CN104301906A - 一种无线传感网络网关与网关之间的中继通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线传感网络的网关与网关之间的中继通信方法，通过分析命令数据包中的目的通信地址，由网关软件自动控制切换无线数传模块的上行、下行信道来实现数据中继传输，达到扩大无线传感网络覆盖范围的目的。具有以下有益效果：在无线传感网络建设中采用中继通信技术方案，很好地解决受信号发射功率限制、通信距离近的应用难题，有效扩大无线传感网络的覆盖范围；利用普通无线数传模块、对其工作信道自动控制切换实现无线传感网络的中继通信，不需要专用硬件设备和开发复杂通信协议，系统开发和建设简便易行。

Description

一种无线传感网络网关与网关之间的中继通信方法

技术领域

本发明涉及一种通信方法，尤其是一种应用于无线传感网络领域实现采集数据大范围、远距离传输方法，具体地说是一种无线传感网络的网关与网关之间的中继通信方法。

背景技术

无线传感网络可以广泛应用于军事国防、工农业生产、城市管理、环境监测、抢险救灾、危险区域远程监控等许多重要领域。但受制于分配工作频点无线信号发射功率较低(最大只有数十dBm)，以及应用环境中物体的相互阻挡等实际困难，使得采集数据的远距离(大于数百米)无线传输的实际应用要求很难得到满足。

一种可行的延长无线通信距离的方法是采用中继通信，即在信息传递的发起端和最终接收端之间增加无线中继器，相邻无线中继器之间的距离并不远，而传输数据在无线中继器之间可以依次逐级传递，从而增加无线通信距离，达到扩大无线传感网络覆盖范围的目的。

但目前市面上可供选择的无线中继通信实现方案都存在设备复杂、成本高、功耗大等缺点，很难找到一种简便易用、适用于无线传感网络应用需求的低成本建设方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线传感网络网关与网关之间的中继通信方法，在无线传感网络已有的无线通信网关(以下简称无线网关或网关)硬件设备基础上，只要修改其控制软件，即可增加无线通信中继功能，简单易行、系统建设成本低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无线传感网络网关与网关之间的中继通信方法，包括以下步骤：

A、每个无线网关都被事先分配一个通信识别地址，在同一个无线传感网络内，各网关通信地址互不相同，即通信地址具有唯一性；

B、每个无线网关都含有一个无线数传模块，通过这个无线数传模块，无线网关与上位机和其它无线网关之间进行采集数据的上传和控制命令的下达通信；

C、无线数传模块的工作信道可以控制切换，当本级网关与上位计算机或上一级网关通信时，网关MCU把无线数传模块的工作信道切换为上行信道；当与下一级网关通信时，无线数传模块的工作信道被切换为下行信道；

D、在无线传感网络建设阶段，把各无线网关的工作参数设置到其内部参数存储单元(EEPROM)中保存；需要设置保存的网关工作参数如下：a、本网关通信地址，b、经本网关中继的其它网关的通信地址，c、上行信道编号，d、下行信道编号；

E、上位机读取各无线网关中的数据时，把所有网关等同对待，直接下发数据读取命令。

本发明具有以下有益效果：1、在无线传感网络建设中采用中继通信技术方案，很好地解决受信号发射功率限制、通信距离近的应用难题，有效扩大无线传感网络的覆盖范围；

2、利用普通无线数传模块、对其工作信道自动控制切换实现无线传感网络的中继通信，不需要专用硬件设备和开发复杂通信协议，系统开发和建设简便易行。

附图说明

图1是本发明无线网关组成框图。

图2是本发明无线网关中继通信软件流程图。

图3是本发明无线中继通信网络拓扑示意图。

图4是本发明命令数据包格式图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本发明无线传感网络的网关与网关之间的中继通信方法，通过分析命令数据包中的目的通信地址，由网关软件自动控制切换无线数传模块的上行、下行信道来实现数据中继传输，达到扩大无线传感网络覆盖范围的目的。

图1为本发明无线网关组成框图，无线网关由中央处理单元(MCU)1、参数存储单元(EEPROM)2、按键与显示模块3、无线传感通信模块4、无线数传模块5、电源模块6等部分组成。中央处理单元1为无线网关的控制、管理中心，它通过SPI或UART接口与其它单元/模块进行通信，发出控制命令，接收和处理响应数据。参数存储单元2负责保存设置的网关工作参数，掉电时参数不丢失。按键与显示模块3既可以用来人工按键设定修改工作参数，也可以切换显示网关各运行状态信息。无线传感通信模块4负责与所管理的无线传感器进行通信，采集监测数据。无线数传模块5负责与上位机或相邻(上级/下级)网关的无线数传模块进行无线通信，最终完成把网关采集数据上传至上位机。电源模块6负责为整个网关提供稳定的电源供应。

本发明无线网关的关注重点是无线数传模块5，要求其具有多个无线工作信道，中央处理单元1通过UART接口既可以收发通信数据包，也可以控制其工作信道的切换。理论上无线数传模块5的工作信道个数越多，可中继通信级联的层数越多。在工程应用时，通常设定位于同一级的无线网关的上行信道相同、下行信道也相同。

图2为本发明无线网关中继通信软件流程图，流程说明如下：

1、网关软件初始化时从参数存储单元2中读取配置工作参数，主要参数有：(1)网关通信地址AddressCode，(2)经本网关中继的其它网关通信地址列表RelayAddressList，(3)与上位机或上一级网关通信的上行信道UpChannel，(4)与下一级网关通信的下行信道DownChannel。

2、程序启动正常后，首先控制切换无线数传模块5工作于上行信道UpChannel。

3、等待接收上位机的下达命令。上位机下发命令数据包由目的地址、命令代码、参数长度、命令参数、校验和这几个部分组成，其格式如图4所示。

4、如果收到上位机下达命令，则根据命令数据包中的目的地址DestinationAddress判断作如下处理：

(1)如果是发送给本网关的命令，则根据命令要求，立即应答回传响应数据；

(2)如果是发送给本网关下级网关的命令，则软件自动切换无线数传模块5工作于下行信道DownChannel，并把上位机命令向下一级转发(此时为中继下行)，然后等待接收下级网关的应答数据包。如果在规定时间内收到应答数据包，则软件把无线数传模块5的工作信道再次切换回上行信道UpChannel，并把下级应答数据转发出去(此时为中继上行)。如果在规定时间内未收到下级网关应答数据包，则判断为超时异常，软件强制把无线数传模块5的工作信道切换为上行信道UpChannel。

(3)如果所收到命令既不是发送给本网关，也不是发送给本网关的下级网关，则丢弃。

5、上述处理结束后，跳转到步骤(3)，并一直循环工作下去。

图3为本发明无线中继通信网络拓扑示意图，该网络拓扑图为典型的倒树形结构图。对示意图说明如下：

1、上位机7为网络的树根，通过与其连接的无线数传模块8向网络中所有无线网关发送命令数据包，并接收和处理无线网关应答返回的响应数据包；

2、像树枝或树叶一样，网络中的任意一个网关与上位机(树根)之间的通信链路是唯一的。

3、每个网关事先被分配一个唯一可识别的通信地址；实施例图3中共有7个无线网关，其通信地址分别为1、2、...、7。其中通信地址为：1、2、6的3个网关需要担当中继器的角色，而3、4、5、7这4个网关不需要担当中继任务。

4、具有中继功能后，无线网络变为多层网络，离上位机7越远的网关的层级越高，通信需要经过中继的次数越多。例如，通信地址为7的网关处于第3层，与上位机之间的通信需要经过通信地址为2、6的两个网关中继。

5、各网关的工作参数需要事先配置保存到其内部参数存储单元2中。实施例图3中各网关的配置参数如下表：

无线网关	通信地址	上行信道	下行信道	中继网关地址
					1#	1	1	2	4
2#	2	1	2	5、6、7
					3#	3	1	2	-
4#	4	2	3	-
					5#	5	2	3	-
6#	6	2	3	7
					7#	7	3	4	-

本发明所涉及的无线传感器和网关的硬件电路可参照本发明实施例所公开的内容、以及相关技术文件自行设计制造，它对于所属领域的技术人员而言是不言而喻的。

Claims (1)

1.一种无线传感网络网关与网关之间的中继通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、每个无线网关都被事先分配一个通信识别地址，在同一个无线传感网络内，各网关通信地址互不相同，即通信地址具有唯一性；

B、每个无线网关都含有一个无线数传模块，通过这个无线数传模块，无线网关与上位机和其它无线网关之间进行采集数据的上传和控制命令的下达通信；

C、无线数传模块的工作信道可以控制切换，当本级网关与上位计算机或上一级网关通信时，网关MCU把无线数传模块的工作信道切换为上行信道；当与下一级网关通信时，无线数传模块的工作信道被切换为下行信道；

D、在无线传感网络建设阶段，把各无线网关的工作参数设置到其内部参数存储单元(EEPROM)中保存；需要设置保存的网关工作参数如下：a、本网关通信地址，b、经本网关中继的其它网关的通信地址，c、上行信道编号，d、下行信道编号；

E、上位机读取各无线网关中的数据时，把所有网关等同对待，直接下发数据读取命令。