CN106358261A - 无线自组织网络构建方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线自组织网络构建方法与系统，遍历全网节点，识别全网节点中所有白名单节点，当全网节点未分配有网络地址时，进行全网节点网内地址组发，收集并建立全网节点的邻居表信息与分布式路由表，控制白名单中未入网成功的从节点执行尽力发现流程，更新邻居表信息与分布式路由表，根据更新后的邻居表信息与分布式路由表，构建无线自组织网络。整个过程中，基于全网节点的邻居表信息与分布式路由表，构建一个通过多跳分布式路由方式建立主节点到各个从节点之间联接的无线通信网络，各个节点之间采用分布式路由方式建立连接，而非被动转发数据，因此构建的无线通信网络能够实现高效通信。

Description

无线自组织网络构建方法与系统

技术领域

本发明涉及无线网络构建技术领域，特别是涉及无线自组织网络构建方法与系统。

背景技术

伴随着公共事业在中国的蓬勃发展，老百姓对生活环境提出了更高的要求；在政府政策的鼓舞下，家居智能化得到了高速的发展。作为智能化产业链中的一环——智能抄表系统也同时得到了蓬勃发展。传统的手工抄表方式费时、费力，准确性和及时性得不到保障，且会出现抄表员与用户一些不愉快的尴尬局面，这已经不适应社会的发展需求了。这样也对抄表提出了更高的要求，为此我们提出无线抄表。

在无线抄表技术中，如何构建合理且高效的无线自组织网络成为非常关键的技术。目前，无线自组织网络系统通常采用中心主节点发起和收集下辖的从节点路由信息的方案，该方案主节点完整掌握了整个网络的路由表，每次端到端节点进行信息交互时都需要中心主节点首先计算出路由链路信息，从节点只能依据路由链路信息被动转发，这种方式导致路由链路一旦出现异常和故障，会极大的影响通信效率。

因此，一般的无线自组织网络构建方式无法构建通信高效的无线自组织网络。

发明内容

基于此，有必要针对一般的无线自组织网络构建方式无法构建通信高效的无线自组织网络的问题，提供一种能够构建通信高效自组织网络的无线自组织网络构建方法与系统。

一种无线自组织网络构建方法，包括步骤：

遍历全网节点，识别全网节点中所有白名单节点，全网节点包括主节点和从节点；

当全网节点未分配有网络地址时，进行全网节点网内地址组发；

收集并建立全网节点的邻居表信息与分布式路由表；

控制白名单中未入网成功的从节点执行尽力发现流程，更新邻居表信息与分布式路由表；

根据更新后的邻居表信息与分布式路由表，构建无线自组织网络。

一种无线自组织网络构建系统，包括：

遍历识别模块，用于遍历全网节点，识别全网节点中所有白名单节点，全网节点包括主节点和从节点；

地址组发模块，用于当全网节点未分配有网络地址时，进行全网节点网内地址组发；

收集建立模块，用于收集并建立全网节点的邻居表信息与分布式路由表；

更新模块，用于控制白名单中未入网成功的从节点执行尽力发现流程，更新邻居表信息与分布式路由表；

网络构建模块，用于根据更新后的邻居表信息与分布式路由表，构建无线自组织网络。

本发明无线自组织网络构建方法与系统，遍历全网节点，识别全网节点中所有白名单节点，当全网节点未分配有网络地址时，进行全网节点网内地址组发，收集并建立全网节点的邻居表信息与分布式路由表，控制白名单中未入网成功的从节点执行尽力发现流程，更新邻居表信息与分布式路由表，根据更新后的邻居表信息与分布式路由表，构建无线自组织网络。整个过程中，基于全网节点的邻居表信息与分布式路由表，构建一个通过多跳分布式路由方式建立主节点到各个从节点之间联接的无线通信网络，各个节点之间采用分布式路由方式建立连接，而非被动转发数据，因此构建的无线通信网络能够实现高效通信。

附图说明

图1为常规用于用户集中抄表的无线自组织网络架构示意图；

图2为本发明无线自组织网络构建方法第一个实施例的流程示意图；

图3为本发明无线自组织网络构建方法第二个实施例的流程示意图；

图4为本发明无线自组织网络构建系统第一个实施例的结构示意图；

图5为本发明无线自组织网络构建系统第二个实施例的结构示意图。

具体实施方式

以将本发明无线自组织网络构建方法应用于用户集中抄表的无线自组织网络为例，其常规架构如图1所示，本发明无线自组织网络构建方法采用了分布式路由的方案进行优化，即中心主节点和从节点均掌握了部分网络可达节点出口表信息，并且该信息表可以随着环境变化实时更新，因此端到端节点进行信息交互时，可以依据从节点的自身信息进行分布式路由选择和异常路由智能切换，极大的提高了通信效率。

如图2所示，一种无线自组织网络构建方法，包括步骤：

S100：遍历全网节点，识别全网节点中所有白名单节点，全网节点包括主节点和从节点。

全网节点可以分为主节点和从节点，在自组织网络构建的初始阶段，集中器内嵌的主节点被自动分配的网内区域号决定了本地网络的无线工作频段，采集器或智能电表内嵌的从节点的工作频段处于事先设定的一个固定工作频段，主节点通过远程自动设置从节点的网内短地址确保从节点与主节点处于同一个工作频段。在链路建立过程中，主节点控制从节点逐级分组发起指定节点邻居发现过程。白名单节点可以理解为已知节点(合法节点)，这些节点的相关参数为已知状态。

S200：当全网节点未分配有网络地址时，进行全网节点网内地址组发。

判断全网节点是否分配有网络地址，当分配有网络地址时直接进入下一步骤，当未分配有网络地址时，进行全网节点网内地址组发。

如图3所示，在其中一个实施例中，步骤S200包括：

S220：当全网节点未分配有网络地址时，查找主节点所辖的网内从节点白名单。

S240：控制主节点为所辖的白名单从节点分配网内短地址。

主节点构建网络前被远程或本地设置其所管辖的网内从节点的白名单，主节点统一为白名单从节点自动按顺序分配网内短地址。此外，如果主节点将全网白名单从节点的网内短地址下载成功则记录错误，并主动报告异常故障给集中器后台。

S300：收集并建立全网节点的邻居表信息与分布式路由表。

主节点与从节点收集和建立邻居表信息以及分布式路由表信息。具体来说，这个收集并建立过程可以在主节点和从节点中分别进行。

S400：控制白名单中未入网成功的从节点执行尽力发现流程，更新邻居表信息与分布式路由表。

判断白名单节点是否入网成功，当入网成功时直接进入下一步骤，否则执行步骤S400，控制白名单节点中未入网成功的从节点执行尽力发现子流程，更新邻居表信息与分布式路由表。

S500：根据更新后的邻居表信息与分布式路由表，构建无线自组织网络。

基于更新后的邻居表信息与分布式路由表，构建无线自组织网络。

本发明无线自组织网络构建方法主要分为三个阶段，分别为：第一个阶段，全网节点网内短地址组发；第二个阶段，主节点与从节点收集和建立邻居表信息以及分布式路由表信息；第三个阶段，白名单从节点尽力发现过程。通过三个阶段的网络构建过程，主节点完整建立了一个网络可达节点信息表，各个从节点建立一个下层可达节点信息表以及主节点可达信息表，从而构建一个可以通过多跳分布式路由方式建立主节点到各个从节点之间联接的无线通信网络。在该无线通信网络中端到端节点进行信息交互时，可以依据从节点的自身信息进行分布式路由选择和异常路由智能切换，极大的提高通信效率。

主节点与从节点收集和建立邻居表信息以及分布式路由表信息流程依序包括：主节点分布式路由发现流程；从节点分布式路由发现流程。下面将采用不同实施例分别介绍主节点分布式路由发现流程与从节点分布式路由发现流程。

在其中一个实施例中，主节点分布式路由发现流程包括：

步骤一：确定主节点初始层级为预设初始层级。

主节点自身层级首先被设置为预设初始层级，具体来说，预设初始层级可以为第0层。

步骤二：搜索主节点自身预设跳范围内的邻居节点信息。

采用广播方式搜索主节点自身预设跳范围内的邻居节点信息，具体来说，预设跳范围可以为1，以实现逐层的效果。

步骤三：从邻居节点信息中选取综合信号值超过预设阈值的节点作为有效出口，并更新路由表与可达节点表信息。

从邻居节点信息中挑选出综合信号值排名优良的节点作为有效出口，同时更新路由表及可达节点表信息。综合信号值可以根据邻居节点信息中一些主要参数进行计算、评定，在实际操作中，可以根据历史经验设置预设阈值，高于这个阈值的即属于排名优良的节点。将综合信号值超过预设阈值的节点作为有效出口，这些节点一般为从节点，即此时更新某一个主节点下辖(对应)从节点中的有效出口，相应的更新主节点的路由表与可达节点表信息。

步骤四：根据更新后的路由表，依据宽度优先的原则选择从节点为第一指定节点，对第一指定节点进行路由表及可达节点表搜索更新。

判断全网所有节点是否网络路由信息构建完毕，若完毕则结束流程，若未完毕则执行步骤四。主节点根据路由信息表，依据宽度优先的原则选择从节点进行路由表及可达节点表搜索更新。具体来说，这里是主节点发送报文至从节点，对指定的从节点(第一指定节点)进行路由表及可达节点表搜索更新。

步骤五：当接收到第一指定节点的路由表更新的应答包时，根据应答包更新主节点路由表与可达节点表信息。

主节点在发送报文至从节点(第一指定节点)后，从节点会进行相应的处理，并反馈路由表更新的应答包，当主节点接收到该路由表更新的应答包时，根据该应答报内携带的指定节点邻居信息更新主节点路由表和可达信息表。当主节点未接受到该路由表更新的应答包时，超时退出，记录该节点网络构建失败记录。

在其中一个实施例中，从节点分布式路由发现流程包括：

步骤一：控制主节点向第一指定节点发送指定节点网络构建报文。

在主节点对从节点(第一指定节点)进行路由表及可达节点表搜索更新时，主节点向从节点发送指定节点网络构建报文，从节点接收到主节点发送的指定节点网络构建信息报文。

步骤二：控制第一指定节点向周围邻居节点广播邻居搜索报文。

从节点向周围邻节点广播邻居搜索报文。

步骤三：周围邻居节点将最新的双向信号特征信息返回给搜索发起的邻节点。

周围邻居节点接收到广播的邻居搜索报文，向搜索发起的邻节点(从节点或邻居节点)反馈最新的双向信号特征信息。

步骤四：控制第一指定节点更新路由表与可达节点表信息，并根据更新后的第一指定节点路由表与可达节点表信息生成路由表更新的应答包。

从节点根据收到的双向信号特征信息，更新自身的路由表与可达节点表信息，并基于更新后的路由表与可达节点表信息生成路由表更新的应答包。从节点将该路由表更新的应答包发送至主节点(管辖自身的主节点)。结束整个在从节点中执行的分布式路由发现流程。

在其中一个实施例中，控制白名单中未入网成功的从节点执行尽力发现流程的步骤包括：

步骤一：对照白名单，从未入网成功的从节点中选择潜在路由能力最优的节点为第二指定节点。

潜在路由能力可以基于各个从节点已知的参数数据直接或间接获取。非必要的，潜在路由能力还可以作为从节点一项重要参数记录在白名单中。

步骤二：控制主节点向第二指定节点发送指定节点网络构建报文。

主节点向指定的从节点发送指定节点网络构建报文。并判断报文是否发送成功。

步骤三：当指定节点构建网络信息报文发送成功时，更新主节点全网路由表以及可达节点表信息。

步骤四：当指定节点构建网络信息报文未发送成功时，从已建网信息表、历史网络信息表、实存网络信息表中选择优先补网节点，控制优先补网节点转发指定节点网络构建报文。

当指定节点构建网络信息报文未发送成功时，需要再进行指定节点网络构建报文转发操作。具体来说，这个转发操作首先需要先根据已有的已建网信息表、历史网络信息表、实存网络信息表中选择优先补网节点，再控制优先补网节点转发指定节点网络构建报文。再判断指定节点网络构建转发报文是否发送成功，如果成功，则更新主节点全网路由信息表以及可达节点信息表；如果未成功，记录节点入网失败错误记录。具体来说，优先补网节点选择是有数量限制，一般来说可以选择最多3个优先补网节点

为了更进一步详细说明上述实施例中，控制白名单中未入网成功的从节点执行尽力发现流程的步骤具体流程，下面将采用应用实例，分别从主节点和从节点两个方面进行详细说明。

白名单从节点尽力发现中主节点流程包括：

1)判断是否网内白名单节点全部入网成功，成功则跳转至步骤9)否则继2)。

2)对照白名单，从未入网成功的节点中选择潜在路由能力最优的节点进行指定节点网络构建报文传送。

3)判断指定节点构建网络信息报文是否成功，如果成功则跳转步骤7)，否则继续步骤4)。

4)从已建网信息表、历史网络信息表、实存网络信息表中择优选择参考优先补网节点。

5)最多选择3个节点作为参考节点转发指定节点网络构建报文。

6)判断指定节点网络构建转发报文是否发送成功，如果成功则继续步骤7)，否则跳转步骤8)。

7)更新主节点全网路由信息表以及可达节点信息表，返回步骤1)。

8)记录节点入网失败错误记录，返回步骤1)

9)结束本流程。

白名单从节点尽力发现中从节点流程包括：

a)从节点接收到主节点发抵的指定节点重新构建的网络信息的转发命令报文。

b)从节点向目的端节点最多转发3次指定构建信息报文。

c)判断报文是否发送成功，如果成功则跳转步骤e)，否则继续步骤d)。

d)向集中器返回给转发报文失败信息。

e)结束本流程。

如图4所示，一种无线自组织网络构建系统，其特征在于，包括：

遍历识别模块100，用于遍历全网节点，识别全网节点中所有白名单节点，全网节点包括主节点和从节点。

地址组发模块200，用于当全网节点未分配有网络地址时，进行全网节点网内地址组发。

收集建立模块300，用于收集并建立全网节点的邻居表信息与分布式路由表。

更新模块400，用于控制白名单中未入网成功的从节点执行尽力发现流程，更新邻居表信息与分布式路由表。

网络构建模块500，用于根据更新后的邻居表信息与分布式路由表，构建无线自组织网络。

本发明无线自组织网络构建系统，遍历识别模块100遍历全网节点，识别全网节点中所有白名单节点，当全网节点未分配有网络地址时，地址组发模块200进行全网节点网内地址组发，收集建立模块300收集并建立全网节点的邻居表信息与分布式路由表，更新模块400控制白名单中未入网成功的从节点执行尽力发现流程，更新邻居表信息与分布式路由表，网络构建模块500根据更新后的邻居表信息与分布式路由表，构建无线自组织网络。整个过程中，基于全网节点的邻居表信息与分布式路由表，构建一个通过多跳分布式路由方式建立主节点到各个从节点之间联接的无线通信网络，各个节点之间采用分布式路由方式建立连接，而非被动转发数据，因此构建的无线通信网络能够实现高效通信。

如图5所示，在其中一个实施例中，地址组发模块200包括：

白名单查找单元220，用于当全网节点未分配有网络地址时，查找主节点所辖的网内从节点白名单。

地址分配单元240，用于控制主节点为所辖的白名单从节点分配网内短地址。

在其中一个实施例中，收集建立模块300包括：

初始层级确定单元，用于确定主节点初始层级为预设初始层级。

搜索单元，用于搜索主节点自身预设跳范围内的邻居节点信息。

节点选取单元，用于从邻居节点信息中选取综合信号值超过预设阈值的节点作为有效出口，并更新路由表与可达节点表信息。

搜索更新单元，用于根据更新后的路由表，依据宽度优先的原则选择从节点为第一指定节点，对第一指定节点进行路由表及可达节点表搜索更新。

更新单元，用于当接收到第一指定节点的路由表更新的应答包时，根据应答包更新主节点路由表与可达节点表信息。

在其中一个实施例中，搜索更新单元包括：

第一控制单元，用于控制主节点向第一指定节点发送指定节点网络构建报文。

第二控制单元，用于控制第一指定节点向周围邻居节点广播邻居搜索报文。

特征信息返回单元，用于将周围邻居节点将最新的双向信号特征信息返回给搜索发起的邻节点。

应答包生成单元，用于控制第一指定节点更新路由表与可达节点表信息，并根据更新后的第一指定节点路由表与可达节点表信息生成路由表更新的应答包。

在其中一个实施例中，更新模块400包括：

选择单元，用于对照白名单，从未入网成功的从节点中选择潜在路由能力最优的节点为第二指定节点。

报文发送单元，用于控制主节点向第二指定节点发送指定节点网络构建报文。

第一处理单元，用于当指定节点构建网络信息报文发送成功时，更新主节点全网路由表以及可达节点表信息。

第二处理单元，用于当指定节点构建网络信息报文未发送成功时，从已建网信息表、历史网络信息表、实存网络信息表中选择优先补网节点，控制优先补网节点转发指定节点网络构建报文。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种无线自组织网络构建方法，其特征在于，包括步骤：

遍历全网节点，识别全网节点中所有白名单节点，所述全网节点包括主节点和从节点；

当全网节点未分配有网络地址时，进行全网节点网内地址组发；

收集并建立所述全网节点的邻居表信息与分布式路由表；

控制白名单中未入网成功的从节点执行尽力发现流程，更新所述邻居表信息与分布式路由表；

根据更新后的所述邻居表信息与分布式路由表，构建无线自组织网络。

2.根据权利要求1所述的无线自组织网络构建方法，其特征在于，所述当全网节点未分配有网络地址时，进行全网节点网内地址组发的步骤包括：

当全网节点未分配有网络地址时，查找主节点所辖的网内从节点白名单；

控制主节点为所辖的白名单从节点分配网内短地址。

3.根据权利要求1所述的无线自组织网络构建方法，其特征在于，所述收集并建立所述全网节点的邻居表信息与分布式路由表的步骤包括：

确定主节点初始层级为预设初始层级；

搜索主节点自身预设跳范围内的邻居节点信息；

从所述邻居节点信息中选取综合信号值超过预设阈值的节点作为有效出口，并更新路由表与可达节点表信息；

根据更新后的路由表，依据宽度优先的原则选择从节点为第一指定节点，对所述第一指定节点进行路由表及可达节点表搜索更新；

当接收到所述第一指定节点的路由表更新的应答包时，根据所述应答包更新主节点路由表与可达节点表信息。

4.根据权利要求3所述的无线自组织网络构建方法，其特征在于，所述对所述第一指定节点进行路由表及可达节点表搜索更新的步骤包括：

控制主节点向所述第一指定节点发送指定节点网络构建报文；

控制所述第一指定节点向周围邻居节点广播邻居搜索报文；

周围邻居节点将最新的双向信号特征信息返回给搜索发起的邻节点；

控制所述第一指定节点更新路由表与可达节点表信息，并根据更新后的第一指定节点路由表与可达节点表信息生成路由表更新的应答包。

5.根据权利要求1所述的无线自组织网络构建方法，其特征在于，所述控制白名单中未入网成功的从节点执行尽力发现流程的步骤包括：

对照白名单，从未入网成功的从节点中选择潜在路由能力最优的节点为第二指定节点；

控制主节点向所述第二指定节点发送指定节点网络构建报文；

当指定节点构建网络信息报文发送成功时，更新主节点全网路由表以及可达节点表信息；

当指定节点构建网络信息报文未发送成功时，从已建网信息表、历史网络信息表、实存网络信息表中选择优先补网节点，控制所述优先补网节点转发所述指定节点网络构建报文。

6.一种无线自组织网络构建系统，其特征在于，包括：

遍历识别模块，用于遍历全网节点，识别全网节点中所有白名单节点，所述全网节点包括主节点和从节点；

地址组发模块，用于当全网节点未分配有网络地址时，进行全网节点网内地址组发；

收集建立模块，用于收集并建立所述全网节点的邻居表信息与分布式路由表；

更新模块，用于控制白名单中未入网成功的从节点执行尽力发现流程，更新所述邻居表信息与分布式路由表；

网络构建模块，用于根据更新后的所述邻居表信息与分布式路由表，构建无线自组织网络。

7.根据权利要求6所述的无线自组织网络构建系统，其特征在于，所述地址组发模块包括：

白名单查找单元，用于当全网节点未分配有网络地址时，查找主节点所辖的网内从节点白名单；

地址分配单元，用于控制主节点为所辖的白名单从节点分配网内短地址。

8.根据权利要求6所述的无线自组织网络构建系统，其特征在于，所述收集建立模块包括：

初始层级确定单元，用于确定主节点初始层级为预设初始层级；

搜索单元，用于搜索主节点自身预设跳范围内的邻居节点信息；

节点选取单元，用于从所述邻居节点信息中选取综合信号值超过预设阈值的节点作为有效出口，并更新路由表与可达节点表信息；

搜索更新单元，用于根据更新后的路由表，依据宽度优先的原则选择从节点为第一指定节点，对所述第一指定节点进行路由表及可达节点表搜索更新；

更新单元，用于当接收到所述第一指定节点的路由表更新的应答包时，根据所述应答包更新主节点路由表与可达节点表信息。

9.根据权利要求8所述的无线自组织网络构建系统，其特征在于，所述搜索更新单元包括：

第一控制单元，用于控制主节点向所述第一指定节点发送指定节点网络构建报文；

第二控制单元，用于控制所述第一指定节点向周围邻居节点广播邻居搜索报文；

特征信息返回单元，用于将周围邻居节点将最新的双向信号特征信息返回给搜索发起的邻节点；

应答包生成单元，用于控制所述第一指定节点更新路由表与可达节点表信息，并根据更新后的第一指定节点路由表与可达节点表信息生成路由表更新的应答包。

10.根据权利要求6所述的无线自组织网络构建系统，其特征在于，所述更新模块包括：

选择单元，用于对照白名单，从未入网成功的从节点中选择潜在路由能力最优的节点为第二指定节点；

报文发送单元，用于控制主节点向所述第二指定节点发送指定节点网络构建报文；

第一处理单元，用于当指定节点构建网络信息报文发送成功时，更新主节点全网路由表以及可达节点表信息；

第二处理单元，用于当指定节点构建网络信息报文未发送成功时，从已建网信息表、历史网络信息表、实存网络信息表中选择优先补网节点，控制所述优先补网节点转发所述指定节点网络构建报文。