CN103491596A - 一种微功率无线通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微功率无线通信方法，包括：每一个无线传感器节点向邻居节点发送包含自身路由信息和友好节点路由信息的Hello包；所述每一个无线传感器节点接收由邻居节点发送的Hello包；所述每一个无线传感器节点根据接收到的所述邻居节点发送的Hello包，更新自身的友好节点路由信息；根据Hello包的信息判断友好节点的数据发送优先级，当友好节点路由信息中包含需发送的数据的目的地址时，根据数据发送优先级利用深度优先算法发送或转发数据；接收邻居节点所发送的数据并进行处理。本发明利用深度优先算法发送或转发数据，不会引起网络资源占用所造成的洪泛现象，增加了网络中节点的跳数，使得网络通信距离增加，网络覆盖范围也相应增加。

Description

一种微功率无线通信方法

技术领域

本发明涉及无线通信网络技术，尤其涉及一种微功率无线通信方法。

背景技术

各种微功率短距离无线电发射设备已渗透到人们的生活中，如人们所熟知的无绳电话、蓝牙、无线局域网、车距雷达、无线射频识别、超宽带，都属于微功率无线电技术范畴。现有技术的微功率无线通信装置广泛应用在无线抄表、工业遥测、遥控，在自动化数据采集、楼宇自动化、机房设备监控、安防、门禁系统、无线键盘、无线鼠标、水下定位、报警等工业和民用设备上。

在现有的无线自组织网络中，一般采用广度优先算法进行通信，广度优先算法是从初始节点开始，遍历与它相邻的所有节点以检测是否为目标节点，如果不是，则继续逐层向下进行，直到检测到目标节点为止。

通过以上描述可以看出，对于广度优先算法来说，需要在同一时刻发送大量数据，极大地占用了网络资源，容易引起洪泛现象，从而限制了网络中节点的跳数，导致网络的通信距离缩短，覆盖范围较小。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种微功率无线通信方法，能够解决现有技术中同一时刻需要发送大量数据，而易引发洪泛现象的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种微功率无线通信方法，包括：

每一个无线传感器节点向邻居节点发送包含自身路由信息和友好节点路由信息的Hello包；

所述每一个无线传感器节点接收由邻居节点发送的Hello包；

所述每一个无线传感器节点根据接收到的所述邻居节点发送的Hello包，更新自身的友好节点路由信息；

根据Hello包的信息判断友好节点的数据发送优先级，当友好节点路由信息中包含需发送的数据的目的地址时，根据数据发送优先级利用深度优先算法发送或转发数据；

接收邻居节点所发送的数据并进行处理。

进一步地，所述每一个无线传感器节点向邻居节点发送包含自身路由信息和友好节点路由信息的Hello包，包括：每一个无线传感器节点按照固定的时间间隔向邻居节点发送包含自身路由信息和友好节点路由信息的Hello包。

进一步地，所述固定的时间间隔为：3分钟。

进一步地，

所述更新自身的友好节点路由信息包括：判断并更新所述友好节点到发送该Hello包的邻居节点的链路质量信息；

所述根据所述Hello包的信息判断友好节点的数据发送优先级包括：根据所述链路质量信息判断该友好节点的数据发送优先级。

进一步地，

所述方法还包括：根据所接收到的发送Hello包的邻居节点信息建立邻居表，所述邻居表包括：邻居节点地址、所接收的邻居节点信号的发射强度、与邻居节点、与邻居节点的链路质量、与邻居节点的链路可靠度中的一个或多个信息；

所述链路可靠度的计算方法为：

LR=A(SysRunTime／RecHelloTimes)，

其中LR为链路可靠度，A为运算系数，SysRunTime为无线传感器节点上电后的运行时间，RecHelloTimes为无线传感器节点上电后接收到所述邻居节点发送的Hello包次数；

所述根据所述Hello包的信息判断友好节点的数据发送优先级包括：根据所述邻居表的信息判断该邻居节点的数据发送优先级。

进一步地，

当邻居节点故障无法发送Hello包时，将邻居节点信息从所述邻居表中去除；

所述根据所述邻居表的信息判断该邻居节点的数据发送优先级，包括：当邻居节点故障无法发送Hello包时，把所述邻居节点的数据发送优先级降低。

进一步地，所述方法还包括，接收外部设备发送的数据请求并发送数据。

进一步地，所述方法还包括，接收数据并判断数据的目的地址是否为自身：当所述数据的目的地址是自身时，处理数据并传输至外部设备，接收外部设备的回复并发送；当所述数据的目的地址不是自身且不包含在友好节点路由信息中时，不进行任何动作。

进一步地，所述判断数据的目的地址还包括，判断数据是否是自身发送并被邻居节点返回的数据，如果是，则将数据发送给其他邻居节点。

进一步地，其特征在于，在所述每一个无线传感器节点向邻居节点发送包含自身路由信息和友好节点路由信息的Hello包之前，包括：上电时向外部设备发起地址查询命令，将自身路由信息更改为外部设备地址。

(三)有益效果

在本发明提出的一种微功率无线通信方法中，由网络中的每一个无线传感器节点分别发送Hello包信息，从而能够将自身节点和友好节点的路由信息通过广播发送出去，并且可以根据从邻居节点接收到的信息来及时更新自身的友好节点路由信息。根据上述本发明法得到的路由信息可以判断友好节点数据发送的优先级，并在此基础上利用深度优先算法发送或转发数据，避免了同一时刻发送大量数据的做法，所传输的信息量较小，不会引起网络资源占用所造成的洪泛现象，从而增加了网络中节点的跳数，使得网络通信距离增加，网络覆盖范围也相应增加。

同时，本发明还能实时地更新邻居节点的状态，及时有效地发现邻居节点的故障并迅速去除并降低其数据发送优先级，实现了网络的智能自愈功能，保证了数据传输的正常进行和传输路径的优化选择。本发明的微功率无线通信方法通信距离远、穿透能力强，最大通信距离可以达到1200米。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明微功率无线通信方法的基本流程示意图；

图2是本发明微功率无线通信方法的一个优选实施例流程示意图；

图3是本发明微功率无线通信方法的一个优选实施例选择路由的方式示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动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。

本发明实施例首先提出一种微功率无线通信方法，参加图1，包括：

步骤101：每一个无线传感器节点向邻居节点发送包含自身路由信息和友好节点路由信息的Hello包。

步骤102：所述每一个无线传感器节点接收由邻居节点发送的Hello包。

步骤103：所述每一个无线传感器节点根据接收到的所述邻居节点发送的Hello包，更新自身的友好节点路由信息。

步骤104：根据Hello包的信息判断友好节点的数据发送优先级，当友好节点路由信息中包含需发送的数据的目的地址时，根据数据发送优先级利用深度优先算法发送或转发数据。

步骤105：接收邻居节点所发送的数据并进行处理。

可见，在本发明实施例提出的一种微功率无线通信方法中，由网络中的每一个无线传感器节点分别发送Hello包信息，从而能够将自身节点和友好节点的路由信息通过广播发送出去，并且可以根据从邻居节点接收到的信息来及时更新自身的友好节点路由信息。根据上述本发明实施例方法得到的路由信息可以判断友好节点数据发送的优先级，并在此基础上利用深度优先算法发送或转发数据，避免了同一时刻发送大量数据的做法，所传输的信息量较小，不会引起网络资源占用所造成的洪泛现象，从而增加了网络中节点的跳数，使得网络通信距离增加，网络覆盖范围也相应增加。

在本发明实施例的上述方法中，为了能够更加及时有效地更新Hello包中的友好节点路由信息和邻居节点的动态，优选地，可以采用每一个无线传感器节点按照固定的时间间隔发送Hello包的方式。

在本发明的一个实施例中，为了能够更好地适应Hello包的大小和更新要求，需要选择适当的时间间隔来发送和接收Hello包信息，时间过长则系统不能够及时获取最新信息，过短则会导致应用数据传输困难。优选的，定时发送的时间间隔选择为：3分钟。

在本发明实施例的上述方法中，为了更好地掌握无线传感器节点的状态，用来发送和接收路由信息的Hello包不仅包括了自身节点和友好节点的路由信息，还可以包括友好节点到自身节点的链路质量信息，相应地，判断友好节点的数据发送优先级的方法也可以包括：根据链路质量信息来判断友好节点的数据发送优先级，当友好节点的链路质量信息越高时，相应友好节点的数据发送优先级越高；反之则越低。

在本发明的一个实施例中，为了进一步掌握自身节点周围一跳传输范围内的邻居节点的信息，在接收Hello包来更新自身节点的友好节点列表和路由信息时，还可以通过监听邻居节点发送的Hello包，来建立邻居表并取得邻居表节点信息。其中邻居表节点信息可以包括：邻居节点地址、所接收的邻居节点信号的发射强度、与邻居节点的链路质量、与邻居节点的链路可靠度中的一个或多个信息；相应地，判断判断邻居节点的数据发送优先级的方法也可以包括：根据邻居表的信息判断该邻居节点的数据发送优先级，当所接收到的邻居节点信号发射强度越强，与邻居节点的链路质量越好，链路可靠度越高时，邻居节点的数据发送优先级越高；反之，优先级则越低。

其中，邻居表节点信息中链路可靠度的计算方法可以是：

LR=A(SysRunTime／RecHelloTimes)

LR为链路可靠度，A为运算系数，SysRunTime为无线传感器节点上电后运行时间，RecHelloTimes为无线传感器节点上电后接收到所述邻居节点发送的Hello包次数。当接收到的Hello包次数越多时，邻居节点被认为越可靠，LR值相应的越小；相反地，接收到的Hello包次数越少，LR值越大，邻居节点越不可靠。

在本发明的另一个实施例中，当邻居节点由于故障而无法发送Hello包时，为了保证无线传感器节点的路由链路正常，优选地，可以将邻居节点的信息从邻居表中去除，其中邻居节点故障的判断依据是在有效时间(一个或几个Hello包周期)内，未收到已知邻居节点的Hello包；而相应地，邻居节点的数据发送优先级也会被降低。

在本发明的一个实施例中，当外接设备有数据请求时，会向无线传感器节点发送数据请求，数据请求的数据经过处理后通过射频信号发送出去。

在本发明的另一个实施例中，当接收到其他无线传感器节点发送的数据时，首先需要判断所接收到的数据的目的地址是否为自身。当目的地址是自身时，将数据经过处理后传输至外部设备并等待外部设备的回复，将外部设备的回复数据发送出去；当目的地址不是自身时，如果在友好节点路由信息中，则根据友好节点的数据发送优先级进行数据转发，如果不在友好节点路由信息中，则不进行任何动作。

在本发明的一个实施例中，当收到自己发出又被其他无线传感器节点当做路由中继对象返回的数据时，则将其接收并发送给另外的无线传感器节点。

在本发明的另一个实施例中，优选地，当无线传感器节点刚上电时，首先向外部设备发起地址查询命令，建立正常通信之后，节点将自身的地址更改为外部设备的地址，该地址即为数据的目的地址。

下面以具体对一个无线传感器网络进行组网，并由A节点向H节点进行无线通信为例，来详细说明本发明一个实施例的实现过程，如图2所示，包括：

步骤201：给无线传感器节点上电。

无线传感器节点上电后，即处于工作状态，可以参与无线传感器网络的组建、数据的采集及传输。当无线传感器节点刚上电时，首先向外部设备发起地址查询命令，建立正常通信之后，节点将自身的地址更改为外部设备的地址，该地址即为数据的目的地址。

步骤202：等待设定的时间间隔--3分钟到达后，发送包含自身节点路由信息的Hello包。

此时网络节点还未曾接收过友好节点的路由信息，所以这里网络节点能够发送的只有自身节点的路由信息。

在信息发送的过程中，首先控制射频开关打开，然后将需发送的Hello包在输出时进行信号放大并发送。

步骤203：网络节点收到其他节点发送的无线数据，判断是否是Hello包，如果不是，则回到步骤202，继续等待重新接收；如果是，则进入步骤204。

在信息接收的过程中，控制接收端的射频开关一直处于开启状态，在接收到Hello包信息之后，将接收到的射频信号进行低噪声放大、滤波处理，将频率不同的波过滤，然后将同波段的信号接收并处理。

步骤204：解析出MAC层源地址，建立邻居表，并得到邻居表信息。

网络节点根据监听接收到的Hello包中邻居节点的信息来建立邻居表并得到相应信息，这样可以更好地掌握自身节点周围一跳范围内的邻居节点的情况，其中邻居表包括：邻居节点地址、接收到的邻居节点发送信息的信号强度、与邻居节点的链路质量、与邻居节点的链路可靠度。

网络节点用来计算邻居表节点信息中链路可靠度的计算方法是：

LR=A(SysRunTime／RecHelloTimes)

其中，LR为链路可靠度，A为运算系数，与信号强度相关，SysRunTime为无线传感器节点上电后运行时间，RecHelloTimes为无线传感器节点上电后接收到所述邻居节点发送的Hello包次数。当接收到的Hello包次数越多时，邻居节点被认为越可靠，LR值相应的越小；相反地，接收到的Hello包次数越少，LR值越大，邻居节点越不可靠。

步骤205：解析收到的Hello包中友好节点的路由信息，创建友好节点列表和路由信息。

网络节点根据收到的其他节点的Hello包中信息，可以创建自身节点的友好节点列表，并存储友好节点的路由信息。

步骤206：继续等待设定的3分钟时间间隔后，发送包含自身节点路由信息、已收集的友好节点路由信息以及友好节点到自身节点链路质量信息的Hello包。

此时网络节点发送的Hello包不仅包括了自身节点的路由信息，还包括了根据之前接收到Hello包所创建的友好节点列表和路由信息，另外为了更好地掌握无线传感器节点的状态，Hello包中还包括了友好节点到自身节点的链路质量信息。

步骤207：根据收到的其他节点的无线数据，判断是否是Hello包。如果不是，则回到步骤202继续等待重新接收；如果是，则进入步骤208。

步骤208：解析MAC层源地址并检索邻居表：如果邻居表中没有该地址，则进行步骤209，如果邻居表中有该地址，进入步骤210。

步骤209：将收到的Hello包中解析出的该MAC层源地址添加至邻居表并添加相关信息。

邻居表中没有该MAC地址时，需要添加新地址和相关信息到邻居表中。

步骤210：将该MAC层源地址存在邻居表中的条目信息更新。

邻居节点的状态也在不断地变化，所以对于已存在的邻居表地址条目，也需要根据接收到的信息不断更新邻居表。

步骤211：解析收到的Hello包中友好节点的路由信息，检索友好节点路由信息列表：如果没有该路由信息，则进行步骤212；如果已经有该路由信息，进入步骤213。

步骤212：将收到的Hello包中解析出的该友好节点路由信息添加至友好节点列表。

此步骤中添加新的友好节点路由信息至友好节点列表。

步骤213：将该友好节点路由信息存在友好节点列表中的条目信息更新。

步骤214：根据所接收到的Hello包中的友好节点链路质量信息和邻居表的信息判断数据发送优先级。

本步骤中，根据链路质量信息来判断友好节点的数据发送优先级，当友好节点的链路质量信息越高时，相应友好节点的数据发送优先级越高；反之则越低；根据邻居表的信息判断该邻居节点的数据发送优先级，当所接收到的邻居节点信号发射强度越强，与邻居节点的链路质量越好，链路可靠度越高时，邻居节点的数据发送优先级越高；反之，优先级则越低。

步骤215：节点A接收外部设备发送的数据请求并选择路由发送数据至节点H。

本发明实施例中，所形成的无线传感器网络如图3所示。

当外接设备有数据请求时，会向无线传感器节点发送数据请求，数据请求的数据经过处理后通过射频信号发送出去。本发明实施例中，节点A的外部设备需要发送数据至节点H，则会向节点A发送数据请求，节点A将数据进行处理，并通过深度优先算法选择路由将射频信号发送出去，图中的501—507表示了节点A选择路由的整个搜索过程。

其中，虚线表示友好节点，对于节点A而言，各节点之间的优先级按照字母顺序排列，为由B至H。在数据的发送过程中，首先由节点A根据数据发送优先级发送至B，而B会向C和E发送：其中节点E判断是由节点A发出的搜索，而自己没有再下一级节点，所以会返回给B未搜索到H；而节点C会再发送给D，D没有下级节点，所以会返回未搜索到H，一直返回到节点A。则节点A知道通过B和E都搜索不到H，会继续发送给节点F，由F到G再到H完成发送，并组建路由A-F-G-H，则由节点A发送的数据可以通过图5中的A-F-G-H路径发送至节点H。

这种深度优先算法的数据收发方式有效地避免了网络洪泛现象，并且当经过一定的Hello包收发周期之后，节点A可以依靠更新自己的友好节点列表和路由表信息，来直接定义到节点H的路由为：A-F-G-H，此后一旦有同样的数据发送请求，节点A就可以按照上述路由表中的路径信息直接发送，而无需执行上述的搜索程序。如果在数据发送过程中产生了故障节点，则首先判断路由表中是否还有其他路由，如果没有，则进行深度搜索重新查找新的路由。

步骤216：节点H接收节点A所发送的数据，判断数据的目的地址，处理数据并返回回复数据至节点A。

至此，则完成了本发明实施例中下面以具体对一个无线传感器网络进行组网，并由A节点向H节点进行无线通信的全过程。

另外，需要说明的是，上述基于图2的所有流程描述是本发明动态组网方法的一种优选的实现过程，在本发明动态组网方法的实际实现中，可以根据需要在图1所示流程的基础上进行任意变形，可以是选择图2中的任意步骤来实现，各步骤的先后顺序也可以根据需要调整等。

可见，本发明实施例具有如下有益效果：

在本发明实施例提出的一种微功率无线通信方法中，由网络中的每一个无线传感器节点分别发送Hello包信息，从而能够将自身节点和友好节点的路由信息通过广播发送出去，并且可以根据从邻居节点接收到的信息来及时更新自身的友好节点路由信息。根据上述本发明实施例方法得到的路由信息可以判断友好节点数据发送的优先级，并在此基础上利用深度优先算法发送或转发数据，避免了同一时刻发送大量数据的做法，所传输的信息量较小，不会引起网络资源占用所造成的洪泛现象，从而增加了网络中节点的跳数，使得网络通信距离增加，网络覆盖范围也相应增加。

同时，本发明实施例还能实时地更新邻居节点的状态，及时有效地发现邻居节点的故障并迅速去除并降低其数据发送优先级，实现了网络的智能自愈功能，保证了数据传输的正常进行和传输路径的优化选择。本发明实施例的微功率无线通信方法通信距离远、穿透能力强，最大通信距离可以达到1200米。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种微功率无线通信方法，其特征在于，包括：

每一个无线传感器节点向邻居节点发送包含自身路由信息和友好节点路由信息的Hello包；

所述每一个无线传感器节点接收由邻居节点发送的Hello包；

所述每一个无线传感器节点根据接收到的所述邻居节点发送的Hello包，更新自身的友好节点路由信息；

根据Hello包的信息判断友好节点的数据发送优先级，当友好节点路由信息中包含需发送的数据的目的地址时，根据数据发送优先级利用深度优先算法发送或转发数据；

接收邻居节点所发送的数据并进行处理。

2.根据权利要求1所述的微功率无线通信方法，其特征在于，所述每一个无线传感器节点向邻居节点发送包含自身路由信息和友好节点路由信息的Hello包，包括：每一个无线传感器节点按照固定的时间间隔向邻居节点发送包含自身路由信息和友好节点路由信息的Hello包。

3.根据权利要求2所述的微功率无线通信方法，其特征在于：所述固定的时间间隔为：3分钟。

4.根据权利要求1所述的微功率无线通信方法，其特征在于：

所述更新自身的友好节点路由信息包括：判断并更新所述友好节点到发送该Hello包的邻居节点的链路质量信息；

所述根据所述Hello包的信息判断友好节点的数据发送优先级包括：根据所述链路质量信息判断该友好节点的数据发送优先级。

5.根据权利要求1所述的微功率无线通信方法，其特征在于：

所述方法还包括：根据所接收到的发送Hello包的邻居节点信息建立邻居表，所述邻居表包括：邻居节点地址、所接收的邻居节点信号的发射强度、与邻居节点的链路质量、与邻居节点的链路可靠度中的一个或多个信息；

所述链路可靠度的计算方法为：

LR=A(SysRunTime／RecHelloTimes)，

其中LR为链路可靠度，A为运算系数，SysRunTime为无线传感器节点上电后的运行时间，RecHelloTimes为无线传感器节点上电后接收到所述邻居节点发送的Hello包次数；

所述根据所述Hello包的信息判断友好节点的数据发送优先级包括：根据所述邻居表的信息判断该邻居节点的数据发送优先级。

6.根据权利要求5所述的微功率无线通信方法，其特征在于：

当邻居节点故障无法发送Hello包时，将邻居节点信息从所述邻居表中去除；

所述根据所述邻居表的信息判断该邻居节点的数据发送优先级，包括：当邻居节点故障无法发送Hello包时，把所述邻居节点的数据发送优先级降低。

7.根据权利要求1所述的微功率无线通信方法，其特征在于，所述方法还包括，接收外部设备发送的数据请求并发送数据。

8.根据权利要求1所述的微功率无线通信方法，其特征在于，所述方法还包括，接收数据并判断数据的目的地址是否为自身：当所述数据的目的地址是自身时，处理数据并传输至外部设备，接收外部设备的回复并发送；当所述数据的目的地址不是自身且不包含在友好节点路由信息中时，不进行任何动作。

9.根据权利要求8所述的微功率无线通信方法，其特征在于，所述判断数据的目的地址还包括，判断数据是否是自身发送并被邻居节点返回的数据，如果是，则将数据发送给其他邻居节点。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的微功率无线通信方法，其特征在于，在所述每一个无线传感器节点向邻居节点发送包含自身路由信息和友好节点路由信息的Hello包之前，包括：上电时向外部设备发起地址查询命令，将自身路由信息更改为外部设备地址。

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