一種基于工業無線網絡的路由和資源分配算法

由于網絡的樹型結構需要通過數據報文被不斷傳播，本協議還設計了一種具有針對性的樹型結構線性存儲方式。該存儲方式結構清晰，所占空間較小，便于節點設備在本地存儲自己的子樹結構，以及將自己的子樹結構以數據報文的形式發送出去。其數據格式如圖3所示，數據舉例部分依據圖1的網絡結構，根節點的ID為13，其余節點的ID以字母順序編號。當一個子節點接收到其所有子節點發送的“子樹報告”數據包后，它應組織一個包含自己所有子樹的“子樹報告”數據包發送給父節點。

3 基于工業無線網絡的通信資源分配算法
3.1 信道與時隙的分配原則
由于無線傳感器網絡的通信特點，不同設備在相互通信時存在干擾。要想同時通信，相鄰層之間不可分配相同的信道。對于信道的分配，可以設置n層作為一個信道重復周期。假設n=3，如圖4所示，Root節點與第1代通信使用ch1信道，第1代與第2代通信使用ch2信道，第2代與第3代通信使用ch3信道，第3代與第4代通信可以重復使用ch1信道，如此循環。
由于無線傳感器網絡中的節點一般只裝備一套射頻裝置，所以節點之間進行單播通信時需要分時。
父節點可以向所有子節點發送廣播報文，例如：時間同步報文、數據查詢報文等。如果不同父節點發送的廣播報文覆蓋范圍重合，子節點在接收時就存在干擾，需要分時。如圖4所示，節點1的廣播范圍覆蓋節點4、5，節點2的廣播范圍覆蓋節點6，則節點5和節點6不能同時接收父節點發送的廣播報文。在家族樹結構中，需要分時通信的情況還包括：父節點相同的節點在與其父節點通信時，需要分時；存在干擾的堂兄弟節點在與其父節點通信時，需要分時。

3.2 通信資源的分配算法

若同一代的節點發送廣播報文的覆蓋范圍都重合，并且堂兄弟節點在與其父節點通信時均存在干擾，以圖4的拓撲結構為例，資源的分配結果如圖5(a)所示；若同一代的節點發送廣播報文的覆蓋范圍都重合，而堂兄弟節點在與其父節點通信時均不存在干擾，以圖4的拓撲結構為例，資源的分配結果如圖5(b)所示。