CN108200628B - 一种线型拓扑结构无线自组网组网方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线型拓扑结构无线自组网组网方法，无线自组网组网方法主要是由一个根节点和若干个路由节点组成；本发明的线型拓扑结构无线自组网组网方法可以以根节点为起始层节点，每层一个节点，逐层级联，实现较远距离的网络覆盖，节点数目理论上不受限制。可以较好地解决其他自组网的覆盖范围小、传输距离近、网络节点数受限的问题；网络地址分配简单，组网方便；线型拓扑结构无线自组网有一个根节点，其他都是路由节点，每个路由节点只能下挂一个子节点，无线网络的数据传递路径有两条，一是根节点途经多个路由节点到目的节点，二是目的节点途经多个路由节点到根节点；适用于以根节点为网关，实现对各个节点数据读取和操作控制的场景。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线自组网组网方法，特别涉及一种线型拓扑结构无线自组 网组网方法，属于自组网组网技术领域。
背景技术
万物互联的时代正在到来。物联网新技术新应用不断涌现，不计其数的以发 展物联网为己任的公司在大展拳脚努力拓展。
物联网的核心功能就是实现物体联网，物物互联。技术层面，物体联网有有 线和无线方式，有线方式在物联网应用上一个主要障碍就是通信布线困难，而无 线方式可以很好地解决这个问题，无线方式无需布线即可实现联网。
无线方式联网有几种典型网络拓扑结构：星型网络拓扑结构、环形网络拓扑 结构和树型网络拓扑结构。各种拓扑结构的网络如果能实现自组织、断网自愈功 能，不需要人为干预自动组网，则称为无线自组网。
星型、环形和树型网络，在小范围内布网，具有天然优势，可以接入大量网 络节点。但是，当碰到大范围、远距离、深层级场景组网时，譬如路灯、电线杆、 高压线铁塔等场景的组网，覆盖距离达几千米、网络链路层级几十层，这些模型 的自组网往往表现得力不从心，无法满足应用需求。针对该情况，提出一种线型 无线自组网模型和组网方法，以解决特定场景下的设备组网问题。
发明内容
本发明提出了一种线型拓扑结构无线自组网组网方法，解决了现有技术中自 组网往往表现得力不从心，无法满足应用需求的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种线型拓扑结构无线自组网组网方法，所述无线自组网组网方法主 要是由一个根节点和若干个路由节点组成，其中，每个节点包括主要包括RF模 块、定位模块、MCU模块、NV存储器模块和电源；所述无线自组网组网的组网步 棸如下：
1)将RF模块、定位模块、MCU模块、NV存储器和电源模块组成的设备 设置为一个节点；
2)选取一个节点为根节点，为第0层，统一管理整个网络，并依次下 挂若干个路由节点，即逐层级联，从根节点开始，层数顺序递增。
作为本发明的一种优选技术方案，所述电源供电，所述RF模块、定位模块、 NV存储器模块均通过导线连接MCU模块，其中，所述RF模块用于节点网络数据 传输，所述定位模块用于获取节点经纬度位置信息，为子节点选择父节点提供依， 所述MCU模块为微控制器，其提供计算能力，所述NV存储器为非易失性存储器， 用于存放网络参数和数据。
作为本发明的一种优选技术方案，在步棸2)中，所述路由节点可以有多个， 是根节点或其他路由节点的子节点，除了根节点之外的节点都为路由节点，可以 下挂一个子节点。
本发明所达到的有益效果是：本发明的线型拓扑结构无线自组网组网方法可 以以根节点为起始层节点，每层一个节点，逐层级联，实现较远距离的网络覆盖， 节点数目理论上不受限制。可以较好地解决其他自组网的覆盖范围小、传输距离 近、网络节点数受限的问题；本发明提出的网络节点数据依据网络地址逐层路由， 网络地址分配简单，组网方便；线型拓扑结构无线自组网有一个根节点，其他都 是路由节点，每个路由节点只能下挂一个子节点，无线网络的数据传递路径有两 条，一是根节点途经多个路由节点到目的节点，二是目的节点途经多个路由节点 到根节点；这种结构适用于以根节点为网关，实现对各个节点数据读取和操作控 制的场景，譬如远程路灯控制、电线杆设备数据获取等。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明 的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的节点硬件组成结构示意图；
图2是本发明的网络拓扑结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优 选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-2所示，本发明提供一种线型拓扑结构无线自组网组网方法，无线自 组网组网方法主要是由一个根节点和若干个路由节点组成，其中，每个节点包括 主要包括RF模块、定位模块、MCU模块、NV存储器模块和电源；无线自组网组 网的组网步棸如下：
1)将RF模块、定位模块、MCU模块、NV存储器和电源模块组成的设备 设置为一个节点；
2)选取一个节点为根节点，为第0层，统一管理整个网络，并依次下 挂若干个路由节点，即逐层级联，从根节点开始，层数顺序递增，如图2所示；
如图所示，电源供电，RF模块、定位模块、NV存储器模块均通过导线连接 MCU模块，其中，RF模块用于节点网络数据传输，定位模块用于获取节点经纬度 位置信息，为子节点选择父节点提供依，MCU模块为微控制器，其提供计算能力， NV存储器为非易失性存储器，用于存放网络参数和数据。
在步棸2)中，路由节点可以有多个，是根节点或其他路由节点的子节点， 除了根节点之外的节点都为路由节点，可以下挂一个子节点。
在线型拓扑结构中，逻辑上每一个节点为一层，从根节点开始，层数顺序递 增。网络地址的分配规则直接反映这种层级关系。网络地址用长度为N的Bit 数表示，则网络最大节点数可以达到N个，也即层级可以达到N层。以N为8 来举例说明网络地址的分配规则：
根节点网络地址固定，为第0层，网络地址为：b00000000；
第1层节点网络地址为：b00000001；
第2层节点网络地址为：b00000010；
第8层节点网络地址为：b10000000。
网络层数N根据需要，可以为其他任意值，网络地址分配规则跟上述例子类 似。
网络地址分配流程
(1)对即将组网的线型网络确定一个节点之间的距离阈值Distance，并设 置到了所有节点设备中；
(2)根节点上电，建立一个网络；
(3)新节点上电，通过定位模块获取经纬度A，通过RF模块向附近节点发 送一条入网请求消息，消息中携带经纬度A信息，发送后等待一段时间，收集附 近节点回复；
(4)附近节点可以为根节点或其他路由节点，收到入网请求消息后检查是 否已经有子节点，若没有子节点，则通过定位模块获取本节点经纬度B，根据收 到的消息中的经纬度A和本节点经纬度B，计算出两个节点的距离DistanceAB， 若DistanceAB小于等于预先设置的距离阈值Distance，则回复消息给新节点， 回复的消息中携带DistanceAB信息；
(5)新节点收到回复消息，若收到多个，则选择一个回复消息中 DistanceAB距离最短的节点NodeB作为父节点，然后发送父节点选择消息给 NodeB进行确认；
(6)NodeB收到消息后，在自己的网络地址基础上，按照网络地址分配规 则给新节点分配网络地址，并将新节点的物理地址和网络地址记录到子节点记录 中，再发送一条地址注册消息给根节点进行注册(若NodeB本身就是根节点，直 接做注册操作)，地址注册消息中携带的物理地址和网络地址；
(7)根节点收到地址注册消息，将新节点的物理地址和网络地址记录到全 网节点列表，再发送注册成功消息给NodeB；
(8)NodeB收到注册成功消息，发送注册结果消息给新节点，此时，NodeB 成为新节点的名副其实的父节点；
(9)新节点收到父节点注册结果消息，网络地址分配完成，入网成功。
本发明的线型拓扑结构无线自组网组网方法可以以根节点为起始层节点，每 层一个节点，逐层级联，实现较远距离的网络覆盖，节点数目理论上不受限制。 可以较好地解决其他自组网的覆盖范围小、传输距离近、网络节点数受限的问题； 本发明提出的网络节点数据依据网络地址逐层路由，网络地址分配简单，组网方 便；线型拓扑结构无线自组网有一个根节点，其他都是路由节点，每个路由节点 只能下挂一个子节点，无线网络的数据传递路径有两条，一是根节点途经多个路 由节点到目的节点，二是目的节点途经多个路由节点到根节点；这种结构适用于 以根节点为网关，实现对各个节点数据读取和操作控制的场景，譬如远程路灯控 制、电线杆设备数据获取等。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本 发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员 来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分 技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同 替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种线型拓扑结构无线自组网组网方法，其特征在于，所述无线自组网组网方法主要是由一个根节点和若干个路由节点组成，其中，每个节点包括主要包括RP模块、定位模块、MCU模块、NV存储器模块和电源；所述无线自组网组网的组网步聚如下：
1)将RF模块、定位模块、MCU模块、NV存储器和电源模块组成的设备设置为一个节点；
2)选取一个节点为根节点，为第0层，统一管理整个网络，并依次下挂若干个路由节点，即逐层级联，从根节点开始，层数顺序递增；
所述无线自组网网络地址分配流程如下：
(1)对即将组网的线型网络确定一个节点之间的距离阈值Distance，并设置到了所有节点设备中；
(2)根节点上电，建立一个网络；
(3)新节点上电，通过定位模块获取经纬度A，通过RF模块向附近节点发送一条入网请求消息，消息中携带经纬度A信息，发送后等待一段时间，收集附近节点回复；
(4)附近节点可以为根节点或其他路由节点，收到入网请求消息后检查是否已经有子节点，若没有子节点，则通过定位模块获取本节点经纬度B，根据收到的消息中的经纬度A和本节点经纬度B，计算出两个节点的距离DistanceAB，若DistanceAB小于等于预先设置的距离阈值Distance，则回复消息给新节点，回复的消息中携带DistanceAB信息；
(5)新节点收到回复消息，若收到多个，则选择一个回复消息中DistanceAB距离最短的节点NodeB作为父节点，然后发送父节点选择消息给NodeB进行确认；
(6)NodeB收到消息后，在自己的网络地址基础上，按照网络地址分配规则给新节点分配网络地址，并将新节点的物理地址和网络地址记录到子节点记录中，再发送一条地址注册消息给根节点进行注册，若NodeB本身就是根节点，直接做注册操作，地址注册消息中携带的物理地址和网络地址；
(7)根节点收到地址注册消息，将新节点的物理地址和网络地址记录到全网节点列表，再发送注册成功消息给NodeB；
(8)NodeB收到注册成功消息，发送注册结果消息给新节点，此时，NodeB成为新节点的父节点；
(9)新节点收到父节点注册结果消息，网络地址分配完成，入网成功。
2.根据权利要求1所述的一种线型拓扑结构无线自组网组网方法，其特征在于，所述电源供电，所述RF模块、定位模块、NV存储器模块均通过导线连接MCU模块，其中，所述RF模块用于节点网络数据传输，所述定位模块用于获取节点经纬度位置信息，为子节点选择父节点提供依，所述MCU模块为微控制器，其提供计算能力，所述NV存储器为非易失性存储器，用于存放网络参数和数据。
3.根据权利要求1所述的一种线型拓扑结构无线自组网组网方法，其特征在于，在步聚2)中，所述路由节点可以有多个，是根节点或其他路由节点的子节点，除了根节点之外的节点都为路由节点，可以下挂一个子节点。
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