无线自组网络构建方法及无线自组网络数据传输方法转让专利
申请号 : CN201811117144.X
文献号 : CN109068402B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 台卫华 , 陈为群
申请人 : 上海亿临信息科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.无线自组网络构建方法,其特征在于:该构建方法包括以下步骤:步骤1:上电后中心节点网关以广播的形式发一个包含层次为0初始组网帧;
步骤2:位于中心节点附件的节点收到初始组网帧后将其自身设为层次1,然后再以广播的形式发出带有层次信息为1的组网帧;
步骤3:网络中未设置层次的节点接收到层次1的组网帧后将其自身层次设为2,然后再以广播的形式发出带有层次信息2的组网帧;
步骤4:网络中未设置层次的节点接收到层次为2广播的组网帧后将其自身层次设为3,然后再以广播的形式发出带有层次信息3的组网帧,组网帧会往外层扩散,待未被设置层次的节点依次确定其所处的层次,完成层次确定;
步骤5:每个节点的层次确定后,主动向网关回发一帧包括有其层次信息和转发次数信息的状态帧;
步骤6:网关接收到节点发送的状态信息后进行存储,并向节点发送回复信息;若发送状态信息的节点在一定时间内没有收到网关的回复信息,则会重新发送包括有节点自己层次信息和转发次数信息的状态信息,直到接收到网关的回复信息,完成无线自组网络的构建;
当有些节点因某种原因没有收到任何组网帧时,该节点主动以广播的形式发送组网帧信息,附近的节点接收到后,以广播的形式回应没有收到任何组网帧的节点广播的组网帧;
接收到没有收到任何组网帧节点发送的组网帧信息的节点广播信息中带有层次信息,没有收到任何组网帧的节点接收到该带有层次信息的广播信息后确定层次,为收到的广播信息中的层次加一;
中心节点即网关的层次固定为0,距离网关较近能直接和网关点对点通讯上的节点的层次设置为1,能直接和层次为1的节点通讯上但不能和网关直接通讯上的节点层次设置为
2,能和层次为2的节点直接通讯上但不能和层次比2小的节点直接通讯的节点层次设置为
3,以此类推,距离网关越远层次越大;原理上即以网关为圆心以不同的半径画同心圆,落在半径小的圆上的节点层次就小,落在半径大的圆上的节点层次就大,层次大转发次数就多。
2.根据权利要求1所述的无线自组网络构建方法,其特征在于:节点数据帧的初始转发次数为其层次减1。
3.根据权利要求1所述的无线自组网络构建方法,其特征在于:对于某一数据帧来说,每转发一次转发次数减一,减到0时这一帧就丢掉了或达到了目的节点。
4.无线自组网网络 数据传输方法,其特征在于:该传输方法经权利要求1‑3任意一项所构建的无线自组网中的层次信息来转发数据帧的方式实现数据的传输。
5.根据权利要求4所述的无线自组网络数据传输方法,其特征在于:当每层层次中存在一个以上节点时,各节点转发数据的时间不同;转发数据的节点在转发数据前检测当网络中有没有信号在传输,并根据检测结果执行以下步骤之一:A:如果有,再判断该信号是否为本层次节点所需传输的数据,若是,则不转发;若不是,则延时一个随机时间,直到检测到没有别的节点在发信号时再转发;
B:如果无,则转发数据。
6.根据权利要求5所述的无线自组网络 数据传输方法,其特征在于:每层层次中的任何一个节点对同一帧最多只转发一次。
7.根据权利要求6所述的无线自组网络数据传输方法,其特征在于:所述同一帧数据为源地址、目标地址和帧号相同的数据帧。
说明书 :
无线自组网络构建方法及无线自组网络数据传输方法
技术领域
背景技术
信号强弱影响较大,效果不一定好。
制的无线模块,无线收发部分成本较高。另外zigbee协议本身很复杂,占用ROM空间大,比如
全功能的zigbee协议需要占用128K字节的FLASH,导致MCU成本高而且选择面就很窄,8位的
MCU很少有FLASH能达到128K字节的。而且zigbee系统里面节点不对等,有协调节点、路由节
点等,这样对安装位置就有要求,如果距离远了,协调节点和下面的子节点就没法通讯。
Zigbee通讯距离较短,在建筑里由于墙壁对无线信号衰减很大,因此距离更短,数据从一个
子节点传输到中心节点时,要经过的跳数比较多,容易丢包,数据传输的可靠性就降低了。
有节点的位置都是固定的,普通节点和中心节点之间传输的数据量很少,少则几个字节,多
则10多个或几十个字节,通讯的频次比较低,只有当节点状态有变化时主动通知网关,用户
也能通过网关对任意一个节点进行控制,改变其参数,其他状态下比如10分钟通讯一次以
保持连接,实时性要求不高。每个子节点都是对等的,每个子节点也同时是一个中继器,不
需要专门的中继器,因此这种网络需要一个简单的组网协议。
是按照哪个方向去转发,转发多少次才能从源节点发到目的节点。转发的原则是尽量少转
发,转发的太多会导致网络中发射的数据量太多,导致通讯阻塞,网络恶化;转发的太少会
导致信号无法从源节点可靠地传输到目的节点。转发次数可以人为输入,比如范围大时,设
置一个较大的转发次数,范围小时,设置一个较小的转发次数,这叫人工组网,好处是现场
发现转发次数不够时可以手动修改,直到转发次数足够多,距离最远的节点也能和中心节
点通讯上,缺点是转发次数不好确定,而且网络中每个节点的转发次数不应该都一样,因为
每个节点和中心节点的距离不一样,距离越近,转发次数越少,反之就要多转发几次。
发明内容
的节点依次确定其所处的层次,完成层次确定;
是没有确定的,它会主动以广播的形式发送组网帧信息,附近的节点收到后,会以广播的形
式回应组网帧,其中带有层次信息,那没有确定层次的节点收到后就能确定自己的层次了,
为收到的组网帧中的层次加一。
己层次信息和转发次数信息的状态信息,直到接收到网关的回复信息;完成无线自组网络
的构建。
据传输的有效可靠传递。
下步骤之一:
在构建过程中自行完成,实现了无线网络自组网;解决了不同距离的节点均能和网关正常
通信,但又尽量不多发数据的目的,保证了无线网络的有效构建。
别的节点来自动转发,不会影响数据传输以保持网络畅通。
具体实施方式
置层次的节点依次确定其所处的层次,完成层次确定;
处的层次,完成所有节点的层次确定;
己层次信息和转发次数信息的状态信息,直到接收到网关的回复信息;完成无线自组网络
的构建。
定自身层次的节点收到后就能确定自己层次了,确定好后就会向网关发一包数据,告诉网
关自身的层次,网关会收到所有节点的信息,每个信息中都带有这个节点的层次信息。如果
网关没有收到某个节点的信息,它会发查询帧给这个节点,节点收到后就会给网关回复一
帧数据。每个构建的无线网络中中心节点只有一个,就是网关,它起的作用就是协议转换。
本申请在此采用LoRa网关,把LoRa无线协议转换为以太网协议,将以太网协议转换为LoRa
协议,双向通讯,实现远程监视和控制。
程。
状态信息,待层次3中的节点收到后发现转发次数是3,为一个大于0的数,层次3中的节点将
转发次数减1变成2后转发给层次2中的节点,层次2中的节点收到后将转发次数再减1变成1
再转发给层次1中的节点,层次1中的节点将转发次数减1变成0后再转发给网关。即从层次4
中的节点发出的数据要经过3次转发才能到达网关,当一个数据帧的转发次数减到0时,就
不再被转发了,如果网关没有收到,则不会回复,若发出状态信息的节点在一定时间内没有
收到回复,则会重新发送这一帧,但帧号要加一,直到等到网关的回复,才算将数据可靠地
发送给了网关,网关收到节点数据后会保存每个节点的层次信息,当中心节点往下发数据
的时候,就要填入子节点层次和转发次数信息,即可经过适当次数的转发后数据就能到达
相应的目标节点。
不同,即同一时间内每层层次中仅一个节点转发数据,如层次2中存在三个节点时,三个节
点转发数据的时间分别是接收到数据后的1s,2s及4s,每个节点的转发延迟时间时随机的;
此外,在转发数据的节点在转发数据前检测当网络中有没有信号在传输,并根据检测结果
执行以下步骤之一:
检测到没有信号再转发;
的数据与存储的数据源地址、目标地址和帧号均相同时,则视为两者为同一帧数据,则丢弃
此时接收到的待转发数据,反之则将接收到的待转发数据加入转发队列等待转发,并写到
历史记录里面。其中,每层层次中的节点所存储的数据不超过16个数据帧,避免数据存储量
多而导致节点数据传输率低的情况。
没有对这个节点进行操作的话,这个时间将会减为20,网关判断超时时间小于20时,会向这
个节点发送一帧读取状态的信息并需要节点回复,如果节点没有回复,则再经过一个大于
5s的随机时间后再读取一次,如果收到了回复,则再将这个超时时间设置为30分钟。如果节
点一直没有回复,当超时时间减到0时表示这个节点离线了。
电源干扰等可能会导致通讯恶化。比如说某个时候层次4中的节点和中心节点之间的通讯
恶化,层次4中的节点向中心节点连续发了5次都没有收到回复,层次4中的节点会将自己的
层次扩大一级,即从原来的层次4扩大到层次5,这样就会有更多的节点来转发这个数据帧,
转发次数多了,数据能到达中心节点的概率就会增加。或者当中心节点查询某个节点时,如
果连续几次读取节点都没有返回,中心节点也会提高这个节点的层次,这个过程叫层次发
散。但问题是如果一直发散的话到最后所有层次都变得很大,转发次数会成倍增加,通讯会
急剧恶化,最终导致通讯不畅,因此就要想办法让层次还要能收敛。假如层次4中的节点由
于某种原因在某段时间内层次增加到了6,通讯变好后只转了3次就到中心节点了(网关通
过收到数据帧的层次和转发次数的差来判断转发了几次),中心节点收到后发现层次为6,
转发次数为2,这样中心节点就能确定该节点为的层次6‑2=4,下次当中心节点往该节点发
数据的时候,会将这个层次信息发给该节点,经过2次这个过程,该节点的层次就会从6收敛
到4。
个无线网络在尽量少发数据和数据可靠送达之间保持一个动态的平衡。实际运用中,同一
个层次的节点均能转发比它们层次大的节点发出的数据,大大提高了接收到数据的可能
性,即使某个甚至某几个节点出问题,网络也不会受到太大影响,提高了无线网络的鲁棒
性。