技术摘要：
本发明涉及一种面向数据中心的基于任务驱动的联合信道时隙分配方法，依据数据在节点的分布情况为分配的条件，最大化并行每个时隙的节点数量，从而使节点更快的到达sink节点。随后，由数据中心节点为根节点，构建一个N跳范围内的路由树，增加了从周边节点到数据中心的路  全部
背景技术：
由感测终端、信息传输、处理中心和应用用户组成的无线网络有了广泛的应用，如 智能工业、智能农业、智能物流和智能交通等各领域。工业无线传感器网络是通过将传感器 嵌入装配到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、油气管道等各种工业设备中，实 现无线网与工业过程的有机融合，从而大幅提高生产制造效率，改善产品质量，并降低产品 成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业。 基于任务驱动的传感器网络将按照网络中的传输任务需求进行通信资源的分配， 即按照数据传输在每个时隙网络分布情况进行分配，从而提高数据传输的效率。在网络中 有汇聚节点(sink节点)或称为网关节点，传感器网络中的产生的周期性或非周期行的数据 都需要最终传给汇聚节点。采用任务驱动的分配模式，可以最大限度的减少电量的消耗。 数据中心节点是近年来在传统的网络中部署的功能特殊设备如手持设备、工业平 板设备等。数据中心节点不同于汇聚节点，只需要获取网络局部的周边节点的信息。在智能 工厂中为了实时获取周边运行设备的健康状况，如果等待sink节点的转发或通过云服务方 式都会有一定的延迟，不能保证数据的实时性。因此需要一种在网络中需要实时接收周边 节点范围的数据，而无需等待很长的数据周期的信道分配算法，同时又不影响网络原先正 常传输的效率。
技术实现要素：
针对上述领域中存在的问题，本发明提供一种面向数据中心的基于任务驱动的联 合信道时隙分配方法，支持多信道的TDMA分配方式，被认为是一种在工业无线中可靠性较 高的方式。本发明避免了通信中的主冲突和次冲突，保证了数据的可靠传输，优化数据传输 效率，尽可能缩短数据达到sink节点的时间，从而减少网络的整体通信延迟。 面向数据中心的基于任务驱动的联合信道时隙分配方法，包含两个主要的过程。 过程一：传感器节点在网络节点完成网络组网过程后，将位置信息(可选)和邻居信息发送 给sink节点，依据网络拓扑信息，构建数据传输的路由树，依据动态分配算法每个时隙最大 可并行的链路方式进行时隙分配，信道分配采用最小可用信道的方式进行分配；过程二：数 据中心节点广播数据中心节点存在消息，N跳邻居节点收到数据中心节点的消息进行回应， 建立到达数据中心的路由，然后按照最小时隙选择的策略的无冲突的通信时隙和链路进行 分配。经过测试，采用本发明sink节点收集数据的延迟未受影响，数据中心的数据延迟大幅 度降低。 所述的联合信道时隙分配是指一个节点A需要给节点B传输数据，分配的时隙是t， 可用的信道是c，则节点A在t时隙切换到信道c进行发送，发送完成后，进入接收状态接收 4 CN 111615203 A 说　明　书 2/6 页 Ack消息。节点B在t时隙切换到信道c进行接收，接收信息后进行校验，如果成功则回复Ack ＝1的消息，否则回复Ack＝0。 所述的信道分配是节点间进行消息传输，使用不同的信道进行通信解决通信的次 冲突问题或隐藏终端问题。例如节点A给节点B传输数据，节点C和节点D传输数据。节点B和 节点C的距离小于通信半径时，需要使用不同的信道。本发明采用信道的分配方式是采用最 小可用信道的方式进行分配，即每个节点选取当前可使用的信道编号最小的信道。 所述的最大可并行的链路是在当前节点为根节点的最大可以并行传输的节点传 输链路，同时需要满足的条件是节点有数据需要传输。因此本发明中，每个时隙都是最大可 并行的节点传输。 面向数据中心的基于任务驱动的联合信道时隙分配方法，包括以下步骤： 步骤1：在网络环境中部署sink节点、传感器节点和数据中心节点，其中，传感器节 点会周期性的采集周围环境信息，并发送给sink节点和数据中心节点；数据中心节点会周 期性采集环境信息，并且接收周围传感器节点的采集的数据进行显示；sink节点接收、存储 全网所有传感器节点会采集的信息，并对所有节点的通信时隙进行调度控制； 步骤2：传感器节点监听周围邻居节点的信息，完成网络时间同步，完成组网过程， 监听邻居节点的信息，sink节点通过收集网络中每个传感器节点的邻居信息，构建网络拓 扑和路由； 步骤3：sink节点根据网络的拓扑结构和路由，采用动态规划的方式对传感器节点 通信时的时隙与信道进行调度分配，生成联合信道时隙的时隙调度表1；使得传感器节点采 集的数据能够传输到sink节点中； 步骤4：将数据中心节点与周围的传感器节点构成以数据中心节点为根节点的路 由树，在步骤3生成的时隙调度表1的基础上，增加传感器节点向数据中心传输信息的时隙 调度表2，使得传感器节点将采集的数据传输给数据中心节点； 步骤5：传感器节点按照时隙调度表2，将采集的数据传输给sink节点和数据中心 节点； 所述的满足通信主冲突条件是一个传感器节点只能接收另一个传感器节点发送 的数据； 所述的动态规划是采用列举所有的可能条件并选取最优选择的策略； 所述对传感器节点通信时的时隙与信道进行调度分配是每个时隙都是最大可并 行的节点传输，每个节点选取当前可使用的信道编号最小的信道； 所述时隙调度表2的生成方法按照最小时隙选择的策略的无冲突的通信时隙和路 由进行分配。 所述步骤4路由树的构建方法为数据中心节点广播数据中心节点存在消息，N跳邻 居节点收到数据中心节点的消息进行回应，建立到达数据中心的路由，然后构建路由树；所 述的路由树是指网络中的各个传感器节点通过数据转发达到数据中心节点路径构成的树 状结构。 所述的数据中心节点存在消息包含数据中心节点的网络地址采用广播的形式在 竞争时隙进行发送。广播的范围根据应用的实际需求来确定，N的取值一般为[1,3]。 所述的回应包括同意或拒绝，缺省值是同意，特殊情况下发送拒绝响应，如果接收 5 CN 111615203 A 说　明　书 3/6 页 到的是拒绝响应，数据中心节点会在等待一定时长后重新发送数据中心消息，邻居节点同 意响应数据中心并完成对应的路由分配后，每次产生数据后会产生两个数据包，一个数据 包发给sink节点，一个数据包发给数据中心节点。 所述的最小时隙选择是节点选择当前最小可以通信的时隙进行尝试，如果不满足 解决冲突条件，则增加时隙直到可以进行通信。 所述组网过程是sink节点周期性发送beacon超帧，传感器节点接收到以后完成时 间同步，并发送加入请求，传感器节点收到sink节点的响应之后，依据响应的内容完成网络 地址的配置。 所述sink节点的响应包含给传感器节点分配的网络地址。 所述的邻居节点的信息是传感器节点在其通信范围内能够通信的其它传感器节 点的信息，通信范围与传感器节点的发送功率相关，和距离的平方成反比。 所述的网络拓扑结构是依据每个传感器节点发送的邻居节点信息，构建全网的通 信关系连接图。 传感器网络节点：可以感知其周围空间的温度、湿度、光照度、气体浓度等环境信 息的无线传感器网络节点。传感器网络节点会周期性产生传感数据；传感器网络节点有具 有转发的功能。 数据中心节点：数据中心节点是具有显示功能的手持设备或工业平板设备，方便 实时查看周边节点的运行状态和数据信息。为了达到较好的实时性，最佳的解决方式是周 边节点产生直接到数据中心的数据包，利用空闲时隙进行发送。 sink节点：传感器网络中计算能力最强的节点，具备将传感器网络和Internet或 其他形式网络连接的功能，也被称作网关节点。在本发明中，分配算法可由sink节点进行运 算或将网络拓扑信息发送到计算功能强的服务器，然后再将分配的结果转发到各个节点。 本发明提出基于任务驱动的多数据中心联合信道时隙分配方法，依据数据在节点 的分布情况为分配的条件，最大化并行每个时隙的节点数量，从而使节点更快的到达sink 节点。同时，由数据中心为根节点，构建一个N跳范围内的路由树，增加了从周边节点到数据 中心的路由和链路，从而使得数据中心节点更快的获取数据。 本发明具有如下有益效果： 提供了一种基于任务驱动的多信道的TDMA时隙分配方法，最大化并行同一时隙可 以并行的节点，建立周边节点到数据中心的快速链路，大幅提高数据中心收到的延迟。和其 他同类型算法提高15％的性能，能较好的满足现在智能工厂应用的新需求。 附图说明 图1是无线传感器网络通信干扰范围图； 其中sink为sink节点，n1、n2、n3、n4、n5为传感器节点，dc为数据中心； 图2是无线传感器网络构建的路由； 图3是数据中心节点路由。