CN102404876A - 一种无线传感器网络拓扑结构的实现方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现无线传感器网络拓扑结构图的方法及其系统，该方法包括：获取父节点的物理地址和子节点的物理地址；分别对所述父节点的物理地址和所述子节点的物理地址进行译码处理得到所述父节点的地址编号和所述子节点的地址编号；周期性地依据所述父节点的地址编号和所述子节点的地址编号获取所述子节点的标志码；依据所述子节点的标志码刷新所述无线传感器网络拓扑结构。采用发送与接收时间远远低于字符型物理地址的发送与接收时间的数值型地址编号来进行物理地址的发送与传递，极大地提高了生成无线传感器网络拓扑结构的实时性。

Description

一种无线传感器网络拓扑结构的实现方法及其系统

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，具体涉及一种无线传感器网络拓扑结构的实现方法及其系统。

背景技术

无线传感器网络拓扑结构包括三大硬件元素：网关、路由节点、终端节点。其中，网关通过串口通信与服务器监控端进行数据传递与交换；路由节点可以作为网关和其他路由节点的子节点，同时也可以作为终端节点的父节点；终端节点作为最底层的子节点，负责上报传感器采集到的各种传感器信息。

目前，无线传感器网络拓扑结构的生成方式主要有两种：一种是监控系统服务器自上而下的查询应答机制，该方法一般具有较高的准确度，但是当节点数目越来越多后，使用此方法进行查询会耗费大量的时间，严重占用监控系统服务器的使用率；另一种是自下而上的直接上报机制，即每当有某个节点加入或者断开无线传感器网络拓扑结构时，该节点的父节点直接上报节点加入或断开的信息。现有技术中，主要通过网络节点的物理地址字符串信息进行数据处理与网络构建，而在串口通讯中，字符串的发送与接收，存在一定的时间延迟；此外，串口通讯存在一定的数据包丢失率(一般在0.01％左右)，字符串中某个字符的丢失，极易造成物理地址的不匹配，进而需要多次发送，这样也造成了不必要的时间开销，导致生成无线传感器网络拓扑结构的实时性不高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种无线传感器网络拓扑结构的实现方法及其系统，以解决现有技术中生成无线传感器网络拓扑结构实时性不高的问题。

为此，本发明实施例提供一种无线传感器网络拓扑结构的实现方法，包括：

获取父节点的物理地址和子节点的物理地址；

分别对所述父节点的物理地址和所述子节点的物理地址进行译码处理得到所述父节点的地址编号和所述子节点的地址编号；

周期性地依据所述父节点的地址编号和所述子节点的地址编号获取所述子节点的标志码；

依据所述子节点的标志码刷新所述无线传感器网络拓扑结构。

优选地，该方法还包括：

依据所述父节点的地址编号和所述子节点的地址编号获取所述子节点与所述父节点的链接关系，并将所述子节点与所述父节点的链接关系保存；

依据已保存的所述子节点与所述父节点的链接关系形成所述无线传感器网络的父子节点关系链表。

优选地，该方法还包括：

当所述无线传感器网络需要重建时，依据所述父子节点关系链表构建所述无线传感器网络。

优选地，该方法所述依据所述子节点的标志码刷新所述无线传感器网络拓扑结构，包括：

依据所述子节点的标志码周期性地刷新无线传感器网络拓扑结构图。

优选地，该方法还包括：

在当前父子节点关系链表中查询所述子节点的历史链接关系，并删除所述历史链接关系。

另外，本发明实施例还提供一种实现无线传感器网络拓扑结构的系统，包括：

第一获取单元，用于获取父节点的物理地址和子节点的物理地址；

处理单元，用于分别对所述父节点的物理地址和所述子节点的物理地址进行译码处理得到所述父节点的地址编号和所述子节点的地址编号；

第二获取单元，用于周期性地依据所述父节点的地址编号和所述子节点的地址编号获取所述子节点的标志码；

第一刷新单元，用于依据所述子节点的标志码刷新所述无线传感器网络拓扑结构。

优选地，所述系统还包括：

第三获取单元，用于依据所述父节点的地址编号和所述子节点的地址编号获取所述子节点与所述父节点的链接关系；

保存单元，用于将所述子节点与所述父节点的链接关系保存；

形成单元，用于依据已保存的所述子节点与所述父节点的链接关系形成所述无线传感器网络的父子节点关系链表。

优选地，所述系统还包括：

构建单元，用于当所述无线传感器网络需要重建时，依据所述父子节点关系链表构建所述无线传感器网络。

优选地，所述系统还包括：

第二刷新单元，用于依据所述子节点的标志码周期性地刷新无线传感器网络拓扑结构图。

优选地，所述系统还包括：

查询单元，用于在所述保存单元将所述子节点与所述父节点的链接关系保存前，在当前父子节点关系链表中查询所述子节点的历史链接关系；

删除单元，用于删除所述查询单元查询的所述历史链接关系。

本发明实施例中，将父子节点的物理地址进行译码处理得到父子节点的地址编号，依据父子节点的地址编号获得子节点的标志码，最后依据子节点的标志码刷新无线传感器网络拓扑结构；采用数值型地址编号来进行物理地址的发送与传递。由于数值型地址编号所需要的发送与接收时间远远低于字符型物理地址的发送与接收时间，所以本发明实施例的技术方案与现有技术相比极大地提高了生成无线传感器网络拓扑结构的实时性。

附图说明

图1是本发明实施例一实现无线传感器网络拓扑结构的方法流程图；

图2是本发明实施例一数据帧结构图；

图3是本发明实施例二实现无线传感器网络拓扑结构的方法流程图；

图4是本发明实施例二无线传感器网络拓扑结构的父子节点关系链表；

图5是本发明实施例一基于无线传感器网络拓扑结构的父子节点链接图；

图6是本发明实施例三实现无线传感器网络拓扑结构的系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

树形网络拓扑结构是总线型网络拓扑结构的扩展，它是在总线网上加上分支形成的，其传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路，树形网是一种分层网，其结构可以对称，联系固定，具有一定容错能力，是广播式网络。一般树形网络上的链路相对具有一定的专用性，无须对原网络做任何改动就可以扩充节点。树形网络拓扑结构是一种层次结构，节点按层次连接，信息交换主要在上下层节点之间进行，相邻结点或同层结点之间一般不进行数据交换。

实施例一

本发明实施例针对树形网络提供一种无线传感器网络拓扑结构的实现方法，以解决现有技术中生成无线传感器网络拓扑结构实时性不高的问题，如图1所示，是该方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤101：获取父节点的物理地址和子节点的物理地址。

步骤102：分别对父节点的物理地址和子节点的物理地址进行译码处理得到父节点的地址编号和子节点的地址编号。

具体地，如果一个节点的数据帧格式如图2所示，包括帧头、标识码、子节点地址、父节点地址、信号强度以及帧尾等。在上位机监控软件中，设置一个元素为8的无符号字符型数组DataBuf[8]，即可用于接收这条数据帧，然后按位提取对应的字符串信息，字符串信息中的每个字符属于ASCII码，这就需要将ASCII码字符转换成数值型数据。例如，子节点的物理地址为字符串“01”，则经过译码处理得到其地址编号为1；父节点的物理地址为字符串“FF”，则经过译码处理得到其地址编号为255，用布尔型二维数组EndToRouter[i][j]表示为：EndToRouter[1][255]＝1。

需要说明的是，子节点和父节点的物理地址并不局限于上述提到的2位数组，也可以是32位数组或其他数组；同时，不但可以将数据帧中子节点的物理地址和父节点的物理地址进行译码处理，同时也可以将命令流中子节点的物理地址和父节点的物理地址进行译码处理。

本发明中，采用数值型地址编号来进行物理地址的发送与传递，由于数值型地址编号所需要的发送与接收时间远远低于字符型物理地址的发送与接收时间，所以本发明的技术方案能够极大提高生成无线传感器网络拓扑结构的实时性。

步骤103：周期性地依据父节点的地址编号和子节点的地址编号获取子节点的标志码。

其中，该处的“周期性”是指，获取子节点的标志码这一动作由系统软件的定时中断启动，例如该动作可以每隔1ms执行一次。

步骤104：依据子节点的标志码刷新无线传感器网络拓扑结构。

在本发明实施例中，该步骤可以具体为：依据子节点的标志码周期性地刷新无线传感器网络拓扑结构图；其中，此处的“周期性”由系统软件的定时中断启动，例如间隔时间可以是100ms。

具体地，通过上述方法，可以得到如图5所示的基于无线传感器网络拓扑结构的父子节点链接图。其中，R1-R5为父节点，E1-E10为子节点。

需要说明的是，在监控系统的绘图区域内，每个节点的初始坐标可以是随机产生的，但在节点图标的移动过程中，必须与节点的地址编号保持一一对应的关系。

本发明实施例中，将父子节点的物理地址进行译码处理得到父子节点的地址编号，依据父子节点的地址编号获得子节点的标志码，最后依据子节点的标志码刷新无线传感器网络拓扑结构；采用数值型地址编号来进行物理地址的发送与传递。由于数值型地址编号所需要的发送与接收时间远远低于字符型物理地址的发送与接收时间，所以本发明实施例的技术方案与现有技术相比极大地提高了生成无线传感器网络拓扑结构的实时性。

实施例二

在本发明的另一个实施例中，该方法包括以下步骤：

步骤301：获取父节点的物理地址和子节点的物理地址。

步骤302：分别对父节点的物理地址和子节点的物理地址进行译码处理得到父节点的地址编号和子节点的地址编号；

本发明中，采用数值型地址编号来进行物理地址的发送与传递，由于数值型地址编号所需要的发送与接收时间远远低于字符型物理地址的发送与接收时间，所以本发明的技术方案能够极大提高生成无线传感器网络拓扑结构的实时性。

步骤303：依据父节点的地址编号和子节点的地址编号获取子节点与父节点的链接关系，并将子节点与父节点的链接关系保存；

需要说明的是，在步骤303之前还可以包括：在当前父子节点关系链表中查询子节点的历史链接关系，并删除该历史链接关系；

树形网络拓扑结构中，在同一个网络结构中，每个子节点在任意某个时刻有且仅有一个父节点。在当前父子节点关系链表中查询子节点的历史链接关系，并删除历史链接关系，可以避免“独立子网”假象的产生，从而提高生成网络拓扑结构的准确度。

步骤305：依据已保存的子节点与父节点的链接关系形成无线传感器网络的父子节点关系链表。

具体地，父子节点关系链表可以如图4所示，可以包括：每个子节点的物理地址、地址编号，对应的父节点的物理地址、地址编号；还可以包括每个子节点的温度、压力等传感器信息以及父节点的记录时间等信息。

步骤306：当无线传感器网络需要重建时，依据父子节点关系链表构建无线传感器网络。

具体地，在网络掉电或系统崩溃等情况下，无线传感器网络需要重建。

在本发明实施例中，在监控系统的绘图区域内，每个节点的初始坐标可以是随机产生的，但在节点图标的移动过程中，必须与节点的地址编号保持一一对应的关系。服务器把直接上报的节点信息保存，然后提取并核定该节点的父节点信息，通过译码处理得到该子节点及其对应的父节点的地址编号，最后形成父子节点关系链表并依据父子节点关系链表构建无线传感器网络。

本发明实施例不使用另外的数据发送包进行查询应答，没有多余的数据开销，提高了监控系统的实时性；另外，在当前父子节点关系链表中查询子节点的历史链接关系，并删除历史链接关系，可以避免“独立子网”假象的产生，从而提高生成网络拓扑结构的准确度。

实施例三

本发明实施例还提供一种实现无线传感器网络拓扑结构的系统，如图6所示，该系统包括：

第一获取单元601，用于获取父节点的物理地址和子节点的物理地址。

具体地，每当有子节点加入或者断开拓扑网络时，第一获取单元601会立即获取一条与该子节点对应的父节点发送的数据流，该数据流包含子节点的物理地址和父节点的物理地址。

处理单元602，用于分别对父节点的物理地址和子节点的物理地址进行译码处理得到父节点的地址编号和子节点的地址编号，并将父节点的地址编号和子节点的地址编号用布尔型二维数组表示。

具体地，路由节点或终端节点以子节点的身份加入拓扑网络的布尔型标志位：EndToRouter[i][j]或RouterToRouter[i][j]，其中i表示为子节点物理地址的编号，j表示为父节点物理地址编号。用这种编号，可以最大程度的优化源代码，提高监控系统运行的效率。

第二获取单元603，用于周期性地依据父节点的地址编号和子节点的地址编号获取子节点的标志码；

具体地，第二获取单元603可以在系统软件定时中断的驱动下，周期性地依据父节点的地址编号和子节点的地址编号获取子节点的标志码，例如每隔1ms获取一次子节点的标志码。

第一刷新单元604，用于依据子节点的标志码刷新无线传感器网络拓扑结构。

需要说明的是，该系统还可以包括：

第三获取单元，用于依据父节点的地址编号和子节点的地址编号获取子节点与父节点的链接关系；

保存单元，用于将子节点与父节点的链接关系保存；

形成单元，用于依据已保存的子节点与父节点的链接关系形成无线传感器网络的父子节点关系链表；

构建单元，用于当所述无线传感器网络需要重建时，依据父子节点关系链表构建无线传感器网络；具体地，在网络掉电或系统崩溃等情况下，无线传感器网络需要重建；

第二刷新单元，用于依据子节点的标志码周期性地刷新无线传感器网络拓扑结构图；其中，此处的“周期性”可以由系统软件的定时中断启动，例如时间间隔可以是100ms。

查询单元，用于在保存单元将子节点与父节点的链接关系保存前，在当前父子节点关系链表中查询子节点的历史链接关系；

删除单元，用于删除查询单元查询的历史链接关系。

本发明实施例中，将父子节点的物理地址进行译码处理得到父子节点的地址编号，依据父子节点的地址编号获得子节点的标志码，最后依据子节点的标志码刷新无线传感器网络拓扑结构；采用数值型地址编号来进行物理地址的发送与传递，由于数值型地址编号所需要的发送与接收时间远远低于字符型物理地址的发送与接收时间，所以本发明实施例的技术方案与现有技术相比极大地提高了生成无线传感器网络拓扑结构的实时性；在当前父子节点关系链表中查询子节点的历史链接关系，并删除历史链接关系，避免了“独立子网”假象的产生，提高了生成网络拓扑结构的准确度；最大程度地减少了监控系统计算机CPU的使用率与节点自身的能量消耗。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种无线传感器网络拓扑结构的实现方法，其特征在于，包括：

获取父节点的物理地址和子节点的物理地址；

分别对所述父节点的物理地址和所述子节点的物理地址进行译码处理得到所述父节点的地址编号和所述子节点的地址编号；

周期性地依据所述父节点的地址编号和所述子节点的地址编号获取所述子节点的标志码；

依据所述子节点的标志码刷新所述无线传感器网络拓扑结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

依据所述父节点的地址编号和所述子节点的地址编号获取所述子节点与所述父节点的链接关系，并将所述子节点与所述父节点的链接关系保存；

依据已保存的所述子节点与所述父节点的链接关系形成所述无线传感器网络的父子节点关系链表。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述无线传感器网络需要重建时，依据所述父子节点关系链表构建所述无线传感器网络。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述子节点的标志码刷新所述无线传感器网络拓扑结构，包括：

依据所述子节点的标志码周期性地刷新无线传感器网络拓扑结构图。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述将所述子节点与所述父节点的链接关系保存前，还包括：

在当前父子节点关系链表中查询所述子节点的历史链接关系，并删除所述历史链接关系。

6.一种实现无线传感器网络拓扑结构的系统，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取父节点的物理地址和子节点的物理地址；

处理单元，用于分别对所述父节点的物理地址和所述子节点的物理地址进行译码处理得到所述父节点的地址编号和所述子节点的地址编号；

第二获取单元，用于周期性地依据所述父节点的地址编号和所述子节点的地址编号获取所述子节点的标志码；

第一刷新单元，用于依据所述子节点的标志码刷新所述无线传感器网络拓扑结构。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第三获取单元，用于依据所述父节点的地址编号和所述子节点的地址编号获取所述子节点与所述父节点的链接关系；

保存单元，用于将所述子节点与所述父节点的链接关系保存；

形成单元，用于依据已保存的所述子节点与所述父节点的链接关系形成所述无线传感器网络的父子节点关系链表。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

构建单元，用于当所述无线传感器网络需要重建时，依据所述父子节点关系链表构建所述无线传感器网络。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第二刷新单元，用于依据所述子节点的标志码周期性地刷新无线传感器网络拓扑结构图。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

查询单元，用于在所述保存单元将所述子节点与所述父节点的链接关系保存前，在当前父子节点关系链表中查询所述子节点的历史链接关系；

删除单元，用于删除所述查询单元查询的所述历史链接关系。

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