CN101304369A - 一种基于家居区域信息的多速率无线射频路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于家居区域信息的多速率无线射频路由方法。该方法根据中继设备位置和家居布局划分网络区域，并根据区域信息进行路由选择和路由的维护。通过中继设备路由保存家居区域信息来代替设备的网络识别号(网络ID号)，从而减少了路由表的长度，减少了路由表的查询时间。另外，该方法选择最短的传输时间的路由路径来代替跳数最少的路由路径，从而提高了传输效率。

Description

一种基于家居区域信息的多速率无线射频路由方法

技术领域

本发明涉及一种家居无线网络的路由方法，特别是一种基于家居区域信息的多速率无线射频路由方法。

背景技术

随着3C融合进程的加快，数字家庭产业得到迅速的发展。由于数字化产品及信息服务在家庭不断渗透并日益融合，数字家庭中的智能家居产品种类和数量都不断增多，使得智能家居设备的控制和管理难度增大。无线网络在智能家居控制方面具有突出的技术特点，并随着无线网络技术的进一步发展，利用无线技术实现智能家居控制成为该领域的发展趋势。无线射频技术作为一种低成本的网络技术已经得到智能家居内无线控制的广泛应用。但由于其传输距离有限以及传输过程中信号减弱的缺陷，在应用到智能家居无线控制的领域时，需要增加中继设备来延长有效传输范围和增强传输过程中的信号。一个适合于智能家居无线控制的射频通讯路由算法，能够提高智能家居无线控制的效率和减低家居设备的通讯成本。

智能家居无线射频网络是不同于固定无线网络和移动Ad Hoc网络(mobile ad hoc network，MANET)网络的特殊网络。数字家庭无线网络的主要特点是：固定终端和移动终端并存，设备网络位置划分区域和设备传输速率不同。数字家庭中存在大量的固定终端和少量的移动终端。由于数字家庭中包含了移动终端，当它们移动位置时，网络拓扑发生变化，设备所选择的路由路径也将发生改变。数字家庭设备所处的位置一般可以按照家庭布局进行划分。如家居通常划分为客厅、饭厅、主人房和客房等。各个设备某一时刻肯定存在家居内的某一个位置，而对固定终端来说，它所处于的网络位置比较固定，长时间处于某一区域。而对于移动终端来说，其位置变动较大。不同设备可以采用不同的波特率进行传输。对于有线网络的按照路由的跳数来选择路由的方法在数字家庭无线射频网络中不一定适用。

发明内容

根据家居无线射频网络的特点，本发明的主要目的是在于提供一种基于家居区域信息的多速率无线射频路由方法，该方法通过中继设备路由保存家居区域信息来代替设备的网络识别号(网络ID号)，从而减少了路由表的长度，减少了路由表的查询时间。另外，该方法选择最短的传输时间的路由路径来代替跳数最少的路由路径，从而提高了传输效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于家居区域信息的多速率无线射频路由方法，该方法包括以下步骤：

(1)、根据中继设备位置和家居布局划分网络区域，

(2)、根据区域信息进行路由选择，

(3)、进行路由的维护。

首先，根据中继设备位置和家居布局划分网络区域，以网络中的中继设备为一固定基点，结合数字家庭布局把数字家庭网络地理区域划分为若干网格，每个网格的坐标由它的中心中继设备坐标所确定。每个区域中离开中继设备的最大距离a不会比无线射频通的距离d(50米)大，在满足该条件的约束下，区域中的任何节点与中继设备之间完全可以保持通讯的畅通。智能家居设备在无线射频通讯区域划分后的基础上进行通讯。

其次，根据区域信息进行路由选择包括：移动设备通过设备对码记录固定终端的区域信息，移动终端泛洪路由请求包(RREQ)查找到某个区域的路径，路由设备通过固定终端返回的路由应答包(RREP)记录路由路径和移动终端设备记录区域路由路径，具体方法如下：

a)、移动设备通过设备对码记录固定终端的区域信息。

在固定终端设备加入家居无线射频网络时，需要进行设备对码，将固定终端的信息发送到移动终端设备。移动终端设备接收其设备信息后，将其区域信息记录移动终端的存储器上。

b)、当移动终端a有数据要传输给终端b，但发现自己的路由表中没有到b的路径时，需要发起路由发现。它先广播一个路由发现(RREQ)包，寻找所需的路由。RREQ包包含发起终端a的区域信息、目的终端b的区域信息。网络中的中继设备接收到RREQ包后把本中继设备信息写入RREQ包的中继路径信息中，并向该中继设备所能到达的区域以及中继设备转发RREQ包，直到终端b接收到RREQ包。

c)、终端b接收到第一个来自终端a的RREQ包后，发出路由响应(RREP)包。RREP包包含了发起终端a的区域信息、目的终端b的区域信息和RREQ包所经过的中继路径。当终端b再接收到其他来自终端a的RREQ包后，将该包丢弃。这样能保证从终端a所处的区域往终端b所处的区域发送信息的路径是所需要的时间最短。而该路径的跳数不一定最少。

d)、各个中继设备接收到来自终端b的RREP包后，查看RREP包中的中继路径，如果包含本中继设备信息，则修改本中继设备的路由表(路由表格式如表3-1)，并向下一跳发送RREP包，直到发起终端a接收到RREP包。如果中继是直接从目的终端RREQ包，则下一跳记为NULL。各个中继设备的路由表的记录在一定时间没有使用，则被中继设备自动删除，从而提高了中继设备的路由查询效率。

e)、若是发起终端在给定的路由发现时间内没有收到路由响应RREP包，本次路由发现失败，发起终端需要重新发起路由发现。当发起终端收到RREP包时，本次路由发现过程宣告完成。移动控制终端接收RREP包后，修改自身路由表，其格式与表1相同。

最后，路由的维护主要是指中继设备中断链路和目标设备离开所在区域，具体如下所述：

a)、某中继设备离开家居无线射频网络后，移动控制终端向包含该中继的路径发送数据。该路径中的前一中继接收不到答应数据包后，向移动终端发送路由错误包(RERR)。移动控制终端再通过泛洪RREQ包寻找新的路由路径。

b)、某目标设备离开所在区域到达另一区域后，只需在移动控制终端更新该目标设备的区域信息，即能维持链路可以准确通讯。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过中继设备以及家居布局将家居网络划分为多个区域，中继设备以及移动控制终端的路由表记录区域信息而不是设备信息，从而减少了路由表的长度，减少了路由查询所需要的时间，并且在链路的维护上也减少了麻烦。另外，路由选择以最快到达目的设备的路径，而不是跳数最少的路径，从而提高了数据传输的效率。

附图说明

图1为家居网络区域划分示意图。

图2为设备对码流程图。

图3为路由发现示意图。

图4为中继中断及维护。

图5为目的设备离开区域及链路维护。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面举例实施并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，该数字家庭中的四个中继设备把网络分成了9个区域，区域的最大距离不超过50米。

设备加入到家居无线射频网络，需要进行设备对码。设备对码过程如图2所示：

(1)受控终端向移动控制设备发送RF注册原语，并显示注册状态。

(2)移动控制设备接收RF注册源于后，获取受控设备的注册信息。

(3)接收信息后，用户确定该设备是否需要进行注册，如果需要，则进行(4)，如果不需要，则进行(7)。

(4)用户通过移动控制终端输入该设备的区域信息，移动终端记录该设备以及其区域信息。

(5)移动控制终端向受控终端发送RF注册成功原语。

(6)受控设备显示注册成功状态。

(7)移动控制终端向受控设备发送RF注册失败原语。

(8)设备显示注册失败状态。

各个终端设备加入到网络后，移动终端通过路由发现查找路由路径。如图3，位于区域20的移动终端q向位于区域6的固定终端发送信息，发现自己的路由表中没有从区域20到区域6的路径时，需要发起路由发现。终端q广播一个路由发现(RREQ)包，寻找从区域20到区域6所需要的路由。RREQ包通过路径EDBA和ECA先后到达终端d。

终端d先接收到从路径EDBA到达的RREQ包后，发送路由响应(RREP)包，包中包含所收到的RREQ包所经过的中继设备线路信息“ABDE”、目的区域信息“6”和发起区域信息“20”。当终端d接收到区域20发送并经过路径ECA到达的RREQ包后，将该包丢弃。

接收到的中继设备从中继线路信息中读取返回路径A，若非A中继设备，则丢弃该包；若为A中继设备，则修改其的路由表。因为A是直接接收来自区域6的终端d的RREP包，所以A的下一跳为Null，A路由表如表2。A再把RREP向返回路径中的B中继设备发送。当中继设备B接收到RREP包后，修改其路由表，B的路由表如表3。RREP包沿返回路径中继设备D、E返回，直到到达终端q。

拓扑图上链路达到全通时，各个路由设备的路由表长度为：

Talbe Length＝N*(M-1)

(3.1)

其中，N为路由设备连接的区域数量，M为整个拓扑图的划分的区域。

在链路维护过程中，可能出现路由中继设备中断或者目的节点离开当前所在区域。

(1)中继设备中断链路

如图4所示，在图(a)中，区域16与区域1的设备通过链路EDBA进行连接。图(b)中，链路中设备B离开网络，造成链路EDBA通讯中断。当设备q向设备d发送数据时，中继D接收不到来自中继B的回复。此时，中继D向返回链路发送路由错误(RERR)包，通知源设备q链路发生断裂。RERR数据包包含了目的区域信息以及中断中继信息。当q接收到RERR包后，重新广播RREQ包，从区域16向区域1发送。如图(c)所示，通过链路发现和记录过程，各个设备更新路由表，重现建立从区域16到区域1的路由路径。

(2)目的设备离开所在区域

如图5所示，在图(a)中，区域16中的移动控制设备q与区域1中的固定终端设备d通过链路EDBA进行通讯。在图(b)中，固定终端设备d向区域9移动。设备q向设备d发送数据包。如果区域16到区域9的中继设备ECF的路由表已有从区域16到区域9的路由记录，设备q向中继设备E发送数据包，中继器EC根据路由表转发数据包，当F收到数据包后，查找自身路由表后，向区域9发送数据包，则设备d就可以接收到来自q的数据包；如果区域16到区域9的中继设备ECF的路由表未有从区域16到区域9的路由记录，设备q接收到RERR包后，通过路由发现过程，泛洪发送RREQ包，根据以上所述过程，查找到中继路由路径ECF，最后通过该路径发送数据包。

Claims (5)

1.一种基于家居区域信息的多速率无线射频路由方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)、根据中继设备位置和家居布局划分网络区域，

(2)、根据区域信息进行路由选择，

(3)、路由的维护。

2.根据权利要求1所述的一种基于家居区域信息的多速率无线射频路由方法，其特征在于：根据中继设备位置和家居布局划分网络区域，以网络中的中继设备为一固定基点，结合数字家庭布局把数字家庭网络地理区域划分为若干网格，每个网格的坐标由它的中心中继设备坐标所确定；每个区域中离开中继设备的最大距离a不会比无线射频通的距离d(50米)大，在满足该条件的约束下，区域中的任何节点与中继设备之间完全可以保持通讯的畅通。

3.根据权利要求1所述的一种基于家居区域信息的多速率无线射频路由方法，其特征在于：根据区域信息进行路由选择包括：移动设备通过设备对码记录固定终端的区域信息，移动终端泛洪路由请求包(RREQ)查找到某个区域的路径，路由设备通过固定终端返回的路由应答包(RREP)记录路由路径和移动终端设备记录区域路由路径：

具体方法如下：

a)、移动设备通过设备对码记录固定终端的区域信息；

在固定终端设备加入家居无线射频网络时，需要进行设备对码，将固定终端的信息发送到移动终端设备；移动终端设备接收其设备信息后，将其区域信息记录移动终端的存储器上；

b)、当移动终端a有数据要传输给终端b，但发现自己的路由表中没有到b的路径时，需要发起路由发现；它先广播一个路由发现(RREQ)包，寻找所需的路由。RREQ包包含发起终端a的区域信息、目的终端b的区域信息；网络中的中继设备接收到RREQ包后把本中继设备信息写入RREQ包的中继路径信息中，并向该中继设备所能到达的区域以及中继设备转发RREQ包，直到终端b接收到RREQ包；

c)、终端b接收到第一个来自终端a的RREQ包后，发出路由响应(RREP)包；RREP包包含了发起终端a的区域信息、目的终端b的区域信息和RREQ包所经过的中继路径；当终端b再接收到其他来自终端a的RREQ包后，将该包丢弃；这样能保证从终端a所处的区域往终端b所处的区域发送信息的路径是所需要的时间最短。而该路径的跳数不一定最少；

d)、各个中继设备接收到来自终端b的RREP包后，查看RREP包中的中继路径，如果包含本中继设备信息，则修改本中继设备的路由表(路由表格式如表3-1)，并向下一跳发送RREP包，直到发起终端a接收到RREP包；如果中继是直接从目的终端RREQ包，则下一跳记为NULL；各个中继设备的路由表的记录在一定时间没有使用，则被中继设备自动删除，从而提高了中继设备的路由查询效率；

e)、若是发起终端在给定的路由发现时间内没有收到路由响应RREP包，本次路由发现失败，发起终端需要重新发起路由发现；当发起终端收到RREP包时，本次路由发现过程宣告完成；移动控制终端接收RREP包后，修改自身路由表。

4.根据权利要求1所述的一种基于家居区域信息的多速率无线射频路由方法，其特征在于：中继路由表格式如下表所示：

5.根据权利要求1所述的一种基于家居区域信息的多速率无线射频路由方法，其特征在于：路由的维护主要是指中继设备中断链路和目标设备离开所在区域：

a)、某中继设备离开家居无线射频网络后，移动控制终端向包含该中继的路径发送数据；该路径中的前一中继接收不到答应数据包后，向移动终端发送路由错误包(RERR)；移动控制终端再通过泛洪RREQ包寻找新的路由路径；

b)、某目标设备离开所在区域到达另一区域后，只需在移动控制终端更新该目标设备的区域信息，即能维持链路可以准确通讯。

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