CN111818515B - 无线网络组建方法及无线网络系统、节点、可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无线网络组建方法及无线网络系统、节点、可读存储介质。各个节点分别分配有唯一地址，每一节点所分配到的唯一地址用于切换作为源地址或目的地址；节点之间选取适应类型的无线包进行数据交互，分别为广播包、私有包和应答包，其中，广播包未设有源地址和目的地址，私有包设有源地址和目的地址，应答包设有目的地址但未设有源地址。本发明的任意两个节点之间具有应答控制，同一信息无需多次传送，有利于提高吞吐量，另外，节点之间无需建立连接就能进行数据的双向交互，不仅响应时间快，而且能够支持与更多的从设备进行数据交互。

Description

无线网络组建方法及无线网络系统、节点、可读存储介质

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种无线网络组建方法及无线网络系统、节点、可读存储介质。

背景技术

近年来，无线通信技术广泛地应用于各行各业及其人们的日常生活中，其中一个就是物联网领域。物联网领域常用的无线通信技术有蓝牙、Wi-Fi、ZigBee、窄带物联网(NB-IoT)、LoRa、移动蜂窝网络等。其中，较为流行的技术是Wi-Fi，Zigbee和低功耗蓝牙(Bluetooth low energy)。Wi-Fi功耗高，系统成本高，且一个网络内支持的节点数量有限制。Zigbee虽然可以支持很多节点，但灵活性不够，开发成本和系统成本高。低功耗蓝牙功耗低，系统成本低，但组网能力差。为此，业界开发了蓝牙Mesh技术进行组网，其是通过广播和扫描模式进行组网。

为了传播可靠，基于广播的蓝牙Mesh技术中同一信息需不停地广播多次，会降低吞吐率，同时造成频谱污染。另外，基于连接的蓝牙Mesh技术中需要进行数据交互的节点之间必须建立连接，这导致该技术扩展性差，建立连接耗时会延长整体数据传输的时长，即响应时间长，而且，任一节点所支持建立连接的节点数量有限，即，能够与主设备建立连接的从设备的数量有限，一般一个主设备最多与不超过25个从设备建立连接。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种无线网络组建方法及无线网络系统、节点、可读存储介质，以解决现有技术中同一信息多次传输、响应时间长、以及能够与主设备建立连接的从设备数量较少的问题。

本发明提供的一种无线网络组建方法，包括：

向组建无线网络的若干节点各分配地址，每一所述节点所分配到的地址用于切换作为源地址或目的地址；

任意两个节点之间通过无线包进行数据交互，所述无线包为广播包、私有包或应答包，其中，所述广播包未设有所述源地址和目的地址中的任一个，所述私有包设有所述源地址和目的地址，所述应答包设有所述目的地址但未设有所述源地址。

可选地，所述任意两个节点之间通过无线包进行数据交互，包括：

主设备发送广播包，所述广播包设有访问码；

与所述主设备具有相同所述访问码的所有从设备接收所述广播包，且所述从设备未向所述主设备进行应答。

可选地，所述任意两个节点之间通过无线包进行数据交互，包括：

主设备发送私有包；

具有所述私有包的目的地址的从设备接收所述私有包；

所述从设备向所述主设备发送应答包。

可选地，所述任意两个节点之间通过无线包进行数据交互，包括：

所述节点接收到无线包，并获取所述无线包中的循环冗余校验码；

根据所述循环冗余校验码进行冗余校验；

在冗余校验失败时，所述两个节点停止本次数据交互。

可选地，所述任意两个节点之间通过无线包进行数据交互，包括：

在所述两个节点中任一者超过预定时长未接收到有效的访问码时，所述两个节点停止本次数据交互。

可选地，所述任意两个节点之间通过无线包进行数据交互，包括：

其中一节点接收无线包，并获取所述无线包中的地址；

在所述地址与另一节点的地址不同时，两节点停止本次数据交互。

可选地，所有无线包均包括前导码、访问码、控制码、载荷及循环冗余校验码。

本发明提供的一种无线网络系统，包括若干节点，各节点分配有一地址，任意两个节点之间通过无线包进行数据交互，其中，每一所述节点所分配到的地址用于切换作为源地址或目的地址，所述无线包为广播包、私有包或应答包，其中，所述广播包未设有所述源地址和目的地址中的任一个，所述私有包设有所述源地址和目的地址，所述应答包设有所述目的地址但未设有所述源地址。

本发明提供的一种无线网络节点，包括存储器和处理器，所述存储器存储有程序，所述程序用于被所述处理器运行以执行上述任一项所述的无线网络组建方法中的一个或多个步骤。

本发明提供的一种可读存储介质，存储有程序，该程序用于被处理器运行以执行上述任一项无线网络组建方法中的一个或多个步骤。

本发明提供的无线网络组建方法及无线网络系统、节点、可读存储介质，任意两个节点之间选取适应类型的无线包进行数据交互，即广播包、私有包或应答包，广播包未设有源地址和目的地址，私有包设有源地址和目的地址，应答包设有目的地址但未设有源地址，应答包使得节点之间具有应答控制，同一信息无需多次传送，有利于提高吞吐量，另外，节点之间无需建立连接就能进行数据的双向交互，不仅响应时间快，而且无需保存与连接相关的参数在内存中，从而能够支持更多的从设备进行数据交互。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例的无线网络组建方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例的无线网络系统的结构示意图；

图3是图2所示无线网络系统的三个基本星型网络的结构示意图；

图4是本发明一实施例的无线包的帧结构示意图；

图5是主设备和从设备之间数据交互的示意图；

图6是本发明一实施例的无线网络节点的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下文所描述的实施例仅是本发明的一部分而非全部实施例。基于下述各个实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明所保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。

图1是本发明一实施例的无线网络组建方法的流程示意图。请参阅图1所示，该无线网络组建方法可包括以下步骤S11～S12。

S11：向若干节点各分配地址，每一所述节点所分配到的地址用于切换作为源地址或目的地址。

其中，每个节点被分配一个唯一的地址。

S12：任意两个节点之间通过无线包进行数据交互，所述无线包为广播包、私有包或应答包，其中，所述广播包未设有源地址和目的地址中的任一个，所述私有包设有源地址和目的地址，所述应答包设有目的地址但未设有源地址。

请一并结合图2和图3，多个节点可以组建形成一个无线网络，为便于区分描述，这些节点标识为A,B,C,D,E,F,G,H,L,K,N。应该理解，图2所示的节点数量为11个，仅为示例性展示，本发明的其他实施例可以限定该无线网络包括其他数量的节点。

在每一无线网络中，不同的数据交换业务，每一节点的角色属性可切换，具体地，同一节点既可以作为主设备，也可以作为从设备。所谓主设备可理解为在一次数据交互业务中担任数据调配与管理的角色，主设备决定进行数据交互的从设备，对应地，所谓主设备可理解为在本次数据交互业务中担任服从调配与管理的角色。

例如在本次数据交互业务中，如图3中的(a)所示，节点A为主设备，节点B,C,D均为从设备，而在其他数据交互业务中，如图3中的(b)所示，主设备为节点H，节点A和其他节点B,E,F,G均为从设备。

组建无线网络的每个节点都会被分配一个唯一的地址，其中，不同的数据交互业务中，同一节点所分配到的地址可以不同。所述地址会被用于所收发的无线包(又称无线数据包或无线帧)中。

结合图4中的(a)所示，基本格式的无线包可以包括七个部分，分别为前导码(Preamble)、访问码(Access Address)、控制码(Frame Control)、源地址、目的地址、载荷(Protocol Data Unit,PDU协议数据单元)、循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Check，CRC)。

其中，前导码用于告知接收方注意接收无线包，以及标识该无线包是有用信号还是干扰信号，若是有用信息则予以解码，若是干扰信号则可以忽略，它还可用来作为初步频率和信号强度的同步。所述访问码用于对无线网络中各个节点进行身份验证以此决定该节点是否与无线网络关联。所述控制码用于确保节点之间数据传输的可靠性。所述源地址为发送无线包的设备地址，目的地址为接收无线包的设备地址。所述载荷是无线包传输中的有效数据部分。所述循环冗余校验码用于检测或校验所述载荷传输是否错误。

节点之间进行数据交换所采用的无线包的具体格式，是根据所述基本格式的无线包变换得到的。请参阅图4所示，具体地：

如图4中的(b)所示，所述广播包中既没有表示主设备地址的源地址，也没有表示从设备地址的目的地址，包括前导码、访问码、控制码、载荷、循环冗余校验码。广播包只能由主设备发送。

如图4中的(c)所示，私有包的格式与基本格式相同，其包括前导码、访问码、控制码、源地址、目的地址、载荷、循环冗余校验码。源地址为数据交互业务分配给主设备的地址，目的地址为数据交互业务分配给从设备的地址。私有包只能由主设备发送。

如图4中的(d)所示，应答包是从设备在接收到主设备的私有包之后发送的，其包含有从设备发送给主设备的数据。该应答包未设有源地址，而是包括前导码、访问码、控制码、目的地址、载荷、循环冗余校验码。目的地址为数据交互业务分配给主设备的地址。

在无线网络中，节点之间的数据交互方式有两种，但无论哪种方式，任意两个节点之间都必须从上述三种类型无线包中选取进行数据交互。本发明实施例下面对此进行详细说明。

节点之间的第一种数据交互方式为：主设备和从设备之间通过广播包进行数据交互。以图3中的(a)为例，主设备A发送广播包，从设备B,C,D与主设备A具有相同的访问码，由此，从设备B,C,D都可以接收到该广播包。但，从设备B,C,D收到该广播包后，可以不发送应答无线包，即从设备B,C,D不向主设备A进行应答。

节点之间的第二种数据交互方式为：主设备和从设备之间通过私有包和应答包进行数据交互。结合图5所示，主设备发送无线包，发送完后等待接收，“i”表示相邻两个无线包的时间间隙，即某一设备发送的无线包和接收的无线包的时间间隙。主设备发出的无线包称作私有包，私有包含有主设备的地址(即源地址)和从设备的地址(即目的地址)。从设备发出的无线包称作应答包，应答包中没有源地址，但有目的地址(即主设备的地址)。主设备和从设备之间数据交换的无线包中具有应答控制，即ACK(Acknowledge character,确认字符)。

请继续参阅图5所示，主设备和从设备的一次数据交换业务可允许多个无线包的交换。节点(无论是主设备还是从设备)接收到每一无线包后，获取该无线包中的循环冗余校验码，并根据该循环冗余校验码进行冗余校验，当其中一方收到的无线包中冗余校验失败时，该设备退出该次数据交换，其和另外一方停止本次数据交互。

另外，在其中一方超过预定时长未接收到有效访问码，或者地址不合时，该设备退出该次数据交换，其和另外一方停止本次数据交互。其中，所谓地址不合表示：从设备收到私有包，并获取该私有包中的地址，该私有包中的任何一个地址(源地址和目的地址)与从设备的设置不同。此时，从设备扔掉该私有包，并继续接收监听。

当然，双方都没有要交换的无线包时，双方会退出该次数据交换。

基于前述，本发明实施例的节点之间无需建立连接就能进行数据的双向交互，可称为无连接数据交换。在同一次数据交换事件中，两个节点之间可交换多个无线包，数据交换是双向的，并有应答控制，同一信息无需多次传送，有利于提高吞吐量，且有利于避免频谱污染。

由于节点之间无需建立连接，相比较于现有低功耗蓝牙技术中节点之间必须建立连接，因此本发明实施例节省了建立连接所需的时间，响应时间快，而且无需保存与建立连接相关的参数在任一节点的内存中，从而单个主设备可以支持更多的从设备进行数据交互。例如，所述目的地址和源地址在缺省状态下支持16比特的寻址，因此，一个主设备可以支持与65535个从设备进行数据交互，远远高于现有技术中一个主设备最多仅可以与25个从设备进行数据交互。

本发明实施例进一步提供一种无线网络系统，通过多个节点组成，如图2所示，这些节点分别标识为A,B,C,D,E,F,G,H,L,K,N。其中，一个无线网络系统可以由多个基本星型网络组成，当然，一个基本星型网络本身就是一个无线网络系统。在一个基本星型网络中，所有节点使用同一个访问码，并且不同节点分配有不同的地址。

基本星型网络可以划分为两种类型：一种是1-to-M(即一对多)基本星型网络，其中M为大于或等于2的正整数。图3中(a)所示的为1对3基本星型网络，节点A为主设备，节点B,C,D均为节点A的从设备。图3中(b)所示的为1对5基本星型网，节点H为主设备，节点A,B,E,F,G均为节点H的从设备。另一种是M-to-1(即多对一)基本星型网络。图3中(c)所示的即为3对1基本星型网络，节点K,J,M均为主设备，节点A为这三个主设备的从设备。

利用1-to-M和M-to-1基本星型网络可以组成更复杂的无线网络系统，即多点网格(mesh)网络，如图2所示的无线网络系统，它由图3中(a)、(b)、(c)所示的三个基本星型网络组成。

一个基本星型网络中的一个主设备可以作为另外一个基本星型网络中的从设备。一个基本星型网络中的一个主设备可以作为另外一个基本星型网络中的主设备。一个基本星型网络中的一个从设备可以作为另外一个基本星型网络中的主设备。一个基本星型网络中的一个从设备可以作为另外一个基本星型网络中的从设备。

主设备可以向所有的从设备发送广播包。当一个从设备收到一个广播包时，从设备不做任何应答，即不送任何应答包。

主设备向一从设备发送私有包时，私有包中的源地址为主设备的地址，目的地址是对应的从设备的地址。当从设备收到一个私有包时，会解析该私有包的源地址，并会发送一个对应该源地址的应答包，该应答包中的目的地址即为所对应主设备的地址。

从设备收到一私有包，该私有包中源地址和目的地址中的任何一个与从设备的设置不一样时，从设备扔掉该无线包，并继续接收监听。

在本发明实施例的无线网络系统中，主设备和从设备之间的数据交互过程可以参阅前述，此处不再赘述。总而言之，主设备和从设备之间从广播包、私有包和应答包中选取进行数据交互，设备之间具有应答控制，同一信息无需多次传送，有利于提高吞吐量，另外，设备之间无需建立连接，不仅响应时间快，而且无需保存与连接相关的参数在内存中，从而能够支持更多的从设备进行数据交互。

图6是本发明一实施例的无线网络节点的结构示意图。请参阅图6所示，无线网络节点60即为前述节点，既可以作为主设备也可以作为从设备。无线网络节点60包括处理器61和存储器62，处理器61和存储器62可通过通信总线63实现数据或信号传输连接。

处理器61是无线网络节点60的控制中心，利用各种接口和线路连接整个无线网络节点60的各个部分，通过运行或加载存储在存储器62内的程序，以及调用存储在存储器62内的数据，执行无线网络节点60的各种功能和处理数据，从而对无线网络节点60进行整体监控。

其中，所述处理器61会按照如下的步骤，将一个或一个以上的程序的进程对应的指令加载到存储器62中，并由处理器61来运行存储在存储器62中的程序，从而实现如下一个或多个功能：

向若干节点各分配地址，每一所述节点所分配到的地址用于切换作为源地址或目的地址，其中，每个节点被分配一个唯一的地址；

任意两个节点之间通过无线包进行数据交互，所述无线包为广播包、私有包或应答包，其中，所述广播包未设有源地址和目的地址中的任一个，所述私有包设有源地址和目的地址，所述应答包设有目的地址但未设有源地址。

对于节点之间的数据交互方式，处理器61调用程序所执行步骤的具体内容可参阅前述实施例，此处不再予以一一赘述。

应该理解到，在实际应用场景中具体实施时，根据无线网络节点60所属的设备类型，以上各个步骤的执行主体可以并非处理器61和存储器62，而是由其他模块和单元分别实现。

本领域普通技术人员可以理解，上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。为此，本发明实施例提供一种可读存储介质，该可读存储介质中存储有多条指令，该指令能够被处理器进行加载，以执行本发明实施例所提供的任一种无线网络组建方法中的一个或多个步骤。

该可读存储介质可以包括只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

由于该可读存储介质中所存储的指令，可以执行本发明实施例所提供的任一种无线网络组建方法中的步骤，因此，可以实现本发明实施例所提供的任一种无线网络组建方法所能实现的有益效果，详见前面的实施例，在此不再赘述。

尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本发明，但本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本发明包括所有此修改和变型，并且由前述实施例的技术方案进行支撑。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。

即，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本说明书及附图内容所作的等效结构变换，例如各实施例之间技术特征的结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

另外，在前述实施例的描述中，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一个或者多个特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

进一步地，虽然上述实施例的流程图中的各个步骤按照箭头指示依次显示，但这些步骤并非必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文明确说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然在同一时刻执行完成，而可以在不同时刻执行，执行顺序也不必然是依次进行，而可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替执行。

Claims (9)

1.一种无线网络组建方法，其特征在于，包括：

向组建无线网络的若干节点各分配地址，每一所述节点所分配到的地址用于切换作为源地址或目的地址，且在不同的数据交互业务中同一所述节点所分配到的地址不同；

任意两个节点之间通过无线包进行数据交互，包括：主设备发送私有包；具有所述私有包的目的地址的从设备接收所述私有包；以及所述从设备向所述主设备发送应答包；其中，所述私有包设有所述源地址和目的地址，所述应答包设有所述目的地址但未设有所述源地址，所述应答包还包括访问码，所述访问码用于对所述无线网络中各个节点进行身份验证以此决定所述节点是否与所述无线网络关联。

2.根据权利要求1所述的无线网络组建方法，其特征在于，所述任意两个节点之间通过无线包进行数据交互，还包括：

主设备发送广播包，所述广播包设有访问码，所述广播包未设有所述源地址和目的地址中的任一个；

与所述主设备具有相同所述访问码的所有从设备接收所述广播包，且所述从设备未向所述主设备进行应答。

3.根据权利要求1所述的无线网络组建方法，其特征在于，所述任意两个节点之间通过无线包进行数据交互，包括：

所述节点接收到无线包，并获取所述无线包中的循环冗余校验码；

根据所述循环冗余校验码进行冗余校验；

在冗余校验失败时，所述两个节点停止本次数据交互。

4.根据权利要求1所述的无线网络组建方法，其特征在于，所述任意两个节点之间通过无线包进行数据交互，包括：

在所述两个节点中任一者超过预定时长未接收到有效的访问码时，所述两个节点停止本次数据交互。

5.根据权利要求1所述的无线网络组建方法，其特征在于，所述任意两个节点之间通过无线包进行数据交互，包括：

其中一节点接收无线包，并获取所述无线包中的地址；

在所述地址与另一节点的地址不同时，两节点停止本次数据交互。

6.根据权利要求1所述的无线网络组建方法，其特征在于，所有无线包均包括前导码、访问码、控制码、载荷及循环冗余校验码。

7.一种无线网络系统，其特征在于，包括若干节点，任意两个所述节点之间通过如上述权利要求1至6中任一项所述的无线网络组建方法进行数据交互。

8.一种无线网络节点，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有程序，所述程序用于被所述处理器运行以执行权利要求1～6任一项所述的无线网络组建方法中的一个或多个步骤。

9.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质存储有程序，所述程序用于被处理器运行以执行如上述权利要求1～6任一项所述的无线网络组建方法中的一个或多个步骤。

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