CN105430662A - 一种微功率无线通信网络的组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微功率无线通信网络的组网方法，将网络内的子节点分为骨干节点和普通节点，采用两组组网信道组并行的方式进行组网；包括信标发送、场强收集和参数配置步骤，主节点与骨干节点进行场强收集和参数配置，骨干节点普通节点邻居直接进行参数配置。本发明的组网过程使用两个组网信道组并行组网的方式，使用骨干网的方式搭建基础网能很大程度上保证了网络的稳定性；大量的普通节点邻居无需场强收集，直接执行参数配置，因此大大节省了组网时间，实现了快速组网。

Description

一种微功率无线通信网络的组网方法

[技术领域]

本发明涉及微功率无线通信，尤其涉及一种微功率无线通信网络的组网方法。

[背景技术]

无线通信是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。早在二十世纪七十年代，人们就开始了无线网的研究，发展至今，已经真正进入一个无线技术无所不在的时代。手机通话、短信息通信无处不在；GPS导航系统为我们导航指路；无线智能家居设备、无线故障监测系统、农作物环境监测控制系统等典型应用，无线技术正不断改变我们的生活方式，使人们的生活更加舒适、美好、安全。对于无线系统来说，是以天线为载体发送接收无线电波来实现信息地正确发送和接收，发射时，把高频电流转化为电波；接收时，把电波转换为高频电流。

无线通信系统可分为长距离无线通信系统和短距离无线通信系统，短距离无线通信系统，是随着数字通信和计算机技术的不断发展而产生的，短距离无线通信一般功率在几1mW到小于10mW，通信距离从几厘米到几百米，使用全向天线或PCB天线，不受环境阻隔影响。短距离无线通信实用技术主要有：红外技术，蓝牙技术，802.11b无线局域网标准技术，微功率短距离无线通信技术，其比较如下表所示：

微功率无线通信目前通用自组网的组网方式，无线自组织网络是一种不同于传统无线通信网络的技术。传统的无线蜂窝通信网络，需要固定的网络设备如基地站的支持，进行数据的转发和用户服务控制。而无线自组织网络不需要固定设备支持，各节点即用户终端自行组网，通信时，由其他用户节点进行数据的转发。这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络的地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署。

现有微功率无线通讯的组网方式中，一个网络中的众多节点是平等的。组网时需要对每个节点逐一进行场强收集，配置路径，然后节点参数配置，且都在同一组信道组内传输。场强收集时间长，配置的路径长。申请号为CN201310634145.2的发明公开了一种微功率无线通信网络的组网方法，所述的微功率无线通信网络包括一个中心节点和若干个子节点，包括以下步骤：中心节点发出第一跳的组网报文；确认第一跳的子节点入网；第一跳的补入网；接着，中心节点发出第二跳的组网报文；中心节点发出第三跳的组网报文；以此类推，中心节点发出第z跳的组网报文，整个组网过程耗时多，且功耗较大。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种耗时较短、网络稳定性好的微功率无线通信网络的组网方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种微功率无线通信网络的组网方法，将网络内的子节点分为骨干节点和普通节点，采用两组组网信道组并行的方式进行组网，包括信标发送、场强收集和参数配置步骤，主节点与骨干节点进行场强收集和参数配置，骨干节点普通节点邻居直接进行参数配置。

以上所述的微功率无线通信网络的组网方法，骨干节点是安装外置天线的节点，普通节点是安装内置天线的节点。

以上所述的微功率无线通信网络的组网方法，主节点与骨干节点之间使用第一信道组进行通信，骨干节点与普通节点之间使用第二信道组进行通信。

以上所述的微功率无线通信网络的组网方法，普通节点邻居的配置路径直接从骨干节点到该普通节点邻居。

以上所述的微功率无线通信网络的组网方法，发起组网时，主节点在第一信道组上向一级骨干节点发起组网信标的发送，并启动一个定时器；与此同时，主节点在第二信道组上向主节点的普通节点邻居发送唤醒命令；

定时器到时后，中心节点检查自己的临时邻居表，若其为空则通过发出状态参数终止组网，若不为空则开始即场强收集阶段；

一级骨干节点接收到第一信道组上的组网信标后，先在第二信道组上发唤醒命令，唤醒周围的主节点的普通节点邻居和一级骨干节点的普通节点邻居，然后等待自身时隙，在第一信道上向主节点和二级骨干节点转发信标帧；

二级骨干节点接收到信标后重复上述动作，即先在第二信道组上发唤醒命令唤醒周围的一级骨干节点的普通节点邻居和二级骨干节点的普通节点邻居，然后等待自身时隙，在第一信道上向一级骨干节点和三级骨干节点转发信标帧；

在超帧等待期间，普通子节点收到唤醒命令后，在第二信道上向对应的主节点和骨干节点回复唤醒确认帧，骨干节点记录响应的普通节点的邻居。

以上所述的微功率无线通信网络的组网方法，定时器的时长为N轮信标超帧等待的时间，其中N是最大通信级数；每轮超帧的等待时间为n×Tb,其中n是网络规模，n＝骨干节点数+普通节点数，Tb是时隙，Tb＝300ms；骨干节点自身对应的转发时隙T＝节点地址modn。

以上所述的微功率无线通信网络的组网方法，场强收集阶段在信标发送流程结束之后开始进行，主节点维护两个列表：临时邻居表和邻居场强表；主节点检查邻居场强表，筛选出属于本网络的各级骨干子节点，对骨干网进行逐层场强收集，节点的邻居场强通过构造并发送场强命令帧然后接受场强收集应答帧来获取，中心节点根据应答帧的信息判断是否需要继续对其执行收集场强操作；主节点在各已收集节点的邻居场强信息中进行查询，筛选出属于本网络的节点并加入邻居场强表中；每一层次的子节点的场强收集完成后，开始针对此层次子节点的路径计算及参数配置；当邻居场强表中不存在未执行场强收集的子节点或层次数已大于7时，场强收集阶段结束。

以上所述的微功率无线通信网络的组网方法，主节点对子节点的场强信息分作多页存储，中心节点先收集第0页，目标骨干子节点在回复的场强收集应答帧中包含场强表总页数及当前页数信息。

以上所述的微功率无线通信网络的组网方法，当骨干节点的场强收集过程结束后，根据收集到的邻居场强信息，主节点为每个邻居场强表中的子节点计算从主节点到该子节点的路径，建立路由表，然后开始对骨干节点进行参数配置；骨干节点全部组网完成后，主节点遍历所有的骨干节点邻居，通过骨干节点的普通节点的邻居场强信息计算所有普通子节点的路径，根据计算出来的路径，配置主节点和各级骨干节点的普通邻居；所有的节点配置完成以后组网结束。

以上所述的微功率无线通信网络的组网方法，配置参数是通过构造并发送配置骨干节点帧然后接受节点配置应答帧完成，发送配置子节点帧时，采用为该子节点计算出的路径进行传输。

本发明的组网过程使用两个组网信道组并行组网的方式，其中主节点与骨干节点之间使用信第一道组进行通信，骨干节点与普通节点之间使用第二信道组进行通信，使用骨干网的方式搭建基础网能很大程度上保证了网络的稳定性，另一方面大量的普通节点邻居无需场强收集，直接执行参数配置，因此大大节省了组网时间，实现了快速组网。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例微功率无线通信网络的系统图；

在图1中，标记○为普通节点。

图2是本发明实施例微功率无线通信网络的组网方法的流程图。

[具体实施方式]

本发明将网络内的子节点分为骨干节点和普通节点两类，采用两组组网信道组并行的方式进行组网，主节点与骨干节点需要场强收集和参数配置，骨干节点普通节点邻居无需场强收集，直接进行参数配置，实现快速低功耗的组网。

一、节点分类

本发明将子节点分为骨干节点和普通节点两类，骨干节点是指安装外置天线的节点，发射和接收性能较好；普通节点是指安装内置天线的节点，发送和接收性能相对偏弱。一般地，骨干节点功耗要求不严格，普通节点是有低功耗需求的。

二、双信道组并行组网

本组网过程使用的是两个组网信道组并行组网的方式，其中主节点与骨干节点之间使用信道组A进行通信，骨干节点与普通节点之间使用信道组B进行通信，使用骨干网的方式搭建基础网能很大程度上保证了网络的稳定性，另一方面大量的普通节点邻居无需场强收集，直接执行参数配置，因此大大节省了组网时间，实现了快速组网。此组网方式中普通节点邻居的配置路径都是直接从骨干节点到该普通节点邻居，大幅度缩短了配置路径，路径配制和场强收集环节的精简减少了不必要的发送接收，实现了低功耗。

三、发送组网信标

当发起组网时，主节点在A信道组上向一级骨干节点发起组网信标的发送，并启动一个定时器，与此同时，主节点在B信道组上向主节点的普通节点邻居发送唤醒命令。

上述定时器的时长为N轮信标超帧等待的时间，其中N是最大通信级数。每轮超帧的等待时间为n×Tb,其中n是网络规模，n＝骨干节点数+普通节点数，Tb是时隙，Tb＝300ms。

定时器到时后，中心节点检查自己的临时邻居表，若其为空则通过发出状态参数终止组网，若不为空则开始下一阶段即场强收集阶段。

一级骨干节点接收到A信道组上的组网信标后，先在B信道组上发唤醒命令唤醒周围的主节点的普通节点邻居和一级骨干节点的普通节点邻居，然后等待自身时隙，在A信道上向主节点和二级骨干节点转发信标帧，骨干节点自身对应的转发时隙T＝节点地址modn，其中，节点地址是一个BCD码，mod是取余运算。

二级骨干节点接收到信标后重复上述动作，即先在B信道组上发唤醒命令唤醒周围的一级骨干节点的普通节点邻居和二级骨干节点的普通节点邻居，然后等待自身时隙，在A信道上向一级骨干节点和三级骨干节点转发信标帧。后续依此类推。

其中，主节点的普通节点邻居，一部分是由主节点唤醒的，一部分是由一级骨干节点唤醒的。一级骨干节点的普通节点邻居，一部分是由一级骨干节点唤醒的，一部分是由二级骨干节点唤醒的。

在超帧等待期间，普通子节点收到唤醒命令后，在B信道上向对应的主节点和骨干节点回复唤醒确认帧，骨干节点记录响应的普通节点的邻居。

四、场强收集

信标帧的发送流程结束以后，开始进行场强收集。主节点维护两个列表：临时邻居表和邻居场强表。主节点检查邻居场强表，筛选出属于本网络的各级骨干子节点，对骨干网进行逐层场强收集，节点的邻居场强是通过构造并发送场强命令帧然后接受场强收集应答帧来获取的，其中：子节点的场强信息分作多页存储，中心节点先收集第0页，目标骨干子节点在回复的场强收集应答帧中包含场强表总页数及当前页数信息，中心节点根据这些信息判断是否需要继续对其执行收集场强操作；主节点在各已收集节点的邻居场强信息中进行查询，筛选出属于本网络的节点并加入邻居场强表中；每一层次的子节点的场强收集完成后，开始针对此层次子节点的路径计算及参数配置；当邻居场强表中不存在未执行场强收集的子节点或层次数已大于7时，此阶段结束。

五、路径配置和子节点参数配置

当骨干节点的场强收集过程结束后，根据收集到的邻居场强信息，主节点为每个邻居场强表中的子节点计算从主节点到该子节点的路径，建立路由表，然后开始对骨干节点进行参数配置。配置参数是通过构造并发送配置骨干节点帧然后接受节点配置应答帧来完成的。发送配置子节点帧时，采用为该子节点计算出的路径进行传输。

骨干节点全部组网完成后，主节点遍历所有的骨干节点邻居，通过骨干节点的普通节点的邻居场强信息计算所有普通子节点的路径，根据计算出来的路径，配置主节点和各级骨干节点的普通邻居。配置参数跟骨干节点类似，也是通过构造并发送配置普通节点帧然后接受节点配置应答帧来完成的。所有的节点配置完成以后组网结束。

本发明以上实施例的组网过程使用的是两个组网信道组并行组网的方式，其中主节点与骨干节点之间使用信道组A进行通信，骨干节点与普通节点之间使用信道组B进行通信，使用骨干网的方式搭建基础网能很大程度上保证了网络的稳定性，另一方面大量的普通节点邻居无需场强收集，直接执行参数配置，因此大大节省了组网时间，实现了快速组网。此组网方式中普通节点邻居的配置路径都是直接从骨干节点到该普通节点邻居，大幅度缩短了配置路径，路径配制和场强收集环节的精简减少了不必要的发送接收，实现了低功耗。

名词解释：

主节点：又叫中心节点(centralnode),集中器所在的单元称为中心节点。

子节点(subnode)：采集器或计量点(电能表)所在的通信单元统称为子节点。

邻居(neighbor)：指与节点能够不经过中继而直接通信的节点。

Claims (10)

1.一种微功率无线通信网络的组网方法，其特征在于，将网络内的子节点分为骨干节点和普通节点，采用两组组网信道组并行的方式进行组网，包括信标发送、场强收集和参数配置步骤，主节点与骨干节点进行场强收集和参数配置，骨干节点普通节点邻居直接进行参数配置。

2.根据权利要求1所述的微功率无线通信网络的组网方法，其特征在于，骨干节点是安装外置天线的节点，普通节点是安装内置天线的节点。

3.根据权利要求1所述的微功率无线通信网络的组网方法，其特征在于，主节点与骨干节点之间使用第一信道组进行通信，骨干节点与普通节点之间使用第二信道组进行通信。

4.根据权利要求3所述的微功率无线通信网络的组网方法，其特征在于，普通节点邻居的配置路径直接从骨干节点到该普通节点邻居。

5.根据权利要求1所述的微功率无线通信网络的组网方法，其特征在于，发起组网时，主节点在第一信道组上向一级骨干节点发起组网信标的发送，并启动一个定时器；与此同时，主节点在第二信道组上向主节点的普通节点邻居发送唤醒命令；

定时器到时后，中心节点检查自己的临时邻居表，若其为空则通过发出状态参数终止组网，若不为空则开始即场强收集阶段；

一级骨干节点接收到第一信道组上的组网信标后，先在第二信道组上发唤醒命令，唤醒周围的主节点的普通节点邻居和一级骨干节点的普通节点邻居，然后等待自身时隙，在第一信道上向主节点和二级骨干节点转发信标帧；

二级骨干节点接收到信标后重复上述动作，即先在第二信道组上发唤醒命令唤醒周围的一级骨干节点的普通节点邻居和二级骨干节点的普通节点邻居，然后等待自身时隙，在第一信道上向一级骨干节点和三级骨干节点转发信标帧；

在超帧等待期间，普通子节点收到唤醒命令后，在第二信道上向对应的主节点和骨干节点回复唤醒确认帧，骨干节点记录响应的普通节点的邻居。

6.根据权利要求5所述的微功率无线通信网络的组网方法，其特征在于，定时器的时长为N轮信标超帧等待的时间，其中N是最大通信级数；每轮超帧的等待时间为n×Tb,其中n是网络规模，n＝骨干节点数+普通节点数，Tb是时隙，Tb＝300ms；骨干节点自身对应的转发时隙T＝节点地址modn。

7.根据权利要求1所述的微功率无线通信网络的组网方法，其特征在于，场强收集阶段在信标发送流程结束之后开始进行，主节点维护两个列表：临时邻居表和邻居场强表；主节点检查邻居场强表，筛选出属于本网络的各级骨干子节点，对骨干网进行逐层场强收集，节点的邻居场强通过构造并发送场强命令帧然后接受场强收集应答帧来获取，中心节点根据应答帧的信息判断是否需要继续对其执行收集场强操作；主节点在各已收集节点的邻居场强信息中进行查询，筛选出属于本网络的节点并加入邻居场强表中；每一层次的子节点的场强收集完成后，开始针对此层次子节点的路径计算及参数配置；当邻居场强表中不存在未执行场强收集的子节点或层次数已大于7时，场强收集阶段结束。

8.根据权利要求1所述的微功率无线通信网络的组网方法，其特征在于，主节点对子节点的场强信息分作多页存储，中心节点先收集第0页，目标骨干子节点在回复的场强收集应答帧中包含场强表总页数及当前页数信息。

9.根据权利要求1所述的微功率无线通信网络的组网方法，其特征在于，当骨干节点的场强收集过程结束后，根据收集到的邻居场强信息，主节点为每个邻居场强表中的子节点计算从主节点到该子节点的路径，建立路由表，然后开始对骨干节点进行参数配置；骨干节点全部组网完成后，主节点遍历所有的骨干节点邻居，通过骨干节点的普通节点的邻居场强信息计算所有普通子节点的路径，根据计算出来的路径，配置主节点和各级骨干节点的普通邻居；所有的节点配置完成以后组网结束。

10.根据权利要求9所述的微功率无线通信网络的组网方法，其特征在于，配置参数是通过构造并发送配置骨干节点帧然后接受节点配置应答帧完成，发送配置子节点帧时，采用为该子节点计算出的路径进行传输。