CN102076053B - Zigbee无线传感网络快速修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Zigbee无线传感网络快速修复方法，属于无线网络技术领域。本发明通过在网络中每一个终端节点设置一个可记录个节点的信标信息的父节点记录表；终端节点在首次加入该网络前，先进行一次完整的信道扫描，直到所有的信道都被扫描或接收到的信标帧数目达到时结束扫描；终端节点记录这些信标信息，并从父节点记录表中选择一个节点进行关联；终端节点周期地跟踪表中所有节点的信标帧，并不断地用接收到的新信标信息对表中节点的旧信标信息进行更新；当终端节点发现自身已经变成了孤点设备，则从表中删除当前父节点的信标信息，然后直接从表中选择一个节点进行重新关联。本发明方法可以缩减网络修复时间，提高网络修复效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线传感网络修复方法，尤其涉及一种Zigbee无线传感网络快速修复方法，属于无线网络技术领域。
背景技术
作为短距离无线通信标准之一的Zigbee，具有低成本、低功耗以及实现简单等的优势，非常适合构建无线传感器网络。然而，在实际应用中，由于无线链路的不稳定性以及路由节点的能量耗尽，导致网络中经常出现一些孤立节点。这些孤立节点必须尽快地关联到网络中，以便其采集的数据能够及时地被传输到控制端。
Zigbee提供一种修复方式，即当节点变成孤立状态时，它首先对给定的若干信道进行扫描，搜索潜在的可用父节点；在搜索完成之后，选择一个可用父节点执行关联过程；这样孤立节点便加入到网络中。然而，由于扫描过程和关联过程都比较耗时，导致整个修复时间过长。
现有减少网络修复时间的方法主要通过以下三种途径：第一，通过减少信道扫描的时间来减少修复时间，例如文献[Meng F.L, Han Y.G. A New Association Scheme of IEEE 802.15.4 for Real Time Application. 5th International Conference on Wireless Communications., Networking and Mobile Computing (WiCom), 2009: 1 – 5.]中所述方法；第二，通过减少关联过程的时间来减少修复时间，例如文献[Zhang F, Wang F, Dai B, et al. Performance Evaluation of IEEE 802.15.4 Beacon Enabled Association Process. 22th International Conference on Advanced Information Networking and Applications. 2008: 541 – 546.]中所述方法；第三，将关联过程穿插在扫描过程中来减少修复时间，例如文献[Skender B.A, Andre C, Anis K, et al. Fault Tolerance Mechanisms for Zigbee Wireless Sensor Networks. Proceedings of the 19th Euromicro Conference on Real Time System (ECRTS), 2007]中所述方法。然而，使用这些方法对减少修复时间的效果都不是太明显。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有Zigbee无线传感器网络中的网络修复过程所需时间太长的不足之处，提供一种可极大减少网络修复时间的Zigbee无线传感网络快速修复方法。
Zigbee无线传感网络通常为树型信标网络。在网络中，存在三种不同功能的节点：协调器节点、路由器节点和终端节点。协调器和路由器以不同的周期发送信标，以告知终端节点自身的情况。终端节点可以利用信标与协调器或路由器进行时间同步并进行通信。本发明的思路是利用信标机制，使终端节点预先记录若干备用父节点；当终端节点发现自已成为孤立节点时，直接从备用父节点中选择一个进行关联即可，而无需在关联之前进行信道扫描，这样就可极大地减少修复时间，提高网络修复效率。
本发明具体采用以下技术方案：
一种Zigbee无线传感网络快速修复方法，该网络为Zigbee树型信标网络，包括三
种节点：协调器节点、路由器节点和终端节点，协调器节点和路由器节点以不同的周期发送信标，告知终端节点自身的情况，终端节点利用信标与协调器或路由器进行时间同步并进行通信，所述方法包括：该网络中每一个终端节点存在一个父节点记录表，可记录 个节点的信标信息，
为预先设定的大于1的自然数；终端节点在首次加入该网络前，先进行一次完整的信道扫描，直到所有的信道都被扫描或接收到的信标帧数目达到
时结束扫描；终端节点记录这些信标信息，并从父节点记录表中选择一个节点进行关联，该节点称为当前父节点，表中的其余节点作为备用父节点；终端节点周期地跟踪表中所有节点的信标帧，并不断地用接收到的新信标信息对表中节点的旧信标信息进行更新；当终端节点发现自身已经变成了孤点设备，则从表中删除当前父节点的信标信息，然后直接从表中选择一个节点进行重新关联。
进一步地，所述方法还包括，当父节点记录表中的记录数小于
时，终端节点再进行一次信道扫描，直到所有的信道都被扫描或接收到的信标帧数目达到
时结束扫描；终端节点往表中添加表中不存在的节点的信标信息，直到新节点的信标信息均被添加到表中或表中记录数到
为止，
为预先设定的大于或等于1且小于
的自然数。
优选地，
的值为1。这样就可以在保证网络快速及时修复的同时，进行信道扫描的次数最少，从而最大的节省网络资源。
相比现有的各种Zigbee无线传感网络修复方法，本发明的优点在于：每一个终端节点都存在多个可关联的备用父节点，一旦与当前父节点失去关联而成为孤点后，终端节点无需进行长时间的信道扫描，而可以直接从父节点记录表中选择一个父节点进行关联，这极大地缩减了网络修复时间。
附图说明
图1为具体实施方式中所述树型拓扑结构的Zigbee无线传感网络的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
附图1显示了一个典型的树型拓扑结构的Zigbee无线传感网络，其中节点1为协调器，节点2－4，节点6－9，节点13均为路由器，其它节点均为终端节点。协调器和路由器以不同的周期发送信标，以告知终端节点自身的情况。终端节点可以利用信标与协调器或路由器进行时间同步并进行通信。下面我们以终端节点14为例，说明本发明的具体实施过程：
1）终端节点14的父节点记录表的
值被设置为3，
值被设置为1；
2）当终端节点14首次加入网络时，它进行信道扫描。此时它先后接收到了来自路由器7－9的信标以及路由器13的信标，由于终端节点14最大能储存3个路由器的信标信息，因此它将忽略路由器13的信标，同时记录下路由器7－9的信标信息；
3）终端节点14选择一个路由器，如路由器7，作为父节点进行关联。随后，终端节点通过路由器7进行转发数据包，但同时周期监听来自于路由器7－9的信标；
4）终端节点14与路由器7失去关联而成为孤点设备后，它首先从父节点记录表中删除路由器7的信息，然后从父节点记录表中选择一个父节点，如路由器8进行关联；如果关联成功后，终端节点14将通过路由器8进行通信，但同时周期监听来自于路由器8、9的信标；
5）如果终端节点14无法接收到来自于路由器8的信标后，它首先从父节点记录表中删除路由器8的信息，然后从表中选择路由器9进行关联；关联成功后，终端节点14将通过路由器9进行通信；
6）由于终端节点14的父节点记录表中的记录数小于等于的值，因此它将重新进行信道扫描。此时它又先后接收到了来自路由器7和路由器13的信标，终端节点14将向父节点记录表中添加路由器7和13的信标信息。
根据上面的过程，我们不难发现，如果终端节点成为孤点设备后，它可以直接从备用父节点中选择一个进行关联，而无需进行信道扫描，这极大地减少了网络修复的时间，提高了修复速度。
Claims (3)
1.一种Zigbee无线传感网络快速修复方法，该网络为Zigbee树型信标网络，包括三种节点：协调器节点、路由器节点和终端节点，协调器节点和路由器节点以不同的周期发送信标，告知终端节点自身的情况，终端节点利用信标与协调器或路由器进行时间同步并进行通信，其特征在于，所述方法包括：该网络中每一个终端节点存在一个父节点记录表，可记录 
个节点的信标信息，
为预先设定的大于1的自然数；终端节点在首次加入该网络前，先进行一次完整的信道扫描，直到所有的信道都被扫描或接收到的信标数目达到
时结束扫描；终端节点记录这些信标信息，并从父节点记录表中选择一个节点进行关联，该节点称为当前父节点，表中的其余节点作为备用父节点；终端节点周期地跟踪表中所有节点的信标，并不断地用接收到的新信标信息对表中节点的旧信标信息进行更新；当终端节点发现自身已经变成了孤点设备，则从表中删除当前父节点的信标信息，然后直接从表中选择一个节点进行重新关联。
2.如权利要求1所述Zigbee无线传感网络快速修复方法，其特征在于，所述方法还包括，当父节点记录表中的记录数小于时，终端节点再进行一次信道扫描，直到所有的信道都被扫描或接收到的信标数目达到时结束扫描；终端节点往表中添加表中不存在的节点的信标信息，直到新节点的信标信息均被添加到表中或表中记录数到
为止，
为预先设定的大于或等于1且小于
的自然数。
3.如权利要求2所述Zigbee无线传感网络快速修复方法，其特征在于，
的值为1。
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| Performance Analysis of IEEE 802.15.4 and ZigBee for Large-Scale Wireless Sensor Network Applications;Mikko Kohvakka et al.;《ACM PE-WASUN 2006》;20061231;第48-57页 * |
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