專利名稱：一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法。
背景技術(shù)：
傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量部署在作用區(qū)域內(nèi)的、具有無線通信與計算能力的微小傳感器節(jié)點通過自組織方式構(gòu)成的能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的分布式智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點間距離很短，一般采用多跳的無線通信方式進行通信。傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在獨立的環(huán)境下運行，也可以通過網(wǎng)關(guān)連接到互聯(lián)網(wǎng)，使用戶可以遠(yuǎn)程訪問。傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，通過嵌入式系統(tǒng)對信息進行處理，并通過隨機自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶終端。從而真正實現(xiàn)“無處不在的計算”理念。低功耗是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一大特點，為了延長網(wǎng)絡(luò)壽命需要考慮提高能量效率，節(jié)點在無需參與網(wǎng)絡(luò)工作時進入睡眠狀態(tài)；節(jié)點會動態(tài)的加入和離開網(wǎng)絡(luò)，要求網(wǎng)絡(luò)具有良好的可擴展性；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)要求不依賴于固定的基礎(chǔ)設(shè)施，節(jié)點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)、多跳(Multi-hop)路由、動態(tài)拓?fù)?；網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點地位平等，是一個對等式網(wǎng)絡(luò)。任何節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行，具有很強的抗毀性。自組網(wǎng)技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)。目前已有的技術(shù)中，Zigbee是相對成熟、應(yīng)用較廣的一種。Zigbee具有通訊速度快、抗干擾跳頻速度快、組網(wǎng)協(xié)議穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，但是也存在穿透性能差、同頻干擾設(shè)備多(WIFI、藍(lán)牙等)、對網(wǎng)絡(luò)布設(shè)的要求較高、協(xié)議相對復(fù)雜等問題。另外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一個重要的特點就是它的應(yīng)用特定性，即針對不同的應(yīng)用， 在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議算法和系統(tǒng)協(xié)議棧方面應(yīng)提供不同的優(yōu)化設(shè)置。目前的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議大量的假設(shè)在監(jiān)控地點隨機散布大量的節(jié)點，并且節(jié)點的位置頻繁移動，這在工業(yè)或民用的一些場合是不必要的，進行應(yīng)用場景的劃分能有效減少成本和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)算法的復(fù)雜度。目前的現(xiàn)有技術(shù)中，還沒有特定的針對這種節(jié)點位置相對固定、進行周期性數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方法，都是大量的假設(shè)在監(jiān)控地點隨機散布大量的節(jié)點來設(shè)計組網(wǎng)方法，當(dāng)此組網(wǎng)方法應(yīng)用于電力用戶用電信息采集、水表、氣表集中抄表、工業(yè)無線數(shù)據(jù)采集、環(huán)境監(jiān)測、物流倉儲等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域時，會有視距傳輸?shù)木窒扌裕?且在組網(wǎng)過程中需人工干預(yù)，并不能保證數(shù)據(jù)信息的抄收成功率等等缺點。因此，急需提出一種適用于節(jié)點位置相對固定、進行周期性數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為解決上述問題，本發(fā)明提出一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法，該方法應(yīng)用于節(jié)點位置相對固定、進行周期性數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锫?lián)網(wǎng)，實現(xiàn)易于快速組網(wǎng)、結(jié)構(gòu)靈活、數(shù)據(jù)傳輸可靠。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法，其特征在于，該組網(wǎng)方法包括一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法，其特征在于，該組網(wǎng)方法包括步驟1)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的中心節(jié)點及子節(jié)點上電之后，自動獲取與自己關(guān)聯(lián)設(shè)備的地址，以設(shè)備地址替換自己的擴展地址，并產(chǎn)生短地址；同時，子節(jié)點進入游離掃描階段，在每一個信道組的第一頻道中依次掃描接收組網(wǎng)命令，并每隔一個時間周期在第一頻道中發(fā)出主動入網(wǎng)申請；步驟幻物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的中心設(shè)備下發(fā)傳感器檔案或組網(wǎng)命令后，中心節(jié)點進入組網(wǎng)狀態(tài)，構(gòu)造MAC層信標(biāo)負(fù)載內(nèi)容，然后啟動MAC層在起始時隙發(fā)送一個信標(biāo)幀給子節(jié)點；步驟3)子節(jié)點在任一信道中接收到所述步驟幻中發(fā)出的組網(wǎng)信標(biāo)后，將發(fā)送信標(biāo)幀的源節(jié)點的PanID、短地址、擴展地址添加進自己的鄰居表，并記錄接收到信標(biāo)幀的場強信息，然后檢查信標(biāo)負(fù)載中的信標(biāo)標(biāo)識字節(jié)，判斷自己是否已轉(zhuǎn)發(fā)過本次組網(wǎng)信標(biāo)，如果已轉(zhuǎn)發(fā)過，則終止本次處理；如果還沒有轉(zhuǎn)發(fā)過，則構(gòu)建自己的信標(biāo)幀負(fù)載信息，再判斷當(dāng)前節(jié)點的層數(shù)和時隙圈數(shù)是否大于節(jié)點總層數(shù)和時隙總?cè)?shù)，如果均不大于，則調(diào)用MAC 層信標(biāo)發(fā)送服務(wù)在指定的時隙及圈數(shù)發(fā)送出信標(biāo)幀；否則終止本次處理；每個節(jié)點偵聽其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的信標(biāo)，將轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點加入鄰居表并記錄其場強值；其中，節(jié)點層數(shù)指子節(jié)點到中心節(jié)點的最少跳數(shù)；時隙圈數(shù)指子節(jié)點發(fā)送信標(biāo)的輪次，圈周期為一輪信標(biāo)的總時隙數(shù)；步驟4):中心節(jié)點首先取自己的鄰居表信息，依次向在自己周圍一跳范圍內(nèi)的1 級子節(jié)點發(fā)送“搜索場強信息請求命令”，在收到1級子節(jié)點的“搜索場強信息回復(fù)命令” 后，將1級子節(jié)點的鄰居場強信息添加進自己的場強信息表，在收集完所有1級子節(jié)點的場強信息后，再以1級子節(jié)點為中繼節(jié)點，繼續(xù)收集2級子節(jié)點的場強信息表，以此類推，中心節(jié)點逐級收集所有子節(jié)點的場強信息；步驟幻中心節(jié)點根據(jù)所述步驟4)收集到的場強信息規(guī)劃節(jié)點路由，并對子節(jié)點進行配置；步驟6)中心節(jié)點對子節(jié)點配置完畢后，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進入正常工作階段來實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸。該方法還包括新增子節(jié)點的入網(wǎng)；所述新增子節(jié)點上電后處于游離狀態(tài)時，以隨機的時間間隔、依次在各個信道組的上報信道發(fā)出MAC層的入網(wǎng)申請命令，在網(wǎng)工作狀態(tài)的鄰居節(jié)點在收到新增子節(jié)點的入網(wǎng)申請命令時，鄰居節(jié)點按自己的信標(biāo)時隙在信道組內(nèi)的第一信道回應(yīng)一個入網(wǎng)申請幀應(yīng)答幀，并附帶參數(shù)信息；游離狀態(tài)的新增節(jié)點在掃描某一信道組的第一信道時，如果收到一個或多個在網(wǎng)狀態(tài)鄰居節(jié)點的應(yīng)答幀，則比較鄰居節(jié)點的參數(shù)信息，選定一個在網(wǎng)狀態(tài)鄰居節(jié)點的上傳路徑，然后以這個上傳路徑向中心節(jié)點發(fā)送場強準(zhǔn)備就緒命令，從而在中心節(jié)點備案，一旦主站下發(fā)了新增的子節(jié)點對應(yīng)的設(shè)備檔案給中心節(jié)點，中心節(jié)點就可以立即抄讀到新增子節(jié)點的場強信息，并對其進行配置，此時，新增的子節(jié)點即從半游離狀態(tài)轉(zhuǎn)換成在網(wǎng)狀態(tài)，完成了主動入網(wǎng)過程。所處參數(shù)信息包括鄰居節(jié)點所處的層、接收場強、PanID和上傳路徑。
所述步驟6)還包括中心節(jié)點使用網(wǎng)絡(luò)維護請求命令來對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行維護。所述中心節(jié)點對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的維護包括路由測試、節(jié)點點名和場強信息更新。本發(fā)明具有如下優(yōu)點，(1)突破了視距傳輸?shù)木窒扌?，對使用環(huán)境的適應(yīng)性強。節(jié)點數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍伸縮性強。(2)傳感器節(jié)點即放即用，無需任何初始化配置工作。(3)無需人工干預(yù)，節(jié)點之間自動建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚申P(guān)系；當(dāng)新節(jié)點加入到系統(tǒng)中之后，能夠立即建立新路由；中心節(jié)點能夠在無人工干預(yù)情況下，自動管理下屬無線節(jié)點的中繼路由關(guān)系。(4)節(jié)點上行和下行傳輸都具有冗余路徑，當(dāng)路由中的某個中繼節(jié)點拆除或故障后，系統(tǒng)能夠立即自動找到一條新路由，保證抄收成功率。(5)信道組轉(zhuǎn)換中心能夠按照指令或自動發(fā)起管理下屬子節(jié)點的信道頻率，從某個信道切換到另一個信道。(6)發(fā)送方檢測到信道干擾或沖突，自動切換到其他信道發(fā)送數(shù)據(jù)；接收方掃描多個信道，當(dāng)定位到發(fā)送方的數(shù)據(jù)信道后，接收數(shù)據(jù)。(7)無線節(jié)點具備載波偵聽和沖突避讓功能。


圖1為本發(fā)明的實施例中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明的一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法流程圖；圖3為本發(fā)明的一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法中新增節(jié)點入網(wǎng)流程圖；圖4為本發(fā)明的一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行進一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由一個中心節(jié)點和若干子節(jié)點組成，他們通過無線介質(zhì)接連構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，通過節(jié)點的協(xié)同工作來采集節(jié)點信息和控制節(jié)點動作。子節(jié)點安裝在目標(biāo)信息所在位置，負(fù)責(zé)采集、傳送信息，并根據(jù)預(yù)設(shè)的條件或?qū)崟r命令控制傳感器動作。中心節(jié)點負(fù)責(zé)匯聚子節(jié)點的信息到遠(yuǎn)程主站系統(tǒng)或者把遠(yuǎn)程主站系統(tǒng)的命令傳送到節(jié)
點所在無線傳網(wǎng)絡(luò)。中心節(jié)點是一種特殊的節(jié)點，它與子節(jié)點相似，增加了與外部網(wǎng)絡(luò)的接□。如圖1所示，圖1為本發(fā)明的實施例中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)圖。子節(jié)點2至6 與中心節(jié)點1組成了一個多跳路由的無線傳感器MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點均可作為其他節(jié)點的路由節(jié)點。每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的上行、下行均具備多條路徑，如子節(jié)點6可以經(jīng)由節(jié)點2達(dá)到中心節(jié)點1，也可經(jīng)由節(jié)點3達(dá)到中心節(jié)點1。
本發(fā)明所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)針對以下特征需求進行了系統(tǒng)設(shè)計在無人值守的情況下，能夠長期有效的工作；規(guī)?；庸?jié)點隨機性發(fā)布，支持動態(tài)擴充和快速自組網(wǎng)，節(jié)點免配置，即放即用；支持節(jié)點隨即布設(shè)、動態(tài)加入和移除；支持不同的組網(wǎng)規(guī)模。如圖2所示，圖2為本發(fā)明的一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法流程圖。本發(fā)明的詳細(xì)組網(wǎng)流程如下1、節(jié)點上電初始化節(jié)點在上電或復(fù)位之后，自動獲取其關(guān)聯(lián)設(shè)備的地址，以設(shè)備地址替換自己的擴展地址，并且產(chǎn)生短地址。同時，節(jié)點進入游離掃描階段，在多個信道組的第一頻道中依次掃描接收，同時每隔一個時間周期在上述頻道中發(fā)出主動入網(wǎng)申請。2、開始組網(wǎng)階段在中心設(shè)備發(fā)出組網(wǎng)命令之后，中心節(jié)點進入組網(wǎng)狀態(tài)，發(fā)出組網(wǎng)信標(biāo)開始組網(wǎng)。3、鄰居發(fā)現(xiàn)和場強測量階段中心節(jié)點組網(wǎng)時，構(gòu)造好MAC層信標(biāo)負(fù)載內(nèi)容后，然后啟動MAC層在起始時隙發(fā)送一個信標(biāo)幀。子節(jié)點掃描規(guī)定信道組時，如果接收到一個網(wǎng)絡(luò)的信標(biāo)幀時，將發(fā)送信標(biāo)幀的源節(jié)點的PanID、短地址、擴展地址添加進自己的鄰居表，并記錄接收到信標(biāo)幀的場強信息。然后檢查信標(biāo)負(fù)載中的信標(biāo)標(biāo)識字節(jié)，判斷自己是否已轉(zhuǎn)發(fā)過本次組網(wǎng)信標(biāo)，如果還沒有轉(zhuǎn)發(fā)過，則構(gòu)建自己的信標(biāo)幀負(fù)載信息，再判斷當(dāng)前節(jié)點的層數(shù)和時隙圈數(shù)是否大于節(jié)點總層數(shù)和時隙總?cè)?shù)，如果均不大于，則調(diào)用MAC層信標(biāo)發(fā)送服務(wù)在指定的時隙及圈數(shù)發(fā)送出信標(biāo)幀；否則終止本次處理；每個節(jié)點偵聽其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的信標(biāo)，將轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點加入鄰居表并記錄其場強值；其中，節(jié)點層數(shù)指子節(jié)點到中心節(jié)點的最少跳數(shù)；在本實施例中，除中心節(jié)點外一共是7層；時隙圈數(shù)指子節(jié)點發(fā)送信標(biāo)的輪次， 圈周期為一輪信標(biāo)的總時隙數(shù)；在本實施例中，本組網(wǎng)方法的圈數(shù)最大是8圈。4、場強收集階段中心節(jié)點在發(fā)出組網(wǎng)信標(biāo)幀之后等待整個網(wǎng)絡(luò)的信標(biāo)轉(zhuǎn)發(fā)完成后，開始收集子節(jié)點的場強表信息。中心節(jié)點首先取自己的鄰居表信息，依次向在自己周圍一跳范圍內(nèi)的1級子節(jié)點發(fā)送“搜索場強信息請求命令”，在收到1級子節(jié)點的“搜索場強信息回復(fù)命令”后，將1級子節(jié)點的鄰居場強信息添加進自己的場強信息表。在收集完所有1級子節(jié)點的場強信息后，再以1級子節(jié)點為中繼節(jié)點，繼續(xù)收集2級子節(jié)點的場強信息表。以此類推，中心節(jié)點逐級收集所有子節(jié)點的場強信息，直到電能表檔案中所有電能表對應(yīng)子節(jié)點全部收集完畢，或者已經(jīng)沒有能夠中繼到達(dá)的子節(jié)點為止。5、路由規(guī)劃及配置階段中心節(jié)點在收集完所有的能夠搜集到的子節(jié)點的場強信息表之后，開始按照節(jié)點檔案，依次對本中心節(jié)點所管理的子節(jié)點進行配置，并且使之從半游離狀態(tài)轉(zhuǎn)換為在網(wǎng)工作狀態(tài)。此功能通過發(fā)送配置子節(jié)點請求命令并接收到配置子節(jié)點回復(fù)命令來實現(xiàn)。配置子節(jié)點請求命令中同時為子節(jié)點配置了 3條上行中繼路徑。6、正常工作階段中心節(jié)點在完成對子節(jié)點的信息配置之后，即轉(zhuǎn)入正常工作階段。同時，子節(jié)點在半游離狀態(tài)中如果接收到中心節(jié)點的配置命令之后亦進入到正常的在網(wǎng)工作階段，以完成正常的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。如圖3所示，圖3為本發(fā)明的一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法中新增節(jié)點入網(wǎng)流程圖。新增的子節(jié)點可以主動申請入網(wǎng)。新增子節(jié)點上電后處于游離狀態(tài)時，以隨機的間隔，依次在各個信道組的上報信道發(fā)出MAC層的入網(wǎng)申請命令，命令的發(fā)送間隔時間約為6分鐘。在網(wǎng)工作狀態(tài)的鄰居節(jié)點在收到游離節(jié)點的入網(wǎng)申請命令時，按自己的信標(biāo)時隙在信道組內(nèi)的第一信道回應(yīng)一個入網(wǎng)申請幀應(yīng)答幀，并附帶自己所處的層、接收場強、PanID、上傳路徑等參數(shù)。游離狀態(tài)的新增節(jié)點在掃描某一信道組的第一信道時，如果收到一個或多個在網(wǎng)狀態(tài)鄰居節(jié)點的應(yīng)答巾貞，則比較其所處的層、和雙向接收場強等參數(shù)，選定一個在網(wǎng)狀態(tài)鄰居節(jié)點的上傳路徑，然后以這個上傳路徑向中心節(jié)點發(fā)送場強準(zhǔn)備就緒命令，從而在中心節(jié)點備案，一旦主站下發(fā)了新增的子節(jié)點對應(yīng)的設(shè)備檔案給中心節(jié)點并同步到中心節(jié)點，中心節(jié)點就可以立即抄讀到新增子節(jié)點的場強信息， 并對其進行配置，此時，新增的子節(jié)點即從半游離狀態(tài)轉(zhuǎn)換成在網(wǎng)狀態(tài)，完成了主動入網(wǎng)過程。本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具備網(wǎng)絡(luò)維護功能，即按照一定的網(wǎng)絡(luò)維護前期，由中心節(jié)點使用網(wǎng)絡(luò)維護請求命令來對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行維護。中心節(jié)點使用路由測試、節(jié)點點名等方式判斷有無節(jié)點脫網(wǎng)，同時更新各節(jié)點的場強信息，最后根據(jù)收集到的信息重新進行路由規(guī)劃并配置子節(jié)點。如圖4所示，圖4為本發(fā)明的一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖。本協(xié)議棧包含物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層。1、物理層定義了物理無線通道和MAC子層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)包括以下功能啟動和休眠射頻收發(fā)機、通道能量檢測、檢測接收數(shù)據(jù)幀的鏈路質(zhì)量指示、空閑通道評估、收發(fā)數(shù)據(jù)。本發(fā)明無線節(jié)點采用多信道工作模式，在通信過程中，必須在有效信息之前完成信道定位。具體說來，在PPDU幀結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)幀的第一項是前導(dǎo)碼，前導(dǎo)碼主要完成兩個功能，第一為空中碼元時鐘同步，第二為支持多信道掃描的信道定位。將目前的信道資源分配為多個信道組，每個信道組多個工作信道，根據(jù)目前的信道工作模式，將前導(dǎo)碼定義為兩種類型，一種為長引導(dǎo)碼類型，用于定位信道組的掃描，在組網(wǎng)階段使用，另一種為短引導(dǎo)碼類型，用于定位信道組內(nèi)的信道掃描，其中長引導(dǎo)碼在組網(wǎng)階段使用，短引導(dǎo)碼在組網(wǎng)完成后使用。2、MAC子層提供兩種服務(wù)MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)和MAC層管理服務(wù)(MLME)，前者保證 MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理層數(shù)據(jù)服務(wù)中的正確收發(fā)，后者維護一個存儲MAC子層協(xié)議狀態(tài)相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫。MAC層處理所有物理層無線信道的接入，其主要的功能為網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點產(chǎn)生并發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)；子節(jié)點接收并按時隙轉(zhuǎn)發(fā)信標(biāo)；信道接入方式支持免沖突載波檢測多址接入(CSMA_CA)機制；在組網(wǎng)階段支持TDMA ；在兩個對等的MAC實體之間提供一個可靠的通信鏈路。3、網(wǎng)絡(luò)層必須保證MAC子層的正確操作，并為應(yīng)用層提供一個合適的服務(wù)接口。 要和應(yīng)用層通信，網(wǎng)絡(luò)層概念地包括兩個服務(wù)實體，以提供必要的功能。這兩個服務(wù)實體分別是數(shù)據(jù)服務(wù)實體和管理服務(wù)實體。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體(NLDE) =NLDE應(yīng)提供一個數(shù)據(jù)服務(wù)，以允許一個應(yīng)用程序在兩個或多個設(shè)備之間傳輸應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU)。設(shè)備本身必須位于同一個網(wǎng)絡(luò)。NLDE將提供以下服務(wù)生成網(wǎng)絡(luò)層的PDU(NPDU) =NLDE應(yīng)該可以通過增加一個合適的協(xié)議頭，從一個應(yīng)用層的PDU，生成一個NPDU ；拓?fù)渲付ǖ穆酚蒒LDE應(yīng)該可以傳輸一個NPDU給一個合適的設(shè)備，它是通信的最終目的地或是通信鏈中朝向最終目的地的下一步。網(wǎng)絡(luò)層管理實體(NLME) =NLME應(yīng)提供一個管理服務(wù)，以允許一個應(yīng)用程序與協(xié)議棧相互作用。NLME應(yīng)提供以下服務(wù)路由發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)并記錄通過網(wǎng)絡(luò)的路徑的功能，即信息可以有效地傳送。接收控制一個設(shè)備控制何時接收者是激活的，以及激活多長時間，從而使MAC子層同步或直接接收。路由這個是使用不同路由機制的能力，例如單播，廣播，多播或者多對一，在網(wǎng)絡(luò)中高效交換數(shù)據(jù)。4、應(yīng)用層包括一個APS(應(yīng)用支持子層)子層和一個設(shè)備管理平臺。APS子層的職責(zé)包括支持端到端的數(shù)據(jù)傳輸，確認(rèn)和重傳；支持網(wǎng)絡(luò)地址搜索、4字節(jié)MAC地址到2字節(jié)NWK地址的地址映射，以及重復(fù)短地址修改等功能；支持網(wǎng)絡(luò)信道切換；超長數(shù)據(jù)包的分割，重組等功能。應(yīng)用支持子層通過一組通用的服務(wù)，提供了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間的接口，由設(shè)備管理平臺和制造商定義的應(yīng)用對象使用。這些服務(wù)通過兩個實體提供數(shù)據(jù)服務(wù)和管理服務(wù)。APS數(shù)據(jù)實體(APSDE)通過其相關(guān)的SAP提供了數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，即APSDE-SAP。APS管理實體(APSME)通過其相關(guān)的SAP提供了管理服務(wù)，即APSME-SAP，并維護管理對象的數(shù)據(jù)庫，也叫APS信息庫(AIB)。設(shè)備管理平臺的職責(zé)包括管理設(shè)備的配置信息，并且定義網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的角色 (比如中心節(jié)點、子節(jié)點等)；定義設(shè)備應(yīng)用接口。最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法，其特征在于，該組網(wǎng)方法包括步驟1)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的中心節(jié)點及子節(jié)點上電之后，自動獲取與自己關(guān)聯(lián)設(shè)備的地址，以設(shè)備地址替換自己的擴展地址，并產(chǎn)生短地址；同時，子節(jié)點進入游離掃描階段， 在每一個信道組的第一頻道中依次掃描接收組網(wǎng)命令，并每隔一個時間周期在第一頻道中發(fā)出主動入網(wǎng)申請；步驟幻物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的中心設(shè)備下發(fā)傳感器檔案或組網(wǎng)命令后，中心節(jié)點進入組網(wǎng)狀態(tài)，構(gòu)造MAC層信標(biāo)負(fù)載內(nèi)容，然后啟動MAC層在起始時隙發(fā)送一個信標(biāo)幀給子節(jié)點；步驟幻子節(jié)點在任一信道中接收到所述步驟幻中發(fā)出的組網(wǎng)信標(biāo)后，將發(fā)送信標(biāo)幀的源節(jié)點的PanID、短地址、擴展地址添加進自己的鄰居表，并記錄接收到信標(biāo)幀的場強信息，然后檢查信標(biāo)負(fù)載中的信標(biāo)標(biāo)識字節(jié)，判斷自己是否已轉(zhuǎn)發(fā)過本次組網(wǎng)信標(biāo)，如果已轉(zhuǎn)發(fā)過，則終止本次處理；如果還沒有轉(zhuǎn)發(fā)過，則構(gòu)建自己的信標(biāo)幀負(fù)載信息，再判斷當(dāng)前節(jié)點的層數(shù)和時隙圈數(shù)是否大于節(jié)點總層數(shù)和時隙總?cè)?shù)，如果均不大于，則調(diào)用MAC層信標(biāo)發(fā)送服務(wù)在指定的時隙及圈數(shù)發(fā)送出信標(biāo)幀；否則終止本次處理；每個節(jié)點偵聽其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的信標(biāo)，將轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點加入鄰居表并記錄其場強值；其中，節(jié)點層數(shù)指子節(jié)點到中心節(jié)點的最少跳數(shù)；時隙圈數(shù)指子節(jié)點發(fā)送信標(biāo)的輪次，圈周期為一輪信標(biāo)的總時隙數(shù)；步驟4)中心節(jié)點首先取自己的鄰居表信息，依次向在自己周圍一跳范圍內(nèi)的1級子節(jié)點發(fā)送“搜索場強信息請求命令”，在收到1級子節(jié)點的“搜索場強信息回復(fù)命令”后，將1 級子節(jié)點的鄰居場強信息添加進自己的場強信息表，在收集完所有1級子節(jié)點的場強信息后，再以1級子節(jié)點為中繼節(jié)點，繼續(xù)收集2級子節(jié)點的場強信息表，以此類推，中心節(jié)點逐級收集所有子節(jié)點的場強信息；步驟幻中心節(jié)點根據(jù)所述步驟4)收集到的場強信息規(guī)劃節(jié)點路由，并對子節(jié)點進行配置；步驟6)中心節(jié)點對子節(jié)點配置完畢后，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進入正常工作階段來實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法，其特征在于，該方法還包括新增子節(jié)點的入網(wǎng)；所述新增子節(jié)點上電后處于游離狀態(tài)時，以隨機的時間間隔、依次在各個信道組的上報信道發(fā)出MAC層的入網(wǎng)申請命令，在網(wǎng)工作狀態(tài)的鄰居節(jié)點在收到新增子節(jié)點的入網(wǎng)申請命令時，鄰居節(jié)點按自己的信標(biāo)時隙在信道組內(nèi)的第一信道回應(yīng)一個入網(wǎng)申請幀應(yīng)答幀，并附帶參數(shù)信息；游離狀態(tài)的新增節(jié)點在掃描某一信道組的第一信道時，如果收到一個或多個在網(wǎng)狀態(tài)鄰居節(jié)點的應(yīng)答幀，則比較鄰居節(jié)點的參數(shù)信息，選定一個在網(wǎng)狀態(tài)鄰居節(jié)點的上傳路徑，然后以這個上傳路徑向中心節(jié)點發(fā)送場強準(zhǔn)備就緒命令，從而在中心節(jié)點備案，一旦主站下發(fā)了新增的子節(jié)點對應(yīng)的設(shè)備檔案給中心節(jié)點，中心節(jié)點就可以立即抄讀到新增子節(jié)點的場強信息，并對其進行配置，新增的子節(jié)點即從半游離狀態(tài)轉(zhuǎn)換成在網(wǎng)狀態(tài)，完成了主動入網(wǎng)過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法，其特征在于，所處參數(shù)信息包括鄰居節(jié)點所處的層、接收場強、PanID和上傳路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法，其特征在于，所述步驟6)還包括中心節(jié)點使用網(wǎng)絡(luò)維護請求命令來對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行維護。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法，其特征在于，所述中心節(jié)點對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的維護包括路由測試、節(jié)點點名和場強信息更新。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法，首先無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的中心節(jié)點及子節(jié)點上電初始化，中心節(jié)點發(fā)出組網(wǎng)信標(biāo)，開始進入組網(wǎng)階段，子節(jié)點將發(fā)送信標(biāo)幀的源節(jié)點的PanID、短地址、擴展地址添加進自己的鄰居表，并記錄接收到信標(biāo)幀的場強信息，將轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點存入鄰居節(jié)點列表中，并記錄其場強，然后中心節(jié)點收集區(qū)域內(nèi)的節(jié)點的場強信息，中心節(jié)點根據(jù)收集到的場強信息規(guī)劃節(jié)點路由，并對子節(jié)點進行配置；中心節(jié)點對子節(jié)點配置完畢后，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進入正常工作階段來實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸。
文檔編號H04W48/16GK102281558SQ201110171630
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者曾德華, 王權(quán), 胡小林, 錢向紅 申請人:成都賽康信息技術(shù)有限責(zé)任公司