CN101820660A - 一种无线路由物联网的自组方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种无线路由物联网的自组方法，包括自动组网、路径修复和问题路由节点上报、以及跳频抗干扰步骤，其中自动组网分为网络中心协调点建网和路由节点入网两个过程。本发明解决了现有点对点传输只能组成星状结构，其传输范围限于模块的有效通讯范围之内，其距离比较有限的问题；以及人工指定路径的路由方法在无线信号的变坏或者节点损坏的情况下，路径不能及时更新，其通信效果在稳定性和可靠性方面存在明显不足、安装维护不方便的问题。

Description

一种无线路由物联网的自组方法

技术领域

本发明涉及一种无线路由物联网的自组方法。

背景技术

目前，住户对住宅环境、物业管理水平的要求日益提高，对电、水、气部门和用户来说，传统的上门抄表方式越来越不满足住户和管理部门的需求。无线抄表不用上门，方便了住户；不需要固定线路的铺设，安装方便；可以随时实时抄取，提高了效率。但是当前国内无线模块的使用，大多以点对点传输和人工指定路径的路由方法。点对点传输只能组成星状结构，其传输范围限于模块的有效通讯范围之内，其距离比较有限；人工指定路径的路由方法在无线信号的变坏或者节点损坏的情况下，路径不能及时更新，其通信效果在稳定性和可靠性方面存在明显不足。安装维护也不方便，为了配合人工指定的路径不得不反复调试其放置位置；如果某个无线模块损坏，没有办法发现和定位，给安装和维护带来不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中存在的缺陷，提供一种可以根据无线信号的变化进行路径更新，使通讯稳定，方便安装维护的无线路由物联网的自组方法。

本发明是这样来实现的：

一种无线路由物联网的自组方法，依次包括如下网络中心协调点的建网和路由节点的入网两大步骤：

A.网络中心协调点的建网步骤：

a.网络中心协调点向集中器发送上电成功指令；

b.集中器收到上电成功指令后，向网络中心协调点发送启动指令，该指令告诉网络中心协调点的建网模式信息；

c.网络中心协调点收到启动指令后，向集中器申请固定地址和网络编号；

d.申请完成后，网络中心协调点判断建网模式是为验证模式还是登记模式，若是验证模式，则网络中心协调点向集中器申请下载允许入网的路由节点编号；若是登记模式，则进行下一步骤；

e.网络中心协调点通过信道能量扫描，选择最干净的信道；

f.网络中心协调进行主动扫描，判断得到的网络编号是否存在冲突，若有冲突，则该网络编号的值增加1后，再重复判断；若没有冲突，则建网成功；

B.路由节点的入网步骤：

a.待入网的路由节点初始化，设定8个信道；

b.待入网的路由节点读取采集器的固定地址，作为自己的固定地址，申请入网时，使用该固定地址；

c.待入网的路由节点在设定的8个信道分别发送信标请求，搜索已入网的路由节点或者网络中心协调点；

d.已入网的路由节点或者网络中心协调点，收到信标请求后，进行应答，告诉待入网的路由节点自己已经入网；

e.待入网的路由节点记录在各个信道上收到的应答；

f.按照级别优先，信号次之，同级别，信号优先的原则，待入网的路由节点选择已入网的路由节点或者网络中心协调点作为自己的上级节点，发送入网请求，申请加入网络；

g.被选择作为上级的路由节点收到入网请求后，给待入网的路由节点分配一个入网地址，并将该待入网的路由节点作为自己的下级；并将该信息返回给待入网的路由节点；

h.待入网的路由节点收到分配的网内地址后，把自己的网内地址和固定地址信息发送到网络中心协调点；

i.网络中心协调点收到待入网的路由节点信息后，在验证模式情况下，如果验证通过，则记录该点的信息，并返回同意入网信息；否则，则不记录该信息，返回拒绝入网信息；在登记模式情况，则记录该点的信息，返回同意入网信息；

j.待入网的路由节点收到网络中心协调点返回的信息后，如果是同意入网，则成功加入网络；如果不同意入网，则重新进行搜索，重复第三步骤(c)～第十步骤(j)的过程，直到加入网络。

还包括路径修复步骤：

a.下级路由节点入网后，按照网络系统设置好的心跳周期，开始心跳计时；

b.计时时间到心跳周期，向上级路由节点发送询问命令；

c.上级路由节点收到询问，进行应答；

d.下级路由节点收到应答后，确认上级路由节点通讯良好，定时器重新开始计时，超时次数清零；

e.下级路由节点，如果没有收到应答，超时次数加1，定时器重新开始计时；

f.超时次数超过规定次数，认为路径中断，启动所述路由节点的入网步骤，对路径进行修复更新。

还包括问题路由节点上报：

a.上级路由节点在收到下级路由节点的询问后，同时确认下级路由节点的通讯良好，超时次数清零，然后对下级路由节点进行应答；

b.如果超时次数超过规定的次数，没有收到下级路由节点的询问，则认为下级路由节点出现问题，将该路由节点上报到网络中心协调点。

还包括跳频抗干扰步骤：

a.路由节点通过检测，发现自己受到同频干扰；

b.启动信道扫描过程，搜索并选择一个最干净的信道；

c.对外广播自己要跳到新的信道工作的信息，然后跳到新信道上工作；

d.上级和下级路由节点收到被干扰路由节点的广播信息，记录该信息；

e.在需要和该被干扰路由节点通讯时，先广播自己要进行信道跳转，告诉其他路由节点自己跳转的时间，然后将自己的信道跳到记录的信道，然后进行通讯；通讯完毕后，自己跳回原来的信道继续工作；

f.被干扰路由节点定时到原来信道检测干扰是否消除。如果消除，跳到原来信道上工作，并广播自己回到原来信道工作的信息；如果没有消除，继续到自己选择的另外那个信道上工作；

g.上级和下级路由节点收到被干扰路由节点的广播信息，记录该信息，通过信道对比，知道该被干扰路由节点的干扰状态解除，再与该路由节点通讯时，信道不再切换。

本发明的有益效果是：

本发明一种无线路由物联网的自组方法采用验证入网模式和登录入网模式。验证入网模式要求路由节点在加入网络时，到网络中心协调点进行身份认证，只有通过身份认证后，才能加入到网络中。这种模式可以解决相邻地区安装同样的网络，边缘节点的网络加入的问题。登录入网模式要求路由节点在加入网络时，到网络中心协调点进行身份登记，不需要进行身份认证，也就是说在这种模式下任何路由节点都可以加入网络中。

无线路由物联网的自组方法还包括对路径中断进行自动检查修复，保证通讯可靠性；可以对网络中路由节点的工作情况进行检查，对出现问题的路由节点上报到网络中心协调点进行处理。通过建立局部跳频抗干扰机制，对于干扰源来说，其覆盖范围一般有限的，对于整个网络来说，受到干扰的总是局部的，那么就不需要整个网络进行跳频，只需要受到干扰的部分和这些部分相关的节点实施抗干扰的跳频处理措施就可以解决其正常通讯的问题，这样既可以保证受到干扰可以正常通讯，也可以保证网络的稳定性。

因此，采用该方法组建的无线路由物联网可以具有如下特点：

1.自动建网。网络中心协调点上电后，自动建网。

2.自动入网。路由节点上电后可以自动寻找网络入网；

3.入网信息上报。路由节点申请入网时，自动将自己的信息上报到网络中心协调点进行身份认证或者登记；

4.数据透明上报。路由节点收到接口数据后，将数据透明发送到集中器；

5.数据透明下发。网络中心协调点收到集中器的下发数据，可以将数据透明传输到指定的路由节点；

6.数据自动路由。中间路由节点收到数据，会自动继续转发；

7.自动修复路径。路由节点检查发现原来建立的路径不通时，可以寻找新的路径连接网络，建立新的路径；

8.抗干扰能力强。自组网系统可以在工作信道受到干扰时，跳到另外的信道继续工作；

9.系统可以组成多级网络，每个路由节点受现有硬件资源限制，下面最多可以带15个节点，网络容量巨大。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为采用本发明的方法组建的无线路由自组物联网的结构图。

图2为无线组网系统原理图。

图3为网络中心协调点建网流程图。

图4为路由节点入网说明图

图5为路径修复说明图。

图6为问题节点上报说明图。

图7为跳频抗干扰说明图。

具体实施方式

根据图1，无线路由自组物联网的整个系统由集中器，采集器和无线网络系统组成；采集器负责信息采集；集中器负责下发指令和收到采集到的信息。无线组网系统由两个部分组成：网络中心协调点、路由节点。如图2所示。网络中心协调点是网络的中心，由它建立网络负责对网络的管理和维护；路由节点，自动搜索网络加入，负责数据透明传输和对网络中数据的路由。

根据图3～7，以电表的集抄作为实施例，说明无线路由物联网的自组步骤：

1.网络中心协调点内置于集中器，通过TTL接口连接，集中器为网络中心协调点提供直流+5V电源；集中器使用220V交流电源供电，由内部转换成+5V直流电源；

2.采集器和电表通过485总线连接，电表连接的最大个数不得超过32只；

3.路由节点内置于采集器，通过TTL接口连接，采集器为路由节点提供直流+5V电源；采集器安装在表箱中，使用220V交流电源供电，由内部转换成直流+5V电源；

4.对集中器参数配置，配置内容包括：网络中心协调点入网模式固定地址，网络编号，集中器下面需要入网的采集器编号；

5.配置完毕后，集中器重新上电，网络中心协调点开始建网流程；

6.网络中心协调点建网完毕后，采集器开始上电；

7.采集器上电后，读取采集器固定地址，作为自己的固定地址；申请入网时，使用该固定地址；

8.采集器按照入网流程，在网络中心协调点进行信息上报；

9.如果是登记模式，网络中心协调点对该采集器编号进行记录后，返回同意入网信息给该路由节点；

10.如果是验证模式，网络中心协调点把上报的采集器编号和自己下载的采集器编号进行比对；如果找到相同的编号，返回同意入网信息给该路由节点；如果找不到相同的编号，返回拒绝入网信息给该路由节点；

11.采集器收到同意入网信息后，入网成功，开始进行正常工作状态；

12.采集器收到拒绝入网信息后，入网失败，重新开始入网流程，直到加入网络；

13.采集器入网成功后，开始对采集器配置参数，参数内容包括：采集器所连接的电表号，采集器抄表时间间隔；

14.参数设置完毕后，读回其参数内容，核对设置是否正确；如果不正确重新设置，如果正确参数配置完毕；

15.参数配置完毕的采集器，可以开始对其开始抄表测试，测试内容包括：一次读取一只指定电表；一次读取采集器下面全部电表；

16.电表数据如果都不能读取，先使用调试软件读取采集器的参数配置内容，检查路由节点和采集器部分连接是否完好；如果能够读取参数配置内容，检查采集器和电表的485总线连接部分是否正确；如果不能读取参数配置内容，检查路由节点和采集器连接部分；

17.如果电表数据部分不能读取，检查不能读取的电表的485总线连接是否正确；

18.如果电表数据都能读取，采集器配置和测试工作结束；

19.进行下一只采集器配置和测试工作，直至全部入网，配置和测试完毕；

20.到此，可以将集中器进安装在合适的地方，进行使用。

21.在网络正常运行过程中，下级路由节点按照设定的心跳周期向上级路由节点发送询问信息，上级路由节点收到询问信息后，进行应答；

22.如果下级路由节点连续没有收到上级路由节点的次数超过设定的次数，视为上级路由节点通讯中断，开始启动路径修复过程，下级路由节点开始搜索新的上级路由节点加入网络；

23.如果上级路由节点连续没有收到上级路由节点的次数超过设定的次数，视为下级路由节点出现问题，将该下级路由节点上报到网络中心协调点，网络中心协调点再上报到集中器；

24.如果在网络运行过程中出现某个节点受到干扰，启动跳频抗干扰机制；

25.启动信道扫描过程，搜索并选择一个最干净的信道；

26.对外广播自己要跳到新的信道工作的信息，然后跳到新信道上工作；

27.上级和下级路由节点收到被干扰路由节点的广播信息，记录该信息；

28.在需要和该被干扰路由节点通讯时，先广播自己要进行信道跳转，告诉其他路由节点自己跳转的时间，然后将自己的信道跳到记录的信道，然后进行通讯；通讯完毕后，自己跳回原来的信道继续工作；

29.被干扰路由节点定时到原来信道检测干扰是否消除。如果消除，跳到原来信道上工作，并广播自己回到原来信道工作的信息；如果没有消除，继续到自己选择的另外那个信道上工作；

30.上级和下级路由节点收到被干扰路由节点的广播信息，记录该信息，通过信道对比，知道该被干扰路由节点的干扰状态解除，再与该路由节点通讯时，信道不再切换。

本发明对公开和揭示的所有组合和方法可通过借鉴本文公开内容产生，尽管本发明的组合和方法已通过详细实施过程进行了描述，但是本领域技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本申请所述的方法和装置进行拼接或改动，或增减某些部件，更具体地说，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容之中。

Claims (4)

1.一种无线路由物联网的自组方法，依次包括如下网络中心协调点的建网和路由节点的入网两大步骤：

A.网络中心协调点的建网步骤：

a.网络中心协调点向集中器发送上电成功指令；

b.集中器收到上电成功指令后，向网络中心协调点发送启动指令，该指令告诉网络中心协调点的建网模式信息；

c.网络中心协调点收到启动指令后，向集中器申请固定地址和网络编号；

d.申请完成后，网络中心协调点判断建网模式是为验证模式还是登记模式，若是验证模式，则网络中心协调点向集中器申请下载允许入网的路由节点编号；若是登记模式，则进行下一步骤；

e.网络中心协调点通过信道能量扫描，选择最干净的信道；

f.网络中心协调进行主动扫描，判断得到的网络编号是否存在冲突，若有冲突，则该网络编号的值增加1后，再重复判断；若没有冲突，则建网成功；

B.路由节点的入网步骤：

a.待入网的路由节点初始化，设定8个信道；

b.待入网的路由节点读取采集器的固定地址，作为自己的固定地址，申请入网时，使用该固定地址；

c.待入网的路由节点在设定的8个信道分别发送信标请求，搜索已入网的路由节点或者网络中心协调点；

d.已入网的路由节点或者网络中心协调点，收到信标请求后，进行应答，告诉待入网的路由节点自己已经入网；

e.待入网的路由节点记录在各个信道上收到的应答；

f.按照级别优先，信号次之，同级别，信号优先的原则，待入网的路由节点选择已入网的路由节点或者网络中心协调点作为自己的上级节点，发送入网请求，申请加入网络；

g.被选择作为上级的路由节点收到入网请求后，给待入网的路由节点分配一个入网地址，并将该待入网的路由节点作为自己的下级；并将该信息返回给待入网的路由节点；

h.待入网的路由节点收到分配的网内地址后，把自己的网内地址和固定地址信息发送到网络中心协调点；

i.网络中心协调点收到待入网的路由节点信息后，在验证模式情况下，如果验证通过，则记录该点的信息，并返回同意入网信息；否则，则不记录该信息，返回拒绝入网信息；在登记模式情况，则记录该点的信息，返回同意入网信息；

j.待入网的路由节点收到网络中心协调点返回的信息后，如果是同意入网，则成功加入网络；如果不同意入网，则重新进行搜索，重复第三步骤(c)～第十步骤(j)的过程，直到加入网络。

2.根据权利要求1所述的无线路由物联网的自组方法，其特征在于：还包括路径修复步骤：

a.下级路由节点入网后，按照网络系统设置好的心跳周期，开始心跳计时；

b.计时时间到心跳周期，向上级路由节点发送询问命令；

c.上级路由节点收到询问，进行应答；

d.下级路由节点收到应答后，确认上级路由节点通讯良好，定时器重新开始计时，超时次数清零；

e.下级路由节点，如果没有收到应答，超时次数加1，定时器重新开始计时；

f.超时次数超过规定次数，认为路径中断，启动所述路由节点的入网步骤，对路径进行修复更新。

3.根据权利要求2所述的无线路由物联网的自组方法，其特征在于：还包括问题路由节点上报：

a.上级路由节点在收到下级路由节点的询问后，同时确认下级路由节点的通讯良好，超时次数清零，然后对下级路由节点进行应答；

b.如果超时次数超过规定的次数，没有收到下级路由节点的询问，则认为下级路由节点出现问题，将该路由节点上报到网络中心协调点。

4.根据权利要求1或3所述的无线路由物联网的自组方法，其特征在于：还包括跳频抗干扰步骤：

a.路由节点通过检测，发现自己受到同频干扰；

b.启动信道扫描过程，搜索并选择一个最干净的信道；

c.对外广播自己要跳到新的信道工作的信息，然后跳到新信道上工作；

d.上级和下级路由节点收到被干扰路由节点的广播信息，记录该信息；

e.在需要和该被干扰路由节点通讯时，先广播自己要进行信道跳转，告诉其他路由节点自己跳转的时间，然后将自己的信道跳到记录的信道，然后进行通讯；通讯完毕后，自己跳回原来的信道继续工作；

f.被干扰路由节点定时到原来信道检测干扰是否消除。如果消除，跳到原来信道上工作，并广播自己回到原来信道工作的信息；如果没有消除，继续到自己选择的另外那个信道上工作；

g.上级和下级路由节点收到被干扰路由节点的广播信息，记录该信息，通过信道对比，知道该被干扰路由节点的干扰状态解除，再与该路由节点通讯时，信道不再切换。

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