CN105827439B - 实现无线设备自组网的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种实现无线设备自组网的方法，包括：无线设备发现自己未成功连接到互联网时，向周围周期性发送DISCOVERY；成功直接连接到互联网的无线设备收到DISCOVERY后，向周围周期性发送QUERY；未成功直接连接到互联网的无线设备接收到QUERY后，停止发送DISCOVERY，处理QUERY，回复发送设备ANSWER，转发QUERY；各个无线设备之间建立起最优树形网络拓扑结构；成功直接连网的无线设备作为代理转发未成功直接连网的无线设备和互联网之间的数据；当网络环境发生变化时，各无线设备会根据QUERY报文和ANSWER报文中相关信息的更新重新生成新的最优的树形网络拓扑结构。本发明能够尽量保证不能直接连接互联网的无线设备也能够通过互联网与云端服务器通讯，提高了物联网系统的稳定性和易配置性。

Description

实现无线设备自组网的方法

技术领域

本发明属于无线通讯技术领域，涉及一种自组网的方法，尤其涉及一种实现无线设备自组网的方法。

背景技术

物联网目的就是将各种信息传感设备，如射频识别装置，红外感应器，WIFI设备，蓝牙设备等各种装置与互联网结合起来而形成的巨大网络，统一采集到云端，通过大数据来进行方便识别和管理。

目前，由于智能设备大规模的普及，在传统的网络环境中，要保证每台设备都能够通过互联网连接到云端服务器，将可能会遇到很多瓶颈。首先，网络接入端设备支持客户端数目的限制，有些设备不能保证下面大量的无线设备都能够同时登录到本设备；其次，由于无线的通信距离是有限的，当设备与互联网接入端距离过长，或者中间有障碍物的时候，通讯质量就会减弱，甚至无法连接；最后当大规模部署智能设备时，有些情况需要配置智能设备初始化的参数，目前是用手机一个个登录配置，或者通过发送广播数据报文进行配置，但如果设备离手机距离太远，或者有多个独立的无线网络需要存在时，就容易发生配置失败。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的自组网方法，以便克服现有方法存在的上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种实现无线设备自组网的方法，可提高了物联网系统的稳定性和易配置性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种实现无线设备自组网的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1，成功直接连接到互联网的无线设备在预先固定的信道监听周围是否有无线设备在发送DISCOVERY报文；无线设备能够打开监听模式，接收周围目的MAC是本设备MAC地址或者是组播地址的无线报文；当本设备已经和其他设备建立起树形网络拓扑结构时，会对本设备中存储的其他相关无线设备设置老化时间，该老化时间段内未收该设备的信息时，会删除其设备信息，同时更新本设备的状态机状态；

步骤S2，未成功直接连接到互联网的无线设备在预先固定的信道向周围周期性发送DISCOVERY报文；所述DISCOVERY报文中，目的MAC是组播报文，例如生成树协议中规定的组播MAC地址：01:80:C2:00:00:00；

步骤S3，成功直接连接到互联网的无线设备收到DISCOVERY报文后，向周围周期性发送QUERY报文；所述QUERY报文中，目的MAC是组播报文，例如生成树协议中规定的组播MAC地址：01:80:C2:00:00:00；报文内容包括根路径开销；

步骤S4，未成功直接连接到互联网的无线设备接收到QUERY报文后，停止发送DISCOVERY报文，处理QUERY报文，回复发送设备ANSWER报文，同时转发QUERY报文；所述ANSWER报文中，报文内容包括本设备信息以及自己所有的子设备信息；当拓扑结构发生变化时，本设备发现到达互联网更好的路径时，通告原父设备删除本设备及本设备所有子设备的信息；

步骤S5，参考生成树协议，成功直接连接到互联网的设备成为根节点，并根据无线信号强度等信息初始化自己根路径开销的数值，未成功直接连接到互联网的设备成为分支节点和叶节点，并根据QUERY报文和ANSWER报文的交互，建立起最优树形网络拓扑结构，每个未成功直接连接到互联网的无线设备与互联网之间具有最短的路径开销，拓扑结构中的每个无线设备都储存其他相关设备的设备信息；所述ANSWER报文包含了根网桥MAC地址、指定网桥MAC地址、根路径开销信息；所述设备信息包括：根设备的MAC地址，父设备的MAC地址，根路径开销，子设备的MAC地址，到达该子设备、即本设备下一级的子设备MAC地址，其他自己定义的信息；当该设备未被配置连接信息时，可能存在多个生成树结构中，就会有多个根设备和父设备；所述最优树形网络拓扑结构，指每个无线设备到互联网接入端的根路径开销最小；所述根路径开销，指该值来源于无线信号的信号质量和信道使用的数据速率计算得来；

步骤S6，成功直接连接到互联网的无线设备作为代理转发未成功直接连接到互联网的无线设备和互联网之间的数据，这样就使未成功直接连接到互联网的无线设备和云端通讯，如果该设备没有进行过连接配置，云端也可以对该类设备设置连接配置，让其直接连接到互联网；

步骤S7，当网络环境发生变化时，会根据QUERY报文和ANSWER报文中相关信息的更新重新生成新的最优的树形网络拓扑结构；所述网络环境发生变化，指无线设备与互联网接入端的连接状态发生改变或者无线设备之间的信号强度的变化；

所述无线设备和互联网网络接入端设备连接，指无线设备能通过互联网和远端云服务器通讯；当与互联网通讯的信道不是预先固定的信道时，该无线设备将提供另外一个虚拟或者实体设备，工作在预先固定的信道，两个信道将通过设备CPU实时调度切换保证设备在两个信道下都能正常工作；

由于无线信号过弱，导致无法直接连接到互联网网络接入端设备；或者由于未被配置正确的连接信息，导致无法连接到互联网网络接入端设备；无线设备默认工作在预先固定的信道。

一种实现无线设备自组网的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1，成功直接连接到互联网的无线设备在预先固定的信道监听周围是否有无线设备在发送DISCOVERY报文；

步骤S2，未成功直接连接到互联网的无线设备在预先固定的信道向周围周期性发送DISCOVERY报文；

步骤S3，成功直接连接到互联网的无线设备收到DISCOVERY报文后，向周围周期性发送QUERY报文；

步骤S4，未成功直接连接到互联网的无线设备接收到QUERY报文后，停止发送DISCOVERY报文，处理QUERY报文，回复发送设备ANSWER报文，同时转发QUERY报文；

步骤S5，参考生成树协议，通过QUERY报文和ANSWER报文的交互，建立起最优的树形网络拓扑结构，同时储存其他相关设备的设备信息；

步骤S6，成功直接连接到互联网的无线设备作为代理转发未成功直接连接到互联网的无线设备和互联网之间的数据，这样就使未成功直接连接到互联网的无线设备和云端通讯，如果该设备没有进行过连接配置，云端也可以对该类设备设置连接配置，让其直接连接到互联网；

步骤S7，当网络环境发生变化时，会根据QUERY报文和ANSWER报文中相关信息的更新重新生成新的最优的树形网络拓扑结构。

作为本发明的一种优选方案，步骤S5具体包括：参考生成树协议，成功直接连接到互联网的设备成为根节点，并根据无线信号强度等信息初始化自己根路径开销的数值，未成功直接连接到互联网成为分支节点和叶节点，并根据QUERY报文和ANSWER报文的交互，建立起最优的树形网络拓扑结构，每个未成功直接连接到互联网的无线设备与互联网之间具有最短的路径开销，拓扑结构中的每个无线设备都储存其他相关设备的设备信息；

所述ANSWER报文包含了根网桥MAC地址、指定网桥MAC地址、根路径开销信息。

作为本发明的一种优选方案，步骤S1中，无线设备能够打开监听模式，接收周围发给本设备(指打开监听模式的无线设备)或者目的MAC是组播地址的无线报文；

当本设备已经和其他设备建立起树形网络拓扑结构时，会对本设备中存储的其他相关无线设备设置老化时间，该老化时间段内未收该设备的信息时，会删除其设备信息，同时更新本设备的状态机状态。

作为本发明的一种优选方案，所述无线设备和互联网网络接入端设备连接，并且能通过互联网和远端云服务器通讯；

当与互联网通讯的信道不是预先固定的信道时，该无线设备将提供另外一个虚拟或者实体设备，工作在预先固定的信道，两个信道将通过设备CPU实时调度切换保证设备在两个信道下都能正常工作。

作为本发明的一种优选方案，由于无线信号过弱，导致无法直接连接到互联网网络接入端设备；或者由于未被配置正确的连接信息，导致无法连接到互联网网络接入端设备；

无线设备默认工作在预先固定的信道。

作为本发明的一种优选方案，所述DISCOVERY报文中，目的MAC是组播报文，例如生成树协议中规定的组播MAC地址：01:80:C2:00:00:00。

作为本发明的一种优选方案，所述QUERY报文中，目的MAC是组播报文，例如生成树协议中规定的组播MAC地址：01:80:C2:00:00:00；报文内容包括根路径开销。

作为本发明的一种优选方案，所述ANSWER报文中，报文内容包括本设备信息以及自己所有的子设备信息；

当拓扑结构发生变化时，本设备发现到达互联网更好的路径时，通告原父设备删除本设备及本设备所有子设备的信息。

作为本发明的一种优选方案，所述设备信息包括：

根设备的MAC地址；

父设备的MAC地址；

根路径开销；

子设备的MAC地址；

到达该子设备，本设备下一级的子设备MAC地址；

其他自己定义的信息；

当该设备未被配置连接信息时，可能存在多个生成树结构中，就会有多个根设备和父设备。

作为本发明的一种优选方案，所述最优树形网络拓扑结构，指每个无线设备到互联网接入端的根路径开销最小；

所述根路径开销，指该值来源于无线信号的信号质量和信道使用的数据速率计算得来。

作为本发明的一种优选方案，所述网络环境发生变化，指无线设备与互联网接入端的连接状态发生改变或者无线设备之间的信号强度的变化。

本发明的有益效果在于：本发明提出的实现无线设备自组网的方法，参考生成树协议，建立其最优的树形的网络拓扑结构，实现网络冗余，尽量保证不能直接连接互联网的无线设备也能够通过互联网与云端服务器通讯，提高了物联网系统的稳定性和易配置性。

附图说明

图1为无线设备中的状态机转变结构图。

图2为两个物联网网络环境下的树形结构拓扑图。

图3为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请结合图1、图2，本发明揭示了一种实现无线设备自组网的方法，在物联网环境中，参考STP协议，生成最优生成树网络拓扑结构，通过成功直接连接到互联网的设备作为代理转发未成功直接连接到互联网的设备与互联网之间的数据，实现未成功直接连接到互联网的设备能够通过互联网与远端云服务器进行通讯。

根据背景技术中的描述可知：目前的物联网网络环境下，由于互联网网络接入端设备的限制，无线设备与互联网网络接入端之间无线信号的质量，都可能导致无线设备不能和远端云服务器进行通讯。同时，开始配置各无线设备的连接等配置信息的时候，也存在很多不方便。

请参阅图3，本发明揭示了一种实现无线设备自组网的方法，在物联网环境下，所述方法包括如下步骤：

【步骤S1】成功直接连接到互联网的无线设备在预先固定的信道监听周围是否有无线设备在发送DISCOVERY报文。

其1中，无线设备能够打开监听模式，接收周围发给本设备(指打开监听模式的无线设备)或者目的MAC是组播地址的无线报文；当本设备已经和其他设备建立起树形网络拓扑结构时，会对本设备中存储的其他相关无线设备设置老化时间，该老化时间段内未收该设备的信息时，会删除其设备信息，同时更新本设备的状态机状态。

【步骤S2】未成功直接连接到互联网的无线设备在预先固定的信道向周围周期性发送DISCOVERY报文。所述DISCOVERY报文中，目的MAC是组播报文，例如生成树协议中规定的组播MAC地址：01:80:C2:00:00:00。

【步骤S3】成功直接到互联网的无线设备收到DISCOVERY报文后，向周围周期性发送QUERY报文。

所述QUERY报文中，目的MAC是组播报文，例如生成树协议中规定的组播MAC地址：01:80:C2:00:00:00；报文内容包括根路径开销。

【步骤S4】未成功直接连接到互联网的无线设备接收到QUERY报文后，停止发送DISCOVERY报文，处理QUERY报文，回复发送设备ANSWER报文，同时转发QUERY报文。

所述ANSWER报文中，报文内容包括本设备信息以及自己所有的子设备信息；当拓扑结构发生变化时，本设备发现到达互联网更好的路径时，通告原父设备删除本设备及本设备所有子设备的信息。

【步骤S5】参考生成树协议，成功直接连接到互联网的设备成为根节点(类似于生成树协议中的根网桥)，并根据无线信号强度等信息初始化自己根路径开销的数值，未成功直接连接到互联网的设备成为分支节点和叶节点(类似于生成树协议中其他网桥的指定端口和根端口)，并根据QUERY报文和ANSWER报文(类似于生成树中的BPDU报文，里面包含了根网桥MAC地址，指定网桥MAC地址，根路径开销等信息)的交互，建立起最优的树形网络拓扑结构(每个未成功直接连接到互联网的无线设备与互联网之间具有最短的路径开销)，拓扑结构中的每个无线设备都储存其他相关设备的设备信息。

所述设备信息包括：根设备的MAC地址；父设备的MAC地址；根路径开销；子设备的MAC地址；到达该子设备，本设备下一级的子设备MAC地址；其他自己定义的信息。当该设备未被配置连接信息时，可能存在多个生成树结构中，就会有多个根设备和父设备。

所述最优树形网络拓扑结构，指每个无线设备到互联网接入端的根路径开销最小；所述根路径开销，指该值来源于无线信号的信号质量和信道使用的数据速率计算得来。

【步骤S6】成功直接连接到互联网的无线设备作为代理转发未成功直接连接到互联网的设备和互联网之间的数据，这样就使未成功直接连接到互联网的无线设备和云端通讯，如果该设备没有进行过连接配置，云端也可以对该类设备设置连接配置，让其直接连接到互联网；

【步骤S7】当网络环境发生变化时，会根据QUERY报文和ANSWER报文中相关信息的更新重新生成新的最优的树形网络拓扑结构。

所述网络环境发生变化，指无线设备与互联网接入端的连接状态发生改变或者无线设备之间的信号强度的变化。

所述无线设备和互联网网络接入端设备连接，指无线设备能通过互联网和远端云服务器通讯；当与互联网通讯的信道不是预先固定的信道时，该无线设备将提供另外一个虚拟或者实体设备，工作在预先固定的信道，两个信道将通过设备CPU实时调度切换保证设备在两个信道下都能正常工作。

由于无线信号过弱，导致无法直接连接到互联网网络接入端设备；或者由于未被配置正确的连接信息，导致无法连接到互联网网络接入端设备；无线设备默认工作在预先固定的信道。

综上所述，本发明提出的实现无线设备自组网的方法，参考生成树协议，建立起最优的树形的网络拓扑结构，实现网络冗余，尽量保证不能直接连接互联网的无线设备也能够通过互联网与云端服务器通讯，提高了物联网系统的稳定性和易配置性。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (7)

1.一种实现无线设备自组网的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S1，成功直接连接到互联网的无线设备在预先固定的信道监听周围是否有无线设备在发送DISCOVERY报文；无线设备能够打开监听模式，接收周围目的MAC是本设备MAC地址或者是组播地址的无线报文；当本设备已经和其他设备建立起树形网络拓扑结构时，会对本设备中存储的其他相关无线设备设置老化时间，该老化时间段内未收该设备的信息时，会删除其设备信息，同时更新本设备的状态机状态；

步骤S2，未成功直接连接到互联网的无线设备在预先固定的信道向周围周期性发送DISCOVERY报文；所述DISCOVERY报文中，目的MAC是组播报文，生成树协议中规定的组播MAC地址：01:80:C2:00:00:00；

步骤S3，成功直接连接到互联网的无线设备收到DISCOVERY报文后，向周围周期性发送QUERY报文；所述QUERY报文中，目的MAC是组播报文，生成树协议中规定的组播MAC地址：01:80:C2:00:00:00；报文内容包括根路径开销；

步骤S4，未成功直接连接到互联网的无线设备接收到QUERY报文后，停止发送DISCOVERY报文，处理QUERY报文，回复发送设备ANSWER报文，同时转发QUERY报文；所述ANSWER报文中，报文内容包括本设备信息以及自己所有的子设备信息；当拓扑结构发生变化时，本设备发现到达互联网更好的路径时，通告原父设备删除本设备及本设备所有子设备的信息；

步骤S5，参考生成树协议，成功直接连接到互联网的设备成为根节点，并根据无线信号强度信息初始化自己根路径开销的数值，未成功直接连接到互联网的设备成为分支节点和叶节点，并根据QUERY报文和ANSWER报文的交互，建立起最优树形网络拓扑结构，每个未成功直接连接到互联网的无线设备与互联网之间具有最短的路径开销，拓扑结构中的每个无线设备都储存其他相关设备的设备信息；所述ANSWER报文包含了根网桥MAC地址、指定网桥MAC地址、根路径开销信息；所述设备信息包括：根设备的MAC地址，父设备的MAC地址，根路径开销，子设备的MAC地址，到达该子设备、即本设备下一级的子设备MAC地址，自己定义的信息；当该设备未被配置连接信息时，可能存在多个生成树结构中，就会有多个根设备和父设备；所述最优树形网络拓扑结构，指每个无线设备到互联网接入端的根路径开销最小；所述根路径开销，通过无线信号的信号质量和信道使用的数据速率计算得来；

步骤S6，成功直接连接到互联网的无线设备作为代理转发未成功直接连接到互联网的无线设备和互联网之间的数据，这样就使未成功直接连接到互联网的无线设备和云端通讯，如果该设备没有进行过连接配置，云端能对该设备设置连接配置，让其直接连接到互联网；

步骤S7，当网络环境发生变化时，会根据QUERY报文和ANSWER报文中相关信息的更新重新生成新的最优的树形网络拓扑结构；所述网络环境发生变化，指无线设备与互联网接入端的连接状态发生改变或者无线设备之间的信号强度的变化；

所述无线设备和互联网网络接入端设备连接，指无线设备能通过互联网和远端云服务器通讯；当与互联网通讯的信道不是预先固定的信道时，该无线设备将提供另外一个虚拟或者实体设备，工作在预先固定的信道，两个信道将通过设备CPU实时调度切换保证设备在两个信道下都能正常工作；

无线设备默认工作在预先固定的信道。

2.一种实现无线设备自组网的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S1，成功直接连接到互联网的无线设备在预先固定的信道监听周围是否有无线设备在发送DISCOVERY报文；

步骤S2，未成功直接连接到互联网的无线设备在预先固定的信道向周围周期性发送DISCOVERY报文；所述DISCOVERY报文中，目的MAC是组播报文；

步骤S3，成功直接连接到互联网的无线设备收到DISCOVERY报文后，向周围周期性发送QUERY报文；所述QUERY报文中，目的MAC是组播报文；

步骤S4，未成功直接连接到互联网的无线设备接收到QUERY报文后，停止发送DISCOVERY报文，处理QUERY报文，回复发送设备ANSWER报文，同时转发QUERY报文；所述ANSWER报文中，报文内容包括本设备信息以及自己所有的子设备信息；当拓扑结构发生变化时，本设备发现到达互联网更好的路径时，通告原父设备删除本设备及本设备所有子设备的信息；

步骤S5，参考生成树协议，成功直接连接到互联网的设备成为根节点，并根据无线信号强度信息初始化自己根路径开销的数值，未成功直接连接到互联网的设备成为分支节点和叶节点，并根据QUERY报文和ANSWER报文的交互，建立起最优树形网络拓扑结构，每个未成功直接连接到互联网的无线设备与互联网之间具有最短的路径开销，拓扑结构中的每个无线设备都储存其他相关设备的设备信息；

所述ANSWER报文包含了根网桥MAC地址、指定网桥MAC地址、根路径开销信息；所述设备信息包括：根设备的MAC地址，父设备的MAC地址，根路径开销，子设备的MAC地址，到达该子设备、即本设备下一级的子设备MAC地址，自己定义的信息；当该设备未被配置连接信息时，可能存在多个生成树结构中，就会有多个根设备和父设备；所述最优树形网络拓扑结构，指每个无线设备到互联网接入端的根路径开销最小；所述根路径开销，通过无线信号的信号质量和信道使用的数据速率计算得来；

步骤S6，成功直接连接到互联网的无线设备作为代理转发未成功直接连接到互联网的无线设备和互联网之间的数据，这样就使未成功直接连接到互联网的无线设备和云端通讯，如果该设备没有进行过连接配置，云端能对该设备设置连接配置，让其直接连接到互联网；

步骤S7，当网络环境发生变化时，会根据QUERY报文和ANSWER报文中相关信息的更新重新生成新的最优的树形网络拓扑结构。

3.根据权利要求2所述的实现无线设备自组网的方法，其特征在于：

步骤S1中，无线设备能够打开监听模式，接收周围目的MAC是本设备MAC地址或者是组播地址的无线报文；

当本设备已经和其他设备建立起树形网络拓扑结构时，会对本设备中存储的其他相关无线设备设置老化时间，该老化时间段内未收该设备的信息时，会删除其设备信息，同时更新本设备的状态机状态。

4.根据权利要求2所述的实现无线设备自组网的方法，其特征在于：

所述无线设备和互联网网络接入端设备连接，指无线设备能通过互联网和远端云服务器通讯；

当与互联网通讯的信道不是预先固定的信道时，该无线设备将提供另外一个虚拟或者实体设备，工作在预先固定的信道，两个信道将通过设备CPU实时调度切换保证设备在两个信道下都能正常工作。

5.根据权利要求2所述的实现无线设备自组网的方法，其特征在于：

所述DISCOVERY报文中，目的MAC是组播报文，生成树协议中规定的组播MAC地址：01:80:C2:00:00:00；

所述QUERY报文中，目的MAC是组播报文，生成树协议中规定的组播MAC地址：01:80:C2:00:00:00；报文内容包括根路径开销。

6.根据权利要求2所述的实现无线设备自组网的方法，其特征在于：

所述设备信息包括：

根设备的MAC地址；

父设备的MAC地址；

根路径开销；

子设备的MAC地址；

到达该子设备，本设备下一级的子设备MAC地址；

自己定义的信息；

当该设备未被配置连接信息时，可能存在多个生成树结构中，就会有多个根设备和父设备。

7.根据权利要求2所述的实现无线设备自组网的方法，其特征在于：

所述网络环境发生变化，指无线设备与互联网接入端的连接状态发生改变或者无线设备之间的信号强度的变化。