CN105072663A - 一种基于低速率无线网络的自组网方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于低速率无线网络的自组网方法，包括以下步骤：步骤1、待组网网络中节点编号；步骤2、选取一个节点作为组网发起节点；步骤3、组网发起节点查找一级节点；步骤4、判断是否所有节点可作为一级节点，若是则组网结束，若否则进入下一步骤；步骤5、组网发起节点委托其下级节点查找每个下级节点对应的次级节点；步骤6、判断是否所有节点与组网发起节点已建立了上下级通信连接，若是则组网结束，否则返回步骤5。本发明用于低速率无线网络的组网时不会造成网络拥堵，并会大大降低网络并发风暴的概率。

Description

一种基于低速率无线网络的自组网方法
技术领域
本发明涉及无线低速率网络通信领域，具体是一种基于低速率无线网络的自组网方法。
背景技术
目前无线网络组网时常常采用Wi-Fi技术和6LowPAN技术，其中，Wi-Fi技术采用星型拓扑，网络覆盖范围为无线路由器的信号覆盖范围。6LowPAN是目前最被看好的无线组网技术，其因支持IPV6而被预言成物联网最终走向统一的必由之路。
在低速率无线网络组网时，受限于功耗的要求，单点之间的通信距离往往被约束在50米左右，若使用Wi-Fi技术的无线拓扑，需要骨干节点通信距离必须足够远，星型拓扑结构的Wi-Fi技术显然不适用。6LowPAN技术在组网完成后为了维持网络的需要，仍需进行很高频率的数据通信，其通信的目的是为了测算信号品质，动态地进行无线网络结构的维护。6LowPAN技术应用于低功率无线网络的组网时，因低功率无线网络本身的传输速率较低，多数时候并没有多少数据流量，此时整个网络仍有大量的网络维护数据在流转，当网络需要进行大量数据传输时，网络维护数据包并不会停止，这就导致大量数据包同时传输，无线信号并发导致信道拥塞，信道拥塞则会导致组网数据包不能传输，网络稳定性变差，甚至造成网络崩溃。因此，6LowPAN技术在低功率无线网络组网时显然也不适用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于低速率无线网络的自组网方法，其应用于低速率无线网络的组网时不会造成网络拥堵，并会大大降低网络并发风暴的概率。
本发明解决上述问题主要通过以下技术方案实现：一种基于低速率无线网络的自组网方法，包括以下步骤：
步骤一、对待组网网络中所有节点进行编号；
步骤二、选取一个节点作为组网发起节点，其中，组网发起节点中保存有待组网网络中所有节点编号的空路由表；
步骤三、组网发起节点与待组网网络中各个节点依次通信，并根据通信成功率和通信稳定性来确认各个节点是否作为其一级节点，对于确认可作为一级节点的节点，组网发起节点记录进其路由表中，并发送相应的控制指令给该节点，告知该节点组网发起节点为其上级节点，任何上传至组网发起节点的数据都需要经过该节点；
步骤四、组网发起节点轮询完待组网网络中各个节点后，若确认待组网网络中所有节点均可作为其一级节点，则组网结束，否则进入下一步骤；
步骤五、组网发起节点委托其下一级节点与待组网网络中除组网发起节点和一级节点外的其余节点依次通信，并根据这些节点与一级节点的通信成功率和通信稳定性来确认各个节点是否作为组网发起节点的二级节点，对于确认可作为二级节点的节点，一级节点将获得二级节点的信息反馈给组网发起节点，组网发起节点记录进其路由表中，并通过一级节点发送相应的控制指令给二级节点，告知该节点其对应的一级节点为其上级节点，任何上传至组网发起节点的数据都需要经过该节点，其中，当组网发起节点存在多个一级节点时，根据各个一级节点的编号依次与待组网网络中其余节点通信，前一个一级节点轮询完后才进行下一个一级节点轮询工作；
步骤六、判断是否待组网网络中所有节点与组网发起节点已建立了上下级通信连接，若是则组网结束，若否则采用步骤五的方式继续查找下一级节点，并反复应用步骤五的查找方式和进行步骤六的判断方式，直至所有节点与组网发起节点已建立了上下级通信连接。其中，本发明的节点为网络中存在的可以进行通信的设备。本发明应用时组成的网络并非星型拓扑，而是网状网络，本发明应用时组网算法根据实际的应用场景进行调整，不做大而全的组网算法，针对每一种环境进行精细化定制。本发明所支持的节点数量，根据芯片资源可动态调整，甚至可支持65535个无线节点。
进一步的，所述步骤二和步骤五中根据通信成功率和通信稳定性来确认下级节点的具体操作步骤如下：
步骤a、寻找下级节点的节点作为信号发送节点向未与组网发起节点建立上下级通信连接的节点逐个发送指明要求返回的命令，其中，信号发送节点向每个节点连续发送命令N次，N为大于或等于5的正整数；
步骤b、信号接收节点收到信号发送节点发送的命令后，解析并发出答复信号；
步骤c、信号发送节点在设定时间内收到信号接收节点发出的答复信号后，其收到信号统计值加1；
步骤d、N次询问完成后，得到成功通信的次数n，成功通信率真p=n/N，若p大于或等于设定的成功通信率阈值P，则该信号接收节点为信号发送节点的下级节点，否则该信号接收节点不能成为信号发送节点的下级节点。如此，本发明在具体实施时，利用瞬态的通信成功率表征两节点之间的信号质量，用以确定是否存在层级关系。
进一步的，所述步骤c还包括以下步骤：当信号发送节点向同一信号接收节点连续发送k次命令均未收到答复信号，则确认该信号接收节点不能作为信号发送节点的下级节点，对该节点询问过程终止，其中，k大于或等于3且小于N。
进一步的，所述N=20，P=90%。
综上所述，本发明具有以下有益效果：（1）本发明在组网过程采用轮询遍历的方式，不会造成网络拥堵，即同一时间只会有一个设备在发送无线信号，可大大降低网络并发风暴的概率。
（2）本发明组网过程中的查询工作是分布式的，但是路由表的整合是集中式的，路由表由组网发起节点统一进行管理，其中，分布式的查询可以确保最大概率地找到网络中的每一个节点，并确定其在网络中的位置；集中式路由表管理可以确保路由表的唯一性，且可以提高遍历查询的效率。如果没有分布式的查询，那么组网发起节点只能完成一级节点的查询工作，所能找到的节点非常有限。如果没有集中式的路由表管理，那么每一个节点都必须重复查询一遍所有的节点，后续的遍历查询只需要查找没有在路由表中的节点，也就是说，如果没有统一的路由表管理，组网时间会大大延长，而通信时间加长会影响组网的效果。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明做进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
如图1所示，一种基于低速率无线网络的自组网方法，包括以下步骤：步骤1、待组网网络中节点编号；步骤2、选取一个节点作为组网发起节点；步骤3、组网发起节点查找一级节点；步骤4、判断是否所有节点可作为一级节点，若是则组网结束，若否则进入下一步骤；步骤5、组网发起节点委托其下级节点查找每个下级节点对应的次级节点；步骤6、判断是否所有节点与组网发起节点已建立了上下级通信连接，若是则组网结束，否则返回步骤5。
本实施例的步骤1在具体实施时，需对待组网网络中所有节点进行编号。本实施例的步骤2在具体实施时，组网发起节点中保存有待组网网络中所有节点编号的空路由表。本实施例步骤3的具体实施过程为：组网发起节点与待组网网络中各个节点依次通信，并根据通信成功率和通信稳定性来确认各个节点是否作为其下级节点，即一级节点，对于确认可作为一级节点的节点，组网发起节点记录进其路由表中，并发送相应的控制指令给该节点，告知该节点组网发起节点为其上级节点，任何上传至组网发起节点的数据都需要经过该节点。本实施例的步骤4在具体实施过程中，组网发起节点需轮询完待组网网络中各个节点后。
本实施例步骤5和步骤6在具体实施过程中，具体包括以下步骤：组网发起节点先委托其一级节点与待组网网络中除组网发起节点和一级节点外的其余节点依次通信，并根据这些节点与一级节点的通信成功率和通信稳定性来确认各个节点是否作为组网发起节点的二级节点，对于确认可作为二级节点的节点，一级节点将获得二级节点的信息反馈给组网发起节点，组网发起节点记录进其路由表中，并通过一级节点发送相应的控制指令给二级节点，告知该节点其对应的一级节点为其上级节点，任何上传至组网发起节点的数据都需要经过该节点，其中，当组网发起节点存在多个一级节点时，根据各个一级节点的编号依次与待组网网络中其余节点通信，前一个一级节点轮询完后才进行下一个一级节点轮询工作。判断是否待组网网络中所有节点与组网发起节点已建立了上下级通信连接，若是则组网结束，若否则采用一级节点查找二级节点的方式由组网发起节点委托二级节点来查找三级节点。判断是否待组网网络中所有节点与组网发起节点已建立了上下级通信连接，若是则组网结束，若否则采用一级节点查找二级节点的方式由组网发起节点委托三级节点来查找四级节点。反复采用一级节点查找二级节点的方式查找每个下级节点的次级节点，直至待组网网络中所有节点与组网发起节点已建立了上下级通信连接，组网才结束。
本实施例根据通信成功率和通信稳定性来确认下级节点的具体操作步骤如下：步骤a、寻找下级节点的节点作为信号发送节点向未与组网发起节点建立上下级通信连接的节点逐个发送指明要求返回的命令，其中，信号发送节点向每个节点连续发送命令N次，N为大于或等于5的正整数；步骤b、信号接收节点收到信号发送节点发送的命令后，解析并发出答复信号；步骤c、信号发送节点在设定时间内收到信号接收节点发出的答复信号后，其收到信号统计值加1；步骤d、N次询问完成后，得到成功通信的次数n，成功通信率真p=n/N，若p大于或等于设定的成功通信率阈值P，则该信号接收节点为信号发送节点的下级节点，否则该信号接收节点不能成为信号发送节点的下级节点。其中，步骤c还包括以下步骤：当信号发送节点向同一信号接收节点连续发送k次命令均未收到答复信号，则确认该信号接收节点不能作为信号发送节点的下级节点，对该节点询问过程终止，其中，k大于或等于3且小于N。本实施例的N优选为20，P优选为90%，k优选为3。
现假设网络中存在6个节点，分别编号为0、1、2、3、4及5，现将0号节点作为组网发起节点，0号节点获取其下级节点的步骤为：s1、0号节点先向1号节点发送询问命令；s2、1号节点收到0号节点发送的命令后，解析，发现是询问命令，则给出答复信号；s3、由于不是每一次0号节点进行询问都能得到回复，且不是每一次回复0号节点都能收到，故每当0号节点收到应答信号都会技术值都会递增1；步骤s4、如果在询问过程中，出现连续三次没有收到应答的情况是，当即认为1号节点与0号节点通信成功率低和通信稳定性差，不能作为0号节点的下级节点，询问过程终止；步骤s5、0号节点连续询问20次，得到成功通信的次数n1，而通信成功率计算方法为p=n1/20,若p>=P则将1号节点作为0号节点的下级节点，记录进0号节点的路由表，否则放弃1号节点，执行s7；s6、0号节点给1号节点发送数据告知1号节点，0号为其上级节点，有任何数据上传都应上传给0号节点；s7、重复s1～s6,0号节点开始询问2、3、4及5号节点是否可作为其下级节点。
执行完s1～s7后，假设0号节点只得到1号节点作为下级节点，1号节点按s1～s7的方式，遍历2、3、4及5号节点是否可作为其下级节点。现再假设1号节点只得到2号节点一个下级节点，1号节点将2号节点的路由信息反馈回组网发起者，也就0号节点，由于0号节点统一管理路由表，0号节点通过路由表信息，组织转发命令，由1号节点转发，将包含路由信息的命令发送给2号节点，2号节点收到后，经解析，可以得到1号节点即为其上级节点，有任何数据上传都应经1号节点上传给0号节点。0号节点遍历整个路由表，发现3、4及5号节点还未找到，委托2号节点继续进行查询操作。如此往复，直到路由表中所有的节点都与0号节点建立了上下级通信连接。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于低速率无线网络的自组网方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、对待组网网络中所有节点进行编号；
步骤二、选取一个节点作为组网发起节点，其中，组网发起节点中保存有待组网网络中所有节点编号的空路由表；
步骤三、组网发起节点与待组网网络中各个节点依次通信，并根据通信成功率和通信稳定性来确认各个节点是否作为其一级节点，对于确认可作为一级节点的节点，组网发起节点记录进其路由表中，并发送相应的控制指令给该节点，告知该节点组网发起节点为其上级节点，任何上传至组网发起节点的数据都需要经过该节点；
步骤四、组网发起节点轮询完待组网网络中各个节点后，若确认待组网网络中所有节点均可作为其一级节点，则组网结束，否则进入下一步骤；
步骤五、组网发起节点委托其下一级节点与待组网网络中除组网发起节点和一级节点外的其余节点依次通信，并根据这些节点与一级节点的通信成功率和通信稳定性来确认各个节点是否作为组网发起节点的二级节点，对于确认可作为二级节点的节点，一级节点将获得二级节点的信息反馈给组网发起节点，组网发起节点记录进其路由表中，并通过一级节点发送相应的控制指令给二级节点，告知该节点其对应的一级节点为其上级节点，任何上传至组网发起节点的数据都需要经过该节点，其中，当组网发起节点存在多个一级节点时，根据各个一级节点的编号依次与待组网网络中其余节点通信，前一个一级节点轮询完后才进行下一个一级节点轮询工作；
步骤六、判断是否待组网网络中所有节点与组网发起节点已建立了上下级通信连接，若是则组网结束，若否则采用步骤五的方式继续查找下一级节点，并反复应用步骤五的查找方式和进行步骤六的判断方式，直至所有节点与组网发起节点已建立了上下级通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于低速率无线网络的自组网方法，其特征在于，所述步骤二和步骤五中根据通信成功率和通信稳定性来确认下级节点的具体操作步骤如下：
步骤a、寻找下级节点的节点作为信号发送节点向未与组网发起节点建立上下级通信连接的节点逐个发送指明要求返回的命令，其中，信号发送节点向每个节点连续发送命令N次，N为大于或等于5的正整数；
步骤b、信号接收节点收到信号发送节点发送的命令后，解析并发出答复信号；
步骤c、信号发送节点在设定时间内收到信号接收节点发出的答复信号后，其收到信号统计值加1；
步骤d、N次询问完成后，得到成功通信的次数n，成功通信率真p=n/N，若p大于或等于设定的成功通信率阈值P，则该信号接收节点为信号发送节点的下级节点，否则该信号接收节点不能成为信号发送节点的下级节点。
3.根据权利要求2所述的一种基于低速率无线网络的自组网方法，其特征在于，所述步骤c还包括以下步骤：当信号发送节点向同一信号接收节点连续发送k次命令均未收到答复信号，则确认该信号接收节点不能作为信号发送节点的下级节点，对该节点询问过程终止，其中，k大于或等于3且小于N。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于低速率无线网络的自组网方法，其特征在于，所述N=20，P=90%。
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