CN116390199A - 一种基于多信道扫描的节点、终端和系统组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于多信道扫描的节点、终端和系统组网方法包括：以第一周期采集周围环境无线网络通信状况，将所述无线网络通信状况输入到人工配置标准模式中进行网络配置，得到若干条信道获取无线网络状况最优信道为节点信道，并建立广播信标帧，接收入网请求帧，判断所述入网请求帧对应的终端是否为初次入网，当所述终端为初次入网时，根据所述节点信道对应广播信标帧，为所述终端分配并接入新ID，反之，获取所述终端的历史入网ID并将所述终端接入所述历史入网ID，获取已入网终端的信息，并将所述信息同步传输到网关，实现了终端与节点之间切换信道的维护成本降低、维护效率提高。

Description

一种基于多信道扫描的节点、终端和系统组网方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于多信道扫描的节点、终端和系统组网方法。

背景技术

目前市场上现有的无线通信组网技术分为以下2种方式：1.节点主动发送方式，节点在使用前，需要配置固定的某个信道，发送信标帧，由事先配置好信道和其他无线通信参数的终端接收然后发送入网请求，完成入网；如WiFi，此种方式只能够进行一级连接，且不能在选择入网前进行信道探测，确认此信道是否为最优通信信道。2.节点被动接收方式，节点固定在某个信道，由事先配置好的通信信道和无线通信的其他参数的终端发送入网请求，节点收到请求后开始入网流程，终端完成入网；如mesh网，此种方式不能够探测信道通信质量，且在后期维护中，切换信道需要人工干预入，从新配置入网网节点的信道。

在现有的工业、楼宇、零售等行业，无线设备接入网络节点的通信方式都是采用人工对设备通信信道配置成相同信道后，在进行某种通信入网的方式接入节点。这样的话就会造成以下问题：一，当第一次配置完信道后，如果因为某些原因需要更改通信信道，如受到相同频段其他设备影响导致通信质量较差时，需要更改信道，那么需要人工进行更改，这样造成效率低，出错率高，维护成本高等问题。二，当更换设备时如果操作失误等原因，无法自动还原其通信信道，造成维护难等问题。三，如果遇到某些要求数据采集周期严格的场合，不能出现大面积同时无法通信的场合时，直接无法使用的情况。

因此，本发明提供了一种基于多信道扫描的节点、终端和系统组网方法。

发明内容

本发明一种基于多信道扫描的节点、终端和系统组网方法，用以实现终端与节点之间切换信道的维护成本降低、维护效率提高。

本发明提供了一种基于多信道扫描的节点、终端和系统组网方法，包括：

以第一周期采集周围环境无线网络通信状况，将所述无线网络通信状况输入到人工配置标准模式中进行网络配置，得到若干条信道；

获取无线网络状况最优信道为节点信道，并建立广播信标帧；

接收入网请求帧，判断所述入网请求帧对应的终端是否为初次入网；

当所述终端为初次入网时，根据所述节点信道对应广播信标帧，为所述终端分配并接入新ID，反之，获取所述终端的历史入网ID并将所述终端接入所述历史入网ID；

获取已入网终端的信息，并将所述信息同步传输到网关。

在一种可实施的方式中，

还包括：

根据所述无线网络通信状况选择最优信道作为节点信道之后，以第二周期向外发送信标帧，以供待入网终端接收和响应；

其中，所述信标帧包括：节点信道信息、无线通信参数配置、身份信息和入网许可信息。

在一种可实施的方式中，

还包括：

当所述终端入网后，以第三周期向已入网终端发送通信探测包；

获取所述已入网终端在预设时间段内的ACK信息，解析所述ACK信息，根据解析结果判得到述已入网终端之间的第一通信质量；

当所述第一通信质量不符合通信质量需求，获取不符合通信质量需求的目标已入网终端，将所述已入网终端进行断连，删除已入网的所述终端的信息，并生成异常信息传输到所述网关。

本发明提供一种基于多信道扫描的终端组网方法，包括：

以第四周期切换信道，接收所有可连接信道中节点发出的信标帧；

获取所有所述信标帧对应的第二通信质量，根据第二通信质量由高到低的顺序进行排序，得到通信序列，获取第二通信质量第一位的第一信标帧对应的第一信道，将所述第一信道记作目标信道，发送所述目标信道入网请求；

当终端接入所述目标信道时，停止发送所述入网请求并完成入网；

反之，在所述通信序列中获取第二通信质量第二位的第二信标帧对应的第二信道，将所述第二信道记作目标信道，发送所述目标信道入网请求，直到所述终端接入目标信道为止。

在一种可实施的方式中，

还包括：

在所述终端接入目标信道后，获取所述目标信道对应的目标信标帧在所述通信序列中的目标位置；

获取所述目标位置后一位的备用信标帧，获取所述备用信标帧对应备用信道；

在预设时间内获取所述目标信道的信号探测帧；

解析所述信号探测帧，得到所述目标信道的当前通信质量；

当所述当前通信质量不符合预设通信质量时，将所述终端接入到所述备用信道。

在一种可实施的方式中，

还包括：

将所述终端接入到备用信道后，持续获取所述目标信道对应的实时通信质量；

当所述目标信道的实时通信质量符合预设通信质量时，将所述终端重新接入到所述目标信道中。

本发明提供一种基于多信道扫描的系统组网方法，包括：

由节点周期性的向外发送信标帧，获取当前周期内每一节点对应的当前信标帧；

解析所述当前信标帧，得到每一节点对应的节点通道的当前无线网络状况；

在当前周期内选取当前无线网络状况最优的目标节点信道，向所述目标节点信道发送入网请求；

根据所述入网请求判断待入网设备是否为初次入网，若是，将所述待入网设备接入目标节点信道，反之，获取所述待入网设备的历史入网节点，将所述待入网设备接入所述历史入网节点对应的历史节点信道；

将所述待入网设备的入网信息同步至网关。

在一种可实施的方式中，

还包括：

若所述目标节点信道的当前信道连接终端数据达到预设数量时，获取所述目标节点信道对应的目标当前信标帧，将所述目标当前信标帧设置为不可接入模式；

将所述待入网设备接收到不可接入模式的信标帧时，忽略对应的目标节点信道。

在一种可实施的方式中，

还包括：

在所述待入网设备入网前，获取所述待入网设备的设备信息；

解析所述设备信息，判断所述待入网设备是否属于安全设备；

若是，将所述带入网设备接入对应的信道中。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种基于多信道扫描的节点方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中一种基于多信道扫描的节点、终端和系统组网方法的工作流程示意图；

图3为本发明实施例中一种基于多信道扫描的节点、终端和系统组网的组成示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供了一种基于多信道扫描的节点组网方法，如图1所示，包括：

以第一周期采集周围环境无线网络通信状况，将所述无线网络通信状况输入到人工配置标准模式中进行网络配置，得到若干条信道；

获取无线网络状况最优信道为节点信道，并建立广播信标帧；

接收入网请求帧，判断所述入网请求帧对应的终端是否为初次入网；

当所述终端为初次入网时，根据所述节点信道对应广播信标帧，为所述终端分配并接入新ID，反之，获取所述终端的历史入网ID并将所述终端接入所述历史入网ID；

获取已入网终端的信息，并将所述信息同步传输到网关。

该实例中，当节点无法完成人工配置标准时，根据预设值为入网节点配置相应的通道，其中的预设值表示节点的信息承载量；

该实例中，节点会与上一级节点或者相邻节点进行通信，首先周期性发送含有序号的探测包，然后等待接收应答ACK，其ACK中也包含序号、节点或者网关信息。当收到第一ACK后，则后续默认与其进行通信，进行通信环境探测。经过固定包数的通信，通过序号的连续性和信号传输功率(RSSI)值，然后经过单轮或者多轮，根据错包、丢包、RSSI等因素判断其信号质量等级，分析选择出一个通信良好的通信信道；

该实例中，获取无线网络状况最优信道为节点信道的过程，包括：节点对搜集到的探测帧ACK根据以下公式进行通信质量判断：

其中，L为等级，P为RSSI，单位为dbm，Lf为丢包数，Wf为错包数，Tf为总包数，Wp、Wl、Ww为权重，等级越高通信质量越好；

该实例中，节点与网关通过无线连接，网关提供了若干个信道，每个信道的速率、带宽、频率等等配置可以是相同的，也可以是不同的；

该实例中，节点可以设置为静默模式，即只接收终端发送的入网请求，并响应配置ID，实现组网。

上述技术方案的工作原理以及有益效果：通过周期性的采集周围环境的无线网络通信状况，然后选取无线网络状况最优的信道进行入网连接，最后将所有已入网终端的信息同步到网关，这样一来使节点始终处于良好的信道中，保证了无线网络通信质量的可靠性。

实施例2

在实施例1的基础上，所述一种基于多信道扫描的节点组网方法，还包括：

根据所述无线网络通信状况选择最优信道作为节点信道之后，以第二周期向外发送信标帧，以供待入网终端接收和响应；

其中，所述信标帧包括：节点信道信息、无线通信参数配置、身份信息和入网许可信息。

该实例中，以第二周期向外发送信标帧表示节点被设置为标准模式，即节点持续发送信标帧，告知入网终端节点的信息；

该实例中，信标帧的内容包含：节点的信道，建立连接后通信的无线参数配置，如速率、带宽等；身份信息，如MAC地址；入网许可信息，如果此位表示不能入网，那么终端不会向此节点发送入网请求，如果此位表示节点可接入，那么终端才会发送入网请求，这是为了保护当某些节点的特殊用途情况下，不会收到其他终端影响。

上述技术方案的工作原理以及有益效果：为了保障终端顺利入网，在选取节点信道后继续向外发送信标帧，从而可以保证终端入网随时可以入网。

实施例3

在实施例1的基础上，所述一种基于多信道扫描的节点组网方法，还包括：

当所述终端入网后，以第三周期向已入网终端发送通信探测包；

获取所述已入网终端在预设时间段内的ACK信息，解析所述ACK信息，根据解析结果判得到述已入网终端之间的第一通信质量；

当所述第一通信质量不符合通信质量需求，获取不符合通信质量需求的目标已入网终端，将所述已入网终端进行断连，删除已入网的所述终端的信息，并生成异常信息传输到所述网关。

该实例中，节点对终端通信质量管理，节点会周期性发送通信探测包到终端，终端会收到此指令后，进行回复，在一定时间内进行一定次数的探测后，会根据回复结果判断与终端通信质量，当不符合通信质量需求后，会主动断开与终端连接，删除终端信息，并告知网关，通信探测帧如表1所示；

表1通信探测帧

该实例中，在通信质量不满足预设值时，会发送断开连接请求且停止发送探测包，在收到终端回复确认ACK后会立刻发送此终端信息到网关，当没有收到确认ACK，会通过超时机制删除此终端信息并发送到网关；

该实例中，周期的时间配置是根据此种无线通信的方式决定，如Lora通信、2.4G无线通信等，单位为一个CAP(信道竞争时间)，帧格式如表2所示；

表2帧格式

上述技术方案的工作原理以及有益效果：在终端接入网络后通过向已入网终端发送通信探测包，然后通过解析已入网终端的ACK信息来判断已入网终端的通信质量，然后在必要的情况下价格已入网终端进行断链，避免异常终端长时间接入网络中占用网络资源。

实施例4

本发明提供一种基于多信道扫描的终端组网方法，包括：

以第四周期切换信道，接收所有可连接信道中节点发出的信标帧；

获取所有所述信标帧对应的第二通信质量，根据第二通信质量由高到低的顺序进行排序，得到通信序列，获取第二通信质量第一位的第一信标帧对应的第一信道，将所述第一信道记作目标信道，发送所述目标信道入网请求；

当终端接入所述目标信道时，停止发送所述入网请求并完成入网；

反之，在所述通信序列中获取第二通信质量第二位的第二信标帧对应的第二信道，将所述第二信道记作目标信道，发送所述目标信道入网请求，直到所述终端接入目标信道为止。

该实例中，终端在入网前都属于接收状态，但是会周期性换信道、切换通信速率，通信速率由速率和带宽决定；

该实例中，终端接收到第一个节点信标帧后，开始记录轮询次数，累计轮询三次后，便不再轮询；

该实例中，终端完成轮询后，根据所收集到的节点信息，开始入网策略分析：1、节点所连接终端的个数，节点所连接终端个数越多，则终端选择性越小；2、节点回馈的L值越大，选择性越大。

其中，N为选择性大小，n为节点接入的终端个数，L1为权值一，W1为权值一的比重，L2为权值二，W1为权值二比重，N越大选择其可能性越大；

该实例中，终端对每个信道进行轮询发送入网请求，在收到节点回复的入网确认帧之后，便进行入网流程，获取到身份ID后，便不再主动切换信道，只会根据通信情况，对通信速率进行更改，以保证通信质量；

该实例中，终端发送入网请求，接收到分配的ID则停止入网，如果连续多次没有接收到其分配的ID，则会主动停止节点入网请求，进行备份节点入网；如果备份节点也没有入网成功，则会进入下一轮的收集节点的信标帧流程，以此类推，完成入网。

上述技术方案的工作原理以及有益效果：为了保证已入网终端的通信质量，以第四周期切换信道，分析每一信标帧的通信质量，然后选取合适的信道进行连接，切换原有信道，保证已入网终端的通信质量，通过选择通信质量最好的信道以及节点进行入网请求，保证了终端的入网质量。

实施例5

在实施例4的基础上，所述一种基于多信道扫描的终端组网方法，还包括：

在所述终端接入目标信道后，获取所述目标信道对应的目标信标帧在所述通信序列中的目标位置；

获取所述目标位置后一位的备用信标帧，获取所述备用信标帧对应备用信道；

在预设时间内获取所述目标信道的信号探测帧；

解析所述信号探测帧，得到所述目标信道的当前通信质量；

当所述当前通信质量不符合预设通信质量时，将所述终端接入到所述备用信道。

该实例中，终端对接收到的探测帧进行总结，根据实施例1中的公式进行通信质量判断，在通信质量不满足预设值时，会主动发送断开连接请求，收到节点的确认ACK后，立刻连接备用节点，如果没有收到确认ACK，则会通过超时机制断开连接并连接备用节点。

上述技术方案的工作原理以及有益效果：为了避免目标信道拥挤或者发生突发情况，将终端接入目标信道后为其创建一个备用信道，当目标信道的当前通信质量不符合预设通信质量时，将终端接入到备用信道，保证通信通畅。

实施例6

在实施例5的基础上，所述一种基于多信道扫描的终端组网方法，还包括：

当所述备用信道接入失败时，在所述通信序列中选取通信质量符合所述预设通信质量的替换信道，将所述终端接入到所述替换信道中。

上述技术方案的工作原理以及有益效果：当目标信道和备用信道均无法接入时，则表示网络出现异常，在这种情况下选取符合通信质量的任意信道进行连接，保证通信。

实施例7

在实施例5的基础上，所述一种基于多信道扫描的终端组网方法，还包括：

将所述终端接入到备用信道后，持续获取所述目标信道对应的实时通信质量；

当所述目标信道的实时通信质量符合预设通信质量时，将所述终端重新接入到所述目标信道中。

上述技术方案的工作原理以及有益效果：由于备用信道是用于临时通信的，其与终端之间的匹配度低于目标信道，所以当目标信道的实时通信质量正常时，再将终端接入到目标信道中。

实施例8

本发明提供一种基于多信道扫描的系统组网方法，如图2和图3所示，包括：

由节点周期性的向外发送信标帧，获取当前周期内每一节点对应的当前信标帧；

解析所述当前信标帧，得到每一节点对应的节点通道的当前无线网络状况；

在当前周期内选取当前无线网络状况最优的目标节点信道，向所述目标节点信道发送入网请求；

根据所述入网请求判断待入网设备是否为初次入网，若是，将所述待入网设备接入目标节点信道，反之，获取所述待入网设备的历史入网节点，将所述待入网设备接入所述历史入网节点对应的历史节点信道；

将所述待入网设备的入网信息同步至网关。

该实例中，节点和终端选择信道以及入网的流程参考实施例1和实施例记载的方案；

该实例中，当有新设备加入时，如果是节点，那么其需要与其相邻节点或者网关进行通信，参考实施例1，如果是终端入网，那么其需要搜集入网信息帧，参考实施例4；

该实例中，在接入网络前在应用层探测通信质量，根据通信质量选择通信信道。入网设备自动扫描入网节点并根据算法自动选择其中某一节点入网，不受初始信道配置影响。组网设备自动切换信道，保证通信质量，实现了终端与节点之间切换信道的维护成本降低、维护效率提高；

该实例中，如图3所示，设备部署分为多级，每级相隔一定距离，层离散型；

该实例中，如图3所示，节点设备首先发送通信质量探测请求，其相邻节点或者上级节点收到后，开始通信，一级节点可以通过与网关进行通信做信号质量探测，二级节点可以通过与一级节点进行通信做信号质量探测，如二级节点通过与一级节点进行信号探测，根据实施例1中的公式，可获取此时的信号通信质量等级；

该实例中，如图3所示，终端上电后也开始轮询信道并接收信标帧，终端可以接收到多个二级节点的信标帧，终端会根据接收到信号质量及二级节点对上通信的通信质量，通过实施例4中的公式，可计算出最优接入节点，并发送入网请求帧，等待节点分配ID，完成组网；

该实例中，节点完成信道探测后，自动配置信道并开始发送信标帧，标定此时通信速率，通信质量等级等内容。

上述技术方案的工作原理以及有益效果：在设备接入网络时由节点向外发送信标帧，然后可以得到每一节点通道的当前无线网络状况，选取无线网络状况最优的目标节点信道进行入网，并将入网信息同步到网关，便于下一次入网时做入网参考。

实施例9

在实施例8的基础上，所述一种基于多信道扫描的系统组网方法，还包括：

若所述目标节点信道的当前信道连接终端数据达到预设数量时，获取所述目标节点信道对应的目标当前信标帧，将所述目标当前信标帧设置为不可接入模式；

将所述待入网设备接收到不可接入模式的信标帧时，忽略对应的目标节点信道。

上述技术方案的工作原理以及有益效果：为了避免信道拥挤，当一个信道的接入数量达到阈值时将其信标帧设置为不可接入模式，这样一来既可以避免浪费接入时间，也可以避免网络卡顿。

实施例10

在实施例7的基础上，所述一种基于多信道扫描的系统组网方法，还包括：

在所述待入网设备入网前，获取所述待入网设备的设备信息；

解析所述设备信息，判断所述待入网设备是否属于安全设备；

若是，将所述带入网设备接入对应的信道中。

上述技术方案的工作原理以及有益效果：为了保护网络安全，避免终端的数据泄露，在进行入网前先判断待入网设备是否属于安全设备，然后再进行入网，实现了安全组网的目的。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于多信道扫描的节点组网方法，其特征在于，包括：

以第一周期采集周围环境无线网络通信状况，将所述无线网络通信状况输入到人工配置标准模式中进行网络配置，得到若干条信道；

获取无线网络状况最优信道为节点信道，并建立广播信标帧；

接收入网请求帧，判断所述入网请求帧对应的终端是否为初次入网；

当所述终端为初次入网时，根据所述节点信道对应广播信标帧，为所述终端分配并接入新ID，反之，获取所述终端的历史入网ID并将所述终端接入所述历史入网ID；

获取已入网终端的信息，并将所述信息同步传输到网关。

2.如权利要求1所述的一种基于多信道扫描的节点组网方法，其特征在于，还包括：

根据所述无线网络通信状况选择最优信道作为节点信道之后，以第二周期向外发送信标帧，以供待入网终端接收和响应；

其中，所述信标帧包括：节点信道信息、无线通信参数配置、身份信息和入网许可信息。

3.如权利要求1所述的一种基于多信道扫描的节点组网方法，其特征在于，还包括：

当所述终端入网后，以第三周期向已入网终端发送通信探测包；

获取所述已入网终端在预设时间段内的ACK信息，解析所述ACK信息，根据解析结果判得到述已入网终端之间的第一通信质量；

当所述第一通信质量不符合通信质量需求，获取不符合通信质量需求的目标已入网终端，将所述已入网终端进行断连，删除已入网的所述终端的信息，并生成异常信息传输到所述网关。

4.一种基于多信道扫描的终端组网方法，其特征在于，包括：

以第四周期切换信道，接收所有可连接信道中节点发出的信标帧；

获取所有所述信标帧对应的第二通信质量，根据第二通信质量由高到低的顺序进行排序，得到通信序列，获取第二通信质量第一位的第一信标帧对应的第一信道，将所述第一信道记作目标信道，发送所述目标信道入网请求；

当终端接入所述目标信道时，停止发送所述入网请求并完成入网；

反之，在所述通信序列中获取第二通信质量第二位的第二信标帧对应的第二信道，将所述第二信道记作目标信道，发送所述目标信道入网请求，直到所述终端接入目标信道为止。

5.如权利要求4所述的一种基于多信道扫描的终端组网方法，其特征在于，还包括：

在所述终端接入目标信道后，获取所述目标信道对应的目标信标帧在所述通信序列中的目标位置；

获取所述目标位置后一位的备用信标帧，获取所述备用信标帧对应备用信道；

在预设时间内获取所述目标信道的信号探测帧；

解析所述信号探测帧，得到所述目标信道的当前通信质量；

当所述当前通信质量不符合预设通信质量时，将所述终端接入到所述备用信道。

6.如权利要求5所述的一种基于多信道扫描的终端组网方法，其特征在于，还包括：

当所述备用信道接入失败时，在所述通信序列中选取通信质量符合所述预设通信质量的替换信道，将所述终端接入到所述替换信道中。

7.如权利要求5所述的一种基于多信道扫描的终端组网方法，其特征在于，还包括：

将所述终端接入到备用信道后，持续获取所述目标信道对应的实时通信质量；

当所述目标信道的实时通信质量符合预设通信质量时，将所述终端重新接入到所述目标信道中。

8.一种基于多信道扫描的系统组网方法，其特征在于，包括：

由节点周期性的向外发送信标帧，获取当前周期内每一节点对应的当前信标帧；

解析所述当前信标帧，得到每一节点对应的节点通道的当前无线网络状况；

在当前周期内选取当前无线网络状况最优的目标节点信道，向所述目标节点信道发送入网请求；

根据所述入网请求判断待入网设备是否为初次入网，若是，将所述待入网设备接入目标节点信道，反之，获取所述待入网设备的历史入网节点，将所述待入网设备接入所述历史入网节点对应的历史节点信道；

将所述待入网设备的入网信息同步至网关。

9.如权利要求8所述的一种基于多信道扫描的系统组网方法，其特征在于，还包括：

若所述目标节点信道的当前信道连接终端数据达到预设数量时，获取所述目标节点信道对应的目标当前信标帧，将所述目标当前信标帧设置为不可接入模式；

将所述待入网设备接收到不可接入模式的信标帧时，忽略对应的目标节点信道。

10.如权利要求7所述的一种基于多信道扫描的系统组网方法，其特征在于，还包括：

在所述待入网设备入网前，获取所述待入网设备的设备信息；

解析所述设备信息，判断所述待入网设备是否属于安全设备；

若是，将所述带入网设备接入对应的信道中。

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