链型网络无线高速通讯协议的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，具体是链型网络无线高速通讯协议。
【背景技术】
[0002]在物联网、智能工业、智能交通、智能照明、智能道路领域中，存在大量需要进行组网通讯的设备，这些组网通讯的设备有很大部分是安装在一条直线的链路型环境中，组成链型网络拓扑结构，实现设备和主控、设备和管理中心通讯，完成工业信息采集和控制。
[0003]目前各行各业在链路型环境设备组网通讯中，普遍采用RS485总线、CAN总线、电力载波、光纤通讯等有线传输媒介实现通讯，这种有线式的组网通讯需要花费大量的线材，组网成本高，并且需要开挖线槽铺设线缆，增加了施工成本和维修成本，同时容易受到断线故障后导致网络瘫痪的威胁。
[0004]在链路型网络的组网应用中，还有采用zigbee、自组织网络等通用网络协议进行无线通讯组网的，但这些组网方式和传输协议主要面向于智能家居等网络设备小面积随机布设的环境下使用，并且这些协议设备节点通讯跳跃级数最多16级，且不具有断链保护能力，不适合进行超长链路多节点逐点传递的组网通讯，并且存在实际组网节点数有限、传输速率低、传输效率不高等一系列缺点。
[0005]针对链型网络设备组网通讯的特点，本发明在现代ARM CPU处理器+无线数据传输模块构成的装置上，完成了链型网络的高速组网及通讯，通过数据存储转发机制实现超长链型网络数据信息传输，能够将信息和指令快速的从管理设备传输到链路中的单个设备节点或设备分组，也能够从设备节点快速的获取信息和数据到管理设备。
[0006]目前使用中的zigbee网络、自组织网络，都是采用动态入网、动态拓扑计算，无法建立备份链路，特别是某关键的路由节点故障后，其下的所有节点需要重新入网、重新进行拓扑计算，耗时且耗能，还会产生入网震荡问题，极大的削弱了网络的稳定性，增加了数据传输过程中丢失的风险。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供高速传输、简单可靠、安全性高的链型网络无线高速通讯协议，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0008]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0009]链型网络无线高速通讯协议，具体包括如下:
[0010]I)链型网络由管理节点和普通节点组成，以管理节点为起点，利用无线通讯为媒介，将普通节点依次进行组网连接，其中管理节点的数量是I个；
[0011]向管理节点方向的无线数据传输定义为上行数据，该方向定义为上行方向，背离管理节点方向的无线数据传输定义为下行数据，该方向定义为下行方向；同理，数据传输时，以发送节点为中心，上行方向的相邻节点为上行节点，下行方向的相邻节点为下行节点；数据上行传输时，以发送节点为中心，将数据发送到其上行节点，其下行节点对数据直接丢弃不做处理；数据下行传输时，以发送节点为中心，将数据发送到其下行节点，其上行节点对数据直接丢弃不做处理；
[0012]每个节点都有一个网络中唯一的网络地址编号，该网络地址编号用于标明节点在网络进行数据通讯时的身份ID信息；网络地址编号由网络编号和设备地址编号两部分组成，具有相同网络编号的设备才能互相进行通讯；
[0013]2)在实际的物理链型网络中，根据实际需要按照单链、双链、三链的虚拟组链方式，所有单链、双链、三链组链的节点的网络编号都采用同一个网络编号，都由同一个管理节点进行管理；
[0014]双链、三链组链是将设备节点数过多的超长链型网络拆分成两个或三个互为备份的且设备节点数较少的短虚拟通讯链路，每个虚拟通讯链路都能配置为其它虚拟链路故障时的备份链路，在一条虚拟通讯链路中，每个普通节点向上行方向进行数据传输时，数据经过的第一个节点定义为上行首节点，数据经过的第二个节点定义为上行次节点，链路故障后通过备份链路中的节点进行数据上行备份传输的节点定义为上行旁路节点；同理向下行方向进行数据传输时，数据经过的第一个节点定义为下行首节点，数据经过的第二个节点定义为下行次节点，链路故障后通过备份链路中的节点进行数据下行备份传输的节点定义为下行旁路节点；每个设备装置进行数据通讯前配置管理节点地址、上行首节点网络地址、上行次节点网络地址、下行首节点网络地址、下行次节点网络地址、上行旁路节点地址、下行旁路节点地址，没有的节点网络地址填0，表示节点上行或下行到达链路终点；
[0015]组链方式是根据无线数据传输模块的发射功率、无线模块传输距离、设备节点间距离、实际的组链节点数来确定的，实际应用中链路组网的方式是根据实际情况进行选择的，当每个互相通讯的物理设备节点间距离大于100米或者节点数小于500节点时采用单链的方式进行组网，当每个互相通讯的物理设备节点间距离在50米到100米之间或者节点数在500节点至1000节点之间时采用双链的方式进行组网，当每个互相通讯的物理设备节点间距离小于50米或者节点数大于1000节点时采用三链的方式进行组网；
[0016]且采用无线信号小范围覆盖算法，每个节点的无线信号覆盖范围限定在虚拟通讯链路的2个节点通讯的范围之内，还利用无线传输流水线算法，将数据信息不断的从链路一端传递到另一端；
[0017]在一条虚拟通讯链路中，节点进行数据发送时，填写数据接收的目的网络地址，并填写数据传输的方向，然后以无线的方式发送到空间中，发送节点附近的节点接收到无线数据后，根据数据的接收目的地址和数据传输方向，确定数据是存储转发还是直接丢弃；
[0018]3)每个节点中配置了管理节点地址、上行首节点地址、上行次节点地址、下行首节点地址、下行次节点地址、上行旁路节点地址、下行旁路节点地址后，通过这些节点地址建立链型网络的拓扑结构、数据转发路径、链路备份冗余，将这些节点地址定义为链路数据转发地址；
[0019]配置链路数据转发地址的方式有手动和自动两种模式，手动模式时通过配置命令行接口进行配置或者通过无线手持配置终端进行配置，该模式通常用于链路中节点网络地址无规律、不连续的应用场合；在链型网络中，节点地址有规律且连续的情况下，采用自动配置模式进行计算获得各链路数据转发地址，按照地址增大或者减小的原则进行链路数据转发地址的计算及配置，
[0020]4)每个节点定期与上行首节点、上行次节点、下行首节点、下行次节点、上行旁路节点、下行旁路节点进行握手通讯、交换设备节点的身份信息和运行状态；
[0021]5)提供广播命令、直传命令、变长命令三类数据传输命令，数据传输命令帧格式包含帧头、帧序号、源地址、目的地址、发送地址、接收地址、信息命令码、数据信息、校验字；
[0022]6)数据信息的快速转发机制采用远距离次节点优先选择算法原则，
[0023]7)管理节点向所有普通节点发送数据信息和控制指令时，采用广播命令进行数据的传输，且广播命令仅能用于下行方向管理节点向普通节点发送信息，在广播信息传输过程中，充分利用了广播风暴的多点广播的特性，保证了数据信息的传输的可靠性和快速传输，传输过程采用远距离次节点优先选择算法原则，下行次节点收到广播命令后立即进行转发，下行首节点收到广播后延迟一段时间，若再次收到下行次节点转发的广播则直接丢弃广播命令不进行转发，若没有收到下行次节点的广播则表示下行节点广播转发失败，则由下行首节点承担广播转发任务；
[0024]管理节点向某个普通节点发送数据信息和控制命令时，采用直传命令，传输机制采用远距离次节点优先选择算法原则，
[0025]普通节点间数据传输、普通节点向管理节点的数据传输，都采用直传命令进行数据传输；在数据存储转发管理机制中，优先处理直传命令，保证直传命令的快速通过，直传命令主要面向于链路中点对点的数据快速传输，直传命令发送到目的节点后，目的节点会向源节点回复应答确认；
[0026]普通节点需要向管理节点上报统计或状态信息时，由某一普通节点发起变长命令传输，变长信息指令中会携带需要上报的统计或状态的信息分类，信息分类表示是上报所有统计或状态信息还是上报某一类统计或状态信息，信息分类由变长命令帧中的信息分类字段定义；节点生成变长命令帧后，将该变长命令向上行方向发送到上行首节点，上行首节点收到该变长信息指令后，根据指令中携带的信息分类，将本节点的同类别信息添加到变长命令帧的数据信息尾部，并发送出去，该变长命令会经过链路中的每个节点，会携带这些节点的同类别信息，直到将命令传输到管理节点；如此将变长命令传输沿途经过的所有节点的同类别信息都收集到管理节点；
[0027]变长命令在进行信息收集过程中，命令帧长度会不断的增加，当帧长度达到或将要超过系统约定的最大帧长度时，转发节点将该变长命令修改为直传命令，通过直传命令快速的将前面收集到的同类别信息传输到管理节点，然后转发节点会重新发起同类型的变长命令，收集节点上的同类信息，并向上行方向转发，以此类推，直到将链路中所有节点的信息都收集到管理节点；
[0028]8)在单链路、双链路、三链路组链过程中，出现某节点故障时，通过直传命令将链路故障告警快速传输到管理节点，通知进行设备检修和维护；当故障恢复后，同样通过直传命令将故障恢复传输到管理节点；
[0029]9)在单链路、双链路、三链路组链过程中，数据转发时，上行首节点故障后，由上行首节点负责转发的数据会通过上行次节点进行转发，反之，上行次节点故障后，由上行次节点负责转发的数据会通过上行首节点进行转发；同理，下行首节点故障后，由下行首节点负责转发的数据会通过下行次节点进行转发，反之，下行次节点故障后，由下行次节点负责转发的数据会通过下行首节点进行转发；
[0030]在双链路、三链路组链过程中，节点配置了备份链路中的上行旁路节点和下行旁路节点，上行首节点和上行次节点都故障后，由上行首节点和上行次节点负责转发的数据会借用备份链路中的上行旁路节点进行数据转发，将数据通过备份链路向上行方向转发，数据越过故障区域后，备份链路将转发的数据交还给原链路继续向上行方向转发，直到数据转发到管理节点；同理，下行首节点和下行次节点都故障后，由下行首节点和下行次节点负责转发的数据会借用备份链路中的下行旁路节点进行数据转发，将数据通过备份链路向下行方向转发，数据越过故障区域后，备份链路将转发的数据交还给原链路继续向下行方向转发，直到数据转发到目的节点，如此实现链路备份的功能，提高链路的安全性和可靠性；
[0031]上行旁路节点或下行旁路节点进行数据转发时，上行旁路节点或下行旁路节点保持转发数据的完整性，除了数据帧中的发送地址和接收地址外，不修改转发数据的任何信息内容，当数据绕过故障区域重新回到本链路后，依旧按照命令转发规则继续进行传输，直到传递到命令目的节点为止。
[0032]作为本发明进一步的方案:本发明的网络地址编号，采用16bit的长度，前6bit表示网络编号，后1bit表示设备地址编号，有效的网络编号取值I?62，设备地址编号取值I ?1022。
[0033]作为本发明进一步的方案:变长命令中，信息分类字段采用16bit的长度表示信息分类，最高bit位(bitl5)表示信息分类字段的定义方式，其余bitl4?bitO用于定义信息类别。
[0034]作为本发明进一步的方案:变长命令的发起有定时周期性发起和单次发起两种模式，变长命令的帧格式中，最短帧长度为32字节，最长帧长度根据协议实现的无线数据通