一種適用于無線監(jiān)測控制網(wǎng)絡(luò)的ZigBee路由方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線傳感網(wǎng)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種適用于協(xié)調(diào)器作為匯聚節(jié)點的 無線監(jiān)測控制網(wǎng)絡(luò)的ZigBee路由方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 面對信息化時代的到來，ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其獨有的架構(gòu)及特點被應(yīng)用于 很多領(lǐng)域，如醫(yī)療監(jiān)護、環(huán)境監(jiān)測、智能抄表等。諸如此類的應(yīng)用，一般是一種基于監(jiān)測的控 制系統(tǒng)，即需要通過分析監(jiān)測所得的數(shù)據(jù)來執(zhí)行相應(yīng)的控制操作。監(jiān)測區(qū)域中的傳感節(jié)點 負(fù)責(zé)采集相關(guān)信息（如溫度、電壓等），然后通過相應(yīng)的路由方式將采集到的信息傳遞給匯 聚節(jié)點，而ZigBee網(wǎng)絡(luò)中一般由協(xié)調(diào)器作為匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點收到采集數(shù)據(jù)后，再經(jīng)由 網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星傳遞給處理中心，處理中心對數(shù)據(jù)進行處理，形成圖形化的 監(jiān)測界面進行實時監(jiān)測；處理中心可遠(yuǎn)程發(fā)送控制命令，通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星經(jīng)由網(wǎng)關(guān)將命 令傳遞給匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點再通過相應(yīng)的路由方式，將命令最終傳遞給某個傳感節(jié)點，完 成遠(yuǎn)距離控制操作，如圖1所示。
[0003] ZigBee具有強大的組網(wǎng)能力，可以組成星狀網(wǎng)、樹狀網(wǎng)以及網(wǎng)狀網(wǎng)，而網(wǎng)絡(luò)中的數(shù) 據(jù)傳輸則依賴于ZigBee中的路由方式。路由方式就是通過互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)把信息從源地址傳 輸?shù)侥康牡刂返姆椒?。一個具體應(yīng)用中，路由方式的選擇，直接影響到網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、靈活 性、可靠性以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面。ZigBee目前主要有兩種路由方式：樹路由和AODVjr (網(wǎng)狀 網(wǎng)路由）。上述路由雖均能滿足一般的應(yīng)用，但對于協(xié)調(diào)器充當(dāng)匯聚節(jié)點的監(jiān)測控制網(wǎng)絡(luò)， 因缺少針對性使得開銷、穩(wěn)定性或易用性變得差強人意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有ZigBee路由方式的不足，本發(fā)明提出一種適用于協(xié)調(diào)器作為 匯聚節(jié)點的無線監(jiān)測控制網(wǎng)絡(luò)的ZigBee路由方法，該路由方法對無線監(jiān)測控制網(wǎng)絡(luò)更有 針對性，具有開銷小，模式簡單的特點。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0006] 一種適用于無線監(jiān)測控制網(wǎng)絡(luò)的ZigBee路由方法，策略簡單、可靠穩(wěn)定、開銷較 小，包括以下步驟：
[0007] S1.節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)或接收到目的節(jié)點不為本節(jié)點的數(shù)據(jù)時，首先判斷目的節(jié)點是 否為協(xié)調(diào)器；當(dāng)目的節(jié)點為協(xié)調(diào)器，即在路由方向是向上傳輸時，則跳轉(zhuǎn)到步驟S2 ;否則， 在路由方向是向下傳輸時跳轉(zhuǎn)到步驟S6 ;
[0008] S2.查詢鄰居表，判斷是否存在長輩節(jié)點，當(dāng)存在長輩節(jié)點時，則跳轉(zhuǎn)到步驟S3， 否則跳轉(zhuǎn)到步驟S7 ;
[0009] S3?置長輩節(jié)點為下一跳；
[0010] S4.將數(shù)據(jù)發(fā)送給下一跳，判斷鏈路是否中斷，當(dāng)鏈路中斷時，則跳轉(zhuǎn)到步驟S5， 否則建立或更新反向簡單路由表，并結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸；
[0011] S5.判斷數(shù)據(jù)傳輸是否為向上傳輸，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸為向上傳輸時，則查詢鄰居表，選 擇一個不屬于步驟S4中鏈路中斷的鄰居節(jié)點作為下一跳后跳轉(zhuǎn)至步驟S4,否則跳轉(zhuǎn)到步 驟S6 ;
[0012] S6.查詢簡單路由表，判斷是否有達到目的節(jié)點的路由，當(dāng)存在時，根據(jù)簡單路由 表設(shè)置下一跳地址，跳轉(zhuǎn)到步驟S4,否則等待T時刻后繼續(xù)判斷是否有達到目的節(jié)點路由；
[0013] S7.置父節(jié)點為下一跳后跳轉(zhuǎn)至步驟S4。
[0014] 優(yōu)選的，所述路由方法的編址方式為隨機編址或樹形編址。
[0015] 優(yōu)選的，所述鄰居表用于存儲在節(jié)點通信范圍內(nèi)的其他節(jié)點信息，主要包含相鄰 節(jié)點的64位IEEE地址、16位網(wǎng)絡(luò)地址、設(shè)備邏輯類型、鄰節(jié)點關(guān)系、鏈路質(zhì)量，還能夠保存 鄰居節(jié)點的擴展PAN標(biāo)識及深度值等；
[0016] 其中ZigBee網(wǎng)絡(luò)層的命令標(biāo)識符為0x01-0xff，其中0x01-0x0a已被ZigBee2007 標(biāo)準(zhǔn)所使用，〇 X〇b-〇Xff是作為保留未使用的，在本發(fā)明中選用其中的0x0f作為更新鄰居 命令標(biāo)識符。
[0017] 優(yōu)選的，所述鄰居表的建立方式如下：
[0018] 路由方式選為向上路由，根據(jù)預(yù)設(shè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組建網(wǎng)絡(luò)，編址方式默認(rèn)為隨機編 址；
[0019] 組建網(wǎng)絡(luò)后，從協(xié)調(diào)器開始廣播更新鄰居命令幀，命令幀標(biāo)識符為0x0f?，命令幀載 荷中包含本節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)地址，以及本節(jié)點的深度值。其它非終端節(jié)點在本輪更新鄰居過程 中第一次收到廣播命令后，需繼續(xù)廣播此命令幀。
[0020] 優(yōu)選的，網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器的深度值為0,其他節(jié)點的深度為父節(jié)點深度值加1 ;
[0021] 更新鄰居命令幀從協(xié)調(diào)器開始自上而下廣播，當(dāng)節(jié)點收到深度值大的節(jié)點的廣播 時，不做處理；否則，判斷兩節(jié)點間深度相差值；
[0022] 當(dāng)兩節(jié)點間深度相差值大于等于2時，判斷廣播節(jié)點是否為最優(yōu)長輩節(jié)點，當(dāng)其 為最優(yōu)長輩節(jié)點時，以0x06即長輩節(jié)點的鄰居關(guān)系更新到鄰居表，否則存儲為0x01-0x05 之中關(guān)系的鄰居；
[0023] -個節(jié)點的鄰居表中最多只允許存在一個長輩節(jié)點，即最優(yōu)長輩節(jié)點；
[0024] 當(dāng)兩節(jié)點間深度相差值為1或0時，則直接存入鄰居表，為非長輩鄰居。
[0025] 優(yōu)選的，上述更新鄰居命令幀從協(xié)調(diào)器開始自上而下廣播，節(jié)點收到廣播命令后， 其處理過程為：
[0026] (1)判斷廣播節(jié)點的深度值是否小于或等于本節(jié)點的深度值，當(dāng)小于或等于本節(jié) 點深度值時，則跳轉(zhuǎn)到步驟（2)，否則不做處理；
[0027] (2)判斷兩節(jié)點間深度相差值；當(dāng)兩節(jié)點間深度相差值小于2時，存儲為非長輩鄰 居；否則通過查詢鄰居表，再判斷是否存在深度值更小的節(jié)點，存在則將廣播節(jié)點存儲為非 長輩鄰居，不存在則跳轉(zhuǎn)至步驟（3);
[0028](3)判斷與鄰居表中長輩節(jié)點的深度值是否相等，相等則跳轉(zhuǎn)到步驟（4)，不相等 則跳轉(zhuǎn)到步驟（6);
[0029](4)判斷命令幀中鏈路質(zhì)量LQI的值是否更大，LQI是節(jié)點在接收數(shù)據(jù)包時自動根 據(jù)無線信號的接收強度測量并保存的，當(dāng)命令幀鏈路質(zhì)量LQI更大，則將廣播節(jié)點以最優(yōu) 長輩更新到鄰居表后跳轉(zhuǎn)到步驟（5)，否則存儲為非長輩鄰居；
[0030] (5)判斷本輪更新鄰居過程中是否廣播過更新鄰居命令，若廣播過則結(jié)束，否則作 為非終端節(jié)點還需繼續(xù)廣播更新鄰居命令；
[0031] (6)比較命令幀鏈路質(zhì)量LQI值與用戶設(shè)定的閾值，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定閾值時，則將廣播 節(jié)點存儲為非長輩鄰居，否則存儲為最優(yōu)長輩后跳轉(zhuǎn)到步驟（5)。
[0032] 優(yōu)選的，所述簡單路由表包括目的地址和下一跳地址，是節(jié)點在向上傳輸數(shù)據(jù)時 建立和維護的匯聚節(jié)點到達傳感節(jié)點的簡單路由表。
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0034] 本發(fā)明的路由方法主要應(yīng)用于協(xié)調(diào)器作為匯聚節(jié)點的無線監(jiān)測控制領(lǐng)域，ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中，在組網(wǎng)或通信過程中，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點都需要建立、維護更新各自的鄰居表，本發(fā)明 是利用這一特點，實現(xiàn)了一種可靠、高效的路由方式。
[0035]該路由方式簡單，鄰居信息更新完畢后，向上傳輸時只需通過查詢鄰居表便能確 定下一跳，同時形成向下傳輸所需的簡單路由表；向下傳輸時，只需查詢簡單路由表便可。 該路由方法具有開銷較小，模式簡單，穩(wěn)定性好的特點。
[0036] 向上傳輸時，借助網(wǎng)絡(luò)已有的鄰居表，不增加額外開銷；向下傳輸時，借助于簡單 路由表，這種路由表本身比較小，且路由表的維護更新是在數(shù)據(jù)向上傳輸?shù)倪^程中完成的， 無需洪泛請求，開銷降低很多。比較穩(wěn)定：向上傳輸時，當(dāng)某條鏈路不通時，可借由其他任一 鄰居進行向上傳輸；用于向下傳輸?shù)暮唵温酚杀碓诿看蜗蛏蟼鬏斶^程中，更新維護，確保可 靠有效。
[0037]從匯聚節(jié)點到傳感節(jié)點的路由依賴于數(shù)據(jù)向上傳輸?shù)倪^程，向上路由（該路由方 法包含數(shù)據(jù)自下而上的傳輸策略和命令自上而下的傳輸策略）主要用于基于監(jiān)測的控制 應(yīng)用。向上路由不依賴于地址分配，可采用各種地址分配方案，包括隨機地址分配方案（網(wǎng) 狀網(wǎng)拓?fù)洌┖头植际降刂贩峙浞桨福錉罹W(wǎng)拓?fù)洌?。向上傳輸過程不依賴于向下傳輸?shù)倪^ 程，耦合性低，所以針對某些純監(jiān)測的應(yīng)用場景