CN1925442A - 一种智能环境中无线通信终端的自动组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在智能环境中实现无线通信终端自组网络的方法，属于无线自组网络、分布式计算和智能环境交叉技术应用领域。在含有至少两个处于覆盖范围内且带有统一无线通信接口的无线通信终端之间，通过建立物理通道、选举簇首、安全确认、协商协议栈组合数据通信实现无线通信终端之间的自动组网。本发明的方法将无线通信终端与环境对象结合在一起，支持终端的自由、移动组网，实现对象自动感知、主体自动服务的功能，可以满足在没有基础网络设施支持情况下，作为临时通信网络环境，也可以满足家庭的娱乐、生活数据处理、安全管理、医疗监护等住宅智能化需要。

Description

一种智能环境中无线通信终端的自动组网方法

技术领域

本发明涉及一种在智能环境中实现无线移动终端自组网络的方法，是一种在没有固定网络设施支持的情况下，采用自由组合和对等方式实现动态组网。属于无线自组网络、分布式计算和智能环境交叉技术应用领域。

背景技术

随着科技的进步和人们生活水平的提高，具有计算和通信能力的信息设备被嵌入到我们的工作、生活环境中，人们希望能随时随地、方便自由地享用计算能力和信息服务。目前在我国的个人计算机、PDA及家用电子设备之类的电子设备种类和数量越来越多，其中一些移动终端除了通话功能外，还提供网络流览、多媒体服务等功能，具有较强的计算能力。由于这些可携计算设备已经广泛使用，使得计算资源、网络连接和人与计算服务的交互通道变得无所不在，因此建立智能环境从需要成为可能。本发明就是一种应用于智能环境建设的无线移动终端的自动组网技术。

检索发现，申请号为03139932.0名称为《无线局域网接入点设备虚拟局域网的实现方法》的中国发明专利公开了一种无线局域网接入点设备虚拟局域网的实现方法，该方法包括以下步骤：将加入分布系统的接入点设备加入管理域，为其分配管理域唯一标识；将接入的无线通信终端加入到一个用户域，为其分配用户域唯一标识；将数据帧封装成带有VLAN标签的数据帧，并发送到分布系统；检查从分布系统接收到的数据帧，对不带VLAN标签的数据帧进行丢弃处理；对带VLAN标签的数据帧作VID匹配性检查；对不匹配的数据帧作丢弃处理，对匹配的数据帧，去掉其所带的VLAN标签后，并转发。据说明介绍，采用该方法能够实现不同域的组网应用时元线通信终端的自由切换，降低了组网应用时对外部VLAN交换机的依赖，节省了组网成本，提高了操作灵活性，增强了网络安全性。

以上专利公开的组网方法是基于无线局域网(WLAN)的基础结构，本质上不改变WLAN的基本网络结构。由于WLAN的网络结构是要有固定的接入访问点(基础设施)的支持，所以以上专利提出的方法不能不能实现动态和临时环境下的组网。此外，以上专利提出的分域方法基于虚拟局域网(VLAN)的概念，将无线通信终端分配ID组成多个虚拟子网，这种实现方法要改造原有的网络帧结构，并在与其它域外节点的互通上要增加转换功能。

发明内容

本发明的目的是：针对以上现有技术存在的问题，提出一种在智能环境中不依赖固定基础设施的无线移动终端自动组网方法，从而满足临时场合、应急状况和野外特殊环境下的通信需求，以及家庭等场合的娱乐、生活数据处理、安全管理、医疗监护等住宅智能化需要。

为了达到以上目的，本发明的无线移动终端的自动组网方法的技术方案包括以下内容：

本组网方式中的主体是无线移动终端。无线移动终端是一种嵌入式设备，具有计算能力和无线通信接口，并带有嵌入式操作系统和无线组网协议。对携式终端设备，如笔记本电脑、PDA进行改造，加载相关的通信协议和分配身份标识代码，就可以作为终端设备进行组网。

符合上述要求的无线移动终端组(两个以上)，可以在室内或野外环境中独立、对等组网。在只有两个无线移动终端(a，b)存在时，彼此间的物理距离要在彼此无线信号能覆盖的范围之内，如图1所示；在有两个以上无线移动终端存在时，当它们之间(a，c)的物理距离不在彼此无线信号能覆盖的范围之内，可以通过中间结点(b)进行转发，如图2所示；在无线移动终端数较多时，可以通过选举簇首的方法来将网络分层，避免网络传输中数据的冲突，如图3所示，其中Cluster Node为簇首，Node为节点，Cluster为簇。

无线移动终端通过以下几个步骤组网：

1.建立物理通道

终端发出无线信号，与其它终端建立物理层、链路层连接信道。这里采用多跳共享广播的信道接入方式，指多个终端共享一个广播信道。当一个终端发送报文，在它覆盖范围内的所有的终端能够收到，即相当于一个全互联的网络。而覆盖范围外的结点则感知不到任何通信的存在，这些结点不受发送结点的影响，它们也可以同时发送报文。

在建立相关的物理信道后，终端发出自己的身份标识码，当参与通信的终端相互承认各自的身份标识后，根据随机原则，由一台终端TX对网络内的有效终端分配临时终端标识代码(软ID)作为本次网络建立过程中的临时通信地址。

2.选举簇首

由于网络采用共享广播的物理信道访问方式，在无线移动终端数较多时，会引起传输中碰撞现象产生；另外在终端移动度较大的情况下，会引起网络拓扑结构频繁变化，产生网络的重组现象。在上述现象影响到网络性能时，通过定义簇、簇首、簇成员的各自功能和相互联系，将网络分层以减少传输碰撞现象，并且将网络的重构限制在局部范围内。网络中可以同时存在多个簇，也意味有多个同时簇首存在，一般跨簇的通信需要通过簇首转发。

选举簇首的过程是：

(1).采用图论的知识对网络中的终端抽象，设计和构造层次型移动计算模型。

无线移动终端集合抽象为一个连通图G＝(V，E)，V表示网络节点集，E表示两个节点之间的双向链路集。对于图G＝(V，E)，有正整数k，满足条件1≤|V|≤k。为了寻求多约束条件下的节点移动模式，将网络物理空间约束条件映射到数学空间中，求出节点的移动约束表达式。

(2).抽象在此环境下节点的动态变化技术特征，定义节点移动的约束度值

假设约束空间K＝(k₁，.......k_n)^T分别对应移动节点v的硬件计算能力、物理链路状态、有效传输带宽、有效能源、邻节点数和平均移动速度等，则有：

函数f₁()，f₂()........f_n()分别表示移动节点的n个约束条件，节点v_i∈G的约束函数可表示为Deg(i)，

$\mathrm{Deg}\left(i\right)={\mathrm{\λ}}_1{f}_1\left(\right)+.....+{\mathrm{\λ}}_n{f}_n\left(\right)=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_k{f}_k\left(\right)---\left(1\right)$

其中λ_k为约束函数的权重因子。

对式(1)中的权重因子λ_k不同取舍，可以得到能对移动节点v加权的网络模式数学表达式。选择不同的λ_k值，可以灵活地建立和模拟对应不同需求的自组网络计算环境。

对约束函数Deg(i)采用加权法，通过归一化计算，得到节点v_i∈G的约束度值W_i为：

             W_i＝|Deg(i)|     (0≤W_i≤1)     (2)

(3).计算节点通信能力

节点v_i的约束度值W_i是对物理约束空间的一个数学抽象和量化，它代表物理节点v_i的通信状态和通信能力。所以W_i取值空间中的值，对应节点v_i移动所具有的通信状态和通信能力。从实用角度出发，取一种简单的约定，如将W_i的取值空间分为四个区间，分别对应移动节点的四种有效通信状态，用标记S_i来表示这些通信状态，则有：

$S_i=\left\{\begin{array}{cc}0,& 0{\&le;W}_i{<X}_1;\\ 1,& X_1\&le;W_i{<X}_2;\\ 2,& X_2\&le;W_i{<X}_3\\ 3,& X_3{\&le;W}_i{<X}_4\end{array}\right.(0<X_1<X_2<X_3<X_4<1)---\left(3\right)$

节点v_i∈G在某一时刻可处在以上的任一S_i状态中。状态S_i＝0表示节点通信能力弱，不能进行通信；状态S_i＝1表示节点具有一般通信能力，可作为普通通信节点；状态S_i＝2表示节点具有较强的通信能力，可以作为候选簇首节点；状态S_i＝3表示节点有强的通信能力，可以作为簇首节点。

通常有较强通信能力的终端不止一个，而在一个小区域内，只能有一个簇首，所以需要有一种算法来选举簇首。

(4).提出D-tree算法来选举产生簇首，实现网络的层次结构。

定义符号c_xy为分簇前的节点标记；符号C_ij(i＝1，2...h)标记为分簇后第i簇中的节点，其中C_i0(i＝1，2，...h)为第i簇中的簇首节点；符号{C_ij}是一个簇中节点的集合标记。

规则一：i簇组成的必要条件是1≤|R(C_i0，C_ij)|≤5。

规则二：当|R(C_i0，C_xy)|≥6时，取min|R(C_i0，C_xy)|值。

规则一表明，簇首与簇内节点之间的传输距离一般不超过四跳。规则二表示，某个节点c_xy距它所在区域内簇首的传输距离超过两跳时，选择跳数最小的簇首。

簇生成的过程是使用上一步所选定的簇首集{D_h}中的每一个点为簇首C_i0(i＝1，2，.......h)，且簇首节点C_i0作为根节点广播“Cluter-init”信息开始，其信息采用广播方式传播，采用D-tree算法来建立R(C_i0，C_ij)|的相关性数据库，从而生成簇。

以i簇的生成为例，描述算法如下：

//参数和变量：

  int v，u，w，n；

Boolean visited[]；//节点被访问标志数组。

int Clusterset[Q]；//簇相关性数据队列。

//初始化

  for(u＝O；u＜G.vexnum；++u)visited[u]＝FALSE；//访问标志初始化；

    InitClusterSet(Clusterset[Q])；//簇相关性数据库初始化；

//算法

  void MG-BFS(Graph G，int v){

     //以C_i0为顶点出发，递归地搜索其邻节点n。

      for(v＝FirstAdjVex(C_i0，n)；v；v＝NextAdjVex(C_i0，v)；)

         //从邻节点n开始访问，直到周围的邻节点v。

           {

           Vistited[v]＝TRUE；//对已访问过的节点设置标志。

          CluterSet([Q]，v)；//建立簇相关性数据队列。

          }

          if(！visited[w]MG-BFS(C_i0，w)；//对尚未访问的邻节点w递归调用MG-BFS。

}

以簇首C_i0为中心，使用D-tree搜索来生成i簇集合。由于算法的穷尽性，网络中的每一个节点都与相应簇首节点建立唯一的相关值|R(C_i0，C_ij)|≤d，生成{C_ij}集，其中d为相关度阈值。{C_ij}集中的每一个节点通过一次加入操作完成登记。不同簇中的节点数与算法无关，与节点的物理位置相关。

(5).在存在簇首的层次网络中，将终端统一分配终端标识代码(软ID)的功能从前述的终端TX转移到簇首上。

(6).簇首的地位不是固定不变的，当网络结构发生重要变化，以及作为簇首终端本身发生变化，如退出、故障时，将从步骤(4)进行簇首的重新选举，以免一旦簇首出现故障而导致网络瘫痪。

3.安全确认

通过以上的步骤建立了网络的基本结构，为保证通信的安全性，需要采用一个安全机制来保证无线移动终端之间通信的安全性，这个过程称为安全确认。网络安全确认的主要内容是对的用户合法性认证和相关属性的确认。

用户分合法用户和非法用户两种，合法用户又分为高级用户和普通用户两种权限。根据前述的对终端分配的原始身份标识代码和后分配的用户地址，由簇首终端对其它终端进行认证。通过认证并明确了权限的合法用户，被分配一个明确的八位地址代码，前四位是簇码，

簇码	终端号
		用户等级编码通信协议栈编码

        表一

后四位是终端号，这是本次网络建立后的终端通信地址，同时也分配和规定相关的权限等级。这些信息是每个用户的最基本属性，簇首终端将这些用户数据来建立一个用户数表，并备份存放在通信状态S_i＝3的候选簇首中。用户数表的内容如表一所示。通信协议栈编码内容将由下一步骤填写。

4.协商协议栈组合方式

在建立物理信道、并分配统一的终端地址的基础上，移动终端根据本次通信的特性要求，协商本次组网通信所需要的网络层和传输层协议栈的结构方式。

网络层协议实际是网络路由协议，由于无线网络拓扑结构是变化的、终端地位是对等的、报文传输是多跳转发的，所以路由协议与传统因特网的路由协议是完全不同的。

网络路由协议采用先应式(Proactive)、反应式(Reactive)两种。先应式路由协议又被称为表驱动(Table-driven)路由协议，它通过连续地检测链路质量，时刻维护准确的网络拓扑和路由信息。其优点是发送报文时可以立即得到正确的路由，缺点是开销较大。反应式路由协议，又称为随选路由(On-Demand Routing)，并不时刻维护准确的路由信息，仅当需要时才查找路由。其优点是降低了路由维护的开销，缺点是查找路由会引入较大的时延。

根据以上两种网络路由协议不同的适应特性，当网络拓扑结构变化不大时(如室内)采用先应式路由协议，当网络拓扑结构变化较大时(如野外)，采用随选反应式路由协议。

根据通信的内容和需求，传输层协议采用QoS保证(QoS)和非QoS保证(no QoS)两种传输方式，前一种方式是适应实时传输要求，后一种情况适应非实时传输要求。

综合以上网络层、传输层协议的不同特性，根据不同应用场合和传输要求，组合成以下四种不同的路由协议和传输协议栈，如表二所示：

	Table-driven	On-Demand Routing
			QoSNo QoS	①③	②④

         表二、路由协议和传输协议栈

5.数据通信

通过以上步骤，无线移动终端组成了相关联的网络形态，并建立了传输通道和与通信质量相适应的通信协议栈，终端之间进入正常的数据通信。

6.终端的移动

无线移动终端在网络中移动，需要即时动态调整，为解决这个问题，采用如下的算法。

(1)定义R_ij(t)表示在时刻t，簇首节点v_i0与移动节点v_ij的相关度R(v_i0，v_ij)。定义i簇中节点j的偏移度β_ij定义为： ${\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{ij}}\left(t\right)=10{\log }_{10}\frac{R_{\mathrm{ij}}(t+\mathrm{\&Delta;t})}{R_{\mathrm{ij}}\left(t\right)}$

(2)当网络拓扑发生变化时，移动节点v_ij根据β_ij值可以判断与簇首节点v_i0之间的物理位置变化情况。当R_ij(t+Δt)＜R_ij(t)时，β_ij＜0，表示节点v_ij在偏移簇首，当R_ij(t+Δt)＞R_ij(t)时，β_ij＞0，表示节点v_ij在靠近簇首。当β_ij＝minβ_ij时，则认为节点v_ij已经移出原簇中，是一个自由节点v。

(3)当节点v_ij成为自由节点v时，需要重新选择一个簇首节点，并加入该簇首所在的簇。可以设想，在自由节点v所移动的区域中，距它有一跳距离的节点都是它的邻接点，这些邻接点可能分属不同的簇，它们都保存有各自的簇信息，这些可能被接入的簇称为自由节点v的虚簇。设自由节点v有k个邻接点V_j(j＝1，...，k)，这些邻接点与各自的簇首的相关度分别为R_j。自由节点v分别从它的k个邻接点v_j获得相应的R_j，选择其中的最大值，假设为R_m，那么自由节点v就可以加入到邻接点v_m所在的簇。

7.动态加入和退出

无线移动终端在通信过程中会存在动态加入和退出。

动态加入过程：指终端在网络已经组成后加入的情况。加入初始化过程是上述几个步骤，建立物理通道、安全确认和协商协议栈组合方式，移动终端得到一个地址代码和被分配权限等级，并且在用户属性数表中建立有记录。一旦完成初始化过程过程，移动终端成为网络中的一个合法用户，进行正常通信，并且也可以参加后续的簇首选举和被选举工作。

动态退出过程：分为两种情况，一种是移动终端的正常退出，另一种是移动终端的非正常退出。

移动终端的正常退出指终端在工作正常情况下的退出。正常退出时，终端要申请删除在用户属性数表中的相关记录，并向网络中广播退出请求，在接到已经删除记录的确认后，终端自动退出网络。

移动终端的非正常退出指终端由于故障等原因，不能发出删除记录和广播退出的请求时，当任何终端发现对故障终端发送确认信息而没有回复时，向簇首终端报告该终端已非正常退出，在用户属性数表中删除相关记录。

通过以上的措施，进入网络环境的移动终端能感知对等物理实体，自我组织、自动配置，建立网络通信环境，并进行正常的通信。这个网络环境能适应适应终端的动态移动、加入和退出及满足网络的重组。具有网络的扩展性强，重组算法具有收敛快的特征。

本发明无线移动终端的自动组网方法可以归纳如下：在含有至少两个处于覆盖范围内且带有统一无线通信接口的无线通信终端之间，通过以下步骤自动组网：

1)、建立物理通道

1、1)至少一个无线通信终端发送无线信号，与其它无线通信终端建立多跳共享的广播信道，实现物理层、链路层连接；

1、2)在建立相关的物理信道后，各无线通信终端发出身份标识码，在参与通信的各无线通信终端相互承认彼此的身份标识后，由一随机无线通信终端作为临时代码分配节点，对网络内的其它有效无线通信终端分配临时终端标识代码，作为本次网络建立过程中的临时通信地址；

2).选举簇首

2、1)各无线通信终端将网络中的所有无线通信终端集合抽象为一个连通图，并将网络物理空间约束条件映射到数学空间中，求出节点的移动约束表达式；

2、2)抽象在此环境下节点的动态变化技术特征，定义移动终端约束度值；

2、3)根据约束表达式和约束值，计算节点通信能力，并依约定根据预定参照值判断，将具有一般通信能力的节点作为普通通信节点，具有较强通信能力的节点作为候选簇首节点，具有强通信能力的节点作为簇首节点；

2、4)采用D-tree算法选举产生簇首，实现网络的层次结构；

2、5)在存在簇首的层次网络中，将终端统一分配终端标识代码的功能从上述的临时代码分配节点转移到簇首上；

3)、安全确认

3、1)根据上述对终端分配的原始身份标识代码和后分配的用户地址，由簇首终端对其它终端进行认证；

3、2)簇首向通过认证并明确了权限的合法用户分配地址代码(通常分配一个明确的八位地址代码，前四位是簇码，后四位是终端号)，作为本次网络建立后的终端通信地址，同时也分配和规定相关的权限等级；

4.协商协议栈组合

4、1)由簇首根据预定值判断网络拓扑结构变化大小，当网络拓扑结构变化不大时采用先应式路由协议，当网络拓扑结构变化较大时，采用随选反应式路由协议；

4、2)传输层协议采用QoS保证和非QoS保证两种传输方式，以分别适应实时传输和应非实时传输要求；

5).数据通信

终端之间完成自动组网，进入正常的数据通信。

此外，由于终端在网络中移动，需要即时动态调整，为解决这个问题，需要增加如下步骤6)

6).终端的移动

6、1)由簇首根据偏移度判断移动终端节点与簇首之间的物理位置变化情况，当偏移度小于预定最小值时，判定为移出原簇成为自由节点；

6、2)重新选择自由节点簇首，并加入该簇首所在的簇。

另外，终端在通信过程中存在动态加入和退出，为此需要增加如下步骤7)

7).动态加入和退出

7、1)当有新的终端进入覆盖区域后，按照以上步骤1)-5)，加入已经组成的网络；

7、2)当加入网络的终端需要退出时，向网络中广播退出请求，申请删除在用户属性数表中的相关记录，在接到已经删除记录的确认后，即自动退出；

7、3)当网络中的终端出现故障，不能发出删除记录和广播退出的请求时，当发现对故障终端发送确认信息而没有回复时，认为该终端已非正常退出，在用户属性数表中删除相关记录。

通过以上步骤，本发明的方法可以使进入网络环境的终端设备感知对等物理实体，自我组织，自动配置，建立网络通信环境，并进行正常的通信。并且，在步骤6)和7)的进一步完善下，这个网络环境能适应适应终端的动态移动、加入和退出及满足网络的重组。具有网络的扩展性强，重组算法具有收敛快的特征。

由此可见，本发明的方法将无线通信终端与环境对象结合在一起，支持终端的自由、移动组网，实现对象自动感知、主体自动服务的功能，可以满足在没有基础网络设施支持情况下，作为临时通信网络环境，也可以满足家庭的娱乐、生活数据处理、安全管理、医疗监护等住宅智能化需要。

附图说明

图1是两个无线节点的无线信号传输示意图。

图2是三个无线节点的无线信号传输示意图。

图3是带有簇首的分层自组网络结构图。

图4是本发明实施例一——无线移动会议系统结构示意图。

图5是本发明实施例二——家庭智能网络环境结构示意图。

下面结合具体应用实例对本发明的应用作进一步的说明。

具体实施方式

实施例一：移动会议系统

利用本组网技术，一种典型的应用是移动会议系统，如图4所示。该系统所能提供的内容包括话音、视频和现场图像。会议具有很大的灵活性，不受时间、地点的限制，在家中、在旅途中、紧急情况下开通移动会议，满足在不同场合下的处理紧急事务的需要，也可以应用在商务、政务、科学考查和野外勘探等临时环境中。

移动会议系统结构组成如图4所示。无线通信终端是移动会议系统中的主要设备，在本应用例中，组网设备主要是无线手持终端，如笔记本电脑、PDA和其它嵌入终端设备。设备具有硬件计算平台和轻量级的操作系统，嵌入有小型语音、视频编、解码的硬设备，考虑到设备本身的计算能力和电源供电时间，也可采用软解码的方法。很多公司如PacketVideo、SolidStreaming、GEO Interactive和ActiveSky都在致力于可携带、嵌入式视频终端设备的研究开发。从组网的能力来看，终端带有无线通信接口，加载相关的通信协议和分配身份标识代码。

按照上述的组网步骤，终端进行组网的过程简述如下：终端进入通信区域，开机初始化后，由于带有统一的无线通信接口，通过无线信号建立一个多跳共享的广播信道。在广播信道内的终端公布身份标识码，根据随机算法，由终端之一a对收集到的身份标识码确认网络内的终端数，并对网络内的有效终端分配临时终端标识代码(软ID)作为本次网络建立过程中的终端临时通信地址。

各终端在得到终端标识代码ID_A、ID_B......ID_x、ID_y后，将互相收集网络拓扑结构信息，包括网络中的终端数、终端之间的双向链路数。在此基础上，无线通信终端将各自计算与终端本身通信能力、环境条件相关的一些物理参数，包括计算能力、链路状态、传输带宽、有效能源、邻节点数和平均移动速度等。

通过对终端节点的原始物理能力抽象、计算，得出终端的“能力约束度值”量化指标，它代表终端节点的通信状态和通信能力。本发明中将终端节点的通信能力分为四种，第一种是节点通信能力弱，不能进行通信；第二种具有一般通信能力，可作为普通通信节点；第三种有较强的通信能力，可以作为候选簇首节点；第四种有强的通信能力，可以作为簇首节点。

网络中通信能力强的终端通常有多个，都可以作为簇首节点，但一定的区域内簇首节点只能有一个，所以要采用D-tree算法来选举产生簇首。在通信能力强的终端中选举簇首，主要依据是簇首到簇内节点之间的平均传输距离一般不超过四跳。在跳数相同时，选择跳数小的终端作为的簇首。

假设本次选举中，终端e被选为簇首。终端e就成为网络区域内的临时管理中心，一些管理责职有，如分配终端标识代码、对其它终端用户进行认证、分配八位终端通信地址，明确终端用户的权限，以及后续的终端的移动、进入和退出等。

在建立物理信道、并分配统一的终端地址的基础上，终端根据本次通信的特性要求，协商通信所需要的网络层和传输层协议栈的结构方式。

如果本次通行组网环境是在野外，网络的拓扑结构变化较大，所以采用随选反应式路由协议。本次组网的应用是移动会议，包括有语音和视频信号的传输，在传输层应采用实时传输QoS保证的方式。所以本次组网的传输层/网络层协议的组合应为QoS/Reactive协议栈形式。

在建立起了网络，并建立了传输信道和选择了与应用需求相适应的通信协议栈，终端启动移动会议应用系统，进入正常功能状态。

由于是野外的无线通信，终端在网络中会移动，需要即时动态调整。终端e作为簇首在终端移动中起主要作用。网络中的每个终端在移动时要计算与簇首的偏移度值，偏移度值反映终端与簇首之间的物理位置变化情况。当偏移度值不变，表示终端没有移动；当偏移度值小于一定值，表示终端在簇首管辖的范围内；当偏移度值大于一定值，表示终端不在簇首管辖的范围内，是一个自由终端。自由终端需要加入新的簇首，它发出广播信息，距它最近的簇首能发出回复，自由终端加入相应的簇中。

具体步骤以及终端在通信过程中的动态加入和退出过程在前面已有详细的描叙，这里不再重复。

实施例二：家庭智能网络环境

如图5所示，通过以上本发明的组网方法把家庭智能终端，如个人通信、娱乐、家庭办公、信息家电等设备联网，并将家庭内部的安全防范、照明控制、家电控制等集成进来，从而建立一个由办公系统、生活娱乐、安全防护和智能控制的家庭综合服务与管理集成系统。

家庭智能终端的功能一般包括如下几个方面：

■安全控制模块：安全是居民对智能家居的首要要求，家庭安防报警、门窗磁报警、紧急求助报警、燃气泄漏报警、火灾报警等。当安全控制设备处于布防状态时，遇到情况就会自动报警，通过蜂鸣器和语音实现本地报警；同时，报警信息报到物业管理中心，还可以自动拨号到主人的手机或电话上。

■信息采集模块，水、电、气表的远程自动抄收计费是物业管理的一个重要部分，它的实现解决了入户抄表的低效率、干扰性和不安全因素。

■照明控制模块：家中的照明是使用比较多的控制对象，从最初的拉线开关到目前已经使用的智能控制方式，如感应开/关和自动调节等，在家居智能化中照明的智能化占着举足轻重的作用。

■家电控制模块：家电控制是智能家居集成系统的重要组成和支持部分，通过有线或无线的联网接口，将家电信息设备相连，组成网络家电系统，实现家用电器的远程控制。

■家庭信息服务：物业管理中心与家庭智能环境联网，对住户发布信息，住户可通过家庭智能终端的交互界面选择物业管理公司提供的各种服务。

■增值服务：通过家庭智能环境可以实现网上购物，视频点播等增值服务。

■远程控制模块扩展了智能家居的空间限制，大大丰富了控制载体，借助电话、网络、短信息使您即使和家远隔千里也能够章控自如。

终端和相关的控制模块是家庭智能环境的主体：它实现信息的采集、信息输入、信息输出、集中控制、远程控制、联动控制等功能。

家庭智能环境的网络结构如图5所示。家庭智能终端及相关的智能模块都基于单片机的嵌入式系统，并带有具有网络功能。图中一些终端设备如计算机、PDA可以独立工作，其它智能控制模块具有信息处理能力和组网功能，通过对所控的设备进行信息采集和命令控制。家庭智能网络环境中的终端设备和模块遵循前述的自动组网原则，通过各自的网络接口和相关的协议进行组网。考虑到室内的静态环境，网络路由协议采用先应式(Proactive)；对于侧重于控制的应用，传输内容以控制信息为主，所以传输层/网络层协议的组合应为no QoS/Proactive协议栈形式。这样建立起网络平台作为家庭智能环境的基础，，通过它，将终端设备和模块组成一个有机的整体。利用本发明组成的家庭智能网络环境的技术特点是(1)设备和模块通过通信接口和协议自动互联成网络，不需要复杂的配置和设置过程。(2)智能模块相对独立，又基于开放的网络平台，系统的改变和扩展比较容易。(3)通过外部扩展模块与外部的告警中心、信息中心和控制中心通信，实现远程控制。(4)对于被控设备的管理按照统一的方式组网，又按照各自的控制协议分别进行功能控制，在网络平台上实现互通。其具体组网步骤等在前面已有详细的描叙，不另重复。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种智能环境中无线通信终端的自动组网方法，在含有至少两个处于覆盖范围内且带有统一无线通信接口的无线通信终端之间，通过以下步骤自动组网：

1)、建立物理通道

1、1)至少一个无线通信终端发送无线信号，与其它无线通信终端建立多跳共享的广播信道，实现物理层、链路层连接；

1、2)在建立相关的物理信道后，各无线通信终端发出身份标识码，在参与通信的各无线通信终端相互承认彼此的身份标识后，由无线通信终端之一作为临时代码分配节点，对网络内的其它有效无线通信终端分配临时终端标识代码，作为本次网络建立过程中的临时通信地址；

2).选举簇首

2、1)各无线通信终端将网络中的所有无线通信终端集合抽象为一个连通图，并将网络物理空间约束条件映射到数学空间中，求出节点的移动约束表达式；

2、2)抽象在此环境下节点的动态变化技术特征，定义移动终端约束度值；

2、3)根据约束表达式和约束值，计算节点通信能力，并依约定根据预定参照值判断，将具有一般通信能力的节点作为普通通信节点，具有较强通信能力的节点作为候选簇首节点，具有强通信能力的节点作为簇首节点；

2、4)采用D-tree算法选举产生簇首，实现网络的层次结构；

2、5)在存在簇首的层次网络中，将终端统一分配终端标识代码的功能从上述的临时代码分配节点转移到簇首上；

3)、安全确认

3、1)根据上述对终端分配的原始身份标识代码和后分配的用户地址，由簇首终端对其它终端进行认证；

3、2)簇首向通过认证并明确了权限的合法用户分配地址代码(通常分配一个明确的八位地址代码，前四位是簇码，后四位是终端号)，作为本次网络建立后的终端通信地址，同时也分配和规定相关的权限等级；

4).协商协议栈组合

4、1)由簇首根据预定值判断网络拓扑结构变化大小，当网络拓扑结构变化不大时采用先应式路由协议，当网络拓扑结构变化较大时，采用随选反应式路由协议；

4、2)传输层协议采用QoS保证和非QoS保证两种传输方式，以分别适应实时传输和应非实时传输要求；

5).数据通信

终端之间完成自动组网，进入正常的数据通信。

2.根据权利要求1所述无线通信终端的自动组网方法，其特征在于：还包括步骤

6).终端的移动

6、1)由簇首根据偏移度判断移动终端节点与簇首之间的物理位置变化情况，当偏移度小于预定最小值时，判定为移出原簇成为自由节点；

6、2)重新选择自由节点簇首，并加入该簇首所在的簇。

3.根据权利要求2所述无线通信终端的自动组网方法，其特征在于：还包括步骤

7).动态加入和退出

7、1)当有新的终端进入覆盖区域后，按照以上步骤1)-5)，加入已经组成的网络；

7、2)当加入网络的终端需要退出时，向网络中广播退出请求，申请删除在用户属性数表中的相关记录，在接到已经删除记录的确认后，即自动退出；

7、3)当加入网络的终端出现故障，不能发出删除记录和广播退出的请求时，当发现对故障终端发送确认信息而没有回复时，认为该终端已非正常退出，在用户属性数表中删除相关记录。

4.根据权利要求1、2或3所述无线通信终端的自动组网方法，其特征在于：所述步骤2、5)之后，还紧接步骤

2、6)当网络结构发生变化，以及作为簇首的终端本身发生变化时，按以上相关步骤进行簇首的重新选举。

5.根据权利要求4所述无线通信终端的自动组网方法，其特征在于：所述步骤4、2)之后，还紧接步骤

4、3)综合以上网络层、传输层协议的不同特性，组合成四种路由协议和传输协议栈。

6.根据权利要求5所述无线通信终端的自动组网方法，其特征在于：所述步骤2、4)中采用D-tree算法选举产生簇首，实现网络的层次结构。

7.根据权利要求6所述无线通信终端的自动组网方法，其特征在于：所述步骤3、2)中分配的明确地址代码为八位地址代码，前四位是簇码，后四位是终端号。

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