无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法、装置和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法、装置和系统。涉及无线通信领域；解决了自动识别覆盖区域中无线节点设备的拓扑结构的问题。该方法包括：无线多跳通信网络中的可接入节点在有待接入节点选择该可接入节点作为父节点时，与该待接入节点进行握手协商；与所述待接入节点进行链路维持信息交互，接收所述待接入节点上报的链路维持信息和监听信息；所述可接入节点根据所述监听信息，从至少一个选择该可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点，生成接入拓扑判断结果。本发明提供的技术方案适用于无线通信多跳网络，实现了无线多跳通信网络中拓扑结构的构建。
【专利说明】无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法、装置和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种用于无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法、装置和系统。
【背景技术】
[0002]网络拓扑构建是实现网络管理功能的基本条件之一。网络的拓扑信息可以用于监控和管理无线网络的连通性，获取路由信息，搜索网络中的瓶颈，协助无线空口资源分配，是帮助用户决策、实现对网络的控制、管理和维护的重要信息。
[0003]由于链状或树状网络无线覆盖区域的需求，接入点无线覆盖区域中的无线节点设备往往会有多个，而这些无线节点设备在邻接关系上又会呈现出多种不同的拓扑结构。如何自动识别覆盖区域中无线节点设备的拓扑结构，成为了无线树状网络拓扑构建过程中的关键性问题。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法、装置和系统，解决了自动识别覆盖区域中无线节点设备的拓扑结构的问题。
[0005]本发明提供了一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法，包括:
[0006]无线多跳通信网络中的可接入节点在有待接入节点选择该可接入节点作为父节点时，与该待接入节点进行握手协商；
[0007]所述可接入节点在握手成功后，与所述待接入节点进行链路维持信息交互，接收所述待接入节点上报的链路维持信息和监听信息，所述监听信息为所述待接入节点利用子向天线接收到的除所述父节点外其他邻居节点的父向天线发出的信息所形成的信息；
[0008]所述可接入节点根据所述监听信息，从至少一个选择该可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点，生成接入拓扑判断结果，所述拓扑判断结果指示该可接入节点选择的下一级子节点；
[0009]所述可接入节点将所述接入拓扑判断结果上报给拓扑生成节点，供所述拓扑生成节点构建拓扑。
[0010]优选的，可接入节点在有待接入节点选择该可接入节点作为父节点时，与该待接入节点进行握手协商的步骤之前，还包括:
[0011 ] 所述可接入节点周期性的向空口发送可接入节点信息，表明该可接入节点的身份及状态，所述可接入节点信息至少包括以下任一或任意多项信息:
[0012]身份识别信息，子节点个数信息，可接入节点能力信息。
[0013]优选的，无线多跳通信网络中的可接入节点在有待接入节点选择该可接入节点作为父节点时，与该待接入节点进行握手协商的步骤之前，还包括:
[0014]所述待接入节点接收可提供网络接入服务的至少一个可接入节点发送的可接入节点信息；[0015]所述待接入节点根据该可接入节点信息从所述至少一个可接入节点中选择父节点。
[0016]优选的,所述待接入节点根据该可接入节点信息从所述至少一个可接入节点中选择父节点包括:
[0017]所述待接入节点通过父向天线接收可接入节点信息,发现可接入节点；
[0018]所述待接入节点根据与各个可接入节点之间的信道质量和/或各个可接入节点已接入子节点的个数，选择一个可接入节点作为父节点；
[0019]所述待接入节点向作为父节点的所述可接入节点发起握手协商。
[0020]优选的，所述待接入节点根据与各个可接入节点之间的信道质量和/或各个可接入节点已接入子节点的个数，选择一个可接入节点作为父节点包括:
[0021]所述待接入节点选择信道质量较佳和/或已接入子节点的个数较少的可接入节点作为父节点。
[0022]优选的，所述可接入节点在握手成功后，与所述待接入节点进行链路维持信息交互，接收所述待接入节点上报的链路维持信息和监听信息的步骤之前，还包括:
[0023]所述待接入节点利用子向天线接收除所述父节点外其他邻居节点父向天线发出的信息，并利用该信息以及该信息所携带的物理信道特征来生成监听信息，所述监听信息为直接或间接表明所述待接入节点与除所述父节点外其他邻居节点之间邻接关系的信息；
[0024]所述待接入节点与所述可接入节点进行链路维持信息交互，通过父向天线向所述可接入节点发送链路维持信息，在发送链路维持信息的同时将所述监听信息上报给所述可接入节点。
[0025]优选的，所述可接入节点根据所述监听信息，从至少一个选择该可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点，生成接入拓扑判断结果包括:
[0026]所述可接入节点根据所述监听信息，形成由于所述待接入节点的加入而形成的新的拓扑结构；
[0027]所述可接入节点根据所述拓扑结构，从至少一个选择该可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点；
[0028]所述可接入节点生成接入拓扑判断结果,在所述接入拓扑判断结果中携带该可接入节点选择的下一级子节点的信息。
[0029]优选的，所述可接入节点将所述接入拓扑判断结果上报给拓扑生成节点，供所述拓扑生成节点构建拓扑的步骤之后，还包括:
[0030]所述拓扑生成节点向所述待接入节点反馈接入所述父节点是否成功的结果。
[0031]优选的,所述拓扑生成节点向所述待接入节点反馈接入所述父节点是否成功的结果的步骤之后，还包括:
[0032]所述待接入节点在所述拓扑生成节点反馈指示接入所述父节点成功时,等待拓扑构建完成；
[0033]在拓扑构建完成后，所述待接入节点作为可接入节点向其他节点提供接入服务。
[0034]优选的，所述拓扑生成节点向所述待接入节点反馈接入所述父节点是否成功的结果的步骤之后，还包括:
[0035]所述待接入节点在所述拓扑生成节点反馈指示接入所述父节点失败时,重新选择其他可接入节点作为父节点，发起接入流程。
[0036]本发明还提供了一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建装置，适于无线多跳通信网络，该装置包括:
[0037]协商模块，用于在可接入节点被待接入节点选择作为父节点时，与该待接入节点进行握手协商；
[0038]第一信息交互模块，用于在握手成功后，与所述待接入节点进行链路维持信息交互，接收所述待接入节点上报的链路维持信息和监听信息，所述监听信息为所述待接入节点利用子向天线接收到的除所述父节点外其他邻居节点的父向天线发出的信息所形成的
信息；
[0039]子节点选择模块，用于根据所述监听信息，从至少一个选择所述可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点，生成接入拓扑判断结果,所述拓扑判断结果指示该可接入节点选择的下一级子节点；
[0040]结果上报模块，用于将所述接入拓扑判断结果上报给拓扑生成节点，供所述拓扑生成节点构建拓扑。
[0041]优选的，该装置还包括:
[0042]节点信息发送模块，用于周期性的向空口发送可接入节点信息，表明可接入节点的身份及状态，所述可接入节点信息至少包括以下任一或任意多项信息:
[0043]身份识别信息，子节点个数信息，可接入节点能力信息。
[0044]优选的，该装置还包括:
[0045]节点信息接收模块，用于接收可提供网络接入服务的至少一个可接入节点发送的可接入节点信息；
[0046]父节点选择模块，用于根据该可接入节点信息从所述至少一个可接入节点中选择父节点。
[0047]优选的，所述父节点选择模块包括:
[0048]可接入节点发现单元，用于通过父向天线接收可接入节点信息，发现可接入节
占.[0049]父节点选择单元，用于根据与各个可接入节点之间的信道质量和/或各个可接入节点已接入子节点的个数，选择一个可接入节点作为父节点；
[0050]协商发起单元，用于向作为父节点的所述可接入节点发起握手协商。
[0051]优选的，该装置还包括:
[0052]邻居节点信息收集模块，用于利用子向天线接收除所述父节点外其他邻居节点父向天线发出的信息，并利用该信息以及该信息所携带的物理信道特征来生成监听信息，所述监听信息为直接或间接表明所述待接入节点与除所述父节点外其他邻居节点之间邻接关系的彳目息；
[0053]第二信息交互模块，用于与所述可接入节点进行链路维持信息交互，通过父向天线向所述可接入节点发送链路维持信息，在发送链路维持信息的同时将所述监听信息上报给所述可接入节点。[0054]优选的，所述子节点选择模块包括:
[0055]拓扑结构形成单元，用于根据所述监听信息，形成由于所述待接入节点的加入而形成的新的拓扑结构；
[0056]子节点选择单元，用于根据所述拓扑结构，从至少一个选择该可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点；
[0057]拓扑判断结果生成单元，用于生成接入拓扑判断结果，在所述接入拓扑判断结果中携带该可接入节点选择的下一级子节点的信息。
[0058]优选的，该装置还包括:
[0059]结果反馈模块，用于向所述待接入节点反馈接入所述父节点是否成功的结果。
[0060]本发明还提供了一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建系统，包括无线多跳通信网络中的可接入节点、待接入节点和拓扑生成节点；
[0061]所述可接入节点，用于在所述待接入节点选择该可接入节点作为父节点时，与该待接入节点进行握手协商，在握手成功后，与所述待接入节点进行链路维持信息交互，接收所述待接入节点上报的链路维持信息和监听信息，所述监听信息为所述待接入节点利用子向天线接收到的除所述父节点外其他邻居节点的父向天线发出的信息所形成的信息，并根据所述监听信息，从至少一个选择该可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点，生成接入拓扑判断结果，所述拓扑判断结果指示该可接入节点选择的下一级子节点，将所述接入拓扑判断结果上报给拓扑生成节点，供所述拓扑生成节点构建拓扑。
[0062]优选的，所述可接入节点，还用于周期性的向空口发送可接入节点信息，表明该可接入节点的身份及状态，所述可接入节点信息至少包括以下任一或任意多项信息:
[0063]身份识别信息，子节点个数信息，可接入节点能力信息。
[0064]优选的，所述待接入节点，用于接收可提供网络接入服务的至少一个可接入节点发送的可接入节点信息，根据该可接入节点信息从所述至少一个可接入节点中选择父节点。
[0065]优选的,所述拓扑生成节点，用于向所述待接入节点反馈接入所述父节点是否成功的结果。
[0066]优选的,所述待接入节点，还用于在所述拓扑生成节点反馈指示接入所述父节点成功时，等待拓扑构建完成，在拓扑构建完成后，所述待接入节点作为可接入节点向其他节点提供接入服务。
[0067]优选的,所述待接入节点,还用于在所述拓扑生成节点反馈指示接入所述父节点失败时，重新选择其他可接入节点作为父节点，发起接入流程。
[0068]本发明提供了一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法、装置和系统，无线多跳通信网络中的可接入节点在有待接入节点选择该可接入节点作为父节点时，与该待接入节点进行握手协商，所述可接入节点在握手成功后，与所述待接入节点进行链路维持信息交互，接收所述待接入节点上报的链路维持信息和监听信息，所述监听信息为所述待接入节点利用子向天线接收除所述父节点外其他邻居节点的父向天线发出的信息，所述可接入节点根据所述监听信息判断能否接受所述待接入节点的接入，生成接入拓扑判断结果，并将所述接入拓扑判断结果上报给拓扑生成节点，供所述拓扑生成节点构建拓扑。实现了无线多跳通信网络中拓扑结构的构建，解决了自动识别覆盖区域中无线节点设备的拓扑结构的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0069]图1为本发明的实施例所适用的树状网络结构示意图；
[0070]图2为本发明实施例中节点设备的构成示意图；
[0071]图3为本发明的实施例一中可接入节点侧的拓扑构建流程图；
[0072]图4为接入拓扑判断的一种实施场景的示意图；
[0073]图5为本发明的实施例一中待接入节点的拓扑构建流程图；
[0074]图6为本发明的实施例一中父节点选择流程图；
[0075]图7为本发明的实施例一中一种父节点选择的具体场景示意图；
[0076]图8为本发明的实施例一中邻居发现流程图；
[0077]图9节点K+1所形成的监听信息示意图；
[0078]图10为接入拓扑判断信息的形式示意图；
[0079]图11为节点插入场景示意图；
[0080]图12为本发明的实施例二提供的一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法的流程图；
[0081]图13为本发明的实施例三提供的一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建系统的不意图；
[0082]图14为本发明的实施例三提供的一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建装置的结构示意图；
[0083]图15为图14中父节点选择模块1407的结构示意图；
[0084]图16为图14中子节点选择模块1403的结构示意图。
【具体实施方式】
[0085]由于链状或树状网络无线覆盖区域的需求，接入点无线覆盖区域中的无线节点设备往往会有多个，而这些无线节点设备在邻接关系上又会呈现出多种不同的拓扑结构。如何自动识别覆盖区域中无线节点设备的拓扑结构，成为了无线树状网络拓扑构建过程中的关键性问题。
[0086]为了解决上述问题，本发明的实施例提供了一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法、装置和系统。下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0087]首先结合附图，对本发明的实施例一进行说明。
[0088]本发明实施例提出了一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法，可在树状网络初始构建时，自动分析、识别和生成网络的拓扑结构。
[0089]图1展示了本发明实施例所适用的树状网络结构。其中树状网络的根部的节点的层级(深度)为O。按由树状网络根部到叶子的方向，通信跳数每增加1，节点的层级增加
I。约定，无线通信区域相互覆盖并且层级相差为I的两个节点互为邻接节点。约定，从树状网络的根部节点到叶子节点的方向为子向方向，从叶子节点到根部节点的方向为父向方向。
[0090]本发明实施例所述的树状网络拓扑识别和构建机制采用了逐层构建的方法，可适用于节点个数大于等于I的树状网络拓扑构建。
[0091]所述层级构建方法为，根节点先接入网络，I层级的节点接入根节点，然后2层级的节点接入I层级的节点，以此方式进行逐层接入。
[0092]所述的节点可以是但并不局限于中继节点、基站、移动终端等无线通信设备。
[0093]本发明实施例中所述的无线树状网络拓扑自动识别和构建机制的流程包括了父节点的选择、拓扑识别和网络拓扑生成的流程。
[0094]所述父节点选择是指待接入节点选择可提供最优网络接入服务的父节点(可接入节点)。其流程包括待接入节点汇聚可接入节点信息和父节点选取两个过程。
[0095]其中，可接入节点是指已经接入了树状网络的节点。该节点可以作为其他待接入节点的父节点，为待接入节点提供网络接入服务。
[0096]其中，所述的可接入节点信息是指可接入节点发出的表征自己身份及状态的信息。至少包括但不限于身份识别信息、子节点个数信息。
[0097]待接入节点在做父节点选取决策时，除需要知道各个可接入节点信息外，还需知道能够表征或推算与各个可接入节点之间信道质量的信息。该信息可由待接入节点端进行测量，也可由可接入节点进行测量后告知待接入节点。
[0098]所述的父节点选取的选取规则为:1、优先选取子节点个数较少的可接入节点作为父节点；2、当可接入节点的子节点个数相同时，优先选取具有较好通信质量的可接入节点作为父节点。
[0099]待接入节点选取父节点后，向父节点发起握手协商，确认选择结果。
[0100]所述拓扑判断是指可接入节点从覆盖区域内的待接入节点中选取其子节点并识别子节点的接入拓扑类型的过程。包括邻居发现和接入拓扑识别过程。
[0101]所述邻居发现是指待接入节点对空口监听，获取并记录邻居节点的信息，并利用该信息以及该信息携带的物理信道特征形成监听信息。为了保证待接入节点有足够的时间形成监听信息，在邻居发现的过程中会保证接入节点与其覆盖区域内的所有节点进行多次交互。
[0102]所述拓扑识别过程包括待接入节点向可接入节点汇报监听信息和可接入节点进行接入拓扑判断两个过程。
[0103]其中，所述待接入节点向可接入节点汇报监听信息是指待接入节点在与可接入节点进行交互的过程中，将监听信息发送给可接入节点。
[0104]其中，可接入节点进行接入拓扑判断是指可接入节点利用汇集到的监听信息之间表征的邻接关系，对覆盖区域内的待接入节点的拓扑关系进行分析，从待接入节点中找到子节点，并判断子节点的接入拓扑类型。
[0105]网络拓扑生成是指可接入节点向网络拓扑生成节点上报接入拓扑类型，由网络拓扑生成节点对网络拓扑结构进行更新。
[0106]图2显示了本发明实施例中节点设备的构成，节点设备采用了双通道、异频、异步的工作方式。节点的构成和工作模式仅为对本发明的实施例进行解释和说明，并不对本发明构成约束。节点设备至少由父向天线、子向天线、父向信道质量测量模块、子向信道质量测量模块、数据通道模块、监听模块和拓扑识别模块构成。
[0107]其中，所述父向天线用于节点与其父向节点之间进行通信。
[0108]其中，所述子向天线用于节点与其子向节点之间进行通信。
[0109]其中，所述父向信道质量测量模块用于测量与父向节点之间的链路通信质量。
[0110]其中，所述子向信道质量测量模块用于测量与子向节点之间的链路通信质量。
[0111]其中，所述数据通道模块用于对节点间的数据信息进行处理和控制，包括数据信息的接收控制和发送控制。
[0112]其中，所述拓扑判断模块用于可接入节点对汇聚的监听信息进行分析，找到邻接子节点，并判断邻接子节点的接入拓扑类型。
[0113]其中，所述监听模块用于待接入节点整理所收到的与其他邻居之节点间的信道通信质量信息，形成监听信息表。
[0114]以下分别从可接入节点侧和待接入节点侧描述无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建过程。
[0115]其中，可接入节点侧的拓扑构建流程如图3所示，包括:
[0116]步骤301、可接入节点周期性的向空口发送可接入节点信息，当有待接入节点选择了本节点作为父节点并通过了握手协商确，即触发可接入节点侧的拓扑构建流程。
[0117]步骤302、拓扑构建流程触发后，可接入节点则开始与待接入节点进行链路维持信息交互。链路维持信息交互过程中，待接入节点的父向天线会发送链路维持信息。链路维持信息的交互过程中，可接入节点接收并记录各个子节点上送的监听信息，利用监听信息建立和更新拓扑判断信息。
[0118]步骤303、一段时间后，链路维持信息交互过程终止。可接入节点利用拓扑判断信息进行接入拓扑类型判断。
[0119]图4为接入拓扑判断的一种实施场景，用于对接入拓扑判断过程进行说明，并不对本发明构成约束。所示场景中，根节点和节点K为已完成网络拓扑构建，为可接入节点。节点K的覆盖范围内存在4个待接入节点且均选择了节点K作为邻接上级节点。其中节点K+1的子向天线能够收到节点K+3父向天线发出的信号，其信号质量为A。节点K+2的子向天线能够收到节点K+4的父向天线发出的信号，其信号质量为B。节点K+1和节点k+2的子向天线分别能够收到对方父向天线发出的信号，该信号为天线旁瓣泄露的信号，能量较小，信号质量分别为C和D。其中，A和B远大于C和D，并且A、B大于可通信门限，C、D小于可通信门限。
[0120]步骤304、可接入节点将接入拓扑类型的结果上报网络中的拓扑生成节点，供所述拓扑生成节点生成树状拓扑。
[0121]待接入节点的拓扑构建流程如图5所示，包括:
[0122]步骤501、待接入节点进行信息汇聚，通过父向天线接收可接入节点信息，并通过父向信道质量测量模块，检测与各个可接入节点之间的信道质量。
[0123]步骤502、父节点选择；
[0124]在对信道质量检测完成后，待接入节点即可从至少一个可接入节点中进行父节点选择。
[0125]其中，所述父节点选择流程如图6所示。待接入节点汇聚能够接收到的可接入节点信息，本发明实例中，可接入节点信息包括了身份识别信息和子节点个数信息。同时检测并记录与各个可接入节点之间的信道质量，该信道质量可以用SNR，RSSI等表征通信质量的值来描述。
[0126]一段时间后，待接入节点利用汇聚到的信息进行父节点的选择。
[0127]选择时，可以选择信道质量和/或子节点的个数作为选择时的参考标准。可以优先选择子节点个数最少的节点作为父节点。这种选择方式可以减少与其他子节点对竞争空口资源的竞争。
[0128]如果全部可接入节点的子节点个数相同或相近，则选择通信质量较好的节点作为父节点。
[0129]图7给出了一种父节点选择的具体场景。所述场景仅为对本发明进行解释和说明，并不对本发明构成约束。在图6所示的场景中根节点、节点K和节点K+1为已经完成拓扑构建，为可接入节点。节点K+2和节点K+3为待接入的节点。其中节点K+2可收到根节点和节点K发送的可接入节点信息。节点K+3可收到节点K和节点K+1发送的可接入节点信息。
[0130]节点K+3在选择邻接上级节点时。依据汇聚到的可接入节点信息，判断出节点k+1的子节点个数为0，节点K的子节点个数为1，所以优先选择节点K+1作为邻接上级节点。
[0131]节点K+2在选择邻接上级节点时,依据汇聚到的可接入节点信息，判断出节点K和根节点的子节点个数均为1，但是接收到节点K的发出信号的RSSI值B大于根节点发出的信号的RSSI值A，所以优先选择节点K作为邻接上级节点。
[0132]在选择父节点的过程中，可能有多个待接入节点选择了同一个可接入节点作为父节点。当父节点选择过程完成后，作为父节点的可接入节点即开始触发拓扑类型判断过程。
[0133]所述接入拓扑类型判断分为邻居发现和接入拓扑类型识别两个过程。
[0134]步骤503、邻居发现；
[0135]每个待接入节点利用子向天线接收其他邻居节点的父向天线发出的信息(可能为链路维持信息，也可以是其他信息)，并利用该信息形成监听信息(监听信息具体可为监听表的形式)。
[0136]所述邻居发现流程如图8所示。待接入节点在父节点选择完毕后即打开子向天线和子向信道质量监听模块，开始监听并记录子向天线能够收到的信息以及该信息所携带的物理信道特征。待接入节点通过监听汇聚到的全部信息称为监听信息，包含但不限于邻居节点标识(能够唯一标识节点身份的信息，可能为但不限于节点的物理ID、逻辑ID)、与邻居节点间的通信质量信息。
[0137]其中，所述接入拓扑类型识别是指父节点汇集待接入节点的监听信息，并利用监听信息表征的拓扑关系找到子节点以及识别子节点接入类型的过程。
[0138]步骤504、待接入节点与父节点进行链路维持信息交互，链路维持信息通过父向天线发往父节点，在发送链路维持信息的同时将监听信息上报至父节点。
[0139]图9为图4中节点K+1所形成的监听信息，用于对本发明进行解释和说明，但并不构成约束。其中，节点K+1的子向天线可收到节点K+3父向天线发出的信号，并且信道质量大于可通信门限，说明节点K+3在节点K+1的子向方向。节点K+1的下级天线也可收到节点K+2的父向天线发出的信号，但该信号低于可通信门限，认为节点k+Ι和节点K+2之间无法进行通信，不存在拓扑链接关系。
[0140]待接入节点将监听信息发往所选择的父节点。父节点在收到待接入节点上报的监听信息后生成接入拓扑判断信息。
[0141]在图4所示的实例的场景中，所述接入拓扑判断信息的形式可以如图10所示，但不限于图10所列出的形式。
[0142]步骤505、链路维持信息交互终止后，等待父节点的接入拓扑判断结果。
[0143]父节点在生成拓扑判断信息后，利用拓扑判断信息识别出待接入节点中的子节点。其中，子节点的特征为，在拓扑判断信息表中，不存在其他节点能够监听到子节点父向天线所发出的信息。图9所列出的表格表明，节点K+3和节点K+4的父向天线所发出的信息可以分别被节点K+1和节点K+2所监听到，所以节点K+3和节点K+4应该在节点K+1和节点K+2的子向方向上，不是节点K的子节点。而节点K+1和K+2之间虽然可以相互监听到对方父向天线所发出的信息，但是信道质量低于可通信门限值，所以仍认为两节点间无法通信，在拓扑上不存在父向和向的关系。除此之外，没有其他节点可以监听到节点K+1和节点K+2父向天线发出的信号，所以节点K+1和节点K+2均为节点K的子节点。本次接入拓扑类型为两个分叉节点的接入。
[0144]子节点选择完毕后，可接入节点将拓扑接入类型发送到拓扑生成节点，由其成拓扑树。
[0145]步骤506、如果待接入节点成功成为父节点的子节点，则等待拓扑构建完成。随后待接入节点即可作为可接入节点向其他节点提供接入服务。
[0146]如果待接入节点接入父节点失败，没有成为该父节点的子节点，则重复步骤501至步骤506所述过程。
[0147]拓扑树生成后，节点K+1和节点K+2即为已完成拓扑构建的节点，可作为可接入节点提供接入服务。节点K+3和节点K+4将在下次拓扑构建的过程中，作为子节点分别接入节点K+1和节点K+2。
[0148]利用所述拓扑构建流程，还可对图11所示的节点插入拓扑类型进行识别。该场景下，待接入节点K+2选择节点K作为父节点，并在邻居发现过程中监听到节点K+1父向天线发出的信号。节点K在做接入拓扑判时发现节点K+2侦听到了节点K+1，说明在拓扑位置上节点K+1为节点K+2的子向节点，不应该作为自己的子节点，所以节点K则丢弃节点K+1，选择节点K+2作为子节点。节点K+1在被节点K丢弃后，从网络拓扑中删除，并在后续拓扑构建过程中接入节点K+2。
[0149]下面结合附图，对本发明的实施例二进行说明。
[0150]本发明实施例提供了一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法，使用该方法完成无线多跳通信网络中树状拓扑构建的流程如图，使用该方法完成无线多跳通信网络中树状拓扑构建的流程如图12所示，包括:
[0151]步骤1201、可接入节点周期性的向空口发送可接入节点信息，表明该可接入节点的身份及状态；
[0152]本发明实施例中，所述可接入节点信息至少包括但不限于以下任一或任意多项信息:
[0153]身份识别信息，子节点个数信息，可接入节点能力信息。[0154]步骤1202、所述待接入节点接收可提供网络接入服务的至少一个可接入节点发送的可接入节点信息，根据该可接入节点信息从所述至少一个可接入节点中选择父节点；
[0155]本步骤中，具体包括:
[0156]1、所述待接入节点通过父向天线接收可接入节点信息,发现可接入节点；
[0157]2、所述待接入节点根据与各个可接入节点之间的信道质量和/或各个可接入节点已接入子节点的个数，选择一可接入节点作为父节点；
[0158]3、所述待接入节点选择信道质量较佳和/或已接入子节点的个数较少的可接入节点作为父节点。
[0159]优选的，待接入节点获取与各个可接入节点之间的信道质量时，可通过测量与所述各个可接入节点之间的信道质量获取，也可以通过接收所述可接入节点测量并发送的包含信道质量的信息获取。
[0160]4、所述待接入节点向作为父节点的所述可接入节点发起握手协商。
[0161]步骤1203、无线多跳通信网络中的可接入节点在有待接入节点选择该可接入节点作为父节点时，与该待接入节点进行握手协商；
[0162]步骤1204、所述可接入节点在握手成功后，与所述待接入节点进行链路维持信息交互，接收所述待接入节点上报的链路维持信息和监听信息；
[0163]本发明实施例中，监听信息可以为监听表的形式，所述监听信息为所述待接入节点利用子向天线接收到的除所述父节点外其他邻居节点的父向天线发出的信息所形成的信息。
[0164]本步骤具体包括:
[0165]1、所述待接入节点利用子向天线接收除所述父节点外其他邻居节点的父向天线发出的监听信息；
[0166]2、所述待接入节点与所述可接入节点进行链路维持信息交互，通过父向天线向所述可接入节点发送链路维持信息，在发送链路维持信息的同时将所述监听信息上报给所述可接入节点；
[0167]3、所述可接入节点在与所述待接入节点进行链路维持信息交互时，接收该待接入节点发送的监听信息。
[0168]步骤1205、所述可接入节点根据所述监听信息，从至少一个选择该可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点，生成接入拓扑判断结果，所述拓扑判断结果指示该可接入节点选择的下一级子节点；
[0169]具体判断原理参考本发明的实施例一，在此不再重复说明。
[0170]步骤1206、所述可接入节点将所述接入拓扑判断结果上报给拓扑生成节点，供所述拓扑生成节点构建拓扑。
[0171]步骤1207、所述拓扑生成节点向所述待接入节点反馈接入所述父节点是否成功的结果。
[0172]所述待接入节点在接收到接入拓扑判断结果后，根据该接入拓扑判断结果的不同，进行如下操作:
[0173]1、所述待接入节点在所述拓扑生成节点反馈指示接入所述父节点成功时，等待拓扑构建完成，在拓扑构建完成后，所述待接入节点作为可接入节点向其他节点提供接入服务。
[0174]2、所述待接入节点在所述拓扑生成节点反馈指示接入所述父节点失败时，重新选择其他可接入节点作为父节点，发起接入流程，重新根据图12所示流程进行接入。
[0175]下面结合附图，对本发明的实施例三进行说明。
[0176]一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建系统，其结构如图13所示，包括无线多跳通信网络中的可接入节点、待接入节点和拓扑生成节点；
[0177]所述可接入节点，用于在所述待接入节点选择该可接入节点作为父节点时，与该待接入节点进行握手协商，在握手成功后，与所述待接入节点进行链路维持信息交互，接收所述待接入节点上报的链路维持信息和监听信息，所述监听信息为所述待接入节点利用子向天线接收到的除所述父节点外其他邻居节点的父向天线发出的信息所形成的信息，并根据所述监听信息，从至少一个选择该可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点，生成接入拓扑判断结果，所述拓扑判断结果指示该可接入节点选择的下一级子节点，将所述接入拓扑判断结果上报给拓扑生成节点，供所述拓扑生成节点构建拓扑。
[0178]优选的，所述可接入节点，还用于周期性的向空口发送可接入节点信息，表明该可接入节点的身份及状态，所述可接入节点信息至少包括以下任一或任意多项信息:
[0179]身份识别信息，子节点个数信息，可接入节点能力信息。
[0180]优选的，所述待接入节点，用于接收可提供网络接入服务的至少一个可接入节点发送的可接入节点信息，根据该可接入节点信息从所述至少一个可接入节点中选择父节点。
[0181 ] 优选的，所述拓扑生成节点，用于向所述待接入节点反馈接入所述父节点是否成功的结果。
[0182]优选的,所述待接入节点，还用于在所述拓扑生成节点反馈指示接入所述父节点成功时，等待拓扑构建完成，在拓扑构建完成后，所述待接入节点作为可接入节点向其他节点提供接入服务。
[0183]优选的,所述待接入节点，还用于在所述拓扑生成节点反馈指示接入所述父节点失败时，重新选择其他可接入节点作为父节点，发起接入流程。
[0184]上述无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建系统，能够与本发明的实施例提供的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法相结合，完成无线多跳通信网络中的树状拓扑构建。
[0185]本发明实施例还提供了一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建装置，适于无线多跳通信网络，该装置的结构如图14所示，包括:
[0186]协商模块1401，用于在可接入节点被待接入节点选择作为父节点时，与该待接入节点进行握手协商；
[0187]第一信息交互模块1402，用于在握手成功后，与所述待接入节点进行链路维持信息交互，接收所述待接入节点上报的链路维持信息和监听信息，所述监听信息为所述待接入节点利用子向天线接收到的除所述父节点外其他邻居节点的父向天线发出的信息所形成的信息；
[0188]子节点选择模块1403，用于根据所述监听信息，从至少一个选择所述可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点，生成接入拓扑判断结果，所述拓扑判断结果指示该可接入节点选择的下一级子节点；
[0189]结果上报模块1404，用于将所述接入拓扑判断结果上报给拓扑生成节点，供所述拓扑生成节点构建拓扑。
[0190]优选的，该装置还包括:
[0191]节点信息发送模块1405，用于周期性的向空口发送可接入节点信息，表明可接入节点的身份及状态，所述可接入节点信息至少包括以下任一或任意多项信息:
[0192]身份识别信息，子节点个数信息，可接入节点能力信息。
[0193]优选的，该装置还包括:
[0194]节点信息接收模块1406，用于接收可提供网络接入服务的至少一个可接入节点发送的可接入节点信息；
[0195]父节点选择模块1407，用于根据该可接入节点信息从所述至少一个可接入节点中选择父节点。
[0196]优选的,所述父节点选择模块1407的结构如图15所示,包括:
[0197]可接入节点发现单元1501，用于通过父向天线接收可接入节点信息，发现可接入节点；
[0198]父节点选择单元1502，用于根据与各个可接入节点之间的信道质量和/或各个可接入节点已接入子节点的个数，选择一个可接入节点作为父节点；
[0199]协商发起单元1503，用于向作为父节点的所述可接入节点发起握手协商。
[0200]优选的，该装置还包括:
[0201]邻居节点信息收集模块1408，用于利用子向天线接收除所述父节点外其他邻居节点父向天线发出的信息，并利用该信息以及该信息所携带的物理信道特征来生成监听信息，所述监听信息为直接或间接表明所述待接入节点与除所述父节点外其他邻居节点之间邻接关系的信息；
[0202]第二信息交互模块1409，用于与所述可接入节点进行链路维持信息交互，通过父向天线向所述可接入节点发送链路维持信息，在发送链路维持信息的同时将所述监听信息上报给所述可接入节点。
[0203]优选的，所述子节点选择模块1403的结构如图16所示，包括:
[0204]拓扑结构形成单元1601，用于根据所述监听信息，形成由于所述待接入节点的加入而形成的新的拓扑结构；
[0205]子节点选择单元1602，用于根据所述拓扑结构，从至少一个选择该可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点；
[0206]拓扑判断结果生成单元1603，用于生成接入拓扑判断结果，在所述接入拓扑判断结果中携带该可接入节点选择的下一级子节点的信息。
[0207]优选的，该装置还包括:
[0208]结果反馈模块1410，用于向所述待接入节点反馈接入所述父节点是否成功的结
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[0209]上述无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建装置能够集成于无线多跳通信网络中的任一节点上，与本发明的实施例所提供的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法相结合，在节点充当可接入节点、待接入节点或拓扑生成节点时，完成相应功能。
[0210]本发明的实施例提供了一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法、装置和系统，无线多跳通信网络中的可接入节点在有待接入节点选择该可接入节点作为父节点时，与该待接入节点进行握手协商，所述可接入节点在握手成功后，与所述待接入节点进行链路维持信息交互，接收所述待接入节点上报的链路维持信息和监听信息，所述监听信息为所述待接入节点利用子向天线接收除所述父节点外其他邻居节点的父向天线发出的信息，所述可接入节点根据所述监听信息判断能否接受所述待接入节点的接入，生成接入拓扑判断结果，并将所述接入拓扑判断结果上报给拓扑生成节点，供所述拓扑生成节点构建拓扑。实现了无线多跳通信网络中拓扑结构的构建，解决了自动识别覆盖区域中无线节点设备的拓扑结构的问题。
[0211]本领域普通技术人员可以理解上述实施例的全部或部分步骤可以使用计算机程序流程来实现，所述计算机程序可以存储于计算机可读存储介质中，所述计算机程序在相应的硬件平台上(如系统、设备、装置、器件等)执行，在执行时，包括方法实施例的步骤之
一或其组合。
[0212]可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用集成电路来实现，这些步骤可以被分别制作成一个个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0213]上述实施例中的各装置/功能模块/功能单元可以采用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，也可以分布在多个计算装置所组成的网络上。
[0214]上述实施例中的各装置/功能模块/功能单元以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在计算机可读取存储介质中。上述提到的计算机可读取存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0215]任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法，其特征在于，包括: 无线多跳通信网络中的可接入节点在有待接入节点选择该可接入节点作为父节点时，与该待接入节点进行握手协商； 所述可接入节点在握手成功后，与所述待接入节点进行链路维持信息交互，接收所述待接入节点上报的链路维持信息和监听信息，所述监听信息为所述待接入节点利用子向天线接收到的除所述父节点外其他邻居节点的父向天线发出的信息所形成的信息； 所述可接入节点根据所述监听信息，从至少一个选择该可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点，生成接入拓扑判断结果，所述拓扑判断结果指示该可接入节点选择的下一级子节点； 所述可接入节点将所述接入拓扑判断结果上报给拓扑生成节点，供所述拓扑生成节点构建拓扑。
2.根据权利要求1所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法，其特征在于，可接入节点在有待接入节点选择该可接入节点作为父节点时，与该待接入节点进行握手协商的步骤之前，还包括: 所述可接入节点 周期性的向空口发送可接入节点信息，表明该可接入节点的身份及状态，所述可接入节点信息至少包括以下任一或任意多项信息: 身份识别信息，子节点个数信息，可接入节点能力信息。
3.根据权利要求2所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法，其特征在于，无线多跳通信网络中的可接入节点在有待接入节点选择该可接入节点作为父节点时，与该待接入节点进行握手协商的步骤之前，还包括: 所述待接入节点接收可提供网络接入服务的至少一个可接入节点发送的可接入节点信息； 所述待接入节点根据该可接入节点信息从所述至少一个可接入节点中选择父节点。
4.根据权利要求3所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法，其特征在于，所述待接入节点根据该可接入节点信息从所述至少一个可接入节点中选择父节点包括: 所述待接入节点通过父向天线接收可接入节点信息，发现可接入节点； 所述待接入节点根据与各个可接入节点之间的信道质量和/或各个可接入节点已接入子节点的个数，选择一个可接入节点作为父节点； 所述待接入节点向作为父节点的所述可接入节点发起握手协商。
5.根据权利要求4所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法，其特征在于，所述待接入节点根据与各个可接入节点之间的信道质量和/或各个可接入节点已接入子节点的个数，选择一个可接入节点作为父节点包括: 所述待接入节点选择信道质量较佳和/或已接入子节点的个数较少的可接入节点作为父节点。
6.根据权利要求1所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法，其特征在于，所述可接入节点在握手成功后，与所述待接入节点进行链路维持信息交互，接收所述待接入节点上报的链路维持信息和监听信息的步骤之前，还包括: 所述待接入节点利用子向天线接收除所述父节点外其他邻居节点父向天线发出的信息，并利用该信息以及该信息所携带的物理信道特征来生成监听信息，所述监听信息为直接或间接表明所述待接入节点与除所述父节点外其他邻居节点之间邻接关系的信息； 所述待接入节点与所述可接入节点进行链路维持信息交互，通过父向天线向所述可接入节点发送链路维持信息，在发送链路维持信息的同时将所述监听信息上报给所述可接入节点。
7.根据权利要求1所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法，其特征在于，所述可接入节点根据所述监听信息，从至少一个选择该可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点，生成接入拓扑判断结果包括: 所述可接入节点根据所述监听信息，形成由于所述待接入节点的加入而形成的新的拓扑结构； 所述可接入节点根据所述拓扑结构，从至少一个选择该可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点； 所述可接入节点生成接入拓扑判断结果，在所述接入拓扑判断结果中携带该可接入节点选择的下一级子节点的信息。
8.根据权利要求1所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法，其特征在于，所述可接入节点将所述接入拓扑判断结果上报给拓扑生成节点，供所述拓扑生成节点构建拓扑的步骤之后，还包括:所述拓扑生成节点向所述待接入节点反馈接入所述父节点是否成功的结果。
9.根据权利要求8所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法，其特征在于，所述拓扑生成节点向所述待接入节点反馈接入所述父节点是否成功的结果的步骤之后，还包括: 所述待接入节点在所述拓扑生成节点反馈指示接入所述父节点成功时，等待拓扑构建完成;在拓扑构建完成后，所述待接入节点作为可接入节点向其他节点提供接入服务。
10.根据权利要求8所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建方法，其特征在于，所述拓扑生成节点向所述待接入节点反馈接入所述父节点是否成功的结果的步骤之后，还包括: 所述待接入节点在所述拓扑生成节点反馈指示接入所述父节点失败时，重新选择其他可接入节点作为父节点，发起接入流程。
11.一种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建装置，适于无线多跳通信网络，其特征在于，该装置包括: 协商模块，用于在可接入节点被待接入节点选择作为父节点时，与该待接入节点进行握手协商； 第一信息交互模块，用于在握手成功后，与所述待接入节点进行链路维持信息交互，接收所述待接入节点上报的链路维持信息和监听信息，所述监听信息为所述待接入节点利用子向天线接收到的除所述父节点外其他邻居节点的父向天线发出的信息所形成的信息； 子节点选择模块，用于根据所述监听信息，从至少一个选择所述可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点，生成接入拓扑判断结果，所述拓扑判断结果指示该可接入节点选择的下一级子节点； 结果上报模块，用于将所述接入拓扑判断结果上报给拓扑生成节点，供所述拓扑生成节点构建拓扑。
12.根据权利要求11所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建装置，其特征在于，该装置还包括: 节点信息发送模块，用于周期性的向空口发送可接入节点信息，表明可接入节点的身份及状态，所述可接入节点信息至少包括以下任一或任意多项信息: 身份识别信息，子节点个数信息，可接入节点能力信息。
13.根据权利要求12所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建装置，其特征在于，该装置还包括: 节点信息接收模块，用于接收可提供网络接入服务的至少一个可接入节点发送的可接入节点信息； 父节点选择模块，用于根据该可接入节点信息从所述至少一个可接入节点中选择父节点。
14.根据权利 要求13所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建装置，其特征在于，所述父节点选择模块包括: 可接入节点发现单元，用于通过父向天线接收可接入节点信息，发现可接入节点； 父节点选择单元，用于根据与各个可接入节点之间的信道质量和/或各个可接入节点已接入子节点的个数，选择一个可接入节点作为父节点； 协商发起单元，用于向作为父节点的所述可接入节点发起握手协商。
15.根据权利要求11所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建装置，其特征在于，该装置还包括: 邻居节点信息收集模块，用于利用子向天线接收除所述父节点外其他邻居节点父向天线发出的信息，并利用该信息以及该信息所携带的物理信道特征来生成监听信息，所述监听信息为直接或间接表明所述待接入节点与除所述父节点外其他邻居节点之间邻接关系的信息； 第二信息交互模块，用于与所述可接入节点进行链路维持信息交互，通过父向天线向所述可接入节点发送链路维持信息，在发送链路维持信息的同时将所述监听信息上报给所述可接入节点。
16.根据权利要求11所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建装置，其特征在于，所述子节点选择模块包括: 拓扑结构形成单元，用于根据所述监听信息，形成由于所述待接入节点的加入而形成的新的拓扑结构； 子节点选择单元，用于根据所述拓扑结构，从至少一个选择该可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点； 拓扑判断结果生成单元，用于生成接入拓扑判断结果，在所述接入拓扑判断结果中携带该可接入节点选择的下一级子节点的信息。
17.根据权利要求11所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建装置，其特征在于，该装置还包括: 结果反馈模块，用于向所述待接入节点反馈接入所述父节点是否成功的结果。
18.—种无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建系统，其特征在于，包括无线多跳通信网络中的可接入节点、待接入节点和拓扑生成节点； 所述可接入节点，用于在所述待接入节点选择该可接入节点作为父节点时，与该待接入节点进行握手协商，在握手成功后，与所述待接入节点进行链路维持信息交互，接收所述待接入节点上报的链路维持信息和监听信息，所述监听信息为所述待接入节点利用子向天线接收到的除所述父节点外其他邻居节点的父向天线发出的信息所形成的信息，并根据所述监听信息，从至少一个选择该可接入节点作为父节点的待接入节点中选择一个或多个作为该可接入节点的下一级子节点，生成接入拓扑判断结果，所述拓扑判断结果指示该可接入节点选择的下一级子节点，将所述接入拓扑判断结果上报给拓扑生成节点，供所述拓扑生成节点构建拓扑。
19.根据权利要求18所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建系统，其特征在于， 所述可接入节点，还用于周期性的向空口发送可接入节点信息，表明该可接入节点的身份及状态，所述可接入节点信息至少包括以下任一或任意多项信息: 身份识别信息，子节点个数信息，可接入节点能力信息。
20.根据权利要求 19所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建系统，其特征在于， 所述待接入节点，用于接收可提供网络接入服务的至少一个可接入节点发送的可接入节点信息，根据该可接入节点信息从所述至少一个可接入节点中选择父节点。
21.根据权利要求20所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建系统，其特征在于， 所述拓扑生成节点，用于向所述待接入节点反馈接入所述父节点是否成功的结果。
22.根据权利要求21所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建系统，其特征在于， 所述待接入节点，还用于在所述拓扑生成节点反馈指示接入所述父节点成功时，等待拓扑构建完成，在拓扑构建完成后，所述待接入节点作为可接入节点向其他节点提供接入服务。
23.根据权利要求21所述的无线通信多跳网络设备的树状拓扑构建系统，其特征在于， 所述待接入节点，还用于在所述拓扑生成节点反馈指示接入所述父节点失败时，重新选择其他可接入节点作为父节点，发起接入流程。
【文档编号】H04W24/04GK103974310SQ201410194154
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】张然, 慕福奇, 董晋 申请人:江苏物联网研究发展中心