一种无线网络拓扑检测的方法
【专利摘要】本发明的一种无线网络拓扑检测的方法，它的无线网络包括由一台普通的计算机充当的处理中心，由若干个遵循IEEE802.15.4无线通信协议设备组成的被测网络，以及由具有捕获IEEE802.15.4网络数据的设备组成的探测节点，该方法通过探测节点实时抓取并上传被测网络发出的数据包，处理中心通过解析出的数据包中的设备地址信息将拓扑连接关系显示在显示屏上。该方法不会对网络产生任何主动侵入的影响，能够给测试人员提供节点拓扑结构关系，帮助测试人员查找问题，提高测试效率;此外，该方法可以实现对已部署网络的拓扑探测，帮助维护人员检测网络出现问题。
【专利说明】—种无线网络拓扑检测的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信领域，具体地说是一种无线网络拓扑检测的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，大量基于IEEE802.15.4通信协议的产品投入市场，但是在开发和部署基于IEEE802.15.4通信协议网络时存在一些难以解决的问题，其中最重要的便是对无线网络拓扑结构的探测:一方面，测试人员在对该系列无线网络进行测试时，对于节点在拓扑网络中的关系不明确，网络拓扑的动态变化影响节点的拓扑关系，导致节点状态变化不易观察；另一方面，对无线网络进行探测时，需要保证其设备正常工作，避免干扰产品的正常运作以及网络的安全性能，目前国内对于物联网的拓扑结构的探测几乎没有。
【发明内容】
[0003]为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案:一种无线网络拓扑检测的方法，针对基于IEEE802.15.4标准的无线网络实现了拓扑结构探测，其特征在于，所述的无线网络包括:
由一台普通的计算机充当的处理中心，该处理中心分析网络中传送的数据内容，并从中获取有效的设备信息；
由若干个基于IEEE802.15.4无线通信协议的设备组成的被测网络；
由若干个具有捕获IEEE802.15.4网络数据的设备组成的探测节点，探测节点可以捕获IEEE802.15.4规范相应频段的无线数据包，通过USB模块接入到处理中心，实现将捕获的无线数据包传送给处理中心的功能；
所述的方法包括以下过程:
步骤一:部署探测节点到被测网络中:将若干探测节点部署在被测网络中，要求探测节点所组成的探测范围能够覆盖被测网络的分布范围，探测节点分布好之后，将探测节点通过USB接口接入到处理中心，并将所有探测节点启动运行，待探测节点开始运行之后，被测网络启动运灯；
步骤二:探测节点捕获被测网络中发送的数据包，被测网络在运行之后，被测网络中的设备开始通信，探测节点一直监听空中是否有数据传送，当被测网络中的设备通过无线发送数据后，探测节点能立即监听到数据包，被监听到的数据包称之为捕获数据包，探测节点将捕获数据包通过USB发送到处理中心；
步骤三:处理中心分析捕获到的数据包，处理中心实时接收从各个探测节点发来的捕获数据包，解析捕获数据包的内容，并分析该捕获数据包的发送与接收设备地址，利用数据包中的设备地址信息建立拓扑连接关系，并将拓扑连接关系显示在处理中心的显示屏上。
[0004]进一步的，步骤三的具体实施步骤如下:
第一步:创建一个设备列表，该列表中保存网络中已经探测到的设备信息，该设备信息包括设备的地址信息及与其一跳通信的设备列表； 第二步:从捕获数据包中获取发送地址信息和接收地址信息；
第三步:以发送地址信息为索引搜索设备列表，若不存在该发送设备，则创建该发送地址信息所对应的新设备，并将该新设备添加到设备列表中，转入下一步；
第四步:以接收地址信息为索引搜索设备列表，若不存在该接收设备，则创建该接收地址所对应的新设备，并将新设备添加到设备列表中，转入下一步；
第五步:查询发送设备的一跳通信的设备列表，若不存在接收设备信息，则将接收设备信息添加到一跳通信设备列表中，若存在接收设备信息并且该捕获数据包为网络离开信息包，则将该接收设备信息从一跳通信设备列表中删除，转入下一步；
第六步:查询接收设备的一跳通信的设备列表，若不存在发送设备信息，则将发送设备信息添加到一跳通信设备列表中，若存在发送设备信息并且该捕获数据包为网络离开信息包，则将该发送设备信息从一跳通信设备列表中删除，转入下一步；
第七步:更新设备情况和连接信息，并将更新后的信息显示在显示屏上，进入下一步；第八步:检测是否存在新的捕获数据包，若发现新的捕获数据包，重新进入第一步，若不存在新的捕获数据包，结束操作。
进一步的，该方法适用于基于IEEE802.15.4标准的ZigBee2003及其后续演化协议。
[0005]进一步的，该方法还适用于基于IEEE802.15.4标准的RF4CE协议及其后续演化协议。
[0006]进一步的，该方法也适用于基于IEEE802.15.4标准的6LowPan协议及其后续演化协议。
[0007]再进一步的，所述的地址信息为以下地址中的一种:IEEE32位物理扩展地址、16位网络短地址、IP地址。
[0008]本发明的有益效果是:
1、本方法不需要向协议栈嵌入拓扑探测的相关协议，不需要网络中的任何节点主动支持该方法的探测，因此该方法支持任何厂商生产的IEEE802.15.4通信设备，完全兼容各种基于IEEE802.15.4技术的通信产品。
[0009]2、本方法不需要对网络增加额外的通信过程，只需要被动的探测网络中发送数据的情况，完全不影响网络的正常工作和使用寿命。
[0010]3、该方法对网络不产生任何安全影响，网络不需要通过任何特定的方式主动向探测节点发送数据，因而不存在对系统产生一系列潜在性破坏的影响。
[0011]4、该方法的实时性能好，当节点的网络拓扑发生动态变化时，探测节点能及时的探测到设备的网络拓扑变化，实时的显示网络拓扑的动态改变。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明的无线网络原理结构示意图；
图2是本发明方法的实施步骤流程图；
图3是图2中步骤三的具体实施流程图；
图4是基于ZigBee2003规范构建的无线网络原理结构示意图；
图5是图4所示无线网络的流程图。
[0013]图中:A1-A14、EA、EC、ED、EF、EH、RA、RB、RC 为具有 IEEE802.15.4 无线通信功能 的设备，A15、A16、TA、TB为探测节点，A17、HC为处理中心。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示，该发明的无线网络包括由一台普通的计算机A17充当的处理中心，该处理中心能分析网络中传送的数据内容，并可以从其中获取有效的设备信息；SA1-A14等14个具有ΙΕΕΕ802.15.4无线通信功能的设备组成的被测网络；由Α15、Α16两个具有捕获ΙΕΕΕ802.15.4网络数据的设备组成的探测节点，探测节点可以捕获空中ΙΕΕΕ802.15.4规范相应频段的无线数据包，并通过USB模块接入到处理中心，实现将捕获的无线数据包传送给处理中心的功能。
[0015]如图2所示，所述的方法包括以下过程:
步骤一:部署探测节点到被测网络中，将若干探测节点部署在被测网络中，要求探测节点所组成的探测范围能够覆盖被测网络的主要分布范围，探测节点分布好之后，将探测节点通过USB接口接入到处理中心，并将所有探测节点启动运行，待探测节点开始运行之后，被测网络启动运行；
步骤二:探测节点捕获被测网络中发送的数据包，被测网络在运行之后，被测网络中的设备开始通信，探测节点一直监听空中是否有数据传送，当被测网络中的设备通过无线发送数据后，探测节点能立即监听到数据包，被监听到的数据包称之为捕获数据包，探测节点将捕获数据包通过USB发送到处理中心；
步骤三:处理中心分析捕获到的数据包，处理中心实时接收从各个探测节点发来的捕获数据包，解析捕获数据包的内容，并分析该捕获数据包的发送与接收设备地址，利用数据包中的设备地址信息建立拓扑连接关系，并将拓扑连接关系显示在处理中心的显示屏上。
[0016]如图3所示，图2中步骤三的具体实施步骤如下:
步骤1001:启动处理中心,开始操作；
步骤1002:创建一个设备列表，该列表中保存网络中已经探测到的设备信息，该设备信息包括设备的地址信息及与其一跳通信的设备列表，所述的地址信息为以下地址中的一种:ΙΕΕΕ32位物理扩展地址、16位网络短地址、IP地址；
步骤1003:从捕获数据包中获取发送地址信息和接收地址信息；
步骤1004:以发送地址信息为索引搜索设备列表，若不存在该发送设备，则进入步骤1011，若存在该发送设备，进入步骤1005 ；
步骤1005:以接收地址信息为索引搜索设备列表，若不存在该接收设备，则进入步骤1014，若存在该接收设备，进入步骤1006 ；
步骤1006:查询发送设备的一跳通信的设备列表，若不存在接收设备信息，则进入步骤1007，若存在接收设备信息，进入步骤1012 ；
步骤1007:查询接收设备的一跳通信的设备列表，若不存在发送设备信息，进入步骤1008，若存在发送设备信息，进入步骤1015 ；
步骤1008:更新设备情况和连接信息，并将更新后的信息显示在显示屏上；
步骤1009:检测是否存在新的捕获数据包，若发现新的捕获数据包，进入步骤1002，若不存在新的捕获数据包，进入步骤1010 ；
步骤1010:结束操作； 步骤1011:创建发送地址信息所对应的新设备，并将该新设备添加到设备列表中；步骤1012:检测获得的数据包是否为网络离开数据包，若是，进入步骤1013，若不是，进入步骤1008 ；
步骤1013:将接收设备信息从发送设备一跳通信设备列表中删除；
步骤1014:创建接收地址所对应的新设备，并将新设备添加到设备列表中；
步骤1015:检测获得的数据包是否为网络离开数据包，若是，进入步骤1016，若不是，进入步骤1008 ；
步骤1016:将发送设备信息从接收设备一跳通信设备列表中删除。
进一步的，通过图1、图2和图3共同体现的无线网络拓扑检测的方法，不仅适用于基于IEEE802.15.4标准的ZigBee2003及其后续演化协议，还适用于基于ffiEE802.15.4标准的RF4CE协议及其后续演化协议，不仅如此，该方法也适用于基于IEEE802.15.4标准的6LowPan协议及其后续演化协议。
[0017]为更好的使得本发明能够被理解，以ZigBee2003规范构建的无线网络为实施例说明。如图4所示，TA、TB为探测节点，HC是处理中心，其他的设备组成为被探测的网络，虚线的箭头代表有数据从虚线的一端向带有箭头的一端传送，TA可以探测到设备EA、RB、EC、ED、RC的通信过程，TB可以探测到设备EF、RA、EH的通信过程。
[0018]该无线网络拓扑检测的方法如图5所示，其步骤如下:
步骤2001:部署探测节点TA、TB到被测网络中，将若干探测节点部署在被测网络中，要求探测节点所组成的探测范围能够覆盖被测网络的主要分布范围，探测节点TA、TB分布好之后，将探测节点TA、TB通过USB接口接入到处理中心，并将所有探测节点启动运行，待探测节点开始运行之后，被测网络启动运行；
步骤2002:探测节点捕获被测网络中发送的数据包，被测网络在运行之后，被测网络中的EA、RB、EC、ED、RC等设备开始通信，探测节点TA、TB —直监听空中是否有数据传送，当被测网络中的设备通过无线发送数据后，探测节点能立即监听到数据包，被监听到的数据包称之为捕获数据包，探测节点TA、TB将捕获数据包通过USB发送到HC ；
步骤2003:创建一个设备列表，该列表中保存网络中已经探测到的设备信息，该设备信息包括设备的地址信息及与其一跳通信的设备列表，所述的地址信息为以下地址中的一种:IEEE32位物理扩展地址、16位网络短地址、IP地址；
步骤2004:从捕获数据包中获取发送地址信息和接收地址信息；
步骤2005:以发送地址信息为索引搜索设备列表，若不存在该发送设备，则进入步骤2011，若存在该发送设备，进入步骤2006 ；
步骤2006:以接收地址信息为索引搜索设备列表，若不存在该接收设备，则进入步骤2014，若存在该接收设备，进入步骤2007 ；
步骤2007:查询发送设备的一跳通信的设备列表，若不存在接收设备信息，则进入步骤2008，若存在接收设备信息，进入步骤2012 ；
步骤2008:查询接收设备的一跳通信的设备列表，若不存在发送设备信息，进入步骤2009，若存在发送设备信息，进入步骤2015 ；
步骤2009:更新设备情况和连接信息，并将更新后的信息显示在显示屏上；
步骤2010:检测是否存在新的捕获数据包，若发现新的捕获数据包，进入步骤2003，若不存在新的捕获数据包，结束操作；
步骤2011:创建发送地址信息所对应的新设备，并将该新设备添加到设备列表中；步骤2012:检测获得的数据包是否为网络离开数据包，若是，进入步骤2013，若不是，进入步骤2009 ；
步骤2013:将接收设备信息从发送设备一跳通信设备列表中删除；
步骤2014:创建接收地址所对应的新设备，并将新设备添加到设备列表中；
步骤2015:检测获得的数据包是否为网络离开数据包，若是，进入步骤2016，若不是，进入步骤2009 ；
步骤2016:将发送设备信息从接收设备一跳通信设备列表中删除。
[0019]以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种无线网络拓扑检测的方法，针对基于IEEE802.15.4标准的无线网络实现了拓扑结构探测，其特征在于，所述的无线网络包括: 由一台普通的计算机充当的处理中心，该处理中心能分析网络中传送的数据内容，并可以从其中获取有效的设备信息； 由若干个具有IEEE802.15.4无线通信功能的设备组成的被测网络； 由若干个具有捕获IEEE802.15.4网络数据的设备组成的探测节点，探测节点可以捕获空中IEEE802.15.4规范相应频段的无线数据包，并通过USB模块接入到处理中心，实现将捕获的无线数据包传送给处理中心的功能； 所述的方法包括以下过程: 步骤一:部署探测节点到被测网络中，将若干探测节点部署在被测网络中，要求探测节点所组成的探测范围能够覆盖被测网络的主要分布范围，探测节点分布好之后，将探测节点通过USB接口接入到处理中心，并将所有探测节点启动运行，待探测节点开始运行之后，被测网络启动运行； 步骤二:探测节点捕获被测网络中发送的数据包，被测网络在运行之后，被测网络中的设备开始通信，探测节点一直监听空中是否有数据传送，当被测网络中的设备通过无线发送数据后，探测节点能立即监听到数据包，被监听到的数据包称之为捕获数据包，探测节点将捕获数据包通过USB发送到处理中心； 步骤三:处理中心分析捕获到的数据包，处理中心实时接收从各个探测节点发来的捕获数据包，解析捕获数据包的内容，并分析该捕获数据包的发送与接收设备地址，利用数据包中的设备地址信息建立拓扑连接关系，并将拓扑连接关系显示在处理中心的显示屏上。
2.根据权利要求1所述的一种无线网络拓扑检测的方法，其特征在于，步骤三的具体实施步骤如下: 第一步:创建一个设备列表，该列表中保存网络中已经探测到的设备信息，该设备信息包括设备的地址信息及与其一跳通信的设备列表； 第二步:从捕获数据包中获取发送地址信息和接收地址信息； 第三步:以发送地址信息为索引搜索设备列表，若不存在该发送设备，则创建该发送地址信息所对应的新设备，并将该新设备添加到设备列表中，转入下一步； 第四步:以接收地址信息为索引搜索设备列表，若不存在该接收设备，则创建该接收地址所对应的新设备，并将新设备添加到设备列表中，转入下一步； 第五步:查询发送设备的一跳通信的设备列表，若不存在接收设备信息，则将接收设备信息添加到一跳通信设备列表中，若存在接收设备信息并且该捕获数据包为网络离开信息包，则将该接收设备信息从一跳通信设备列表中删除，转入下一步； 第六步:查询接收设备的一跳通信的设备列表，若不存在发送设备信息，则将发送设备信息添加到一跳通信设备列表中，若存在发送设备信息并且该捕获数据包为网络离开信息包，则将该发送设备信息从一跳通信设备列表中删除，转入下一步； 第七步:更新设备情况和连接信息，并将更新后的信息显示在显示屏上，进入下一步；第八步:检测是否存在新的捕获数据包，若发现新的捕获数据包，重新进入第一步，若不存在新的捕获数据包，结束操作。
3.根据权利要求1或2所述的一种无线网络拓扑检测的方法，其特征在于，该方法适用于基于IEEE802.15.4标准的ZigBee2003及其后续演化协议。
4.根据权利要求1或2所述的一种无线网络拓扑检测的方法，其特征在于，该方法还适用于基于IEEE802.15.4标准的RF4CE协议及其后续演化协议。
5.根据权利要求1或2所述的一种无线网络拓扑检测的方法，其特征在于，该方法也适用于基于IEEE802.15.4标准的6LowPan协议及其后续演化协议。
6.根据权利要求2所述的一种无线网络拓扑检测的方法，其特征在于，所述的地址信息为以下地址中的一种:IEEE32位物理扩展地址、16位网络短地址、IP地址。
【文档编号】H04L12/24GK103746858SQ201410056233
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】钟浩然, 史继通, 刘波, 刘美丽, 武传坤 申请人:山东微分电子科技有限公司