一种适用于高密度下低功耗有损网络的实现紧急事件报警的TSCH调度方法，包括：(1)引入基于分数计算评估网络负载的方法进行节点加入子网络时的负载平衡；(2)引入改进后的二叉资源树对队列中的常规数据传输进行合理调度；(3)通过基于NHash的方法降低紧急数据传输发生冲突的可能性并对紧急类型数据进行合理调度。本发明专利技术在高密度的场景下避免冲突并完成为紧急事件分配时隙，从而实现紧急事件警报。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及低功耗有损网络的通信领域，特别是针对tsch网络中实现紧急事件报警的tsch调度方法。
技术介绍
1、低功耗和有损网络(lln)凭借着其低功耗、高灵活性和强适应性广泛地应用于物联网应用，如智能城市、工业自动化、农业监测等场景。时隙信道调频(tsch)是一种为lln设计的通信协议，它将时间划分为小时隙，并在每个时隙内的不同通信信道之间跳跃。通过同步多个节点之间通信调度，tsch最大限度地减少了冲突和干扰，提高了可靠性并减少了延迟，为物联网应用提供了一种可靠且节能的通信方法。
2、虽然tsch有着上述诸多优点并得到广泛的应用，但由于其调度策略通常是静态的，预先确定好了时隙资源和信道的分配，如果是突发的紧急事件数据包必须等到下一个空闲时隙。例如电池仓储中的大量烟雾和温度报警器在检测到烟雾等突发情况时需向网关发送紧急数据以示报警，而面对类似的空闲时隙极少的高密度突发场景，tsch很难满足此类常见紧急事件数据包的传输需求。
技术实现思路
1、为了克服之前的tsch的时隙分配策略不够灵活，导致无法满足现代物联网应用中普遍的高密度场景下的紧急事件传输需求的缺点，本专利技术提供了一种适用于高密度下低功耗有损网络的实现紧急事件报警的tsch调度方法。
2、从总体来看，想要解决高密度lln的应急响应问题，需要解决两个问题，一个是需要检测到紧急数据包并对其进行优先级排序，避免不必要的延迟。另一个是解决紧急数据包之间可能发生的冲突，保证应急响应工作的有序性。
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p>3、为了克服之前的tsch的时隙分配策略不够灵活，导致无法满足现代物联网应用中普遍的高密度场景下的紧急事件传输需求。本专利技术提供了一种适用于高密度下低功耗有损网络的实现紧急事件报警的tsch调度方法。从总体来看，想要解决高密度lln的应急响应问题，需要解决两个问题，一个是需要检测到紧急数据包并对其进行优先级排序，避免不必要的延迟。另一个是解决紧急数据包之间可能发生的冲突，保证应急响应工作的有序性。4、为了优化该算法算法在高密度网络的表现，本专利技术提出了一种新的适用于多网关网络的调度方法。为了解决上述问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
5、一种适用于高密度下低功耗有损网络的实现紧急事件报警的tsch调度方法，包括如下步骤：
6、步骤s1：引入基于分数计算评估网络负载的方法进行节点加入子网络时的负载平衡；
7、步骤s2：引入改进后的二叉资源树对队列中的常规数据传输进行合理调度；
8、步骤s3：通过基于nhash的方法降低紧急数据传输发生冲突的可能性并对紧急类型数据进行合理调度。
9、作为上述技术方案的进一步描述：
10、所述步骤s1包括如下步骤：
11、步骤s11:对每一个子网络的节点n计算分数。其中，分数的计算方法如下：
12、score(n)＝0.2*pregular+0.8*pemergency 公式(1)
13、由于倾向于将紧急数据包提高优先级，将其的权值设定为0.8使其对结果有较大的决定性；
14、步骤s12：计算每个子网络的分数总和；
15、步骤s13：新加入的节点通过广播的控制信息加入到分数总和最小的子网络中，以达到每个子网络间的负载平衡；
16、作为上述技术方案的进一步描述：
17、所述步骤s2中引入了二叉资源树，在这个二叉资源树中，每个树节点表示一个可用的时隙，由元组(m,n)表示，其中m用于确定tsch时隙帧的长度为2的m次方，并由n确定时隙资源的偏移量，节点所分到的资源由m和n共同确定。
18、作为上述技术方案的进一步描述：
19、所述步骤s2包括如下步骤：
20、步骤s21：发送方根据所要发送的数据类型进行具体的调度选择，如果是常规数据类型则进行协商过程，如果是紧急数据类型则跳过协商过程；
21、步骤s22：发送方和接收方会协商资源节点的选择，发送方从自身所要发送的数据包数量估计出所需要的m的值发送给接收方以确定时隙帧的长度；
22、步骤s23：接受方会在二叉树对应的层数m中选择一个空闲的资源节点，并将对应的时隙偏移量n发送给发送方。
23、步骤s24：发送方在长为2m的时隙帧的偏移量为n的时隙处发送数据，而接收方在同个时隙处接收数据。
24、作为上述技术方案的进一步描述：
25、所述步骤s3中，本专利技术将时隙帧被进一步分为更小的分段，其中三段用于发送request-to-send(rts)控制包，一段用于发送clear-to-send(cts)控制包以及最后的一段用于数据传输，并改进其发送和接受的过程用于紧急报警场景。
26、作为上述技术方案的进一步描述：
27、所述步骤s3包括如下步骤：
28、步骤s31：网络中需要当前时隙资源的发送节点使用nhash函数对节点id和节点所在的网络id进行哈希计算，得出在该时隙的新分段中其应当发送rts控制包的时间后，向网关发送rts控制信息，其中，nhash的公式如下：
29、offsetsg(n)＝mod(hash(id<<16+nid),lsg) 公式(2)
30、其中，offset表示在segments中的偏移量，l表示segment的长度，例如3。采用的hash函数是sha-256以降低发生冲突的可能性。
31、步骤s32：按照先来先服务原则，网关在对应的分段发送cts分段广播cts控制包，通知各节点获取到当前时隙资源的节点id。
32、步骤s33：获取到资源的节点可以绕过协商过程，在右子树选择一个空闲资源节点，利用所选时隙的剩余分段来发送紧急数据包。
33、本专利技术在高密度的场景下避免冲突并完成为紧急事件分配时隙，从而实现紧急事件警报。
34、本专利技术的优点：本专利技术致力于提高tsch协议分配策略的灵活性，以往的工作为灵活的资源分配迈出了坚实的一步，但尚未解决高密度lln中的应急响应问题。本专利技术可以让网络中的节点根据待发数据以及网络中的负载来调整具体的调度策略，尤其实在处理紧急事件场景下的数据收发问题有更好的表现。与之前的tsch方案相比，本专利技术在各种网络条件下将会降低了50％的时间延迟，可靠性提高10％。
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【技术保护点】
1.一种适用于高密度下低功耗有损网络的实现紧急事件报警的TSCH调度方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种适用于高密度下低功耗有损网络的实现紧急事件报警的TSCH调度方法，其特征在于，步骤S1包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种适用于高密度下低功耗有损网络的实现紧急事件报警的TSCH调度方法，其特征在于，步骤S2中引入二叉资源树，在这个二叉资源树中，每个树节点表示一个可用的时隙，由元组(m,n)表示，其中m用于确定TSCH时隙帧的长度为2的m次方，并由n确定时隙资源的偏移量，节点所分到的资源由m和n共同确定。
4.根据权利要求1所述的一种适用于高密度下低功耗有损网络的实现紧急事件报警的TSCH调度方法，其特征在于，步骤S2包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种适用于高密度下低功耗有损网络的实现紧急事件报警的TSCH调度方法，其特征在于，步骤S3中，将时隙帧被进一步分为更小的分段，其中三段用于发送Request-to-Send(RTS)控制包，一段用于发送Clear-to-Send(CTS)控制包以及最后的一段用于数据传输，并改进其发送和接受的过程用于紧急报警场景。
6.根据权利要求1所述的一种适用于高密度下低功耗有损网络的实现紧急事件报警的TSCH调度方法，其特征在于，步骤S3包括如下步骤：
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【技术特征摘要】
1.一种适用于高密度下低功耗有损网络的实现紧急事件报警的tsch调度方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种适用于高密度下低功耗有损网络的实现紧急事件报警的tsch调度方法，其特征在于，步骤s1包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种适用于高密度下低功耗有损网络的实现紧急事件报警的tsch调度方法，其特征在于，步骤s2中引入二叉资源树，在这个二叉资源树中，每个树节点表示一个可用的时隙，由元组(m,n)表示，其中m用于确定tsch时隙帧的长度为2的m次方，并由n确定时隙资源的偏移量，节点所分到的资源由m和n共同确定。
4.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：董玮，张海浪，吕嘉美，高艺，赵子涵，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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