專利名稱：一種可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理方法，特別是針對智能家居、智能樓宇、工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高性能管理和維護的方法。
背景技術(shù)：
隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和無線通信技術(shù)等的不斷發(fā)展和融合，推動了低功耗、多功能的傳感器的快速發(fā)展，研制開發(fā)了具有感知能力、計算能力和通信能力的微型傳感器，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在一定區(qū)域的傳感器節(jié)點組成，通過無線通信的方式形成一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、分 布式信息處理技術(shù)和無線通信技術(shù)，能夠協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對這些數(shù)據(jù)進行處理，獲得詳盡準(zhǔn)確的信息，并傳送給需要這些信息的用戶。因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，應(yīng)用從最初的軍事應(yīng)用逐漸擴展到環(huán)境質(zhì)量檢測控制、交通管理、醫(yī)療救助、智能家居、自動化生產(chǎn)等各個方面。與此同時，應(yīng)用的復(fù)雜性，如數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸?、組網(wǎng)方式趨向小范圍高密度化、設(shè)備種類和功能多樣化、射頻環(huán)境復(fù)雜化(遮擋產(chǎn)生的多徑干擾、電磁干擾、同頻無線干擾等)，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性方面提出了較高要求。近年來，各種大規(guī)模、低成本、高可靠的近距離無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運而生，但是相當(dāng)多的方法仍然處于理論研究階段，真正實用的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更是少之又少，而應(yīng)用過程中無線的可靠性也成為制約無線傳感器網(wǎng)絡(luò)大范圍應(yīng)用的重要因素之一，因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用過程中迫切需要一套可靠的行之有效的無線網(wǎng)絡(luò)管理方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供一種行之有效的無線網(wǎng)絡(luò)管理方法，能夠便捷有效地實現(xiàn)無線設(shè)備入網(wǎng)管理、動態(tài)網(wǎng)絡(luò)管理、可靠地?zé)o線通信等目的，該方法具有高可靠性、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動態(tài)實時性和抗干擾性特點，能夠滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能家居、自動化生產(chǎn)等的應(yīng)用需求。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種實時可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理方法，所述方法中涉及四種類型設(shè)備無線協(xié)調(diào)器、無線路由器、無線終端、無線移動終端。無線協(xié)調(diào)器為網(wǎng)絡(luò)中的集中設(shè)備，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)信息的集中管理和維護，在同一個網(wǎng)絡(luò)中無線協(xié)調(diào)器是唯一的。無線路由器為網(wǎng)絡(luò)中繼設(shè)備，負(fù)責(zé)組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)，同時具有網(wǎng)絡(luò)管理能力。無線路由器作為網(wǎng)絡(luò)中路由設(shè)備可以將無線終端設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到協(xié)調(diào)器，同時維護與無線路由器相關(guān)的無線終端子節(jié)點，實時維護網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
無線終端為網(wǎng)絡(luò)中低功耗無線模塊，為有無線低功耗需求的設(shè)備提供無線服務(wù)。無線終端直接與無線路由器或者無線協(xié)調(diào)器相連，作為無線網(wǎng)絡(luò)中的葉子節(jié)點，無線終端沒有路由功能。無線移動終端為網(wǎng)絡(luò)中一類特殊設(shè)備，在移動過程中可以快速發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)并將數(shù)據(jù)直接上傳至無線協(xié)調(diào)器。無線移動終端主要用于無線網(wǎng)絡(luò)中的一些特殊移動設(shè)備，如遙控器，手持設(shè)備等。本發(fā)明所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理方法包含如下內(nèi)容
5110)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)切換，根據(jù)用戶需求在允許入網(wǎng)狀態(tài)和禁止入網(wǎng)兩種狀態(tài)間切換； 5120)入網(wǎng)管理，待入網(wǎng)無線設(shè)備發(fā)起網(wǎng)絡(luò)掃描，根據(jù)入網(wǎng)過程的不同分為首次入網(wǎng)和再次入網(wǎng)；
5130)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)維護，包括周期性的主動維護和面向子節(jié)點的被動維護；
進一步地，所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)切換包括
5111)所述無線協(xié)調(diào)器在允許入網(wǎng)狀態(tài)和禁止入網(wǎng)狀態(tài)的切換由用戶主動發(fā)起，包括按鍵觸發(fā)或者命令觸發(fā)。無線協(xié)調(diào)器上電后處于等待用戶命令狀態(tài)，用戶可以通過按鍵或者觸摸屏等向無線協(xié)調(diào)器發(fā)送允許入網(wǎng)指令和禁止入網(wǎng)命令，無線協(xié)調(diào)器根據(jù)用戶命令向網(wǎng)絡(luò)中無線路由器廣播當(dāng)前是否允許入網(wǎng)；
5112)所述無線路由器只有在入網(wǎng)完成后，進行允許入網(wǎng)狀態(tài)和禁止入網(wǎng)狀態(tài)切換才有意義，這種狀態(tài)切換應(yīng)當(dāng)是與無線協(xié)調(diào)器同步。無線路由器收到網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)切換命令后，根據(jù)命令切換自身狀態(tài)，并通過廣播投遞該命令，直到網(wǎng)絡(luò)中所有路由都收到該命令。進一步地，所述入網(wǎng)管理包括
5121)待入網(wǎng)無線設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)掃描時應(yīng)當(dāng)遍歷所有可用無線頻點，并依據(jù)信號質(zhì)量和入網(wǎng)狀態(tài)選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)加入，如果無可用網(wǎng)絡(luò)，則繼續(xù)進行掃描，掃描超過一定次數(shù)則進行休眠掃描，即休眠一定時間后重新掃描，如果仍然無可用網(wǎng)絡(luò)，重復(fù)進行上述休眠和掃描過程;
5122)待入網(wǎng)無線設(shè)備包含兩種狀態(tài)首次入網(wǎng)狀態(tài)，即沒有加入過任何無線網(wǎng)絡(luò)，以及再次入網(wǎng)狀態(tài)，即在此之前已經(jīng)加入過無線網(wǎng)絡(luò)；首次入網(wǎng)的節(jié)點為用戶添加的新無線設(shè)備，再次入網(wǎng)的無線設(shè)備為此前已經(jīng)加入過網(wǎng)絡(luò)，掉電或主動脫網(wǎng)后重新上電入網(wǎng)的設(shè)備;
5123)上面S122所述當(dāng)設(shè)備處于首次入網(wǎng)狀態(tài)時，入網(wǎng)選擇處于允許入網(wǎng)狀態(tài)的無線協(xié)調(diào)器或無線路由器加入，當(dāng)設(shè)備處于再次入網(wǎng)狀態(tài)時，入網(wǎng)選擇已經(jīng)加入的網(wǎng)絡(luò)直接入網(wǎng)。
處于再次入網(wǎng)狀態(tài)的無線設(shè)備只能選擇已經(jīng)加入過的網(wǎng)絡(luò)，只有在恢復(fù)出廠設(shè)置的情況下才可以作為新無線設(shè)備重新選擇網(wǎng)絡(luò)。進一步地，所述網(wǎng)絡(luò)動態(tài)維護包括
5131)主動維護為子節(jié)點向父節(jié)點周期性發(fā)送Ke印Alive報文，父節(jié)點以此報文確定子節(jié)點的在網(wǎng)狀態(tài)。KeepAlive報文用于通知父節(jié)點其子節(jié)點的存在，因此可以不需要負(fù)載，另外如果無線設(shè)備有較頻繁的數(shù)據(jù)上傳，可以在一定程度上減少或者停止KeepAlive報文的發(fā)送；
5132)被動維護為父節(jié)點定時查詢其子節(jié)點是否有在網(wǎng)，如果超過一定時間沒有數(shù)據(jù)交互，則認(rèn)為該節(jié)點已經(jīng)退網(wǎng)。上述數(shù)據(jù)交互用于描述子節(jié)點是否在網(wǎng)，可以是周期性的KeepAlive報文，也可以是其他管理報文或者數(shù)據(jù)報文；
5133)步驟S131和S132中父節(jié)點可以為無線協(xié)調(diào)器也可以為無線路由器，子節(jié)點可以無線路由器也可以為無線終端；
5134)無線設(shè)備主動退網(wǎng)當(dāng)出現(xiàn)人為干預(yù)或者無線設(shè)備電池耗盡情況，設(shè)備可以主動向其父節(jié)點申請退出網(wǎng)絡(luò)，父節(jié)點確認(rèn)后上報無線協(xié)調(diào)器統(tǒng)一管理；
5135)無線設(shè)備被動退網(wǎng)當(dāng)無線設(shè)備出現(xiàn)異常被迫離開網(wǎng)絡(luò)，其父節(jié)點可以在一定時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)該無線設(shè)備已經(jīng)退網(wǎng)，父節(jié)點確認(rèn)后上報無線協(xié)調(diào)器統(tǒng)一管理，其具體發(fā)現(xiàn)過程參照S132 ;
5136)無線移動終端不需要參與網(wǎng)絡(luò)維護過程。由于無線移動終端的移動性，無法對其進行實時鏈路維護，但也因其特殊性，網(wǎng)絡(luò)中任何具有路由功能的節(jié)點都可以隨時轉(zhuǎn)發(fā)無線移動終端的數(shù)據(jù)報文。
盡管動態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護能夠使無線協(xié)調(diào)器實時了解網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，由于無線通信環(huán)境的不確定性和復(fù)雜性，無線網(wǎng)絡(luò)難免遇到所使用的無線頻點干擾嚴(yán)重的情況，
本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理方法還包括
5140)自適應(yīng)跳頻，包括無線鏈路狀態(tài)感知、無線頻點選擇和無線頻點切換；通過本發(fā)明的自適應(yīng)跳頻能夠快速發(fā)現(xiàn)并避開干擾信道。進一步地，所述自適應(yīng)跳頻包括
5141)無線鏈路狀態(tài)感知通過網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)限定時間內(nèi)變換次數(shù)決定，當(dāng)該次數(shù)超過設(shè)定門限，認(rèn)為當(dāng)前無線鏈路狀態(tài)較差，可以進行跳頻，反之繼續(xù)停留在當(dāng)前的無線頻點。所述限定時間和變換次數(shù)門限根據(jù)實際應(yīng)用設(shè)置；
5142)無線頻點選擇在排除當(dāng)前受干擾頻點前提下，在可用頻點中選擇鏈路質(zhì)量較好的。所述鏈路質(zhì)量較好為所在頻點能量掃描結(jié)果較?。?br> 5143)無線頻點切換無線協(xié)調(diào)器在確定切換頻點并選擇好新的頻點情況下，通知全網(wǎng)進行頻點切換，網(wǎng)絡(luò)中各無線設(shè)備按照設(shè)定時間切換到新的頻點繼續(xù)工作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果
I、本發(fā)明采用的入網(wǎng)管理方法，由用戶控制新設(shè)備的入網(wǎng)，解決了不同網(wǎng)絡(luò)間的認(rèn)證問題。一般類型相同的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)號區(qū)分，而新無線設(shè)備在未知情況下網(wǎng)絡(luò)的選擇成為網(wǎng)絡(luò)密集的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用(如智能家居等)難點之一，本發(fā)明通過人為干預(yù)的入網(wǎng)管理方法，同時通過設(shè)置首次入網(wǎng)和再次入網(wǎng)狀態(tài)，有效解決了信無線設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)區(qū)分問題。2、本發(fā)明通過采用動態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護的方法，實時維護網(wǎng)絡(luò)中各無線設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，用戶可以隨時掌握網(wǎng)絡(luò)各無線設(shè)備是否在網(wǎng)，便于用戶更好的與網(wǎng)絡(luò)中各個無線設(shè)備交互，同時采用主動被動結(jié)合的退網(wǎng)方法，實現(xiàn)更加靈活可靠地?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理，為用戶提供更方便、快捷的無線網(wǎng)絡(luò)管理。3、本發(fā)明中使用的自適應(yīng)跳頻方法，為用戶在復(fù)雜的無線環(huán)境中實現(xiàn)可靠地?zé)o線通信提供依據(jù)。


圖I為本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明的四種類型設(shè)備簡單組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖。圖3為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)切換流程圖。圖4為本發(fā)明的入網(wǎng)管理流程圖。圖5為本發(fā)明的無線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)動態(tài)維護流程圖。圖6為本發(fā)明的自適應(yīng)跳頻流程圖。圖2中，I為無線協(xié)調(diào)器，2為無線路由器，3為無線終端，4為無線移動終端，實線為無線鏈路，虛線為潛在無線鏈路。
具體實施方式

如圖I所示，本發(fā)明所述可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理方法包括網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)切換、入網(wǎng)管理、網(wǎng)絡(luò)動態(tài)維護和自適應(yīng)跳頻幾個方面。本發(fā)明所述方法涉及的無線設(shè)備如圖2所示，包括無線協(xié)調(diào)器、無線路由器、無線終端和無線移動終端。無線協(xié)調(diào)器為網(wǎng)絡(luò)中集中設(shè)備，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)信息的集中管理和維護，在同一個網(wǎng)絡(luò)中無線協(xié)調(diào)器是唯一的。與無線協(xié)調(diào)器相連的子節(jié)點可以為無線路由器也可以為無線終端或者無線移動終端。無線路由器為網(wǎng)絡(luò)中繼設(shè)備，負(fù)責(zé)組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)，同時具有網(wǎng)絡(luò)管理能力。無線路由器既可以直接與無線協(xié)調(diào)器相連，也可以通過其他無線路由器連接到無線協(xié)調(diào)器，同時無線路由器可以為無線終端和無線移動終端提供通往無線協(xié)調(diào)器的通信鏈路。無線終端為網(wǎng)絡(luò)中低功耗無線模塊，為有低功耗需求的無線設(shè)備提供無線服務(wù)。無線終端只能與無線路由器或者無線協(xié)調(diào)器相連，成為無線網(wǎng)絡(luò)中的葉子節(jié)點，無線終端沒有路由功能。無線移動終端為網(wǎng)絡(luò)中一類特殊終端設(shè)備，只在特殊情況下可以快速發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)并將數(shù)據(jù)直接上傳至無線協(xié)調(diào)器。無線移動終端只能與無線協(xié)調(diào)器或者無線路由器相連。無線移動終端主要用于無線網(wǎng)絡(luò)中的一些特殊移動設(shè)備，如遙控器，手持設(shè)備等。圖3所示為無線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)切換過程，包括如下步驟
步驟201 :在用戶干預(yù)情況下開始入網(wǎng)狀態(tài)切換過程，入網(wǎng)狀態(tài)切換包括允許入網(wǎng)-禁止入網(wǎng)；禁止入網(wǎng)-允許入網(wǎng)；
步驟202 :用戶干預(yù)首先做出響應(yīng)的是無線協(xié)調(diào)器，根據(jù)用戶干預(yù)情況將自身入網(wǎng)狀態(tài)切換到用戶請求狀態(tài)；
步驟203 :在無線協(xié)調(diào)器完成自身狀態(tài)切換后，將新的入網(wǎng)狀態(tài)廣播出去，廣播報文中包含新的入網(wǎng)狀態(tài)信息；
步驟204 :收到廣播的無線路由器根據(jù)收到的入網(wǎng)狀態(tài)信息切換自身狀態(tài)；
步驟205 :完成入網(wǎng)狀態(tài)切換的無線路由器轉(zhuǎn)發(fā)收到的帶有入網(wǎng)狀態(tài)信息的廣播報
文；
步驟206 :其他路由器在收到帶有入網(wǎng)狀態(tài)信息的廣播報文轉(zhuǎn)到步驟203，直至網(wǎng)絡(luò)中所有無線路由器都切換自身入網(wǎng)狀態(tài)到新的狀態(tài)。當(dāng)然為了防止廣播報文泛濫，本方法中廣播報文帶有廣播序列號，對于相同序列號廣播報文只處理一次。通過入網(wǎng)狀態(tài)的切換可以限制無線設(shè)備的加入，圖4為無線設(shè)備入網(wǎng)管理過程流程圖，包括如下步驟
步驟301 :工作開始，無線設(shè)備上電并完成初始化；
步驟302 :無線設(shè)備請求加入網(wǎng)絡(luò)，這里的無線設(shè)備包括無線路由器和無線終端；
步驟303:無線設(shè)備首先判斷自身是否首次入網(wǎng)，如果是則轉(zhuǎn)入步驟307，否則轉(zhuǎn)入步驟304，節(jié)點入網(wǎng)形式為首次入網(wǎng)還是再次入網(wǎng)對應(yīng)標(biāo)志存儲在Flash中，如果此前成功加入過網(wǎng)絡(luò)而且設(shè)備未被手動復(fù)位，對應(yīng)標(biāo)志位置1，否則清零。無線設(shè)備每次上電都會查詢該標(biāo)志，以確定此次入網(wǎng)形式；
步驟304 :再次入網(wǎng)的無線設(shè)備需要判斷一個掃描周期內(nèi)能夠找到原來入過的網(wǎng)絡(luò)， 如果找到轉(zhuǎn)入步驟305，否則轉(zhuǎn)入步驟308 ；
步驟305:再次入網(wǎng)無線設(shè)備，在搜索到與已存儲網(wǎng)絡(luò)號相同的網(wǎng)絡(luò)后，直接加入網(wǎng)絡(luò)，而無需判斷網(wǎng)絡(luò)是否處于允許入網(wǎng)狀態(tài)。對于首次入網(wǎng)無線設(shè)備只有在選擇網(wǎng)絡(luò)處于允許入網(wǎng)狀態(tài)下才能夠加入網(wǎng)絡(luò)；
步驟306:入網(wǎng)完成無線設(shè)備判斷自身是否為無線路由器，如果判斷結(jié)果為否無線設(shè)備需要進入低功耗模式，轉(zhuǎn)入步驟311，否則轉(zhuǎn)入步驟310 ；
步驟307 :入網(wǎng)方式為首次入網(wǎng)的節(jié)點，需要判斷所選擇的網(wǎng)絡(luò)是否處于允許入網(wǎng)狀態(tài)，如果是轉(zhuǎn)入步驟304，否則轉(zhuǎn)入步驟308 ；
步驟308 :無線設(shè)備嘗試入網(wǎng)不是無限制的，當(dāng)連續(xù)嘗試入網(wǎng)次數(shù)超過一定次數(shù)限制，視為入網(wǎng)超時，如果入網(wǎng)超時判斷成立則轉(zhuǎn)入步驟309，否則轉(zhuǎn)入步驟302 ；
步驟309 :入網(wǎng)超時節(jié)點需要判斷是否是無線路由器，如果是則轉(zhuǎn)入步驟302，否則轉(zhuǎn)入步驟311 ；
步驟310 :當(dāng)加入完成的無線設(shè)備為無線路由器時，進入等待狀態(tài)，監(jiān)聽無線網(wǎng)絡(luò)等待新的任務(wù)；
步驟311 :當(dāng)設(shè)備為非無線路由器在完成加入或者加入超時后將進入低功耗工作，也就是休眠狀態(tài)，根據(jù)需求等待喚醒。加入網(wǎng)絡(luò)表征的網(wǎng)絡(luò)組建的過程，網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)維護伴隨著網(wǎng)絡(luò)存在的全過程，網(wǎng)絡(luò)動態(tài)維護在父節(jié)點端的流程如圖5所示，主要包括如下步驟
步驟401 :等待狀態(tài)是描述協(xié)調(diào)器和無線路由器在沒有任務(wù)時所處的狀態(tài)，當(dāng)協(xié)調(diào)器完成網(wǎng)絡(luò)組建后進入等待狀態(tài)，等待新任務(wù)到來，無線路由器再加入完成后也可進入等待狀態(tài)，即步驟310 ；
步驟402 :處于等待狀態(tài)的無線設(shè)備在收到來自其子節(jié)點的無線報文后首先進入步驟403進行判斷；
步驟403 :收到無線報文的無線設(shè)備首先判斷該報文是否來自其子節(jié)點，如果是則轉(zhuǎn)入步驟404，否則轉(zhuǎn)入步驟401 ；
步驟404 :如果收到的無線報文為子節(jié)點的主動退出報文則轉(zhuǎn)入步驟406，否則轉(zhuǎn)入步驟 405 ；
步驟405 :在收到子節(jié)點除退出報文外的其他報文，說明節(jié)點處于活動狀態(tài)。進一步判斷其他子節(jié)點是否有超時未收到報文的節(jié)點，如果有轉(zhuǎn)入步驟406，否則轉(zhuǎn)入步驟401。這里需要說明的是判斷子節(jié)點是否超時可以使用定時周期性進行判斷，這里描述的在收到子節(jié)點無線報文后判斷只是為了描述方便；
步驟406:無線設(shè)備將滿足退網(wǎng)條件的子節(jié)點從其鄰居表和子節(jié)點表中刪除，轉(zhuǎn)入步驟 407 ；
步驟407 :無線路由器在刪除其子節(jié)點后需要將刪除信息上報無線協(xié)調(diào)器，上報后轉(zhuǎn)入步驟401。這里需要補充的一點是，子節(jié)點除了主動退出網(wǎng)絡(luò)外，如果在一定時間內(nèi)無法與父節(jié)點進行報文交互則認(rèn)為其父節(jié)點已經(jīng)失效，將重新掃描選擇合適的父節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)。盡管動態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護能夠使無線協(xié)調(diào)器實時了解網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，由于無線通信環(huán)境的不確定性和復(fù)雜性，無線網(wǎng)絡(luò)難免遇到所使用的無線頻點干擾嚴(yán)重的情況，通過本發(fā)明的自適應(yīng)跳頻能夠快速發(fā)現(xiàn)并避開干擾信道，其主要執(zhí)行過程如圖6所示，包括如下步驟 步驟501 :當(dāng)前頻點檢測主要是對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前使用頻點通信狀況檢測，可以通過實時報文成功率檢測，也可以通過一段時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化情況推測，無論是用哪種方法在經(jīng)過一定的判斷后轉(zhuǎn)入步驟502 ；
步驟502 :如果通過判斷當(dāng)前使用頻點的干擾情況超過可承受范圍轉(zhuǎn)入步驟503，否則轉(zhuǎn)入步驟501 ；
步驟503 :在進行跳頻前，無線協(xié)調(diào)器首先從可用無線頻點中掃描并確定空閑的無線頻點，空閑無線頻點的選擇一般采用無線信道能量掃描，選擇能量掃描最小的無線頻點作為新的頻點使用，無線頻點選擇好后轉(zhuǎn)入步驟504 ；
步驟504 :無線協(xié)調(diào)器在確定好新的頻點后，通過跳頻廣播通知網(wǎng)絡(luò)中的無線設(shè)備，并經(jīng)過一定延遲后使用新的頻點繼續(xù)工作。這里需要強調(diào)的是由于干擾頻點無線鏈路質(zhì)量較差，跳頻廣播可能不一定能夠到達每一個無線節(jié)點，此種情況下，無線設(shè)備發(fā)現(xiàn)一定時間內(nèi)無法與其父節(jié)點通信將主動脫離網(wǎng)絡(luò)，重新掃描并加入網(wǎng)絡(luò)，直至所有節(jié)點都轉(zhuǎn)入新的頻點所在的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明并不局限于上述實施例，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理具體實現(xiàn)技術(shù)可以根據(jù)實際情況靈活使用，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理方法，其特征在于，所述方法包括5110)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)切換，根據(jù)用戶需求在允許入網(wǎng)狀態(tài)和禁止入網(wǎng)狀態(tài)間切換；5120)入網(wǎng)管理，待入網(wǎng)無線設(shè)備發(fā)起網(wǎng)絡(luò)掃描，根據(jù)入網(wǎng)過程的不同分為首次入網(wǎng)和再次入網(wǎng)；5130)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)維護，包括周期性的主動維護和面向子節(jié)點的被動維護，子節(jié)點在主動維護過程中發(fā)起主動退網(wǎng)，而在被動維護過程中實現(xiàn)子節(jié)點的被動退網(wǎng)。
2.按照權(quán)利要求I所述的可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)切換包含以下步驟5111)所述無線協(xié)調(diào)器在允許入網(wǎng)狀態(tài)和禁止入網(wǎng)狀態(tài)的切換由用戶主動發(fā)起，包括按鍵觸發(fā)或者命令觸發(fā)；無線協(xié)調(diào)器上電后處于等待用戶命令狀態(tài)，用戶通過按鍵或者觸摸屏等向無線協(xié)調(diào)器發(fā)送允許入網(wǎng)指令和禁止入網(wǎng)命令，無線協(xié)調(diào)器根據(jù)用戶命令向網(wǎng)絡(luò)中無線路由器廣播當(dāng)前是否允許入網(wǎng)；5112)所述無線路由器只有在入網(wǎng)完成后，進行允許入網(wǎng)狀態(tài)和禁止入網(wǎng)狀態(tài)切換，這種狀態(tài)切換與無線協(xié)調(diào)器同步。
3.按照權(quán)利要求I所述的可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理方法，其特征在于，所述入網(wǎng)管理包含以下內(nèi)容5121)所述網(wǎng)絡(luò)掃描應(yīng)當(dāng)遍歷所有可用無線頻點，并依據(jù)信號質(zhì)量和入網(wǎng)狀態(tài)選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)加入；如果無可用網(wǎng)絡(luò)，則繼續(xù)進行掃描，掃描超過一定次數(shù)則進行休眠掃描，即休眠一定時間后重新掃描，如果仍然無可用網(wǎng)絡(luò)，重復(fù)進行上述休眠和掃描過程；5122)所述入網(wǎng)狀態(tài)包含首次入網(wǎng)狀態(tài)，即沒有加入過任何無線網(wǎng)絡(luò)，以及再次入網(wǎng)狀態(tài)，即在此之前已經(jīng)加入過無線網(wǎng)絡(luò)；首次入網(wǎng)的節(jié)點為用戶添加的新無線設(shè)備，再次入網(wǎng)的無線設(shè)備為此前已經(jīng)加入過網(wǎng)絡(luò)，掉電或主動脫網(wǎng)后重新上電入網(wǎng)的設(shè)備；5123)步驟S122所述當(dāng)設(shè)備處于首次入網(wǎng)狀態(tài)時，入網(wǎng)選擇處于允許入網(wǎng)狀態(tài)的無線協(xié)調(diào)器或無線路由器加入，當(dāng)設(shè)備處于再次入網(wǎng)狀態(tài)時，入網(wǎng)選擇已經(jīng)加入的網(wǎng)絡(luò)直接入網(wǎng)；處于再次入網(wǎng)狀態(tài)的無線設(shè)備只能選擇已經(jīng)加入過的網(wǎng)絡(luò)，只有在恢復(fù)出廠設(shè)置的情況下才作為新無線設(shè)備重新選擇網(wǎng)絡(luò)。
4.按照權(quán)利要求I所述的可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)動態(tài)維護包含以下內(nèi)容5131)所述主動維護為子節(jié)點向父節(jié)點周期性發(fā)送Ke印Alive報文，父節(jié)點以此報文確定子節(jié)點的在網(wǎng)狀態(tài)；5132)所述被動維護為父節(jié)點定時查詢其子節(jié)點是否有KeepAlive報文上傳，如果超過一定時間未上傳，則認(rèn)為該節(jié)點已經(jīng)退網(wǎng)；5133)步驟S131和S132中父節(jié)點為無線協(xié)調(diào)器或無線路由器，子節(jié)點為無線路由器或無線終端；5134)所述無線設(shè)備主動退網(wǎng)，當(dāng)出現(xiàn)人為干預(yù)或者無線設(shè)備電池耗盡情況，設(shè)備主動向其父節(jié)點申請退出網(wǎng)絡(luò)，父節(jié)點確認(rèn)后上報無線協(xié)調(diào)器統(tǒng)一管理；5135)所述無線設(shè)備被動退網(wǎng)，當(dāng)無線設(shè)備出現(xiàn)異常被迫離開網(wǎng)絡(luò)，其父節(jié)點發(fā)現(xiàn)該無線設(shè)備已經(jīng)退網(wǎng)，父節(jié)點確認(rèn)后上報無線協(xié)調(diào)器統(tǒng)一管理，其具體發(fā)現(xiàn)過程參照S132 ；5136)所述無線移動終端不需要參與網(wǎng)絡(luò)維護過程。
5.按照權(quán)利要求I所述的可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理方法，其特征在于，還包括，S140)自適應(yīng)跳頻，包括無線鏈路狀態(tài)感知、無線頻點選擇和無線頻點切換。
6.按照權(quán)利要求5所述的可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理方法，其特征在于，所述自適應(yīng)跳頻包含以下內(nèi)容5141)所述無線鏈路狀態(tài)感知，通過網(wǎng)絡(luò)在固定掃描時間內(nèi)狀態(tài)變換的次數(shù)決定，當(dāng)該次數(shù)超過設(shè)定門限，認(rèn)為當(dāng)前無線鏈路狀態(tài)較差，進行跳頻，反之繼續(xù)停留在當(dāng)前的無線頻點；所述限定時間和變換次數(shù)門限根據(jù)實際應(yīng)用設(shè)置；5142)所述無線頻點選擇，在排除當(dāng)前受干擾頻點前提下，在可用頻點中選擇鏈路質(zhì)量較好的；所述鏈路質(zhì)量較好為所在頻點能量掃描結(jié)果較??；5143)所述無線頻點切換，無線協(xié)調(diào)器在確定需要切換頻點并完成選擇新的頻點情況下，通知全網(wǎng)進行頻點切換，網(wǎng)絡(luò)中各無線設(shè)備按照設(shè)定時間切換到新的頻點繼續(xù)工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理方法，用于管理和維護無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各種無線設(shè)備，所述方法包括如下內(nèi)容無線設(shè)備類型分為無線協(xié)調(diào)器、無線路由器、無線終端和無線移動終端；無線協(xié)調(diào)器對其他類型無線設(shè)備入網(wǎng)進行入網(wǎng)管理，無線設(shè)備入網(wǎng)方式包括首次入網(wǎng)和重新入網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)維護，實時反映網(wǎng)絡(luò)中無線設(shè)備入/退網(wǎng)狀況；根據(jù)無線環(huán)境自適應(yīng)跳頻，當(dāng)無線環(huán)境低于容忍門限，跳頻到無線環(huán)境更優(yōu)信道進行通信。本發(fā)明建立了可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理方法，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
文檔編號H04W76/02GK102833822SQ201210343498
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者汪付強, 吳曉明, 劉祥志, 劉宏, 孟祥艷, 胡一帆, 梁峰, 張建強, 梁艷, 孫志勇 申請人:山東省計算中心