CN103415054A - 基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法。所述算法的步骤包括无线信息交互网络的分簇，其特征在于，利用分簇策略将网内节点构建成多个分簇，每个分簇包含多个普通节点和一个簇主节点，并在簇主节点的控制下，进行分簇管理和簇内信息交互；构建分布式无线汇聚网络，其特征在于，在无线信息交互网络分簇的基础上，利用一系列汇聚节点，构建分布式分级无线汇聚网络，减轻簇主节点的数据吞吐压力，为分布式信息交互网络的簇间信息交互提供支持，并实现全局网络管理和优化；设计基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法，其特征在于，在所述分簇策略和分布式无线汇聚网络的基础上，提出一种轻量级的路由协议，该协议在较小的信道带宽和控制开销下，可以在节点加入网络的过程中获得一个全网范围内的节点路由表，对网络进行路由管理，及对网内所有节点进行寻址路由。

Description

基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法

技术领域

本发明涉及一种基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法，其特征是根据无线信息交互网络的分簇算法，以及基于多信道构建的分布式无线汇聚网络，提出基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法，并设计整个网络的体系结构和主要实现流程，使得网络协议能够进行迅速、准确的路由发现和路由选择，便于大型工业自组织无线信息交互网络的构建和扩展。

背景技术

在传统的无线自组织网络中，节点的频繁加入和退出使得网络拓扑结构不断变化，使端到端的数据发送变得非常复杂。虽然几种典型的无线自组织网络路由协议，如DSDV、DSR、LAR、AODV、ZRP等，能够进行迅速、准确的路由发现和路由选择，实现较高的网络效率，但是在自组织无线信息交互网络中，由于信道共享、采用All to All的通信模式，信道内的端到端通信不需要路由，只有处在不同信道的节点互相通信时才需要路由，主要是进行数据发送路径的选择。这就与传统的无线自组织网络路由协议存在巨大差别，因而需要针对无线信息交互网络重新设计路由算法，为无线网络扩展和信息交互过程中端到端的数据传输提供服务，也便于整个信息交互网络的集中控制。

发明内容

针对上述问题和不足，本发明公布了一种基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法，其特征在于，首先采用无线信息交互网络的分簇策略，构建多个子网，每个子网包含多个普通节点和一个簇主节点，并在簇主节点的协调控制下，进行分簇管理和簇内信息交互；然后利用一系列汇聚节点，在无线信息交互网络分簇的基础上，构建分布式分局无线汇聚网络，为分布式信息交互网络提供簇间信息交互和网络集中管理；最后，在所述的分簇算法和分布式无线汇聚网络的基础上，提出一种轻量级的路由协议，对网络进行路由管理，并对网内所有节点进行寻址路由。

为实现上述目的，所述的基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法，具体包括如下步骤：

步骤A、无线信息交互网络的分簇策略

所述无线信息交互网络的分簇策略，其特征在于，基于无线信息交互网络的分簇算法，构建多个分簇，每个分簇包含多个普通节点和一个簇主节点，并在簇主节点的控制下，进行分簇管理和簇内信息交互。分簇与路由协议结合，可以以较小的通信开销和计算量，实现网络的高效扩展，使其快速覆盖大型复杂网络内的所有节点。所述的分簇策略，具体包括如下两个方面内容：

a、分簇策略设计

对于自组织高效无线信息交互网络，每个簇的大小优选为8个节点，采用非交叠簇结构，每个节点有明确的归属簇，簇内节点进行全功能的高效无线信息交互，簇间连接控制不需要专门的簇间网关。簇主节点在网络建立的过程中通过随机竞争产生，并赋予最小的ID号，后续加入节点的ID号依次增大。

所述的分簇生成，其特征在于，当在通信范围内的节点检测到簇主节点发送的信息，则依次加入簇；若该簇内节点数已达上限，就选择另一信道随机竞争簇主节点，成功后其余节点依次加入；当节点不完全在通信范围内，就重新选择信道。

b、分簇维护

所述的分簇维护，其特征在于，对分簇形成后新节点加入、节点正常或意外退出、主节点丢失、分簇合并进行协调处理。

新节点加入：新上线节点加入某个未达成员数上限的分簇，与网络初始化时簇成员节点的加入完全一样。

节点退出：任何簇节点的退出将会引起所在簇成员列表的更新，并使其后续节点的ID号递减。

主节点丢失：当簇主节点丢失时，簇内最小ID号的节点自动成为新的簇主节点。

分簇合并：当相邻分簇的节点数之和小于单个分簇的节点数上限，且这些分簇的通信距离范围存在包含关系时，则将这些分簇合并。

步骤B、分布式分级无线汇聚网络

所述的分布式分级无线汇聚网络，其特征在于，首先，以普通节点为第一级网络、簇主节点间为第二级网络、汇聚节点为第三级网络，构建分布式分级网络体系结构；其次，汇聚节点监听并读取无线信息交互网络簇内所有节点的信息，并通过无线汇聚网络实现节点间的高速信息交互；然后，将无线信息交互网络簇主节点路由探测的范围限制在一跳，两跳及以上的路由通过汇聚节点完成，有效避免路由环路的形成；最后，将汇聚节点接入互联网，并利用汇聚节点和簇主节点所形成的分级结构，进行集中式网络控制。

为实现上述目的，所述的分布式无线汇聚网络，具体包括如下两个方面内容：

a、分布式分级网络体系结构设计

首先，所述的分布式分级网络体系结构，其特征在于，由普通节点形成的分簇构成网络分级中的第一级网络，普通节点在各分簇主节点的协调和控制下工作；簇主节点构成第二级网络，各相邻分簇通过簇主节点进行通信；汇聚节点构成第三级网络，数据通过汇聚节点压缩融合后，转发至所有需要进行信息交互的网络节点。其次，所述的汇聚节点根据网络分簇数量及在线汇聚节点总数，分配扫描信道，使得覆盖相同分簇的汇聚节点平均分配到各个簇的信道中。最后，所述的汇聚节点与下级网络分簇构成双向连通的无线链路，形成三级网络结构，同时也可以接入网络路由器，形成稳定持续的数据链路，将各个汇聚节点收集到的数据压缩融合后发送至工控机或者网络服务器，进而实现所有在线节点的状态监控。

b、汇聚节点的管理及网络互联

所述的汇聚节点管理，其特征在于，根据下级网络分簇节点的通信范围，以一个汇聚节点在一个信道内只检测到唯一的下级网络分簇为原则，确定汇聚节点的通信管辖范围。所述汇聚节点在获取通信管辖范围内的分簇后，将扫描到的分簇编号通过分簇中信息交互的预留时隙将该编号发送给簇内节点。簇内节点保留该标识，并将所有覆盖范围内的分簇标识成所管辖的分簇，然后周期性的对这些分簇进行监听，并收集网络分簇中所交互的实时数据，在分簇的预留时隙内把所获取的其它分簇的信息经过压缩融合后发送至该分簇内，实现簇间的信息交互。

所述汇聚节点的网络互联，其特征在于，通过有线网络将汇聚节点上的以太网接口与交换机互连，同时将工控机接入该交换机中，实现整个网络实时数据的集中监控。

步骤C、基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法

基于所述的分簇算法和分布式无线汇聚网络，本发明提出一种轻量级的路由协议，其特征在于，在节点加入网络的过程中获得一个全网范围内的节点路由表，并对网内所有节点进行寻址路由。所述的基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法，具体包含如下几个方面：

a、路由表的生成

所述的分级路由算法，是基于表驱动的路由算法，其特征在于，分布式无线汇聚网络及分簇结构为基于表驱动的路由提供了网络结构，每一级网络只需维护一份包含该级网络内节点的路由表，在进行分簇之后，路由表只包含分簇内的所有节点。将所有汇聚节点接入交换机，并通过工控机或网络服务器保存路由表，同时汇聚节点只保存其通信范围内分簇的节点信息，以缓解路由表维护和路由检索时的时延，从整体上提升网络效率。

b、路由检索和确认

网络分级结构发起的路由，主要为簇内节点发起的簇间通信请求，所述簇间通信请求的路由检索和确认过程，其特征在于：

(1)簇内节点需要与其它簇的节点建立通信连接时，源节点首先在簇内广播路由请求消息，路由请求消息由源节点地址、目标节点地址构成；

(2)主节点收到该消息后，开始检索主节点上保存的邻居分簇编号，如果有，则返回一个确认信息，源节点可以在收到该信息后发送数据，簇主节点接收到数据后暂时存储并变换到目标节点的信道，等待信道内的预留时隙发送数据；

(3)目标节点接收数据后，返回一个接收确认消息给源节点所在分簇的簇主节点，簇主节点收到消息后，说明相邻簇中的目标节点已成功接收数据；

(4)源节点所在簇的簇主节点将信道调整为原来信道，并把通信成功的消息广播至源节点；

(5)若在过程(2)中未检索到目标节点的路由路径地址，那么簇主节点就将这份路由请求发送至覆盖范围更广的上一级汇聚节点；

(6)若目标地址存在于汇聚节点所存贮的路由表中，汇聚节点将跳频至源节点所在信道，并直接广播路由确认消息，源节点收到路由确认消息后，发送数据帧，数据帧由汇聚节点直接转发至目标节点分簇，数据发送成功的确认消息也由汇聚节点返回至源节点；

(7)若该汇聚节点中还是未找到包含该目标节点的路由数据，则把信息发送至工控机，工控机在所有汇聚节点的路由表中查询，搜索到后由工控机向汇聚节点发送路由确认消息，再转发至源节点。数据的转发也将经过工控机。

c、路由表更新及维护

当网络中的节点信息或网络结构出现变动时，路由表需进行更新和维护，其特征在于：

(1)如果存在新节点的加入或者节点的掉线，簇主节点会在信息交互预留时隙发送网络更新消息，其它节点在收到该广播之后对在线节点列表进行更新；汇聚节点在收到簇主节点的网络更新消息后，扫描簇主节点所在簇的一个信息交互周期，并更新汇聚节点上所保存的路由表；然后汇聚节点将新的路由表发送至工控机，更新工控机上的全网路由表。

(2)如果簇主节点掉线，簇内节点所有地址按照当前地址值进行递减，生成新的簇主节点，在此期间，汇聚节点无法接收到网络更新指令，但能在簇间信息交互请求发送时，监听所管辖的网络分簇，从而获得一份分簇内的节点列表，若与原路由表的数据不同，则用新的路由表替换。

(3)汇聚节点的丢失将会引起网络的分级拓扑结构重组。汇聚节点丢失后，簇主节点进行信道扫描，检测其它汇聚节点，若在该簇主节点通信覆盖范围内存在多个汇聚节点，则选择一个管辖分簇数量最小的汇聚节点，发送一个请求加入的消息，汇聚节点对该信道进行监听，监听到簇内所有节点时，发送管辖消息，确认其加入所管辖的路由表，并更新汇聚节点本地的路由表信息，同时通知上级网络的工控机。

综上内容，本发明提出的基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法，其特征在于，首先利用分簇策略构建多个分簇，每个分簇包含多个普通节点和一个簇主节点，并在簇主节点的控制下，进行分簇管理和簇内信息交互；其次，通过汇聚节点构建无线汇聚网络，减轻簇主节点的数据吞吐压力，为全局网络管理和优化，全网数据的收集及分发提供支持；最后，在所述分簇策略和分布式无线汇聚网络的基础上，提出一种轻量级的路由协议，该协议在较小的信道带宽和控制开销下，可以在节点加入网络的过程中获得一个全网范围内的节点路由表，对网内所有节点进行寻址路由，提高网络效率，便于大型工业自组织无线信息交互网络的构建和扩展。

附图说明

图1为交叠簇和非交叠簇对比图

图2为分簇形成流程图

图3为汇聚节点通信覆盖范围的选取

图4为分布式无线汇聚网络的体系结构

图5为分级路由流程图

图6为普通簇内节点加入或掉线引起的路由更新

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1～图6所示，所述的基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法，包括以下几个步骤：

步骤A、无线信息交互网络的分簇策略

为使大型无线网络内的信息交互快速而有序，本发明提出无线信息交互网络的分簇策略，其特征在于，基于无线信息交互网络的分簇算法，构建多个分簇，每个分簇包含多个普通节点和一个簇主节点，并在簇主节点的控制下，进行分簇管理和簇内信息交互。分簇与路由协议结合，可以以较小的通信开销和计算量，实现网络的高效扩展，使其快速覆盖大型无线网络内的所有节点。所述的分簇策略，具体包括如下两个方面内容：

a、分簇策略设计

分簇结构对网络效率有极大影响，其结构分成交叠簇和非交叠簇，如图1所示。交叠簇通过网关节点进行簇间通信，网关节点同时属于两个不同的簇，而非交叠簇没有节点同时属于两个不同的簇，通过分布式网关或簇主节点进行簇间通信。所述的分簇算法，采用非交叠簇结构。

簇主节点通过随机竞争产生，簇主节点具有最小的ID。簇主节点产生后，所有节点在彼此通信范围内时，只需从低频到高频扫描信道即可，当节点不完全在通信范围内，就需要重新选择信道，但前提是正确判断节点是否在整个簇其它节点的通信范围内。为此，本发明提供一种简洁的判断方法：节点扫描该信道是否有网络活动，若无，则竞争簇主节点；若有，则开始监听该网络，监听时间为一个周期。即监听到某个节点发送信息之后，继续监听直至再次监听到该节点发送信息。此时，如果监听到普通节点(ID号不为0x00)数据发送间隔大于或等于1个时隙，或者监听到簇主节点发送间隔大于2个时隙，则说明该网络分簇的通信范围没有覆盖当前需要加入的节点，不允许该新上线节点加入该簇。然后节点将扫描下一信道，执行前述判断过程。完整的分簇形成流程图如图2所示。

b、分簇维护

分簇形成后，需要对已有分簇进行维护，所述的分簇维护，包括新节点加入、节点外退出、簇主节点丢失、分簇合并。

新节点加入：网络运行时，新节点加入某个成员数未达上限的分簇，与网络初始化时节点的加入完全一样。

节点退出：簇内节点实时监视簇内其它节点的退出，任何簇节点的退出将会使其后续节点的地址值递减，并更新所在簇成员的列表。

主节点丢失：簇主节点丢失时，簇内ID号最小的节点成为新的簇主节点，同时将具有有序地址编码的所有节点递减一次，实现簇主节点丢失后簇内节点地址的更新。

分簇合并：当相邻分簇的节点数之和小于单个簇的节点数上限时，且这些簇的通信范围存在包含关系时，则将这些簇合并。合并时，低频率信道主节点利用探测时的预留时隙，向需要撤销的簇发送合并指令，收到指令的所有节点，依次按照节点加入的流程加入到低频率信道的分簇中。

步骤B、分布式无线汇聚网络

分簇结构使得每个簇为一个分布式结构，难以实现整体网络的维护、控制和数据交互。为解决以上问题，本发明利用一系列的汇聚节点，构建一个分布式无线汇聚网络，其特征在于，保留前述无线高效信息交互网络分簇，构建一个新的网络框架，为分布式信息交互网络提供簇间信息交互和网络集中管理。所述的分布式无线汇聚网络，具体包括如下两个方面内容：

a、分布式无线汇聚网络体系结构设计

首先，所述的分布式无线汇聚网络体系结构，其特征在于，由普通节点形成的分簇构成网络分级中的第一级网络，普通节点由簇主节点协调和控制，使网络的控制功能分散到各个分簇中；节点可自动对簇结构进行维护，相邻簇间使用不同的信道，互不干扰；在簇内，节点共享信道带宽，节点维护簇内实时在线节点列表。簇主节点构成第二级网络，通过预留时隙监听其它存在网络的信道，获取相邻簇的路由信息并保存，使相邻分簇可通过簇主节点通信。汇聚节点形成第三级网络结构，数据在该级网络进行汇聚，通过汇聚节点压缩融合后转发至需要进行信息交互的网络节点，同时与簇主节点一起构建稳定的虚拟骨干网络结构，提高网络效率。

其次，汇聚节点根据通信范围内的网络分簇数量和汇聚节点总数，进行扫描信道的分配，使得覆盖相同分簇的汇聚节点平均分配到各个簇的信道中。若汇聚节点数量较少，则每个汇聚节点会同时管辖多个网络分簇。

最后，汇聚节点一方面与下级的网络分簇(包括簇主节点)构成双向连通的无线链路，形成三级网络分级结构，另一方面接入网络路由器，形成稳定持续的数据链路，将各个汇聚节点收集到的数据压缩融合后发送至工控机或者网络服务器，通过工控机可以对网络进行监控，查询所有在线节点的状态。

b、汇聚节点的管理及网络互联

所述的汇聚节点管理，其特征在于，根据下级网络分簇节点的通信范围，以一个汇聚节点在一个信道内只检测到唯一的下级网络分簇为原则，确定汇聚节点的通信距离。如图3所示，区域1为分簇A中节点的分布范围，区域2为分簇A内节点的最大通信范围，那么，为保证另外一个使用相同信道的分簇B与分簇A不存在交叠，那么分簇B所有节点的分布范围就必须在区域2的范围外，而汇聚节点的通信半径就应该小于R并且大于r，其中R为涵盖两个不相邻分簇的最小区域3的半径，r是普通节点的通信覆盖范围半径。

所述的汇聚节点在获取通信范围内的分簇后，将扫描到的分簇编号通过分簇中信息交互的预留时隙将该编号发送给簇内节点，簇内节点保留该标识，将所有覆盖范围内的分簇标识成所管辖的分簇，然后周期性的对这些分簇进行监听，并收集网络分簇中所交互的实时数据，在分簇的预留时隙内把获取的其它分簇的信息经过压缩融合后发送至该分簇内，实现簇间的信息交互。

通过检测簇内的簇主节点标识和节点间信息发送间隙，所述的汇聚节点可实现与簇内节点的同步，在发送数据时与簇内节点退避竞争预留时隙。同时，汇聚节点对数据帧进行压缩，整合成为一个长数据帧，记录数据接收的时间，对来自不同分簇的节点数据按照时间顺序进行融合。

当数据实时性要求较高时，可以增加汇聚节点，使每个汇聚节点只管辖一个网络分簇，汇聚节点与该分簇在相同信道工作。汇聚节点间的通信通过节点上的以太网接口通过有线网络的形式与交换机互连，而工控机也相应接入该交换机中，就可以实现整个网络实时数据的集中监控。完整的分布式无线汇聚网络的体系结构如图4。

步骤C：基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法

所述的基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法，具体包含如下几个方面：

a、路由表的生成

所述的分布式无线汇聚网络及其分簇结构为基于表驱动的路由提供了网络结构，按照分级路由的思路，每一级网络只需维护一份包含该级网络节点的路由表。

具体的，在有汇聚节点时，簇A中主节点不必维护邻居簇内的路由信息，汇聚节点在每个周期都监听其通信范围内的簇，保存所得到的不同分簇的节点信息，构成一个数组结构体。

将所有汇聚节点接入交换机，通过工控机或网络服务器保存路由表，利用计算机存储更为完整的全网路由表信息，汇聚节点只需要保存其通信范围内分簇的节点信息，从而有效缓解由路由表维护和路由检索引起的时延，从整体上提升网络效率。

b、路由检索和确认

所述的路由检索和确认，其特征在于，为簇内节点发起簇间通信请求提供一种协调机制，其路由过程如图5所示，包含如下步骤：

(1)簇内节点与其它簇的节点建立通信连接时，源节点首先在簇内广播路由请求消息，路由请求消息由源节点地址、目的节点地址构成，地址结构为簇编号+簇内网络地址。

(2)主节点接受到该消息后，开始检索主节点上保存的邻居分簇的节点信息，如果有，则返回一个确认信息，源节点可以在收到该信息后发送数据，簇主节点接收到数据后进行暂时存储并变换到目标节点的信道，等待信道内的预留时隙发送数据。

(3)目标节点接收数据后，返回一个接收确认消息给源节点所在分簇的簇主节点，簇主节点收到消息后，说明相邻簇中的目的节点已成功接收数据。

(4)源节点所在簇的簇主节点将信道调整为原来信道，并把通信成功的消息广播至源节点。

(5)若在过程(2)中未检索到目标节点的路由路径地址，那么簇主节点就将这份路由请求发送至汇聚节点，因为簇主节点的通信覆盖范围可能并没有完全包含邻居簇的所有节点，而汇聚节点上存有覆盖范围更广的路由表。

(6)汇聚节点上电检索后，若目标地址存在于路由表中，汇聚节点将跳频至源节点所在信道，广播路由确认消息；源节点收到路由确认消息后，发送数据帧，数据帧由汇聚节点直接转发至目标节点分簇。

(7)数据发送成功的确认消息也由汇聚节点返回至源节点。

(8)若该汇聚节点中还是未找到包含该目标节点的路由数据，则把信息发送至工控机，工控机在所有汇聚节点的路由表中查询，搜索到后由工控机向汇聚节点发送路由确认消息，再转发至源节点。数据的转发也将经过工控机。

c、路由表更新和维护

当网络中的节点信息或网络结构出现变动时，需要进行所述的路由表更新和维护，其特征在于，簇内所有节点都维护有一份在线节点列表，内容为簇内所有节点按升序排列的地址。在簇内信息实时交互的过程中，每个信息交互周期都会隐含地对簇内节点进行一次检测，如果存在新节点加入或者节点掉线，簇主节点会在信息交互预留时隙中发送网络更新消息，消息包含新加入或已掉线的节点地址以及相应的指令，其它节点在收到该广播之后对在线节点列表进行更新；汇聚节点在收到簇主节点的网络更新消息后，扫描簇主节点所在簇内的一个信息交互周期，并更新汇聚节点上所保存的路由表；然后汇聚节点还需要将新的路由表发送至工控机，更新工控机上的全网路由表。普通簇内节点加入或掉线引起的路由更新过程如图6所示。

簇主节点或者汇聚节点的掉线也会引起所述的路由表更新和维护，其特征在于，当簇主节点掉线，簇内节点所有地址会产生变化，即地址会按照当前地址值进行递减，使得ID最小的节点地址减至0x00，从而生成新的簇主节点，在此期间，汇聚节点无法接收到网络更新的指令。只能在簇间信息交互请求发生时，监听所管辖的网络分簇，从而获得一份分簇内的节点列表，若与原路由表的数据不同，则将新的路由表替换掉。

汇聚节点的丢失将会导致虚拟骨干网的改变，网络的分级拓扑结构将会重新组织。汇聚节点的丢失不会被分簇内的节点发现，只有在向已丢失的汇聚节点提出路由请求时，若未收到回复，才能确认汇聚节点丢失。此时，簇主节点进行信道扫描，检测可以搜索到的其它汇聚节点，若在该簇主节点通信覆盖范围内存在多个汇聚节点(包括已丢失的)，那么选择一个管辖分簇数量最小的汇聚节点，并发送一个请求加入其管辖的消息，消息包含簇主节点原信道编号，汇聚节点随机在该信道进行监听，监听到簇内所有节点时，发送管辖消息，确认加入其所管辖的路由，并更新汇聚节点本地的路由表信息，同时通知上级网络的工控机；若未覆盖所有节点，簇主节点继续选择所能搜索到的汇聚节点进行上述过程。如果最终没有一个汇聚节点接收该簇，则该簇只能与邻居簇进行路由。

在自组织无线信息交互网络中，由于信道共享、采用All to All的通信模式，信道内的端到端通信不需要路由，只有处在不同信道的节点互相通信时才需要路由。本发明针对无线信息交互网络重新设计路由算法，提出了基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法，其特征在于，首先利用分簇策略将网内节点构建成多个分簇，每个分簇包含多个普通节点和一个簇主节点，并在簇主节点的控制下，进行分簇管理和簇内信息交互；然后，通过利用一系列汇聚节点，构建一个分布式的无线汇聚网络；最后，在所述的分簇策略和分布式无线汇聚网络的基础上，提出一种轻量级的路由协议。所述的基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法，可以方便对网络进行路由管理，对网内所有节点进行寻址路由。

如上所述，结合附图和说明所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是依据本发明的技术实质所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法，其特征在于，采用无线信息交互网络的分簇策略构建多个分簇，每个分簇包含多个普通节点和一个簇主节点，并在簇主节点的控制下，进行分簇管理和簇内信息交互；然后通过一系列汇聚节点构建成分布式分级无线汇聚网络，实现簇间信息交互和网络集中管理；最后，在所述的分簇算法和分布式无线汇聚网络的基础上，提出一种轻量级的路由协议，对网络进行路由管理，并对网内所有节点进行寻址路由。

2.对于权利要求1所述的无线信息交互网络的分簇策略，其特征在于，通过无线网络分簇策略设计和分簇维护，以较小的通信开销和计算量，建立和维持一个能够覆盖所有节点的簇集合，这些簇可以进行网络资源管理，并通过路由协议实现高效结合。其中所述的分簇策略设计，其特征在于，确定每个节点的归属簇，采用非交叠簇结构，实现簇内信息交互。在网络建立的过程中簇主节点通过随机退避竞争产生，生成的簇主节点具有最小ID。簇的生成根据当前网络中节点通信范围、节点分布规律而采取不同方式。其中所述的分簇维护，其特征在于，分簇形成后，采用适当策略对已有分簇进行维护，包括簇节点加入、簇节点退出、簇主节点丢失、分簇合并。

3.对于权利要求1所述的分布式分级无线汇聚网络，其特征在于，利用一系列汇聚节点，设计分布式无线汇聚网络结构体系，并通过汇聚节点进行管理和网络互联，为分布式信息交互网络提供簇间信息交互和网络集中管理。其中所述的分布式无线汇聚网络结构体系设计，其特征在于，首先，创建分布式分级网络结构，分簇内节点构成第一级网络，各分簇的簇主节点构成第二级网络，汇聚节点构成第三级网络；其次，对汇聚节点进行合理的信道扫描分配，使覆盖相同分簇的汇聚节点平均分配到各个簇的信道中；最后，所述的三级网络结构，通过接入网络路由器，将各个汇聚节点收集到的数据压缩融合后发送至工控机，对所有在线节点状态进行监控。其中所述的汇聚节点管理，其特征在于，使使用相同信道的分簇分别归属于不同的汇聚节点，避免汇聚节点同时检测到不相邻的使用相同信道的分簇。所述汇聚节点的网络互联，是通过有线网络将节点上的以太网接口与交换机互连，同时将工控机也接入该交换机中，实现整个网络实时数据的集中监控。

4.对于权利要求1所述的基于分布式无线汇聚网络的分级路由算法，其特征在于，基于所述的分簇算法和分布式无线汇聚网络，通过路由表生成、路由检索和确认、路由表更新及维护，设计一种轻量级的路由协议。其中所述的路由表生成，其特征在于，分布式无线汇聚网络及分簇结构为基于表驱动的路由提供了网络结构，每一级网络只需维护一份包含该级网络内节点的路由表，将路由表包含节点的范围限制在分簇之内，然后将所有汇聚节点接入交换机，并且通过工控机存储全网的路由表信息。其中所述的路由检索和确认，其特征在于，通过簇内节点发起的簇间通信请求，建立一个路由路径，实现簇内节点与其它簇节点的通信连接。其中所述路由表的更新和维护，其特征在于，当网络中的普通节点、簇主节点、汇聚节点出现变动时，进行网络重构和所述路由的更新和维护。

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