一种适用于树型拓扑结构的无线组网方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于树型拓扑结构的无线组网方法，包括有组网方法和更改网关节点与传感节点所构成网络的拓扑结构的方法，所述的组网方法包括有协调器节点入网方法、网关节点入网方法和传感节点入网方法。本发明利用应用环境通信范围小的特点，组成符合实际情况的树型拓扑结构无线网络，并不是传统无线传感器网络的复杂网状拓扑结构，有效节约成本；除协调器节点外，其他节点无需人工控制，上电后即可自组织成网；可更改网关节点与传感节点所构成网络的拓扑结构，灵活配置。
【专利说明】一种适用于树型拓扑结构的无线组网方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线传感器网络领域，尤其涉及一种适用于树型拓扑结构的无线组网方法。
【背景技术】
[0002]在传统的无线传感器网络中，布置节点通常是随机的、大规模的、分散的。但是在智能家居等某些特定领域中，节点位置布置确定(如布置在房间内的温湿度传感器、红外入侵传感器、烟雾传感器)、周期性采集数据、数据传输频率较低、通信范围较小。根据此类环境，提出一种合适的组网方法是至关重要的。
【发明内容】
[0003]本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种适用于树型拓扑结构的无线组网方法。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的:
一种适用于树型拓扑结构的无线组网方法，包括有组网方法和更改网关节点与传感节点所构成网络的拓扑结构的方法，所述的组网方法包括有协调器节点入网方法、网关节点入网方法和传感节点入网方法。一个协调器节点与多个网关节点构成星型无线网络一；一个网关节点与多个传感节点构成星型无线网络二 ；其中无线网络一和无线网络二可以是不同类别的无线网络，两者共同构成树型拓扑结构无线网络。
[0005]所述的组网方法包括以下步骤:
步骤1:协调器节点入网方法:协调器节点属于根节点，根节点上电即进行初始化，获取网关节点与传感节点所构成网络的拓扑结构配置信息，网关节点的入网过程需要受到根节点的控制；
步骤2:网关节点入网方法，具体步骤如下:
步骤2.1:网关节点上电后，从存储设备中读取物理地址，并向协调器节点发送携带自身物理地址的请求入网RNR消息，若网关节点等待协调器节点的RTT消息即网关节点的网络拓扑结构配置消息超时，就重发RNR消息，重发规定的次数后依然接收不到RTT消息，则重启系统；
步骤2.2:协调器节点接收到RNR消息后，构建该网关节点的网络拓扑结构配置消息，发送至该网关节点；
步骤2.3:网关节点接收到RTT消息，解析后保存网络拓扑结构配置信息，并设置自身的逻辑地址；
步骤3:传感节点入网方法，具体步骤如下:
步骤3.1:传感节点上电后，从存储设备中读取物理地址，以跳频广播的形式发送携带自身物理地址的RNR消息，并等待网关节点回复其逻辑地址和物理地址的地址映射RLA消息；其中跳频的方式为:每个频率发送规定的次数，若规定的次数后没有收到应答，则跳转至下一频率继续发送，若扫描完所有频率仍然没有应答，则进入睡眠状态，唤醒时继续重复跳频发送RNR消息；
步骤3.2:网关节点接收到RNR消息后，获取该传感节点的物理地址；根据保存的网络拓扑结构配置信息，判断该物理地址是否在配置信息映射中，若是则发送该节点的逻辑地址和物理地址的地址映射RLA消息，否则不响应；
步骤3.3:传感节点接收RLA消息后，解析查看物理地址信息，若物理地址与自身的物理地址相同，则根据地址映射消息来设置自身的逻辑地址，记录当前工作频率信息，并重新初始化射频。
[0006]所述的更改网关节点与传感节点所构成网络的拓扑结构的方法步骤如下:协调器节点根据实际网络拓扑或负载平衡情况，需更改某网关节点与其传感节点所构成网络的拓扑结构，将网关节点一通信的传感节点一，变更为网关节点二通信的传感节点，具体步骤如下:
步骤a:协调器节点发送更改网络拓扑CNT消息至网关节点一和网关节点二，并启动超时重传机制；
步骤b:网关节点一和网关节点二接收到CNT消息后，发送请求更新网关节点的网络拓扑结构配置RUC消息至协调器节点，并启动超时重传机制；
步骤c:协调器节点接收到RUC消息后，回复网关节点一和网关节点二相应的RTT消息，该消息包括两个网关节点新的网络拓扑结构配置信息；
步骤d:网关节点一和网关节点二接收到RTT消息后，解析保存新的网络拓扑结构配置信息；
步骤e:当网关节点一接收到原传感节点一发送的信息后，对比新的网络拓扑结构配置信息，若无该逻辑地址与物理地址映射信息，则向传感节点一发送CNT消息，并启动超时重传机制；
步骤f:传感节点一收到CNT消息后，发送RNR消息，网关节点二将进行响应。
[0007]本发明的优点是:本发明利用应用环境通信范围小的特点，组成符合实际情况的树型拓扑结构无线网络，并不是传统无线传感器网络的复杂网状拓扑结构，有效节约成本；除协调器节点外，其他节点无需人工控制，上电后即可自组织成网；可更改网关节点与传感节点所构成网络的拓扑结构，灵活配置。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明的网络拓扑结构图。
[0009]图2为本发明的组网流程图。
[0010]图3为本发明的网关节点入网流程图。
[0011]图4为本发明的传感节点入网流程图。
【具体实施方式】
[0012]如图1所示，选取的节点为:协调器节点1、网关节点2.Γ2.2、传感节点3.Γ3.5、传感节点4.Γ4.5 ;其中协调器节点可以不是传统的节点类型，能够更改相关配置信息即可；协调器节点I与网关节点2.1和2.2构成星型无线网络一 5 ;网关节点2.1与多个传感节点3.Γ3.5构成星型无线网络二 6 ;网关节点2.2与多个传感节点4.Γ4.5构成星型无线网络二 6 ;其中无线网络一 5可以是Bluetooth网络，无线网络二 6可以是ZigBee网络，两者共同构成树型拓扑结构无线网络。
[0013]如图2、3、4所示，一种适用于树型拓扑结构的无线组网方法，包括有组网方法和更改网关节点与传感节点所构成网络的拓扑结构的方法，所述的组网方法包括有协调器节点入网方法、网关节点入网方法和传感节点入网方法。一个协调器节点与多个网关节点构成星型无线网络一；一个网关节点与多个传感节点构成星型无线网络二 ；其中无线网络一和无线网络二可以是不同类别的无线网络，两者共同构成树型拓扑结构无线网络。
[0014]所述的组网方法包括以下步骤:
步骤1:协调器节点入网方法:协调器节点I属于根节点，根节点上电即进行初始化，获取网关节点2.1与传感节点3.Γ3.5所构成网络的拓扑结构配置信息，以及获取网关节点2.2与传感节点4.f 4.5所构成网络的拓扑结构配置信息；网关节点2.1和网关节点2.2的入网过程需要受到根节点的控制；
步骤2:网关节点2.1入网方法(网关节点2.2入网阶段类似)，具体步骤如下:
步骤2.1:网关节点2.1上电后，从存储设备中读取物理地址，并向协调器节点发送携带自身物理地址的请求入网RNR消息，若网关节点2.1等待协调器节点一的RTT消息即网关节点的网络拓扑结构配置消息超时，就重发RNR消息，重发规定的次数后依然接收不到RTT消息，则重启系统；
步骤2.2:协调器节点I接收到RNR消息后(RTT消息，该消息含有网关节点2.1的逻辑地址以及在其网络拓扑结构中的传感节点3.Γ3.5的物理地址信息)，构建该网关节点2.1的网络拓扑结构配置消息，发送至该网关节点2.1 ；
步骤2.3:网关节点2.1接收到RTT消息，解析后保存网络拓扑结构配置信息，并设置自身的逻辑地址；
步骤3:传感节点3.5入网方法(传感节点3.Γ3.4，传感节点4.Γ4.5入网阶段类似)，具体步骤如下:
步骤3.1:传感节点3.5上电后，从存储设备中读取物理地址，以跳频广播的形式发送携带自身物理地址的RNR消息，并等待网关节点2.1回复其逻辑地址和物理地址的地址映射RLA消息；其中跳频的方式为:每个频率发送规定的次数，若规定的次数后没有收到应答，则跳转至下一频率继续发送，若扫描完所有频率仍然没有应答，则进入睡眠状态，唤醒时继续重复跳频发送RNR消息；
步骤3.2:网关节点2.1接收到RNR消息后，获取该传感节点的物理地址；根据保存的网络拓扑结构配置信息，判断该物理地址是否在配置信息映射中，若是则发送该节点的逻辑地址和物理地址的地址映射RLA消息，若是网关节点2.2接收到RNR消息后，未能找到物理地址在其配置信息映射中，不会有响应；
步骤3.3:传感节点3.5接收RLA消息后，解析查看物理地址信息，若物理地址与自身的物理地址相同，则根据地址映射消息来设置自身的逻辑地址，记录当前工作频率信息，并重新初始化射频。
[0015]所述的更改网关节点与传感节点所构成网络的拓扑结构的方法步骤如下:协调器节点I根据实际网络拓扑或负载平衡情况，需更改某网关节点2.1与其传感节点3.2所构成网络的拓扑结构，将网关节点一 2.1通信的传感节点3.2，变更为网关节点二 2通信的传感节点3.2，具体步骤如下:
步骤a:协调器节点I发送更改网络拓扑CNT消息至网关节点一 2.1和网关节点二 2.2，并启动超时重传机制；
步骤b:网关节点一 2.1和网关节点二 2.2接收到CNT消息后，发送请求更新网关节点的网络拓扑结构配置RUC消息至协调器节点1，并启动超时重传机制；
步骤c:协调器节点I接收到RUC消息后，回复网关节点一 2.1和网关节点二 2.2相应的RTT消息，该消息包括两个网关节点新的网络拓扑结构配置信息；
步骤d:网关节点一 2.1和网关节点二 2.2接收到RTT消息后，解析保存新的网络拓扑结构配置信息；
步骤e:当网关节点一 2.1接收到原传感节点3.2发送的信息后，对比新的网络拓扑结构配置信息，若无该逻辑地址与物理地址映射信息，则向传感节点3.2发送CNT消息，并启动超时重传机制；
步骤f:传感节点3.2收到CNT消息后，发送RNR消息，网关节点二 2.2将进行响应。
【权利要求】
1.一种适用于树型拓扑结构的无线组网方法，其特征在于:包括有组网方法和更改网关节点与传感节点所构成网络的拓扑结构的方法，所述的组网方法包括有协调器节点入网方法、网关节点入网方法和传感节点入网方法。
2.根据权利要求1所述的一种适用于树型拓扑结构的无线组网方法，其特征在于:所述的组网方法包括以下步骤: 步骤1:协调器节点入网方法:协调器节点属于根节点，根节点上电即进行初始化，获取网关节点与传感节点所构成网络的拓扑结构配置信息，网关节点的入网过程需要受到根节点的控制； 步骤2:网关节点入网方法，具体步骤如下: 步骤2.1:网关节点上电后，从存储设备中读取物理地址，并向协调器节点发送携带自身物理地址的请求入网RNR消息，若网关节点等待协调器节点的RTT消息即网关节点的网络拓扑结构配置消息超时，就重发RNR消息，重发规定的次数后依然接收不到RTT消息，则重启系统； 步骤2.2:协调器节点接收到RNR消息后，构建该网关节点的网络拓扑结构配置消息，发送至该网关节点； 步骤2.3:网关节点接收到RTT消息，解析后保存网络拓扑结构配置信息，并设置自身的逻辑地址； 步骤3:传感节点入网方法，具体步骤如下: 步骤3.1:传感节点上电后，从存储设备中读取物理地址，以跳频广播的形式发送携带自身物理地址的RNR消息，并等待网关节点回复其逻辑地址和物理地址的地址映射RLA消息；其中跳频的方式为:每个频率发送规定的次数，若规定的次数后没有收到应答，则跳转至下一频率继续发送，若扫描完所有频率仍然没有应答，则进入睡眠状态，唤醒时继续重复跳频发送RNR消息； 步骤3.2:网关节点接收到RNR消息后，获取该传感节点的物理地址；根据保存的网络拓扑结构配置信息，判断该物理地址是否在配置信息映射中，若是则发送该节点的逻辑地址和物理地址的地址映射RLA消息，否则不响应； 步骤3.3:传感节点接收RLA消息后，解析查看物理地址信息，若物理地址与自身的物理地址相同，则根据地址映射消息来设置自身的逻辑地址，记录当前工作频率信息，并重新初始化射频。
3.根据权利要求1所述的一种适用于树型拓扑结构的无线组网方法，其特征在于:所述的更改网关节点与传感节点所构成网络的拓扑结构的方法步骤如下:协调器节点根据实际网络拓扑或负载平衡情况，需更改某网关节点与其传感节点所构成网络的拓扑结构，将网关节点一通信的传感节点一，变更为网关节点二通信的传感节点，具体步骤如下: 步骤a:协调器节点发送更改网络拓扑CNT消息至网关节点一和网关节点二，并启动超时重传机制； 步骤b:网关节点一和网关节点二接收到CNT消息后，发送请求更新网关节点的网络拓扑结构配置RUC消息至协调器节点，并启动超时重传机制； 步骤c:协调器节点接收到RUC消息后，回复网关节点一和网关节点二相应的RTT消息，该消息包括两个网关节点新的网络拓扑结构配置信息； 步骤d:网关节点一和网关节点二接收到RTT消息后，解析保存新的网络拓扑结构配置信息； 步骤e:当网关节点一接收到原传感节点一发送的信息后，对比新的网络拓扑结构配置信息，若无该逻辑地址与物理地址映射信息，则向传感节点一发送CNT消息，并启动超时重传机制； 步骤f:传感节点一收到CNT消息后，发送RNR消息，网关节点二将进行响应。
【文档编号】H04W16/18GK104378770SQ201410662648
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】魏振春, 徐祥伟, 石雷, 马学森, 徐俊逸, 郭令, 卫星, 陈晓 申请人:合肥工业大学