[发明专利]一种高效无线信息交互网络协议的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效无线信息交互网络协议的整体框架及设计方法，具体的，是通过设计无线信道接入协议和网络传输速率动态控制协议，实现具有优良实时性、适合处理实时交互信息和突发信息的自组织无线信息交互网络，属于无线信息交互领域。

背景技术

随着现代无线通信的不断发展，各领域开发设计人员对无线网络有了越来越高的要求，以无线自组织网络为代表的新的无线通讯方式得到了广泛的研究和应用。目前，无线自组织网络在路由协议、网络拓扑控制、能源分配等方面已有很多研究成果，但无线信息实时交互技术还没有引起人们足够的关注。现有的信息交互网络理论模型都是针对所有节点具有相同数据请求速率的情况，在这样的网络中，节点被要求以相同的频率发送实时信息，并且所有节点都要求参与，但是在实际应用中，不同数据往往有不同的实时性要求，导致其在工业领域一直应用很少，至今还没有针对工业实时控制的无线自组织通信协议出现。传统无线数据传输技术的研究重心在于数据的收集和分发，而信息交互的目标是为了让网络中每一个节点获得周围其它所有节点的信息，节点间组成自组织无线通信网络，在无基站的环境下运行，具有极大实用价值。不同通信系统和网络环境，可根据各自需求采用不同的数据传输模式，从而实现高效信息交互。随着协同作业对无线网络越来越广泛的需求，无线信息交互技术将成为未来通信的基础，必将得到更快的发展。

发明内容

针对上述问题和不足，本发明公布了一种高效无线信息交互网络协议的设计方法。具体的，是以无线自组织网络的物理层为基础，设计了应用于信息交互领域的无线信道接入协议，使无线信息交互网络具有更好的实时性，更适合处理实时交互信息和突发信息；同时，提出了基于自动优先级调整的网络传输速率动态控制协议，通过对网内节点进行不同优先级的动态调整，合理分配网络带宽，按需求控制不同节点的速率，具有广泛的适应性和通用性。所述的高效无线信息交互网络协议，实现了节点间的高效信息交互并保证了良好的服务质量，为无线信息交互技术建立了完整的框架结构。

所述的高效无线信息交互网络协议具体包括如下两个方面：

I、无线信息交互网络信道接入协议

所述的无线信息交互网络，其特征在于，所组建的信息交互网络具有良好的自组网能力，在网络结构发生变化时，可以迅速自愈，以保证网络的连通性；有较高的无线信道带宽利用率，以保证数据稳定、准确地传输，实现信息的交互共享；检测到冲突发生时有相应的退避算法，以避免报文间的冲突；网络传输时延低，实时性好，具有良好的服务质量保障和有效的安全机制。

所述的无线信息交互网络信道接入协议具体包括如下步骤：

步骤A、自组织组网

无线信息交互网络采用自组织的组网方式，从节点上电初始化至整个网络的完全建立包含如下步骤：

网络探测：网络节点上电、初始化完成后，开始进行网络探测，其特征在于，从低频率信道往高频率信道依次扫描占用情况，根据不同的信道占用情况做出相应的决策，获取信道内所有节点的地址及实时数据信息，使用相应逻辑算法协调节点加入与节点离开过程。

节点加入：所述的节点加入过程，其特征在于，节点探测完成后，获得信道占用信息，选择存在网络的信道，监听该信道内节点是否已经满员，选择不同的节点加入策略，加入成功后，将自己的地址编号，并更新在线节点列表，重新同步时序，开始进行数据发送。

节点离开：所述的节点离开分为正常离线和意外离线，其特征在于，对正常离线与意外离线设置不同的策略，保证离线节点不影响网络内其它在线节点的正常运作，不影响网络的构建和网络性能。

步骤B、信道接入控制方法

为了使所述的信道接入协议稳定、可靠地工作，将节点的行为予以明确定义，使节点在不同状态下，收到不同报文数据时做出正确反应。网络节点具体包括如下5种状态：

协议初始化：该状态为节点上电后自动进入的状态，节点在此时进行信道检测，并随机竞争临时主节点。一旦检测到信道繁忙、竞争成为临时主节点、竞争失败等事件，则退出该状态。

临时主节点：节点在竞争中获胜成为临时主节点，自动生成网络地址，并将本地址加入在线节点列表，周期性地发送本地数据信息；同时，临时主节点收到新上线节点的上线请求后，根据不同情况发出相应的指令信息，维持网络的秩序。临时主节点是可以变化的，任何节点可以成为临时主节点。

等待加入：如果同时上线的节点有多个，那么在一个信息交互周期内将不能全部加入网络，加入失败的节点将由初始化状态转到等待加入状态，该状态中的节点根据临时主节点的指令消息，随后进入在线成员状态。