基于无线物联网的分组管理方法及相关装置与流程

本发明涉及无线物联网技术领域，具体是基于无线物联网的分组管理方法及相关装置。

背景技术：

物联网已开始应用很多场合，无论是工业还是商业又或是家庭都有对应的应用场景。例如，商业广场中，为了使得更好管理和控制商场内的照明、空调、风扇、暖通等设备，可以通过无线物联网将所有相关设备纳入该无线物联网，通过物联网的各个节点监测对应设备的运行情况，通常每个设备会设置对应的一个节点，该节点内置或外置该设备上，该节点能够进行通信并对设备运行进行监测，进而根据监测数据实现对应的操作控制，例如照明设备的启闭和照明强度的调节等。但这些节点并不是所有节点都需要与网关和/或基站进行直接通信，为此，需要将节点进行分组，每组通过关键节点与网关和/或基站进行通信，从而节约能耗。现有的节点分组方法，容易出现节点遗漏或节点分组不合理，而导致通信链路过长以及额外耗能。甚至有些节点分组方法需要全程人员干预下才能实现所有节点的分组，效率低下。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的之一提供一种基于无线物联网的分组管理方法，其能够解决节点分组管理的问题；

本发明的目的之二提供一种基于无线物联网的分组管理装置，其能够解决节点分组管理的问题。

实现本发明的目的之一的技术方案为：一种基于无线物联网的分组管理方法，包括如下步骤：

识别出同一个局域网内的所有节点，确定各个节点与网关或基站的相关强度，相关强度为距离、传输时延、信号强度中的任一种；

随机设置若干个条件阈值，比较各个节点到网关或基站的相关强度与条件阈值，根据比较结果确定满足条件阈值的各个节点的簇分组，不满足条件阈值的节点作为剩余节点；

将剩余节点按预设规则确定簇分组。

进一步地，所述确定满足条件阈值的各个节点的簇分组，包括：

步骤1：随机预先设置n个条件阈值，按条件阈值由小到大分别记为第一条件阈值、第二条件阈值、……、第n条件阈值，各个节点按满足最靠近条件阈值确定簇分组，满足同一条件阈值的节点划分至同一条件阈值对应的簇；

步骤2：确定各簇内的簇长节点，剩余的节点作为普通节点。

进一步地，划分至同一条件阈值对应的簇的所有节点，包括，

按各个节点至网关的相关强度先后顺序加入对应的簇，或，随机将同一条件阈值对应的簇的若干节点加入对应的簇。

进一步地，设置各个条件阈值对应的簇的允许最大节点数，若满足对应条件阈值的节点个数大于该条件阈值对应的簇的允许最大节点数，则先将其中的节点加入该条件阈值对应的簇后，加入簇的节点数为允许最大节点数，未加入的节点作为所述剩余节点。

进一步地，各个簇对应的允许最大节点数相同或相异。

进一步地，所述确定簇内的簇长节点包括如下子步骤：

步骤21：筛除小于能量阈值的节点，从筛除后剩余的节点中选取簇长节点；

步骤22：确定簇内的各个节点与周围相邻节点的连接数，与周围相邻节点的连接数最多的节点作为簇长节点，

若存在至少两个节点的连接数一样多，连接数最多的多个节点记为初始簇长节点，则进一步根据步骤23从初始簇长节点中确定簇长节点，或直接从具有相同连接数的最大连接数的节点中随机选取出一个节点作为簇长节点；

步骤23：第i个初始簇长节点的能量为α，对应的权重记为αi，信号强度β对应的权重记为βi，与网关的传输时延t对应的权重记为ti，其中，各个权重为常数，则第i个初始簇长节点作为簇长节点的评分yi按公式①计算：

yi＝α*αi+β*βi+t*ti------①

以评分最高的初始簇长节点作为当前簇最终的簇长节点。

进一步地，还包括，若当前簇长节点的能量小于能量阈值，则对其他的普通节点重复所述步骤21-步骤23，筛选得到新的簇长节点。

进一步地，所述预设规则包括：确定当前剩余节点与各个簇的簇长节点是否能够建立通信连接，能够与当前剩余节点建立通信连接的簇长节点记为可连接节点，

当前剩余节点与第i个可连接节点之间的相关强度记为di，对应的权重记为第i个可连接节点与网关的相关强度记为mi，对应的权重记为γi，则当前剩余节点为第i个可连接节点所在簇的簇内节点的评分pi按公式②计算：

以评分最高的可连接节点所在的簇作为当前剩余节点的簇。

进一步地，还包括，设置可作为簇长节点最大次数m，以及预设通信距离阈值，若某个簇的簇长节点与网关的距离大于通信距离阈值，则将该簇记为二类簇，若二类簇中的节点作为簇长节点的次数均达到m，则需要按如下步骤从相邻簇中筛选节点作为当前二类簇的簇长节点：

步骤40：判断当前簇内的各个节点是否均作为簇长节点的次数大于最大次数m，若是，则执行步骤41，否则，继续从小于最大次数m的节点中选取簇长节点；

步骤41：从相邻簇中筛选出各个簇长节点与网关的距离小于通信距离阈值，则将该簇记为当前簇的备选簇，若当前簇不存在对应的备选簇，则按所述步骤21-步骤23从当前簇内的节点筛选出簇长节点，否则，继续执行步骤42；

步骤42：比较当前簇的簇长节点与备选簇的各个簇的簇长节点的距离，距离最小所在的备选簇作为选取簇，然后从选取簇中的普通节点中选取一个节点作为当前簇的簇长节点；

步骤43：比较选取簇中的各个普通节点与当前簇的各个节点的节点距离，选取节点距离最小的选取簇的节点作为当前簇的簇长节点。

实现本发明的目的之二的技术方案为：一种基于无线物联网的分组管理装置，包括，

确定单元，用于识别出同一个局域网内的所有节点，确定各个节点与网关或基站的相关强度，相关强度为距离、传输时延、信号强度中的任一种；

分组单元，用于随机设置若干个条件阈值，比较各个节点到网关或基站的相关强度与条件阈值，根据比较结果确定满足条件阈值的各个节点的簇分组，不满足条件阈值的节点作为剩余节点，

将剩余节点按预设规则确定簇分组。

本发明的有益效果为：本发明能够有效确定所有节点的分组以及各簇的簇长节点和普通节点，实现高效节点的分组管理，并能够根据运行情况更新簇长节点，延长节点使用寿命。

附图说明

图1为本发明的一种基于无线物联网的分组管理方法的流程示意图；

图2为本发明的一种基于无线物联网的分组管理装置的功能单元组成框图。

具体实施方案

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

本实施例应用于物联网设备，物联网设备可以为以下的一种或多种：智能灯光照明设备、智能配电箱、智能开关控制器、智能控制面板、智能电源插座、智能网关、智能协调器、智能节点、智能路由器、智能机顶盒、智能电表、智能电视机、智能冰箱、智能洗衣机、智能按摩椅、智能办公器、智能门、智能风扇、智能饮水机、智能窗帘、智能马桶、智能手机、智能安防系统、智能家具、智能扫地机器人、智能摄像头、智能门禁等等，不作具体限定。物联网设备还可以为电子设备，可以包括：智能手机、平板电脑、掌上电脑、行车记录仪、服务器、笔记本电脑、移动互联网设备或穿戴式设备(如智能手表、运动手环、蓝牙耳机)等，以上仅是例举，不穷举，不作具体限定。

如图1所示，一种基于无线物联网的分组管理方法，包括如下步骤：

步骤1：识别出同一个局域网内的所有节点，一个节点对应一个物联网或一个电子设备，例如某个节点a为智能照明灯。确定各个节点到网关或基站的距离、传输时延、信号强度等相关强度信息，相关强度表征节点与网关或基站的通信情况以及紧密程度，通常相关强度为距离、传输时延、信号强度中的任一种，距离越远、传输时延越大、信号越弱，则相关强度越小，反之，则相关强度越大。以及确定各个节点自身的电量(即能耗情况)。

随机预先设置n个条件阈值，按条件阈值由小到大分别记为第一条件阈值、第二条件阈值、……、第n条件阈值，条件阈值为距离阈值或传输时延阈值或信号强度阈值。根据条件阈值，划分满足条件阈值的各个节点的簇分组，而不满足条件阈值的节点暂时不划分至任一簇分组。其中，各个节点按满足最靠近条件阈值确定簇，例如,某个节点满足最接近条件阈值为第二条件阈值，则该节点确定为以第二条件阈值划分的簇。优选地，划分至同一条件阈值对应的簇的所有节点，按各个节点至网关的距离先后顺序加入对应的簇，或随机将同一条件阈值对应的簇的若干节点加入对应的簇，加入节点的数为该簇允许最大节点数。

优选地，设置各个条件阈值对应的簇能够容纳最大节点数量，也即允许最大节点数。各个簇对应的允许最大节点数可相同也可不相同，优选为，距离网关越近所在的簇所允许最大节点数越大，也即按第一条件阈值、第二条件阈值、……、第n条件阈值的顺序对应的所在的簇允许最大节点数越大。某个簇内组成的节点数已经到达最大节点数，但仍然存有应划分至该簇的节点，则暂时不将该节点划分至任一簇分组，这一类型的簇节点往往是位于两个相邻簇交界处的节点。

以条件阈值为距离阈值为例，根据各个节点到网关或基站的距离，确定各个节点是否为同一簇，符合同一个条件阈值的各个节点构成同一簇，不同簇的节点的条件阈值不同。假设，条件阈值为距离阈值，并设定5(即n＝5)个距离阈值，5个距离阈值分别为3、6、8、10和13，即第一距离阈值为3，第二距离阈值为6，第三距离阈值为8，第四距离阈值为10，第五距离阈值为13，其中，数值越大，表示距离越大。假设，节点b和节点c距离网关的距离分别为2和3，节点d和节点e距离网关的距离分别为5和6，节点f距离网关的距离为7，节点g距离网关的距离为9，节点h和节点j距离网关的距离分别为12和15，则将节点b和节点c归为第一距离阈值对应的同一簇，节点d和节点e归为第二距离阈值对应的同一簇，节点f归为第三距离阈值对应的簇，节点g归为第四距离阈值对应的簇，节点h归为第五距离阈值对应的同一簇，而节点j暂时不归于任一簇。

步骤2：确定各簇内的簇长节点，剩余的节点作为普通节点，确定簇内的簇长节点包括如下子步骤：

步骤21：筛除不满足能量阈值的节点，从剩余的节点中选取簇长节点，由于节点的能量是不断消耗的，是个动态过程，因此，簇长节点也可能是不断变化更换的。若所有节点的能量均小于能量阈值，则将能量最高的节点作为簇长节点，否则，继续从剩余的节点中选取簇长节点。

步骤22：确定各个簇内的各个节点与周围相邻节点的连接数，与周围相邻节点的连接数最多的节点作为簇长节点。若存在至少两个节点的连接数一样多，连接数最多的多个节点记为初始簇长节点，则进一步根据步骤23从初始簇长节点中确定簇长节点。当然也可以通过随机从具有相同连接数的最大连接数的节点中选取出簇长节点，以此来替换步骤23。

步骤23：第i个初始簇长节点的能量为α，对应的权重记为αi，信号强度β对应的权重记为βi，与网关的传输时延t对应的权重记为ti，其中，各个权重为常数，可以根据经验预先设置，通常ti＞βi＞αi。则第i个初始簇长节点作为簇长节点的评分yi按公式①计算：

yi＝α*αi+β*βi+t*ti------①

然后，根据各个初始簇长节点的评分确定簇长节点，评分最高的初始簇长节点作为当前簇最终的簇长节点。

步骤24：若当前簇长节点的能量已不满足能量阈值，也即当前簇长节点的能量小于能量阈值，则当前簇长节点不再适合作为簇长节点，应该选用新的节点作为簇长节点。则对其他的普通节点重复步骤21-步骤23，筛选得到新的簇长节点，从而能够不断选用到最合适的节点作为簇长节点。

步骤3：经过步骤2后即可确定各个簇对应的簇长节点，然后结合簇长节点确定剩余节点的划分簇分组。其中，经过步骤1后，将所有符合条件阈值的节点划分至对应的簇，而剩余节点则是不符合条件阈值的节点。剩余节点往往是两个相邻簇之间的节点和距离网关太远的节点，暂时无法确定划分至两个相邻簇中的哪个簇，为此，需要设置对应的预设规则将这些剩余的节点划分至簇，以使得所有的节点均能划分至对应的簇。

所述预设规则包括：确定当前剩余节点与各个簇的簇长节点是否能够建立通信连接，能够与当前剩余节点建立通信连接的簇长节点记为可连接节点。当前剩余节点与第i个可连接节点之间的距离记为di，对应的权重记为第i个可连接节点与网关的距离记为mi，对应的权重记为γi，则当前剩余节点为第i个可连接节点所在簇的簇内节点的评分pi按公式②计算：

比较当前剩余节点与各个可连接节点的评分，评分最高的可连接节点所在的簇作为当前剩余节点的簇，从而将所有剩余节点划分至对应的簇，完成节点的分组管理。

将所有节点成功分组后，一个簇内只有一个簇长节点和若干普通节点，只有簇长节点与网关通信，同一个簇内的所有普通节点均能与簇长节点通信，普通节点通过簇长节点数据转发实现与网关通信，从而避免所有节点直接与网关通信，节省能耗。

优选地，为了避免一个簇内的某个节点过多地作为簇长节点，设置可作为簇长节点最大次数m，当某个节点作为该簇的簇长节点的次数大于m后，则标记该簇长节点，并且强制该簇长节点为普通节点，不再作为簇长节点的竞选。也即，任何一个节点作为簇长节点的次数不能超过节点最大次数m。一个节点若频繁作为簇长节点，有可能导致该节点硬件消耗过大，容易出现故障和减少寿命，从而加剧了节点死亡时间，为此，需要设置一个节点作为簇长节点的最大次数。

由于距离网关越远，该簇的簇长节点与网关通信消耗的能量越多，当工作一段时间后，有可能导致该簇的所有节点均难以满足长时间与网关通信，不能筛选得到合适的簇长节点，为此需要从该簇的相邻簇的节点中选取出来作为该簇的簇长节点。为此，预设通信距离阈值，若某个簇的簇长节点与网关的距离大于通信距离阈值，则将该簇记为二类簇，二类簇意味着该簇的簇长节点工作一段时间后而不满足与网关通信需求，且所有簇长节点均已达到作为簇长节点的次数，则此时，需要按如下步骤从相邻簇中筛选节点作为簇长节点。其包括如下步骤:

步骤40：判断当前簇内的各个节点是否均作为簇长节点的次数大于最大次数m，若是，则执行步骤41，否则，继续从未达到最大次数m的节点中选取簇长节点。

步骤41：从相邻簇中筛选出各个簇长节点与网关的距离小于通信距离阈值，则将该簇记为当前簇的备选簇，若当前簇不存在对应的备选簇，则只能继续按步骤21-步骤24从当前簇内的节点筛选出簇长节点，否则，继续执行步骤42。

步骤42：比较当前簇的簇长节点与备选簇的各个簇的簇长节点的距离，距离最小所在的备选簇作为选取簇，然后从选取簇中的普通节点中选取一个节点作为当前簇的簇长节点。

步骤43：比较选取簇中的各个普通节点与当前簇的各个节点的节点距离，选取与当前簇的某个节点的节点距离最小的选取簇的节点作为当前簇的簇长节点。例如，当前簇s有3个节点，分别为节点s1、节点s2和节点s3，选取簇f有4个普通节点，分别为节点f1、f2、f3和f4。节点f1与节点s1、节点s2和节点s3的距离分别为1、2和3，节点f2与节点s1、节点s2和节点s3的距离分别为3、4和5，节点f3与节点s1、节点s2和节点s3的距离分别为6、7和8，节点f4与节点s1、节点s2和节点s3的距离分别为9、10和11。由于这些各个节点之间的节点距离最小的为节点f1与节点s1之间的距离，因此，从选取簇f中选取节点f1作为当前簇s的簇长节点。

将节点f1作为当前簇s的簇长节点后，当前簇s的3个节点均通过节点f1与网关通信，从而使得距离远的簇的节点也能与网关通信。

与上述实施例一致地，参阅图2，图2是本申请实施例提供的一种分组管理装置的组成框图。该分组管理装置包括：确定单元和分组单元。所述确定单元，用于用于识别出同一个局域网内的所有节点，确定各个节点与网关或基站的相关强度，相关强度为距离、传输时延、信号强度中的任一种；

分组单元，用于随机设置若干个条件阈值，比较各个节点到网关或基站的相关强度与条件阈值，根据比较结果确定满足条件阈值的各个节点的簇分组，不满足条件阈值的节点作为剩余节点，

将剩余节点按预设规则确定簇分组。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。