基于信道竞争的数据传输方法、装置、系统和存储介质与流程

1.本发明实施例涉及网络技术领域，尤其涉及基于信道竞争的数据传输方法、装置、系统和存储介质。


背景技术：

2.随着无线通信应用需求的持续扩张，频谱作为一种资源在持续扩张的应用需求下日益紧张，常规的频谱主要采用固定分配的方式，资源浪费严重，频谱利用率低。针对固定分配频谱的弊端，为优化提高频谱的利用率，最好使得无线通信网络中的各个节点学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生。
3.现有的物联网作为一种无线通信网络的具体实现形式，也在参考学习机制，通过与周围环境交互信息提高频谱的利用率。
4.发明人在物联网中基于学习感知进行频谱的利用率优化时发现，现有的物联网应用场景下，节点间进行环境信息的交互传递时存在盲区，可能导致环境信息感知不完整，导致信道分配后实际数据的传递冲突。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种基于信道竞争的数据传输方法、装置、系统和存储介质，以解决现有技术物联网网络中信道分配后实际数据的传递冲突的技术问题。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种基于信道竞争的数据传输方法，包括：在物联网节点的传输时段开始前获取记录的空闲信道信息，所述空闲信道信息用于记录所述物联网中在所述传输时段之前的空闲信道的信息；当所述传输时段有传输任务的物联网节点与所述空闲信道不是唯一对应，所述物联网节点在竞争时隙选择候选信道进行倒计时，并在倒计时完成时广播信道锁定消息；所述倒计时的时长根据待传输数据的数据量确定，所述信道锁定消息用于确认所述候选信道为所述物联网节点对应的传输信道并通知其他物联网节点；接收到所述信道锁定消息的物联网节点基于剩余的空闲信道更新候选信道并继续进行倒计时，直至确认对应的传输信道；所述物联网节点在所述传输时段通过对应的传输信道进行数据传输。
7.进一步的，所述传输时段包括多个等长时隙；对应的，所述物联网节点在所述传输时段通过对应的传输信道进行数据传输，包括：所述物联网节点在所述传输时段对应的传输信道广播发送请求，在接收到响应于所述发送请求的取消请求之后，通过对应的传输信道进行数据传输。
8.进一步的，所述物联网节点在所述传输时段通过对应的传输信道进行数据传输，还包括：
所述物联网节点在所述传输时段对应的传输信道广播发送请求，若未接收到响应于所述发送请求的取消请求，延迟一个或多个等长时隙后通过对应的传输信道进行数据传输。
9.进一步的，所述方法，还包括：所述物联网节点在空闲时段监听每个信道的信号传输状态，并根据所述信号传输状态更新空闲信道信息。
10.第二方面，本发明实施例还提供了一种基于信道竞争的数据传输装置，包括：信息获取单元，用于在物联网节点的传输时段开始前获取记录的空闲信道信息，所述空闲信道信息用于记录所述物联网中在所述传输时段之前的空闲信道的信息；信道分配单元，用于当所述传输时段有传输任务的物联网节点与所述空闲信道不是唯一对应，所述物联网节点在竞争时隙选择候选信道进行倒计时，并在倒计时完成时广播信道锁定消息；所述倒计时的时长根据待传输数据的数据量确定，所述信道锁定消息用于确认所述候选信道为所述物联网节点对应的传输信道并通知其他物联网节点；候选切换单元，用于接收到所述信道锁定消息的物联网节点基于剩余的空闲信道更新候选信道并继续进行倒计时，直至确认对应的传输信道；数据传输单元，用于所述物联网节点在所述传输时段通过对应的传输信道进行数据传输。
11.进一步的，所述传输时段包括多个等长时隙；对应的，所述数据传输单元，包括：第一传输模块，用于所述物联网节点在所述传输时段对应的传输信道广播发送请求，在接收到响应于所述发送请求的取消请求之后，通过对应的传输信道进行数据传输。
12.进一步的，所述数据传输单元，还包括：第二传输模块，用于所述物联网节点在所述传输时段对应的传输信道广播发送请求，若未接收到响应于所述发送请求的取消请求，延迟一个或多个等长时隙后通过对应的传输信道进行数据传输。
13.进一步的，所述装置，还包括：信道监听单元，用于所述物联网节点在空闲时段监听每个信道的信号传输状态，并根据所述信号传输状态更新空闲信道信息。
14.第三方面，本发明实施例还提供了一种物联网网络系统，包括多个物联网节点，所述多个物联网节点均包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述物联网网络实现如第一方面任一所述的基于信道竞争的数据传输方法。
15.第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的基于信道竞争的数据传输方法。
16.上述基于信道竞争的数据传输方法、装置、网络系统和存储介质，在物联网节点的传输时段开始前获取记录的空闲信道信息，所述空闲信道信息用于记录所述物联网中在所述传输时段之前的空闲信道的信息；当所述传输时段有传输任务的物联网节点与所述空闲
信道不是唯一对应，所述物联网节点在竞争时隙选择候选信道进行倒计时，并在倒计时完成时广播信道锁定消息；所述倒计时的时长根据待传输数据的数据量确定，所述信道锁定消息用于确认所述候选信道为所述物联网节点对应的传输信道并通知其他物联网节点；接收到所述信道锁定消息的物联网节点基于剩余的空闲信道更新候选信道并继续进行倒计时，直至确认对应的传输信道；所述物联网节点在所述传输时段通过对应的传输信道进行数据传输。本方案中通过获取实时记录的空闲信道信息，基于预设的传输增益最大规则针对有分配可能的传输需求进行空闲信道与物联网节点的分配，降低信道分配之后实际数据传输时的冲突概率。
17.附图说明
18.图1为本发明实施例一提供的一种基于信道竞争的数据传输方法的流程图；图2为本发明实施例二提供的一种基于信道竞争的数据传输装置的结构示意图；图3为本发明实施例三提供的一种物联网节点设备的结构示意图。
19.具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
21.需要注意的是，由于篇幅所限，本技术说明书没有穷举所有可选的实施方式，本领域技术人员在阅读本技术说明书后，应该能够想到，只要技术特征不互相矛盾，那么技术特征的任意组合均可以构成可选的实施方式。
22.下面对各实施例进行详细说明。
23.实施例一图1为本发明实施例一提供的一种基于信道竞争的数据传输方法的流程图。实施例中提供的基于信道竞争的数据传输方法可以由用于基于信道竞争的数据传输的各种操作设备（主要是物联网节点设备）执行，该操作设备可以通过软件和/或硬件的方式实现，该操作设备可以是两个或多个物理实体构成，也可以是一个物理实体构成。
24.具体的，参考图1，该基于信道竞争的数据传输方法，具体包括：步骤s101：在物联网节点的传输时段开始前获取记录的空闲信道信息，所述空闲信道信息用于记录所述物联网中在所述传输时段之前的空闲信道的信息。
25.空闲信道信息是一个实时更新的信息，其中记录了当前的空闲信道的相关信息，主要包括空闲信道的标识、空闲信道对应的频段、空闲信道对应各个物联网节点的增益、信号传输强度等。
26.步骤s102：当所述传输时段有传输任务的物联网节点与所述空闲信道不是唯一对应，所述物联网节点在竞争时隙选择候选信道进行倒计时，并在倒计时完成时广播信道锁定消息；所述倒计时的时长根据待传输数据的数据量确定，所述信道锁定消息用于确认所述候选信道为所述物联网节点对应的传输信道并通知其他物联网节点。
27.根据具体数据传输的需求，当前实际进行传输的物联网节点的数据和处于使用状态的信道数量会有动态变化的过程，在这个动态变化的过程中，有可能在物联网节点有数据传输需要的时候，空闲信道信息中记载的空闲信道的数量可能有多有少，不同数量的空闲信道能满足的传输需求不同，对应需要进行信道分配。
28.在具体分配过程中，有一种简单的信道分配方式不需要进行分配，即有传输任务的物联网节点与空闲信道的对应方式只有一种，具体来说又分为两种情形，第一种情形是当前有物联网节点存在传输需求，但是空闲信道信息中记载的空闲信道的数量为0个，无法为物联网节点分别空闲信道满足传输需求，只能等待下一个传输时段；第二种情形是当前有一个物联网节点存在传输需求，且空闲信道信息中记载的空闲信道的数量为1个，此时直接将该空闲信道分配给该物联网节点满足其传输需求即可。
29.在本方案中，需要重点处理的是，如果当前空闲信道与有传输任务的物联网节点不是唯一对应时，可以采用的信道分配方式。整体而言，根据竞争机制进行分配。一般来说，有三种具体情形，第一种情形是一个物联网节点有传输任务同时有多个空闲信道，此时将多个空闲信道中传输增益最大的分配为该物联网节点的传输信道即可；第二种情形是多个物联网节点有传输任务同时只有一个空闲信道，此时比较多个物联网节点在该空闲信道的传输增益，将该空闲信道分配为传输增益最大的物联网节点即可；第三种情形是多个物联网节点有传输任务同时有多个空闲信道，此时为所有的物联网节点分配传输信道（物联网节点的数量小于或等于空闲信道的数量）或将所有的空闲信道分配到部分物联网节点作为传输信道（物联网节点的数量大于空闲信道的数量）。
30.本方案中，空闲时段进一步拆分出竞争时隙，在竞争时隙内，各个物联网进行进行倒计时，并根据倒计时结束时所关联的信道确认信道分配结果，也就是说，在一个竞争过程中，可能有两个物联网节点以倒计时的方式同时竞争一个相同的信道，在其中一个物联网节点完成交底书确认对该信道的分配之后，向其它物联网节点广播信道锁定信息，其它物联网节点接收到该信道锁定之后，如果之前以同一信道为候选信道，则切换另一信道为候选信道，直至完成信道分配或竞争时隙结束分配失败等待下一次倒计时竞争。具体基于数据量的倒计时策略可以是数据量越大，倒计时的时长越长，也可以是数据量越大，倒计时的时长越短，实际根据应用场景和数据使用需求确定。本方案中，通过倒计时和广播方式，实现了一个物联网节点对一个信道的分配，避免了多个物联网节点分配到同一信道造成数据传输冲突。
31.步骤s103：接收到所述信道锁定消息的物联网节点基于剩余的空闲信道更新候选信道并继续进行倒计时，直至确认对应的传输信道。
32.物联网节点在更新候选信道之后的倒计时过程与更新之前的倒计时过程类似，如果最先完成倒计时，则将更新后的信道作为对应的传输信道，并广播信道锁定消息，具体处理过程类似，在此不做重复说明。
33.步骤s104：所述物联网节点在所述传输时段通过对应的传输信道进行数据传输。
34.物联网节点在正常状态下的数据传输与物联网的数据传输过程基本类似，在此不做特别说明。但是针对部分特殊情况，本方案进一步对数据传输过程做了调整。
35.在具体进行传输时，为进一步消除实际数据传输时的传递冲突，将所述传输时段包括多个等长时隙；
对应的，步骤s104，包括：步骤s1041：所述物联网节点在所述传输时段对应的传输信道广播发送请求，在接收到响应于所述发送请求的取消请求之后，通过对应的传输信道进行数据传输。
36.在具体实施时，步骤s104还可以包括：步骤s1042：所述物联网节点在所述传输时段对应的传输信道广播发送请求，若未接收到响应于所述发送请求的取消请求，延迟一个或多个等长时隙后通过对应的传输信道进行数据传输。
37.在具体实现本方案中的数据传输时，考虑到空闲信道信息中记录的空闲信道可能会有延迟，由此在具体数据传输时，当前分配到传输信道的物联网节点会在传输前广播发送请求，以确认该传输信道是否确实处于空闲状态，是否能由其进行数据传输，如果当前有其它节点在该传输信道中接收到该发送请求后，对应反馈了取消请求，表示其当前没有传输任务，则表明该传输信道可用，其分配到的物联网节点可以在该传输信道进行数据传输。如果有其它节点在该传输信道中接收到该发送请求之后没有反馈取消请求，表明其当前占用了该传输信道进行数据传输，则该物联网节点进行延迟之后再行传输数据，具体延迟以等长时隙为单位，可以延迟一个或多个，如果在延迟时间达到后再次尝试传输前，需要再次执行广播步骤，根据反馈结果选择发送或者继续延迟。
38.在具体实施过程中，本方案进一步包括步骤s105。
39.步骤s105：所述物联网节点在空闲时段监听每个信道的信号传输状态，并根据所述信号传输状态更新空闲信道信息。
40.一般来说，在一个物联网网络系统中，总的带宽被均分为若干个并行信道，每个并行信道在每个传输时段对应一个物联网节点进行数据传输，在具体的数据传输过程中，所有物联网节点传输的单个数据包的长度是相等的。另外，在本方案中，每个物联网节点都能监听获得每个信道的信号传输状态，具体的监听方案在现有技术中多有实现，属于无线网络中学习机制的基础功能，在此不做过多说明。
41.需要说明的是，本技术实施例中所说的步骤编号并不表示对步骤执行顺序的严格限定，作为一个持续动态调整连接关系的网络系统，各个步骤的执行根据当前的状态或所处的时段执行对应的操作，例如一个物联网节点可能在连续三个时段均为空闲时段，那么在这连续三个空闲时段内，物理网节点一直执行步骤s105对每个信道的信号传输状态进行监听，并对应对空闲信道信息进行更新，而在这连续三个空闲时段之前以及之后均为传输时段，在传输时段即通过步骤s101
‑
步骤s104确认对应的传输信息并进行数据传输。
42.上述，在物联网节点的传输时段开始前获取记录的空闲信道信息，所述空闲信道信息用于记录所述物联网中在所述传输时段之前的空闲信道的信息；当所述传输时段有传输任务的物联网节点与所述空闲信道不是唯一对应，所述物联网节点在竞争时隙选择候选信道进行倒计时，并在倒计时完成时广播信道锁定消息；所述倒计时的时长根据待传输数据的数据量确定，所述信道锁定消息用于确认所述候选信道为所述物联网节点对应的传输信道并通知其他物联网节点；接收到所述信道锁定消息的物联网节点基于剩余的空闲信道更新候选信道并继续进行倒计时，直至确认对应的传输信道；所述物联网节点在所述传输时段通过对应的传输信道进行数据传输。本方案中通过获取实时记录的空闲信道信息，基于预设的传输增益最大规则针对有分配可能的传输需求进行空闲信道与物联网节点的分
配，降低信道分配之后实际数据传输时的冲突概率。
43.实施例二图2为本发明实施例二提供的一种基于信道竞争的数据传输装置的结构示意图。参考图2，该基于信道竞争的数据传输装置包括：信息获取单元210、信道分配单元220、候选切换单元230和数据传输单元240。
44.其中，信息获取单元210，用于在物联网节点的传输时段开始前获取记录的空闲信道信息，所述空闲信道信息用于记录所述物联网中在所述传输时段之前的空闲信道的信息；信道分配单元220，用于当所述传输时段有传输任务的物联网节点与所述空闲信道不是唯一对应，所述物联网节点在竞争时隙选择候选信道进行倒计时，并在倒计时完成时广播信道锁定消息；所述倒计时的时长根据待传输数据的数据量确定，所述信道锁定消息用于确认所述候选信道为所述物联网节点对应的传输信道并通知其他物联网节点；候选切换单元230，用于接收到所述信道锁定消息的物联网节点基于剩余的空闲信道更新候选信道并继续进行倒计时，直至确认对应的传输信道；数据传输单元240，用于所述物联网节点在所述传输时段通过对应的传输信道进行数据传输。
45.在上述实施例的基础上，所述传输时段包括多个等长时隙；对应的，所述数据传输单元，包括：第一传输模块，用于所述物联网节点在所述传输时段对应的传输信道广播发送请求，在接收到响应于所述发送请求的取消请求之后，通过对应的传输信道进行数据传输。
46.在上述实施例的基础上，所述数据传输单元，还包括：第二传输模块，用于所述物联网节点在所述传输时段对应的传输信道广播发送请求，若未接收到响应于所述发送请求的取消请求，延迟一个或多个等长时隙后通过对应的传输信道进行数据传输。
47.在上述实施例的基础上，所述装置，还包括：信道监听单元，用于所述物联网节点在空闲时段监听每个信道的信号传输状态，并根据所述信号传输状态更新空闲信道信息。
48.本发明实施例提供的基于信道竞争的数据传输装置包含在基于信道竞争的数据传输设备中，且可用于执行上述实施例一中提供的任一基于信道竞争的数据传输方法，具备相应的功能和有益效果。
49.实施例三图3为本发明实施例三提供的一种物联网节点设备的结构示意图，如图3所示，该终端设备包括处理器310、存储器320、输入装置330、输出装置340以及通信装置350；终端设备中处理器310的数量可以是一个或多个，图3中以一个处理器310为例；终端设备中的处理器310、存储器320、输入装置330、输出装置340以及通信装置350可以通过总线或其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。
50.存储器320作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的基于信道竞争的数据传输方法对应的程序指令/模块（例如，基于信道竞争的数据传输装置中的信息获取单元210、信道分配单元220、候选切换单元230和数据传输单元240）。处理器310通过运行存储在存储器320中的软件程序、指令以及模块，从而执行终端设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的基于信道竞争的数据
传输方法。
51.存储器320可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器320可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器320可进一步包括相对于处理器310远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至终端设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
52.输入装置330可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与终端设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。
53.上述终端设备包含基于信道竞争的数据传输装置，可以用于执行任意基于信道竞争的数据传输方法，具备相应的功能和有益效果。
54.实施例四本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行本技术任意实施例中提供的基于信道竞争的数据传输方法中的相关操作，且具备相应的功能和有益效果。
55.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。
56.因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
57.在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。存储器是计算机可读介质的示例。
58.计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。
计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器（cd
‑
rom)、数字多功能光盘(dvd) 或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
59.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
60.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。