CN102111298B - 一种基于信号强度的无线通信树形组网方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于信号强度的无线通信树形组网方法，其特征在于：它是以根节点为组网控制中心，以周围节点信号强度作为组网依据的树形组网方法。本发明可以提高无线网络组网时的连接质量，使无线网络更加稳健可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线通信树形组网方法，特别是一种基于信号强度的无线通信树形组网方法。
背景技术
无线网络是指由大量网络节点用无线通信的方式组成的信息传播网络，它综合了嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等。大量的廉价微型网络节点部署在应用区域内，通过短距离无线通信方式形成一个多跳自组织网络系统，其目的是实现信息的采集传输。该技术在军事、工业、交通、安全、医疗、家庭和办公环境等众多场合有着非常广泛的应用，是目前国内外研究和应用的热点技术之一，也是物联网技术发展的重点核心技术之一。
最近几年国内外发展起来的ZigBee技术，其协议内容太过复杂并且需要支付一定的使用费用，应用成本太高，并没有广泛应用起来。同时国内现有无线抄表系统普遍存在功耗大的问题，部分具有低功耗的无线抄表系统基本为传统星型网络结构，容易受到障碍物、电磁干扰等多方面的影响，可靠性不高。
树形网络以其集中控制的特点简化了系统网络结构，避免了数据通信时的节点随机发送数据的不确定性，并且树形结构有着组织架构清晰便于控制管理等特点使其在网络系统应用中具有相当广的应用场合。与其他类型网络一样树形网络在建立的初期必须经历组网的过程。传统树形网络的自组网过程中仅通过根节点控制指定节点进行扩散搜索拓扑无优化措施，导致网络拓扑结构中节点的连接状况不佳。并且在执行网络扩展时为避免碰撞所使用的随机延时的时分方式在节点较多时存在离散性不够以及无利于网络节点区分等情况，从而造成构建的树形网络不理想。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于信号强度的无线通信树形组网方法。它可以提高无线网络组网时的连接质量，使无线网络更加稳健可靠。
本发明的技术方案：一种基于信号强度的无线通信树形组网方法，其特征在于：它是以根节点为组网控制中心，以周围节点信号强度作为组网依据的树形组网方法。
前述的基于信号强度的无线通信树形组网方法中，它是以根节点为组网控制中心，控制周围的支节点进行拓扑组网，并以节点连接时的信号强度值作为网络拓扑依据，按信号强度值从大到小的顺序进行依次拓扑，保证组网时的高连接质量。
前述的基于信号强度的无线通信树形组网方法中，所述方法还包括：在根节点控制支节点进行拓扑扩展时接收到拓扑信号的支节点以接收时的信号强度值大小为防碰撞的依据，分时返回，从而实现低成本高离散度的防碰撞目的。
在树形网络的组网过程和防碰撞过程都引入了接收信号强度值，使网络组建过程有一个具体量化值，方便构建合理的健壮的网络结构。接收信号强度值本身反映的是节点的通信连接情况是一个绝对值。在同一运行情况下，节点的接收信号强度值越大则表示节点与发送节点间的通信连接情况越好。树形网络在实现网络扩展时就应该优先选用通信连接质量好的节点，该类节点就是接收信号强度值大的节点。因而接收信号强度值的引入很好的解决了网络扩展时扩展节点的选择问题。同时在进行网络扩展时存在多点同时向扩展节点发送数据的情况，此时通过接收信号轻度值对回复节点进行时分处理，使通信连接较好的节点先回复，连接情况差的节点后回复，从而合理地躲开众多节点同一时间回复的碰撞的问题，且区分了通信情况好坏的节点，为建立健壮网络提供了更多的保障。
与现有技术相比，本发明所涉及的组网方法更贴近于实际应用。本发明所述组网技术是通过合理利用网络节点组网过程中的信号强度值，使整个网路在组网过程中都循着同一个尺度实现。由于得到通信信号强度值的方式比较容易，一般无线射频芯片硬件就直接提供该值读取，所以大大简化了软件的复杂度，与现有利用繁杂的组网算法实现的组网方式相比有很大的优越性。
附图说明
图1是本发明的实施例工作示意图；
图2是本发明的实施例防碰撞工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种基于信号强度的无线通信树形组网方法，其特征在于：它是以根节点为组网控制中心，以周围节点信号强度作为组网依据的树形组网方法。它是以根节点为组网控制中心，控制周围的支节点进行拓扑组网，并以节点连接时的信号强度值作为网络拓扑依据，按信号强度值从大到小的顺序进行依次拓扑，保证组网时的高连接质量。所述方法还包括：在根节点控制支节点进行拓扑扩展时接收到拓扑信号的支节点以接收时的信号强度值大小为防碰撞的依据，分时返回，从而实现低成本高离散度的防碰撞目的。
图1中根节点广播查找直接相邻节点，图中以根节点A为圆心的通信虚线圆即表示各层的信号强度值，其中圆半径越小则对应信号强度值愈大。图中节点B比节点D接收到的信号强度大，根据信号强度优先的原则，根节点会让节点B去搜索节点E，搜索到节点E后就结束搜索，如果没有搜索到则由节点D继续搜索。如此从搜索节点设备开始就直接强化系统的通信连接结构，使网络构建完成后系统更加稳健可靠。
如图2所示，图中节点A表示当前发送的节点，圆球表示其周围节点，而图中的虚线圆表示发送节点发送时的信号场，虚线圆的半径就表示RSSI值大小。
图中发送节点A在发送时产生的虚线圆所示信号场，等节点A发送完广播数据后，其周围节点便得到一个与其通信的RSSI值(可表示信号强度)同时获取了一个时间同步值。这时各接收节点根据其内部预先设置好的阀值区间选择自己应该发送的时间区域。如图所示在信号场1到3之间的节点处于同一RSSI阀值范围，此时他们会在时区1内发送数据，在信号场3到6之间的节点也处于同一RSSI阀值范围，此时他们会在时区2内发送数据，依次类推实现所有节点的时区划分。一般可使每个时区内的节点个数在10个以内。这样便大大降低了再同一时间内存在多个节点同时发送数据导致碰撞的可能。
对于在同一个时区的节点可以根据RSSI值为数据源的简单伪随机算法+发送前信道RSSI检查的方式轻松的实现躲避碰撞。将同一个时区内又分成10个时隙，每个时隙为一个节点通信的时间，每个节点在各自的时区内通过RSSI值和伪随机算法计算得到一个随机值，随机值的大小决定其为该10个时隙中的哪一个。在时隙时间到达后节点先检测当前信道的RSSI值，看是否有节点在发送，如果没有则进行发送如果有则等待空闲再发送。该方式中的伪随机算法可以是简单的加减法，由于设备个数很少而且还有RSSI的区分，因此不难产生该随机值，从而有效躲避相同RSSI值下的碰撞。
Claims (2)
1.一种基于信号强度的无线通信树形组网方法，其特征在于：它是以根节点为组网控制中心，控制周围的支节点进行拓扑组网，并以节点BD连接时的信号强度值作为网络拓扑依据，按信号强度值从大到小的顺序进行依次拓扑，保证组网时的高连接质量；其具体组网方法为，根节点A广播查找直接相邻节点，查找到相邻节点B和D后，由于节点B比节点D接收到的信号强度大，根据信号强度优先的原则，根节点会让节点B去搜索节点E，搜索到节点E后就结束搜索，如果没有搜索到则由节点D继续搜索。
2.根据权利要求1所述的基于信号强度的无线通信树形组网方法，其特征在于，所述方法还包括：在根节点控制支节点进行拓扑扩展时接收到拓扑信号的支节点以接收时的信号强度值大小为防碰撞的依据，分时返回，从而实现低成本高离散度的防碰撞目的。
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