CN113993179A - 一种物联网中多信道通信方法及装置 - Google Patents

一种物联网中多信道通信方法及装置 Download PDF

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CN113993179A CN202111394238.3A CN202111394238A CN113993179A CN 113993179 A CN113993179 A CN 113993179A CN 202111394238 A CN202111394238 A CN 202111394238A CN 113993179 A CN113993179 A CN 113993179A
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Abstract

本发明公开了一种物联网中多信道通信方法及装置，包括：根据配置参数初始化网络，响应于子节点接收到邻居节点发送的DIO控制信息，获取候选父节点的关联信息，并确定最优父节点；控制子节点通过最优父节点作为上行路由向根节点发送DAO控制消息；控制根节点更新路由表并建立维护信道状态表并确定最优信道，并发送回复消息至子节点；将根节点分配的信道对所在工作信道进行更新；控制子节点将自身信息添加到DIO控制信息中，并广播至周围邻居节点。关联信息包括子节点个数、网络中的节点总数、所在工作信道的节点个数以及邻居节点个数以及路由信息，本发明能够基于负载均衡，实现优化网络拓扑结构并改善数据传输性能的目的。

Description

一种物联网中多信道通信方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种物联网中多信道通信方法及装置。
背景技术
低功耗有损网络(Low Power and Lossy Networks，LLN)，被广泛应用于环境监测、智能电网、智能家居、工业自动化等领域。在LLN特性的驱动下，低功耗有损网络路由工作组(Routing over Lossy and Low-power Networks,ROLL)提出了低功耗有损网络路由协议(IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks,RPL)来解决此类网络中的路由问题。RPL基于面向目的地的有向无环图(Destination Oriented DirectedAcyclic Graph，DODAG)的概念构建网络拓扑，节点生成的所有数据流量被发送到DODAG的根节点(Root节点)或边界路由器，最后Root将聚合的数据流量转发到互联网。
RPL协议拥有良好的互操作性和适应性，且能有效地结合路由度量和目标函数来完成网络拓扑结构的建立。目标函数的作用是规定RPL节点如何选择和优化上行路由，最小化网络中的任何节点到达Root节点的路径成本。节点通过目标函数将一个或多个路由度量(metric)和路由约束(constraint)转换为一个叫做Rank的变量，它表示了DODAG中RPL节点到根节点的距离。通过目标函数，RPL节点可以计算出选择某个父节点后自己在网络中的Rank值。通过比较选择不同父节点所算出的Rank，选出“最好”的一个父节点作为自己的最优父节点，也就是上行路由。
目前，标准中制定包含两种典型的目标函数：将传输跳数作为度量标准的OF0(Objective Function Zero)以及将期望传输次数为度量标准的MRHOF(Minimum Rankwith Hysteresis Objective Function)。但是，现在这种度量指标较为单一，容易导致LLN中出现部分节点负载过重的情况，使得链路发生堵塞造成数据包丢失等问题。
发明内容
针对于上述问题，本发明提供一种物联网中多信道通信方法及装置，实现了优化网络拓扑结构并改善数据传输性能的目的。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种物联网中多信道通信方法，包括：
根据配置参数初始化网络，所述网络包括若干个节点，所述节点包括多个子节点和根节点；
响应于在所述网络构建过程中，子节点接收到邻居节点发送的DIO控制信息，获取候选父节点的关联信息，所述关联信息包括子节点个数、网络中的节点总数、所在工作信道的节点个数、邻居节点个数以及路由信息；
基于所述候选父节点的关联信息，确定最优父节点，以使得将所述最优父节点确定为上行路由向根节点进行信息转发；
控制子节点通过所述上行路由向根节点发送DAO控制消息；
响应于所述根节点接收到所述DAO控制消息，控制所述根节点更新路由表并建立维护信道状态表，并控制所述根节点基于所述信道状态表确定最优信道，并发送DAO控制消息的回复消息至所述子节点；
响应于所述子节点接收到所述DAO控制消息的回复消息，将所述根节点分配的信道对所在工作信道进行更新；
控制子节点将自身信息添加到DIO控制信息中，并广播至周围邻居节点。
可选地，所述根据配置参数初始化网络，包括：
设置网络中的控制信道的信道号，使得所述网络中的所有广播消息在所述控制信道上传输；
设置网络中的数据传输信道的信道数量以及信道号，以使得节点启动后根据自身MAC层地址与网络中数据传输信道的数量确定自身的初始工作信道。
可选地，所述基于所述候选父节点的关联信息，确定最优父节点，包括：
根据DIO控制消息中携带子节点个数、网络中的节点总数、所在工作信道的节点个数以及邻居节点个数，确定节点所在工作信道的负载因子；
基于DIO控制消息，确定候选父节点的负载因子；
计算节点与候选父节点之间的预期传输次数；
基于所述负载因子和所述预期传输次数，在候选父节点中确定最优父节点。
可选地，所述控制所述根节点基于所述信道状态表确定最优信道，包括：
通过所述信道状态表，确定节点在初始化工作信道的负载信息；
基于所述负载信息，确定所述初始化工作信道中的节点数量是否大于节点阈值；
如果是，控制所述根节点基于所述信道状态表选择最优信道，其中，所述最优信道为节点数量小于节点阈值的信道。
一种物联网中多信道通信装置，包括：
初始化单元，用于根据配置参数初始化网络，所述网络包括若干个节点，所述节点包括多个子节点和根节点；
信息获取单元，用于响应于在所述网络构建过程中，子节点接收到邻居节点发送的DIO控制信息，获取候选父节点的关联信息，所述关联信息包括子节点个数、网络中的节点总数、所在工作信道的节点个数、邻居节点个数以及路由信息；
确定单元，用于基于所述候选父节点的关联信息，确定最优父节点，以使得将所述最优父节点确定为上行路由向根节点进行信息转发；
第一控制单元，用于控制子节点通过所述上行路由向根节点发送DAO控制消息；
第二控制单元，用于响应于所述根节点接收到所述DAO控制消息，控制所述根节点更新路由表并建立维护信道状态表，并控制所述根节点基于所述信道状态表确定最优信道，并发送DAO控制消息的回复消息至所述子节点；
更新单元，用于响应于所述子节点接收到所述DAO控制消息的回复消息，将所述根节点分配的信道对所在工作信道进行更新；
第三控制单元，用于控制子节点将自身信息添加到DIO控制信息中，并广播至周围邻居节点。
可选地，所述初始化单元包括：
第一设置子单元，用于设置网络中的控制信道的信道号，使得所述网络中的所有广播消息在所述控制信道上传输；
第二设置子单元，用于设置网络中的数据传输信道的信道数量以及信道号，以使得节点启动后根据自身MAC层地址与网络中数据传输信道的数量确定自身的初始工作信道。
可选地，所述确定单元包括：
第一确定子单元，用于根据DIO控制消息中携带子节点个数、网络中的节点总数、所在工作信道的节点个数以及邻居节点个数，确定节点所在工作信道的负载因子；
第二确定子单元，用于基于DIO控制消息，确定候选父节点的负载因子；
第一计算子单元，用于计算节点与候选父节点之间的预期传输次数；
第三确定子单元，用于基于所述负载因子和所述预期传输次数，在候选父节点中确定最优父节点。
可选地，所述第二控制单元包括：
第四确定子单元，用于通过所述信道状态表，确定节点在初始化工作信道的负载信息；
第五确定子单元，用于基于所述负载信息，确定所述初始化工作信道中的节点数量是否大于节点阈值；
选择子单元，用于如果是，控制所述根节点基于所述信道状态表选择最优信道，其中，所述最优信道为节点数量小于节点阈值的信道。
一种存储介质，所述存储介质存储有可执行指令，所述执行被处理器执行时实现如上中任意一项所述的物联网中多信道通信方法。
一种电子设备，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于执行所述程序，所述程序具体用于实现如上中任意一项所述的物联网中多信道通信方法。
相较于现有技术，本发明提供了一种物联网中多信道通信方法及装置，包括：根据配置参数初始化网络，响应于子节点接收到邻居节点发送的DIO控制信息，获取候选父节点的关联信息，并确定最优父节点；控制子节点通过最优父节点作为上行路由向根节点发送DAO控制消息；响应于根节点接收到DAO控制消息，控制根节点更新路由表并建立维护信道状态表并确定最优信道，并发送回复消息至子节点；响应于子节点接收到DAO控制消息的回复消息，将根节点分配的信道对所在工作信道进行更新；控制子节点将自身信息添加到DIO控制信息中，并广播至周围邻居节点。关联信息包括子节点个数、网络中的节点总数、所在工作信道的节点个数以及邻居节点个数以及路由信息，本发明能够基于负载均衡，实现优化网络拓扑结构并改善数据传输性能的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种物联网中多信道通信方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种物联网中多信道通信装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
在本发明实施例中提供了一种物联网中多信道通信方法，参见图1，该方法可以包括以下步骤：
S101、根据配置参数初始化网络。
所述网络包括若干个节点，所述节点包括多个子节点和根节点。网络启动后根据配置参数初始化网络。首先选择特定的信道作为控制信道，网络中的所有广播消息在该信道上传输。其次设置网络中的数据传输信道的信道数以及信道号，节点启动后会根据自身MAC(Media Access Control Address，媒体存取控制地址)层地址与网络中数据传输信道的信道数确定并初始化自身的初始工作信道。
S102、响应于在所述网络构建过程中，子节点接收到邻居节点发送的DIO控制信息，获取候选父节点的关联信息。
其中，候选父节点的关联信息包括但不局限于子节点个数、网络中的节点总数、所在工作信道的节点个数、邻居节点个数以及路由信息。DIO((DODAG Information Object，DODAG信息对象信息)控制信息用于创建上行路由，定期维护网络拓扑的稳定性。
DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph，面向目的地的有向无环图)：RPL路由协议的网络拓扑可包括一个或多个DODAG，多个DODAG通过DODAG ID唯一标识。DODAG ID即每个DAG图中的sink节点的IPv6网络地址。
S103、基于所述候选父节点的关联信息，确定最优父节点。
以使得将所述最优父节点确定为上行路由向根节点进行信息转发。在网络构建过程中，当节点接收到邻居节点的DIO控制信息后，从中获取相关度量信息，计算与各个邻居节点之间的路由度量值。本发明在路由度量值的计算过程中，为了有效避免选择单一路由度量对网络性能所产生的不良影响，同时保证最大化网络的负载均衡，将结合期望传输次数、子节点数量及信道的负载情况作为路由度量。
S104、控制子节点通过所述上行路由向根节点发送DAO控制消息。
DAO(Destination Advertisement Object，DODAG目的地通告消息)控制消息：主要用于构建下行路由，当需加入DODAG的节点接收到其邻居节点广播的DIO控制消息后，沿着DODAG向上传输携带自身地址前缀的DAO控制消息直至Root节点。
S105、响应于所述根节点接收到所述DAO控制消息，控制所述根节点更新路由表并建立维护信道状态表，并控制所述根节点基于所述信道状态表确定最优信道，并发送DAO控制消息的回复消息至所述子节点。
S106、响应于所述子节点接收到所述DAO控制消息的回复消息，将所述根节点分配的信道对所在工作信道进行更新。
S107、控制子节点将自身信息添加到DIO控制信息中，并广播至周围邻居节点。
DODAG目的地通告消息确认消息(Destination Advertisement ObjectAcknowledgement,DAO-ACK):DAO-ACK控制消息主要用于确保下行路由的创建是否成功，由发送端的上一跳节点或Root节点单播，用以回复DAO控制消息的发送端，从而提高下行路由的可靠性。
网络节点初始化时，各节点根据自身MAC地址通过简单的Hash运行得到一个随机的工作信道，这种信道分配采用伪随机的分配方式，在理想条件下能够使各信道下的节点数量均匀分布。因此为了保证信道的负载情况均匀，从而提高网络性能，网络中的Root节点建立并维护信道状态列表，通过信道状态列表可以动态调整各入网节点的信道，避免信道负载过重导致网络性能下降。
在本发明实施例的一种实施方式中，所述基于所述候选父节点的关联信息，确定最优父节点，包括：
根据DIO控制消息中携带子节点个数、网络中的节点总数、所在工作信道的节点个数以及邻居节点个数，确定节点所在工作信道的负载因子；
基于DIO控制消息，确定候选父节点的负载因子；
计算节点与候选父节点之间的预期传输次数；
基于所述负载因子和所述预期传输次数，在候选父节点中确定最优父节点。
具体的，本发明对目标函数优化过程主要在于，节点在选择最优父节点时，不仅需要考虑与备选父节点之间的期望传输次数，而且需要考虑其备选父节点的子节点个数即节点的负载情况以及节点所在工作信道的负载情况，避免节点与信道负载不均衡导致网络中数据碰撞增加，降低网络性能，从而达到网络负载均衡的目的。包括：
通过DIO控制消息携带子节点个数及节点所在工作信道的负载情况：
计算子节点个数即备选父节点的负载情况。在网络拓扑构建过程中，除叶子节点(最末端节点)外其余各节点i分别统计其子节点发回的DAO控制信息数量，获取当前网络中处于连接状态的子节点数量CNi。
计算当前网络中的节点总数。节点选择好父节点后会向Root节点发送DAO控制信息，Root节点根据收到的不同DAO控制消息统计当前网络中的节点总数DAO-ACKN，并将该信息添加到DAO-ACK控制消息中返回给发送方。此外DIO控制消息中也添加了当前网络中的节点总数DION，节点根据DAO-ACK以及周围节点的DIO控制消息中携带的相关信息来估计当前网络中的节点总数Ntotal，如式(1):
Ntotal＝max(DAO-ACKN，DION) (1)
计算节点所在工作信道的负载情况。RPL路由协议中，网络中的每个节点会维护一个邻居表，来统计传输范围内的周围节点。网络中每个节点会周期性得向周围节点广播DIO控制信息，周围节点收到DIO消息后会将对应节点的相关信息添加到邻居表中，其中包括节点所在的工作信道。节点通过遍历邻居表获取所在工作信道中的节点个数Channel_nodenum以及邻居节点个数NBnum。
节点在发送DIO控制消息前，将子节点数量CNnum、网络中的节点总数Ntotal、所在工作信道中的节点个数Channel_nodenum以及邻居节点个数NBnum添加到DIO控制消息的保留字段，并向其邻居节点广播该DIO控制消息，实现通过DIO控制消息获取相关信息。
然后，通过DIO控制消息中的相关信息计算备选父节点的负载因子λ。
备选父节点的负载情况主要分为两个方面：子节点的数量和所在工作信道的负载情况，节点的负载情况会影响网络的可靠性、数据传输成功率等网络性能。因此通过归一化节点的负载情况得到节点的负载因子λ，如式(2):
Figure BDA0003369355590000091
计算节点与备选父节点之间的期望传输次数ETX，ETX由源节点向备选父节点之间发送数据包的成功到达率df与目的节点向源节点发送ACK确认信息的成功投递率dr计算得到。ETX计算公式为：
Figure BDA0003369355590000092
ETX表示期望传输次数，值越小，表示链路的传输质量越好。为了避免过多的浮点运算，将ETX进行128倍的尺度放大。ETX的计算通过设定滑动的平均系数ETX_ALPHA＝90、ETX_SCALE＝100，在MAC层通过回调函数得知是否将数据包发送成功，然后利用滑动平均算法计算新的ETX值，起到了避免误差和突发噪声数据的作用，从而计算最真实的ETX，如式(4)：
new_etx＝(old_etx*ETX_ALPHA+packet_etx*(ETX_SCALE-ETX_ALPHA))/ETX_SCALE (4)
最优父节点选择策略：
节点接收到周围邻居节点发送的DIO控制消息后，根据优化后的目标函数，如式(5)所示，分别计算多个备选父节点的综合路由度量值Rank。并从备选父节点中选择综合路由度量值最小的节点为最优父节点。
Rank＝Rankpar+λ*new_etx (5)
其中，Rankpar为备选父节点的综合路由度量值。
在本发明实施例中，所述控制所述根节点基于所述信道状态表确定最优信道，包括：
通过所述信道状态表，确定节点在初始化工作信道的负载信息；
基于所述负载信息，确定所述初始化工作信道中的节点数量是否大于节点阈值；
如果是，控制所述根节点基于所述信道状态表选择最优信道，其中，所述最优信道为节点数量小于节点阈值的信道。
网络节点初始化时，各节点根据自身MAC地址通过简单的Hash运行得到一个随机的工作信道，这种信道分配采用伪随机的分配方式，在理想条件下能够使各信道下的节点数量均匀分布。因此为了保证信道的负载情况均匀，从而提高网络性能，网络中的Root节点建立并维护信道状态列表，通过信道状态列表可以动态调整各入网节点的信道，避免信道负载过重导致网络性能下降。具体步骤如下：
(1)、Root节点维护信道状态列表，该表记录每个信道中的节点个数。为了保证网络中各信道下的负载均衡，Root采用如式(6)所示评价指标ω来保证信道中的节点个数均匀。
Figure BDA0003369355590000101
其中，Ntotal表示当前网络中的节点总数，Channelnum表示网络中用于数据传输信道数。每个信道中的节点数量不得大于ω，ω为节点阈值。
(2)、信道分配策略。根据RPL路由协议，每个入网节点选择好最优父节点后会向Root节点发送DAO控制消息。Root节点接收到DAO控制消息后，根据源节点的MAC地址计算节点所在初始工作信道，并添加到信道状态列表中。
通过信道状态列表判断节点所在初始化工作信道的负载情况，该信道中节点个数是否大于ω，如果节点个数大于ω，则Root节点遍历信道状态列表选择一个信道中节点个数小于ω的信道，通过DAO-ACK控制消息通告源节点切换工作信道；否则源节点不需要切换工作信道。
(3)、源节点通过Root节点DAO-ACK控制消息来更新自己的工作信道，并将所在工作信道封装在DIO控制消息中，通过广播DIO控制消息将自己的工作信道通告给邻居节点，保证与邻居节点通信时对方能够跳到自身工作信道来完成通信。
在本发明实施例还提供了一种物联网中基于负载均衡的多信道路由协议的操作流程，包括：
S201、节点启动，初始化网格参数，选择初始工作信道；
S202、Root节点初始化DAG，广播添加自身信息的DIO控制信息。
S203、接收到DIO控制消息的节点是否入网。
S204、节点从DIO控制消息中提取备选父节点的子节点数，所在工作信道的负载、网络中节点总数，邻居节点数以及Rank值等相关信息，并计算到备选节点的ETX值，选择最优父节点后向Root节点发送DAO控制消息；
S205、节点选择最优父节点作为默认上行路由节点将DAO控制信息发送至Root节点，依据DAO控制消息传输建立上行路由。
S206、Root节点是否接收到DAO控制消息，如果是，执行S207；
S207、Root节点根据DAO控制消息建立并维护信道状态列表，判断源节点所在工作信道是否负载均衡，并通过DAO-ACK控制信息向源节点通告切换工作信道。
S208、DAO-ACK控制信息通过源路由返回源节点并建立下行路由。
S209、节点是否接收到DAO-ACK控制信息，如果是，执行S210，否则执行S211。
S210、节点入网完成，根据DAO-ACK控制信息的相关信息更新自身工作信息，并将自身相关信息添加到DIO控制消息中广播给邻居节点。
S211、节点入网失败，继续监听邻居节点发送的DIO控制消息。
对应的，在本发明实施例中提供的路由协议具体操作步骤如下：
本发明提出的路由协议具体操作步骤如下：
步骤一：子节点接收到DIO控制消息获取备选父节点的子节点数、所在工作信道的负载、网络中节点总数、邻居节点数以及Rank值等多种路由信息，并计算到备选父节点ETX，依据式(5)的选择最优父节点。
步骤二：子节点向Root节点单播DAO控制消息，选择最优父节点作为默认上行路由向Root节点转发。
步骤三：Root节点接受到DAO消息后，同时更新路由表以及建立并维护信道状态列表。Root节点根据信道状态列表为节点分配最优信道并通过DAO-ACK控制消息通告给源节点。
步骤四：子节点接收到DAO-ACK控制消息后，从中提出Root节点分配的信道对所在工作信道进行更新。
步骤五：将自身信息添加到DIO控制消息中并广播给周围邻居节点。
在传统的RPL路由协议中，标准提供的OF0和MRHOF目标函数仅采用单一的度量指标进行路由选择，忽视网络中的其他重要特性，可能会导致网络拓扑极不稳定，降低了网络性能。本发明在多信道的LLN网络中，考虑每个备选父节点的子节点个数、所在工作信道的负载情况以及节点与备选父节点之间链路质量的综合路由度量指标，优化目标函数，在多信道的特殊场景下，使用该优化目标函数选择最优父节点，可以最大化网络负载均衡，提高网络性能。
参见图2，在本发明实施例中还提供了一种物联网中多信道通信装置，包括：
初始化单元10，用于根据配置参数初始化网络，所述网络包括若干个节点，所述节点包括多个子节点和根节点；
信息获取单元20，用于响应于在所述网络构建过程中，子节点接收到邻居节点发送的DIO控制信息，获取候选父节点的关联信息，所述关联信息包括子节点个数、网络中的节点总数、所在工作信道的节点个数、邻居节点个数以及路由信息；
确定单元30，用于基于所述候选父节点的关联信息，确定最优父节点，以使得将所述最优父节点确定为上行路由向根节点进行信息转发；
第一控制单元40，用于控制子节点通过所述上行路由向根节点发送DAO控制消息；
第二控制单元50，用于响应于所述根节点接收到所述DAO控制消息，控制所述根节点更新路由表并建立维护信道状态表，并控制所述根节点基于所述信道状态表确定最优信道，并发送DAO控制消息的回复消息至所述子节点；
更新单元60，用于响应于所述子节点接收到所述DAO控制消息的回复消息，将所述根节点分配的信道对所在工作信道进行更新；
第三控制单元70，用于控制子节点将自身信息添加到DIO控制信息中，并广播至周围邻居节点。
进一步地，所述初始化单元包括：
第一设置子单元，用于设置网络中的控制信道的信道号，使得所述网络中的所有广播消息在所述控制信道上传输；
第二设置子单元，用于设置网络中的数据传输信道的信道数量以及信道号，以使得节点启动后根据自身MAC层地址与网络中数据传输信道的数量确定自身的初始工作信道。
可选地，所述确定单元包括：
第一确定子单元，用于根据DIO控制消息中携带子节点个数、网络中的节点总数、所在工作信道的节点个数以及邻居节点个数，确定节点所在工作信道的负载因子；
第二确定子单元，用于基于DIO控制消息，确定候选父节点的负载因子；
第一计算子单元，用于计算节点与候选父节点之间的预期传输次数；
第三确定子单元，用于基于所述负载因子和所述预期传输次数，在候选父节点中确定最优父节点。
进一步地，所述第二控制单元包括：
第四确定子单元，用于通过所述信道状态表，确定节点在初始化工作信道的负载信息；
第五确定子单元，用于基于所述负载信息，确定所述初始化工作信道中的节点数量是否大于节点阈值；
选择子单元，用于如果是，控制所述根节点基于所述信道状态表选择最优信道，其中，所述最优信道为节点数量小于节点阈值的信道。
本发明实施例提供了一种物联网中多信道通信装置，包括：根据配置参数初始化网络，响应于子节点接收到邻居节点发送的DIO控制信息，获取候选父节点的关联信息，并确定最优父节点；控制子节点通过最优父节点作为上行路由向根节点发送DAO控制消息；响应于根节点接收到DAO控制消息，控制根节点更新路由表并建立维护信道状态表并确定最优信道，并发送回复消息至子节点；响应于子节点接收到DAO控制消息的回复消息，将根节点分配的信道对所在工作信道进行更新；控制子节点将自身信息添加到DIO控制信息中，并广播至周围邻居节点。关联信息包括工作信道的负载，本发明能够基于负载均，实现优化网络拓扑结构并改善数据传输性能的目的。
基于前述实施例，本发明的实施例中还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有可执行指令，所述执行被处理器执行时实现如上中任意一项所述的物联网中多信道通信方法。
对应的，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于执行所述程序，所述程序具体用于实现如上中任意一项所述的物联网中多信道通信方法。
其中，具体的处理器的执行过程可以参考前述实施例中的物联网中多信道通信方法的各个步骤的描述，此处不进行详述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种物联网中多信道通信方法，其特征在于，包括：
根据配置参数初始化网络，所述网络包括若干个节点，所述节点包括多个子节点和根节点；
响应于在所述网络构建过程中，子节点接收到邻居节点发送的DIO控制信息，获取候选父节点的关联信息，所述关联信息包括子节点个数、网络中的节点总数、所在工作信道的节点个数、邻居节点个数以及路由信息；
基于所述候选父节点的关联信息，确定最优父节点，以使得将所述最优父节点确定为上行路由向根节点进行信息转发；
控制子节点通过所述上行路由向根节点发送DAO控制消息；
响应于所述根节点接收到所述DAO控制消息，控制所述根节点更新路由表并建立维护信道状态表，并控制所述根节点基于所述信道状态表确定最优信道，并发送DAO控制消息的回复消息至所述子节点；
响应于所述子节点接收到所述DAO控制消息的回复消息，将所述根节点分配的信道对所在工作信道进行更新；
控制子节点将自身信息添加到DIO控制信息中，并广播至周围邻居节点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据配置参数初始化网络，包括：
设置网络中的控制信道的信道号，使得所述网络中的所有广播消息在所述控制信道上传输；
设置网络中的数据传输信道的信道数量以及信道号，以使得节点启动后根据自身MAC层地址与网络中数据传输信道的数量确定自身的初始工作信道。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述候选父节点的关联信息，确定最优父节点，包括：
根据DIO控制消息中携带子节点个数、网络中的节点总数、所在工作信道的节点个数以及邻居节点个数，确定节点所在工作信道的负载因子；
基于DIO控制消息，确定候选父节点的负载因子；
计算节点与候选父节点之间的预期传输次数；
基于所述负载因子和所述预期传输次数，在候选父节点中确定最优父节点。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述根节点基于所述信道状态表确定最优信道，包括：
通过所述信道状态表，确定节点在初始化工作信道的负载信息；
基于所述负载信息，确定所述初始化工作信道中的节点数量是否大于节点阈值；
如果是，控制所述根节点基于所述信道状态表选择最优信道，其中，所述最优信道为节点数量小于节点阈值的信道。
5.一种物联网中多信道通信装置，其特征在于，包括：
初始化单元，用于根据配置参数初始化网络，所述网络包括若干个节点，所述节点包括多个子节点和根节点；
信息获取单元，用于响应于在所述网络构建过程中，子节点接收到邻居节点发送的DIO控制信息，获取候选父节点的关联信息，所述关联信息包括子节点个数、网络中的节点总数、所在工作信道的节点个数、邻居节点个数以及路由信息；
确定单元，用于基于所述候选父节点的关联信息，确定最优父节点，以使得将所述最优父节点确定为上行路由向根节点进行信息转发；
第一控制单元，用于控制子节点通过所述上行路由向根节点发送DAO控制消息；
第二控制单元，用于响应于所述根节点接收到所述DAO控制消息，控制所述根节点更新路由表并建立维护信道状态表，并控制所述根节点基于所述信道状态表确定最优信道，并发送DAO控制消息的回复消息至所述子节点；
更新单元，用于响应于所述子节点接收到所述DAO控制消息的回复消息，将所述根节点分配的信道对所在工作信道进行更新；
第三控制单元，用于控制子节点将自身信息添加到DIO控制信息中，并广播至周围邻居节点。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述初始化单元包括：
第一设置子单元，用于设置网络中的控制信道的信道号，使得所述网络中的所有广播消息在所述控制信道上传输；
第二设置子单元，用于设置网络中的数据传输信道的信道数量以及信道号，以使得节点启动后根据自身MAC层地址与网络中数据传输信道的数量确定自身的初始工作信道。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述确定单元包括：
第一确定子单元，用于根据DIO控制消息中携带子节点个数、网络中的节点总数、所在工作信道的节点个数以及邻居节点个数，确定节点所在工作信道的负载因子；
第二确定子单元，用于基于DIO控制消息，确定候选父节点的负载因子；
第一计算子单元，用于计算节点与候选父节点之间的预期传输次数；
第三确定子单元，用于基于所述负载因子和所述预期传输次数，在候选父节点中确定最优父节点。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二控制单元包括：
第四确定子单元，用于通过所述信道状态表，确定节点在初始化工作信道的负载信息；
第五确定子单元，用于基于所述负载信息，确定所述初始化工作信道中的节点数量是否大于节点阈值；
选择子单元，用于如果是，控制所述根节点基于所述信道状态表选择最优信道，其中，所述最优信道为节点数量小于节点阈值的信道。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有可执行指令，所述执行被处理器执行时实现如权利要求1-4中任意一项所述的物联网中多信道通信方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于执行所述程序，所述程序具体用于实现如权利要求1-4中任意一项所述的物联网中多信道通信方法。
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