用于物联网和工业智能化的动态自组网协议系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于物联网和工业智能化的动态自组网协议系统及方法，采用动态网络生成树协议对网络进行自组网，使得整个网络能够在移动的情况下快速组网，解决了现场快速布置传感器节点和组网的问题。并在网络中时刻监测数据通路的质量，权衡比较网络中每条路径的通信质量，使得整个网络的传输质量达到最高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能化领域，具体涉及到为物联网与工业控制以及智能化应用提供动态自组网协议系统及方法。
技术介绍
当前的的物联网和工业中现场中布置了大量的传感器，需要采集和传输大量的数据信息.因此对传感器的布置和组网是当前研究的问题。如果对传感器的布置采取有线布置，会对现场产生复杂的布线方式，大大增加了布设成本和安装时间。而且其中的主干线路遭到破坏会使整个网络信息传输瘫痪。因此多采用无线组网的方式对传感器进行布设和组网。1.自组网自组网是指预先架设基础网络设施(诸如基站和路由器等)的网络，它们将处于网络中的无线移动节点加入到网络中，使移动的无线节点之间能够相互通信。在有网络的地方，移动中的无线节点可自动加入到网络中，但远离无线网络的接入范围，则会断开网络。自组网在网络建设前已经预设网络架构，但在网络中除了路由器以外，其他的节点无法自动寻找路径，基础的网络设施的移动或者破坏，会造成整个网络通信的瘫痪。2.动态自组网由于自组网除了路由器节点以外，其他的节点无法自动寻找路径，因此可自动寻址节点的移动或者破坏，会造成整个网络通信的瘫痪。动态自组网指由多个移动终端组成的无线网络，它们不需要通过固定通信网络基础设施，也不需要预设的网络架构，可以快速独立的组织网络。整个网络中没有中心实体，网络中两个无法直接通信的节点可以借助中间节点跳发，形成多跳的通信模式。网中任意节点的移动和破坏，并不会影响其他节点的传输。举例来说，如图1，当前的自组网主流协议如Zigbee协议，Zigbee协议网络有以下三种设备：协调器(Coordinator)、可自动寻址节点(Router)、传感器节点(EndDevice)组成。其中协调器和可自动寻址节点是关键性节点，负责网络中的数据传输的路由寻址，其他的节点不具备路由功能。其中zigbee协议组网的步骤如下：第一步.协调器选择一个频道和PANID，组建网络；第二步.路由器选择协调器并加入到网络中；第三步.传感器节点选附近的路由器加入网络。当路由器出现故障时，会寻找另外一个路由器接入网络中；第四步.协调器或者路由器均允许其他设备加入网络，并做为其路由数据。但该网络存在以下的问题：1.网络中存在关键节点，如果网络中的路由器遭到破坏和移动，而且周围的可自动寻址节点距离比较远，则周边的传感器节点组成的网络会发生瘫痪。周边的传感器的节点数据无法上传下载2.虽然传感器节点可工作在休眠模式下，但协调器和路由器一直常电供电，因此对于这些节点电池的消耗比较大。3.该网络采用单频率进行传输，当频道繁忙时，会造成数据通信的瘫痪4.当网路中数据传输，当某个节点繁忙时，在其路径上传输的数据会受到影响。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种用于物联网和工业智能化的动态自组网协议系统及方法，解决网络中关键性节点的破坏，导致整个网络瘫痪的问题。为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：用于物联网和工业智能化的动态自组网协议系统，包括：对网络进行自组网的节点设备；所述节点设备提供一动态网络生成树协议，用以在节点设备位置发生变化时，声明节点的新位置，调整与其相关的节点，并添加新的链路和删除无效链路，同时评估选择最优的数据传输路径。进一步的，所述节点设备设有低频和高频双通信链路，在一方信号差或不工作的情况下，启动另外一方。进一步的，所述节点设备包括：主节点设备，以连接后端的服务器，监听整个网络的通信质量，规划整个网络的通信链路；多个可自动寻址节点设备，各自连接其他的各节点设备，以提供网络中的路由与控制；多个可移动终端节点设备，各自连接邻近的可自动寻址节点设备，作为网络的终端节点。更进一步的，所述主节点设备为多个，相互影响，主节点之间相互协调工作，当其中的任何一个主节点位置发生变化，会通知整个网络并对网络中节点重新分配管理和规划。更进一步的，主节点设备设有监听模块，主节点设备工作在监听状态，每隔一段时间监听网络中的各个设备的状态；其他各节点设备设有休眠模块，可自动寻址节点设备、可移动终端节点设备在工作完成后处于休眠状态。本专利技术还提供了一种动态网络生成树的方法，包括：网络中各节点包括主节点、可自动寻址节点、可移动终端节点，各节点位置发生变化时，网络的拓扑结构发生变化；网络中的节点在新的位置声明自己的存在，整个网络调整与其相关的节点，并添加新的链路和删除无效链路；同时选择最优的数据传输路径对数据进行传输。进一步的，针对主节点的方法为：(101)主节点被破坏或者移动时，网络中与原主节点无关的节点的通信不会受到影响；(102)主节点被破坏，新主节点加入网络中，对整个网络全部调整，通告网络中所有节点有新的主节点加入，删除原有主节点信息；新主节点与周围的节点产生的新的链接并生效。(103)当主节点移动时，到达新的地点，首先声明自己的存在，连接相邻的可自动寻址节点，然后通知网络中每个节点，该主节点产生改变，需要做相关的修改；原先主节点相连的链路会失效并且删除，该主节点与新地点周围的节点产生的新的链接并生效。进一步的，针对可自动寻址节点的方法为：(201)可自动寻址节点被破坏或者移动时，原先与其连接的节点的连接链路失效并且删除，网络中与可自动寻址节点无关的节点的通信不会受到影响，整个网络的的数据传输并不会因此受到影响；(202)当新可自动寻址节点加入或可自动寻址节点移动到新的位置时，可自动寻址节点在网络中声明自己的存在，与周围节点产生新的连接。进一步的，针对可移动终端节点的方法为：(301)可移动终端节点加入网络中只与其相邻的两个可自动寻址节点通信；(302)可移动终端节点被破坏或者移动时，会断开与两个可自动寻址节点之间的通信，其他节点之间的通信完全不受影响，对其整个网络的数据传输不会产生影响；(303)当新可移动终端节点加入或可移动终端节点移动到新的位置时，会在整个网络中声明自己的存在，与相邻的两个可自动寻址节点产生新的连接，并在网络中的路由表中更新路径。进一步的，最优的数据传输路径选择方法为：对网络中各种链路进行权重比较，从而选择最优的通路对数据进行传输。相对于现有技术，本专利技术所述的用于物联网和工业智能化的动态自组网协议系统及方法具有以下优势：(1)本专利技术提出基于动态网络生成树协议的动态组网，解决了网络中任意一个节点的破坏和移动，只会影响到与其相关节点的通信，不会对整个网络的通信造成任何影响；完全实现了在网络在移动中组网，解决了传感器的布设问题；(2)本专利技术对网络采用低频和高频频率进行备传备通和跳频功能，对整个网络的通信功能进行保护，加强了整个网络的健壮性；(3)本专利技术采用动态网络生成树协议对网络进行自组网，当网路中的节点位置发生改变，会在新的位置提出声明，并且使网络自动快速的组网；解决了现场快速布置传感器节点和组网的问题；(4)本专利技术在网络中时刻监测数据通路的质量，权衡比较网络中每条路径的通信质量，使得整个网络的传输质量达到最高。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是现有技术中Zigbee协议组网示意图；图2是本专利技术实施例动态自组网示意图；图3是本专利技术实施例MP主节点移动时网络动态自组示意图；图4是本专利技术实施例RP本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于物联网和工业智能化的动态自组网协议系统，其特征在于，包括：对网络进行自组网的节点设备；所述节点设备提供一动态网络生成树协议，用以在节点设备位置发生变化时，声明节点的新位置，调整与其相关的节点，并添加新的链路和删除无效链路，同时评估选择最优的数据传输路径。

【技术特征摘要】
1.用于物联网和工业智能化的动态自组网协议系统，其特征在于，包括：对网络进行自组网的节点设备；所述节点设备提供一动态网络生成树协议，用以在节点设备位置发生变化时，声明节点的新位置，调整与其相关的节点，并添加新的链路和删除无效链路，同时评估选择最优的数据传输路径。2.根据权利要求1所述的动态自组网协议系统，其特征在于，所述节点设备设有低频和高频双通信链路，在一方信号差或不工作的情况下，启动另外一方。3.根据权利要求1或2所述的动态自组网协议系统，其特征在于，所述节点设备包括：主节点设备，以连接后端的服务器，监听整个网络的通信质量，规划整个网络的通信链路；多个可自动寻址节点设备，各自连接其他的各节点设备，以提供网络中的路由与控制；多个可移动终端节点设备，各自连接邻近的可自动寻址节点设备，作为网络的终端节点。4.根据权利要求3所述的动态自组网协议系统，其特征在于，所述主节点设备为多个，相互影响，主节点之间相互协调工作，当其中的任何一个主节点位置发生变化，会通知整个网络并对网络中节点重新分配管理和规划。5.根据权利要求3所述的动态自组网协议系统，其特征在于，主节点设备设有监听模块，主节点设备工作在监听状态，每隔一段时间监听网络中的各个设备的状态；其他各节点设备设有休眠模块，可自动寻址节点设备、可移动终端节点设备在工作完成后处于休眠状态。6.一种动态网络生成树的方法，其特征在于，包括：网络中各节点包括主节点、可自动寻址节点、可移动终端节点，各节点位置发生变化时，网络的拓扑结构发生变化；网络中的节点在新的位置声明自己的存在，整个网络调整与其相关的节点，并添加新的链路和删除无效链路；同时选择最优的数据传输路径对数据进行传输。7.根据权利要求6所述的一种动态网络生成树的方法，其特征在于，针对主节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁肇亮，黄伟，王德辉，李东光，张阳，张瑞杰，李晓新，陈海峰，胡源，
申请(专利权)人：天津光电华典科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12