一种基于链表的无线通信节点在网状态检测方法

1.本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于链表的无线通信节点在网状态检测方法。


背景技术：

2.无线通信是指多个节点间不经由导体或缆线传播进行的远距离传输通讯，利用收音机、无线电等都可以进行无线通讯。
3.无线通讯包括各种固定式、移动式和便携式应用，例如双向无线电、手机、个人数码助理及无线网络。其他无线电无线通讯的例子还有gps、车库门遥控器、无线鼠标等。
4.随着物联网的飞速发展以及“万物互联”理念的提出，无线通信逐渐成为一个潜在的巨大为题。随着“万物互联”时代的到来，无线通信的应用已经无处不在。例如阿里的无人酒店，将所有的操作都交给了智能机器人去处理，而智能机器接收到人们发出的语音指令并解析成功后，需要通过无线通信技术将相关指令传送给智能家电。随着“智能时代”的到来，无线通信将发挥至关重要的作用。
5.无线通信的主要特点包括:无线通信技术的联合化、无线通信技术的高校频谱接入、超宽带的无线接入。无线通信技术的联合化是指随着科学技术的不断发展和演化，无线通信技术的种类在网络通信中不断增多,4g技术已经大范围进行数据传输工作，5g技术也随着社会需求开始进行数据传输工作，除此之外宽带技术也不断的发展。网络无线通信技术呈现多样化的特点。针对多样化的技术发展特点，无线通信技术联合化逐渐出现。对目前的各种网络技术采取一定的融合方式，建立异构网络的联合，简称为网络无线通信技术的联合化。无线通信技术的高效频谱接入是指由于现存的一些协议已经无法适应无线网络通信技术的发展近况，因此就需要进一步向更高水平的接入协议进军。除了协议落后的问题，还需要考虑到由于使用无线网络通信技术中的无线频谱造成拥挤的现象。这就需要通过无线通信技术的高效频谱接入来提高无线网络通信运行机制的水平，以此来改善整个无线通信的运行模式，这将会极大的提高无线通信技术的使用率。超宽带无线是指宽带信道中心频率远超普通宽带通信中心频率20mhz的宽带无线接入技术。由于普通的宽带无线接入技术得不到高效率的应用，因此将超宽带无线接入到无线通信中也成为一种必然的趋势。将超宽带无线接入到无线通信中，这样构建得到的时域通信能够更好的接受和传输各种数据信息，促进整体的网络无线通信技术得到进步。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种基于链表的无线通信节点在网状态检测方法，解决了现有技术中存在的无法动态加载受控节点、无法定时更新节点的连接状态、无法将上位机节点与受控节点实现业务分离的问题。
7.本发明所采用的技术方案是，一种基于链表的无线通信节点在网状态检测方法，具体按照以下步骤实施：
8.步骤1、系统环境搭建：包括上位机节点、协调器节点、路由/终端节点，其中，上位机节点与协调器节点之间采用串口进行通信，协调器节点与路由/终端节点通过zigbee无线网络进行通信，协调器节点、路由/终端节点采用zigbee技术协议栈z
‑
stack，系统中使用了z
‑
stack自带的nv存储器保存网络的配置参数、路由/终端节点的入网注册信息、收到路由/终端节点信息的时间戳、以及开始轮询各终端/路由节点在网状态检测信息的时间戳；
9.步骤2、将终端/路由节点通电，判断是否清空nv存储器里的内容并设置协调器等待时间的初值以及可变参数时间记为“adjustparam”的初值，然后等待协调器节点的自组网成功；
10.步骤3、在步骤2协调器节点自组网成功的基础上，将路由/终端节点通电，等待路由/终端节点入网成功后，入网的路由/终端节点发送路由/终端节点的入网注册信息，否则，返回步骤2；
11.步骤4、协调器节点收到来自步骤3中路由/终端节点发送的入网注册信息后将路由/终端节点的入网注册信息通过nv存储器进行存储，协调器节点用nv存储器记录收到第一个路由/终端节点信息时的时间戳记为“starttime”；
12.步骤5、待步骤1中提到的所有节点即上位机节点、协调器节点、路由/终端节点通电完毕之后，协调器节点开始轮询各路由/终端节点的在网状态检测信息，同时协调器节点用nv存储器记录此时的时间戳记为“endtime”；
13.步骤6、各路由/终端节点收到在网状态检测信息后，发送当前节点的在网状态检测信息；
14.步骤7、协调器节点收到步骤6中各路由/终端节点发送的64位ieee地址和16位网络短地址后，将各个路由/终端节点的在网状态检测信息构建成在网节点信息链表，并保持在网节点信息链表的定时更新；
15.步骤8、上位机不定时的向协调器节点请求当前在网节点信息链表；
16.步骤9、协调器节点在收到步骤8中由上位机发送的请求后，通过串口将在网节点信息链表发送给上位机；
17.步骤10、上位机收到步骤9中由协调器发送的在网节点信息链表后，对收到的数据进行解析，判断当前时刻所有路由/终端节点的在网状态，并生成在网状态报告。
18.本发明的特点还在于，
19.步骤2具体如下：
20.步骤2.1、协调器节点通电后，协调器节点会自己完成组网操作，并将协调器节点的组网成功指示灯点亮；
21.步骤2.2、协调器节点通电如果属于在系统运行过程中意外重启的情况，则无需清空nv存储器里的内容，进入步骤2.10；否则，进入步骤2.3；
22.步骤2.3、上位机节点发送清空nv存储器指令给协调器节点，并开启计时器；
23.步骤2.4、协调器节点收到步骤2.3中上位机节点发送的清空nv存储器指令后；对指令进行解析，若解析成功则进入步骤2.5，否则进入步骤2.8；
24.步骤2.5、协调器节点对步骤2.3中上位机节点发送的清空nv存储器指令解析成功后，执行“nv存储器”清空函数；
25.步骤2.6、协调器节点执行完成步骤2.5中的nv存储器清空函数后，向上位机发送
nv存储器清空完成状态指令；
26.步骤2.7、上位机节点收到步骤2.6中协调器节点发送的nv存储器清空完成状态指令后；进入步骤2.10；清除步骤2.3中的计时器；否则，返回步骤2.3；
27.步骤2.8、协调器节点对步骤2.3中上位机节点发送的清空nv存储器指令解析失败后，向上位机发送指令解析错误码；
28.步骤2.9、上位机节点收到步骤2.8中协调器节点发送的指令解析错误码后；返回步骤2.3；
29.步骤2.10、上位机节点向协调器节点发送协调器等待时间初值以及可变参数时间即“adjustparam”初值；
30.步骤2.11、协调器节点收到步骤2.10中上位机节点发送的协调器等待时间初值以及可变参数时间即“adjustparam”初值后将其存储到nv存储器中。
31.步骤3具体如下：
32.步骤3.1、路由/终端节点通电后，路由/终端节点会自己搜索已经成功组建的zigbee网络，加入其中，并将路由/终端节点的入网成功指示灯点亮；
33.步骤3.2、若步骤3.1中通电的路由/终端节点入网成功指示灯一直未能亮起，则给路由/终端节点断电，并返回步骤3.1；否则，进入步骤3.3；
34.步骤3.3、步骤3.1中的路由/终端节点入网指示灯亮起即入网成功后，路由/终端节点向协调器节点发送路由/终端节点的入网注册信息。
35.步骤4中协调器通过单播方式自主定时轮询各注册成功的终端/路由节点在网状态，具体如下：
36.步骤4.1、协调器节点将收到第一个路由/终端节点入网注册信息的时间戳记为“starttime”，并使用nv存储器将其保存；
37.步骤4.2、协调器节点在协调器等待时间即步骤2.11中存入nv存储器的协调器等待时间内收到步骤3.3中路由/终端节点发送的入网注册信息后，构建入网注册成功节点集并存入nv存储器中。
38.步骤5具体如下：
39.步骤5.1、待步骤1中提到的所有节点即上位机节点、协调器节点、路由/终端节点通电完毕之后，上位机节点向协调器节点发送通电完毕指令，并开启计时器；
40.步骤5.2、协调器节点收到由步骤5.1中上位机节点发送的通电完毕指令后，获取当前时间戳记为“endtime”，从nv存储器中取出步骤4.1中存入的“starttime”，以及步骤2.11中存入的“adjustparam”，按照公式(endtime
‑
starttime)+adjustparam进行计算，并将计算后的结果存入nv存储器覆盖步骤2.11中存入的协调器等待时间初值，使计算后结果成为新的协调器等待时间值；
41.步骤5.3、协调器节点发送收到通电完毕指令给上位机节点；
42.步骤5.4、上位机节点收到步骤5.3中协调器节点发送的收到通电完毕指令后，清除步骤5.1中开启的定时器。
43.步骤6中各路由/终端节点发送的在网状态检测信息为当前节点的64位ieee地址以及16位的网络短地址。
44.步骤7具体如下：
45.步骤7.1、若路由/终端节点首次入网或者断电重启重新入网后，主动给协调器节点发送路由/终端节点入网注册信息，其中路由/终端节点入网注册信息包括路由/终端节点的64位ieee地址和16位网络短地址，转到步骤7.2；若路由/终端节点已经完成首次入网并供电稳定则转到步骤7.5；
46.步骤7.2、协调器节点收到步骤7.1中路由/终端节点的入网注册信息；
47.步骤7.3、迭代步骤3.4中构建并存入nv存储器中的入网注册成功节点集，判断步骤7.2中协调器节点收到的路由/终端节点信息是否在入网注册成功节点集中，若在，则转到步骤7.5，若不在，则转到步骤7.4；
48.步骤7.4、将步骤7.2中收到的路由/终端节点入网注册信息存储到nv存储器的入网注册成功节点集中，完成入网注册成功节点集更新，实现对受控节点的动态加载特性；
49.步骤7.5、协调器节点迭代入网注册成功节点集、开启定时器，并通过单播方式向所有路由/终端节点发送在网状态检测信息请求，若当前存在在网节点信息链表；则在迭代完成后销毁当前存在的在网节点信息链表；
50.步骤7.6、路由/终端节点收到步骤7.5中由协调器节点发送的在网状态检测信息请求后，向协调器节点发送当前路由/终端节点的在网状态检测信息；
51.步骤7.7、协调器节点收到步骤7.6中由路由/终端节点发送的在网状态检测信息后，重新构造步骤7.5中销毁的在网节点信息链表，实现对受控节点状态的动态定时更新特性；
52.步骤7.8、当步骤7.5中开启的定时器到达协调器等待时间时则重新进入步骤7.5。
53.步骤8具体如下：
54.上位机不定时的向协调器节点请求当前的在网节点信息链表，同时协调器节点不间断的定时轮询各路由/终端节点的在网状态信息并构建在网节点信息链表，实现上位机节点与受控节点的业务分离特性。
55.本发明的有益效果是，一种基于链表的无线通信节点在网状态检测方法，实现了对受控节点的动态加载特性、对受控节点状态的动态定时更新特性以及实现了上位机节点与受控节点的业务分离，从而高效且稳定的实现了对受控节点的在网状态检测。
附图说明
56.图1是本发明一种基于链表的无线通信节点在网状态检测方法系统环境构建图；
57.图2是本发明一种基于链表的无线通信节点在网状态检测方法流程框图；
58.图3是采用本发明方法的实验模块网络结构图；
59.图4是采用本发明方法对多个节点进行在网状态稳定性检测结果统计图。
具体实施方式
60.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
61.本发明一种基于链表的无线通信节点在网状态检测方法，流程图如图1所示，具体按照以下步骤实施：
62.步骤1、系统环境搭建：包括上位机节点、协调器节点、路由/终端节点，其中，上位机节点与协调器节点之间采用串口进行通信，协调器节点与路由/终端节点通过zigbee无
线网络进行通信，协调器节点、路由/终端节点采用zigbee技术协议栈z
‑
stack，系统中使用了z
‑
stack自带的nv存储器(即非易失性存储器)保存网络的配置参数、路由/终端节点的入网注册信息、收到路由/终端节点信息的时间戳、以及开始轮询各终端/路由节点在网状态检测信息的时间戳；
63.步骤2、将终端/路由节点通电，判断是否清空nv存储器里的内容并设置协调器等待时间的初值(协调器在通电后默认所有路由/终端节点均通电完毕的时间记为协调器等待时间)以及可变参数时间(用于细微调整协调器等待时间)记为“adjustparam”的初值，然后等待协调器节点的自组网成功；
64.步骤2具体如下：
65.步骤2.1、协调器节点通电后，协调器节点会自己完成组网操作，并将协调器节点的组网成功指示灯点亮；
66.步骤2.2、协调器节点通电如果属于在系统运行过程中意外重启的情况，则无需清空nv存储器里的内容，进入步骤2.10；否则，进入步骤2.3；
67.步骤2.3、上位机节点发送清空nv存储器指令给协调器节点，并开启计时器；
68.步骤2.4、协调器节点收到步骤2.3中上位机节点发送的清空nv存储器指令后；对指令进行解析，若解析成功则进入步骤2.5，否则进入步骤2.8；
69.步骤2.5、协调器节点对步骤2.3中上位机节点发送的清空nv存储器指令解析成功后，执行“nv存储器”清空函数；
70.步骤2.6、协调器节点执行完成步骤2.5中的nv存储器清空函数后，向上位机发送nv存储器清空完成状态指令；
71.步骤2.7、上位机节点收到步骤2.6中协调器节点发送的nv存储器清空完成状态指令后；进入步骤2.10；清除步骤2.3中的计时器；否则，返回步骤2.3；注：若上位机节点在步骤2.3中的计时器到达2秒后，未收到由步骤2.6中协调器节点发送的“nv存储器”清空完成状态指令时；返回步骤2.3。
72.步骤2.8、协调器节点对步骤2.3中上位机节点发送的清空nv存储器指令解析失败后，向上位机发送指令解析错误码；
73.步骤2.9、上位机节点收到步骤2.8中协调器节点发送的指令解析错误码后；返回步骤2.3；
74.步骤2.10、上位机节点向协调器节点发送协调器等待时间初值以及可变参数时间即“adjustparam”初值；
75.步骤2.11、协调器节点收到步骤2.10中上位机节点发送的协调器等待时间初值以及可变参数时间即“adjustparam”初值后将其存储到nv存储器中。
76.步骤3、在步骤2协调器节点自组网成功的基础上(即协调器节点的自组网成功指示灯亮起)，将路由/终端节点通电，等待路由/终端节点入网成功后，入网的路由/终端节点发送路由/终端节点的入网注册信息，否则，返回步骤2；
77.步骤3具体如下：
78.步骤3.1、路由/终端节点通电后，路由/终端节点会自己搜索已经成功组建的zigbee网络，加入其中，并将路由/终端节点的入网成功指示灯点亮；
79.步骤3.2、若步骤3.1中通电的路由/终端节点入网成功指示灯一直未能亮起，则给
路由/终端节点断电，并返回步骤3.1；否则，进入步骤3.3；
80.步骤3.3、步骤3.1中的路由/终端节点入网指示灯亮起即入网成功后，路由/终端节点向协调器节点发送路由/终端节点的入网注册信息。
81.步骤4、协调器节点收到来自步骤3中路由/终端节点发送的入网注册信息后将路由/终端节点的入网注册信息通过nv存储器进行存储，协调器节点用nv存储器记录收到第一个路由/终端节点信息时的时间戳记为“starttime”；
82.步骤4中协调器通过单播方式自主定时轮询各注册成功的终端/路由节点在网状态，具体如下：
83.步骤4.1、协调器节点将收到第一个路由/终端节点入网注册信息的时间戳记为“starttime”，并使用nv存储器将其保存；
84.步骤4.2、协调器节点将在协调器等待时间(即步骤2.11中存入nv存储器的协调器等待时间)内收到步骤3.3中路由/终端节点发送的入网注册信息后，构建入网注册成功节点集(数据结构采用集合)并存入nv存储器中。
85.步骤5、待步骤1中提到的所有节点即上位机节点、协调器节点、路由/终端节点通电完毕之后，协调器节点开始轮询各路由/终端节点的在网状态检测信息，同时协调器节点用nv存储器记录此时的时间戳记为“endtime”；
86.步骤5具体如下：
87.步骤5.1、待步骤1中提到的所有节点即上位机节点、协调器节点、路由/终端节点通电完毕之后，上位机节点向协调器节点发送通电完毕指令，并开启计时器；
88.步骤5.2、协调器节点收到由步骤5.1中上位机节点发送的通电完毕指令后，获取当前时间戳记为“endtime”，从nv存储器中取出步骤4.1中存入的“starttime”，以及步骤2.11中存入的“adjustparam”，按照公式(endtime
‑
starttime)+adjustparam进行计算，并将计算后的结果存入nv存储器覆盖步骤2.11中存入的协调器等待时间初值，使计算后结果成为新的协调器等待时间值；
89.步骤5.3、协调器节点发送收到通电完毕指令给上位机节点；
90.步骤5.4、上位机节点收到步骤5.3中协调器节点发送的收到通电完毕指令后，清除步骤5.1中开启的定时器。
91.注：若上位机在步骤5.1中开启的定时器到达2s后仍未收到“收到通电完毕指令”，则返回步骤5.1。
92.步骤6、各路由/终端节点收到在网状态检测信息后，发送当前节点的在网状态检测信息；
93.步骤6中各路由/终端节点发送的在网状态检测信息为当前节点的64位ieee地址以及16位的网络短地址。
94.步骤7、协调器节点收到步骤6中各路由/终端节点发送的64位ieee地址和16位网络短地址后，将各个路由/终端节点的在网状态检测信息构建成在网节点信息链表，并保持在网节点信息链表的定时更新；
95.步骤7具体如下：
96.步骤7.1、若路由/终端节点首次入网或者断电重启重新入网后，主动给协调器节点发送路由/终端节点入网注册信息，其中路由/终端节点入网注册信息包括路由/终端节
点的64位ieee地址和16位网络短地址，转到步骤7.2；若路由/终端节点已经完成首次入网并供电稳定则转到步骤7.5；
97.步骤7.2、协调器节点收到步骤7.1中路由/终端节点的入网注册信息；
98.步骤7.3、迭代步骤3.4中构建并存入nv存储器中的入网注册成功节点集，判断步骤7.2中协调器节点收到的路由/终端节点信息是否在入网注册成功节点集中，若在，则转到步骤7.5，若不在，则转到步骤7.4；
99.步骤7.4、将步骤7.2中收到的路由/终端节点入网注册信息存储到nv存储器的入网注册成功节点集中，完成入网注册成功节点集更新，实现对受控节点的动态加载特性；
100.步骤7.5、协调器节点迭代入网注册成功节点集、开启定时器，并通过单播方式向所有路由/终端节点发送在网状态检测信息请求，若当前存在在网节点信息链表；则在迭代完成后销毁当前存在的在网节点信息链表；
101.步骤7.6、路由/终端节点收到步骤7.5中由协调器节点发送的在网状态检测信息请求后，向协调器节点发送当前路由/终端节点的在网状态检测信息；
102.步骤7.7、协调器节点收到步骤7.6中由路由/终端节点发送的在网状态检测信息后，重新构造步骤7.5中销毁的在网节点信息链表，实现对受控节点状态的动态定时更新特性；
103.步骤7.8、当步骤7.5中开启的定时器到达协调器等待时间时则重新进入步骤7.5。
104.步骤8、上位机不定时的向协调器节点请求当前在网节点信息链表；
105.步骤8具体如下：
106.上位机不定时的向协调器节点请求当前的在网节点信息链表，同时协调器节点不间断的定时轮询各路由/终端节点的在网状态信息并构建在网节点信息链表，实现上位机节点与受控节点的业务分离特性。
107.步骤9、协调器节点在收到步骤8中由上位机发送的请求后，通过串口将在网节点信息链表发送给上位机；
108.步骤10、上位机收到步骤9中由协调器发送的在网节点信息链表后，对收到的数据进行解析，判断当前时刻所有路由/终端节点的在网状态，并生成在网状态报告。
109.图1系统环境搭建:该系统包括上位机节点、协调器节点、路由/终端节点。其中，上位机节点与协调器节点之间采用串口进行通信。协调器节点与路由/终端节点通过zigbee无线网络进行通信。此外，本系统协调器节点、路由/终端节点的固件开发还采用了zigbee技术协议栈z
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stack。系统中使用了z
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stack自带的“nv存储器”(即非易失性存储器)保存网络的配置参数、路由/终端节点的入网注册信息、收到路由/终端节点信息的时间戳、以及开始轮询各终端/路由节点在网状态检测信息的时间戳。
110.图3是典型的zigbee模块网络结构图，从图中可以看出它包括协调器节点(coordinator)、路由节点(router)、和终端节点(end device)。其中可以看出在一个zigbee网络中只有一个协调器节点、可以有多个路由节点以及多个终端节点，其中路由节点可以进行数据传输的路由接力，而终端节点则不具有数据传输的路由接力功能。
111.图4是采用本发明方法对多个节点进行在网状态稳定性检测结果统计图，从图中可以看出3个路由节点和4个终端节点的在网状态都相当稳定，路由/终端节点的在网状态稳定率都维持在95％以上。