若不包含本节点的覆盖范围，则对Qo中各个节点的覆盖范围扩增能力进行发送优先级排序。也就是对于所有节点i∈Qo，首先按Ci＝|(Qs-Qo)∩Qi|对节点进行降序排列，然后按C′i＝|Qi|对并列节点进行降序排序。根据本节点在该排序中越靠后，则***发送队列的延迟时间越大的基准实现分布式的发送优先级设置，确保覆盖能力更强的节点可以优先中继。如果优先中继的节点可以提前完成广播覆盖，则其他节点不再发送以节省带宽。
进一步地，在用于发送广播消息的消息队列发送线程中，各节点可以根据时隙抢占算法抢占信道，如果有可用时隙，则从发送队列中取一条消息，并再次根据消息的覆盖范围判断本次转发能否增加覆盖范围，如果可以则执行发送，如果不能增加覆盖范围则抛弃该消息，并从队列中重新取一条消息继续处理。由于本地逻辑判断消耗时间相较于Lora的发送时长可忽略不计，因此当获取到可用时隙时，可多次从队列中获取消息并判断，直到执行发送或队列为空后重新等待信道抢占调度。
为了更好地阐述本申请的窄带自组网时间同步与路由维护方法，以下结合具体实施例进行详细说明：
S1：对MESH网络(窄带自组网)中的各个通信节点设置相同的射频参数，以及为每个节点配置一个唯一ID，以确保节点间可相互收发数据，。
S2：通过实验测定在特定射频信道带宽、扩频因子、preamble的长度、编码率以及CRC校验码位数后，基于测定数据计算确定从时间报文的数据准备到PreambleDetected中断产生的延时
S3：每个节点按图2所示帧格式发送时间同步报文。
S4：节点接收到时间同步帧/时间同步报文时，记录PreambleDetected中断本地时间tb3，基于记录的时间计算确定同步节点的时间修正量Δt：
同步后的本地时间可表示为t′b＝tb+Δtb。
S5：为避免单个节点失效造成的网络瘫痪，从网络中动态选择基准节点进行时间对齐，以及接收到时间同步帧的处理流程可以参考图3所示。每个节点均维护一个时间同步消息表，时间同步消息表中保存发送节点编号、基准节点编号、基准节点跳数、更新该项的时间戳，以及该消息对应的时间修正量，收到时间同步帧后，节点以发送节点编号为索引进行更新。
S6：同步消息表更新完成后，节点需要从多个节点发送的消息中选择最佳同步消息，具体包括先以某一阈值过滤掉消息表中过早的消息，然后优先选择基准节点编号最小的节点，再从具有相同基准节点的项中选择跳数最小的项，根据该项对应的时间修正量进行更新，实现时间同步。
S7：设定时隙宽度为前导码中断延迟时间的k(k>1)倍，推荐取k＝1.5。构建多个时隙，并为每个时隙分配主节点，如图4所示。
S8：每个节点发送数据前，监听信道的PreambleDetected、RxDone等事件，以判断信道是否已经被占用或释放。等到其所属的时隙到达且空闲时，立即开始连续占用多个时隙，直到本次发送完成后释放信道。如图4中d节点从第4个时隙开始占用信道直到第10个时隙释放，e节点的所属时隙为5、12等，由于在第5个时隙到来时信道已经被占用，因此继续等待，到第12个时隙到来时，发现信道空闲，则开始发送消息并占用该信道。
S9：每个节点以图6所示的格式保存路由表，并通过监听邻居节点发送的信息来实时更新本地路由表中自身所对应的行，并用0-3分别代表断开、信号差、信号一般、信号好。
S10：在发送路由表时，对路由表中更新时间戳过早的行进行老化处理，并将自身所在行的时间戳更新为当前网络时间并以秒为单位取整。
S11：在接收到路由表报文，并基于此对本地路由表进行更新合并时，需要根据时间戳保留最新的行。以图5所示网络拓扑为例，在某一时刻b节点的路由表为图6(a)，其中节点d的接收信号质量更新时间戳为t4，并且可以看出节点d无法接收到节点c的信号。一段时间后节点d监听到节点c的微弱信号并将对应信号质量更新为1，如图6(b)所示，并在t4+Δt4时刻广播其路由表。节点b在收到路由表报文后对本地路由表进行合并，对节点d所在行的信息进行更新后的路由表如图6(c)所示。
S12：当本节点有广播消息需要发送时，可以直接***消息的发送队列。当接收到广播消息并需要转发时，可以按图7左侧的接收广播消息处理流程处理。如果消息未达到最大跳数，则根据侦听记录中广播消息的序列号和路由表确定该消息的覆盖范围集合Qo。如果本节点的覆盖范围集合则本节点不转发，否则对Qo中所有节点进行优先级排序，并根据本节点排序位置计算***队列的延迟时间。其中序列号相同的广播消息只***发送队列一次。
S13：节点根据时隙抢占算法抢占信道，如果有可用时隙，则从发送队列中取一条广播消息，根据该消息的覆盖范围判断本次转发能否增加覆盖范围，如果可以则执行发送，否则抛弃该广播消息并从队列中重新取一条广播消息继续处理。
如图8所示，本发明另一实施例同时提供一种窄带自组网时间同步与路由维护装置，应用于窄带自组网的节点中，所述窄带自组网时间同步与路由维护装置包括：
获得模块，用于获得周围节点发送的时间同步报文；
确定模块，用于至少根据所述时间同步报文动态确定目标时间基准节点，并自调节以与所述目标时间基准节点时间同步；
第一监听模块，用于监听信道状态，当需要发送数据时，基于监听结果确定预先划分为对应自身节点的时隙是否空闲；
第一发送模块，用于在所述时隙空闲时，发送所述数据；
第二监听模块，用于监听邻居节点发送的路由信息，并至少基于监听到的路由信息而更新本地建立的路由表，所述路由表中包括各个节点的路由信息；
第二发送模块，用于在有广播消息要发送时，至少结合所述路由表中记录的路由信息将消息***第一发送模块以等待发送。
作为一可选实施例，所述时间同步报文的格式包含前导码、消息头、有效负载以及校验码，所述有效负载中包含时间信息。
作为一可选实施例，还包括：
第一获得模块，用于获得待同步时间的所述节点发送的中断信号；
第一确定模块，用于根据所述中断信号确定中断产生时的本地时间；
第二确定模块，用于确定所述时间同步报文的准备到所述中断信号产生时的延时信息；
第三确定模块，用于根据所述时间信息、中断产生时的本地时间以及延时信息分别确定对应各个所述节点的时间修正量。
作为一可选实施例，每个所述节点均具有一时间同步消息表，所述时间同步消息表包括发送所述时间同步报文的节点的编号、基准节点编号、基准节点跳数、更新本次时间同步消息表的时间戳，以及向该发送节点对齐时间所需要的时间修正量。
作为一可选实施例，所述至少基于所述时间同步报文动态确定目标时间基准节点，并自调节以与所述目标时间基准节点时间同步，包括：
基于时间同步报文确定各节点的时间信息；
基于预置的时间阈值、所述时间信息以及存储的时间同步消息表确定目标时间基准节点；
基于所述目标时间基准节点从所述时间同步消息表中选择最小跳数消息项，并基于该项确定对应的目标时间修正量；
基于所述目标时间修正量进行自调节以与所述目标时间基准节点时间同步。
作为一可选实施例，还包括：
构建模块，用于设定目标时隙宽度，构建多个时隙；
分配模块，用于为每个所述时隙分配所述节点；
所述监听信道状态，当需要发送数据时，基于监听结果确定预先划分为对应自身节点的时隙是否空闲，包括：
监听所述信道是否产生目标事件，所述目标事件包括前导码检测事件；
若产生所述目标事件则表明对应的所述时隙被占用，若未产生所述目标事件则表明对应的所述时隙空闲。
作为一可选实施例，所述监听邻居节点发送的路由信息，并至少基于监听到的路由信息而更新本地建立的路由表，包括：
监听邻居节点发送的路由信息，并至少基于监听到的所述路由信息而更新本地建立的路由表，基于当前消息的信号质量更新路由表中表征自身节点信号接收质量的信息以及时间信息，所述时间信息包括以秒为单位，并取整表示。
作为一可选实施例，还包括：
接收模块，用于接收其他所述节点发送的广播消息；
第四确定模块，用于确定所述广播消息是否到达最大跳数；
第五确定模块，用于在未到达最大跳数时，确定所述广播消息对应的消息覆盖范围；
第六确定模块，用于根据所述消息覆盖范围确定转发所述广播消息能否增加所述消息覆盖范围，若能够增加，则允许转发所述广播消息。
作为一可选实施例，所述广播消息为接收到的其他所述节点发送的信息或从自身节点开始发送的消息；
所述当有广播消息要发送时，至少结合所述路由表中记录的路由信息实现消息发送，包括：
当要转发所述广播消息时，基于本地的路由表评估关于转发所述广播消息的优先级和延迟***消息发送队列的时间；
基于时隙抢占算法、所述优先级和延迟***消息发送队列的时间实现所述广播消息的转发。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种窄带自组网时间同步与路由维护方法，应用于窄带自组网的节点中，其特征在于，所述方法包括：
获得周围节点发送的时间同步报文，所述时间同步报文的格式包含前导码、消息头、有效负载以及校验码，所述有效负载中包含时间信息；
至少基于所述时间同步报文动态确定目标时间基准节点，并自调节以与所述目标时间基准节点时间同步；
监听信道状态，当需要发送数据时，基于监听结果确定预先划分为对应自身节点的时隙是否空闲；
若空闲，则发送所述数据；
监听邻居节点发送的路由信息，并至少基于监听到的路由信息而更新本地建立的路由表，所述路由表中包括各个节点的路由信息；
当有广播消息要发送时，至少结合所述路由表中记录的路由信息实现消息发送；
所述方法还包括：
获得待同步时间的所述节点的时间同步报文触发得到的有效前导码中断信号；
基于所述中断信号确定中断产生时的本地时间；
确定所述时间同步报文的发送准备到所述中断信号产生时的延时信息；
基于所述时间同步报文中的时间信息、中断产生时的本地时间以及延时信息分别确定对应各个所述节点的时间修正量；
每个所述节点均具有一时间同步消息表，所述时间同步消息表包括发送所述时间同步报文的节点的编号、基准节点编号、基准节点跳数、更新本次时间同步消息表的时间戳，以及向该发送节点对齐时间所需要的时间修正量；
其中，所述至少基于所述时间同步报文动态确定目标时间基准节点，并自调节以与所述目标时间基准节点时间同步，包括：
基于时间同步报文确定各节点的时间信息；
基于预置的时间阈值、所述时间信息以及存储的时间同步消息表确定目标时间基准节点；
基于所述目标时间基准节点从所述时间同步消息表中选择最小跳数消息项，并基于该项确定对应的目标时间修正量；
基于所述目标时间修正量进行自调节以与所述目标时间基准节点时间同步；
所述方法还包括：
设定目标时隙宽度，构建多个时隙；
为每个所述时隙分配所述节点；
所述监听信道状态，当需要发送数据时，基于监听结果确定预先划分为对应自身节点的时隙是否空闲，包括：
监听所述信道是否产生目标事件，所述目标事件包括前导码检测事件；
若产生所述目标事件则表明对应的所述时隙被占用，若未产生所述目标事件则表明对应的所述时隙空闲。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监听邻居节点发送的路由信息，并至少基于监听到的路由信息而更新本地建立的路由表，包括：
监听邻居节点发送的路由信息，并至少基于监听到的所述路由信息而更新本地建立的路由表中表征自身节点的路由能力的信息以及时间信息，所述时间信息以秒为单位，并取整表示。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
接收其他所述节点发送的广播消息；
确定所述广播消息是否到达最大跳数；
当未到达最大跳数时，确定所述广播消息对应的消息覆盖范围；
基于所述消息覆盖范围确定转发所述广播消息能否增加所述消息覆盖范围，若能够增加，则允许转发所述广播消息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述广播消息为接收到的其他所述节点发送的信息或从自身节点开始发送的消息；
所述当有广播消息要发送时，至少结合所述路由表中记录的路由信息实现消息发送，包括：
当要转发所述广播消息时，基于本地的路由表评估关于转发所述广播消息的优先级和延迟***消息发送队列的时间；
基于时隙抢占算法、所述优先级和延迟***消息发送队列的时间实现所述广播消息的转发。
5.一种窄带自组网时间同步与路由维护装置，应用于窄带自组网的节点中，其特征在于，所述窄带自组网时间同步与路由维护装置包括多个功能模块，所述多个功能模块用于执行如权利要求1-4中任一项所述的窄带自组网时间同步与路由维护方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116249077B (zh) * 2023-02-27 2023-10-20 北京云智软通信息技术有限公司 获取工作组成员通信路由状态的方法及装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110167099A (zh) * 2019-05-22 2019-08-23 南京大学 一种适用于窄带条件的自组网路由方法及***
CN115002863A (zh) * 2022-06-02 2022-09-02 中国人民解放军国防科技大学 适用于大规模网络的无线网络路由方法及存储介质

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3002896B1 (en) * 2014-09-30 2018-05-30 Semtech Corporation Synchronization apparatus and method
CN106454984B (zh) * 2015-08-04 2021-05-04 中兴通讯股份有限公司 一种路由的方法及装置
CN108934020B (zh) * 2018-05-24 2021-10-08 广州海格通信集团股份有限公司 基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法及***

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110167099A (zh) * 2019-05-22 2019-08-23 南京大学 一种适用于窄带条件的自组网路由方法及***
CN115002863A (zh) * 2022-06-02 2022-09-02 中国人民解放军国防科技大学 适用于大规模网络的无线网络路由方法及存储介质

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