CN106792967B - 一种基于扩频技术的低功耗网络组建方法 - Google Patents

一种基于扩频技术的低功耗网络组建方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106792967B
CN106792967B CN201611190395.1A CN201611190395A CN106792967B CN 106792967 B CN106792967 B CN 106792967B CN 201611190395 A CN201611190395 A CN 201611190395A CN 106792967 B CN106792967 B CN 106792967B
Authority
CN
China
Prior art keywords
node
routing
nodes
network
instruction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611190395.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106792967A (zh
Inventor
卫飞
李保龙
柯康
伍辉军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JIANGSU MESH COMMUNICATION ELECTRONIC CO Ltd
Original Assignee
JIANGSU MESH COMMUNICATION ELECTRONIC CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JIANGSU MESH COMMUNICATION ELECTRONIC CO Ltd filed Critical JIANGSU MESH COMMUNICATION ELECTRONIC CO Ltd
Priority to CN201611190395.1A priority Critical patent/CN106792967B/zh
Publication of CN106792967A publication Critical patent/CN106792967A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106792967B publication Critical patent/CN106792967B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • H04W52/0209—Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0225—Power saving arrangements in terminal devices using monitoring of external events, e.g. the presence of a signal
    • H04W52/0229—Power saving arrangements in terminal devices using monitoring of external events, e.g. the presence of a signal where the received signal is a wanted signal
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • H04W52/0209—Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0225—Power saving arrangements in terminal devices using monitoring of external events, e.g. the presence of a signal
    • H04W52/0248—Power saving arrangements in terminal devices using monitoring of external events, e.g. the presence of a signal dependent on the time of the day, e.g. according to expected transmission activity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W76/00—Connection management
    • H04W76/20—Manipulation of established connections
    • H04W76/28—Discontinuous transmission [DTX]; Discontinuous reception [DRX]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/08—Load balancing or load distribution
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于扩频技术的低功耗网络组建方法，通过无线手持设备根据主节点信息对路由节点及子节点设定网络号和信道号，路由节点及子节点属于同一个主节点网络，主节点和路由节点工作信道为A，子节点工作信道为B，A及B互为一组信道，一共16组，具体步骤包括：1）主节点及路由节点之间的组网；2）子节点档案的收集与分配；3）主节点及子节点之间的组网；4）路由节点及子节点之间的组网；5）新增路由节点入网。本发明通信抗干扰性更强，通信距离更远，相邻网络之间采用不同的网络号、信道组，各自均可以正常工作，相互之间不会产生干扰，整个网络寿命比较平均，没有明显短板，后期更换节点时更加统一方便，新增的路由节点可以“一键入网”，对于后续网络的扩充十分灵活便捷。

Description

一种基于扩频技术的低功耗网络组建方法
技术领域
本发明涉及一种基于扩频技术的低功耗网络组建方法。
背景技术
随着无线调制技术的日趋成熟和人们对居住环境的要求日益提高，传统的人工上门挨家挨户的抄表方式已越来越无法满足广大住户和水、电、气等管理部门的需求。无线抄表无需人工上门，既减少了对用户的打扰，也降低了物业部门的后期管理维护；当前国内的无线模块，部分需通过电力线降压给其供电，这就需要进行线路的铺设，对于电力资源匮乏的偏远地区则不适用；且大多使用点对点和人工设置路径的路由方法，由于传统无线调制技术的性能限制，点与点之间的传输距离有限，所以为扩大通信范围，会采用较多的无线模块进行多跳路由中继，路由越多网络就越复杂，越不容易管理，且投入成本越高；对于人工设置路径的方法，在前期部署设备的时候，安装人员需清楚每一个设备的安装位置并反复测试安装位置和通讯稳定性，耗费大量人力，后期在通信环境恶化或者节点意外故障的情况下，路径无法正常通讯，也无法更换其他路径，通讯的健壮性和稳定性大打折扣。
上述缺陷，值得解决。
发明内容
为了克服现有的技术的不足, 本发明提供一种基于扩频技术的低功耗网络组建方法。
本发明技术方案如下所述：一种基于扩频技术的低功耗网络组建方法，其特征在于，通过无线手持设备根据主节点信息对路由节点及子节点设定网络号和信道号，路由节点及子节点属于同一个主节点网络，主节点和路由节点工作信道为A，子节点工作信道为B，A及B互为一组信道，一共16组，具体步骤包括：
1）主节点及路由节点之间的组网；
2）子节点档案的收集与分配；
3）主节点及子节点之间的组网；
4）路由节点及子节点之间的组网；
5）新增路由节点入网。
进一步的，主节点及路由节点之间的组网步骤包括：
1）、主节点上电后向集中器发送上电成功指令，集中器收到上电成功指令后向主节点发送启动组网指令，或者通过无线手持设备直接向主节点发送启动组网指令；
2）、主节点收到启动组网指令后，向路由节点发送轮次号为1、层次号为0、时隙号为0、包含网络规模的广播信标帧，其中最大轮次为8，最大层次为7，单轮时间为网络规模x单个时隙时间，整个信标周期为网络规模x单个时隙时间x8；
3）、收到主节点广播信标帧的路由节点提取其中的源地址和场强值存入内部邻居场强表，然后根据网络规模计算自己的时隙，并且层次号加1，生成源地址为自己的信标帧；
4）、路由节点在时间到了自己的时隙后先随机延时一段时间然后检测空中是否有数据发送，如果有则接收并提取其中的源地址和场强值存入内部邻居场强表，轮次号加1，同时时隙往后退一个轮次的时间，重复4）过程，直到转发成功，最大轮次为8，超过8则放弃转发；如果没有则转发信标帧；
5）、所有初次收到信标帧的路由节点层次号均递增加1，生成源地址为自己的信标帧，进入竞争转发信标的状态，进行4）步骤，在整个信标周期中最多只转发一次信标，整个信标周期中主节点和路由节点收到其他路由节点的信标帧均提取源地址和场强值存入内部邻居场强表；
6）、信标周期结束，主节点和路由节点均生成了各自的内部邻居场强表；
7）、主节点依次向内部邻居场强表中的路由节点发送场强收集指令，收到场强收集指令的路由节点（第一层次）返回各自的邻居场强表；
8）、主节点将未收录于自己邻居场强表中的路由节点添加到邻居场强表中，并由此计算从主节点到各路由节点（第一层次）的多条路径，形成路由表，然后将路由表中计算出的多条路径和时隙号依次下发配置给各路由节点；
9）、第一层次的路由节点邻居场强表收集、路由表生成、配置完成后，开始进行下一层次的邻居场强表收集、路由表生成、配置流程，直到邻居场强表中已不存在未执行场强收集的路由节点或层次号已大于7时，主节点、路由节点之间的组网阶段结束，主干网搭建完毕。
进一步的，子节点档案的收集与分配的步骤包括：
1）由于主节点和子节点工作在不同信道，所以主节点切换到B信道发送包含网络规模的档案收集指令，然后立即切回A信道，所有收到档案收集指令的子节点根据网络规模计算各自的时隙，主节点收集一次超时时间为2x网络规模x单个时隙时间；
2）子节点到了自己的时隙后先随机延时一段时间，然后切换到A信道检测空中是否有数据，如果有则时隙退后一轮时间，即网络规模x单个时隙时间，下一次检测如果还发现空中有数据则放弃发送；如果没有数据则发送包含自己档案的指令，发送完成依旧在A信道等待主节点回复确认帧，收到确认帧或者超时才切回B信道；
3)重复1）及2）步骤多次，由于每次1）步骤主节点都发送带有同一标识的档案收集指令，所以已经返回档案并得到主节点确认的子节点不会响应带有此标识的指令；
4)主节点档案收集完毕，开始给内部邻居场强表中各层次的路由节点逐层发送档案收集指令；
5)收到从主节点发送的档案收集指令，路由节点开始自己的档案收集流程：切换到B信道发送包含网络规模的档案收集指令，发送完毕立即切回A信道；
6)收到路由节点发送的档案收集指令，子节点根据网络规模计算自己的时隙；
7)子节点到了自己的时隙后先随机延时一段时间，然后切换到A信道检测空中是否有数据，如果有则时隙退后一轮时间，即网络规模x单个时隙时间，下一次检测如果还发现空中有数据则放弃发送；如果没有数据则发送包含自己档案的指令，发送完成依旧在A信道等待路由节点回复确认帧，收到确认帧或者超时才切回B信道；
8)重复5）、6）及7）步骤多次，由于每次5）过程路由节点都发送带有同一标识的档案收集指令，所以已经返回档案并得到路由节点确认的子节点不会响应带有此标识的指令；
9)档案收集完毕的路由节点打包其收集到的档案按照原路径返回给主节点；
10)待邻居场强表中所有路由节点执行完5）~9）档案收集流程，主节点按照“每个路由节点尽量均等档案”的原则计算自己和各个路由节点所带载的档案以及档案个数，并按照事先路由表中生成的路径给各个路由节点发送分配档案指令。
进一步的，主节点及子节点之间的组网步骤包括：
1）档案分配完毕，但是属于主节点档案的子节点并没有归属于主节点，依旧处于无序状态，主节点切换到B信道发送包含网络规模的群抄指令，发送完成立即切回A信道，主节点收集一次超时时间为2x网络规模x单个时隙时间；
2）所有收到群抄指令的子节点开始根据网络规模计算自己的时隙；
3）子节点到了自己的时隙后先随机延时一段时间，然后切换到A信道检测空中是否有数据，如果有则退后一轮时间，即网络规模x单个时隙时间，下一次检测如果还发现空中有数据则放弃发送；如果没有数据则发送包含自己数据的指令，发送完成依旧在A信道等待主节点回复分配时隙指令，收到分配时隙指令或者超时才切回B信道；
4）主节点只给属于自己档案的子节点发送分配时隙的指令，按照先上报数据先分配的原则，已分配时隙的子节点处于有序状态，且不会响应其他路由节点发送的群抄指令，下次主节点发送群抄指令时子节点不需要随机延时也不需要检测空中是否有数据，直接按照已分配的时隙上报数据。
进一步的，路由节点及子节点之间的组网步骤包括：
1）主节点群抄流程完毕，开始给事先生成的邻居场强表中各层次的路由节点逐层发送群抄指令；
2）收到从主节点发送的群抄指令，路由节点开始自己的群抄流程：切换到B信道发送包含网络规模的群抄指令，发送完成立即切回A信道，路由节点收集一次超时时间为2x网络规模x单个时隙时间；
3）收到路由节点发送的群抄指令，子节点根据网络规模计算自己的时隙；
4）子节点到了自己的时隙后先随机延时一段时间，然后切换到A信道检测空中是否有数据，如果有则时隙退后一轮时间，即网络规模x单个时隙时间，下一次检测如果还发现空中有数据则放弃发送；如果没有数据则发送包含自己数据的指令，发送完成依旧在A信道等待路由节点分配时隙指令，收到分配时隙指令或者超时才切回B信道；
5）路由节点只给属于自己档案的子节点发送分配时隙的指令，即按照先上报数据先分配的原则，已分配时隙的子节点处于有序状态，且不会响应其他路由节点发送的群抄指令，下次路由节点发送群抄指令时子节点不需要延时也不需要检测空中是否有数据，直接按照已分配的时隙上报数据；
6）待所有路由节点完成2）、3）、4）及5）步骤，即子网组建，形成一套由主节点、路由节点构成主干网，主节点、子节点构成子网，路由节点、子节点构成子网的网络。
进一步的，新增路由节点入网步骤包括：
1）无线手持设备给新增的路由节点设置网络号和信道号后发送启动入网指令；
2）新增路由节点收到启动入网指令后，发送广播入网申请指令；
3）收到入网申请指令的可能有主节点或者路由节点，若是主节点收到则立即返回直达路径给新增路由节点，若是路由节点收到，则从主节点分配的路径中挑选最优路径，按照时隙即主节点分配的时隙mod5，到了自己的时隙后检测空中是否有数据，没有则发送路径给新增路由节点，有则放弃响应；
4）新增路由节点最多收集三条最优路径，然后根据“路径最短、路径相等时信号最强,主节点直达路径最优先”的原则选择最优路径向主节点发送包含邻居场强表的入网就绪指令；
5）主节点收到新增路由节点的入网就绪指令，根据其邻居场强表计算多条路径并下发配置路径和时隙的指令；
6）新增路由节点收到配置路径和时隙的指令，申请入网成功。
进一步的，还包括通过信道活动检测来检测无线信道上的前导码，并以此来同步数据流。
进一步的，基于信道活动检测的快速扫描信道，还包括无线模块采用周期性的睡眠，即唤醒模式，每个周期仅使用极短的时间用于扫描信道。
根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明使用扩频技术，可以从各种类型的噪声和多径失真中获得免疫性，得到信噪比的增益，通信抗干扰性更强，通信距离更远；
本发明由唯一一个主节点、若干个路由节点、大量子节点构成，而网络内所有节点共有一个网络号、一组通信信道，所以相邻网络之间采用不同的网络号、信道组，各自均可以正常工作，相互之间不会产生干扰；
本发明中主干网网络和子网之间采用同一信道组的不同信道进行跳频通讯，收集子节点数据时子节点不会被频繁唤醒处理“无效数据”，造成电量消耗，因此电池寿命大幅延长。
本发明中主节点在子节点档案分配的时候采用“尽量平均分配给每个路由节点”的原则，在收集各个路由节点的子节点数据时各路由节点电量消耗差异不会太大，整个网络寿命比较平均，没有明显短板，后期更换节点时更加统一方便；
本发明中新增的路由节点可以“一键入网”，自动计算路径和时隙，无需多余的人工操作，对于后续网络的扩充十分灵活便捷。
附图说明
图1为本发明组建的网络结构图；
图2为本发明无线组网系统原理图；
图3为本发明主干网组建示意图；
图4为本发明子节点档案收集分配示意图；
图5为本发明主节点子网组建示意图；
图6为本发路由节点子网组建示意图；
图7为本发明新增路由节点入网示意图；
图8为本发明低功耗的收发模式示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：
如图1-7所示，本发明整个网络的硬件基础设备由集中器、采集设备、终端设备构成，对应的无线网络系统由主节点、路由节点、子节点构成。主节点是整个网络的中心，负责网络的建立、管理、维护；路由节点是整个网络的中转站，负责收集数量众多的子节点数据打包返回给主节点。而网络系统又可以划分为由主节点、路由节点组成的主干网和主节点或路由节点和子节点组成的子网。
本发明通过信道活动检测来检测无线信道上的前导码，信道活动检测旨在以尽可能高的功耗效率检测无线信道上的前导码，并以此来同步数据流；无线模块采用周期性的睡眠—唤醒模式，每个周期仅使用极短的时间用于扫描信道，这样可以大幅降低平均功耗，延长电池使用寿命；通过无线手持设备根据主节点信息对路由节点及子节点设定网络号和信道号，路由节点及子节点属于同一个主节点网络，主节点和路由节点工作信道为A，子节点工作信道为B，A及B互为一组信道，一共16组，具体步骤包括：
1）主节点及路由节点之间的组网；
2）子节点档案的收集与分配；
3）主节点及子节点之间的组网；
4）路由节点及子节点之间的组网；
5）新增路由节点入网。
1、主节点及路由节点之间的组网步骤包括：
1）、主节点上电后向集中器发送上电成功指令，集中器收到上电成功指令后向主节点发送启动组网指令，或者通过无线手持设备直接向主节点发送启动组网指令；
2）、主节点收到启动组网指令后，向路由节点发送轮次号为1、层次号为0、时隙号为0、包含网络规模的广播信标帧，其中最大轮次为8，最大层次为7，单轮时间为网络规模x单个时隙时间，整个信标周期为网络规模x单个时隙时间x8；
3）、收到主节点广播信标帧的路由节点提取其中的源地址和场强值存入内部邻居场强表，然后根据网络规模计算自己的时隙，并且层次号加1，生成源地址为自己的信标帧；
4）、路由节点在时间到了自己的时隙后先随机延时一段时间然后检测空中是否有数据发送，如果有则接收并提取其中的源地址和场强值存入内部邻居场强表，轮次号加1，同时时隙往后退一个轮次的时间，重复4）过程，直到转发成功，最大轮次为8，超过8则放弃转发；如果没有则转发信标帧；
5）、所有初次收到信标帧的路由节点层次号均递增加1，生成源地址为自己的信标帧，进入竞争转发信标的状态，进行4）步骤，在整个信标周期中最多只转发一次信标，整个信标周期中主节点和路由节点收到其他路由节点的信标帧均提取源地址和场强值存入内部邻居场强表；
6）、信标周期结束，主节点和路由节点均生成了各自的内部邻居场强表；
7）、主节点依次向内部邻居场强表中的路由节点发送场强收集指令，收到场强收集指令的路由节点（第一层次）返回各自的邻居场强表；
8）、主节点将未收录于自己邻居场强表中的路由节点添加到邻居场强表中，并由此计算从主节点到各路由节点（第一层次）的多条路径，形成路由表，然后将路由表中计算出的多条路径和时隙号依次下发配置给各路由节点；
9）、第一层次的路由节点邻居场强表收集、路由表生成、配置完成后，开始进行下一层次的邻居场强表收集、路由表生成、配置流程，直到邻居场强表中已不存在未执行场强收集的路由节点或层次号已大于7时，主节点、路由节点之间的组网阶段结束，主干网搭建完毕。
2、子节点档案的收集与分配的步骤包括：
1）由于主节点和子节点工作在不同信道，所以主节点切换到B信道发送包含网络规模的档案收集指令，然后立即切回A信道，所有收到档案收集指令的子节点根据网络规模计算各自的时隙，主节点收集一次超时时间为2x网络规模x单个时隙时间；
2）子节点到了自己的时隙后先随机延时一段时间，然后切换到A信道检测空中是否有数据，如果有则时隙退后一轮时间，即网络规模x单个时隙时间，下一次检测如果还发现空中有数据则放弃发送；如果没有数据则发送包含自己档案的指令，发送完成依旧在A信道等待主节点回复确认帧，收到确认帧或者超时才切回B信道；
3)重复1）及2）步骤多次，由于每次1）步骤主节点都发送带有同一标识的档案收集指令，所以已经返回档案并得到主节点确认的子节点不会响应带有此标识的指令；
4)主节点档案收集完毕，开始给内部邻居场强表中各层次的路由节点逐层发送档案收集指令；
5)收到从主节点发送的档案收集指令，路由节点开始自己的档案收集流程：切换到B信道发送包含网络规模的档案收集指令，发送完毕立即切回A信道；
6)收到路由节点发送的档案收集指令，子节点根据网络规模计算自己的时隙；
7)子节点到了自己的时隙后先随机延时一段时间，然后切换到A信道检测空中是否有数据，如果有则时隙退后一轮时间，即网络规模x单个时隙时间，下一次检测如果还发现空中有数据则放弃发送；如果没有数据则发送包含自己档案的指令，发送完成依旧在A信道等待路由节点回复确认帧，收到确认帧或者超时才切回B信道；
8)重复5）、6）及7）步骤多次，由于每次5）过程路由节点都发送带有同一标识的档案收集指令，所以已经返回档案并得到路由节点确认的子节点不会响应带有此标识的指令；
9)档案收集完毕的路由节点打包其收集到的档案按照原路径返回给主节点；
10)待邻居场强表中所有路由节点执行完5）~9）档案收集流程，主节点按照“每个路由节点尽量均等档案”的原则计算自己和各个路由节点所带载的档案以及档案个数，并按照事先路由表中生成的路径给各个路由节点发送分配档案指令。
3、主节点及子节点之间的组网步骤包括：
1）档案分配完毕，但是属于主节点档案的子节点并没有归属于主节点，依旧处于无序状态，主节点切换到B信道发送包含网络规模的群抄指令，发送完成立即切回A信道，主节点收集一次超时时间为2x网络规模x单个时隙时间；
2）所有收到群抄指令的子节点开始根据网络规模计算自己的时隙；
3）子节点到了自己的时隙后先随机延时一段时间，然后切换到A信道检测空中是否有数据，如果有则退后一轮时间，即网络规模x单个时隙时间，下一次检测如果还发现空中有数据则放弃发送；如果没有数据则发送包含自己数据的指令，发送完成依旧在A信道等待主节点回复分配时隙指令，收到分配时隙指令或者超时才切回B信道；
4）主节点只给属于自己档案的子节点发送分配时隙的指令，按照先上报数据先分配的原则，已分配时隙的子节点处于有序状态，且不会响应其他路由节点发送的群抄指令，下次主节点发送群抄指令时子节点不需要随机延时也不需要检测空中是否有数据，直接按照已分配的时隙上报数据。
4、路由节点及子节点之间的组网步骤包括：
1）主节点群抄流程完毕，开始给事先生成的邻居场强表中各层次的路由节点逐层发送群抄指令；
2）收到从主节点发送的群抄指令，路由节点开始自己的群抄流程：切换到B信道发送包含网络规模的群抄指令，发送完成立即切回A信道，路由节点收集一次超时时间为2x网络规模x单个时隙时间；
3）收到路由节点发送的群抄指令，子节点根据网络规模计算自己的时隙；
4）子节点到了自己的时隙后先随机延时一段时间，然后切换到A信道检测空中是否有数据，如果有则时隙退后一轮时间，即网络规模x单个时隙时间，下一次检测如果还发现空中有数据则放弃发送；如果没有数据则发送包含自己数据的指令，发送完成依旧在A信道等待路由节点分配时隙指令，收到分配时隙指令或者超时才切回B信道；
5）路由节点只给属于自己档案的子节点发送分配时隙的指令，即按照先上报数据先分配的原则，已分配时隙的子节点处于有序状态，且不会响应其他路由节点发送的群抄指令，下次路由节点发送群抄指令时子节点不需要延时也不需要检测空中是否有数据，直接按照已分配的时隙上报数据；
6）待所有路由节点完成2）、3）、4）及5）步骤，即子网组建，形成一套由主节点、路由节点构成主干网，主节点、子节点构成子网，路由节点、子节点构成子网的网络。
5、新增路由节点入网步骤包括：
1）无线手持设备给新增的路由节点设置网络号和信道号后发送启动入网指令；
2）新增路由节点收到启动入网指令后，发送广播入网申请指令；
3）收到入网申请指令的可能有主节点或者路由节点，若是主节点收到则立即返回直达路径给新增路由节点，若是路由节点收到，则从主节点分配的路径中挑选最优路径，按照时隙即主节点分配的时隙mod5，到了自己的时隙后检测空中是否有数据，没有则发送路径给新增路由节点，有则放弃响应；
4）新增路由节点最多收集三条最优路径，然后根据“路径最短、路径相等时信号最强,主节点直达路径最优先”的原则选择最优路径向主节点发送包含邻居场强表的入网就绪指令；
5）主节点收到新增路由节点的入网就绪指令，根据其邻居场强表计算多条路径并下发配置路径和时隙的指令；
6）新增路由节点收到配置路径和时隙的指令，申请入网成功
本发明具有以下特点：
1、 低功耗运行：网络内所有设备通讯方式均基于周期性休眠的自唤醒模式，平均功耗达到uA级别,如图8所示，接收端以t1+t2的时间长度做周期性的休眠唤醒，其中t1远小于t2，发送端发送长度略大于t1+t2覆盖接收端的工作周期，以确保接收端可以检测到前导码，接收端检测到前导码后开始同步数据流，直至收完整个数据包，之后恢复周期性的休眠唤醒。
2、实时响应：无需设置休眠时段或者先建立连接再进行通讯，发送数据即可唤醒设备。
3、自动组网：上电后主节点即开始自动组网，整个组网流程无需人工干预。
4、 负载均衡：均分档案后各子网业务量相近，不会因木桶原理造成全网的短板，以致部分网络频繁更换电池，增加工作量。
5、 收发异频：所有与子节点有关的通讯都跳频，通讯过程不会唤醒其他子节点，大幅降低功耗，延长网络整体寿命。
6、多级路由：最大支持7级路由中继，加上扩频技术的使用可覆盖超远距离。
7、自动更换路径：组网过程主节点会存储多条路径，当一条路径失效时自动更换其他 路径尝试连接。
8、一键入网：无线掌机给路由节点发送入网命令后，路由节点自动搜寻入网最佳路径，然后与主节点建立稳定连接，方便网络的灵活扩充。
9、 区域划分：一个主节点组建一个网络，所以可以根据主节点地址单独划分一片区域，相邻区域使用不同信道组和网络号，避免同频干扰。
本发明具体实施例:
下面以水表的集抄为实施例，说明本发明的组建方法，具体步骤包括：
1）主节点嵌入集中器，通过TTL接口连接，集中器将220V交流电内部转换成3.3V直流电供给主节点；
2）路由节点即采集设备，直接由容量为10000mAh的3.6v电池独立供电；
3）子节点嵌入水表中，通过串口连接，由3600mAh的3.6v电池独立供电，同时供电给表端模块；
4）用无线掌机对采集设备和水表进行网络号和信道号的设置；
5）设置完毕后，集中器上电复位，主节点启动组网流程；
6）主节点发送信标后，各采集设备进入竞争转发信标状态；
7）信标周期结束，主节点逐层收集邻居场强表，之后逐层配置各采集设备的路径和时隙；
8）主节点首先开始收集自己通讯范围内的水表地址，水表处于竞争上报的状态；
9）然后逐层收集各个采集设备通讯范围内的水表地址；
10）所有通讯范围内的水表地址收集完毕，主节点按照“采集设备尽量平均分配”的原则下发档案给各采集设备；
11）档案收集分配完毕，主节点开始收集自己档案内水表的数据，同时给这些水表分配时隙（相当于水表入网）；
12）主节点接着开始收集各采集设备档案内的水表数据，采集设备给这些水表分配时隙（相当于水表入网）；
13）所有通讯范围的采集设备、水表均已入网，至此，网络组建完成。
14）如果后续安装新的采集设备，使用无线掌机发送“入网”指令，采集设备开启自动入网流程；
15）新的采集设备发送入网请求，最多收集3条其他入网采集设备响应请求，并计算最佳路径返回给主节点，主节点下发配置指令则入网成功，否则重发入网请求。
本发明使用扩频技术，可以从各种类型的噪声和多径失真中获得免疫性，得到信噪比的增益，通信抗干扰性更强，通信距离更远；
本发明由唯一一个主节点、若干个路由节点、大量子节点构成，而网络内所有节点共有一个网络号、一组通信信道，所以相邻网络之间采用不同的网络号、信道组，各自均可以正常工作，相互之间不会产生干扰；
本发明中主干网网络和子网之间采用同一信道组的不同信道进行跳频通讯，收集子节点数据时子节点不会被频繁唤醒处理“无效数据”，造成电量消耗，因此电池寿命大幅延长。
本发明中主节点在子节点档案分配的时候采用“尽量平均分配给每个路由节点”的原则，在收集各个路由节点的子节点数据时各路由节点电量消耗差异不会太大，整个网络寿命比较平均，没有明显短板，后期更换节点时更加统一方便；
本发明中新增的路由节点可以“一键入网”，自动计算路径和时隙，无需多余的人工操作，对于后续网络的扩充十分灵活便捷。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于扩频技术的低功耗网络组建方法，其特征在于，通过无线手持设备根据主节点信息对路由节点及子节点设定网络号和信道号，路由节点及子节点属于同一个主节点网络，主节点和路由节点工作信道为A，子节点工作信道为B，A及B互为一组信道，一共16组，具体步骤包括：
1)主节点及路由节点之间的组网；
2)子节点档案的收集与分配；
3)主节点及子节点之间的组网；
4)路由节点及子节点之间的组网；
5)新增路由节点入网；
所述新增路由节点入网步骤包括：
1)无线手持设备给新增的路由节点设置网络号和信道号后发送启动入网指令；
2)新增路由节点收到启动入网指令后，发送广播入网申请指令；
3)收到入网申请指令的可能有主节点或者路由节点，若是主节点收到则立即返回直达路径给新增路由节点，若是路由节点收到，则从主节点分配的路径中挑选最优路径，按照时隙即主节点分配的时隙mod5，到了自己的时隙后检测空中是否有数据，没有则发送路径给新增路由节点，有则放弃响应；
4)新增路由节点最多收集三条最优路径，然后根据“路径最短、路径相等时信号最强,主节点直达路径最优先”的原则选择最优路径向主节点发送包含邻居场强表的入网就绪指令；
5)主节点收到新增路由节点的入网就绪指令，根据其邻居场强表计算多条路径并下发配置路径和时隙的指令；
6)新增路由节点收到配置路径和时隙的指令，申请入网成功。
2.根据权利要求1所述的基于扩频技术的低功耗网络组建方法，其特征在于，主节点及路由节点之间的组网步骤包括：
1)、主节点上电后向集中器发送上电成功指令，集中器收到上电成功指令后向主节点发送启动组网指令，或者通过无线手持设备直接向主节点发送启动组网指令；
2)、主节点收到启动组网指令后，向路由节点发送轮次号为1、层次号为0、时隙号为0、包含网络规模的广播信标帧，其中最大轮次为8，最大层次为7，单轮时间为网络规模x单个时隙时间，整个信标周期为网络规模x单个时隙时间x8；
3)、收到主节点广播信标帧的路由节点提取其中的源地址和场强值存入内部邻居场强表，然后根据网络规模计算自己的时隙，并且层次号加1，生成源地址为自己的信标帧；
4)、路由节点在时间到了自己的时隙后先随机延时一段时间然后检测空中是否有数据发送，如果有则接收并提取其中的源地址和场强值存入内部邻居场强表，轮次号加1，同时时隙往后退一个轮次的时间，重复4)过程，直到转发成功，最大轮次为8，超过8则放弃转发；如果没有则转发信标帧；
5)、所有初次收到信标帧的路由节点层次号均递增加1，生成源地址为自己的信标帧，进入竞争转发信标的状态，进行4)步骤，在整个信标周期中最多只转发一次信标，整个信标周期中主节点和路由节点收到其他路由节点的信标帧均提取源地址和场强值存入内部邻居场强表；
6)、信标周期结束，主节点和路由节点均生成了各自的内部邻居场强表；
7)、主节点依次向内部邻居场强表中的路由节点发送场强收集指令，收到场强收集指令的第一层次的路由节点返回各自的邻居场强表；
8)、主节点将未收录于自己邻居场强表中的路由节点添加到邻居场强表中，并由此计算从主节点到各第一层次的路由节点的多条路径，形成路由表，然后将路由表中计算出的多条路径和时隙号依次下发配置给各路由节点；
9)、第一层次的路由节点邻居场强表收集、路由表生成、配置完成后，开始进行下一层次的邻居场强表收集、路由表生成、配置流程，直到邻居场强表中已不存在未执行场强收集的路由节点或层次号已大于7时，主节点、路由节点之间的组网阶段结束，主干网搭建完毕。
3.根据权利要求1所述的基于扩频技术的低功耗网络组建方法，其特征在于，子节点档案的收集与分配的步骤包括：
1)由于主节点和子节点工作在不同信道，所以主节点切换到B信道发送包含网络规模的档案收集指令，然后立即切回A信道，所有收到档案收集指令的子节点根据网络规模计算各自的时隙，主节点收集一次超时时间为2x网络规模x单个时隙时间；
2)子节点到了自己的时隙后先随机延时一段时间，然后切换到A信道检测空中是否有数据，如果有则时隙退后一轮时间，即网络规模x单个时隙时间，下一次检测如果还发现空中有数据则放弃发送；如果没有数据则发送包含自己档案的指令，发送完成依旧在A信道等待主节点回复确认帧，收到确认帧或者超时才切回B信道；
3)重复1)及2)步骤多次，由于每次1)步骤主节点都发送带有同一标识的档案收集指令，所以已经返回档案并得到主节点确认的子节点不会响应带有此标识的指令；
4)主节点档案收集完毕，开始给内部邻居场强表中各层次的路由节点逐层发送档案收集指令；
5)收到从主节点发送的档案收集指令，路由节点开始自己的档案收集流程：切换到B信道发送包含网络规模的档案收集指令，发送完毕立即切回A信道；
6)收到路由节点发送的档案收集指令，子节点根据网络规模计算自己的时隙；
7)子节点到了自己的时隙后先随机延时一段时间，然后切换到A信道检测空中是否有数据，如果有则时隙退后一轮时间，即网络规模x单个时隙时间，下一次检测如果还发现空中有数据则放弃发送；如果没有数据则发送包含自己档案的指令，发送完成依旧在A信道等待路由节点回复确认帧，收到确认帧或者超时才切回B信道；
8)重复5)、6)及7)步骤多次，由于每次5)过程路由节点都发送带有同一标识的档案收集指令，所以已经返回档案并得到路由节点确认的子节点不会响应带有此标识的指令；
9)档案收集完毕的路由节点打包其收集到的档案按照原路径返回给主节点；
10)待邻居场强表中所有路由节点执行完5)～9)档案收集流程，主节点按照“每个路由节点尽量均等档案”的原则计算自己和各个路由节点所带载的档案以及档案个数，并按照事先路由表中生成的路径给各个路由节点发送分配档案指令。
4.根据权利要求1所述的基于扩频技术的低功耗网络组建方法，其特征在于，主节点及子节点之间的组网步骤包括：
1)档案分配完毕，但是属于主节点档案的子节点并没有归属于主节点，依旧处于无序状态，主节点切换到B信道发送包含网络规模的群抄指令，发送完成立即切回A信道，主节点收集一次超时时间为2x网络规模x单个时隙时间；
2)所有收到群抄指令的子节点开始根据网络规模计算自己的时隙；
3)子节点到了自己的时隙后先随机延时一段时间，然后切换到A信道检测空中是否有数据，如果有则退后一轮时间，即网络规模x单个时隙时间，下一次检测如果还发现空中有数据则放弃发送；如果没有数据则发送包含自己数据的指令，发送完成依旧在A信道等待主节点回复分配时隙指令，收到分配时隙指令或者超时才切回B信道；
4)主节点只给属于自己档案的子节点发送分配时隙的指令，按照先上报数据先分配的原则，已分配时隙的子节点处于有序状态，且不会响应其他路由节点发送的群抄指令，下次主节点发送群抄指令时子节点不需要随机延时也不需要检测空中是否有数据，直接按照已分配的时隙上报数据。
5.根据权利要求1所述的基于扩频技术的低功耗网络组建方法，其特征在于，路由节点及子节点之间的组网步骤包括：
1)主节点群抄流程完毕，开始给事先生成的邻居场强表中各层次的路由节点逐层发送群抄指令；
2)收到从主节点发送的群抄指令，路由节点开始自己的群抄流程：切换到B信道发送包含网络规模的群抄指令，发送完成立即切回A信道，路由节点收集一次超时时间为2x网络规模x单个时隙时间；
3)收到路由节点发送的群抄指令，子节点根据网络规模计算自己的时隙；
4)子节点到了自己的时隙后先随机延时一段时间，然后切换到A信道检测空中是否有数据，如果有则时隙退后一轮时间，即网络规模x单个时隙时间，下一次检测如果还发现空中有数据则放弃发送；如果没有数据则发送包含自己数据的指令，发送完成依旧在A信道等待路由节点分配时隙指令，收到分配时隙指令或者超时才切回B信道；
5)路由节点只给属于自己档案的子节点发送分配时隙的指令，即按照先上报数据先分配的原则，已分配时隙的子节点处于有序状态，且不会响应其他路由节点发送的群抄指令，下次路由节点发送群抄指令时子节点不需要延时也不需要检测空中是否有数据，直接按照已分配的时隙上报数据；
6)待所有路由节点完成2)、3)、4)及5)步骤，即子网组建，形成一套由主节点、路由节点构成主干网，主节点、子节点构成子网，路由节点、子节点构成子网的网络。
6.根据权利要求1所述的基于扩频技术的低功耗网络组建方法，其特征在于，还包括通过信道活动检测来检测无线信道上的前导码，并以此来同步数据流。
7.根据权利要求6所述的基于扩频技术的低功耗网络组建方法，其特征在于，基于信道活动检测的快速扫描信道，还包括无线模块采用周期性的睡眠，即唤醒模式。
CN201611190395.1A 2016-12-21 2016-12-21 一种基于扩频技术的低功耗网络组建方法 Active CN106792967B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611190395.1A CN106792967B (zh) 2016-12-21 2016-12-21 一种基于扩频技术的低功耗网络组建方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611190395.1A CN106792967B (zh) 2016-12-21 2016-12-21 一种基于扩频技术的低功耗网络组建方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106792967A CN106792967A (zh) 2017-05-31
CN106792967B true CN106792967B (zh) 2020-02-21

Family

ID=58893482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611190395.1A Active CN106792967B (zh) 2016-12-21 2016-12-21 一种基于扩频技术的低功耗网络组建方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106792967B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109743772B (zh) * 2019-02-27 2021-01-26 博锐尚格科技股份有限公司 入网方法和LoRaWAN终端
CN112311681B (zh) * 2019-07-31 2023-01-20 中车株洲电力机车研究所有限公司 一种数据传输方法及系统
CN110972207B (zh) * 2019-11-19 2023-10-24 武汉正维电子技术有限公司 一种低功耗无线拍照接入与传输方法
CN110996345B (zh) * 2019-12-31 2023-02-24 展讯通信（上海）有限公司 自组网中场强检测或上报方法及装置、计算设备和存储介质
CN112423365B (zh) * 2020-09-29 2023-04-28 国网天津市电力公司 一种用于配电台区设备LoRa通讯的MESH组网通讯方法
CN113905402B (zh) * 2021-10-11 2024-05-14 深圳市海恒通科技有限公司 基于Wi-SUN网络的数据管理方法、装置及系统
CN114337894B (zh) * 2021-12-30 2023-08-11 上海微波技术研究所（中国电子科技集团公司第五十研究所） 跳频通信方法及系统
CN115311765B (zh) * 2022-08-05 2023-03-31 深圳市金安科技有限公司 一种基于NB-IoT的智能门磁控制方法及系统

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102281558B (zh) * 2011-06-23 2013-12-18 北京市电力公司 一种应用于物联网数据传输的无线传感器网络组网方法
CN102548038A (zh) * 2012-02-07 2012-07-04 江苏麦希通讯技术有限公司 一种微功率无线网络组网方法
US9793947B2 (en) * 2012-03-19 2017-10-17 Tyco Fire & Security Gmbh Scalable protocol for large WSNs having low duty cycle end nodes
CN103634873B (zh) * 2013-12-18 2017-05-31 北京煜邦电力技术有限公司 电力抄表系统的无线组网方法和电力抄表设备系统
CN105451290B (zh) * 2014-08-20 2019-09-27 北京南瑞智芯微电子科技有限公司 一种微功率无线网络自组网方法和微功率无线网络
CN105430662B (zh) * 2015-09-02 2020-05-05 深圳市泰达鑫信息科技有限公司 一种微功率无线通信网络的组网方法
CN105957319B (zh) * 2016-04-27 2019-01-29 深圳三富通讯有限公司 微功率无线抄表方法
CN105873083A (zh) * 2016-05-13 2016-08-17 安徽南瑞中天电力电子有限公司 一种无线网络组网方法
CN106600941A (zh) * 2017-02-15 2017-04-26 南通德高环境监测技术有限公司 一种低功耗无线自组网抄表系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN106792967A (zh) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106792967B (zh) 一种基于扩频技术的低功耗网络组建方法
CN103415018B (zh) 一种无线传感器网络通信资源分配方法
CN102281558B (zh) 一种应用于物联网数据传输的无线传感器网络组网方法
WO2016026347A1 (zh) 一种微功率无线网络自组网方法和微功率无线网络
Chen et al. Self organization and energy efficient TDMA MAC protocol by wake up for wireless sensor networks
WO2022016906A1 (zh) 一种宽带载波通信网络的信号发送方法
CN101286911B (zh) 基于网格和分簇相结合的无线传感器网络组网方法
CN102057731A (zh) 建立无线多跳网络的方法
CN105934976B (zh) 主从网络休眠及唤醒的方法、装置及主从网络省电系统
CN103179696B (zh) 智能电网中基于认知无线电的通信网系统和组网方法
CN104270169A (zh) 一种适用于航空自组网多通道自适应跳频处理方法及系统
CN101442459B (zh) 一种高度可扩展的无线传感器网络组网方法
Zhao et al. Improve efficiency and reliability in single-hop WSNs with transmit-only nodes
CN102548038A (zh) 一种微功率无线网络组网方法
CN102833822B (zh) 一种可靠的无线传感器网络管理方法
CN105262687A (zh) 一种基于wia-pa技术的用电信息采集系统组网通信方法
CN103298011A (zh) 配电网线路故障在线监测定位系统及通讯方法
CN103874291A (zh) 基于电力线载波的智能组网控制系统和方法
CN111193530A (zh) 一种低压电力线高速载波转蓝牙的通信系统和方法
CN109152100B (zh) 车载无源无线传感器网络自组网方法及装置
CN110519866B (zh) 基于230MHz微网的通信系统及其组网方法
CN106604344B (zh) 一种基于rpl的用电信息系统及其组网和通信方法
CN103957570A (zh) 一种用于电力负荷控制的网络通信系统及其路由算法
CN104201776A (zh) 一种智能环网柜无线IPv6自组网通讯系统
CN110661846B (zh) 一种超窄带电力物联网通信系统及其通信方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant