CN114006790B - 一种用于控制城市网络组建的网关设备 - Google Patents

一种用于控制城市网络组建的网关设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于控制城市网络建设的网关设备，其根据城市中节点的分布特点构建网络，通过许可接入节点数、预留接入量的设置保证了网络的可扩展性，并能够有效的防止网络拥塞；而且允许子网整体入网，有效的降低了网络扩展的复杂度，节点间主备关系的建立，保证了数据传输的稳定性，有效减少了数据的丢失。

Description

一种用于控制城市网络组建的网关设备
技术领域
本发明涉及一种用于控制城市网络组建的网关设备。
背景技术
物联网实现人与物、物与物信息交互和无缝链接，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。随着物联网的发展，智慧城市的建设得到了广泛的关注，然而在城市中，用于采集数据的节点(如用于抄表的传感器)可以直接与电力系统进行连接，同时节点的分布也以城市建筑为依托，多分布在多个相对集中的区域中，而现有的组网策略则是根据节点分布随机性、节点能量有限等情况为基础建立组网策略，而上述组网方式并不能很好的适用于城市网络的建设，因此，本发明针对城市网络的特点，提出一种用于控制城市网络建设的网关设备。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中不能适应于城市网络组建的问题，提供一种用于控制城市网络建设的网关设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于控制城市网络建设的网关设备，应用于智慧城市系统中，实现城市网络的组建，其特征在于：
确定网关设备的最佳允许接入量A1以及许可接入的子节点数A2、预留接入量A3，其中，A3-K＝|A1-A2|；
获取网络中的节点信息，其中该信息包括节点的位置、处理能力信息；
根据节点信息统计节点数量N；
根据节点的位置信息计算节点的密度M；
根据节点的能力信息确定节点的最佳允许接入量L1，并据此确定该节点的许可接入的子节点数L2；其中该许可接入的子节点数小于最佳允许接入量；并设置预留接入量L3，其中，L3-W＝|L1-L2|；
根据节点的数量、密度M和许可接入的子节点数L2建立组网策略；
其中该组网策略包括：根据节点到网关的距离、许可接入节点数A2、节点信号强度选择节点作为一跳节点，建立以网关设备为首节点的第一层网络，然后根据各一跳节点的许可接入的子节点数L2以及节点的距离、信号强度选择二跳节点，建立以一跳节点为首节点的第二层网络，依次类推，直至所有节点均加入到网络中，从而建立多层次的网络结构；
其中，网关设备及节点的预留接入量用于实现网络的扩展；当同一区域有多个新节点加入时，获取节点的信息，使用上述组网策略对该多个新节点进行组网，建立以距离网关设备最近的节点为首节点的多层子网结构；然后根据该子网首节点的位置及信号强度确定其在该城市网络中所处的网络层次，然后将该子网首节点加入到上述网络层次对应的首节点中；
其中，每一层的节点与同层的至少两个邻节点建立主备关系，其中，该至少两个邻节点与该节点均具有不同的首节点，且为与该节点的距离最近和次最近的节点。
本发明的有益效果是，本发明提供的网关设备是根据城市中节点的分布特点构建网络，通过许可接入节点数、预留接入量的设置保证了网络的可扩展性，并能够有效的防止网络拥塞；而且允许子网整体入网，有效的降低了网络扩展的复杂度，节点间主备关系的建立，保证了数据传输的稳定性，有效减少了数据的丢失。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的优选实施例的流程图；
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明根据城市节点分布的特征构建多层次的网络结构，并通过网关设备控制实现。具体特征包括：网关设备确定其的最佳允许接入量A1以及许可接入的子节点数A2、预留接入量A3，其中，A1和A2根据网络的处理能力进行确定；且A3-K＝|A1-A2|，K为一系数，其取值为一整数，具体的的设置可以结合网络的层次Q、网络节点总数P、网关设备的个数R、以及A1进行确定；优选的，其中，/>表示向上取整。本发明为了便于扩展，创造性的提出了预留接入量的设置方法，由此能够充分的发挥网络节点的功能，并
由此可以防止网关设备处出现数据拥塞，同时即使预留接入量完全被占用，网关设备依然能够实现网络的扩张；增强了网关的适应能力。其中，该网关设备还具有一个备用网关设备，采用双机冗余热备份技术。双机冗余热备份技术的使用有效的保证的网络中数据传输的稳定性，避免了网关设备异常时的数据丢失，保证了城市网络的正常运行。其中，最佳允许接入量小于网关的最大可接入量；由此能够使得网关工作在最佳状态下，有利于提高网络的健壮性。获取覆盖网络中的节点信息，即获取网关设备所覆盖的网络范围内的节点信息，其中该信息包括节点的位置、处理能力信息；根据节点信息统计节点数量N；根据节点的位置信息计算节点的密度M；根据节点的能力信息确定节点的最佳允许接入量L1，并据此确定该节点的许可接入的子节点数L2；其中该许可接入的子节点数小于最佳允许接入量；并设置预留接入量L3，其中，L1、L2根据节点的处理能力进行设置，且L3-W＝|L1-L2|；
W为一系数，其取值为一整数，具体的的设置可以结合网络节点的密度M、网络的层次Q、网络节点数N、以及L1进行确定；优选的，其中，a表示节点所处的层数，/>表示向上取整。
通过上述方式实现的预留接入量便于实现网络的扩张，且保证扩展后的网络依然不会出现网络的拥塞，而且最佳允许接入量小于其最大可接入量；由此能够使得节点工作在最佳状态下，有利于提高网络的健壮性。
根据节点的数量、密度M和许可接入的子节点数、节点信号强度建立组网策略；即根据密度M确定节点的区域分布情况，然后根据节点数量确定各个区域的节点个数，最后根据许可接入子节点数确定区域内节点的层数。其中该组网策略包括：根据节点到网关的距离、许可接入节点数A2、节点信号强度选择节点作为一跳节点，建立以网关设备为首节点的第一层网络，然后根据各一跳节点的许可接入的子节点数L2以及节点的距离、信号强度选择二跳节点，建立以一跳节点为首节点的第二层网络，依次类推，直至所有节点均加入到网络中，从而建立多层次的网络结构；多层次网络结构的建立能够有效的保证数据传输时的信号强度，同时初始网络中，每一层的节点数均小于等于其首节点的许可接入节点数，由此更易于网络的后期扩展。
其中，网关设备及节点的预留接入量用于实现网络的扩展；当同一区域有多个新节点加入时，获取节点的信息，使用上述组网策略对该多个新节点进行组网，建立以距离网关设备最近的节点为首节点的多层子网结构；然后根据该子网首节点的位置及信号强度确定其在该城市网络中所处的网络层次，然后将该子网首节点加入到上述网络层次对应的首节点中；由于城市节点分布依托建筑物，当新的建筑物时，则会出现一批新的节点，而此时使用上述组网策略先建立子网，然后将子网最上层的节点加入到整个网络中，建立了组网的复杂度。
其中，每一层的节点与同层的至少两个邻节点建立主备关系，其中，该至少两个邻节点与该节点均具有不同的首节点，且为与该节点的距离最近和次最近的节点。其中，节点周期性的检测首节点的状态，当确定首节点状态异常时，将数据转发至所述至少两个邻节点之一，然后利用邻节点实现数据的上报。由此保证了网络的健壮性，有效的方式网络数据的丢失。
本发明还提供了一种用于用于控制城市网络组建的方法，应用于智慧城市系统中，实现城市网络的组建，
网关设备确定其最佳允许接入量A1以及许可接入的子节点数A2、预留接入量A3，其中，A3-K＝|A1-A2|；其中，K为整数；具体的的设置可以结合网络的层次Q、网络节点总数P、网关设备的个数R、以及A1进行确定；优选的，其中，/>表示向上取整。
网关设备获取网络中的节点信息，其中该信息包括节点的位置、处理能力信息；
网关设备根据节点信息统计节点数量N；
网关设备根据节点的位置信息计算节点的密度M；
网关设备根据节点的能力信息确定节点的最佳允许接入量L1，并据此确定该节点的许可接入的子节点数L2；其中该许可接入的子节点数小于最佳允许接入量；并设置预留接入量L3，其中，L3-W＝|L1-L2|；其中，W为一系数，其取值为一整数，具体的的设置可以结合网络节点的密度M、网络的层次Q、网络节点数N、以及L1进行确定；优选的，其中，a表示节点所处的层数，/>表示向上取整。
网关设备根据节点的数量N、密度M和许可接入的子节点数、节点信号强度建立组网策略。即根据密度M确定节点的区域分布情况，然后根据节点数量确定各个区域的节点个数，最后根据许可接入子节点数确定区域内节点的层数。其中该组网策略包括：根据节点到网关的距离、许可接入节点数A2、节点信号强度选择节点作为一跳节点，建立以网关设备为首节点的第一层网络，然后根据各一跳节点的许可接入的子节点数L2以及节点的距离、信号强度选择二跳节点，建立以一跳节点为首节点的第二层网络，依次类推，直至所有节点均加入到网络中，从而建立多层次的网络结构；多层次网络结构的建立能够有效的保证数据传输时的信号强度，同时初始网络中，每一层的节点数均小于等于其首节点的许可接入节点数，由此更易于网络的后期扩展。
本发明的有益效果是，本发明提供的网关设备是根据城市中节点的分布特点构建网络，通过许可接入节点数、预留接入量的设置保证了网络的可扩展性，并能够有效的防止网络拥塞；而且允许子网整体入网，有效的降低了网络扩展的复杂度，节点间主备关系的建立，保证了数据传输的稳定性，有效减少了数据的丢失。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种用于控制城市网络组建的网关设备，应用于智慧城市系统中，实现城市网络的组建，其特征在于：
网关设备确定其最佳允许接入量A1以及许可接入的子节点数A2、预留接入量A3，其中，A3-K=|A1-A2|；其中，K为整数，K根据网络的层次、网络节点数、网关设备的个数、以及A1确定；
网关设备获取网络中的节点信息，其中该信息包括节点的位置、处理能力信息；
网关设备根据节点信息统计节点数量N；
网关设备根据节点的位置信息计算节点的密度M；
网关设备根据节点的能力信息确定节点的最佳允许接入量L1，并据此确定该节点的许可接入的子节点数L2；其中该许可接入的子节点数小于最佳允许接入量；并设置预留接入量L3，其中，L3-W=|L1-L2|；其中，W为整数，W根据网络节点的密度、网络的层次、网络节点数、以及L1进行确定；
网关设备根据节点的数量N、密度M和许可接入的子节点数、节点信号强度建立组网策略；
其中，网关设备及节点的预留接入量用于实现网络的扩展；当同一区域有多个新节点加入时，获取节点的信息，使用所述组网策略对该多个新节点进行组网，从所述多个新节点中选择距离网关设备最近的节点为子网首节点，然后建立以该子网首节点为首节点的多层子网结构；然后根据该子网首节点的位置及信号强度确定其在该城市网络中所处的网络层次，然后将该子网首节点加入到上述网络层次对应的首节点中；
其中，每一层的节点与同层的至少两个邻节点建立主备关系，其中，该至少两个邻节点与该节点均具有不同的首节点，且为与该节点的距离最近和次最近的节点。
2.如权利要求1所述的网关设备，其特征在于，
该组网策略包括：根据节点到网关的距离、许可接入节点数A2、节点信号强度选择节点作为一跳节点，建立以网关设备为首节点的第一层网络，然后根据各一跳节点的许可接入的子节点数L2以及节点的距离、信号强度选择二跳节点，建立以一跳节点为首节点的第二层网络，依次类推，直至所有节点均加入到网络中，从而建立多层次的网络结构。
3.如权利要求1所述的网关设备，其特征在于，节点周期性的检测首节点的状态，当确定首节点状态异常时，将数据转发至所述至少两个邻节点之一，然后利用邻节点实现数据的上报。
4.一种用于控制城市网络组建的方法，应用于智慧城市系统中，实现城市网络的组建，其特征在于：
网关设备确定其最佳允许接入量A1以及许可接入的子节点数A2、预留接入量A3，其中，A3-K=|A1-A2|；其中，K为整数；K根据网络的层次、网络节点数、网关设备的个数、以及A1确定；
网关设备获取网络中的节点信息，其中该信息包括节点的位置、处理能力信息；
网关设备根据节点信息统计节点数量N；
网关设备根据节点的位置信息计算节点的密度M；
网关设备根据节点的能力信息确定节点的最佳允许接入量L1，并据此确定该节点的许可接入的子节点数L2；其中该许可接入的子节点数小于最佳允许接入量；并设置预留接入量L3，其中，L3-W=|L1-L2|；其中，W为整数；W根据网络节点的密度、网络的层次、网络节点数、以及L1进行确定；
网关设备根据节点的数量N、密度M和许可接入的子节点数、节点信号强度建立组网策略；
其中，网关设备及节点的预留接入量用于实现网络的扩展；当同一区域有多个新节点加入时，获取节点的信息，使用所述组网策略对该多个新节点进行组网，从所述多个新节点中选择距离网关设备最近的节点为子网首节点，然后建立以该子网首节点为首节点的多层子网结构；然后根据该子网首节点的位置及信号强度确定其在该城市网络中所处的网络层次，然后将该子网首节点加入到上述网络层次对应的首节点中；
其中，每一层的节点与同层的至少两个邻节点建立主备关系，其中，该至少两个邻节点与该节点均具有不同的首节点，且为与该节点的距离最近和次最近的节点。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，
该组网策略包括：根据节点到网关的距离、许可接入节点数A2、节点信号强度选择节点作为一跳节点，建立以网关设备为首节点的第一层网络，然后根据各一跳节点的许可接入的子节点数L2以及节点的距离、信号强度选择二跳节点，建立以一跳节点为首节点的第二层网络，依次类推，直至所有节点均加入到网络中，从而建立多层次的网络结构。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，节点周期性的检测首节点的状态，当确定首节点状态异常时，将数据转发至所述至少两个邻节点之一，然后利用邻节点实现数据的上报。
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