CN102006610B - 一种物联网系统中节点的动态调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物联网系统中节点的动态调整方法，包括以下步骤：通过协调器创建一个网络，初始化本节点为路由，加入已有的网络；判断路由的状态，包括路由状态表，路由发现表，邻居表等，确认是否转换；满足转换条件，路由在设定时间内没有子节点的消息，转换为终端节点；终端节点初始化，加入网络；判断父节点路由的状态，是否达到子节点最大数，并且仍然有节点请求加入网络，然后确定是否通知该节点转换；终端节点转换为路由，加入父节点的网络，创建自己的网络。本发明通过软件方法实现了物联网系统中节点的动态调整方法，从而使物联网系统中的节点在不同的条件下做到设备类型的转换，减少网络硬件的冗余和能量的损耗，增加网络的灵活性。

Description

一种物联网系统中节点的动态调整方法

技术领域

本发明涉及无线传感器网络和路由方法领域，特别是一种物联网系统中节点的动态调整方法。

背景技术

在无线传感器网络领域，路由和终端节点是最常见的设备，有大量的应用。其中路由的路径选择方法和能量损耗算法是其关键技术，对物联网的应用和发展有着决定性的影响。在实际的物联网中，有可能出现冗余节点，如图1所示；或者出现节点无法加入网络的情况，如图2所示。在这样的情况下，不仅会增加硬件的开销，还会影响网络的灵活性和能量损耗。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种物联网系统中节点的动态调整方法，从而使得在不增加硬件设施的情况下，增加网络的灵活性，以及减少整个网络的能量损耗。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种物联网系统中节点的动态调整方法，包括以下路由转化部分和终端节点转化部分；

所述路由转化部分包括以下步骤：

步骤一，通过协调器创建网络，初始化本节点为路由，加入所述协调器创建的网络，所述协调器是物联网系统中的中心器件，具有创建网络，设置信道和负责网络同步等功能；

步骤二，判断路由的状态是否满足转换条件；

步骤三，如果满足转换条件，路由在设定时间内没有子节点的消息，所述路由转换为终端节点，否则路由不转化，并退出；

步骤四，终端节点初始化，请求加入父节点的网络；

所述终端节点转化部分包括以下步骤：

步骤五，终端节点判断父节点路由的状态，并确定是否进行节点转换；

步骤六，终端节点转换为路由，加入父节点的网络并创建所述终端节点自己的网络。

本发明中，所述步骤一包括以下步骤：

步骤（11），本节点上电，通信协议栈初始化物理层、媒体访问控制层、网络层和应用层；

步骤（12），加入现有的网络，确定本节点的个人局域网标识符和相关路由表，所述相关路由表包括路由表，路由发现表以及邻居表；

步骤（13），创建通信网络，等待其它节点的加入。

本发明中，所述步骤二包括以下步骤：

步骤（21），检查邻居表中本节点的子节点数，如果在设定时间内子节点数为零，则判定将本节点路由转换为终端节点；

步骤（22），本节点路由通知其父节点和兄弟节点，修改各自的邻居表中关于本节点的内容，包括设备类型，节点间关系和链路质量。

本发明中，所述步骤三包括以下步骤：

步骤 （31），将本节点转换为终端节点，修改协议任务，包括网络层和应用层部分，从而实现终端功能；

步骤（32），所述终端节点进行协议栈复位，通过软件复位实现终端功能。

本发明中，所述步骤四包括以下步骤：

步骤（41），终端节点初始化，并发送请求加入网络的命令，得到确认消息后加入原父节点的网络；

步骤（42），保持所述终端节点在网络中的PanID和短地址不变，实现路由向终端的动态转换。

本发明中，所述步骤五包括以下步骤：

终端节点正常工作时，父节点路由的子节点如果已经达到最大数，并且仍有节点请求加入该网络；则父节点路由通知指定的子节点中的终端节点转换为路由，该路由继承和父节点路由原有的父子节点关系，并通知父节点和兄弟节点修改各自邻居表中关于本节点路由的信息，所述指定子节点中的终端节点转换的原则按照子节点加入父节点先后的原则，先加入的的先指定。

本发明中，所述步骤六包括以下步骤：

步骤（61），协议栈复位，将本节点初始化为路由，重新创建相关路由表格，加入原父节点路由的网络，并且分配到以前的PanID和短地址；

步骤（62），本节点路由协议栈初始化，创建自己的网络，通知原来未加入成功的终端节点加入自己的网络，从而实现终端向路由的动态转换。

本发明的原理是当无线传感器网络工作时，根据路由的子节点数以及终端节点请求加入网络情况的判断出网络中是否存在冗余节点，或者有没有节点不能加入现有的网络。再由判断的结果，做出是否做出设备类型的转换的命令，最终实现网络和能量损耗的优化。

有益效果：本发明在不增加额外装置的情况下，通过软件方法进行网络协议的处理，从而使得当物联网中出现冗余节点或者孤儿节点时，可以通过软件上的改动获得网络的优化，大大降低了硬件系统的改进成本。本发明方法在无线定位，矿井安全监测，智能电网等需要无线传感器网络的地方有重要的应用前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本发明有冗余的路由节点的示意图。

图2为本发明将冗余路由转换为终端节点的示意图。

图3为本发明有孤儿终端节点的示意图。

图4为本发明终端转换为路由处理孤儿节点的示意图。

图5为本发明在区域定位中节点动态调整的应用。

图6为本发明路由转换为终端的流程图。

图7为本发明终端转换为路由的流程图。

图8为本发明总体流程示意图图。

具体实施方式：

       本发明硬件部分由控制模块，传感器模块和无线发射模块组成，核心思路是利用对网络中路由的状态和相关路由表格的判断，实现物联网系统中节点的动态调整，以达到优化网络的目的。

如图8所示，本发明公开了一种实现物联网系统中节点的动态调整方法，包括路由转化部分和终端节点转化部分。

如图6所示，所述路由转化部分包括以下步骤。

步骤一，通过协调器创建网络，初始化节点为路由，加入已有的网络。

所述步骤一包括以下步骤：步骤11，首先由协调器创建一个最初的网络，并且可以允许其他节点加入。通过路由，终端节点的加入形成一个网状网络。然后本节点上电，协议栈初始化，包括物理层，MAC层，网络层和应用层的初始化，以及路由表格的创建；步骤12，加入现有的网络，确定自己的邻居表格。根据父节点路由分配的短地址和PanID,       作为该设备在网络中不变的标识；步骤13，创建网络，设置网络的通信通道，PanID以及最大的子节点数目5。等待其他节点的加入。

步骤二，检查子节点，判断路由的状态，包括路由状态表，路由发现表，邻居表等，确认是否转换。

所述步骤二包括以下步骤：步骤21，检查邻居表中自己的子节点数，如果在设定时间（例如5秒，一般可以设置为0.1秒以上）内子节点数为零，准备将该路由节点转换为终端节点；步骤22，节点路由通知其父节点和兄弟节点，修改各自的邻居表中关于该节点的内容，包括设备类型，与该设备的关系和有没有数据转发功能等信息。

如图1所示，在网络中路由节点R4的状态就是无子节点的情况，设定一个时间阈值作为判定的标准，进行转换判断。路由节点R4首先周期查询邻居表，本实施例中设定的查询周期是100毫秒（一般设定为范围为1~1000毫秒），统计出每次查询后子节点的数目。如果连续50次（一般设定为范围为5~200次）的结果都是零，就判定该路由节点可以转换。

步骤三，满足转换条件，路由在设定时间5秒（一般设定为范围为2~20秒）内没有子节点的消息，处理网络表，转换为终端节点；

所述步骤三包括以下步骤：步骤 31，将该节点转换为终端类型，修改相应的协议任务，主要是网络层和应用层部分，最终实现终端功能。转换过程如图2所示，在这个过程中，需要删除路由表，路由发现表和邻居表。父节点路由通过它邻居表中的长地址来记录该节点的PanID和短地址，以方便在下面的步骤中使用;步骤32，节点实现协议栈复位，通过软件复位实现终端功能。在这个过程中使用软件复位，可以减少能量的损耗。

步骤四，终端节点初始化，加入网络；

所述步骤四包括以下步骤：步骤41，终端节点初始化，包括数据采集和网络硬件的初始化，并发送请求加入网络的命令，得到确认消息后加入原父节点的网络；步骤42，保持PanID和短地址不变，以确保节点在原网络中的通信。至此实现了路由向终端的动态转换。

所述终端节点转化部分包括以下步骤：如图7所示，步骤五，判断父节点路由的状态，是否达到子节点最大数4，仍然有节点请求加入网络，然后确定是否通知该节点转换。

所述步骤五包括以下步骤：步骤51，终端节点正常工作时，父节点路由R3的子节点如果已经达到最大4，并且仍有节点请求加入该网络，如图3所示。节点E5请求加入父节点路由R3，而父节点路由R3的子节点数已经达到最大，此时节点E5加入网络失败；步骤52，此时父节点路由通知指定的子节点终端（本案例中选择1号子节点E1）转换为路由。该路由必须继承与父节点路由的父子节点关系，并通知父节点和兄弟节点修改各自邻居表中关于本节点的信息，主要包括设备类型和与自身节点的关系。

步骤六，终端节点转换为路由，加入父节点的网络，创建自己的网络。

所述步骤六包括以下步骤：步骤61，协议栈复位，将该节点初始化为路由，重新创建相关路由表格。加入原父节点路由的网络，并且分配到以前的PanID和短地址；步骤62，，节点路由协议栈初始化，创建自己的网络。通知原来未加入成功的终端加入自己的网络。至此实现了终端向路由的动态转换，如图4所示。在图4中可以看出，原来的子节点E1转换为路由R4，路由R4与子节点E1有相同的PanID和短地址，与节点路由R3的父子节点关系保持不变。路由R4创建网络后，接收到节点E5的请求加入的命令后，发出确认信号，将节点E5加入自己的网络。

在本实施例中，如图5所示，应用环境是一个区域定位系统。在这个系统中有7个锚节点，每个锚节点都有路由转发功能。可以将自身与未知节点通信的数据，通过相邻的锚节点传输到控制中心。控制中心由接收到的数据在加上锚节点的位置，计算出未知节点的位置坐标。在这个系统中因为每个锚节点都是要实现路由的功能，而且由于发射功率等原因，每个锚节点必须为相邻节点做中继。在这种情况下，如果其中一个锚节点R4损坏，可能导致锚节点R4附近的未知节点不能定位。这个时候应用节点的动态调整，可以将附近的附近未知节点U转换为路由节点，用来实现中继功能，以保证整个定位系统的稳定。

本发明提供了一种物联网系统中节点的动态调整方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.一种物联网系统中节点的动态调整方法，其特征在于，包括路由转化部分和终端节点转化部分；

所述路由转化部分包括以下步骤：

步骤一，通过协调器创建网络，初始化本节点为路由，加入所述协调器创建的网络；

步骤二，判断路由的状态是否满足转换条件；

步骤三，如果满足转换条件，路由在设定时间内没有子节点的消息，所述路由转换为终端节点，否则路由不转化，并退出；

步骤四，终端节点初始化，请求加入父节点的网络；

所述终端节点转化部分包括以下步骤：

步骤五，终端节点判断父节点路由的状态，并确定是否进行节点转换；

步骤六，终端节点转换为路由，加入父节点的网络并创建所述终端节点自己的网络；

所述步骤二包括以下步骤：

步骤（21），检查邻居表中本节点的子节点数，如果在设定时间内子节点数为零，则判定将本节点路由转换为终端节点；

步骤（22），本节点路由通知其父节点和兄弟节点，修改各自的邻居表中关于本节点的内容，包括设备类型，节点间关系和链路质量；

所述步骤五包括以下步骤：

终端节点正常工作时，父节点路由的子节点如果已经达到最大数，并且仍有节点请求加入父节点的网络；则父节点路由通知子节点中的终端节点转换为路由，该路由继承和父节点路由原有的父子节点关系，并通知父节点和兄弟节点修改各自邻居表中关于本节点路由的信息。

2.根据权利要求1所述的一种物联网系统中节点的动态调整方法，其特征在于，所述步骤一包括以下步骤：

步骤（11），本节点上电，通信协议栈初始化物理层、媒体访问控制层、网络层和应用层；

步骤（12），加入现有的网络，确定本节点的个人局域网标识符和相关路由表，所述相关路由表包括路由表，路由发现表以及邻居表；

步骤（13），创建通信网络，等待其它节点的加入。

3.根据权利要求2所述的一种物联网系统中节点的动态调整方法，其特征在于，所述步骤三包括以下步骤：

步骤（31），将本节点转换为终端节点，修改协议任务，包括网络层和应用层部分，从而实现终端功能；

步骤（32），所述本节点转换为的终端节点进行协议栈复位，通过软件复位实现终端功能。

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