适用于光电传感器无线MESH网络的可靠多径路由算法制造技术

技术编号:19126841 阅读:20 留言:0更新日期:2018-10-10 08:12
本发明专利技术提出适用于光电传感器无线MESH网络的可靠多径路由算法。该算法包括网络拓扑建立、路由节点分层树建立、通信链路质量选择、路由生成共四个方面。本发明专利技术针对单径路由和低质量链路在多电磁干扰、信号强衰减等恶劣工业环境中无法保证数据可靠传输的问题,提出一种基于通信链路质量的可靠多径路由算法。该算法首先建立光电传感器无线MESH网络的网络拓扑,然后采用广度优先搜索算法遍历网络拓扑图,得到分层的树状拓扑结构。根据接收信号强度指示值对链路质量进行评判和筛选,提高了路由中每跳的通信质量,增强了路由及网络的健壮性。同时为了控制路由冗余,为每个节点设置邻居节点上限,可以有效地精简路由表,从而降低路由开销。

【技术实现步骤摘要】
适用于光电传感器无线MESH网络的可靠多径路由算法
本专利技术涉及通信领域中的光电传感器无线传感器网络技术,具体地说是一种适用于光电传感器无线MESH网络的可靠多径路由算法。
技术介绍
随着无线通信技术的发展,光电传感器无线传感器网络技术逐渐被应用到工业现场。光电传感器无线传感器网络技术的引入解决了工业现场布线困难、安装维护成本高等问题。凭借低功耗和低成本的特点,光电传感器无线传感器网络在工业自动化领域具有广阔的应用前景。路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点,它主要包括两个方面的功能:寻找源节点和目的节点的优化路径,然后将数据分组沿着优化路径逐跳转发。传统的网络路由协议主要以跳数或通信延迟为路由的标准,同时考虑流量均衡等网络因素。工业应用对于监测网络的数据端到端传输提出了苛刻的可靠性指标,所以除了要考虑传统网络的应用需求外,光电传感器无线MESH网络的路由还要尽可能地保证数据传输的高可靠性。为此,在光电传感器无线MESH网络中,路由表通常由网络管理者集中计算然后分发给网络的各节点。传统的无线传感器网络路由算法,大多属于单径路由,一旦中间节点的失效,便无法保证恶劣工业环境下可靠通信;还有一部分虽然采用多径路由,但在选择路由中没有考虑通信链路的质量,将所有可用的连接都加入路由中,低质量连接使得通信失败概率增大,路由表过于臃肿,增加了网络开销,造成通信资源的浪费。因此,需要设计一种适合于光电传感器无线MESH网络的多径路由算法,在以保证数据传输高可靠性的同时,还能够使得网络的开销合理。
技术实现思路
针对光电传感器无线传感器网络中数据高可靠传输的要求,本专利技术提出一种适用于光电传感器无线MESH网络的可靠多径路由算法。该算法包括网络拓扑建立、路由节点分层树建立、通信链路质量选择、路由生成共四个方面。为解决上述技术问题,本专利技术采用的技术方案是:适用于光电传感器无线MESH网络的可靠多径路由算法包括以下步骤:建立无线路由网络拓扑;建立该网络的路由节点分层树;在无线路由网络拓扑上进行通信链路质量检测;根据路由节点分层树以及通信链路质量生成路由。所述建立无线路由网络拓扑包括以下步骤:待加入网络的路由设备侦听由网关或己经加入网络的路由设备的信标;如果收到网关的信标,则向网关发送加入清求,通过身份验证之后,加入网络;如果收到已经加入网络的路由设备发出的信标,发送加入清求,通过身份验证后加入网络。所述建立该网络的路由节点分层树包括以下步骤:步骤1:取网关节点,记为r,设r的层级为0,创建队列,把r加入到队列中,标记r为已经访问过;层级加1;设置指针指向r;步骤2:移出队列的队首元素,记为n;若指针指向队列元素的层级不等于队首元素层级,则层级加1,指针指向n;步骤3:遍历n的邻居列表,对任意节点m,若链路存在,且m没有被访问过,则m的层级值设为当前层级值;将m加入队列,将m标记为已经访问过;若n的邻居节点全部访问完毕,执行步骤4;否则,返回步骤3;步骤4:若队列不为空,返回步骤2;当队列为空时得到的树即为节点分层树。所述通信链路质量检测具体为:路由节点检测自身与各个邻居节点之间的RSSI。所述根据路由节点分层树以及通信链路质量生成路由包括以下步骤:步骤1:记源节点/网关节点为s,创建队列,将s加入队列;步骤2:移出队列的队首元素,记为n,当前层级设为n的层级减1;步骤3:遍历层数为当前层级值的节点,记为m,若链路存在,则将m加入用于记录下一跳的临时表,标记节点个数为0;步骤4:若节点个数小于设定的邻居数上限,则遍历临时表,记其中RSSI最大的节点为e,将e加入队列并且将链路加入路由;在临时表中删除e,标记节点个数加1;如果节点个数大于等于设定的邻居数上限,执行步骤5;否则,返回步骤4。步骤5:若队列不为空,返回步骤2;当队列为空时,即得到源节点/网关节点的上/下行路由。本专利技术提出的一种适用于光电传感器无线MESH网络的可靠多径路由算法,具有如下优点:1.本专利技术提出的路由算法是以BFS遍历树为基础的,因此通过该算法得到的任意一条路由都具有路径最短的特点。2.本专利技术提出的路由算法具有跳间冗余特性,每个节点在发送过程中都有至少两个可用的邻居节点,任意一个中间节点失去连接都不会导致路由中断,从而增加了路由的健壮性。3.本专利技术提出的路由算法采用RSSI进行跳间的通信链路质量评判,避免将质量不好的链路引入路由表,降低通信失败的可能,同时保持路由表的精简。附图说明图1为光电传感器无线MESH网络的网络拓扑图;图2为光电传感器无线MESH网络的结构模型图;图3为BFS遍历后树形分层结构图;图4为I到A的上行路由示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。本专利技术提出一种适用于光电传感器无线MESH网络的可靠多径路由算法。该算法包括网络拓扑建立、路由节点分层树建立、通信链路质量选择、路由生成共四个方面。1.网络拓扑建立。光电传感器无线MESH网络拓扑建立过程如下,待加入网络的路由设备侦听由网关或己经加入网络的路由设备的信标,如果待加入网络的路由设备收到网关的信标,则向网关发送加入清求,通过身份验证之后,加入网络;如果待加入网络的路由设备收到的是已经加入网络的其他路由设备发出的信标,发送加入清求,通过身份验证后加入网络。然后,由路由设备向网络管理者提交更新之后的邻居信息表,网络管理者根据邻居信息表可以得到整个网络的拓扑图。2.路由节点分层树建立。步骤1:取网关节点,记为r,设r的层级为0,创建队列,把r加入到队列中,标记r为已经访问过;层级加1;设置指针指向r。步骤2:移出队列的第一个元素(简称队首元素),记为n;若指针指向元素的层级不等于队首元素层级,则层级加1,指针指向n。步骤3:遍历n的邻居列表,对任意节点m,若链路存在,且m没有被访问过,则m的层级值设为当前层级值;将m加入队列,将m标记为已经访问过。若n的邻居节点全部访问完毕,执行步骤4;否则,返回步骤3。步骤4:若队列不为空,返回步骤2。算法运行完毕得到分层遍历树。3.通信链路质量选择。RSSI是无线网络中信道质量的重要指标,在光电传感器无线MESH网络中,节点检测自身与各个邻居节点之间的RSSI,并附在邻居列表中上传至网络管理器。以RSSI作为单跳连接通信质量的衡量标准,保证路径上的每跳通信质量。4.路由生成。步骤1:记源节点为s,创建队列,将s加入队列。步骤2:移出队列的第一个元素(简称队首元素),记为n,当前层级设为n的层级减1。步骤3:遍历层数为当前层级值的节点,记为m,若链路存在,则将m加入临时表(用于记录下一跳),标记节点个数为0。步骤4:若节点个数小于设定的邻居数上限,则遍历临时表,记其中RSSI最大的节点为e,将e加入队列并且将链路加入路由;在临时表中删除e,标记节点个数加1。如果节点个数大于等于设定的邻居数上限,执行步骤5;否则,返回步骤4。步骤5:若队列不为空,返回步骤2。本专利技术实施例如下:1.网络拓扑建立。现场设备MESH网络拓扑建立过程如图1所示:待加入网络的路由设备C侦听由网关A或己经加入网络的路由设备B的信标,如果待加入网络的路由设备C收到的网关A的信标,则向网关A发送加入清求本文档来自技高网...
适用于光电传感器无线MESH网络的可靠多径路由算法

【技术保护点】
1.适用于光电传感器无线MESH网络的可靠多径路由算法,其特征在于,包括以下步骤:建立无线路由网络拓扑;建立该网络的路由节点分层树;在无线路由网络拓扑上进行通信链路质量检测;根据路由节点分层树以及通信链路质量生成路由。

【技术特征摘要】
1.适用于光电传感器无线MESH网络的可靠多径路由算法,其特征在于,包括以下步骤:建立无线路由网络拓扑;建立该网络的路由节点分层树;在无线路由网络拓扑上进行通信链路质量检测;根据路由节点分层树以及通信链路质量生成路由。2.根据权利要求1所述的适用于光电传感器无线MESH网络的可靠多径路由算法,其特征在于所述建立无线路由网络拓扑包括以下步骤:待加入网络的路由设备侦听由网关或己经加入网络的路由设备的信标;如果收到网关的信标,则向网关发送加入清求,通过身份验证之后,加入网络;如果收到已经加入网络的路由设备发出的信标,发送加入清求,通过身份验证后加入网络。3.根据权利要求1所述的适用于光电传感器无线MESH网络的可靠多径路由算法,其特征在于所述建立该网络的路由节点分层树包括以下步骤:步骤1:取网关节点,记为r,设r的层级为0,创建队列,把r加入到队列中,标记r为已经访问过;层级加1;设置指针指向r;步骤2:移出队列的队首元素,记为n;若指针指向队列元素的层级不等于队首元素层级,则层级加1,指针指向n;步骤3:遍历n的邻居列表,对任意节点m,若链路存在,且m没有被访问过,则m的层级值设为当前层级值...

【专利技术属性】
技术研发人员:梁炜廖柯杨健潘福成王恺张思超苑旭东
申请(专利权)人:中国科学院沈阳自动化研究所中电科技集团重庆声光电有限公司
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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