CN102594916B - 一种大深度自组织无线传感网络的组网方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大深度的自组织无线传感网络的组网方法，其适用于大深度的无线传感网络应用，克服了现有的路由算法深度不足的缺陷，其深度可以达到100以上，能够满足绝大多数的链状或者树状网络应用环境。本发明的方案通过在后台服务器上根据节点地理位置计算每个节点的最佳路径，得到整个网络的最佳拓扑结构，然后根据网络拓扑结构在后台服务器上分配无线传感网络中的每个节点的网络逻辑地址，在无线传感网络进行广播消息时，完成网络路由列表的建立和维护。本发明的方法实现起来高效，算法负荷小，能够方便的移植到各种嵌入式CPU上，所产生的效益巨大。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线网络的组网方法，尤其涉及一种大深度的无线网络的组网方法。
背景技术
目前，短距离无线通信主流通信距离通常在几十米到百米左右，这主要是因为考虑到低功耗应用，因此在通讯距离上无法大功率输出。这也带来了一个另外问题，就是短距离的无线模块必须要有一个合理的路由才能保证数据能可靠的传输到目的地，否则将无法实现通讯。现在的短距离通信路由协议各个国家和机构都在积极研究，包括zigbee联盟等，以期能够满足实际应用的需求。
在近距离无线通信网络中，为了实现自由通信，需要一套机制支持新加入的各个无线网络节点可以加入到网络中来，同时能维护自己的路由，寻找到将信息发动到不同节点的路由路径。但是，现有的近距离网络无线路由算法，仍以理论推算为主，其对象是尽可能的广泛，这样反而导致了在某些特定场合或者特定需要的应用下无法实现需要。比如本发明所研究的大深度的路由，就是比较特定的一种应用场景，这种应用通常是以树状或者链状网络为主，但是其深度往往要比普通的无线传感网路要大出很多，通常会达到几十甚至几百。而普通的无线传感网络路由深度往往只有5到10左右，无法满足需要。
发明内容
为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种大深度的无线传感网络的组网方法，既能克服现有技术中存在的问题，同时又能够方便的移植到各种嵌入式CPU上，产生巨大的效益。
本发明通过如下技术方案实现：
一种大深度自组织无线传感网络的组网方法，其特征在于：所述自组织无线传感网络包括无线传感网络设备和作为后台的服务器设备，其中，无线传感网络设备包括终端和网关；所述方法包括以下步骤：
a.为每个无线传感网络设备分配一个定长度的物理地址；
b.根据应用场景的需要，现场安装无线传感网络设备，同时将各个无线传感网络设备的物理地址和安装位置记录下来；
c.根据各个设备所处的地理位置，在后台设计形成一个网络拓扑结构，并将所属网络拓扑结构保存在后台；
d.现场安装完毕后，将所有无线传感网络设备上电；上电后，无线传感网络的网关向无线传感网络后台发送登记请求，所述登记请求中包括所述网关的物理地址，同时所述网关向后台要求该网络的网络配置信息；
e.后台收到所述网关发送的登记请求后，在数据库中查找所述网关的物理地址，找到该物理地址后，则将网络配置信息发送给所述网关，其中，所述网络配置消息包括该网关所在的子网网络拓扑图;
f.所述网关接收到后台发送的网络配置消息后，将根据所述网络配置信息将自己的网络逻辑地址和所处的子网网络号设定到本地；然后向整个子网广播消息，广播消息目的地址是所述网关的下一级深度的无线网络终端设备的物理地址，广播消息内容包括分配给子网内每一个设备的网络逻辑地址和子网网络号；
g.子网内的所有设备监听广播消息，当接收到所述广播消息后，首先将所述广播消息的目的地址与本地的物理地址比较，如果本地的物理地址与接收到消息的目的地址一致，则将所述网络配置消息中分配给本机的网络逻辑地址和子网网络号存储在本地；
h. 完成g步骤后的终端设备继续向子网广播消息，该广播消息的目的地址是其下一级的网络设备的物理地址，消息里面包括剩余的网络设备的网络逻辑地址和子网网络号；
i.子网内的每一个设备将所有接收到的广播消息的源地址都保存在本地，作为路由列表；
j.直到无线传感网络设备发现自己不存在下一级深度的无线网络设备时，网络配置完成。
进一步地，在整个网络都完成了配置后，每个无线传感网络设备中都保存以下内容：本机所在的子网网络号、本机的网络逻辑地址、本机保存的网络路由表；通过查询所述路由表能够知道在网络拓扑结构中，向前能到达的网络节点的逻辑地址和向后能到达的网络节点的逻辑地址。
进一步地，所述网络配置消息包括该网关所在的子网网络拓扑图，具体包括：该子网内的每个无线传感网络终端设备的物理地址和分配给其的网络逻辑地址以及其所处的子网网络号。
进一步地，所述网络逻辑地址由后台进行分配；所述网络逻辑地址是每个设备在网络内通讯所用的段地址；所述段地址按照网络拓扑结构分配，遵循路由深度的基本策略，距离网关距离越近，其地址越小，否则地址越大；逻辑地址长度可以更小或者更大，具体根据网络的容量设定。
进一步地，无线传感网络设备的网络逻辑地址的长度是2个字节16位。
进一步地，所述物理地址的长度根据网络的容量来决定，容量越大，则物理地址的长度越长。
进一步地，所述物理地址的长度为64位。
进一步地，所述物理地址在所设计的网络里面是唯一的。
进一步地，所述作为后台的服务器包括一个数据库，所述数据库里保存无线传感网络终端设备和网关设备的物理地址以及各自的地理位置。
进一步地，所述网络拓扑结构是链状或者树状的网络拓扑结构。
本发明的有益效果是：本发明适用于大深度的无线传感网络应用，其克服了现有路由算法深度不足的缺陷，其深度可以达到100以上，能够满足绝大多数的链状或者树状网络应用环境。本发明方法的实现起来高效，算法负荷小，能够方便的移植到各种嵌入式CPU上，所产生的效益巨大。
附图说明
图1是链状无线传感网络的拓扑结构示意图；
图2是树状无线传感网络的拓扑结构示意图；
图3是本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
如附图1所示，链状网络拓扑结构的无线传感网络包括网关设备、终端设备，其中终端设备包括路由节点和传感节点；路由节点负责数据的转发，其本身也可以实现传感节点的功能；传感节点是在网络中只负责传输自身的传感变量的采集给路由节点，由路由节点将数据转发给网关，同样，网关给传感节点的数据则是通过路由节点转发给传感节点。链状图中，会有一条主要的链路，就是网关、路由、路由，这样下去一直到网络的末尾，在这条主线两侧各自是各种的传感节点。
如附图2所示，树状网络拓扑结构的无线传感网络包括网关设备、终端设备，其中终端设备包括路由节点和传感节点；路由节点负责数据的转发，其本身也可以实现传感节点的功能；传感节点是在网络中只负责传输自身的传感变量的采集给路由节点，由路由节点将数据转发给网关，同样，网关给传感节点的数据则是通过路由节点转发给传感节点。树状网络与链状不同的是，链状是简化的树状网络，他的分支不像树状网络那么多，有一条非常清晰的主线，直到网络末尾。树状网络的分支结构比链状网络要复杂一些，分支要多一些。如附图2所示，每个路由节点下面都可以挂路由节点或者传感节点。
如附图3所示，本发明的方法流程如下：
a.为每个无线传感网络设备分配一个定长度的物理地址，该物理地址的长度可以根据网络的容量来决定，长度越大，则物理地址的长度应该越长，通常物理地址的长度以64位为例。设备的物理地址需要烧入到设备的flash存储器中，或者在其外围增加一个保存该地址的flash存储器或者用拨位开关来代替flash存储器完成设定。注意，该地址在所设计的网络里面要求是唯一的，不可冲突的。；
b.根据应用场景的需要，现场安装无线传感网络设备，同时将各个无线传感网络设备的物理地址和安装位置记录下来；
c. 现场传感器终端安装完毕后，在传感网络的数据和控制后台，设计一个配置数据库，数据库里面保存现场的无线传感网络终端设备的物理地址和在网络中的地理位置。在后台服务器上根据节点地理位置计算每个节点的最佳路径，得到整个网络的最佳拓扑结构，初步设计形成一个链状或者树状的网络拓扑结构；
d.现场安装完毕后，将所有无线传感网络设备上电；上电后，无线传感网络网关向无线传感网络后台发送登记请求，所述登记请求中包括所述网关的物理地址，同时所述网关向后台要求该网络的网络配置信息；
e.后台收到所述网关发送的登记请求后，在数据库中查找所述网关的物理地址，找到该物理地址后，则将网络配置信息发送给所述网关，其中，所述网络配置消息包括该网关所在的子网网络拓扑图。所述网络配置消息包括该网关所在的子网网络拓扑图，具体包括：该子网内的每个无线传感网络终端设备的物理地址和分配给其的网络逻辑地址以及其所处的子网网络号；其中，所述网络逻辑地址由后台根据网络拓扑结构进行分配；所述网络逻辑地址是每个设备在网络内通讯所用的段地址。所述段地址按照网络拓扑结构分配，遵循路由深度的基本策略，距离网关距离越近，其地址越小，否则地址越大。一般情况下，无线传感网络设备的网络逻辑地址是2个字节16位长度。;
f.所述网关接收到后台发送的网络配置消息后，将根据所述网络配置信息将自己的网络逻辑地址和所处的子网网络号设定到本地；然后向整个子网广播消息，广播消息目的地址是所述网关的下一级深度的无线网络终端设备的物理地址，广播消息内容包括分配给子网内每一个设备的网络逻辑地址和子网网络号；
g.子网内的所有设备监听广播消息，当接收到所述广播消息后，首先将所述广播消息的目的地址与本地的物理地址比较，如果本地的物理地址与接收到消息的目的地址一致，则将所述网络配置消息中分配给本机的网络逻辑地址和子网网络号存储在本地；
h. 完成g步骤后的无线网络终端设备继续向子网广播消息，该广播消息的目的地址是其下一级的网络设备的物理地址，消息里面包括剩余的网络设备的网络逻辑地址和子网网络号；
i.子网内的每一个设备将所有接收到的广播消息的源地址都保存在本地，作为路由列表；
j.直到无线传感网络终端设备发现自己不存在下一级深度的无线网络终端设备时，网络配置完成。进一步地，所述作为总开关的继电器开关包括继电器和控制电路。
在整个网络都完成了配置后，每个无线传感网络设备中都保存以下内容：本机所在的子网网络号、本机的网络逻辑地址、本机保存的网络路由表；通过查询所述路由表能够知道在网络拓扑结构中，向前能到达的网络节点的逻辑地址和向后能到达的网络节点的逻辑地址。
在整个网络配置完成后，每个节点都知道自己发送消息在网络中所能到达的节点，这样可以在单播消息中尽量的节省传输时间和降低网络负载。
本发明所提供的大深度的无线传感网络的组网方法，克服了现有的路由算法深度不足的缺陷，其深度可以达到100以上，能够满足绝大多数的链状或者树状网络应用。本发明的方案通过在后台服务器上根据节点地理位置计算每个节点的最佳路径，得到整个网络的最佳拓扑结构，然后在后台服务器上分配无线传感网络中的每个节点的网络逻辑地址，在无线传感网络进行广播消息时，完成网络路由列表的建立和维护。采用本发明的技术方法算法负荷小，能够方便的移植到各种嵌入式CPU上，所产生的效益巨大。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种大深度自组织无线传感网络的组网方法，其特征在于：所述自组织无线传感网络包括无线传感网络设备和作为后台的服务器设备，其中，无线传感网络设备包括终端和网关；所述方法包括以下步骤：
a.为每个无线传感网络设备分配一个定长度的物理地址；
b.根据应用场景的需要，现场安装无线传感网络设备，同时将各个无线传感网络设备的物理地址和安装位置记录下来；
c.根据各个设备所处的地理位置，在后台设计形成一个网络拓扑结构，并将所属网络拓扑结构保存在后台；
d.现场安装完毕后，将所有无线传感网络设备上电；上电后，无线传感网络的网关向无线传感网络后台发送登记请求，所述登记请求中包括所述网关的物理地址，同时所述网关向后台要求该网络的网络配置信息；
e.后台收到所述网关发送的登记请求后，在数据库中查找所述网关的物理地址，找到该物理地址后，则将网络配置信息发送给所述网关，其中，所述网络配置消息包括该网关所在的子网网络拓扑图;
f.所述网关接收到后台发送的网络配置消息后，将根据所述网络配置信息将自己的网络逻辑地址和所处的子网网络号设定到本地；然后向整个子网广播消息，广播消息目的地址是所述网关的下一级深度的无线网络终端设备的物理地址，广播消息内容包括分配给子网内每一个设备的网络逻辑地址和子网网络号；
g.子网内的所有设备监听广播消息，当接收到所述广播消息后，首先将所述广播消息的目的地址与本地的物理地址比较，如果本地的物理地址与接收到消息的目的地址一致，则将所述网络配置消息中分配给本机的网络逻辑地址和子网网络号存储在本地；
h. 完成g步骤后的终端设备继续向子网广播消息，该广播消息的目的地址是其下一级的网络设备的物理地址，消息里面包括剩余的网络设备的网络逻辑地址和子网网络号；
i.子网内的每一个设备将所有接收到的广播消息的源地址都保存在本地，作为路由列表；
j.直到无线传感网络设备发现自己不存在下一级深度的无线网络设备时，网络配置完成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在整个网络都完成了配置后，每个无线传感网络设备中都保存以下内容：本机所在的子网网络号、本机的网络逻辑地址、本机保存的网络路由表；通过查询所述路由表能够知道在网络拓扑结构中，向前能到达的网络节点的逻辑地址和向后能到达的网络节点的逻辑地址。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述网络配置消息包括该网关所在的子网网络拓扑图，具体包括：该子网内的每个无线传感网络终端设备的物理地址和分配给其的网络逻辑地址以及其所处的子网网络号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述网络逻辑地址由后台进行分配；所述网络逻辑地址是每个设备在网络内通讯所用的段地址；所述段地址按照网络拓扑结构分配，遵循路由深度的基本策略，距离网关距离越近，其地址越小，否则地址越大；无线传感网络设备的网络逻辑地址长度根据网络内设备的个数决定。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：无线传感网络设备的网络逻辑地址的长度是2个字节16位。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述物理地址的长度根据网络的容量来决定，容量越大，则物理地址的长度越长。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述物理地址的长度为64位。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述物理地址在所设计的网络里面是唯一的。
9.根据权利要求1-8所述的方法，其特征在于：所述作为后台的服务器包括一个数据库，所述数据库里保存无线传感网络终端设备和网关设备的物理地址以及各自的地理位置。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述网络拓扑结构是链状或者树状的网络拓扑结构。
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