CN113676933A - 一种mesh配网器选举方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及mesh配网技术领域，公开了一种配网器选举方法、装置及系统，一种配网器选举方法包括从叫节点获取自身的适应度信息；从叫节点广播本节点的适应度信息并扫描周围从叫节点的广播包；从叫节点根据扫描获得的广播包获取周围所有从叫节点的适应度信息；从叫节点基于自身的适应度信息及周围所有从叫节点的适应度信息获得所有从叫节点的适应度值并排序，获得适应度值排序列表并广播；主叫节点基于所有从叫节点的适应度值排序列表，推举一个综合排序最优的从叫节点作为备用配网器。一种配网器选举装置包括存储器和处理器。一种mesh网络系统包括路由器、主叫节点设备和若干从叫节点设备。

Description

一种mesh配网器选举方法、装置及系统

技术领域

本申请涉及mesh配网技术领域，尤其是涉及一种mesh配网器选举方法、装置及系统。

背景技术

Mesh网络即“无线网格网络”，它是一个无线多跳网络。Mesh网络中有一个配网器，配网器会保存自身与节点的配网信息。当配网器断连后，重新启动配网器，配网器根据自身与节点的配网信息恢复正常工作。Mesh网络中设备可以接入云端服务器，云端可存储配网信息，需要设备具有接入云端的能力。

上述方案存在以下缺陷：设备对云端存在依赖性，同时接入云端服务器的能力会增加成本。当配网器失效后，mesh网络失去配网功能，网络信息会丢失，整个mesh网络会失效。此时设备无法进行联网，因此也无法通过云端进行新的配网器配置。

发明内容

为了使配网器失效后，仍然具有配网功能，本申请提供一种配网器选举方法、装置及系统，具有在配网器断网后，可以通过备用配网器继续实现配网功能的特点。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种配网器选举方法，若干设备组建mesh局域网络形成网络节点，所述网络节点包括一个主叫节点和多个从叫节点；其特征在于，经主叫节点选举并产生配网器，包括以下步骤：

从叫节点获取自身的适应度信息；

从叫节点广播本节点的适应度信息并扫描周围从叫节点的广播包；

从叫节点根据扫描获得的广播包获取周围所有从叫节点的适应度信息；

从叫节点基于自身的适应度信息及周围所有从叫节点的适应度信息获得所有从叫节点的适应度值并排序，获得适应度值排序列表并广播；

主叫节点基于所有从叫节点的适应度值排序列表，推举一个综合排序最优的从叫节点作为备用配网器。

通过采用上述技术方案，通过组建mesh局域网络形成网络节点，其中将主叫节点作为默认配网器，每个从叫节点会向周围广播自身的适应度信息，然后从叫节点会获取所有的适应度信息，每个从叫节点基于适应度信息获得适应度值排序列表，适应度值排序列表按照每个从叫节点的适应度值进行排序后产生；主叫节点接收到适应度值排序列表的广播之后，通过综合排序选出一个从叫节点作为备用配网器，当主叫节点断网时，根据之前已经推举完成的结果将指定的从叫节点作为备用配网器，使主叫节点失效后，整个网络仍然具有配网功能。

在一较佳示例中可以进一步配置为：所述主叫节点基于所有从叫节点的适应度值排序列表，推举一个综合排序最优的从叫节点作为备用配网器的步骤之后包括：

从叫节点在预设时间内判断是否获取到主叫节点发出的心跳报文；

所有从叫节点在预设时间内均未获取到心跳报文时，确定主叫节点断网，需要进行推举备用配网器作为主叫节点。

通过采用上述技术方案，在推举完备用配网器之后，要进行主叫节点是否断网的判断，每个从叫节点均不断接收主叫节点发送的心跳报文，在预设时间内，所有从叫节点都没有接收到主叫节点发送的心跳报文时，可以确定此时主叫节点已经断网，此时将被推举为备用配网器的从叫节点作为主叫节点，位置整个网络的配网功能。

在一较佳示例中可以进一步配置为：所述适应度信息包括：信号强度和电量；

所述获取适应度值列表的步骤包括：

基于自身信号强度及通过广播获取的周围从叫节点的信号强度，并分别进行归一化，获取每个从叫节点信号强度的归一化值；

基于自身电量及通过广播获取的周围从叫节点的电量，并分别进行归一化，获取每个从叫节点电量的归一化值；

根据备用配网器推举的需求配置信号强度归一化值的第一权重值；

根据备用配网器推举的需求配置电量归一化值的第二权重值；

根据信号强度归一化值与第一权重值以及电量归一化值与第二权重值的结合得到适应度值；

每个从叫节点根据其自身及周围所有从叫节点的适应度值进行排序获得适应度值列表。

通过采用上述技术方案，根据信号强度和电量进行每个节点适应度值的获取，将所述从叫节点的信号强度和电量分别在每个从叫节点进行归一化，得到不同的归一化值；再根据预设的信号强度归一化值的权重配置第一权重值，根据预设的电量归一化值的权重配置第二权重值，然后将二者结合得到适应度值，每个从叫节点将所有的适应度值进行排序，然后得到适应度值排序列表，根据适应度值排序列表可以得出每个从叫节点的适应度值情况，方便推举合适的备用配网器。

在一较佳示例中可以进一步配置为：所述获取信号强度归一化值的步骤包括：

获取从叫节点及该从叫节点周围所有从叫节点的信号强度的最大值；

根据每个从叫节点的信号强度分别与最大值相比得到每个从叫节点各自的信号强度归一化值。

通过采用上述技术方案，每个从叫节点根据接收的广播包信息分别得到信号强度最大值，每个从叫节点接收到的所有信号强度均与当前从叫节点的信号强度最大值相比，得到每个归一化值，由于每个从叫节点接收到的信号强度会受范围和距离等因素的影响，所以每个从叫节点得到的信号强度可能不同，通过归一化值可以准确的进行推举。

在一较佳示例中可以进一步配置为：所述获取电量归一化值的步骤包括：

获取从叫节点及该从叫节点周围所有从叫节点的电量；

根据每个从叫节点的电量与每个从叫节点各自电量的百分百比相比得到各自的电量归一化值。

通过采用上述技术方案，每个从叫节点接收到的电量信息也有可能产生偏差，因此通过每个从叫节点电量与每个从叫节点各自电量的百分百比相比得到电量归一化值，此时的电量归一化值比进行电量计算准确。

在一较佳示例中可以进一步配置为：所述主叫节点基于所有从叫节点的适应度值排序列表，推举一个综合排序最优的从叫节点作为备用配网器的步骤包括：

基于每个从叫节点的适应度值排序列表获取每个从叫节点的投票信息；

推举得票数最高的从叫节点作为备用配网器。

通过采用上述技术方案，主叫节点会获取到所有从叫节点的适应度值排序裂变，然后根据每个从叫节点对适应度值排序的不同进行投票信息的统计，将获得的票数最高的从叫节点作为备用配网器。

在一较佳示例中可以进一步配置为：所述若干设备组建mesh局域网络形成网络节点的步骤包括：

手机无线连接主叫节点和每个从叫节点并为每个从叫节点配置配网信息；

手机为主叫节点和从叫节点均配置有网络密钥和应用密钥，用于对不同的主叫节点和从叫节点进行区分连接。

通过采用上述技术方案，在mesh网络进行配置时，通过手机为主叫节点和所有的节点配置密钥，作为连接每个节点的特征信息，然后通过手机为所有的从叫节点配置配网信息，使每个从叫节点均可以作为备用配网器使用。

一种配网器选举装置，包括：

存储器，用于存储每个从叫节点的配网信息及配网器选举程序；

处理器，在推举备用配网器时运行配网器选举程序并执行上述任一项所述方法的步骤。

通过采用上述技术方案，通过存储器对每个从叫节点的配网信息进行储存，并储存有配网器选举程序，以供选举配网器选举时使用；然后通过处理器调用存储器中的信息，并运行上述方法的步骤，进行备用配网器的推举。

一种mesh网络系统，其特征在于，包括：

路由器，用于节点设备与云服务器之间数据的网络传输；所述节点设备包括主叫节点设备和若干从叫节点设备；

若干从叫节点设备，均与路由器从叫接口连接，用于发送广播并接收其他节点设备的广播，然后进行所有节点适应度值的排序；

所述主叫节点设备，与路由器主叫接口连接，包括权利要求8所述的装置，用于根据各从叫节点设备的适应度值的排序对从叫节点设备进行综合投票，并从中推举其中一个从叫节点设备作为备用配网器。

通过采用上述技术方案，主叫节点设备与云服务器之间通过路由器进行网络传输，每个从叫节点设备会将所有节点进行适应度值的排序，主叫节点设备会根据所有从叫节点设备适应度值的排序进行综合投票，推举出得票最高的从叫节点设备作为备用配网器。

综上所述，每个从叫节点均进行所有从叫节点的适应度值计算得到适应度值排序列表，然后主叫节点根据适应度值排序列表进行投票推举备用配网器，使主叫节点设备失效之后，仍然可以通过从叫节点设备继续进行配网功能。

附图说明

图1是本申请实施例中一种mesh网络系统的结构图。

图2是本申请实施例中一种配网器选举方法的流程图。

图3是主叫节点与从叫节点之间推举备用配网器的过程图。

图4是主叫节点失效后的备用配网器使用过程图。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

参照图1，一种mesh网络系统，包括路由器、若干从叫节点设备和主叫节点设备，路由器用于节点设备与云服务器之间数据的网络传输；节点设备包括主叫节点设备和若干从叫节点设备。若干从叫节点设备均与路由器从叫接口连接，用于发送广播并接收其他节点设备的广播，然后进行所有节点适应度值的排序。主叫节点设备与路由器主叫接口连接，包括配网器选举装的装置，用于根据各从叫节点设备的适应度值的排序对从叫节点设备进行综合投票，将综合得票最多的从叫节点设备作为备用配网器。当主叫节点设备发生故障时，根据之前已经推举得出的结果，将从叫节点设备作为新的主叫节点设备使用。

配网器选举装的装置包括存储器和处理器，存储器用于存储每个从叫节点的配网信息及配网器选举程序。处理器在推举备用配网器时运行配网器选举程序并执行下述方法的步骤。

参照图2和图3，若干设备组建mesh局域网络形成网络节点，所述网络节点包括一个主叫节点和多个从叫节点；

首先通过手机无线连接主叫节点和每个从叫节点并为每个从叫节点配置配网信息；

手机为主叫节点和从叫节点均配置有网络密钥和应用密钥，用于对不同的主叫节点和从叫节点进行区分连接。为了在主叫节点设备故障时可以通过备用配网器进行整个网络的维持，使从叫节电设备成为新的主叫节点设备，在主叫节点设备侧运行如下配网器选举方法：

步骤S100，从叫节点获取自身的适应度信息；

适应度信息包括从叫节点的信号强度和电量。

步骤S200，从叫节点广播本节点的适应度信息并扫描周围从叫节点的广播包；

步骤S300，从叫节点根据扫描获得的广播包获取周围所有从叫节点的适应度信息；

通过广播的方式使每个从叫节点均可以接收到其他从叫节点广播的适应度信息。

步骤S400，从叫节点基于自身的适应度信息及周围所有从叫节点的适应度信息获得所有从叫节点的适应度值并排序，获得适应度值排序列表并广播；

步骤S500，主叫节点基于所有从叫节点的适应度值排序列表，推举一个综合排序最优的从叫节点作为备用配网器；

步骤S600，从叫节点在预设时间内判断是否获取到主叫节点发出的心跳报文；

步骤S700，所有从叫节点在预设时间内均未获取到心跳报文时，确定主叫节点断网，需要进行推举备用配网器作为主叫节点。

在主叫节点进行推举备用配网器完成后，将推举完成的信息进行公布，使路由器和备用配网器均可以知道。然后主叫节点在使用过程中不断向从叫节点发送心跳报文，当在预定时间内没有获取到心跳报文时，确定主节点断网，在本实施例中预设时间采用一分钟，此时备用配网器作为主叫节点使用。

获取适应度值列表的步骤包括：

步骤S410，基于自身信号强度及通过广播获取的周围从叫节点的信号强度，并分别进行归一化，获取每个从叫节点信号强度的归一化值。其步骤包括：

步骤S420，基于自身电量及通过广播获取的周围从叫节点的电量，并分别进行归一化，获取每个从叫节点电量的归一化值。

每个从叫节点距离其他从叫的节点的距离不同，被广播覆盖的范围也不同，因此每个从叫节点接收到的信号强度信息和电量信息也均有差别，此时通过将信号强度和电量分别归一化，使信号强度和电量在被用于推举的过程中可以获得更加准确的结果。

步骤S430，根据备用配网器推举的需求配置信号强度归一化值的第一权重值；

步骤S440，根据备用配网器推举的需求配置电量归一化值的第二权重值；

步骤S450，根据信号强度归一化值与第一权重值以及电量归一化值与第二权重值的结合得到适应度值；

通过第一权重值和第二权重值可以确定信号强度和电量在推举备用配网器过程中的重要程度，第一权重值和第二权重值可以根据需求进行改变。例如需要信号强度较大的从叫节点作为配网器，此时应该让第一权重值较大，是信号强度归一化值占的比重更大；如果需要电量较多的从叫节点作为配网器，此时应该让第二权重值较大，是电量归一化值占的比重更大。在本实施例中第一权重值和第二权重值均采用0.5，适应度值的计算公式为0.5*rssi+0.5*power，其中rssi表示信号强度归一化值，power表示电量归一化值。

步骤S460，每个从叫节点根据其自身及周围所有从叫节点的适应度值进行排序获得适应度值列表。

步骤S410，获取每个从叫节点信号强度的归一化值的步骤包括：

步骤S411，获取从叫节点及该从叫节点周围所有从叫节点的信号强度的最大值；

步骤S412，根据每个从叫节点的信号强度分别与最大值相比得到每个从叫节点各自的信号强度归一化值。

信号强度归一化值的计算公式为rssi = (当前rssi)/max(|最大rssi|, |最小rssi|)，其中当前rssi表示在一个从叫节点中需要计算的信号强度，max(|最大rssi|, |最小rssi|)表示在所有从叫节点的信号强度中取最大值。

步骤S420，获取每个从叫节点电量的归一化值的步骤包括：

步骤S421，获取从叫节点及该从叫节点周围所有从叫节点的电量；

步骤S422，根据每个从叫节点的电量与每个从叫节点各自电量的百分百比相比得到各自的电量归一化值。

电量归一化值的计算公式为power = (当前power)/(100% power)，其中当前power为接收到的从叫节点的电量，100%power当前从叫节点的电量。

步骤S700，所有从叫节点在预设时间内均未获取到心跳报文时，确定主叫节点断网，需要进行推举备用配网器作为主叫节点包括

步骤S710，基于每个从叫节点的适应度值排序列表获取每个从叫节点的投票信息；

步骤S720，推举得票数最高的从叫节点作为备用配网器。

例如采用四个从叫节点，分别用A、B、C和D表示，主叫节点接收到从叫节点A的适应度值排序列表为A->B->C->D，主叫节点接收到从叫节点B的适应度值排序列表为A->B->C->D，主叫节点接收到从叫节点C的适应度值排序列表为A->C->B->D，主叫节点接收到从叫节点A的适应度值排序列表为B>A->C->D。根据主叫节点接收到的适应度值排序列表，可以得出从叫节点A获得了三票，为得票率最高的从叫节点，因为选择从叫节点A作为备用配网器。

参照图4，当从叫节点作为主叫节点进行使用时，从叫节点向其他从叫节点发送心跳报文，重复上述过程继续推举备用配网器，以便当从叫节点A断网时依旧能保持网络配置。

Claims (9)

1.一种配网器选举方法，若干设备组建mesh局域网络形成网络节点，所述网络节点包括一个主叫节点和多个从叫节点；其特征在于，经主叫节点选举并产生配网器，包括以下步骤：

从叫节点获取自身的适应度信息；

从叫节点广播本节点的适应度信息并扫描周围从叫节点的广播包；

从叫节点根据扫描获得的广播包获取周围所有从叫节点的适应度信息；

从叫节点基于自身的适应度信息及周围所有从叫节点的适应度信息获得所有从叫节点的适应度值并排序，获得适应度值排序列表并广播；

主叫节点基于所有从叫节点的适应度值排序列表，推举一个综合排序最优的从叫节点作为备用配网器。

2.根据权利要求1所述的一种配网器选举方法，其特征在于，所述主叫节点基于所有从叫节点的适应度值排序列表，推举一个综合排序最优的从叫节点作为备用配网器的步骤之后包括：

从叫节点在预设时间内判断是否获取到主叫节点发出的心跳报文；

所有从叫节点在预设时间内均未获取到心跳报文时，确定主叫节点断网，需要进行推举备用配网器作为主叫节点。

3.根据权利要求2所述的一种配网器选举方法，其特征在于，所述适应度信息包括：信号强度和电量；

所述获取适应度值列表的步骤包括：

基于自身信号强度及通过广播获取的周围从叫节点的信号强度，并分别进行归一化，获取每个从叫节点信号强度的归一化值；

基于自身电量及通过广播获取的周围从叫节点的电量，并分别进行归一化，获取每个从叫节点电量的归一化值；

根据备用配网器推举的需求配置信号强度归一化值的第一权重值；

根据备用配网器推举的需求配置电量归一化值的第二权重值；

根据信号强度归一化值与第一权重值以及电量归一化值与第二权重值的结合得到适应度值；

每个从叫节点根据其自身及周围所有从叫节点的适应度值进行排序获得适应度值列表。

4.根据权利要求3所述的一种配网器选举方法，其特征在于，所述获取信号强度归一化值的步骤包括：

获取从叫节点及该从叫节点周围所有从叫节点的信号强度的最大值；

根据每个从叫节点的信号强度分别与最大值相比得到每个从叫节点各自的信号强度归一化值。

5.根据权利要求4所述的一种配网器选举方法，其特征在于，所述获取电量归一化值的步骤包括：

获取从叫节点及该从叫节点周围所有从叫节点的电量；

根据每个从叫节点的电量与每个从叫节点各自电量的百分百比相比得到各自的电量归一化值。

6.根据权利要求5所述的一种配网器选举方法，其特征在于，所述主叫节点基于所有从叫节点的适应度值排序列表，推举一个综合排序最优的从叫节点作为备用配网器的步骤包括：

基于每个从叫节点的适应度值排序列表获取每个从叫节点的投票信息；

推举得票数最高的从叫节点作为备用配网器。

7.根据权利要求1所述的一种配网器选举方法，其特征在于，所述若干设备组建mesh局域网络形成网络节点的步骤包括：

手机无线连接主叫节点和每个从叫节点并为每个从叫节点配置配网信息；

手机为主叫节点和从叫节点均配置有网络密钥和应用密钥，用于对不同的主叫节点和从叫节点进行区分连接。

8.一种配网器选举装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储每个从叫节点的配网信息及配网器选举程序；

处理器，在推举备用配网器时运行配网器选举程序并执行权利要求1~7任一项所述方法的步骤。

9.一种mesh网络系统，其特征在于，包括：

路由器，用于节点设备与云服务器之间数据的网络传输；所述节点设备包括主叫节点设备和若干从叫节点设备；

若干从叫节点设备，均与路由器从叫接口连接，用于发送广播并接收其他节点设备的广播，然后进行所有节点适应度值的排序；

所述主叫节点设备，与路由器主叫接口连接，包括权利要求8所述的装置，用于根据各从叫节点设备的适应度值的排序对从叫节点设备进行综合投票，并从中推举其中一个从叫节点设备作为备用配网器。

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