CN109275159A - 工业无线传感器网络的移动切换方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业无线传感器网络的移动切换方法及装置，其中，方法包括：检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态；判断当前链路状态是否满足切换条件；如果满足切换条件，则检测可接入邻居链路状态和当前移动状态，并在当前移动状态为移动状态时，根据可接入邻居链路状态在每个周期确定当前临时父节点，以通过临时父节点在共享时隙上传输数据；在当前移动状态为静止状态时，选取当前节点的新的父节点，并向服务器注册。该方法有效解决了节点移动造成的节点数据丢失和实时性可靠性较低的问题，适用于大规模移动较多的工业无线网络，进而提高网络的实时性与可靠性，且在工业无线传感器网络中完成可靠切换，并且避免频繁切换问题。

Description

工业无线传感器网络的移动切换方法及装置

技术领域

本发明涉及网络与通信技术领域，特别涉及一种工业无线传感器网络的移动切换方法及装置。

背景技术

无线传感器网络技术之所以在工业中应用中得到广泛的重视，是因为其相比于现有的工业有线网络可大幅较低网络建设和维护成本，能够快速部署，无须铺设线缆及相关保护装置，可使工业测控系统的安装与维护成本降低90％；可提高生产线的灵活性。无线技术实现了现场设备的灵活性，简化了生产设备的部署，可以根据工业生产及应用需求，快速实现生产线的重构；可实现部署环境的广泛性。随着实时性指标的提升，工业无线网络在协议栈复杂性、资源利用率、异常处理能力等技术方面将加倍甚至指数级提高，使得无线传感器网路和工业无线通信的结合之间面临着许多挑战。一方面由于无线传感器网络仍存在网络难于管理、无线传感器节点设备处理能力低下、硬软件间依赖性大、设备利用率低、业务响应慢等问题，另一方面，工业应用环境的复杂性以及工业通信需求的实时性和可靠性也对现有无线传感器网络的有严苛的要求。

传统无线传感器网络大都为相对静态网络，即在同一个接入点的通信范围内移动，且大多数为单跳星型网络。随着工业界对无线传感器网络的应用越发广泛，对网路的需求也越来越多样化，包括支持各种类型拓扑的多跳网络以及支持移动性。然而，由于工业环境的复杂苛刻以及低功耗通信资源的受限，无线传感器网络对于移动性的支持更加富有挑战性。研究表明，仅通过无线信号强度来判决网络节点的移动性是不可靠的，不但会造成误切换，还会导致频繁切换问题。

邻居发现作为链路选择的一个重要步骤，目前被分为概率性和确定性两种方案。其中，确定性方案的实现依靠在专用链路上发送探索包来避免冲突，从而能够保证网络收敛的时间。而基于TDMA(time division multiple access，时分多址)协议的概率性邻居发现方案中，节点通过在共享时隙段中发送探索包来发现邻居，而在其他节点在共享时隙打开接收模式接收这些探索包。该概率性方案易于实现且需要较少量的资源，对于静态网络或需求不苛刻的网络非常适用，因此是目前标准中常用的邻居发现方案。但是概率性方案不能保证邻居发现以及网络收敛的时延，对于具有移动设备的网络，会大大降低网络的实时性和可靠性。并且大多数确定性邻居发现方案采用强制发现邻居的方法使得节点能够在一定期限内发现邻居，该方法会使节点长期处于接收模式，增加了节点的能量消耗。

发明内容

本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现做出的：

在工业监控的过程中，设备故障、监控设备故障以及设备移动都是不可避免的情况，当发生以上情况时，相关节点需要及时发现并且重新建立合适的链路使网络收敛至稳定状态。网络中节点切换过程包含三个主要步骤，分别是切换触发、链路选择和链路注册。首先，任何网络节点的移动需要被及时感知，该感知分为主动感知和被动感知。主动感知表示移动节点在移动的过程中能够感知到自己的移动状态，而被动感知则表示移动节点的邻居节点感知到该节点处于移动状态，将该信息汇报至集中服务器处理。面对复杂的工业场景，这两种感知方法缺一不可。其中主动感知能够使得真正在移动的节点提前感知自身的移动性并做出提前切换准备，可以减少节点在移动过程中数据丢失，同时可以提高移动节点数据的实时性。而被动感知可以保证节点由于某种原因故障或移动至网络外时能够及时对资源进行释放。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种工业无线传感器网络的移动切换方法，该方法有效解决了节点移动造成的节点数据丢失和实时性可靠性较低的问题，适用于大规模移动较多的工业无线网络，进而提高网络的实时性与可靠性，且在工业无线传感器网络中完成可靠切换，并且避免频繁切换问题。

本发明的另一个目的在于提出一种工业无线传感器网络的移动切换装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种工业无线传感器网络的移动切换方法，包括以下步骤：检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态；判断所述当前链路状态是否满足切换条件；如果满足所述切换条件，则检测可接入邻居链路状态和当前移动状态，并在所述当前移动状态为移动状态时，根据所述可接入邻居链路状态在每个周期确定当前临时父节点，以通过所述临时父节点在共享时隙上传输数据；在所述当前移动状态为静止状态时，选取所述当前节点的新的父节点，并向服务器注册。

本发明实施例的工业无线传感器网络的移动切换方法，将节点周期发送的广播数据包作为邻居发现的探索包，该广播由每个节点周期的在分配好的广播专用时隙发送，所有节点在该广播专用时隙段打开接收模式，将接收到的广播源地址及属性作为自己的邻居信息，并采用确定性邻居发现方案保证面向控制与安全高级工业网络的及时收敛，从而有效解决了节点移动造成的节点数据丢失和实时性可靠性较低的问题，适用于大规模移动较多的工业无线网络，进而提高网络的实时性与可靠性，且在工业无线传感器网络中完成可靠切换，并且避免频繁切换问题。

另外，根据本发明上述实施例的工业无线传感器网络的移动切换方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，在检测所述当前链路状态数据之前，还包括：构建工业无线传感器网络的树形网络拓扑图；根据所述树形网络拓扑图中每个节点的通信需求分配通信资源。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述向服务器注册，进一步包括：向所述服务器发送入网申请；在接收到所述入网申请验证通过后，获取所述通信资源，并发送确认信息至所述服务器。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态，进一步包括：如果所述当前节点为目的节点，则检测接收到的数据包的信号强度和信噪比，并将绝对时隙号作为时间戳标记；如果所述当前节点为源节点时，则检测接收到的确认包的信号强度和信噪比，并将所述绝对时隙号作为所述时间戳标记。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述判断所述当前链路状态是否满足切换条件，进一步包括：根据所述当前链路状态的多重状态度量得到当前切换状态值；如果所述当前切换状态值大于预设阈值，则满足所述切换条件，否则不满足所述切换条件。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述检测可接入邻居链路状态和当前移动状态，且所述根据所述可接入邻居链路状态在每个周期确定当前临时父节点，进一步包括：监听所有可监听的邻居广播，并记录每个邻居广播的信号强度值；每经过一个超帧，将所述每个邻居广播的信号强度值处理，并进行移动状态判决；如果判决结果为所述移动状态，则节点继续监听，否则重新选择父节点。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种工业无线传感器网络的移动切换装置，包括：检测模块，用于检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态；判断模块，用于判断所述当前链路状态是否满足切换条件；传输模块，用于在满足所述切换条件时，检测可接入邻居链路状态和当前移动状态，并在所述当前移动状态为移动状态时，根据所述可接入邻居链路状态在每个周期确定当前临时父节点，以通过所述临时父节点在共享时隙上传输数据；注册模块，用于在所述当前移动状态为静止状态时，选取所述当前节点的新的父节点，并向服务器注册。

本发明实施例的工业无线传感器网络的移动切换装置，将节点周期发送的广播数据包作为邻居发现的探索包，该广播由每个节点周期的在分配好的广播专用时隙发送，所有节点在该广播专用时隙段打开接收模式，将接收到的广播源地址及属性作为自己的邻居信息，并采用确定性邻居发现方案保证面向控制与安全高级工业网络的及时收敛，从而有效解决了节点移动造成的节点数据丢失和实时性可靠性较低的问题，适用于大规模移动较多的工业无线网络，进而提高网络的实时性与可靠性，且在工业无线传感器网络中完成可靠切换，并且避免频繁切换问题。

另外，根据本发明上述实施例的工业无线传感器网络的移动切换装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：构建模块，用于构建工业无线传感器网络的树形网络拓扑图；分配模块，用于根据所述树形网络拓扑图中每个节点的通信需求分配通信资源。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述注册模块进一步用于向所述服务器发送入网申请，并在接收到所述入网申请验证通过后，获取所述通信资源，并发送确认信息至所述服务器。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述检测模块进一步用于在所述当前节点为目的节点时，检测接收到的数据包的信号强度和信噪比，并将绝对时隙号作为时间戳标记，并在所述当前节点为源节点时，检测接收到的确认包的信号强度和信噪比，并将所述绝对时隙号作为所述时间戳标记。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的工业无线传感器网络的移动切换方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的针对移动切换设计的网络超帧结构图；

图3为根据本发明一个实施例的节点移动的普通场景示意图；

图4为根据本发明一个实施例的节点移动时最坏情况的场景示意图；

图5为根据本发明一个具体实施例的工业无线传感器网络的移动切换方法的流程图；

图6为根据本发明一个实施例的网络结构示意图；

图7为根据本发明一个实施例的工业无线传感器网络的移动切换装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的工业无线传感器网络的移动切换方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的工业无线传感器网络的移动切换方法。

图1是本发明一个实施例的工业无线传感器网络的移动切换方法的流程图。

如图1所示，该工业无线传感器网络的移动切换方法包括以下步骤：

在步骤S101中，检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态。

可以理解的是，在集中式工业无线传感器网络中，每个节点在每个通信时隙正常通信的同时会测量当前链路状态数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态，进一步包括：如果当前节点为目的节点，则检测接收到的数据包的信号强度和信噪比，并将绝对时隙号作为时间戳标记；如果当前节点为源节点时，则检测接收到的确认包的信号强度和信噪比，并将绝对时隙号作为时间戳标记。

可以理解的是，节点作为目的节点时，通过测量接收到的数据包的信号强度和信噪比，将其存入各自的存储表中，并用绝对时隙号作为时间戳标记。节点作为源节点时，通过测量接收到的确认包的信号强度和信噪比，将其存入各自的存储表中，并用绝对时隙号作为时间戳标记。其中，节点中存储信号强度和信噪比的表具有一定的存储窗口，当该窗口的表中数据填满时，将表尾的数据删除一遍新数据插入到表头。

另外，本发明实施例节点统计数据传输的成功率，具体包括：节点作为源节点时，在时隙内发送完数据后等待接收目的节点的确认，如果接收到确认则统计为数据发送成功，反之则统计为失败。节点统计数据传输成功率也具有一定的统计窗口，该统计窗口与链路状态的存储窗口一致。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在检测当前链路状态数据之前，还包括：构建工业无线传感器网络的树形网络拓扑图；根据树形网络拓扑图中每个节点的通信需求分配通信资源。

可以理解的是，工业无线传感器网络初始化后，所有节点通过服务器加入网络构成树形网络拓扑，并且服务器根据每个节点的通信需求分配相应的通信资源；通信资源的单位是基于时分复用划分的时隙，每个时隙仅支持一对节点完成一次可靠通信；一定数量的时隙按周期运行，该周期称为超帧。

具体而言，网络超帧的设计具体包括：

本发明实施例中的工业无线传感器网络是基于集中式管理，采用时分复用TDMA协议。节点每个时隙中可以完成数据的传输和回复确认。一组周期重复的时隙作为一个超帧。如图2所示，本发明实施例将一个超帧分割为3个部分，包括广播、管理和数据。其中数据部分又根据传输节点的跳数分为若干段，每个数据段中包含专用时隙块和共享时隙块，专用时隙块中的时隙在网络形成时通过集中服务器分配给各个节点，而共享时隙用于在专用时隙中节点传输失败数据的重传。本发明实施例中移动节点的临时数据传输同过每个数据段中的共享时隙进行传输。

在步骤S102中，判断当前链路状态是否满足切换条件。

可以理解的是，节点每次通信后将的链路状态进行就判决是否开启切换模式；判决方法基于有序加权平均判决。

进一步地，在本发明的一个实施例中，判断当前链路状态是否满足切换条件，进一步包括：根据当前链路状态的多重状态度量得到当前切换状态值；如果当前切换状态值大于预设阈值，则满足切换条件，否则不满足切换条件。

可以理解的是，节点在每次通信后将对测量的链路状态进行判决处理，当节点输出的链路状态大于预设的阈值时将开启切换模式。

具体地，节点在运行的过程中，每经过一个超帧(周期)时对统计的数据进行判决处理，将节点根据统计数据输出的状态值与预设的阈值比较，当状态值大于阈值时，则开启切换模式，否则，继续正常运行。其中，判决处理方法包括：将三种统计数据转化为三种状态度量，再利用有序加权平均算子对三种度量整合，输出最终的当前切换状态值，将该状态值与预设阈值比较决定是否开启切换模式。

具体而言，移动切换的判决窗口、判决参数和判决式设计，具体包括：

步骤1：移动切换链路评估窗口需要根据实际工业应用场景进行具体赋值。网络所支持的节点最大移动速度为V，每个节点的固定数据传输周期为L。图3显示了节点移动的普遍场景，移动节点在移动前、后与当前父节点的距离分别为d₁和d₂，以D_t为半径的圆表示该父节点的通信范围，而以D_p为半径的圆表示该父节点的可靠通信范围。因此当移动节点移动至其父节点的可靠通信范围边界时，移动节点应当触发切换机制，而当节点移动至该父节点的通信范围边界时，移动节点应当已经切换完毕。图4显示了当移动节点延半径移动时留给移动节点切换的距离最短，即d₂-d₁≥D_t-D_p。定义移动节点的切换时延为t，设节点的最大移动速度为V，切换过程中的干扰因子为λ，所以最大切换时延t_max计算如下：

根据最大切换时延可以确定移动切换链路评估窗口W计算如下：

当节点数据传输的周期代入计算时移动切换链路评估窗口过小，则移动切换链路评估窗口取可判决的最小窗口W_min。

步骤2：移动状态参数是判决移动切换的关键因素之一。节点会提取与其父节点通信数据包和数据包回复的信号强度值r，并将当前数据包传输或接收所在时隙的绝对时隙号s作为该信号强度值的时间戳,记作r(s_i)，其中i为记录的信号强度在移动切换链路评估窗口的序号，在移动切换链路评估窗口内记录的信号强度值数量为m。在移动判决窗口内所记录的信号强度值和时间戳的平均值分别为和移动状态参数k的计算如下：

步骤3：信道质量参数使用在移动切换链路评估窗口内节点与其父节点通信数据包中提取出的信噪比的平均值所表示。

步骤4：数据传输参数是评估当前链路质量的底线，该参数使用在移动切换链路评估窗口内节点的总传输次数与成功传输次数的比值表示。

步骤5：将上述所有的移动切换链路评估参数综合评估才能得出最终判决结果。本发明实施例使用模糊逻辑理论中有序加权平均和式计算一个移动切换链路评估参数u，在得出每个链路评估参数后，都需要将改参数在[0,1]上进行线性映射。以上3个链路评估参数进行线性映射后分别使用u1,u2,u3表示，定义β为有序加权平均系数，该系数可以根据网络需求设计。因此，移动切换判决式如下：

在步骤S103中，如果满足切换条件，则检测可接入邻居链路状态和当前移动状态，并在当前移动状态为移动状态时，根据可接入邻居链路状态在每个周期确定当前临时父节点，以通过临时父节点在共享时隙上传输数据。

可以理解的是，如图5所示，节点在切换模式下打开监听模式，监听所有邻居节点，通过比较可接入邻居在每个周期确定一个临时父节点，并且根据所有邻居信号强度评估节点自身的移动状态，如果在移动状态下节点有数据包需要发送，则节点通过临时父节点在共享时隙上完成数据的传输。

也就是说，节点在切换的过程中监测可接入邻居链路状态和自身移动状态，节点通过比较邻居链路状态确定临时父节点完成在共享资源下的移动通信；节点通过自身移动状态决定是否关闭切换模式。

进一步地，在本发明的一个实施例中，检测可接入邻居链路状态和当前移动状态，且根据可接入邻居链路状态在每个周期确定当前临时父节点，进一步包括：监听所有可监听的邻居广播，并记录每个邻居广播的信号强度值；每经过一个超帧，将每个邻居广播的信号强度值处理，并进行移动状态判决；如果判决结果为移动状态，则节点继续监听，否则重新选择父节点。

可以理解的是，节点将切换标志置位后表示切换模式开启，在切换模式下，节点打开监听模式，监听所有附近可监听到的邻居的广播，记录各个邻居广播的信号强度值。每经过一个超帧，将所有监听到的邻居广播的信号强度值处理并进行移动状态判决。如果判决结果为当前节点为物理移动状态，则节点继续监听，否则重新选择父节点。

具体而言，如图5所示，节点在切换状态中如果数据需要上传时，需要通过临时父节点和共享时隙转发。临时父节点的选择由节点在监听状态下比较所有邻居广播的信号强度值决定。当节点在切换状态中上传数据到服务器时，服务器检测到该节点的父节点发生变化，将临时记录该节点的临时父节点，如果有命令需要下发至此节点时将通过该临时父节点和共享时隙进行下发。同时服务器将发送释放信息给该节点的原父节点进行通信资源的释放。

在步骤S104中，在当前移动状态为静止状态时，选取当前节点的新的父节点，并向服务器注册。

可以理解的是，当节点评估到自身的移动状态为停止移动时，节点选取新的父节点并向服务器注册，注册成功后节点关闭监听模式，恢复正常工作。也就是说，当节点关闭切换模式后，向服务器重新注册并获取新资源进行正常通信

具体地，当节点监听到自身的物理状态为静止状态时，节点将重新选择父节点向服务器注册，注册成功后关闭切换模式。

进一步地，在本发明的一个实施例中，向服务器注册，进一步包括：向服务器发送入网申请；在接收到入网申请验证通过后，获取通信资源，并发送确认信息至服务器。

具体而言，如图5所示，工业无线传感器网络包括一个集中服务器，集中服务器用于管理网络中所有节点，为每个节点分配通信资源，每个节点加入网络需要向集中服务器注册。节点向集中服务器注册需要进行通信交互，分别为节点向服务器发送入网申请，服务器收到节点发来的入网申请后验证节点，为节点分配通信资源并向节点回复，节点在收到回复后，会向服务器再次回复确认加入网络。

在本发明的一个具体实施例中，移动切换过程设计具体包括：

图6为工业无线传感器网络结构，由集中服务器、网关以及无线传感器节点组成。本发明实施例应用的工业无线传感器网络是基于集中式管理，其中集中服务器用于整个网络资源的调度和管理，网关作为连接无线网络和集中服务器的中继，用于转发无线节点和集中服务器的数据。无线传感器节点用于采集相应的工业数据，并通过网络传输至集中服务器。每个节点在网络中将自己数据转发的下一跳节点作为父节点。

步骤1：在形成后的集中式工业无线传感器网络中，每个节点在与其父节点和子节点通信的过程中，依据网络节点链路评估参数中所需测量的指标进行测量。

步骤2：节点在每次通信后将所测量的指标转化为线性映射后的链路评估参数。节点在每次通信后的空闲时间将所存储的链路评估窗口内的链路评估参数代入移动切换判决式，将判决式得出的链路评估参数与预设阈值进行比较，判决是否开启切换模式。

步骤3：节点在每个超帧结束时会扫描一下存储的链路评估参数，通过时间戳将不在链路评估窗口的参数删除以提高存储空间使用效率。

步骤4：当移动节点开启移动切换模式后，节点在移动切换的过程中打开广播时隙块的扫描监听模式监测可接入邻居链路状态，节点通过比较邻居链路状态确定临时父节点完成在共享时隙块进行临时移动通信。的链路状态为节点收到广播测量出的信号好强度评估。

步骤5：节点在移动切换的过程中通过监测所有可接入邻居的信号强度来评估节点自身的移动状态，当移动状态符合所设计的静态状态判决时，节点关闭移动切换模式。

步骤6：当节点关闭切换模式后，向服务器重新注册并获取新资源进行正常通信。

步骤7：设计数据包的网络头部都加入了该节点的父节点地址字段，当集中服务器收到节点数据时，解析数据包头部得到其父节点发生了变化时，服务器将主动给该节点的原父节点发送链路资源释放命令。

步骤8：原父节点在收到来自服务器的链路资源释放命令后会将已分配的与移动子节点相关的链路资源进行释放，并向集中服务器确认回复资源释放完毕。

步骤9：节点在测量与父节点通信链路参数的同时，同样会监测自身与子节点的通信质量，如果监测到与自己的子节点的通信链路已经中断后，会向集中服务器发送对该子节点的资源释放请求，集中服务器在收到资源释放请求后会向该节点发送链路资源释放命令。节点在收到来自服务器的链路资源释放命令后会将已分配的与子节点相关的链路资源进行释放，并向集中服务器确认回复资源释放完毕。

根据本发明实施例提出的工业无线传感器网络的移动切换方法，将节点周期发送的广播数据包作为邻居发现的探索包，该广播由每个节点周期的在分配好的广播专用时隙发送，所有节点在该广播专用时隙段打开接收模式，将接收到的广播源地址及属性作为自己的邻居信息，并采用确定性邻居发现方案保证面向控制与安全高级工业网络的及时收敛，从而有效解决了节点移动造成的节点数据丢失和实时性可靠性较低的问题，适用于大规模移动较多的工业无线网络，进而提高网络的实时性与可靠性，且在工业无线传感器网络中完成可靠切换，并且避免频繁切换问题。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的工业无线传感器网络的移动切换装置。

图7是本发明一个实施例的工业无线传感器网络的移动切换装置的结构示意图。

如图7所示，该工业无线传感器网络的移动切换装置10包括：检测模块100、判断模块200、传输模块300和注册模块400。

其中，检测模块100用于检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态。判断模块200用于判断当前链路状态是否满足切换条件。传输模块300用于在满足切换条件时，检测可接入邻居链路状态和当前移动状态，并在当前移动状态为移动状态时，根据可接入邻居链路状态在每个周期确定当前临时父节点，以通过临时父节点在共享时隙上传输数据。注册模块400用于在当前移动状态为静止状态时，选取当前节点的新的父节点，并向服务器注册。本发明实施例的装置10有效解决了节点移动造成的节点数据丢失和实时性可靠性较低的问题，适用于大规模移动较多的工业无线网络，进而提高网络的实时性与可靠性，且在工业无线传感器网络中完成可靠切换，并且避免频繁切换问题。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的装置10还包括：构建模块。其中，构建模块用于构建工业无线传感器网络的树形网络拓扑图；分配模块，用于根据树形网络拓扑图中每个节点的通信需求分配通信资源。

进一步地，在本发明的一个实施例中，注册模块400进一步用于向服务器发送入网申请，并在接收到入网申请验证通过后，获取通信资源，并发送确认信息至服务器。

进一步地，在本发明的一个实施例中，检测模块100进一步用于在当前节点为目的节点时，检测接收到的数据包的信号强度和信噪比，并将绝对时隙号作为时间戳标记，并在当前节点为源节点时，检测接收到的确认包的信号强度和信噪比，并将绝对时隙号作为时间戳标记。

需要说明的是，前述对工业无线传感器网络的移动切换方法实施例的解释说明也适用于该实施例的工业无线传感器网络的移动切换装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的工业无线传感器网络的移动切换装置，将节点周期发送的广播数据包作为邻居发现的探索包，该广播由每个节点周期的在分配好的广播专用时隙发送，所有节点在该广播专用时隙段打开接收模式，将接收到的广播源地址及属性作为自己的邻居信息，并采用确定性邻居发现方案保证面向控制与安全高级工业网络的及时收敛，从而有效解决了节点移动造成的节点数据丢失和实时性可靠性较低的问题，适用于大规模移动较多的工业无线网络，进而提高网络的实时性与可靠性，且在工业无线传感器网络中完成可靠切换，并且避免频繁切换问题。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种工业无线传感器网络的移动切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态；

判断所述当前链路状态是否满足切换条件；

如果满足所述切换条件，则检测可接入邻居链路状态和当前移动状态，并在所述当前移动状态为移动状态时，根据所述可接入邻居链路状态在每个周期确定当前临时父节点，以通过所述临时父节点在共享时隙上传输数据；以及

在所述当前移动状态为静止状态时，选取所述当前节点的新的父节点，并向服务器注册。

2.根据权利要求1所述的工业无线传感器网络的移动切换方法，其特征在于，在检测所述当前链路状态数据之前，还包括：

构建工业无线传感器网络的树形网络拓扑图；

根据所述树形网络拓扑图中每个节点的通信需求分配通信资源。

3.根据权利要求2所述的工业无线传感器网络的移动切换方法，其特征在于，所述向服务器注册，进一步包括：

向所述服务器发送入网申请；

在接收到所述入网申请验证通过后，获取所述通信资源，并发送确认信息至所述服务器。

4.根据权利要求1所述的工业无线传感器网络的移动切换方法，其特征在于，所述检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态，进一步包括：

如果所述当前节点为目的节点，则检测接收到的数据包的信号强度和信噪比，并将绝对时隙号作为时间戳标记；

如果所述当前节点为源节点时，则检测接收到的确认包的信号强度和信噪比，并将所述绝对时隙号作为所述时间戳标记。

5.根据权利要求1所述的工业无线传感器网络的移动切换方法，其特征在于，所述判断所述当前链路状态是否满足切换条件，进一步包括：

根据所述当前链路状态的多重状态度量得到当前切换状态值；

如果所述当前切换状态值大于预设阈值，则满足所述切换条件，否则不满足所述切换条件。

6.根据权利要求1所述的工业无线传感器网络的移动切换方法，其特征在于，所述检测可接入邻居链路状态和当前移动状态，且所述根据所述可接入邻居链路状态在每个周期确定当前临时父节点，进一步包括：

监听所有可监听的邻居广播，并记录每个邻居广播的信号强度值；

每经过一个超帧，将所述每个邻居广播的信号强度值处理，并进行移动状态判决；

如果判决结果为所述移动状态，则节点继续监听，否则重新选择父节点。

7.一种工业无线传感器网络的移动切换装置，其特征在于，包括：

检测模块，用于检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态；

判断模块，用于判断所述当前链路状态是否满足切换条件；

传输模块，用于在满足所述切换条件时，检测可接入邻居链路状态和当前移动状态，并在所述当前移动状态为移动状态时，根据所述可接入邻居链路状态在每个周期确定当前临时父节点，以通过所述临时父节点在共享时隙上传输数据；以及

注册模块，用于在所述当前移动状态为静止状态时，选取所述当前节点的新的父节点，并向服务器注册。

8.根据权利要求7所述的工业无线传感器网络的移动切换装置，其特征在于，还包括：

构建模块，用于构建工业无线传感器网络的树形网络拓扑图；

分配模块，用于根据所述树形网络拓扑图中每个节点的通信需求分配通信资源。

9.根据权利要求8所述的工业无线传感器网络的移动切换装置，其特征在于，所述注册模块进一步用于向所述服务器发送入网申请，并在接收到所述入网申请验证通过后，获取所述通信资源，并发送确认信息至所述服务器。

10.根据权利要求7所述的工业无线传感器网络的移动切换装置，其特征在于，所述检测模块进一步用于在所述当前节点为目的节点时，检测接收到的数据包的信号强度和信噪比，并将绝对时隙号作为时间戳标记，并在所述当前节点为源节点时，检测接收到的确认包的信号强度和信噪比，并将所述绝对时隙号作为所述时间戳标记。