工业无线传感器网络的移动切换方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种工业无线传感器网络的移动切换方法及装置，其中，方法包括：检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态；判断当前链路状态是否满足切换条件；如果满足切换条件，则检测可接入邻居链路状态和当前移动状态，并在当前移动状态为移动状态时，根据可接入邻居链路状态在每个周期确定当前临时父节点，以通过临时父节点在共享时隙上传输数据；在当前移动状态为静止状态时，选取当前节点的新的父节点，并向服务器注册。该方法有效解决了节点移动造成的节点数据丢失和实时性可靠性较低的问题，适用于大规模移动较多的工业无线网络，进而提高网络的实时性与可靠性，且在工业无线传感器网络中完成可靠切换，并且避免频繁切换问题。

Mobile handover methods and devices for Industrial Wireless Sensor Networks

The invention discloses a mobile handover method and device for industrial wireless sensor network, which includes: detecting the current link state of each node in industrial wireless sensor network; judging whether the current link state satisfies the handover condition; detecting the accessible neighbor link state and the current mobile state if the handover condition is satisfied, and shifting the current mobile state. In the dynamic state, the current temporary parent node is determined according to the accessible neighbor link state in each cycle to transmit data through the temporary parent node in the shared slot; when the current mobile state is static, the new parent node of the current node is selected and registered with the server. This method effectively solves the problem of node data loss and low real-time reliability caused by node mobility. It is suitable for large-scale mobile industrial wireless networks, thus improving the real-time and reliability of the network, and completing reliable handover in industrial wireless sensor networks, and avoiding frequent handover problems.

【技术实现步骤摘要】
工业无线传感器网络的移动切换方法及装置
本专利技术涉及网络与通信
，特别涉及一种工业无线传感器网络的移动切换方法及装置。
技术介绍
无线传感器网络技术之所以在工业中应用中得到广泛的重视，是因为其相比于现有的工业有线网络可大幅较低网络建设和维护成本，能够快速部署，无须铺设线缆及相关保护装置，可使工业测控系统的安装与维护成本降低90％；可提高生产线的灵活性。无线技术实现了现场设备的灵活性，简化了生产设备的部署，可以根据工业生产及应用需求，快速实现生产线的重构；可实现部署环境的广泛性。随着实时性指标的提升，工业无线网络在协议栈复杂性、资源利用率、异常处理能力等技术方面将加倍甚至指数级提高，使得无线传感器网路和工业无线通信的结合之间面临着许多挑战。一方面由于无线传感器网络仍存在网络难于管理、无线传感器节点设备处理能力低下、硬软件间依赖性大、设备利用率低、业务响应慢等问题，另一方面，工业应用环境的复杂性以及工业通信需求的实时性和可靠性也对现有无线传感器网络的有严苛的要求。传统无线传感器网络大都为相对静态网络，即在同一个接入点的通信范围内移动，且大多数为单跳星型网络。随着工业界对无线传感器网络的应用越发广泛，对网路的需求也越来越多样化，包括支持各种类型拓扑的多跳网络以及支持移动性。然而，由于工业环境的复杂苛刻以及低功耗通信资源的受限，无线传感器网络对于移动性的支持更加富有挑战性。研究表明，仅通过无线信号强度来判决网络节点的移动性是不可靠的，不但会造成误切换，还会导致频繁切换问题。邻居发现作为链路选择的一个重要步骤，目前被分为概率性和确定性两种方案。其中，确定性方案的实现依靠在专用链路上发送探索包来避免冲突，从而能够保证网络收敛的时间。而基于TDMA(timedivisionmultipleaccess，时分多址)协议的概率性邻居发现方案中，节点通过在共享时隙段中发送探索包来发现邻居，而在其他节点在共享时隙打开接收模式接收这些探索包。该概率性方案易于实现且需要较少量的资源，对于静态网络或需求不苛刻的网络非常适用，因此是目前标准中常用的邻居发现方案。但是概率性方案不能保证邻居发现以及网络收敛的时延，对于具有移动设备的网络，会大大降低网络的实时性和可靠性。并且大多数确定性邻居发现方案采用强制发现邻居的方法使得节点能够在一定期限内发现邻居，该方法会使节点长期处于接收模式，增加了节点的能量消耗。
技术实现思路
本申请是基于专利技术人对以下问题的认识和发现做出的：在工业监控的过程中，设备故障、监控设备故障以及设备移动都是不可避免的情况，当发生以上情况时，相关节点需要及时发现并且重新建立合适的链路使网络收敛至稳定状态。网络中节点切换过程包含三个主要步骤，分别是切换触发、链路选择和链路注册。首先，任何网络节点的移动需要被及时感知，该感知分为主动感知和被动感知。主动感知表示移动节点在移动的过程中能够感知到自己的移动状态，而被动感知则表示移动节点的邻居节点感知到该节点处于移动状态，将该信息汇报至集中服务器处理。面对复杂的工业场景，这两种感知方法缺一不可。其中主动感知能够使得真正在移动的节点提前感知自身的移动性并做出提前切换准备，可以减少节点在移动过程中数据丢失，同时可以提高移动节点数据的实时性。而被动感知可以保证节点由于某种原因故障或移动至网络外时能够及时对资源进行释放。本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种工业无线传感器网络的移动切换方法，该方法有效解决了节点移动造成的节点数据丢失和实时性可靠性较低的问题，适用于大规模移动较多的工业无线网络，进而提高网络的实时性与可靠性，且在工业无线传感器网络中完成可靠切换，并且避免频繁切换问题。本专利技术的另一个目的在于提出一种工业无线传感器网络的移动切换装置。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种工业无线传感器网络的移动切换方法，包括以下步骤：检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态；判断所述当前链路状态是否满足切换条件；如果满足所述切换条件，则检测可接入邻居链路状态和当前移动状态，并在所述当前移动状态为移动状态时，根据所述可接入邻居链路状态在每个周期确定当前临时父节点，以通过所述临时父节点在共享时隙上传输数据；在所述当前移动状态为静止状态时，选取所述当前节点的新的父节点，并向服务器注册。本专利技术实施例的工业无线传感器网络的移动切换方法，将节点周期发送的广播数据包作为邻居发现的探索包，该广播由每个节点周期的在分配好的广播专用时隙发送，所有节点在该广播专用时隙段打开接收模式，将接收到的广播源地址及属性作为自己的邻居信息，并采用确定性邻居发现方案保证面向控制与安全高级工业网络的及时收敛，从而有效解决了节点移动造成的节点数据丢失和实时性可靠性较低的问题，适用于大规模移动较多的工业无线网络，进而提高网络的实时性与可靠性，且在工业无线传感器网络中完成可靠切换，并且避免频繁切换问题。另外，根据本专利技术上述实施例的工业无线传感器网络的移动切换方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在检测所述当前链路状态数据之前，还包括：构建工业无线传感器网络的树形网络拓扑图；根据所述树形网络拓扑图中每个节点的通信需求分配通信资源。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述向服务器注册，进一步包括：向所述服务器发送入网申请；在接收到所述入网申请验证通过后，获取所述通信资源，并发送确认信息至所述服务器。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态，进一步包括：如果所述当前节点为目的节点，则检测接收到的数据包的信号强度和信噪比，并将绝对时隙号作为时间戳标记；如果所述当前节点为源节点时，则检测接收到的确认包的信号强度和信噪比，并将所述绝对时隙号作为所述时间戳标记。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述判断所述当前链路状态是否满足切换条件，进一步包括：根据所述当前链路状态的多重状态度量得到当前切换状态值；如果所述当前切换状态值大于预设阈值，则满足所述切换条件，否则不满足所述切换条件。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述检测可接入邻居链路状态和当前移动状态，且所述根据所述可接入邻居链路状态在每个周期确定当前临时父节点，进一步包括：监听所有可监听的邻居广播，并记录每个邻居广播的信号强度值；每经过一个超帧，将所述每个邻居广播的信号强度值处理，并进行移动状态判决；如果判决结果为所述移动状态，则节点继续监听，否则重新选择父节点。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种工业无线传感器网络的移动切换装置，包括：检测模块，用于检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态；判断模块，用于判断所述当前链路状态是否满足切换条件；传输模块，用于在满足所述切换条件时，检测可接入邻居链路状态和当前移动状态，并在所述当前移动状态为移动状态时，根据所述可接入邻居链路状态在每个周期确定当前临时父节点，以通过所述临时父节点在共享时隙上传输数据；注册模块，用于在所述当前移动状态为静止状态时，选取所述当前节点的新的父节点，并向服务器注册。本专利技术实施例的工业无线传感器网络的移动切换装置，将节点周期发送的广播数据包作为邻居发现的探索包，该广本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业无线传感器网络的移动切换方法，其特征在于，包括以下步骤：检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态；判断所述当前链路状态是否满足切换条件；如果满足所述切换条件，则检测可接入邻居链路状态和当前移动状态，并在所述当前移动状态为移动状态时，根据所述可接入邻居链路状态在每个周期确定当前临时父节点，以通过所述临时父节点在共享时隙上传输数据；以及在所述当前移动状态为静止状态时，选取所述当前节点的新的父节点，并向服务器注册。

【技术特征摘要】
1.一种工业无线传感器网络的移动切换方法，其特征在于，包括以下步骤：检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态；判断所述当前链路状态是否满足切换条件；如果满足所述切换条件，则检测可接入邻居链路状态和当前移动状态，并在所述当前移动状态为移动状态时，根据所述可接入邻居链路状态在每个周期确定当前临时父节点，以通过所述临时父节点在共享时隙上传输数据；以及在所述当前移动状态为静止状态时，选取所述当前节点的新的父节点，并向服务器注册。2.根据权利要求1所述的工业无线传感器网络的移动切换方法，其特征在于，在检测所述当前链路状态数据之前，还包括：构建工业无线传感器网络的树形网络拓扑图；根据所述树形网络拓扑图中每个节点的通信需求分配通信资源。3.根据权利要求2所述的工业无线传感器网络的移动切换方法，其特征在于，所述向服务器注册，进一步包括：向所述服务器发送入网申请；在接收到所述入网申请验证通过后，获取所述通信资源，并发送确认信息至所述服务器。4.根据权利要求1所述的工业无线传感器网络的移动切换方法，其特征在于，所述检测工业无线传感器网络中每个节点的当前链路状态，进一步包括：如果所述当前节点为目的节点，则检测接收到的数据包的信号强度和信噪比，并将绝对时隙号作为时间戳标记；如果所述当前节点为源节点时，则检测接收到的确认包的信号强度和信噪比，并将所述绝对时隙号作为所述时间戳标记。5.根据权利要求1所述的工业无线传感器网络的移动切换方法，其特征在于，所述判断所述当前链路状态是否满足切换条件，进一步包括：根据所述当前链路状态的多重状态度量得到当前切换状态值；如果所述当前切换状态值大于预设阈值，则满足所述切换条件，否则不满足所述切换条件。6.根据权利要求1所述的工业无线传感器网络的移动切换方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄雪峰，杨冬，关山，王洪超，马剑，庞龙，
申请(专利权)人：北京新联铁集团股份有限公司，北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11