本發(fā)明屬于通信技術領域，特別涉及一種保障時隙gts的分配方法，可用于對ieee802.15.4通信標準的改進。

背景技術：

ieee802.15.4通信標準是針對低速率無線個域網wpan設計的，它把低成本、低功耗和易于安裝作為主要的關注對象，旨在為個人或者室內環(huán)境內不同設備之間，提供一個靈活可靠的低速無線網絡標準。

ieee802.15.4將網絡中的無線設備按功能劃分為兩類：pan協(xié)調器和普通節(jié)點。其中pan協(xié)調器作為整個網絡的中心控制節(jié)點，且每個ieee802.15.4網絡只能有一個pan協(xié)調器。某些普通節(jié)點可以作為一般協(xié)調器關聯(lián)其他節(jié)點。

ieee802.15.4支持星型和對等型兩種基本類型的拓撲結構，每種拓撲結構均支持兩種工作模式：信標使能模式和非信標使能模式。在非信標使能模式下，網絡中所有的節(jié)點是通過非時隙載波監(jiān)聽多點接入/沖突避免算法競爭信道，非信標使能模式能夠靈活的組建網絡，但無法提供實時性保證和良好服務質量保證。

在信標使能模式下，pan協(xié)調器將信道在時間軸上劃分為連續(xù)且互不重疊的時間段，每個時間段稱為一個超幀，如圖4所示。超幀由活躍時段和非活躍時段組成，其中活躍時段包括信標發(fā)送時段、競爭訪問時段cap和非競爭時段cfp；非活躍時段所有節(jié)點進入休眠狀態(tài)，不發(fā)送數據以降低能耗。

pan協(xié)調器在每個超幀起始時刻向與之關聯(lián)的普通節(jié)點廣播信標幀，發(fā)布當前超幀的起止時刻以及該超幀內的信道分配方案。pan協(xié)調器通過周期性的發(fā)送信標幀實現(xiàn)與周圍節(jié)點的同步，因此通信的實時性和服務質量可以得到更好的保障。

ieee802.15.4標準提供了保障時隙gts機制，以滿足對時延敏感或對帶寬有要求的業(yè)務需求。gts機制是一種無沖突的接入方案，普通節(jié)點可向pan協(xié)調器申請一定的保障時隙，作為自己的專用傳輸時隙，該保障時隙位于非競爭時段內。在保障時隙內節(jié)點無需通過競爭方式接入信道來獲取業(yè)務傳輸機會，而可以直接與pan協(xié)調器進行業(yè)務交互。

當普通節(jié)點需要保障時隙時，可在競爭訪問時段內向pan協(xié)調器發(fā)送gts請求，pan協(xié)調器則根據當前的資源分配情況決定是否給發(fā)送了gts請求的節(jié)點分配保障時隙。對于已分配的保障時隙，普通節(jié)點可以請求撤銷，pan協(xié)調器也可以主動撤銷。gts有下面幾條使用規(guī)則：

(1)gts只能由pan協(xié)調器分配，用于pan協(xié)調器和其所關聯(lián)的普通節(jié)點之間進行通信；

(2)pan協(xié)調器在每個超幀中最多給7個普通節(jié)點分配保障時隙；

(3)保障時隙只能用于數據幀的傳輸。

當ieee802.15.4應用于無線個域網時，雖然超幀結構中的非競爭時段能保證時延敏感業(yè)務的低時延特性，而且非活躍時段的休眠策略也有利于降低網絡中節(jié)點的能耗，但該標準仍然存在以下兩方面的不足：

1)gts業(yè)務存在固有時延

如圖4所示，普通節(jié)點在第n個超幀的競爭訪問時段中發(fā)送gts請求，需要等到當前超幀結束、第n+1個超幀的信標幀時刻才能得到gts時隙的分配結果，且要等到第n+1個超幀的非競爭時段內才能傳輸gts業(yè)務，這樣使得gts業(yè)務存在一定的固有時延，影響了時延敏感業(yè)務的服務質量；

2)無法保證gts分配的準確性

因為pan協(xié)調器無法及時響應節(jié)點的gts請求，經過長時間等待后節(jié)點的業(yè)務狀況可能已經發(fā)生改變，此時原始的分配方案已無法反映節(jié)點的實際業(yè)務需求，影響了gts分配的準確性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種低時延保障時隙分配方法，以縮短gts業(yè)務的固有等待時延，提高保障時隙分配的準確性，更好地滿足有低時延需求或固定帶寬需求的業(yè)務。

本發(fā)明通過對超幀結構進行調整，使得普通節(jié)點可以在發(fā)送gts請求后及時獲得保障時隙的分配結果，并隨即開始gts業(yè)務的傳輸，其實現(xiàn)方案如下：

技術方案1：

一種無線個域網中低時延保障時隙分配方法，其特征在于：按如下順序進行：

(1)對超幀結構進行調整，即將原協(xié)議中以競爭訪問時段、非競爭時段和非活躍時段排列的順序調整為以非競爭時段、非活躍時段和競爭訪問時段排列的順序；

(2)pan協(xié)調器在調整后的第n個超幀的起始時刻廣播信標幀，各普通節(jié)點接收信標幀，并將協(xié)議參數記錄在本地緩存；

(3)信標發(fā)送結束后各節(jié)點進入非競爭時段，pan協(xié)調器判斷各普通節(jié)點是否有gts業(yè)務待發(fā)送：若普通節(jié)點有gts業(yè)務需要發(fā)送，且在當前超幀之前已成功獲得保障時隙，則在非競爭時段內與pan協(xié)調器進行業(yè)務交互；若普通節(jié)點無gts業(yè)務發(fā)送，則當前超幀內不包含非競爭時段；

(4)非競爭時段結束后各節(jié)點進入非活躍時段，非活躍時段內所有節(jié)點處于休眠狀態(tài)；

(5)非活躍時段結束后，所有節(jié)點進入競爭訪問時段，在此階段若普通節(jié)點需要保障時隙來發(fā)送有時延要求的業(yè)務，則通過時隙csma/ca機制接入信道,并向pan協(xié)調器發(fā)送gts請求，申請保障時隙；

(6)pan協(xié)調器根據超幀內的資源狀況對接收到的gts請求予以分配，并將分配結果在第n+1個超幀的信標幀中廣播給各普通節(jié)點；

(7)競爭訪問時段結束后第n個超幀結束，pan協(xié)調器和各普通節(jié)點進入第n+1個超幀，并轉入步驟(1)。

技術方案2：

一種無線個域網中低時延保障時隙分配方法，其特征在于：按如下順序進行：

1)對超幀結構進行調整，即將原協(xié)議中以競爭訪問時段、非競爭時段和非活躍時段排列的順序調整為以非競爭時段、競爭訪問時段和非活躍時段排列的順序；

2)pan協(xié)調器在調整后的第n個超幀的起始時刻廣播信標幀，各普通節(jié)點接收信標幀，并將協(xié)議參數記錄在本地緩存；

3)信標發(fā)送結束后各節(jié)點進入非競爭時段，pan協(xié)調器判斷各普通節(jié)點是否有gts業(yè)務待發(fā)送：若普通節(jié)點有gts業(yè)務需要發(fā)送，且在當前超幀之前已成功獲得保障時隙，則在非競爭時段內與pan協(xié)調器進行業(yè)務交互；若普通節(jié)點無gts業(yè)務發(fā)送，則當前超幀內不包含非競爭時段；

4)非競爭時段結束后，所有節(jié)點進入競爭訪問時段，在此階段若普通節(jié)點需要保障時隙來發(fā)送有時延要求的業(yè)務，則在競爭訪問時段中通過時隙csma/ca機制接入信道，并向pan協(xié)調器發(fā)送gts請求，申請保障時隙；

5)pan協(xié)調器根據超幀內的資源狀況對接收到的gts請求予以分配，并將分配結果在第n+1個超幀的信標幀中廣播給各普通節(jié)點；

6)競爭訪問時段結束后各節(jié)點進入非活躍時段，該期間所有節(jié)點處于休眠狀態(tài)；

7)非活躍時段結束后，第n個超幀結束。pan協(xié)調器和各普通節(jié)點進入第n+1個超幀，并轉入步驟1)。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

第一，降低了gts業(yè)務的時延。

原協(xié)議中，普通節(jié)點在當前超幀的競爭訪問時段內發(fā)送gts請求，需要等到下一超幀的非競爭時段內才能開始傳輸gts業(yè)務，這使得gts業(yè)務的固有時延較大。本發(fā)明采用的調整后的超幀結構，可以明顯降低gts業(yè)務的時延；

第二，提高了保障時隙分配的準確性。

原協(xié)議中，gts請求發(fā)送與gts業(yè)務傳輸之間存在一定的固有時延，而ieee802.15.4協(xié)議規(guī)定，對于準備在保障時隙中傳輸的gts業(yè)務，若申請的保障時隙還未到達，普通節(jié)點仍可在競爭訪問時段中傳輸該業(yè)務。由于節(jié)點在等待時間內可能已傳輸部分gts業(yè)務，或是又產生了新的gts業(yè)務，使得當保障時隙到達時，節(jié)點的業(yè)務緩存狀況發(fā)生改變，造成之前所申請的保障時隙長度與此刻要發(fā)送的業(yè)務量并不匹配。

而本發(fā)明使用的調整后的超幀結構則可以使得普通節(jié)點發(fā)送gts請求后隨即開始gts業(yè)務的傳輸，因此提高了gts時隙分配的準確性以及保障時隙資源的利用率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的使用場景圖；

圖2是本發(fā)明技術方案1的實現(xiàn)流程圖；

圖3是本發(fā)明技術方案2的實現(xiàn)流程圖；

圖4是ieee802.15.4協(xié)議中的超幀結構示意圖；

圖5是本發(fā)明技術方案1調整后的超幀結構示意圖；

圖6是本發(fā)明技術方案2調整后的超幀結構示意圖；

圖7是本發(fā)明使用的信標幀超幀配置字段結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的內容作進一步詳細闡述。

參照圖1，本實例采用的拓撲結構為星型拓撲，所有普通節(jié)點均只與pan協(xié)調器有業(yè)務交互，普通節(jié)點之間無數據傳輸；網絡采用信標使能模式。

實施例一：

參照圖2，本實例的具體實施步驟描述如下：

步驟一，調整超幀結構。

對超幀結構進行調整，即將原協(xié)議中以競爭訪問時段、非競爭時段和非活躍時段排列的順序調整為以非競爭時段、非活躍時段和競爭訪問時段排列的順序。原超幀結構如圖4所示，調整后的超幀結構如圖5所示；

調整后的超幀結構使得普通節(jié)點在上一超幀的競爭訪問時段內發(fā)送gts請求后，能立即通過當前超幀的信標幀獲得保障時隙分配結果，并隨即在當前超幀的非競爭時段內開始gts業(yè)務傳輸。

步驟二，發(fā)送信標幀。

pan協(xié)調器在調整后的第n個超幀的開始時刻t0構造并廣播信標幀，各普通節(jié)點接收信標幀，讀取其中的協(xié)議參數并記錄在本地緩存中。

所述信標幀，是對原協(xié)議信標幀進行了改進，即將超幀配置字段中的競爭訪問時段結束時隙改為競爭訪問時段開始時隙，如圖7所示。

步驟三，非競爭時段內普通節(jié)點傳輸gts業(yè)務。

信標幀發(fā)送結束后,各節(jié)點進入非競爭時段，即t1至t2時間段；

申請了保障時隙的節(jié)點可在該時段內無競爭地傳輸gts業(yè)務，pan協(xié)調器首先判斷各普通節(jié)點是否有gts業(yè)務待發(fā)送：

若普通節(jié)點有gts業(yè)務需要發(fā)送且在當前超幀之前已成功獲得保障時隙，則可在信標幀指定的保障時隙內傳輸gts業(yè)務；

若普通節(jié)點沒有gts業(yè)務或是有gts業(yè)務但未獲得保障時隙分配，則該普通節(jié)點進入休眠狀態(tài)；

若第n-1個超幀中無任何普通節(jié)點發(fā)送gts請求，或是之前分配的保障時隙都已被撤銷，則當前超幀內不包含非競爭時段。

步驟四，非活躍時段各節(jié)點進入休眠狀態(tài)。

非競爭時段結束后各節(jié)點進入非活躍時段，即t2至t3時間段，該期間所有節(jié)點處于休眠狀態(tài)，引入非活躍時段是一種低功耗策略，通過調整非活躍時段的長度可調整傳輸占空比。

需要說明的是：若當前超幀內不包含非競爭時段，則信標幀發(fā)送結束后所有節(jié)點直接進入非活躍時段。

步驟五，競爭訪問時段內普通節(jié)點發(fā)送gts請求。

非活躍時段結束后，所有節(jié)點進入競爭訪問時段，即t3至t4時間段，在此階段若普通節(jié)點有gts業(yè)務需要發(fā)送，則通過時隙csma/ca機制接入信道，并向pan協(xié)調器發(fā)送gts請求，申請保障時隙；

pan協(xié)調器收到普通節(jié)點發(fā)來的gts請求后，向該普通節(jié)點回復ack予以確認。

步驟六，gts時隙分配過程。

pan協(xié)調器根據超幀內的資源狀況對接收到的gts請求予以分配：

首先，檢查當前已被分配保障時隙的節(jié)點數目是否達到7個：若節(jié)點數目已達到7，則pan協(xié)調器拒絕該gts請求；若未達到，則繼續(xù)向下判斷；

然后，檢查超幀活躍時段中是否有足夠的空間來分配此gts請求：ieee802.15.4協(xié)議規(guī)定競爭訪問時段的最小長度為440symbols，所以pan協(xié)調器需要判斷為該gts請求分配了保障時隙后，是否會將競爭訪問時段的長度降低至440symbols以下：若會，則pan協(xié)調器拒絕該gts請求；若不會，則該gts請求滿足分配條件；

最后，對于滿足以上分配條件的gts請求，pan協(xié)調器將該請求的分配結果放入第n+1個超幀的信標幀中，以待廣播給各普通節(jié)點。

步驟七，t4時刻競爭訪問時段結束后，則當前超幀結束，pan協(xié)調器和各普通節(jié)點進入第n+1個超幀，并返回步驟一。

實施例二：

參照圖3，本實例的具體實施步驟描述如下：

步驟一，調整超幀結構。

對超幀結構進行調整，即將原協(xié)議中以競爭訪問時段、非競爭時段和非活躍時段排列的順序調整為以非競爭時段、競爭訪問時段和非活躍時段排列的順序。原超幀結構如圖4所示，調整后的超幀結構如如圖6所示；

普通節(jié)點在上一超幀的競爭訪問時段內發(fā)送gts請求，并等到非活躍時段結束后，即可通過當前超幀的信標幀獲得保障時隙分配結果，并隨即在當前超幀的非競爭時段內開始gts業(yè)務傳輸。

步驟二，發(fā)送信標幀。

pan協(xié)調器在調整后的第n個超幀的開始時刻t0構造并廣播信標幀，各普通節(jié)點接收信標幀，讀取其中的協(xié)議參數并記錄在本地緩存中。

所述信標幀，是對原協(xié)議信標幀進行了改進，即將超幀配置字段中的競爭訪問時段結束時隙改為競爭訪問時段開始時隙，如圖7所示。

步驟三，非競爭時段內普通節(jié)點傳輸gts業(yè)務。

信標幀發(fā)送結束后,各節(jié)點進入非競爭時段，即t1至t2時間段；

申請了保障時隙的節(jié)點可在該時段內無競爭地傳輸gts業(yè)務，pan協(xié)調器首先判斷各普通節(jié)點是否有gts業(yè)務待發(fā)送：

若普通節(jié)點有gts業(yè)務需要發(fā)送且在當前超幀之前已成功獲得保障時隙，則可在信標幀指定的保障時隙內傳輸gts業(yè)務；

若普通節(jié)點沒有gts業(yè)務或是有gts業(yè)務但未獲得保障時隙分配，則該普通節(jié)點進入休眠狀態(tài)；

若第n-1個超幀中無任何普通節(jié)點發(fā)送gts請求，或是之前分配的保障時隙都已被撤銷，則當前超幀內不包含非競爭時段。

步驟四，競爭訪問時段內普通節(jié)點發(fā)送gts請求。

非競爭時段結束后各節(jié)點進入競爭訪問時段，即t2至t3時間段，在此階段若普通節(jié)點有gts業(yè)務需要發(fā)送，則通過時隙csma/ca機制接入信道，并向pan協(xié)調器發(fā)送gts請求，申請保障時隙；

pan協(xié)調器收到普通節(jié)點發(fā)來的gts請求后，向該普通節(jié)點回復ack予以確認。

需要說明的是：若當前超幀內不包含非競爭時段，則信標幀發(fā)送結束后所有節(jié)點直接進入競爭訪問時段。

步驟五，gts時隙分配過程。

pan協(xié)調器根據超幀內的資源狀況對接收到的gts請求予以分配：

首先，檢查當前已被分配保障時隙的節(jié)點數目是否達到7個：若節(jié)點數目已達到7，則pan協(xié)調器拒絕該gts請求；若未達到，則繼續(xù)向下判斷；

然后，檢查超幀活躍時段中是否有足夠的空間來分配此gts請求：ieee802.15.4協(xié)議規(guī)定競爭訪問時段的最小長度為440symbols，所以pan協(xié)調器需要判斷為該gts請求分配了保障時隙后，是否會將競爭訪問時段的長度降低至440symbols以下：若會，則pan協(xié)調器拒絕該gts請求；若不會，則該gts請求滿足分配條件；

最后，對于滿足以上分配條件的gts請求，pan協(xié)調器將該請求的分配結果放入第n+1個超幀的信標幀中，以待廣播給各普通節(jié)點。

步驟六，非活躍時段各節(jié)點進入休眠狀態(tài)。

競爭訪問時段結束后，各節(jié)點進入非活躍時段，即t3至t4時間段，該期間所有節(jié)點處于休眠狀態(tài)，引入非活躍時段是一種低功耗策略，通過調整非活躍時段的長度可調整傳輸占空比。

步驟七，t4時刻非活躍時段結束，當前超幀結束，pan協(xié)調器和各普通節(jié)點進入下一超幀，并返回步驟一。

以上描述僅是本發(fā)明的兩個具體實例，不構成對本發(fā)明的任何限制，顯然對于本領域的專業(yè)人員來說，在了解了本發(fā)明內容和原理后，都可能在不背離本發(fā)明原理、結構的情況下，進行形式和細節(jié)上的各種修正和改變，但是這些基于本發(fā)明思想的修正和改變仍在本發(fā)明的權利要求保護范圍之內。