CN101795479B - 无线短距离组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线短距离组网方法，属于无线通讯技术领域。该方法包括步骤1、设有预定地址的且具有路由功能的发起节点发送配置路由器的信息；步骤2、在所述发起节点的射频范围内的具有预先烧录地址其他节点接收所述配置路由器的信息，并对所述其他节点进行标记；步骤3、所述其他节点向所述发起节点发送响应路由配置的信息；步骤4、所述发起节点根据所述响应路由配置的信息的强度，发送指定路由器的信息；步骤5、首先接收到所述指定路由器的信息的所述其他节点向所述发起节点发送路由器配置成功的信息。本发明中，通过事先将每个节点的地址烧录在其上，降低了节点的成本，简化了地址计算分配等维护的过程，提高了资源利用率。

Description

无线短距离组网方法

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种无线短距离组网方法。

背景技术

基于Zigbee协议的短距离自组网无线通信技术工作于免费的工业、科学、医学(Industry，Science，Medical，以下简称：ISM)频段，并采用CSMA/CA接入算法。与其他的短距离无线通信技术相比，具有低成本、低功耗、网络容量大、三级安全模式等优点，基于Zigbee协议的短距离自组网无线通信技术得到了广泛的应用，比如应用于智能家居、工业现场、智能交通、智能建筑、医院场合等。

在应用到上述场合时，需要预先确定一个Zigbee网络中的各个节点的角色，每中角色运行不同的程序。具体的角色可以分为协调器、路由器和终端节点。其中，协调器是整个Zigbee网络的的中心节点，用于管理整个Zigbee网络，如形成网络、分配地址、分配各节点间的通信间隙等。路由器用于协助上述协调器管理整个Zigbee网络，用于给其下面得子节点分配地址、计算各个节点间的通信路由、转发无线信号的路由等。终端节点只与其父节点进行通信，并运行应用程序，其也可以进入休眠状态以达到省电的目的。

现有技术中的地址分配算法中如公式(1)所示，

$\mathrm{Cskip}\left(d\right)=\left\{\begin{array}{cc}1+\mathrm{Cm}-(\mathrm{Lm}-d-1)& \mathrm{Rm}=1\\ \frac{1+\mathrm{Cm}-\mathrm{Rm}-\mathrm{Cm}-{\mathrm{Rm}}^{\mathrm{Lm}-d-1}}{1-\mathrm{Rm}}& \mathrm{Rm}\≠1\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，Cm表示给定父设备最多允许的子设备的路由器数，Lm表示网络最大深度，Cskip(d)表示设备的子设备给它的每个具有路由功能的子设备分配的地址段中的地址数；Rm表示设备的子设备中最多允许的路由器数。

第n个子设备的地址A_n按照A_n＝A_parent+Cskip(d)·Rm+n计算，其中A_parent表示第n个子设备的父设备的地址；Cskip(d)表示设备的子设备给它的每个具有路由功能的子设备分配的地址段中的地址数；Rm表示设备的子设备中最多允许的路由器数。

表一为父设备的网络深度d与偏移量An的具体数据关系。

但是，现有的Zigbee组网方法存在如下技术缺陷：

第一，由于每个节点存在一定的角色的划分，导致了节点对应的模块的生产成本较高。

第二，由于各个节点的地址分配是动态分布的，路由深度收到受到限制，比如最多只能达到15级路由。这样，网络的传播范围有限，为了解决此问题，在实际应用中往往需要增加额外的PA/LNA节点来拓展传播的范围，但是，这中解决技术方案又增加了每个节点模块的成本，同时，由于在组网过程中需要区别是否是PA/LNA节点，施工时出错几率高。

第三，由于现有的基于Zigbee协议的短距离自组网方法的地址计算分配、路由探索、路由计算、路由表维护的过程复杂度高，导致组网方法的时间成本高，资源利用率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种无线短距离组网方法，用以克服现有技术中节点成本高、施工时出错几率高、地址计算分配、路由探索、路由计算、路由表维护的过程复杂度高，导致组网方法的时间成本高，资源利用率低等缺陷。

为解决现有技术的上述技术问题，本发明提供了一种无线短距离组网方法。该方法包括：

步骤1、设有预定地址的且具有路由功能的发起节点发送配置路由器的信息；

步骤2、在所述发起节点的射频范围内的具有预先烧录地址其他节点接收所述配置路由器的信息，并对所述其他节点进行标记；

步骤3、所述其他节点向所述发起节点发送响应路由配置的信息；

步骤4、所述发起节点根据所述响应路由配置的信息的强度，发送制定路由器的信息；

步骤5、首先接收到所述制定路由器的信息的所述其他节点向所述发起节点发送路由器配置成功的信息。

优选地，所述其他节点向所述发起节点发送响应路由配置的信息具体为：所述其他节点根据CSMA/CA避免碰撞原理向所述发起节点发送响应路由配置的信息。

优选地，所述发起节点根据所述响应路由配置的信息的强度，发送制定路由器的信息包括：

步骤401、所述发起节点根据所述响应路由配置的信息的强度值生成信息强度序列；

步骤402、从信息强度序列中选择强度居于中间的三个强度值；

步骤403、向所述三个强度值对应的所述其他节点发送制定路由器的信息。

优选地，所述其他节点根据CSMA/CA避免碰撞原理向所述发起节点发送响应路由配置的信息具体为，在预定的延迟时间后，所述其他节点根据CSMA/CA避免碰撞原理向所述发起节点发送响应路由配置的信息。

优选地，所述其他节点向所述发起节点发送响应路由配置的信息之后，所述发起节点根据所述响应路由配置的信息的强度，发送制定路由器的信息之前，还包括：所述发起节点存储响应路由配置的信息。

优选地，所述设有预定地址的且具有路由功能的发起节点发送配置路由器的信息之前包括：在组网之前，给所述其他节点预先烧录地址。

优选地，所述设有预定地址的且具有路由功能的发起节点发送配置路由器的信息之前包括：在所述发起节点和所述其他节点上预装用于嵌入式系统的占先式实时系统。

优选地，所述设有预定地址的且具有路由功能的发起节点发送配置路由器的信息之前包括：设置所述发起节点和所述其他节点的射频范围为600米。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种无线短距离路由方法，该方法包括：

步骤1、发起节点的网络层判断接收到的信息是否是广播帧，如果是，则直接发送所述广播帧，否则，执行步骤2；

步骤2、判断所述广播帧是否是直接发送给所述发起节点的数据，如果是，则直接发送给应用层，否则，执行步骤3；

步骤3、判断所述发起节点是否具有路由能力，如果是，则执行步骤4，否则，丢弃所述广播帧；

步骤4、判断是否有到所述广播帧的目的地址的路由记录，如果没有，则执行步骤5；

步骤5、对路由探索进行初始化。

优选地，在直接发送所述广播帧之后包括：将所述广播帧发送给应用层。

为解决上述技术问题，本发明又提供一种初始化路由探索方法，该方法包括：

步骤1、判断收到初始化路由探索请求的节点是否具有路由能力；

步骤2、如果所述节点具有路由能力，则判断是否存在路由发现表记录；否则，执行步骤4；

步骤3、如果存在所述路由发现表记录，则生成探索路径记录表并执行步骤，否则，直接执行步骤4；

步骤4、判断所述初始化路由探索请求中的目的地址是否为所述节点的地址；

步骤5、丢弃或转发所述初始化路由探索请求、或发送路由请求回复信息。

优选地，所述丢弃或转发所述初始化路由探索请求、或发送路由请求回复信息包括：

步骤51，当所述节点不具有路由能力时，如果所述初始化路由探索请求中的目的地址是所述节点的地址，发送路由请求回复信息：否则，丢弃初始化路由探索请求；

步骤52、当生成探索路径记录表后，如果所述初始化路由探索请求中的目的地址是所述节点的地址，发送路由请求回复信息；否则，转发初始化路由探索请求；

步骤53、当不存在路由发现表记录时，根据所述初始化路由探索请求中的目的地址是否所述节点的地址，判断所述初始化路由探索请求的路由路径成本，根据该判断结果，确定丢弃或转发所述初始化路由探索请求、或发送路由请求回复信息。

为解决上述技术问题，本发明再提供一种路由探索应答方法，该方法包括：

步骤1、判断收到路由请求回复信息的节点是否具有路由能力；

步骤2、根据所述步骤1的判断结果，判断所述路由请求回复信息中的目的地址是否为所述节点的地址；

步骤3、根据所述步骤2的判断结果，丢弃所述路由请求回复信息或判断是否存在路由发现表记录；

步骤4、根据步骤3的判断结果，丢弃所述路由请求回复信息或判断所述路由请求回复信息中的路径成本是否小于路由表中的路径成本；

步骤5、根据步骤4中的判断结果，丢弃所述路由请求回复信息、或更新所述路由表并转发所述路由请求回复信息。

优选地，更新所述路由表并转发丢弃所述路由请求回复信息之后还包括更新所述路由表中的路由成本。

本发明中，通过事先将每个节点的地址烧录在其上，并预先规定具有路由功能的发起节点，消除了现有技术中Zigbee协议中网络地址分配算法导致的路由深度受限和节点具体空间位置的摆放限制，降低了每个节点的生产成本，降低了节点的成本、施工时出错几率，简化了地址计算分配、路由探索、路由计算、路由表维护的过程，降低了组网方法的时间成本高，提高了资源利用率。

附图说明

图1为本发明无线短距离组网方法实施例流程图；

图2为本发明无线短距离路由方法实施例的流程图；

图3为本发明初始化路由探索方法实施例流程图；

图4为本发明路由探索应答方法实施例的流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述。

无线短距离组网方法实施例

图1为本发明无线短距离组网方法实施例流程图。如图1所示，本实施例无线短距离组网方法包括：

步骤1、设有预定地址的且具有路由功能的发起节点发送配置路由器的信息；

本实施例中，设有预定地址的且具有路由功能的发起节点发送配置路由器的信息之前还可以包括：

步骤101、在组网之前，给其他节点预先烧录地址。

步骤102、在发起节点和其他节点上预装用于嵌入式系统的占先式实时系统。

步骤103：设置发起节点和其他节点的射频范围为600米。

为了避免现有技术中在组网方式上需要预先定义协调器、路由器和终端节点，以及运行相应的地址分配算法由各个节点的父节点分配地址，本实施例的技术方案中，定义了一个具有路由功能的发起节点，该节点的地址可以实现烧录并保存在该发起节点的FLASH中，当该发起节点上电时，读出该实现烧录的地址，亦即该发起节点的预定地址。这里，该预定地址可以由用户灵活定义，比如该预定地址可以为0x0000。与此同时，网络中的其他节点也预先烧录了地址。这样，网络中的所有节点都事烧录了地址，即固定地址分配方式，避免了现有技术中需要运行地址分配算法并由父节点分配地址的过程，从而克服了路由深度受限的缺陷。当进行组网时，而且每个节点上安装的可运行程序都是相同的，从而降低节点的生产成本，便于节点的生产和施工。

步骤2、在发起节点的射频范围内的具有预先烧录地址其他节点接收配置路由器的信息，并对其他节点进行标记；

对接收到配置路由器的信息的其他节点进行标记的目的是表明该其他节点已接收到配置路由器的信息，当再有配置路由器的信息，该其他节点不再接收。

本实施例中，所有节点可以为安装有用于嵌入式系统的占先式实时多任务操作系统UcosII的CC2530芯片，该芯片是德州仪器公司的第二代Zigbee芯片，其性能是普通8051芯片的8倍，使用的是32M晶振，拥有8KB的SRAM，256KB的FLASH，其定时器3作为OS的时钟节拍发生器，节拍频率为50Hz，定时器1配合Uart作为串口的超时计时器。每个节点均是数据串口透明传输，即一个节点的串口收到什么数据，目的节点的串口发送什么数据。这里的占先式实时多任务操作系统UcosII具有可移植、可固化、可裁剪、可靠度高等优点。

步骤3、其他节点向发起节点发送响应路由配置的信息；

本实施例中，其他节点向发起节点发送响应路由配置的信息具体可以为：其他节点根据CSMA/CA避免碰撞原理向所述发起节点发送响应路由配置的信息。这里，其他节点可以在预定的延迟时间后，根据CSMA/CA避免碰撞原理向发起节点发送响应路由配置的信息。

步骤4、发起节点根据响应路由配置的信息的强度，发送制定路由器的信息；

本实施例中，发起节点根据响应路由配置的信息的强度，发送制定路由器的信息可以具体包括：

步骤401、发起节点根据响应路由配置的信息的强度值生成信息强度序列；

该强度值可以为链路质量表示(link quality indicator，以下简称：LQI)，用来表示附带其的路由配置的信息的信号强弱。

步骤402、从信息强度序列中选择强度居于中间的三个强度值；

步骤403、向三个强度值对应的其他节点发送制定路由器的信息。

这三个节点收到指定路由器的信息后，将其本身设定为路由器，使能路由器的各种功能。

步骤5、首先接收到制定路由器的信息的其他节点向发起节点发送路由器配置成功的信息。

由于这三个节点是随机延时一段时间后发送路由器配置成功信息的，所以，这三个几点中，总有一个节点是最先发出路由器配置成功的信息，此时，其他两个节点接收到路由器配置成功的信息后，就不再发送路由器配置成功的信息，以避免过多的设置路由器。同时，其他之前没有收到路由器配置成功的信息的其他节点接收路由器配置成功的信息并做出回应，并重复上述步骤1至步骤4，直至所有的节点都加入到网络总。

本实施例中，每次只从信息强度序列中选择强度居于中间的三个强度值，从而设定对应的节点为路由器，这样，当网络组建过程中，出现路由器失效时，有冗余的路由器可以使用。另外，设定三个路由器也不会产生过多的数据包，提高组网的效率。

本实施例中，其他节点向发起节点发送响应路由配置的信息之后，发起节点根据响应路由配置的信息的强度，发送制定路由器的信息之前，还包括：发起节点存储响应路由配置的信息。发起节点存储响应路由配置的信息可以具体为将响应路由配置的信息缓存在内存中，这样，在预定的时限内，发起节点制定路由器的信息。

无线短距离路由方法实施例

图2为本发明无线短距离路由方法实施例的流程图。如图2所示，本实施例无线短距离路由方法包括：

步骤201、发起节点的网络层判断接收到的信息是否是广播帧，如果是，则直接发送广播帧，否则，执行步骤202；

该发起节点可以为地址为0x0000，且具有路由功能。

步骤202、判断广播帧是否是直接发送给发起节点的数据，如果是，则直接发送给应用层，否则，执行步骤203；

步骤203、判断发起节点是否具有路由能力，如果是，则执行步骤204，否则，丢弃广播帧；

步骤204、判断是否有到广播帧的目的地址的路由记录，如果没有，则执行步骤205；

步骤205、对路由探索进行初始化。

本实施例中，在直接发送所述广播帧之后包括：将广播帧发送给应用层。

初始化路由探索方法实施例

图3为本发明初始化路由探索方法实施例流程图。如图3所示，本实施例初始化路由探索方法包括：

步骤301、判断收到初始化路由探索请求的节点是否具有路由能力；

步骤302、如果所述节点具有路由能力，则判断是否存在路由发现表记录；否则，执行步骤304；

步骤303、如果存在所述路由发现表记录，则生成探索路径记录表并执行步骤304，否则，直接执行步骤304；

步骤304、判断所述初始化路由探索请求中的目的地址是否为所述节点的地址；

步骤305、根据步骤304的判断结果，丢弃或转发所述初始化路由探索请求、或发送路由请求回复信息。

本实施例中，步骤305中丢弃或转发所述初始化路由探索请求、或发送路由请求回复信息具体可以包括：

步骤305，当节点不具有路由能力时，如果初始化路由探索请求中的目的地址是节点的地址，发送路由请求回复信息；否则，丢弃初始化路由探索请求；

步骤325、当生成探索路径记录表后，如果初始化路由探索请求中的目的地址是节点的地址，发送路由请求回复信息；否则，转发初始化路由探索请求；

步骤335、当不存在路由发现表记录时，根据初始化路由探索请求中的目的地址是否节点的地址，判断初始化路由探索请求的路由路径成本，根据该判断结果，确定丢弃或转发所述初始化路由探索请求、或发送路由请求回复信息。

具体地，在根据初始化路由探索请求的路由路径成本的判断结果，确定丢弃或转发初始化路由探索请求、或发送路由请求回复信息可以为：在初始化路由探索请求中的目的地址是节点的地址时，如果初始化路由探索请求的路由路径成本较路由表中的路由成本较低，则发送发送路由请求回复信息并更新路由表，否则，丢弃初始化路由探索请求。在初始化路由探索请求中的目的地址不是节点的地址时，如果初始化路由探索请求的路由路径成本较路由表中的路由成本较低，则转发初始化路由探索请求并更新路由表。

路由探索应答方法实施例

图4为本发明路由探索应答方法实施例的流程图。如图4所示，本实施例路由探索应答方法包括：

步骤401、判断收到路由请求回复信息的节点是否具有路由能力；

步骤402、根据步骤401的判断结果，判断路由请求回复信息中的目的地址是否为节点的地址；

当根据步骤401的判断结果得知，无论收到路由请求回复信息的节点是否具有路由能力，均执行路由请求回复信息中的目的地址是否为节点的地址的判断步骤。

步骤403、根据步骤402的判断结果，丢弃路由请求回复信息或判断是否存在路由发现表记录；

在收到路由请求回复信息的节点不具备路由能力时，如果路由请求回复信息中的目的地址是节点的地址，则丢弃路由请求回复信息。

在收到路由请求回复信息的节点具备路由能力时，如果路由请求回复信息中的目的地址是节点的地址，则判断是否存在路由发现表目录。

步骤404、根据步骤403的判断结果，丢弃路由请求回复信息或判断路由请求回复信息中的路径成本是否小于路由表中的路径成本；

在路由请求回复信息中的目的地址是所述节点的地址时，如果存在路由发现表记录，则判断路由请求回复信息中的路径成本是否小于路由表中的路径成本；否则，丢弃路由请求回复信息。

步骤405、根据步骤404中的判断结果，丢弃路由请求回复信息、或更新路由表并转发所述路由请求回复信息。

如果路由请求回复信息中的路径成本小于路由表中的路径成本，则更新路由表并转发所述路由请求回复信息，否则丢弃路由请求回复信息。

本实施例中，更新路由表并转发丢弃所述路由请求回复信息之后还包括更新路由表中的路由成本。

本发明中，通过事先将每个节点的地址烧录在其上，并预先规定具有路由功能的发起节点，消除了现有技术中Zigbee协议中网络地址分配算法导致的路由深度受限和节点具体空间位置的摆放限制，降低了每个节点的生产成本，降低了节点的成本、施工时出错几率，简化了地址计算分配、路由探索、路由计算、路由表维护的过程，降低了组网方法的时间成本高，提高了资源利用率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种无线短距离组网方法，其特征在于，包括：

步骤1、设有预定地址的且具有路由功能的发起节点发送配置路由器的信息；

步骤2、在所述发起节点的射频范围内的具有预先烧录地址的其他节点接收所述配置路由器的信息，并对所述其他节点进行标记；

步骤3、所述其他节点向所述发起节点发送响应路由配置的信息；

步骤4、所述发起节点根据所述响应路由配置的信息的强度，发送指定路由器的信息；

步骤5、首先接收到所述指定路由器的信息的所述其他节点向所述发起节点发送路由器配置成功的信息。

2.根据权利要求1所述的无线短距离组网方法，其特征在于，所述其他节点向所述发起节点发送响应路由配置的信息具体为：所述其他节点根据CSMA/CA避免碰撞原理向所述发起节点发送响应路由配置的信息。

3.根据权利要求1所述的无线短距离组网方法，其特征在于，所述发起节点根据所述响应路由配置的信息的强度，发送指定路由器的信息包括：

步骤401、所述发起节点根据所述响应路由配置的信息的强度值生成信息强度序列；

步骤402、从信息强度序列中选择强度居于中间的三个强度值；

步骤403、向所述三个强度值对应的所述其他节点发送指定路由器的信息。

4.根据权利要求2所述的无线短距离组网方法，其特征在于，所述其他节点根据CSMA/CA避免碰撞原理向所述发起节点发送响应路由配置的信息具体为，在预定的延迟时间后，所述其他节点根据CSMA/CA避免碰撞原理向所述发起节点发送响应路由配置的信息。

5.根据权利要求1所述的无线短距离组网方法，其特征在于，所述其他节点向所述发起节点发送响应路由配置的信息之后，所述发起节点根据所述响应路由配置的信息的强度，发送指定路由器的信息之前，还包括：所述发起节点存储响应路由配置的信息。

6.根据权利要求1所述的无线短距离组网方法，其特征在于，所述设有预定地址的且具有路由功能的发起节点发送配置路由器的信息之前包括：在组网之前，给所述其他节点预先烧录地址。

7.根据权利要求1所述的无线短距离组网方法，其特征在于，所述设有预定地址的且具有路由功能的发起节点发送配置路由器的信息之前包括：在所述发起节点和所述其他节点上预装用于嵌入式系统的占先式实时系统。

8.根据权利要求1所述的无线短距离组网方法，其特征在于，所述设有预定地址的且具有路由功能的发起节点发送配置路由器的信息之前包括：设置所述发起节点和所述其他节点的射频范围为600米。

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