CN113508564B - 用于组织数据传输网络的方法 - Google Patents

Abstract

用于组织数据传输网络的方法涉及信息技术，并且旨在在相距一定距离的两个或更多个点之间创建信息传输网络。要求保护的解决方案的技术结果是结构上的简化以及在构建时间和网络使用成本方面的减少。该方法在基于从调制解调器到节点的最小数量分组重传的节点索引算法基础上被构建。该方法允许在网络中使用多个可选的可移动调制解调器以及使用有线和无线网络，不需要存在强大的基站，当信号传输条件改变时或当网络中的节点数量改变时，对于重建网络不需要附加的时间，允许构建网络结构和进一步优化构建的结构，并且不需要节点存储关于网络环境的信息，这显著降低了解决方案的成本。

Description

用于组织数据传输网络的方法

技术领域

本要求保护的发明涉及信息技术，并且旨在创建两个或更多个远距离定位的点之间的数据网络。

背景技术

存在使用时分多址（TDMA）和频分多址（FDMA）的组合的已知全球数字移动通信系统（GSM），其中应用了诸如通用分组无线电服务（GPRS）或高速电路交换数据（HSCSD）的技术。

存在已知窄的窄带物联网（NB-IoT）——适用于低容量数据遥测装备的移动通信标准，该低容量数据遥测装备旨在对接宽范围独立设备的数字网络；它的特征在于大网络容量，并且可以部署在蜂窝网络装备上或者被单独部署，包括GSM离线设施。

存在旨在通过无许可的亚GHz RF频带交换数据的已知LoRa无线网络；它可以在长距离网络之上提供节省电力的数据传输。LoRaWAN联网架构部署在星型拓扑中，其中终端节点通过组成透明网桥的网关向中央网络运营商服务器传输消息。订户可以通过透明的双向和安全传输信道向此类终端节点传输数据。

LoRaWAN协议是用于在大距离之上传输数据的网络低成本互联网协议，并且其应用于采矿业中、自然资源和电力再生管理部门中、洲际物流中以及托运中。

存在已知的无线网络6LoWPAN（通过低功率无线个域网的IPv6）——用于通过低容量无线个人网络交换数据的IPv6协议。6LoWPAN给予对安装在功率和容量有限的设备上的应用程序的优先权，所述功率和容量有限的设备通过低速无线网络操作，例如适用于家庭、办公室和工厂自动化系统中。

与“星型”配置相反，提出的解决方案不需要使用任何强大的基站。

与“网状”配置相反，当改变信号通过条件或改变网络内的节点号码时，相关网络（WA）不需要附加的时间来重建任何网络，从而使得初始化网络结构并在此后对其进行优化成为可能，从而获得显著的益处：即降低了成本，并且在无需网络节点保存任何信息的情况下对于部署网络可以不花费过量的时间。

要求保护的解决方案的技术结果是简化了结构，节省了联网时间和成本。

发明内容

以下描述中使用的术语定义：调制解调器意指网络控制器单元（该设备用于创建具有传播介质的基于通信物理的环境），

节点意指网络元件（单元），

分组意指任何网络传输数据，

分组信息意指存储在分组中的数据集，供网络元件在没有任何改变的情况下传输。数据加密不被视为数据改变，

分组报头意指用于传输数据的排序信息；它可以用网络元件来改变、补充，

网络标识符意指指定调制解调器和节点分配给特定网络的号码，

分组中继意指接收随后以分组形式安全传输的数据的过程，

网络元件标识符意指号码、字符串或另一数据集，例如标识唯一产品代码的MAC地址。在一个网络内不可以使用具有相似标识符的网络元件，

调制解调器或节点号码意指在网络内使用并在联网期间分配的号码、字符串或另一数据集。在联网期间不能改变调制解调器号码，

分组传输的方向意指号码、字符串或另一数据集，其指定从调制解调器到节点、到节点组或者从节点到调制解调器的数据传输方向，

接受的分组意指被网络元件接受的分组，条件是它包含完整的信息和报头，

分组发起者意指发起分组传输的网络元件。中继分组的网络元件不是发起者，

分组签名意指作为分组报头的一部分并由分组发起者生成的号码、字符串或另一数据集，

分组网络寿命意指网络中的节点取决于网络中的节点号码和信息速率来中继分组所花费的最大时间。它在个体的基础上被选择。

数据联网技术的特征在于基于从调制解调器中继到节点的最小号码的分组的节点编号算法，并且包括当从组调制解调器向若干个或所有节点或者从地址调制解调器向任何节点传输任何分组时，分配给分组的具有最小可见号码+ 1的节点编号。根据任何法律，节点可以被编号为重复的、指定的节点，条件是这样的编号遵循以上提及的方法，其中分组传输方向被指定为从调制解调器到节点或者从节点到调制解调器的方向。当从调制解调器向节点传输分组时，分组由具有来自调制解调器m的中继号码的节点中继，其中中继号码m-1仅来自节点；当从节点向调制解调器传输分组时，分组由具有来自调制解调器m的中继号码的节点中继，其中中继号码M+1仅来自节点。调制解调器具有等于零的其中继号码恒定值（m=0）。每个分组都具有签名，该签名在网络中进行中继时保持恒定，并且用于防止节点重复对分组进行中继的任何事件。具有相似签名的分组由节点中继一次。节点存储分组签名，在分组网络寿命内将它保持在其存储器吞吐量中，所述分组网络寿命即网络中的其余节点中继分组所花费的最大时间；时间到期时，签名失败，但可以再次被重新使用。

网络布局在图1中示出。

方法的详细描述

让我们通过给出当前无线网络的示例来考虑任何其他网络技术的相关性。下面描述数据联网方法。

为了联网，传输以下排序信息集：网络标识符、网络元件标识符、调制解调器或节点号码、分组传输方向、分组签名。

这样的联网基于节点编号原则，其中从调制解调器中继到节点的分组号码最小化。

当从组调制解调器向若干个或所有节点或者从地址调制解调器向任何节点传输分组时，对节点进行编号。根据任何法律，节点可以被编号为重复的、分配的节点，条件是这样的编号遵循以上提及的方法。

节点编号——即利用号码N（m）的节点的分配——参照从调制解调器到节点的分组中继号码（m）来执行。

调制解调器的中继号码被接受为等于零的号码。

1.1.当调制解调器开始传输分组时，发起联网过程。从调制解调器接受分组的任何节点，中继号码（m），分配对应于中继号码等于一N（m=1）的节点号码N（m+1），或者比m等于0的调制解调器号码多一。如果该节点不是分组的最终接收者，则它中继分组，用网络元件标识符替换自己的标识符，用调制解调器号码替换占用节点号码N（m=1），条件是具有相似签名的分组先前没有被中继。具有相似签名的分组由节点中继一次。节点存储分组签名，在分组网络寿命内将它保持在其存储器吞吐量中，所述分组网络寿命即网络中的其余节点中继分组所花费的最大时间；时间到期时，签名失败，但可以再次被重新使用。

因此，接受来自调制解调器的分组的所有节点占用号码N（m=1），其对应于等于一的中继号码（m）。随后，联网过程类似地进行。接受来自节点——该节点用对应于中继号码（m）的号码Nm标识——的分组的任何节点占用对应于中继号码（m+1）的号码N（m+1）。如果节点接受来自用号码标识的若干个节点的分组，则它占用比最小号码/>多一的号码的节点号码。因此，节点占用对应于从调制解调器中继到节点的分组最小号码加一的号码。

1.2.网络中从调制解调器到节点的分组传输。

如果调制解调器是分组发起者，则分组传输过程从调制解调器定向到节点。分组在网络中如下被中继：

分配了N（m）的节点，条件是它不是分组的最终接收者，并且具有类似签名的这样的分组先前没有被中继，仅中继已经从分配了N（m-1）的网络元件接收的那些分组，将网络元件标识符替换为自己的网络元件号码N（m）。

1.3.网络中从节点到调制解调器的分组传输。

如果节点是分组发起者，则分组传输过程从节点定向到调制解调器。分组在网络中如下被中继：

分配了N（m）的节点，条件是具有相似签名的分组先前没有被中继，仅中继已经从分配了N（m+1）的网络元件接收的那些分组，用网络元件标识符替换自己的网络元件号码N（m）。

调制解调器不中继分组。

如果节点是分组发起者，则它是仅可以作为分组的最终接收者的调制解调器。

1.4.接收联网信息

为了接收联网信息，可以通过调制解调器发起分组传输过程，该调制解调器向所有节点给予命令，以提供它们自己的信息。根据第1.2节，分组从调制解调器传输到节点。

当接收到带有提供其自己信息的命令的分组时，节点发起从节点到调制解调器的分组传输。节点的网络元件标识符在包含排序信息的分组中传输。

在从所有节点接收分组时，调制解调器分别接收包含所有网络元件标识符和关于所有网络元件的信息的分组。

分组报头包含网络标识符、网络元件标识符、调制解调器或节点号码、分组传输方向、分组签名，并且它不受以上数据集限制，但是包括网络操作必需的其他排序信息。

示例性实施例

让我们网络中的所有调制解调器都用号码0标识。该节点将用与最少号码的调制解调器到节点（Nm=m）中继相匹配的数字号码来标识。

2.1无线联网的示例

网络中唯一的固定号码由调制解调器拥有；我们的网络号码= 0。

调制解调器发起分组传输过程（例如，分组测试（TEST））。至于分组标识符，调制解调器将使用自己的固定号码0、分组方向0（调制解调器到节点）、例如“12345”的网络标识符和分组签名“2222”。

已经接受来自调制解调器的分组（分组标识符= 0）的所有节点——所述节点具有与它们的标识符“12345”相匹配的网络标识符——占用号码N=m=1，并且中继具有其号码N=1的分组，同时保持分组签名“2222”、网络标识符“12345”和方向0（调制解调器到节点）不改变。

从其他节点接受到分组的所有节点——所述节点具有号码1以及方向0（调制解调器到节点）——占用号码N = m =2，并且中继用自己的号码N = 2和方向0标识的分组。

节点编号分配的主要原理可以解释如下：让我们假设节点接受来自节点3、4，...10的分组；节点占用比接受的分组中指定的最小号码多一的号码。在这种情况下，它将占用号码N=4，并将中继用号码N=4标识的分组。

一旦占用号码，节点就发起中继具有相似签名的分组。该节点存储中继分组的签名，将它们保存在其存储器中一定的时段，并且总是仅中继具有一个签名的分组一次。

因此，从调制解调器传输的一个分组就足以联网。

2.2接收联网信息

为了接收联网信息，调制解调器传输分组，该分组给予命令，以向所有节点提供其一个节点的信息（在本例中是短分组列表（LIST））。节点根据以上阐述的过程中继从调制解调器接收的分组。当接收到包含相关命令的分组时，节点用其自己的号码、用唯一标识符（随机数）、用其MAC-地址、用其数据集（例如，通信质量、遥测、地理坐标、时间等）以及用方向1（节点到调制解调器）传输分组。用相反方向中继的分组由号码1（节点到调制解调器）标识。如果节点用号码N标识，则它将从用号码N+1标识的仅包括方向1（节点到调制解调器）的节点中继分组。具有一个标识号码的分组被中继一次。

因此，调制解调器接收关于网络中可用的所有节点的信息。

2.3数据网络传输

网络数据如2.1中指定的从调制解调器传输到节点，并且如2.2中指定的从节点传输到调制解调器。

如果与当前的解决方案相比，联网方法具有多个益处：

● 在从调制解调器向节点传输每个分组之后，有机会使用支持网络可重新配置的多个调制解调器；不管调制解调器的当前网络位置如何，信息都被递送到网络。

● 调制解调器和节点移动性。

● 例如布线和无线网络的物理数据传输环境可以具有特征在于具有信令可变性。

● 与“星型”配置相比，不需要电源基站。

● 与“网状”配置相比，在信号通过条件和网络节点号码变化的情况下，对于重建网络将不花费附加的时间。

● 与用于初始联网优化的“网状”配置相比，第一件事是构建网络结构，并且第二件事是优化现成的结构，从而节省联网时间。

● 与“网状”配置相比，没有在网络节点中存储任何信息的需要，从而降低了解决方案的成本。

Claims (1)

1.数据联网方法，其利用基于从调制解调器m中继到节点的最小号码的分组的节点编号算法，所述方法包括：

-利用最小可见号码+1对多个节点中的每个节点进行编号；

-当从组调制解调器向所述多个节点中的若干个或所有节点或者从地址调制解调器向所述多个节点中的任何节点传输任何分组时，将所述编号分配给分组；

-从所述调制解调器m向所述多个节点传输分组，使得所述分组由具有来自所述调制解调器m的中继号码的第一节点中继，其中中继号码m-1仅来自节点；以及

-从所述多个节点向所述调制解调器传输所述分组时，使得分组由具有来自所述调制解调器m的所述中继号码的第二节点中继，其中中继号码M+1仅来自节点；

-其中每个分组都具有签名，所述签名在分组网络寿命期间进行中继时保持恒定，并且被配置用于防止特定节点重复对特定分组进行中继。