基于虚拟节点的物联网设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟节点的物联网设计方法，包括以下步骤：S1：在加入物联网前，获取第一节点的所有邻居节点并保存；S2：从物联网中选择层数最小且孩子节点数最少的节点为父亲节点加入物联网；S3：在拥有共同父亲节点的节点中，选择共同邻居节点超过阈值数量且具有相同的通信半径的节点作为兄弟节点，并与兄弟节点组成一个虚拟节点；S4：每个兄弟节点负责不同数据的收发并监测其它兄弟节点的通信状态，以便在兄弟节点发生故障时，转发故障节点负责转发的数据。本发明专利技术具有如下优点：虚拟节点由几个相邻的、有共同父节点和子节点的物理节点组成，当虚拟节点中一个节点故障，其它节点接替该故障节点并完成其转发工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及物联网通信领域，具体涉及一种基于虚拟节点的物联网设计方法。
技术介绍
节点密集的物联网络中，由于传感器节点故障、移动性、能量消耗等问题会导致传输链路断连，影响无线网络的拓扑结构，并导致某些节点的传输可达性较长时间中断。簇头的冗余策略能在簇头故障或者能量耗尽的时候，保证工作的正常运转。REED模型的主要思想，在网络中建立k个独立的簇头集合，网络中每一个簇有多个簇头节点，节点对应的当前簇头节点故障时，该节点选择与集合中的其他簇头节点建立连接。但是，所有的节点需要存储这k个簇头的路由信息，这就增加了能量的消耗和网络的寿命。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于虚拟节点的物联网设计方法。为了实现上述目的，本专利技术的实施例公开了一种基于虚拟节点的物联网设计方法，包括以下步骤：S1：在加入物联网前，获取第一节点的所有邻居节点并保存，其中，所述邻居节点为能够与目标节点进行通信且没有加入所述物联网的节点；S2：未加入所述物联网的节点从所述物联网中选择层数最小且孩子节点数最少的节点为父亲节点加入物联网；S3：在拥有共同父亲节点的节点中，选择共同邻居节点超过阈值数量且具有相同的通信半径的节点作为兄弟节点，并与所述兄弟节点组成一个虚拟节点；以及S4：在一个虚拟节点中，每个兄弟节点负责不同数据的收发并监测其它兄弟节点的通信状态，当其它兄弟节点发生故障时，未发生故障的兄弟节点转发发生故障兄弟节点负责转发的数据。根据本专利技术实施例的基于虚拟节点的物联网设计方法，虚拟节点由几个相邻的、有共同父节点和子节点的物理节点组成，当虚拟节点中一个节点故障，其它节点接替该故障节点并完成其转发工作；虚拟节点内部的变化对于它的父节点和子节点来说是透明的；节点在进行数据转发过程中可提供流量转发的负载均衡，还可以在节点故障时以较小的代价实现快速自愈功能。另外，根据本专利技术上述实施例的基于虚拟节点的物联网设计方法，还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，所述步骤S1进一步包括：S101：在加入所述物联网前，所述第一节点广播可到达报文；S102：所有收到所述可到达报文的节点进行应答；S103：将所有应答的节点保存在一跳可达表中；以及S104：在所述第一节点加入物联网后，将所述一跳可达表中已经加入所述物联网树结构的节点删除，剩余节点为所述第一节点的邻居节点。进一步地，所述步骤S2进一步包括：S201：加入所述物联网的所有节点广播可服务报文，其中，所述可服务报文中包括节点的层数和孩子节点的数目；S202：未加入所述物联网的节点启动第一超时定时器；S203：获取可服务报文，在所述第一超时定时器超时后，如果接收到可服务报文则进入步骤S204，如果没有接收到可服务报文则返回步骤S201；S204：依次获取并比较发送可服务报文的节点在所述物联网的层数和孩子节点的数目，选择在所述物联网的层数最小和孩子节点的数目最少的节点进行存储；以及S205：在所述第一超时定时器到期后，将最终存储的节点作为父亲节点加入所述物联网。进一步地，所述步骤S3进一步包括：S301：对于所述物联网上的第二节点启动第二超时定时器；S302：所述第二节点广播配对报文；S303：所述物联网上接收到所述配对报文的节点进行反馈；S304：获取所述配对报文的反馈信息，在所述第二超时定时器超时后，如果接收到所述配对报文的反馈信息，进入步骤S305，如果没有接收到所述配对报文的反馈信息则返回步骤S301；S305：依次获取并比较发送所述配对报文的反馈信息的节点，选择具有共同父亲节点、共同邻居节点超过阈值且配对个数最少的节点作为兄弟节点；以及S306：所述第二节点和所述兄弟节点组成一个虚拟节点。进一步地，所述步骤S4进一步包括：S401：所述虚拟节点包括第三节点和第四节点，所述第三节点和所述第四节点互为所述兄弟节点，所述第三节点负责网络位末位为1的数据传送，所述第四节点负责网络位末位为0的数据传送；以及S402：所述第三节点和所述第四节点每隔预设时间对彼此进行通信，如果所述第三节点或所述第四节点未收到反馈信息，则所述第三节点或所述第四节点转发对方原本负责的转发的数据。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术一个实施例的基于虚拟节点的物联网设计方法的流程图；图2a是本专利技术一个实施例的数据转发过程示意图；图2b是本专利技术一个实施例的数据转发时发生故障的示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。参照下面的描述和附图，将清楚本专利技术的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本专利技术的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本专利技术的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本专利技术的实施例的范围不受此限制。相反，本专利技术的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。以下结合附图描述根据本专利技术实施例的基于虚拟节点的物联网设计方法。请参考图1，一种基于虚拟节点的物联网设计方法，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟节点的物联网设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在加入物联网前，获取第一节点的所有邻居节点并保存，其中，所述邻居节点为能够与目标节点进行通信且没有加入所述物联网的节点；S2：未加入所述物联网的节点从所述物联网中选择层数最小且孩子节点数最少的节点为父亲节点加入物联网；S3：在拥有共同父亲节点的节点中，选择共同邻居节点超过阈值数量且具有相同的通信半径的节点作为兄弟节点，并与所述兄弟节点组成一个虚拟节点；以及S4：在一个虚拟节点中，每个兄弟节点负责不同数据的收发并监测其它兄弟节点的通信状态，当其它兄弟节点发生故障时，未发生故障的兄弟节点转发发生故障兄弟节点负责转发的数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟节点的物联网设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在加入物联网前，获取第一节点的所有邻居节点并保存，其中，所述
邻居节点为能够与目标节点进行通信且没有加入所述物联网的节点；
S2：未加入所述物联网的节点从所述物联网中选择层数最小且孩子节点数
最少的节点为父亲节点加入物联网；
S3：在拥有共同父亲节点的节点中，选择共同邻居节点超过阈值数量且具
有相同的通信半径的节点作为兄弟节点，并与所述兄弟节点组成一个虚拟节点；
以及
S4：在一个虚拟节点中，每个兄弟节点负责不同数据的收发并监测其它兄
弟节点的通信状态，当其它兄弟节点发生故障时，未发生故障的兄弟节点转发
发生故障兄弟节点负责转发的数据。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟节点的物联网设计方法，其特征在于，
所述步骤S1进一步包括：
S101：在加入所述物联网前，所述第一节点广播可到达报文；
S102：所有收到所述可到达报文的节点进行应答；
S103：将所有应答的节点保存在一跳可达表中；以及
S104：在所述第一节点加入物联网后，将所述一跳可达表中已经加入所述
物联网树结构的节点删除，剩余节点为所述第一节点的邻居节点。
3.根据权利要求1所述的基于虚拟节点的物联网设计方法，其特征在于，
所述步骤S2进一步包括：
S201：加入所述物联网的所有节点广播可服务报文，其中，所述可服务报

\t文中包括节点的层数和孩子节点的数目；
S202：未加入所述物联网的节点启动第一超时定时器；
S203：获取可服务报文，在所述第一超时定时器超时后，如果接收到可服
务报文则进入步骤S204，如果...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文龙，孙珍珍，郑喆，王淑贤，兰李晶，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11