一种基于树形网络的探测组网系统的制作方法

本申请实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于树形网络的探测组网系统

背景技术：

目前，为了优化通信网络中设备间的通讯，通过网络组建技术将网络内的设备按照一定的拓扑结构连接在一起，而树形网络的组网便是将网络内的设备按照树形拓扑结构连接在一起的一种组网方式。传统的树形网络组网方法采用节点之间随机通信的方式来建立连接关系。通过节点之间随机通信的方式，以简化组网流程，保障信息传输的稳定性。

但是，由于采用随机通信的方式建立节点间的连接关系，在随机通信时会干扰到相邻节点之间的通信，产生通信冲突，进而影响整个树形网络的鲁棒性。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种基于树形网络的探测组网系统，能够优化节点间的组网，保障树形网络节点间通信的稳定性。

在第一方面，本申请实施例提供了一种基于树形网络的探测组网系统，包括：集中器、多个路由设备和多个终端设备；

所述集中器配置为根节点，用于通过路由探测将所述路由设备配置为分支节点，通过终端探测将所述终端设备配置为叶子节点；

任一所述分支节点与所述根节点或其他的所述分支节点信号连接，并以所述根节点或其他的所述分支节点作为上层节点；

任一所述叶子节点与所述根节点或所述分支节点信号连接，并以所述根节点或所述分支节点作为上层节点。

进一步的，所述路由设备包括一级路由设备和次级路由设备；

所述一级路由设备直接与所述集中器信号连接，并以所述集中器作为上层节点，所述一级路由设备通过所述集中器在探测范围内进行路由探测确定；

所述次级路由设备与所述一级路由设备或其他的所述次级路由设备信号连接，并以所述一级路由设备或其他的所述次级路由设备作为上层节点，所述次级路由设备通过所述一级路由设备或其他的所述次级路由设备进行路由探测确定，所述一级路由设备或其他的所述次级路由设备用于根据所述集中器发送的路由探测执行请求进行路由探测。

进一步的，所述终端设备包括一级终端设备和次级终端设备；

所述一级终端设备直接与所述集中器信号连接，并以所述集中器作为上层节点，所述一级终端设备通过所述集中器在探测范围内进行终端探测确定；

所述次级终端设备与所述路由设备信号连接，并以所述路由设备作为上层节点，所述次级路由设备通过所述路由设备进行终端探测确定，所述路由设备用于根据所述集中器发送的终端探测执行请求进行终端探测。

进一步的，所述集中器、所述路由设备和所述终端设备均为独立主机。

进一步的，所述根节点、所述分支节点和所述叶子节点之间使用无线通信模块进行信号连接。

进一步的，所述无线通信模块为zigbee、wifi、蓝牙或lora模块。

进一步的，所述集中器为服务器设备。

进一步的，所述路由设备为ethernet路由器或无线路由器。

进一步的，所述终端设备为智能终端设备、监控终端设备或信息采集终端设备。

本申请实施例通过将集中器配置为根节点，并通过路由探测各个路由设备，将路由设备配置为分支节点，构建根节点与分支节点，以及分支节点之间的连接关系。并通过集中器进行终端探测各个终端设备，将终端设备配置为叶子节点，构建根节点与叶子节点，以及分支节点与叶子节点的连接关系。采用上述技术时段，通过节点间探测组网的方式进行节点间连接关系的构建，避免了随机通信组网导致的通信干扰，进一步保障树形网络节点间通信的稳定性，优化节点间的组网。

附图说明

图1是本申请实施例一提供的一种基于树形网络的探测组网系统的结构示意图；

图2是本申请实施例一提供的一种基于树形网络的探测组网方法的流程图；

图3是本申请实施例一中的探测组网示意图；

图4是本申请实施例一中的路由探测流程图；

图5是本申请实施例一中的终端探测流程图；

图6是本申请实施例一中的本地探测流程图；

图7是本申请实施例一中的远端探测流程图；

图8是本申请实施例一中的节点探测时序图；

图9是本申请实施例一中的路由探测示意图；

图10是本申请实施例一中的终端探测示意图。

具体实施方式

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。

本申请提供的基于树形网络的探测组网系统及方法，旨在通过节点间探测组网的方式进行节点间连接关系的构建，以避免节点间随机通信组网导致的通信干扰，进一步保障树形网络节点间通信的稳定性。相对于现有的基于树形网络的组网系统，其组网使用随机通信的方式会产生大量通信冲突，导致网络拥堵，降低了组网效率。并且随机通信引起的通信冲突会增加组网时间，拖慢了组网速度。此外，随机通信引起的通信冲突会增加电池供电设备的功耗，缩减电池寿命，需要提高电池电量才能满足使用需求，增加了设备成本。基于此，提供本申请实施例的基于树形网络的探测组网系统及方法，以解决现有基于树形网络的组网系统不稳定的技术问题。

实施例一：

图1给出了本申请实施例一提供的一种基于树形网络的探测组网系统，参照图1，该基于树形网络的探测组网系统包括：集中器11、多个路由设备12和多个终端设备13；其中，所述集中器11配置为根节点，用于通过路由探测将所述路由设备12配置为分支节点，通过终端探测将所述终端设备13配置为叶子节点；任一所述分支节点与所述根节点或其他的所述分支节点信号连接，并以所述根节点或其他的所述分支节点作为上层节点；任一所述叶子节点与所述根节点或所述分支节点信号连接，并以所述根节点或所述分支节点作为上层节点。

具体的，如图1所示，在进行探测组网时，通过集中器11发送探测信息进行分别进行路由探测和终端探测，并进一步根据确定的路由设备12和终端设备13建立相应的连接关系，进而构成该基于树形网络的探测组网系统。其中，通过发送探测信息进行节点探测并构建节点间的连接关系现有的实施方式有很多，本申请实施例的基于树形网络的探测组网系统不做固定限制。

进一步的，所述路由设备包括一级路由设备和次级路由设备，所述一级路由设备直接与所述集中器信号连接，并以所述集中器作为上层节点，所述一级路由设备通过所述集中器在探测范围内进行路由探测确定；所述次级路由设备与所述一级路由设备或其他的所述次级路由设备信号连接，并以所述一级路由设备或其他的所述次级路由设备作为上层节点，所述次级路由设备通过所述一级路由设备或其他的所述次级路由设备进行路由探测确定，所述一级路由设备或其他的所述次级路由设备用于根据所述集中器发送的路由探测执行请求进行路由探测。所述终端设备包括一级终端设备和次级终端设备，所述一级终端设备直接与所述集中器信号连接，并以所述集中器作为上层节点，所述一级终端设备通过所述集中器在探测范围内进行终端探测确定；所述次级终端设备与所述路由设备信号连接，并以所述路由设备作为上层节点，所述次级路由设备通过所述路由设备进行终端探测确定，所述路由设备用于根据所述集中器发送的终端探测执行请求进行终端探测。更具体的，所述集中器、所述路由设备和所述终端设备均为独立主机。所述根节点、所述分支节点和所述叶子节点之间使用无线通信模块进行信号连接。所述无线通信模块为zigbee、wifi、蓝牙或lora模块。所述集中器为服务器设备。所述路由设备为ethernet路由器或无线路由器。所述终端设备为智能终端设备、监控终端设备或信息采集终端设备。

本申请实施例通过集中器在自身探测范围(即通讯范围)内进行路由探测和终端探测，进而确定自身探测范围内所包含的一级路由设备和一级终端设备。也就是说，本申请中一级路由设备和一级终端设备均直接与集中器建立通讯连接。而对应次级路由设备，通过集中器发送至各个一级路由设备的探测执行请求，进一步由一级路由设备在自身探测范围内进行路由探测，确定自身探测范围内所包含的次级路由设备。次级路由设备再进一步进行路由探测，确定自身探测范围内所包含的其他次级路由设备。以此类推，最终完成集中器的路由探测。次级路由设备根据级数的不同可以包括二级路由设备、三级路由设备乃至n级路由设备。可以理解的是，次级设备的上层节点越靠近一级路由设备，则其级数就越高。而对应次级终端设备，则通过集中器发送至各个一级路由设备的探测执行请求，进一步由一级路由设备在自身探测范围内进行终端探测，确定自身探测范围内所包含的次级终端设备，以此完成集中器的终端探测。需要说明的是，次级终端设备均由一级路由设备进行终端探测确定，且直接以一级路由设备作为上层节点。最终，通过搭建集中器与一级路由设备、一级路由设备与二级路由设备、集中器与一级终端设备、一级终端设备与路由设备的连接关系，得到最终的树形网络。在该树形网络中，各节点间明确相应的上层节点，避免了随机通信导致的通信干扰，进而保障树形网络通信的稳定性。

具体的，图2给出了本申请实施例一提供的一种基于树形网络的探测组网方法的流程图，本实施例中提供的基于树形网络的探测组网方法可以由基于树形网络的探测组网系统执行，该基于树形网络的探测组网设备可以通过软件和/或硬件的方式实现。下述以上述基于树形网络的探测组网系统为执行基于树形网络的探测组网方法的设备为例，进行描述。参照图2，该基于树形网络的探测组网方法具体包括：

s110、将集中器配置为根节点，并通过路由探测各个路由设备，将所述路由设备配置为分支节点，构建所述根节点与所述分支节点，以及所述分支节点之间的连接关系；

s120、集中器通过终端探测各个终端设备，将所述终端设备配置为叶子节点，构建所述根节点与所述叶子节点，以及所述分支节点与所述叶子节点的连接关系。

本申请实施例的树形网络包括三种网络节点，分别为根节点、分支节点和叶子节点。三种节点分别对应组网系统中的集中器、路由设备和终端设备，其中根节点作为网络的中心节点，叶子节点处于网络的末端，而分支节点则承担着中继功能。则树形网络的组网便是搭建分支节点、叶子节点与根节点连接关系的过程。

参照图3，提供本申请实施例的探测组网示意图，本申请实施例的探测组网方式旨在通过集中器使用探测方式获取周边节点信息，整个过程可分为路由探测和终端探测两个阶段。一般而言，集中器先执行路由探测阶段，后执行终端探测阶段。并且，在路由探测阶段，会先由集中器进行本地探测周边路由，再由近及远地指定路由设备进行远端探测对应的周边路由，以此来搭建路由设备与路由设备之间的连接关系。而在终端探测阶段，会由集中器先进行本地探测周边终端设备，再依据路由探测阶段获取的路由列表(包括了一级路由设备和次级路由设备)，由近及远地指定路由设备进行远端探测周边的终端设备，搭建终端设备与路由设备之间的连接关系。通过集中器执行路由探测和终端探测两个过程，可以高效便捷地实现树形网络的组网。

进一步的，参照图4，提供本申请实施例的路由探测流程图，路由探测流程包括：

s1101、所述集中器在探测范围内进行本地探测，确定对应的一级路由设备；

s1102、所述集中器通过发送探测执行请求进行远端探测，逐级探测确定对应的次级路由设备。

具体的，在进行路由探测时，集中器先基于自身当前的通讯范围进行本地探测，探测周边的路由设备，将本地探测的结果(即一级路由设备)添加到路由列表。再进一步发送探测执行请求至各个一级路由设备，由一级路由设备基于自身当前的通讯范围进行探测，探测周边的路由设备，并将探测到的结果(次级路由设备)返回至集中器并添加到路由列表。路由列表用于存放集中器与一级路由设备、一级路由设备与次级路由设备之间的连接关系。需要说明的是，本申请实施例的次级路由设备，包括了通过一级路由设备探测周边路由确定的二级路由设备、二级路由设备探测周边路由确定的三级路由设备等，以此类推，完成远端路由探测。并且，路由探测阶段中，远端探测的顺序会对路由树形网络结构产生影响，数据在路由中的转发次数越少、路径上节点间的信号越强则通讯效果越好。为了优化路由路径，通过遍历路由节点，将远端探测的顺序按照“优先遍历级数高的路由节点，其次是同级中信号强度最强的路由节点”。即一级路由设备根据信号强弱(相对于集中器)依次进行路由探测确定二级路由设备，二级路由设备根据信号强弱(相对于一级路由设备)依次进行路由探测确定三级路由设备，依次类推，直至完成路由探测。并且，在路由探测阶段，终端设备不参与探测，但需要对比其通讯范围内的路由设备信号强度，并优先选择信号强的路由设备作为父路由(即终端所连接的路由)，以便于后续进行终端探测。

参照图5，提供本申请实施例的终端探测流程图，终端探测的流程包括：

s1201、所述集中器在探测范围内进行本地探测，确定对应的一级终端设备；

s1202、所述集中器根据所述一级路由设备和所述次级路由设备进行远端探测，探测确定对应的次级终端设备。

在进行路由探测时，集中器同样先基于自身当前的通讯范围进行本地探测，探测周边的终端设备，将本地探测的结果(即一级终端设备)添加到终端列表。再进一步根据路由列表发送探测执行请求至各个路由设备(包括一级路由设备和次级路由设备)，由各个路由设备基于自身当前的通讯范围进行终端探测，探测周边的终端设备，并将探测到的结果(次级终端设备)返回至集中器并添加到终端列表。需要说明的是，本申请实施例的次级终端设备，即为直接对接路由设备并以各个路由设备为上层节点的终端设备。在终端探测阶段中，同样为了优化路由路径，通过遍历路由节点，将远端探测的顺序按照“优先遍历级数高的路由节点，其次是同级中信号强度最强的路由节点”。即根据不同路由设备的级数不同，由级数高且信号强的路由设备先进行终端探测。例如，一级路由设备中，根据信号强度(相对于集中器)的强弱进行终端探测，进一步由二级路由设备根据信号强度(相对于一级路由设备)的强弱进行终端探测，以此类推，直至完成终端探测。并且，在终端探测阶段中，终端只响应路由探测阶段中选择的父路由。父路由通过在路由探测阶段，由终端设备对比探测命令的级数(即路由级数)和信号强度，选择级数高且信号强的路由作为父路由。

更进一步的，本申请实施例中，无论是路由探测还是终端探测，均先通过本地探测在进行远端探测确定路由列表和终端列表，最终完成树形网络的组网。其中，如图6所示，本申请实施例中的本地探测流程包括：

s111、所述集中器广播发送探测命令，所述探测命令包含时间片宽度、时间片数量等级、起始地址、终止地址和探测编号信息；

s112、所述集中器进行节点探测，通过分时接收的方式接收探测范围内的所述路由设备或所述终端设备的探测应答。

具体的，集中器进行本地探测阶段，是在自身的通讯范围内进行路由探测或终端探测，探测到的节点均以集中器作为上层节点。在进行本地探测时，通过广播的方式在通讯范围内发送探测命令。探测命令以广播的形式请求符合条件的周边节点返回探测应答，探测命令包含时间片宽度、时间片数量等级、起始地址、终止地址和探测编号信息。周边未被探测到的节点依据命令中的信息，在指定的时间片返回探测应答，由集中器进行节点探测逐一接收这些探测应答，已探测出的节点则将忽略该探测命令。

本申请实施例中，时间片为分配给各个节点独立回复应答的时间，所有节点时间片大小一致并对应不同的时间点。在节点探测过程中，节点根据自身节点地址的不同，在与地址对应的时间片内与集中器进行通信以避免冲突。节点地址即为树形网络中用于区分不同节点的地址信息，网络中的所有节点的节点地址是唯一的。本申请实施例中集中器、路由设备和终端设备分别有不同区间的地址范围，通过判断节点地址所处的区间范围可以区分出节点的类型。以便于集中器确认探测应答的节点类型，并使路由设备和终端设备通过相关探测命令中包含的节点地址信息确定当前探测类型。具体的，探测命令中包含的时间片宽度，即为的单个时间片的宽度，其单位为毫秒；时间片数量等级则用于表示节点探测中的时间片数量，时间片数量的计算方法为“2^时间片数量等级”；起始地址和终止地址分别表示节点探测地址区间的起始地址和终止地址，起始地址和终止地址限制了节点探测的地址区间，即仅地址区间内的节点设备会对探测命令做出响应；探测编号即为探测节点(集中器或路由设备)指定的探测编号，被探测节点在成功返回探测应答后，不再响应包含该编号的探测命令，以此可避免出现重复探测的情况。

进一步的，探测命令中节点地址与起始地址的差值即为节点时间片的顺序。节点探测中的时间片数量直接决定了时间开销，由于探测前环境中的设备数量未知，根据需要调整时间片有助于减少探测过程的时间、能耗开销。本申请实施例进行时间片调整的大体原则为：对于同一个执行节点探测的节点，其第一次执行节点探测时，时间片数量使用预设默认值。之后的每一次节点探测都根据前一次的探测结果来确定时间片数量，当通讯错误过多的时候，增加时间片数量，当参与探测设备较少时则减少时间片数量。通过每次基于时间片和节点地址信息采用分时接收方法进行节点探测，由探测节点将探测命令广播出去，周边未被探测到的节点收到广播后将在指定的时间片依次回复探测应答，已探测出的节点将忽略探测命令，以此来完成该本地探测。

另一方面，如图7所示，提供本申请实施例中的远端探测流程包括：

s113、所述集中器发送探测执行请求至相应的所述路由设备，所述探测执行请求包括时间片宽度、时间片数量等级、起始地址、终止地址、探测编号和探测次数信息；

s114、所述集中器通过分时接收的方式接收各个所述路由设备的探测执行应答，所述探测执行应答包括应答数量和应答节点地址位图。

具体的，集中器进行远端探测阶段，通过向远端路由发送探测执行请求，要求远端路由探测其通讯范围内的节点。其中，远端探测在路由探测阶段为探测路由，在终端探测阶段为探测终端，并且，集中器根据路由列表进行探测执行请求的发送。即在路由探测阶段，首先发送探测执行请求至各个一级路由设备，进一步根据一级路由设备探测到的次级路由设备，发送探测执行请求至已探测到的次级路由设备进一步进行路由探测。在一些实施例中，该探测执行请求也可以通过一级路由设备进行逐级转发。进一步的，本申请实施例中，探测执行请求包括时间片宽度、时间片数量等级、起始地址、终止地址、探测编号和探测次数信息，其中时间片宽度、时间片数量等级、起始地址、终止地址和探测编号信息参照上述本地探测中探测命令的描述。不同于本地探测时所广播的探测命令，探测执行请求还包含了探测次数信息，探测次数即为节点探测的执行次数。可以理解的是，在进行节点探测阶段，由于干扰等原因，可能导致通讯失败，使节点探测的结果不可靠，因此需要多次执行节点探测来提高探测成功率。探测次数用于指示路由设备进行远端探测是的节点探测次数，而集中器在本地探测时，节点探测次数同样需要尽可能地保障能够消除干扰，由于本地探测时节点探测由集中器执行，因此无需在探测命令中包含探测次数信息。

同样的，路由设备通过节点探测，接收探测应答，并根据探测应答所包含的探测结果，生成对应的探测执行应答，探测执行应答包含了应答数量、错误数量和应答地址位图信息，其中，应答数量为节点探测成功接收应答的计数，错误数量为节点探测错误接收应答的计数，应答地址位图为所有应答节点的地址列表信息，采用位图表示法可减少探测执行应答的数据量。最终，根据这一探测应答，集中器进行路由列表或终端列表更新，以此完成远端探测。

进一步的，参照图8，提供本申请实施例的节点探测时序图，在集中器或路由设备进行节点探测阶段，由探测节点发送探测命令，被探测节点接收命令完毕时刻为0t。探测节点在n*t时间内保持等待接收状态，其中n为时间片数量，t为时间片大小。收到探测命令的节点若满足响应探测的条件，则在指定的时间片返回探测应答。探测节点接收到探测应答后记录该设备，统计通讯失败次数。图8中，被探测节点a在时间片4t～5t之间回复探测应答，被探测节点b在时间片t～2t之间回复探测应答，被探测节点c在时间片3t～4t之间回复探测应答。探测节点根据探测应答记录探测结果，最终由集中器进行路由列表或者终端列表的更新。并且，在进行节点探测时，若被探测节点为终端，则终端在被探测后会进行父路由更新。

参照图9-图10，提供本申请实施例的路由探测和终端探测示意图，其中路由探测阶段和终端探测阶段均根据“优先遍历级数高的路由节点，其次是同级中信号强度最强的路由节点”的原则，最终，搭建本申请实施例基于探测组网的树形网络。

此外，对应已构建的树形网络，还可以基于节点类型进行节点查找、节点删除及节点添加等操作。其中，在查找节点时，通过检查节点类型确定节点是路由设备还是终端设备。并进一步根据确定的节点类型在路由列表或终端列表中逐一取出路由设备或终端设备，判断其与查询节点的节点地址是否匹配，以此类推，完成节点查询。在进行节点添加时，通过确定添加节点的节点类型，将节点添加到对应的路由列表或终端列表。在进行节点删除时，通过确定删除节点的节点类型，将节点从对应的路由列表或终端列表中删除。

上述，通过将集中器配置为根节点，并通过路由探测各个路由设备，将路由设备配置为分支节点，构建根节点与分支节点，以及分支节点之间的连接关系。并通过集中器进行终端探测各个终端设备，将终端设备配置为叶子节点，构建根节点与叶子节点，以及分支节点与叶子节点的连接关系。采用上述技术时段，通过节点间探测组网的方式进行节点间连接关系的构建，避免了随机通信组网导致的通信干扰，进一步保障树形网络节点间通信的稳定性，优化节点间的组网。

实施例二：

本申请实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种基于树形网络的探测组网方法，该基于树形网络的探测组网方法包括：将集中器配置为根节点，并通过路由探测各个路由设备，将所述路由设备配置为分支节点，构建所述根节点与所述分支节点，以及所述分支节点之间的连接关系；集中器通过终端探测各个终端设备，将所述终端设备配置为叶子节点，构建所述根节点与所述叶子节点，以及所述分支节点与所述叶子节点的连接关系。

存储介质——任何的各种类型的存储器设备或存储设备。术语“存储介质”旨在包括：安装介质，例如cd-rom、软盘或磁带装置；计算机系统存储器或随机存取存储器，诸如dram、ddrram、sram、edoram，兰巴斯(rambus)ram等；非易失性存储器，诸如闪存、磁介质(例如硬盘或光存储)；寄存器或其它相似类型的存储器元件等。存储介质可以还包括其它类型的存储器或其组合。另外，存储介质可以位于程序在其中被执行的第一计算机系统中，或者可以位于不同的第二计算机系统中，第二计算机系统通过网络(诸如因特网)连接到第一计算机系统。第二计算机系统可以提供程序指令给第一计算机用于执行。术语“存储介质”可以包括驻留在不同位置中(例如在通过网络连接的不同计算机系统中)的两个或更多存储介质。存储介质可以存储可由一个或多个处理器执行的程序指令(例如具体实现为计算机程序)。

当然，本申请实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的基于树形网络的探测组网方法，还可以执行本申请任意实施例所提供的基于树形网络的探测组网方法中的相关操作。

上述实施例中提供的基于树形网络的探测组网装置、存储介质及电子设备可执行本申请任意实施例所提供的基于树形网络的探测组网方法，未在上述实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请任意实施例所提供的基于树形网络的探测组网方法。

上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由权利要求的范围决定。