CN105873083A

CN105873083A - 一种无线网络组网方法

Info

Publication number: CN105873083A
Application number: CN201610323934.8A
Authority: CN
Inventors: 谷江涛; 孙经; 王勇; 张小龙
Original assignee: Anhui Nari Zenith Electricity & Electronic Co Ltd
Current assignee: Anhui Nari Zenith Electricity & Electronic Co Ltd
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2016-08-17

Abstract

本发明公开了一种无线网络组网方法，属于网络组网的技术领域，包括网络主节点建网和从节点入网方法，集中器负责收集数据采集设备的数据，主节点是整个网络的中心，它负责建立、维护和管理网络；从节点主动搜索网络加入。无线网络系统负责对集中器或者数据采集设备的数据的透明传输，本发明稳定可靠，抗干扰性强，以根据无线信号的变化进行路径更新，使通信稳定，方便安装和维护。

Description

一种无线网络组网方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种无线网络组网方法。

背景技术

目前，住户对住宅环境、物业管理水平的要求日益提高，对电、水、气、部门和用户来说，传统上门抄表方式越来越不满足住户和管理部门的需求。无线抄表不用上门，方便了住户；不需要固定线路的铺设，安装方便；可以随时实时抄取，提高了效率。但是，当前国内无线模块的使用，大多以点对点传输和人工指定路径的路由方法。点点传输只能组成星状网络，气传输范围受限俞模块的有效通信范围之内，其距离比较有限；人工指定路径的路由方法在无线信号的变坏或者节点损坏的情况下，路径不能及时的更新，其通信效果在稳定性和可靠性方面存在明显不足。安装维护也不方便，为了配合人工指定路径，不得不反复调试其放置位置；如果某个无线模块损坏，没有办法发现和定位，给安装和维护带来不便。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷，提供一种可以根据无线信号的变化进行路径更新，使通信稳定，方便安装和维护的无线网络组网方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种无线网络组网方法，依次包括网络主节点建网和从节点入网两大步骤：

A主节点建网步骤：

1)在集中器上电之后，集中器首先给主节点分配地址；

2)集中器给主节点设定从节点入网模式是验证模式还是登记模式；

3)在设置成功后，集中器向主节点发送开始创建网络命令，该命令包含预设的网络编号以及备选的N个信道，其中N是整数，N≥4；

4)主节点通过信道能量扫描，选择最干净的信道；

5)主节点进行主动扫描，判断预设的网络编号是否存在冲突，如果有冲突，则主节点随机生成一个网络编号，再进行判断；若没有冲突，则建网成功；

B从节点的入网步骤：

a)待入网的从节点初始化，设定M*N个信道，其中M≥3，N≥4，M、N为整数；

b)待入网的从节点读取数据采集设备的固定地址，作为自己的固定地址，申请入网时，使用该固定地址；

c)待入网的从节点在设定的M*N信道分别发送信标请求，搜索已经入网的从节点或者主节点；

d)已入网的从节点或者主节点，收到信标请求之后，回复一个信标，告诉待入网的从节点自己已经入网，在信标中包含有发出该数据包的节点到主节点的路由成本；

e)待入网的从节点记录在各个信道上收到的信标，计算自己经过各已入网的节点到达主节点的路径的路由成本；

f)待入网的从节点选择路由成本最小的节点作为自己的上级节点，发送入网请求，申请加入网络；

g)被选择作为上级的从节点收到入网请求之后，将待入网的从节点的固定地址发送到主节点；

h)主节点收到待入网的从节点信息后，在验证模式下，如果验证通过，则记录该点的信息，分配一个入网地址，返回同意入网信息和入网地址；否则，则不记录该信息，返回拒绝入网信息；在登记模式情况，则记录改点信息，分配一个入网地址，返回同意入网信息和入网地址；

i)待入网的从节点收到主节点的回复信息后，判断如果是同意入网，则成功加入网络；如果不同意入网，则重新进行搜索，重复步骤c)到步骤i)的过程，直到加入网络。

优选的，网络设定有M*N个信道，即M组，每组有N个信道，一个网络使用其中的一组信道，相邻的网络使用不同的信道组以避免同频干扰。

进一步的，主节点在创建网络之后，从N个信道中，选择P个信道，P<N/2,P是整数，主节点以慢速跳频的方式，在这P个信道之间来回切换。

进一步的，主节点收到待入网的节点信息，判断准许入网后，从剩下的N-P个信道中选择P个信道，与同意入网信息一起发送给待入网的从节点；待入网的从节点在收到同意入网信息，加入网络后，在这P个信道间以慢速跳频的方式来回切换。

进一步的，路由成本值的计算为：路由成本节点根据收到的数据包的RSSI值计算出来的；通信有效的RSSI值的范围为[Rmin，Rmax]，两个门限值Qlarge和Qsmall(Rmin<Qsmall<Qlarge<Rmax)，当RSSI>＝Qlarge时，路由成本为1；当RSSI>＝Qsmall，并且RSSI<Qlarge时，路由成本为3；RSSI<Qsmall时，路由成本为7；如果两个节点之间需要经过多跳到达，则他们之间的路由成本是中间经过的每一跳的路由成本之和。

无线网络组网方法还包括路径确认和修复过程，具体步骤为：

主节点在接受某从节点入网后，按照网络系统设置好的心跳周期，开始心跳计时；

计时时间到心跳周期，则向该从节点发送询问命令；

该从节点收到询问，进行应答；

主节点如果收到应答，确认该从节点通信良好，则定时器重新开始计时，超时次数清0；

主节点如果没有收到应答，则超时失败次数加1，定时器从新开始计时；

超时失败次数超过规定次数，则认为路径中断，开始路径修复过程；

主节点首先广播一个从节点查找数据包，该数据包中包含发出该数据包的节点到主节点的路由成本值和路径信息；

从节点收到节点查找包之后，首先判断目的节点是否是从节点，如果是从节点，则按照下行的路径回复主节点一个应答，否则转发并且只转发一次该数据包。

从节点在转发节点查找包前，通过数据包中的路由成本以及收包的RSSI值，计算出从节点到主节点的路由成本C，经过BaseTime*C的等待时间后，更新数据包中的路由成本和路径信息，转发节点查找包，BaseTime为一个数据帧的传输延时的整数倍。

从节点在BaseTime*C的等待时间内，如果收到新的节点查找包，计算其路由成本C’，如果C’大于C，则直接丢弃新数据包；如果C’等于C，则由1/T的概率用新的数据包替换原来旧的数据包，T表示是第T次收到路由成本相同的数据包；如果C’小于C，则更新从节点到主节点的路由成本为C’，同时用新的数据包替换旧数据包。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种无线自组网方法，包括对路径的选择，采用路由成本，既考虑了跳数，又考虑了接收能量RSSI值的影响；对路径的自动检测和修复，保证通信的可靠性；建立的跳频抗干扰机制，同一组内使用不相邻的信道，每一个节点在两个信道间进行慢速跳频，解决通信时的干扰问题，这样既可以保证受到干扰时可以正常通信，也可以保证网络的稳定性。

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本发明无线自组网的结构图；

图2本发明无线自组网的逻辑结构图；

图3本发明主节点创建网络流程图；

图4本发明从节点加入网络流程图；

图5本发明从节点加入网络交互流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1和图2所示，无线自组网的整个系统由集中器、可插无线从节点模块、有固定物理地址的数据采集设备和无线网络系统组成：数据采集设备负责信息采集；集中器负责收集数据采集设备的数据。无线网络系统由主节点和从节点组成。主节点是整个网络的中心，它负责建立、维护和管理网络；从节点主动搜索网络加入。无线网络系统负责对集中器或者数据采集设备的数据的透明传输。

如图3至图5所示，本发明方法具体包括如下步骤：

1.集中器上电之后，配置主节点的固定地址和集中器下面需要入网的数据采集设备的固定地址，然后发送开始创建网络命令。主节点接到创建网络命令后，通过信道能量扫描，在备选的N个信道中选择最干净的P个信道。然后，主节点进行主动扫描，判断预设的网络编号是否存在冲突，如果有冲突，则主节点随机生成一个网络编号，再进行判断；若没有冲突，则建网成功；

2.相邻的两个集中器发送创建网络命令时，应该选用不同的信道组，以避免同频干扰。

3.数据采集设备上电之后，从节点读取设备的固定地址，作为自己的固定地址，开始扫描信道，即在设定的M*N个信道分别发送信标请求，搜索已经入网的从节点或者主节点。已入网的从节点或者主节点，收到信标请求之后，回复一个信标，告诉待入网的从节点自己已经入网，待入网的从节点记录在各个信道上收到的信标。在扫描结束后，待入网的从节点计算自己经过各已入网的节点到达主节点的路径的路由成本，选择路由成本最小的节点作为自己的上级节点，发送入网请求，申请加入网络。被选择作为上级的从节点收到入网请求之后，将待入网的从节点的固定地址发送给主节点。主节点收到待入网的从节点信息后，在验证模式下，如果验证通过，则记录该点的信息，分配一个入网地址并返回同意入网信息；否则，则不记录该信息，返回拒绝入网信息；在登记模式情况，则记录改点信息，分配一个入网地址，并从剩下的N-P个信道中，选择p个信道，与同意入网信息、入网地址一起发送给从节点。待入网的从节点收到主节点的信息后，如果是同意入网，则成功加入网络，开始正常工作；如果不同意入网，则重新开始入网流程，直到加入网络；

4.在网络正常运行过程中，主节点设定心跳周期，向各个从节点发送询问信息，从节点收到询问信息后，进行应答；

5.如果主节点连续没有收到从节点应答的次数超过设定的次数，则视为通信中断，开始启动路径修复过程。主节点首先广播一个从节点查找数据包，从节点收到节点查找包之后，首先判断目的节点是否是自己，如果是自己，则按照下行的路径回复主节点一个应答，否则通过数据包中的路由成本以及收包的RSSI值，计算出自己到主节点的路由成本C，等待一段时间即BaseTime*C(BaseTime为一个数据帧的传输延时的整数倍)。在等待时间内，如果从节点收到新的节点查找包，计算其路由成本C’，如果C’大于C，则直接丢弃新数据包；如果C’等于C，则有1/N的概率用新的数据包替换原来旧的数据包，N表示是第N次收到路由成本相同的数据包；如果C’小于C，则更新从节点到主节点的路由成本为C’，同时用新的数据包替换旧数据包。等待结束之后，从节点转发并且只转发一次该数据包。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定,任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种无线网络组网方法，其特征在于，依次包括网络主节点建网和从节点入网两大步骤：

A主节点建网步骤：

1)在集中器上电之后，集中器首先给主节点分配地址；

4)主节点通过信道能量扫描，选择最干净的信道；

B从节点的入网步骤：

2.根据权利要求1所述一种无线网络组网方法，其特征在于,网络设定有M*N个信道，即M组，每组有N个信道，一个网络使用其中的一组信道，相邻的网络使用不同的信道组以避免同频干扰。

3.根据权利要求1或2所述一种无线网络组网方法，其特征在于,主节点在创建网络之后，从N个信道中，选择P个信道，P<N/2,P是整数，主节点以慢速跳频的方式，在这P个信道之间来回切换。

4.根据权利要求1或2所述一种无线网络组网方法，其特征在于,主节点收到待入网的节点信息，判断准许入网后，从剩下的N-P个信道中选择P个信道，与同意入网信息一起发送给待入网的从节点；待入网的从节点在收到同意入网信息，加入网络后，在这P个信道间以慢速跳频的方式来回切换。

5.根据权利要求1所述一种无线网络组网方法，其特征在于,路由成本值的计算为：路由成本节点根据收到的数据包的RSSI值计算出来的；通信有效的RSSI值的范围为[Rmin，Rmax]，两个门限值Qlarge和Qsmall(Rmin<Qsmall<Qlarge<Rmax)，当RSSI>＝Qlarge时，路由成本为1；当RSSI>＝Qsmall，并且RSSI<Qlarge时，路由成本为3；RSSI<Qsmall时，路由成本为7；如果两个节点之间需要经过多跳到达，则他们之间的路由成本是中间经过的每一跳的路由成本之和。

6.根据权利要求1所述一种无线网络组网方法，其特征在于,还包括路径确认和修复过程，具体步骤为：

计时时间到心跳周期，则向该从节点发送询问命令；

该从节点收到询问，进行应答；

7.根据权利要求6所述一种无线网络组网方法，其特征在于,从节点在转发节点查找包前，通过数据包中的路由成本以及收包的RSSI值，计算出从节点到主节点的路由成本C，经过BaseTime*C的等待时间后，更新数据包中的路由成本和路径信息，转发节点查找包，BaseTime为一个数据帧的传输延时的整数倍。

8.根据权利要求6或7所述一种无线网络组网方法，其特征在于,从节点在BaseTime*C的等待时间内，如果收到新的节点查找包，计算其路由成本C’，如果C’大于C，则直接丢弃新数据包；如果C’等于C，则由1/T的概率用新的数据包替换原来旧的数据包，T表示是第T次收到路由成本相同的数据包；如果C’小于C，则更新从节点到主节点的路由成本为C’，同时用新的数据包替换旧数据包。