一种对等模式的无线组网通信方法与流程

1.本发明涉及无线自组网的技术领域，尤其涉及一种对等模式的无线组网通信方法。


背景技术：

2.无线自组织网络是一种不同于传统无线通信的技术。传统的无线通信网络，需要一个固定的网络基站来执行用户的接入和对用户的数据进行转发，例如我们现在使用的移动互联网。这种传统的无线通信网络，在人口相对密集的地区，有着大量的基站来供给人们进行通信，而在偏远地区或者进行紧急救援大范围移动的时候，由于没有基站的覆盖，就会导致通信困难，在空间上限制了信息的传播。
3.同时，无线自组网没有中央网络，可以根据需要灵活部署，而无需基础设施支持，例如计算机室和传输网络。无线自组网可以任意设置，信号避免了障碍物的干扰，传输无障碍，并且消除了盲区，也可以通过多跳中继网络进行扩展，以进一步扩展覆盖范围。
4.现如今，大多自组网方法中都需要独立的中继节点或者独立主机的加入，并且中继节点位置固定，极大的限制了可移动设备的活动范围，为在工业复杂环境下的移动设备组网带来了不便。
5.申请号为201810614791.5的发明专利公开了一种多跳中继的组网方法，第一rn在侦听到有周边rn发送的系统消息后，会根据该系统消息中周边rn的相关信息，确定第一rn的上级rn，从而完成多跳中继的组网。该发明在流程执行过程中会确定上级。上级的确认代表着依赖关系的确认，一旦上级出现故障或者脱离局域网络，如果局域组网动态调整上级，那么会出现一段时间内出现故障的上下级设备信息不能共享，如果局域组网不能动态调整，则出现故障的上下级设备已经脱离局域信息网。


技术实现要素：

6.针对在工业复杂环境下，由于独立中继节点位置的固定性引起的便携可移动设备使用局限的技术问题，本发明提出一种对等模式的无线组网通信方法，无需独立中继设备进行无线自组网，每台设备都为对等设备，可保证信息的有效传输。
7.为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种对等模式的无线组网通信方法，局域网内的已标号的n个终端节点周期性广播并监听共享信息；新的终端节点接入局域网时，接收局域网内已标号的终端节点广播的共享信息；新的终端节点根据共享信息对自身进行顺序标号为n+1，并根据接收的共享信息的信号强度对信号强度较大的终端节点i的广播信息进行应答，终端节点i更新共享信息并广播，其他终端节点同步更新广播的共享信息，其中，i∈[1,n]的任一自然数。
[0008]
优选地，所述终端节点既是接收器又是转发器，具有中继节点的作用；所述终端节点发送包括自身和其余终端节点的设备状态的共享信息。
[0009]
优选地，所述终端节点的通讯故障通过标号检测机制进行检测，并将故障信息广
播触发声光提醒，同时更新群组内共享信息的数据帧中标号的队列信息。
[0010]
优选地，所述标号检测机制为若标号为i-1的终端节点连续三个轮询周期未收到标号为i的终端节点的广播信息且标号为i+1的终端节点连续三个轮询周期未收到标号为i的终端节点的广播信息，则标号为i的终端节点为通讯故障或脱离该局域网。
[0011]
优选地，所述终端节点周期性广播的周期t由发送时间、监听时间和余量时间组成；所述已标号的n个终端节点之间信息周期性共享，广播时机由最新收到共享信息开始计算。
[0012]
优选地，所述终端节点根据自己的标号与收到的共享信息的终端节点的标号之差n计算等待的时间n*t。
[0013]
优选地，当n大于等于2时，若标号为n+1的终端节点只收到标号为i的终端节点广播的共享信息，则在标号为i的终端节点下个周期进行广播，标号为n+1的终端节点发起应答，此时标号为i的终端节点知道标号为n+1的终端节点接入，下个周期广播时更新共享信息；若标号为n+1的终端节点收到若干条广播信息，选择广播信息中信号强度较强的标号为i的终端节点，则在标号为i的终端节点下个周期进行广播，标号为n+1的终端节点发起应答，此时标号为i的终端节点知道标号为n+1的终端节点接入，下个周期广播时更新共享信息，其余终端节点同步更新数据帧信息。
[0014]
优选地，所述局域网内的终端节点与集中器相连接，集中器获取局域网内的群组信息并上传至云平台。
[0015]
优选地，每个局域网内均设有一个汇聚节点，汇聚节点与局域网内的终端节点相连接，汇聚节点与接入节点相连接。
[0016]
优选地，所述汇聚节点在检测到三个周期内没有收到终端节点的广播信息时，判定终端节点为掉线设备，汇聚节点将广播信息告知接入节点。
[0017]
与现有技术相比，本发明的有益效果：参考多跳网络拓扑结构，通过对节点进行标号设置，依次循环广播，实现信息共享，局域自组织网络；通过对设备进行标号组网，省去独立中继设备，节省资源；去除独立中继节点位置的固定性引起的便携可移动设备使用局限性；本发明提出的自组网方法灵活性高，适用与433mhz无线通讯组网、lora通讯组网等。
附图说明
[0018]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]
图1为本发明的流程示意图。
[0020]
图2为本发明信息交互的原理图。
[0021]
图3为本发明局域网中两个终端节点的示意图。
[0022]
图4为本发明实施例3的通信示意图。
[0023]
图5为本发明实施例4的通信示意图。
[0024]
图6为本发明实施例5的通信示意图。
[0025]
图7为本发明实施例6的通信示意图。
[0026]
图8为本发明实施例7的通信示意图。
[0027]
图9为本发明中间终端节点故障的通信示意图。
[0028]
图10为本发明中间终端节点故障的无法通信的示意图。
[0029]
图11为加网设备业务传输的示意图。
[0030]
图12为本发明相邻终端节点进行数据交互的示意图。
[0031]
图13为树状网络拓扑结构的示意图。
具体实施方式
[0032]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
实施例1如图1所示，一种对等模式的无线组网通信方法，局域网内的已标号的n个终端节点周期性广播并监听共享信息；新的终端节点接入局域网时，接收局域网内已标号的终端节点广播的共享信息；新的终端节点根据共享信息对自身进行顺序标号为n+1，并根据接收的共享信息的信号强度对信号强度较大的终端节点i的广播信息进行应答，终端节点i更新共享信息并广播，其他终端节点同步更新广播的共享信息，其中，i∈[1,n]的任一自然数。终端节点之间的信息交互如图2所示，终端节点为探测器或传感器，探测器终端自行组网，根据自己标号循环广播信息，周围终端节点或终端设备收到广播的设备消息和自身标号做出反应，依次传递。局域网内的终端节点与集中器相连接，集中器获取局域网内的群组信息并上传至云平台。若想将组群信息上传至云平台，可随时将集中器当普通设备接入局域网的群组中，获取组群消息后上传至云平台。集中器是不移动的，在云平台可以实时监控到组群内所有设备的工作状态，并且可以通过云平台向集中器发送命令，集中器将命令下发至组群，实现一机监控、一机控制。
[0034]
终端节点既是接收器又是转发器，具有中继节点的作用；所述终端节点发送包括自身和其余终端节点的设备状态的共享信息，可以实现组群内所有信息共享，实现一个报警，其余设备同步提醒，保证报警信息的扩散范围更广。同时，根据自身标号，终端节点通过正向传递和反向传递，有效扩大自组织网络覆盖范围。
[0035]
终端节点的通讯故障通过标号检测机制进行检测，并将故障信息广播触发声光提醒。终端节点本身上带有声光提示，本身故障或者周围设备故障后可以提示。标号检测机制为若标号为i-1的终端节点连续三个轮询周期未收到标号为i的终端节点的广播信息且标号为i+1的终端节点连续三个轮询周期未收到标号为i的终端节点的广播信息，则标号为i的终端节点为通讯故障或脱离该局域网。般重试次数都为三次，三次为最小测试周期，可以保证稳点性。
[0036]
所述终端节点周期性广播的周期t由发送时间、监听时间和余量时间组成；发送时间是节点发送共享信息的时间，监听时间是监听共享信息的时间，余量时间为增加的余量时间，补偿硬件处理时间。所述已标号的n个终端节点之间信息周期性共享，广播时机由最新收到共享信息开始计算，这样比较准确，每次都校准自己的等待时间，以最新收到的信息
为准。所述终端节点根据自己的标号与收到的共享信息的终端节点的标号之差n计算等待的时间n*t。这样不依赖于某一个设备，不会形成捆绑关系，防止某一个设备出错导致的组群时序紊乱。
[0037]
当n大于等于2时，若标号为n+1的终端节点只收到标号为i的终端节点广播的共享信息，则在标号为i的终端节点下个周期进行广播，标号为n+1的终端节点发起应答，此时标号为i的终端节点知道标号为n+1的终端节点接入，下个周期广播时更新共享信息；若标号为n+1的终端节点收到若干条广播信息，选择广播信息中信号强度较强的标号为i的终端节点，则在标号为i的终端节点下个周期进行广播，标号为n+1的终端节点发起应答，此时标号为i的终端节点知道标号为n+1的终端节点接入，下个周期广播时更新共享信息，其余终端节点同步更新数据帧信息。
[0038]
实施例2一种对等模式的无线组网通信方法，所有终端节点均是同等的，首先将一个终端节点即探测器设置入局域网，周期广播并监听，未收到有回复的信息，判定此时局域网中只有一台设备，标记为1号，1号终端节点周期性广播，周期时间为t，由发送时间、监听时间和余量时间组成。将第二台设备接入进入配网模式，即开始监听信息，监听一个时间周期后，当监听到只有1号终端节点的广播信息并告知局域网组群内目前只有一名成员后，对1号设备进行回复，所有设备记录可监听的设备编号。在交互信息中，每台设备都会公布现在群组内有多少设备，并且自己是几号设备，那么监听设备就可以获取到这些信息。并且广播信息中也会携带，此时区域内目前有两个探测设备，监听到目前组群内只有一台设备，加上自己共有两台，程序中处理将自己编号为2号后再进行广播，广播信息中告知1号终端节点目前群组内成员数量为2。因为1号设备收到了2号设备的广播，2号广播信息中告诉1号设备现在组群的最新消息，信息一直在共享。这样1号和2号终端节点之间信息周期性共享，广播时机由最新收到广播信息开始计算，根据自己的设备编号与收到的广播信息设备编号之差n，计算要等待的时间n*t，如图3所示。
[0039]
其他通信方法与实施例1相同。
[0040]
当第三个设备申请入网时，编号为3，分5种情形，分别如实施例3-7所示。
[0041]
实施例3一种对等模式的无线组网通信方法，如图4所示，当1号终端节点与2号终端节点正常广播信息共享时，3号终端节点放置在2号终端节点的右侧，1号终端节点和2号终端节点广播结束后，3号终端节点会收到两条广播信息，或者只收到2号终端节点的广播信息，所有设备记录可监听的设备编号，并且广播信息中也会携带，若3号终端节点收到了两条广播信息，根据两条信息中信号强度的大小rssi1和rssi2，若rssi1《rssi2，可知3号终端节点离2号终端节点比较近，等2号终端节点下个周期进行广播时，3号终端节点发起应答，此时2号终端节点知道有新设备接入，下个周期广播时广播信息更新，3号终端节点收到2号终端节点广播时开始计时，计时1个周期t时间结束后开始广播，其余设备同步更新数据帧信息。
[0042]
其他通信方法与实施例2相同。
[0043]
实施例4一种对等模式的无线组网通信方法，如图5所示，当1号终端节点与2号终端节点正常广播信息共享时，3号终端节点放置在2号设备的右侧，1号终端节点和2号终端节点广播
结束后，3号终端节点只收到了2号终端节点的广播信息，则在等2号终端节点下个周期进行广播时，3号终端节点发起应答，此时2号终端节点知道有新设备接入，下个周期广播时广播信息更新，3号终端节点收到2号终端节点广播时开始计时1个周期，计时结束后开始广播，同时1号终端节点收不到3号终端节点的广播信息，则在1号终端节点收到2号终端节点广播时开始计时，计时2个周期时间t结束后开始广播。因为1号终端节点通过2号终端节点目前组群内有3个设备，从收到2号设备信息就开始计时，若能收到3号设备信息，那计时1个周期就可以，收不到3号设备信息，就计时两个周期，这样不依赖于某一个设备，不会形成捆绑关系，防止某一个设备出错导致的组群时序紊乱。
[0044]
其他通信方法与实施例2相同。
[0045]
实施例5一种对等模式的无线组网通信方法，如图6所示，当1号终端节点与2号终端节点正常广播信息共享时，3号终端节点放置在1号终端节点的左侧，1号终端节点和2号终端节点广播结束后，3号终端节点会收到两条广播信息，所有设备记录可监听的设备编号，并且广播信息中也会携带，若3号终端节点收到了两条广播信息，根据两条信息中信号强度的大小rssi1、rssi2，rssi1》rssi2，可知3号终端节点离1号设备比较近，等1号终端节点下个周期进行广播时，3号终端节点发起应答，此时1号终端节点知道有新设备接入，下个周期广播时广播信息更新，其余设备同步更新数据帧信息。
[0046]
其他通信方法与实施例2相同。
[0047]
实施例6一种对等模式的无线组网通信方法，如图7所示，当1号终端节点与2号终端节点正常广播信息共享时，3号终端节点放置在1号终端节点的左侧，1号终端节点和2号终端节点广播结束后，3号终端节点收到1号终端节点广播时开始计时，计时2个周期t时间结束后开始广播。若3号终端节点只收到了1号终端节点的广播信息，则在等1号终端节点下个周期进行广播时，3号终端节点发起应答，此时1号终端节点知道有新设备接入，下个周期广播时广播信息更新，3号终端节点收到1号终端节点广播时开始计时，计时结束后开始广播，同时3号终端节点收不到2号终端节点的广播信息，则在3号终端节点收到1号广播时开始计时，计时2个周期时间t结束后开始广播。因为3号设备通过1号设备目前组群内有3个设备，我从收到1号设备信息就开始计时，若能收到2号设备信息，那计时1个周期就可以，收不到2号设备信息，就计时两个周期，这样不依赖于某一个设备，不会形成捆绑关系，防止某一个设备出错导致的组群时序紊乱。
[0048]
其他通信方法与实施例2相同。
[0049]
实施例7一种对等模式的无线组网通信方法，如图8所示，当1号终端节点与2号终端节点正常信息共享时，3号终端节点放置在1号终端节点和2号终端节点之间，处理也如同实施例3-6的情况分析处理。首先如只接收到1号终端节点或2号终端节点，进行信息交互；若3号终端节点接收到两条信息，比较信号强度后选择与信号强度较强的终端节点进行信息交互。
[0050]
其他通信方法与实施例2相同。
[0051]
实施例8一种对等模式的无线组网通信方法，上述实施例考虑在原有的组群中添加设备，
如果在运行过程中，其中一台设备故障引起通讯问题，如图9所示，1号终端节点与2号终端节点正常信息共享，2号终端节点与3号终端节点正常信息共享，1号终端节点与3号终端节点正常信息共享，若2号终端节点发生通讯故障，1号终端节点广播后，在周期的时间内未收到2号终端节点的广播，连续三次未收到2号终端节点的广播信息，如果3号终端节点也连续三次未收到2号终端节点的广播信息，认定2号终端节点通讯故障或脱离组群。但如果在三个周期内，3号终端节点收到2号终端节点的广播信息，并广播出来，此时1号终端节点也收到3号终端节点的广播信息，认定2号终端节点设备无故障，只是移动了位置。同样，若1号设备或者3号设备出现问题，处理情形基本一致。
[0052]
如图10所示，1号终端节点与2号终端节点正常信息共享，2号终端节点与3号终端节点正常信息共享，1号终端节点与3号终端节点之间距离较远，通讯不上，若2号终端节点通讯故障，则此条链路失效。后续如果有新加入设备，监听到2号终端节点已经脱离，可以将自己编号为2号。交互协议中会带有族群内所有设备的状态，显示2号设备已经故障，脱离组织，那么后续接入的设备可以根据监听到的信息将自己编号设置为2号。所以在布置现场应用环境时，避免只有一个终端节点作为中继节点的情形。在每台设备发送有效作用范围内至少保证2台设备可监听到信息。同时当有新终端节点接入时，一定要等组内成员全部完成正常交互后才能接入，避免出现时序和标号顺序出现错乱。一个终端节点的每台设备都有灯光提示，当有设备接收到与自己记录的群组成员数量不一致时，要通过闪灯指示，等到自己广播才将闪灯熄灭，这样当群组内所有灯光都不亮时，代表组群内信息同步完成。
[0053]
所有终端节点在广播信息中均携带自己接受范围内的所有设备标号及状态，并且接收附近设备的广播信息实时更新状态，形成区域块间数据更新传递。
[0054]
设备加网业务传输过程如图11所示，是实施例3的入网示意。加网设备是新加入设备，监听是设备处于接收状态，应答是收到数据后进行消息回复。
[0055]
本发明参考多跳网络拓扑，局域网中部分节点（中间的终端节点）作为中继节点，有效的将相距较远的接入节点相连，完成可靠的通信传输，如图12所示，组成n个终端节点的折线形网络，相邻终端节点进行数据的传输。
[0056]
其他通信方法与实施例2相同。
[0057]
实施例9一种对等模式的无线组网通信方法，采用标准树状网络拓扑结构，传感器、汇聚节点和接入节点通过给定信道的上行链路和下行链路进行连接，采用层级式模式管理，逐层传递，如图13所示。每个局域网内均设有一个汇聚节点，汇聚节点与局域网内的终端节点相连接，汇聚节点与接入节点相连接。汇聚节点在检测到三个周期内没有收到终端节点的广播信息时，判定终端节点为掉线设备，汇聚节点将广播信息告知接入节点。
[0058]
接入节点相当于一个无线网关，下面配置有n个汇聚节点，每个汇聚节点下面配置m个探测器，当其中一个探测器出现报警信息，上传到网关后，由网关再统一下发配置。报警信息先传递给汇聚节点，汇聚节点收集到信息后再将信息上传至接入节点。网关设备收到探测器报警信息后，可以向汇聚节点应答或者下发指令配置，汇聚节点收到后再转发至传感器。
[0059]
同时，当有新设备接入网络，通过配置协议参数，可申请加入某个汇聚节点，同时汇聚节点再汇报接入节点。配置协议参数即通讯参数设置，与某一个汇聚节点配置一样即
可，可以通过红外或者手持仪或者上位机等方式配入，也可以在程序中直接写成同样参数。当有设备掉线或者故障，汇聚节点在检测到3个轮询周期没有收到掉线设备信息，判定掉线，将数据结果告知接入接入节点。汇聚节点周期性发起广播数据去查看下面传感器的信息，同样传感器会应答，若有一台传感器设备未应答，记录一下，连续三次未收到，认为这个传感器设备掉线或者故障，汇聚节点将信息上传给接入节点。
[0060]
其他方法与实施例8相同。
[0061]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。