基于无线链状/树状拓扑网络的频点自适应机制.pdf

本发明涉及一种基于无线链状/树状拓扑网络的频点自适应机制，其包括如下步骤：步骤1、确定所述新节点的后向频点；步骤2、新节点扫描所述新节点内可用频点列表内各频点的信道质量参数；步骤3、前向邻居节点向新节点发送接入帧，新节点将判断的结果以确认报文的形式传输至前向邻居节点内；步骤4、前向邻居节点确认有可用的频点时，则将所述频点分配为新节点的前向频点，并使得新节点加入无线通信网络，否则，在无线通信网络中的节点间执行向前回退机制。本发明在网络初始建立、新节点的加入和删除某节点时能自动的分配频点，能够使得整条通信链路的频点分配更加高效，更加灵活，同时减少了手工干预。

1.   一种基于无线链状/树状拓扑网络的频点自适应机制，其特征是，所述频点自适应机制包括如下步骤：
步骤1、对于无线通信网络中待加入的新节点，在上电后且未入网前，新节点执行扫描过程，通过与所述新节点的前向邻居节点通信连接，以确定所述新节点的后向频点；
步骤2、在确定新节点的后向频点后，新节点扫描所述新节点内可用频点列表内各频点的信道质量参数，并将扫描频点的信道质量参数进行降序排序；
步骤3、新节点的前向邻居节点加入无线通信网络后，前向邻居节点向新节点发送接入帧，新节点根据频点选取条件判断是否有可用的频点，并将判断的结果以确认报文的形式传输至前向邻居节点内；
步骤4、前向邻居节点根据确认报文确认新节点有可用的频点时，则将所述频点分配为新节点的前向频点，并使得新节点加入无线通信网络，否则，在无线通信网络中的节点间执行向前回退机制，以使得新节点能分配到符合要求的前向频点，使得新节点加入无线通信网络。

2.  根据权利要求1所述的基于无线链状/树状拓扑网络的频点自适应机制，其特征是：所述步骤1中，所述新节点的后向频点与所述新节点的前向邻居节点的前向频点为同一频点。

3.  根据权利要求1所述的基于无线链状/树状拓扑网络的频点自适应机制，其特征是：所述步骤2中，表征信道质量参数的方法包括RSSI、SNR或CINR。

4.  根据权利要求1所述的基于无线链状/树状拓扑网络的频点自适应机制，其特征是：所述步骤3中，频点选取条件包括信道质量参数大于通信门限值、选取的频点不能与前向邻居节点的前向频点、后向邻居节点的前向频点相邻；当新节点内可用频点列表中具有多个满足频点选取条件的频点时，则新节点选择信道质量参数最优的频点。

5.  根据权利要求1所述的基于无线链状/树状拓扑网络的频点自适应机制，其特征是，所述步骤4中，执行的向前回退机制包括如下步骤：
步骤s1、前向邻居节点从自身的可用频点列表中选择次优的频点，若次优频点符合频点选取条件，则将此次优频点重新分配为前向邻居节点的前向频点，让新节点再重新遍历的可用频点列表，若有频点满足新节点的前向频点的频点选取条件，则将相应频点分配为新节点的前向频点，否则，执行步骤s2；
步骤s2、前向邻居节点遍历自身的可用频点列表中的所有频点，并为前向邻居节点重新选择前向频点后，新节点重新遍历自身的可用频点列表，若有频点满足新节点的前向频点的频点选取条件，则将相应频点分配为新节点的前向频点，否则，执行步骤s3；
步骤s3、通知所述前向邻居节点的前向邻居节点并重复执行上述步骤s1以及步骤s2，直至回退至首节点；若首节点遍历自身的可用频点列表不能重新分配频点，使得新节点亦无法重新分配到需要的前向频点，则告知中央处理单元。

基于无线链状/树状拓扑网络的频点自适应机制
技术领域
本发明涉及一种频点自适应方法，尤其是一种基于无线链状/树状拓扑网络的频点自适应机制，属于无线通信的技术领域。
背景技术
无线链状通信系统针对通信区域呈链状拓扑的带状应用场景而设计，在犹如石油管道、公路运输、边防周界等需要带状覆盖的应用场景下有着其独特的优势，目前有着广泛的市场需求。
频点规划是无线通信系统的重要指标之一，有效的减小频域间的干扰，每个节点能否选取合适的频点将直接影响到节点间通信的质量，通过合理分配有效频点能够减小相互间的干扰以及满足最大的网络容量。
在无线通信系统中，其子节点设备往往数量比较大，人工分配频点不仅耗时耗力，而且当某个新节点新加入时，还需要重新分配，灵活性太差。因此，如何使各节点自适应的分配频点，成为了无线链状网络快速入网的关键之一。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于无线链状/树状网络拓扑网络的频点自适应机制，其在网络初始建立、新节点的加入和删除某节点时能自动的分配频点，能够使得整条通信链路的频点分配更加高效，更加灵活，同时减少了手工干预。
按照本发明提供的技术方案，一种基于无线链状/树状拓扑网络的频点自适应机制，所述频点自适应机制包括如下步骤：
步骤1、对于无线通信网络中待加入的新节点，在上电后且未入网前，新节点执行扫描过程，通过与所述新节点的前向邻居节点通信连接，以确定所述新节点的后向频点；
步骤2、在确定新节点的后向频点后，新节点扫描所述新节点内可用频点列表内各频点的信道质量参数，并将扫描频点的信道质量参数进行降序排序；
步骤3、新节点的前向邻居节点加入无线通信网络后，前向邻居节点向新节点发送接入帧，新节点根据频点选取条件判断是否有可用的频点，并将判断的结果以确认报文的形式传输至前向邻居节点内；
步骤4、前向邻居节点根据确认报文确认新节点有可用的频点时，则将所述频点分配为新节点的前向频点，并使得新节点加入无线通信网络，否则，在无线通信网络中的节点间执行向前回退机制，以使得新节点能分配到符合要求的前向频点，使得新节点加入无线通信网络。
所述步骤1中，所述新节点的后向频点与所述新节点的前向邻居节点的前向频点为同一频点。
3、根据权利要求1所述的基于无线链状/树状拓扑网络的频点自适应机制，其特征是：所述步骤2中，表征信道质量参数的方法包括RSSI、SNR或CINR。
所述步骤3中，频点选取条件包括信道质量参数大于通信门限值、选取的频点不能与前向邻居节点的前向频点、后向邻居节点的前向频点相邻；当新节点内可用频点列表中具有多个满足频点选取条件的频点时，则新节点选择信道质量参数最优的频点。
所述步骤4中，执行的向前回退机制包括如下步骤：
步骤s1、前向邻居节点从自身的可用频点列表中选择次优的频点，若次优频点符合频点选取条件，则将此次优频点重新分配为前向邻居节点的前向频点，让新节点再重新遍历的可用频点列表，若有频点满足新节点的前向频点的频点选取条件，则将相应频点分配为新节点的前向频点，否则，执行步骤s2；
步骤s2、前向邻居节点遍历自身的可用频点列表中的所有频点，并为前向邻居节点重新选择前向频点后，新节点重新遍历自身的可用频点列表，若有频点满足新节点的前向频点的频点选取条件，则将相应频点分配为新节点的前向频点，否则，执行步骤s3；
步骤s3、通知所述前向邻居节点的前向邻居节点并重复执行上述步骤s1以及步骤s2，直至回退至首节点；若首节点遍历自身的可用频点列表不能重新分配频点，使得新节点亦无法重新分配到需要的前向频点，则告知中央处理单元。
本发明的优点：快速解决局部频点分配死锁的方法，能够省去无线链状网络建网时人工进行频点规划的工作量，大大节省了建网时间。同时节点在工作过程如果发生频点有严重干扰情况，也能够利用频点自适应机制重新分配可用频点来解决干扰问题。
附图说明
图1为本发明在链路末尾加入一个新节点的示意图。
图2为本发明在分叉节点加入一个新节点的示意图。
图3为本发明在已有的分叉处加入一个新节点的示意图。
图4为本发明在一条链路中间加入一个新节点的示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
为了在网络初始建立、新节点的加入和删除某节点时能自动的分配频点，能够使得整条通信链路的频点分配更加高效，更加灵活，同时减少了手工干预，本发明频点自适应机制包括如下步骤：
步骤1、对于无线通信网络中待加入的新节点，在上电后且未入网前，新节点执行扫描过程，通过与所述新节点的前向邻居节点通信连接，以确定所述新节点的后向频点；
本发明实施例中，无线通信网络包括链状通信网络或树状拓扑通信网络。在无线通信网络中，每个节点（包括待加入的新节点以及已入网的节点）都有两个扇区，其中，靠近中央控制单元的扇区是从扇区，远离中央控制单元的扇区是主扇区，主扇区采用的频点为前向频点，从扇区采用的频点为后向频点。一般地，一个节点具有两个邻居节点，距离中央控制单元近的节点为前向邻居节点，距离中央控制单元远的节点为后向邻居节点，上述规定说明均为本技术领域人员所熟知，此处不再详述。
无线通信网络初始建立时，新节点（新加入链状网的节点）在未入网之前，上电之后处于接收状态，执行扫描过程（只有在节点未入网的情况下才会执行扫描过程）。在扫描的过程中，可以确定新节点的后向频点，具体为：新节点的后向频点和前向邻居节点的前向频点是同一个频点，新节点先从自身的可用频点列表中选定一个频点，若能用此频点与前向邻居节点通信，则此频点就是新节点的后向频点，若不能通信则继续判断其他频点，总归能选出新节点的后向频点。
步骤2、在确定新节点的后向频点后，新节点扫描所述新节点内可用频点列表内各频点的信道质量参数，并将扫描频点的信道质量参数进行降序排序；
本发明实施例中，所述的可用频点列表是指存储在每个节点内的列表，是节点未上电时通过配置文件导入，故在每个节点中初始的可用频点列表都是相同的。根据可用频点列表依次扫描各频点下的信道质量参数，然后将扫描结果依次排序。所述的信道质量参数可以用但不限于RSSI（Received Signal Strength Indication）来衡量，还可以通过SNR(Signal Noise Ratio)，CINR(Carrier to Interference plus Noise Ratio)等表征信道质量的表来描述。
步骤3、新节点的前向邻居节点加入无线通信网络后，前向邻居节点向新节点发送接入帧，新节点根据频点选取条件判断是否有可用的频点，并将判断的结果以确认报文的形式传输至前向邻居节点内；
本发明实施例中，频点选取条件包括信道质量参数大于通信门限值、选取的频点不能与前向邻居节点的前向频点、后向邻居节点的前向频点相邻；当新节点内可用频点列表中具有多个满足频点选取条件的频点时，则新节点选择信道质量参数最优的频点。所述的通信门限值可以通过多次测量得到，通信门限值是维持节点进行良好的通信最基本的要求。
新节点的前向邻居节点入网成功之后，会周期性的发接入帧（此时新节点和所述新节点的前向邻居节点收发报文进行通信使用的是新节点的后向频点）。
新节点收到前向邻居节点的接入帧后，根据前面所述的频点选取规则判断是否有可用的频点（注：要选取的只是本节点的前向频点，此时后向频点已经确定）。新节点发确认报文将判定的结果发给其前向邻居节点。
接入帧的作用是通知新节点此时要入网，新节点收到接入帧后判断是否有可用的频点。新节点扫描自身的可用频点列表，新节点将判定的结果，通过报文发给其前向邻居节点，报文中设置了字段标识新节点是否有可用频点，如该字段取值为0，则说明新节点有可用频点；如果该字段为1，则说明其前向邻居节点的频点对新节点是可用的。收到新节点的报文后，前向邻居节点向新节点发出确认通知，确认收到了新节点的报文。
步骤4、前向邻居节点根据确认报文确认新节点有可用的频点时，则将所述频点分配为新节点的前向频点，并使得新节点加入无线通信网络，否则，在无线通信网络中的节点间执行向前回退机制，以使得新节点能分配到符合要求的前向频点，使得新节点加入无线通信网络。
本发明实施例中，若前向邻居节点根据判定结果得知新节点有可用的频点，则新节点走正常的入网流程。
若前向邻居节点得知新节点的所有频点都不可以使用时，执行向前回退机制，即前向邻居节点从自身的频点列表里选择次优的频点，并判断这个次优频点是否符合频点选取条件。若上述的次优频点不能满足频点选取条件，继续遍历可用频点列表中的其他频点，直到遍历整个可用频点列表。
所述的向前回退机制是指采取回溯的方法，当前节点无法选择符合频点分配规则的频点时，则向前回退，告知其前向邻居节点需要重新扫描分配频点（前向邻居节点此时要掉线）。若前向邻居节点不能重新分配到合适的频点（即此时前向频点只有原频点一个可用的频点，原频点是指未发生回退之前，前向邻居节点使用的频点），逐步向前回退，直到每个节点的频点分配都能符合频点选取条件时结束回退。
若回退一步之后，前向邻居节点含有除了原频点之外的其他可用频点，则前向邻居节点重新分配频点，新节点通过扫描得到其前向频点，收到前向邻居节点的接入帧之后重新分配其前向频点，并走正常的入网流程。
若一次回退之后，前向邻居节点无法分配到合适的频点（当前使用的频点除外），则发报文通知其前向邻居节点继续执行回退机制。若回退了N步，找到了能让其后面节点都能分配到合适频点的节点，则其后面的所有节点（包括新节点）均按频点分配规则重新选择频点进行分配，并重新入网。若回退到首节点都不能让每个节点分配的频点均符合要求，则告知中央处理单元。其中向前回退，指的是向靠近中央控制单元的方向回退。
每个节点在正常入网后会周期性的执行扫描，在扫描的时隙，基站停止对移动节点设备的调度，如果发现所用频点存在干扰问题，亦可以通过上述频点分配和回退的机制来解决频点干扰严重的问题。
在无线链状网络/树状拓扑网络的拓扑结构发生变化时，比如删除了某个节点时，亦可以通过此频点选取条件和回退机制重新分配频点（此时，可以将删除节点后的节点视为新节点，其余步骤可以参考上述说明，此处不再赘述）。
本发明将以链状网络拓扑结构加入新节点，以新节点new无法分配频点时只回退一步为例说明，但并不局限于此。
如图1所示，是新插入的节点加在链路的末尾处，若新节点new上电后使用其后向频点，收到（n+2）节点的接入帧。新节点new扫描自身的频点列表，同时将扫描到的结果发给（n+2）节点。
新节点new的后向频点的选取方法为：假设（n+2）节点的前向频点是f1。新节点new上电后，开始时并不知道（n+2）节点的前向频点，从频点列表中按顺序挨个遍历每个频点。当新节点new遍历到使用f1频点能与（n+2）节点通信时，此时的f1就确定为新节点new的后向频点。
若（n+2）节点根据扫描结果得知，新节点new扫描到可用的频点，则走正常的入网流程；若新节点new无可用的频点，此时需要执行回退，此时只回退一步。查看（n+2）节点的信道质量参数表是否还存在满足要求的次优频点。若存在，再比较次优频点是否与（n+1）节点目前所使用的频点相邻，若相邻，则重新选则第（n+2）节点中可用频点列表中其他满足要求的频点。
重复上述操作，若存在与（n+1）节点使用的频点不相邻的频点，则将当前选取的频点作为（n+2）节点使用的频点分配。再次对新加入的节点进行频点分配，重新扫描新节点new的频点列表，若新节点new仍找不到合适的频点则告知中央控制单元分配失败；若找到合适的频点，则将该频点作为新节点new的前向频点，分配成功，走正常入网流程。
若第（n+2）节点不能选择符合频点分配规则的频点（除了回退前使用的频点外），则回退一步失败，由（n+2）节点告知中央控制单元频点分配失败。
如图2所示，为新插入的节点加在链路上的一个分叉处，该分叉处的链路原来并不存在，当新节点加入时，若发生了无法分配频点情况时，防止因（n+1）节点的频点发生改变，而导致主链上一连串前向节点的频点重新进行分配选择，（n+1）节点将不重新选择频点，而是上报消息告知中央控制单元，告知其此处频点无法完成分配。
如图3所示，为在原有分叉处插入一个新节点，若发生了无法分配频点情况时，同样为了防止因（n+1）节点的频点发生改变，而导致主链上一连串前向节点的频点进行重新选择，这种情况下（n+1）节点不再重新选择频点，而是上报中央控制单元做进一步处理。
如图4所示，所示是在一条链路的中间新插入一个节点。当新节点new无法分配可用频点时，由于n节点不知道（n+1）节点和（n+2）节点的前向频点，此时需要中央控制单元的介入。这种情况下n节点断开和（n+1）节点的连接，并将新节点的信息上报中央控制单元。
按照频点分配的规则对新节点new分配，如果分配成功，则新节点new和（n+1）节点走正常入网流程。
当新节点new无法完成频点分配时，中央控制单元计算新节点new的逻辑ID，以及可用的频点信息，再发送给n节点，n节点保存频点信息和ID值，并将频点信息发送给新插入的节点。新节点new选择最优的频点并走正常入网流程，如果频点集合的频点都不可用，若n节点的频点可用，则n节点重新选择频点，如果n节点重新选择的频点都跟（n-1）节点使用的频点有冲突，说明第n节点重新选择频点的过程失败。那么n节点依然采用旧的频点，并告知中央控制单元新节点接入失败。
如果n节点重新选择频点成功则发送报文告知中央控制单元自身重新选择频点信息，并把逻辑ID信息告诉新节点，新节点入网。
若回退一步不成功，即n节点的频点对新节点new都不可用，则n节点发报文通知中央控制单元发生了频点死锁的情况，中央控制单元发出报警，由人工进行干预。
上述实施例仅以死锁时回退一步为例阐述，其余情况可以类似处理，在此不作详细说明。
本发明快速解决局部频点分配死锁的方法，能够省去无线链状网络建网时人工进行频点规划的工作量，大大节省了建网时间。同时节点在工作过程如果发生频点有严重干扰情况，也能够利用频点自适应机制重新分配可用频点来解决干扰问题。