433m无线自动组网方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种提供一种433M无线自动组网方法及系统，所述组网方法包括以下步骤：S1、设定节点类型和网络标识，所述节点类型包括协调器节点、路由节点、终端节点；S2、开启协调器节点以及根据网络标识和节点类型建立网络，以及生成与网络中各个节点一一对应的路由表；以及S3、根据所述路由表采用路由寻址算法进行网络内任意节点之间的数据包传输。本发明所公开的433M无线组网方法具有绕障碍物能力强、成本低等特点，并且，在一定范围内抗干扰能力较强，稳定性较好，通过在433M无线技术基础上实现自动组网功能，扩大无线控制网络的应用领域。
【专利说明】433M无线自动组网方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，尤其涉及一种433M无线自动组网方法及系统。
【背景技术】
[0002]433M无线技术具有低功耗、低成本、高模块化、通信距离长等特点，能广泛应用于无线控制领域；同时433M无线技术还具有易受干扰、可靠性较低等缺陷，常被应用于点对点的日常遥控，也因此目前还没有基于433M无线技术的控制网络。
[0003]在无线传感控制领域，能实现组网功能且应用较多的是2.4G频段，比如ZigBee无线组网技术，该技术具有动态组网、可靠性高等优势；但相较433M无线技术，ZigBee的信号绕障碍物能力不强、成本高，这在一定程度上影响其应用范围的扩大。若在433M无线技术基础上实现自动组网功能，则可以扩大无线控制网络的应用领域。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明采用的技术方案之一是:
提供一种433M无线自动组网方法，其中，包括步骤:
51、设定节点类型和网络标识，所述节点类型包括协调器节点、路由节点、终端节点；
52、开启协调器节点以及根据网络标识和节点类型建立网络，以及生成与网络中各个节点一一对应的路由表；以及
53、根据所述路由表采用路由寻址算法进行网络内任意节点之间的数据包传输。
[0005]进一步地，所述终端节点的路由表包括节点ID、节点类型以及预留；协调器节点和路由节点的路由表包括节点ID、节点类型、路由信息以及预留，路由信息包括父节点ID、子节点个数、子节点列表以及预留，子结点列表包括各个子节点的节点信息，每个节点信息包括子节点ID、节点类型、节点状态、以及是否有下一级节点。
[0006]进一步地,所述步骤S2具体包括:
5201、开启协调器节点；
5202、在地址取值范围内为请求加入网络的新节点随机生成一个节点ID，然后分别进入步骤S203和步骤S204 ；
5203、根据网络标识选择信号最强的节点作为新节点的父节点，将新节点的节点信息加入父节点的路由表中；
5204、在网络内发送广播信号以查询是否存在与所述单字节地址具有相同地址的节点，并判断是否收到更换地址通知；
5205、当新节点收到更换地址通知时，返回步骤S204，同时通知所述父节点更新子节点列表；以及
5206、当新节点在预设时间内没有收到更换地址通知时，确认所述单字节地址为新节点的有效地址。
[0007]进一步地,所述步骤S2后还包括: S4、网络结构更新步骤，具体为:
5401、每个有父节点的子结点向其父节点定时发送状态信号；
5402、当子节点向父节点发送状态信号失败时，子节点根据信号强度查找并判断是否存在可加入的父节点，若是，进入步骤S303，若否，进入步骤S304，其中，该可加入的父节点为所述子节点的非自身子节点；
5403、子结点接入信号最强的可加入的父节点发送接入请求，可加入的将子节点信息加入路由表中；以及
5404、子节点将类型设定为协调器，并将路由信息中的父节点ID设置为OxFF。
[0008]进一步地，所述数据包的数据段格式包括起始源地址、最终目标地址、当前源地址、当前目标地址以及信号跳数；起始源地址是最初发起信号的起始源节点地址，最终目标地址是信号的目标节点地址，当前源地址是当前发出中继信号的当前源节点地址；当前目标地址是当前将要接收中继信号的当前目标节点地址，信号跳数是用于记录经过路由的个数。
[0009]进一步地,所述步骤S3具体包括:
5301、起始源节点或当前源节点将数据包发送给当前目标节点，其中当前目标节点是起始源节点或当前源节点的父节点；
5302、当前目标节点收到数据包后，作为新的当前源节点，判断自身是否是目标节点，若否，进入步骤S303 ；
5303、新的当前源节点判断路由表子节点中是否存在目标节点，若是，将数据包转发送给目标节点，若否，进入步骤S305 ;以及
S305、新的当前源节点判断是否存在父节点，若是，以所述父节点为新的当前目标节点，新的当前源节点返回执行步骤S301，若否，自动消亡数据包。
[0010]为解决上述问题，本发明采用的技术方案之二是:
提供一种433M无线自动组网系统，其中，每个所述系统包括一个协调器节点、多个路由节点以及多个终端节点，所述协调器节点下设置至少一个路由节点与其连接，每个所述路由节点下设置至少一个终端节点与其连接，所述系统通过以下方法来进行组网:
51、设定节点类型和网络标识，所述节点类型包括协调器节点、路由节点、终端节点；
52、开启协调器节点以及根据网络标识和节点类型建立网络，以及生成与网络中各个节点一一对应的路由表；以及
53、根据所述路由表采用路由寻址算法进行网络内任意节点之间的数据包传输。
[0011]进一步地，所述终端节点的路由表包括节点ID、节点类型以及预留；协调器节点和路由节点的路由表包括节点ID、节点类型、路由信息以及预留，路由信息包括父节点ID、子节点个数、子节点列表以及预留，子结点列表包括各个子节点的节点信息，每个节点信息包括子节点ID、节点类型、节点状态、以及是否有下一级节点。
[0012]进一步地,所述步骤S2后还包括:
54、网络结构更新步骤，具体为:
5401、每个有父节点的子结点向其父节点定时发送状态信号；
5402、当子节点向父节点发送状态信号失败时，子节点根据信号强度查找并判断是否存在可加入的父节点，若是，进入步骤S303，若否，进入步骤S304，其中，该可加入的父节点为所述子节点的非自身子节点；
5403、子结点接入信号最强的可加入的父节点发送接入请求，可加入的将子节点信息加入路由表中；以及
5404、子节点将类型设定为协调器，并将路由信息中的父节点ID设置为OxFF。
[0013]进一步地，所述数据包的数据段格式包括起始源地址、最终目标地址、当前源地址、当前目标地址以及信号跳数；起始源地址是最初发起信号的起始源节点地址，最终目标地址是信号的目标节点地址，当前源地址是当前发出中继信号的当前源节点地址；当前目标地址是当前将要接收中继信号的当前目标节点地址，信号跳数是用于记录经过路由的个数。
[0014]本发明所公开的433M无线组网方法具有如下有益效果:将原本常应用于点对点日常遥控的433M无线技术应用到了基于433M无线技术的控制网络，替代ZigBee等2.4G频段的无线组网技术，该基于433M无线技术的控制网络具有绕障碍物能力强、成本低等特点，并且，在一定范围内抗干扰能力较强，稳定性较好。因此，通过在433M无线技术基础上实现自动组网功能，扩大无线控制网络的应用领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明一实施方式中一种433M无线自动组网方法的流程图。
[0016]图2为图1中步骤S2的具体执行流程图。
[0017]图3为本发明中所述终端节点在路由表中的数据格式图。
[0018]图4为本发明所述路由节点和协调器结点在路由表中的数据格式图。
[0019]图5为本发明所述网络结构更新步骤S4的具体执行流程图。
[0020]图6为本发明所述数据包的数据段格式示意图。
[0021]图7为本发明所述一实施方式中的网络结构示意图。
[0022]图8为本发明所述一实施方式中的数据包格式示意图。
【具体实施方式】
[0023]为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0024]首先，对相关名词进行定义。“无线节点”是具有独立数据收发功能的无线设备。“无线自组网”是由多个无线节点发起，通过一定方法自动组建无线网络的过程。“网络标识”用于区分不同无线网络，同一个网络内所有节点具有相同的网络标识。“节点类型”是无线节点在无线网络中扮演的逻辑类型，包括协调器节点、路由节点、终端节点。“节点地址”是无线节点的无线网络中的唯一标识符，地址采用单字节存储，协调器节点地址默认为0x00，其余节点地址范围为0x01-OxFE，OxFF作为广播地址。“路由寻址”是无线网络组建后，网络内任意两个节点之间所要采用的通信机制。
[0025]请一并参阅图1，是本发明一实施方式中一种433M无线自动组网方法的流程图。该433M无线自动组网方法包括步骤:
步骤S1、设定节点类型和网络标识。
[0026]具体地，在组网开始前先对将要加入到无线网络中的节点进行类型设定，类型包括协调器节点、路由节点、终端节点。
[0027]协调器节点用于发起一个网络，等待其他节点加入，具有路由功能；路由节点可自动加入到网络中，具有路由功能；终端节点可自动加入到网络中，不具有路由功能。每个网络具有一个协调器节点、多个路由节点以及多个终端节点。
[0028]另一方面，需要对每个将要加入同一网络的节点设置统一的网络标识，避免网络间的信号干扰。在本实施方式中，将节点设备的地址寄存器值作为网络标识，该地址寄存器将在程序升级时被赋值。升级是指节点设备的单片机芯片的烧录过程，在烧录过程中可将特定值写入地址寄存器。
[0029]节点在网络内数据收发均按照地址模式，即收发数据包的地址字段用于记录网络标识信息。只有地址寄存器值与网络标识一致的节点才能加入网络和接收数据，否则节点无法加入网络，且接收到的数据将被直接丢弃。
[0030]步骤S2、开启协调器节点随后根据网络标识和节点类型开启其他类型节点以建立网络，以及生成与网络中各个节点一一对应的路由表。
[0031]步骤S3、根据所述路由表采用路由寻址算法进行网络内任意节点之间的数据包传输。
[0032]请参阅图2，是图1中步骤S2的具体执行流程图。在本实施方式中，所述步骤S2具体包括以下步骤:
步骤S201、开启协调器节点；其中，协调器节点开启后即建立新网络，此时网络仅包含一个节点，且协调器的节点地址为0x00。
[0033]步骤S202、在地址取值范围内为请求加入网络的新节点随机生成一个节点ID，然后分别进入步骤S203和步骤S204。
[0034]步骤S203、根据网络标识选择信号最强的节点作为新节点的父节点，将新节点的节点信息加入父节点的路由表中。
[0035]此处，请一并参阅图3、图4，以对所述路由表的数据结构进行说明，图3是终端节点在路由表中的数据格式图，图4是路由节点和协调器结点在路由表中的数据格式图。终端节点的数据格式包括节点ID、节点类型以及预留。路由节点的数据格式包括节点ID、节点类型、路由信息以及预留，路由信息包括父节点ID、子节点个数、子节点列表以及预留，子结点列表包括各个子节点的节点信息，每个节点信息包括子节点ID、节点类型、节点状态、以及是否有下一级节点。
[0036]步骤S204、在网络内发送广播信号以查询是否存在与所述单字节地址具有相同地址的节点，并判断是否收到更换地址通知；
步骤S205、当新节点收到更换地址通知时，返回步骤S204，同时通知所述父节点更新子节点列表；以及
步骤S206、当新节点在预设时间内没有收到更换地址通知时，确认所述单字节地址为新节点的有效地址。
[0037]通过上述步骤，随着新节点逐个加入网络拓扑结构也逐渐形成。
[0038]请参阅图5，是网络结构更新步骤的具体执行流程图。在本实施方式中，所述步骤S2后还包括网络结构更新步骤S4，具体包括:
步骤S401、每个有父节点的子结点向其父节点定时发送状态信号； 步骤S402、当子节点向父节点发送状态信号失败时，子节点根据信号强度查找并判断是否存在可加入的父节点，若是，进入步骤S403，若否，进入步骤S404，其中，该可加入的父节点为为具有路由功能的节点，且不包含在所述子节点的子节点列表中；
步骤S403、子结点接入信号最强的可加入的父节点发送接入请求，可加入的父节点将子节点信息加入路由表中；
步骤S404、子节点将类型设定为协调器，并将路由信息中的父节点ID设置为0x00。
[0039]通过上述网络结构更新步骤，当遇到网络支路信号中断情况，即子节点向父节点发送信号时找不到父节点情况时，实现重新建立网络结构。这种机制也可处理协调器崩溃情况，原协调器下一级子节点按顺序依次加入另一个子网络中，直到一个子节点无父节点可加，则该子节点即为新协调器。
[0040]所述步骤S3根据路由寻址算法的设计，一个路由节点的下一级子节点最多12个。路由寻址算法的设计目标为以下几方面:(1)效率:减少信号发出到收到反馈的时间延时，避免网内信号爆炸和重叠；(2)可靠性:部分节点失效，不影响整个网络的信号通信；(3)可扩展性:满足新增节点的通信需求。
[0041]根据上述目标，本发明的433M无线组网采用分层式路由协议。该协议的基本思想是将终端节点和路由节点分簇，簇内通讯由簇头节点来完成，簇头节点进行数据聚集和合成以减少传输信息量，最后簇头节点把聚集的数据传送给协调器节点或上一级簇头。这种方式能满足无线网络的可扩展性，有效的维持终端节点和路由节点的能量消耗，从而延长网络生命周期。其中，各类型节点的信号处理规则如下:协调器节点只处理来自下一级子节点信号；路由节点只处理来自父节点与下一级子节点信号；终端节点只处理来自父节点信号。
[0042]请参阅图6，是数据包的数据段格式示意图。为满足路由寻址算法，首先对信号数据段格式定义。这里所说的数据段是433M节点之间发送所述数据包的用户数据负载部分。数据段格式包括起始源地址、最终目标地址、当前源地址、当前目标地址以及信号跳数。起始源地址是最初发起信号的起始源节点地址；最终目标地址是信号的目标节点地址；当前源地址是当前发出中继信号的当前源节点地址；当前目标地址是当前将要接收中继信号的当前目标节点地址；信号跳数是用于记录经过路由的个数。
[0043]基于上述数据段格式，在一实施方式中，所述步骤S3具体包括如下步骤:
步骤S301、起始源节点或当前源节点将数据包发送给当前目标节点，其中当前目标节点是起始源节点或当前源节点的父节点或非起始源子节点；
步骤S302、当前目标节点收到数据包后，作为新的当前源节点，判断自身是否是目标节点，若否，进入步骤S303 ；
步骤S303、新的当前源节点判断路由表子节点中是否存在目标节点，若是，将数据包转发送给目标节点，若否，进入步骤S305 ；
步骤S305、新的当前源节点判断是否存在父节点，若是，以所述父节点为新的当前目标节点，新的当前源节点返回执行步骤S301，若否，自动消亡数据包。
[0044]下面结合一具体实例对“根据所述路由表采用路由寻址算法进行网络内任意节点之间的数据包传输”予以详细说明。
[0045]请一并参阅图7、图8，图7是一实例的网络结构示意图，当终端节点Src向终端节点Dst发送数据时，每步数据包格式如图8所示:
步骤1-1、节点Src发出数据包至其父节点D，节点D判断最终目标地址Dst与自身地址不匹配，则分别进入步骤2-1和步骤2-2 ；
步骤2-1、节点D将数据包转发给节点D的父节点A，节点A收到信号后向其子节点B和子节点C转发数据包，即步骤3-1和3-2;；
步骤2-2、节点D将数据包转发给节点D的另一个子节点E，节点D的子节点E是路由节点，因此，节点E收到信号后向节点El转发，节点El收到信号且判断最终目标地址Dst与自身地址不匹配，则不做处理，这路信号到此结束；
步骤3-1及3-2、节点B和节点C收到数据包后的处理与步骤2-2中节点E的处理相同，最终信号会到达节点Dst，节点Dst读取数据包中的数据段信息。
[0046]以上数据包格式的定义，可以有效避免路由节点在转发信号时，向信号来源节点发送数据，即避免信号回流。
[0047]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种433M无线自动组网方法，其特征在于，包括步骤: 51、设定节点类型和网络标识，所述节点类型包括协调器节点、路由节点、终端节点； 52、开启协调器节点以及根据网络标识和节点类型建立网络，以及生成与网络中各个节点一一对应的路由表；以及 53、根据所述路由表采用路由寻址算法进行网络内任意节点之间的数据包传输。
2.根据权利要求1所述的一种433M无线自动组网方法，其特征在于，终端节点的路由表包括节点ID、节点类型以及预留；协调器节点和路由节点的路由表包括节点ID、节点类型、路由信息以及预留，路由信息包括父节点ID、子节点个数、子节点列表以及预留，子结点列表包括各个子节点的节点信息，每个节点信息包括子节点ID、节点类型、节点状态、以及是否有下一级节点。
3.根据权利要求2所述的一种433M无线自动组网方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括: 5201、开启协调器节点； 5202、在地址取值范围内为请求加入网络的新节点随机生成一个节点ID，然后分别进入步骤S203和步骤S204 ； 5203、根据网络标识选择信号最强的节点作为新节点的父节点，将新节点的节点信息加入父节点的路由表中； 5204、在网络内发送广播信号以查询是否存在与所述单字节地址具有相同地址的节点，并判断是否收到更换地址通知； 5205、当新节点收到更换地址通知时，返回步骤S204，同时通知所述父节点更新子节点列表；以及 5206、当新节点在预设时间内没有收到更换地址通知时，确认所述单字节地址为新节点的有效地址。
4.根据权利要求1所述的一种433M无线自动组网方法，其特征在于，所述步骤S2后还包括步骤S4:网络结构更新步骤，具体为: 5401、每个有父节点的子结点向其父节点定时发送状态信号； 5402、当子节点向父节点发送状态信号失败时，子节点根据信号强度查找并判断是否存在可加入的父节点，若是，进入步骤S403，若否，进入步骤S404，其中，该可加入的父节点为所述子节点的非自身子节点； 5403、子结点接入信号最强的可加入的父节点发送接入请求，可加入的将子节点信息加入路由表中；以及 5404、子节点将类型设定为协调器，并将路由信息中的父节点ID设置为OxFF。
5.根据权利要求2所述的一种433M无线自动组网方法，其特征在于，所述数据包的数据段格式包括起始源地址、最终目标地址、当前源地址、当前目标地址以及信号跳数；起始源地址是最初发起信号的起始源节点地址，最终目标地址是信号的目标节点地址，当前源地址是当前发出中继信号的当前源节点地址；当前目标地址是当前将要接收中继信号的当前目标节点地址，信号跳数是用于记录经过路由的个数。
6.根据权利要求5所述的一种433M无线自动组网方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括: 5301、起始源节点或当前源节点将数据包发送给当前目标节点，其中当前目标节点是起始源节点或当前源节点的父节点； 5302、当前目标节点收到数据包后，作为新的当前源节点，判断自身是否是目标节点，若否，进入步骤S33 ； 5303、新的当前源节点判断路由表子节点中是否存在目标节点，若是，将数据包转发送给目标节点，若否，进入步骤S305 ;以及 S305、新的当前源节点判断是否存在父节点，若是，以所述父节点为新的当前目标节点，新的当前源节点返回执行步骤S301，若否，自动消亡数据包。
7.—种433M无线自动组网系统，其特征在于:每个所述系统包括一个协调器节点、多个路由节点以及多个终端节点，所述协调器节点下设置至少一个路由节点与其连接，每个所述路由节点下设置至少一个终端节点与其连接，所述系统通过以下方法来进行组网: 51、设定节点类型和网络标识，所述节点类型包括协调器节点、路由节点、终端节点； 52、开启协调器节点以及根据网络标识和节点类型建立网络，以及生成与网络中各个节点一一对应的路由表；以及 53、根据所述路由表采用路由寻址算法进行网络内任意节点之间的数据包传输。
8.根据权利要求7所述的一种433M无线自动组网系统，其特征在于:所述终端节点的路由表包括节点ID、节点类型以及预留；协调器节点和路由节点的路由表包括节点ID、节点类型、路由信息以及预留，路由信息包括父节点ID、子节点个数、子节点列表以及预留，子结点列表包括各个子节点的节点信息，每个节点信息包括子节点ID、节点类型、节点状态、以及是否有下一级节点。
9.根据权利要求7所述的一种433M无线自动组网系统，其特征在于:所述步骤S2后还包括: 54、网络结构更新步骤，具体为: 5401、每个有父节点的子结点向其父节点定时发送状态信号； 5402、当子节点向父节点发送状态信号失败时，子节点根据信号强度查找并判断是否存在可加入的父节点，若是，进入步骤S303，若否，进入步骤S304，其中，该可加入的父节点为所述子节点的非自身子节点； 5403、子结点接入信号最强的可加入的父节点发送接入请求，可加入的将子节点信息加入路由表中；以及 5404、子节点将类型设定为协调器，并将路由信息中的父节点ID设置为OxFF。
10.根据权利要求7所述的一种433M无线自动组网系统，其特征在于:所述数据包的数据段格式包括起始源地址、最终目标地址、当前源地址、当前目标地址以及信号跳数；起始源地址是最初发起信号的起始源节点地址，最终目标地址是信号的目标节点地址，当前源地址是当前发出中继信号的当前源节点地址；当前目标地址是当前将要接收中继信号的当前目标节点地址，信号跳数是用于记录经过路由的个数。
【文档编号】H04W84/18GK104469877SQ201410805935
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】王立新, 卢云飞, 陈凤, 覃红丽 申请人:福建星网视易信息系统有限公司