一种基于可确定性管理方法的自组织网络协议技术

本发明专利技术涉及一种基于可确定性管理方法的自组织网络协议，包括通过网络连接的网关节点和控制中心，且网关节点与各子节点以及父节点之间形成树形拓扑结构的自组织网络，每个节点均被定义上行路由和下行路由的备份路径发现机制，并将网络层级管理地址定义到每个有子节点连接的父节点上；其中网络层级管理地址包括网络层级、当前层转发节点数量和当前节点转发次序。上述技术方案中提供的基于可确定性管理方法的自组织网络协议，其能解决现有无线组网技术没有对大规模控制场景进行优化，以及在时延控制方面缺少专门管理方法的问题。延控制方面缺少专门管理方法的问题。延控制方面缺少专门管理方法的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可确定性管理方法的自组织网络协议


[0001]本专利技术涉及自组织网络协议
，具体涉及一种基于可确定性管理方法的自组织网络协议。

技术介绍

[0002]随着在物联网领域的很多场景下，需要通过无线的方式将物体互相连接，获取资讯。对于数据吞吐量比较大的场景，比如视频应用，会采用WiFi网络，5G/4G等支持高速率的无线技术进行连接。在有的场景下，比如环境温湿度采集，需要的数据量很小，就需要低速率无线技术进行组网。目前比较主流的无线低速率联网技术包括LoRaWAN，NB-IoT等，这些技术的共同特点是采用星形组网方案，即终端和网关或者基站直接通信。终端的处理能力和速率一般比较低，但是网关和基站的处理能力比较高，以此支持海量的终端连接。但是由于无线通信的距离通常受到发射功率和环境因素的限制，在具体应用的时候无法保证终端和网关或者基站之间总是保持正常连接，比如LoRaWAN终端如果部署在地下管道时，很难和部署在地面上的网关通信。通常的解决办法是增加网关部署密度，在通信受限的环境里将更多的网关安装到和终端靠近的位置，这样的做法一是成本高，二是在电源受限的时候无法确保网关的安装。因此，可以使用无线自组网技术，当终端节点和网关之间不能直接联系的时候，在两者之间增加终端，自动形成转发网络，就可以不依赖于基站而扩展网络的覆盖面，同时终端可以使用电池等能源驱动，也就不需要考虑有线电源的使用。类似的无线组网技术市场上也有使用，比如ZigBee，但是并没有针对某些场景，比如大规模路灯控制，进行优化。当路灯产生统一开关等需求时，ZigBee技术虽然可以实现，但是在时延控制等方面并没有专门的管理方法。因此，亟需设计一种新的技术方案，以综合解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于可确定性管理方法的自组织网络协议，其能解决现有无线组网技术没有对大规模控制场景进行优化，以及在时延控制方面缺少专门管理方法的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用了以下技术方案：
[0005]一种基于可确定性管理方法的自组织网络协议，包括通过网络连接的网关节点和控制中心，且网关节点与各子节点以及父节点之间形成树形拓扑结构的自组织网络，每个节点均被定义上行路由和下行路由的备份路径发现机制，并将网络层级管理地址定义到每个有子节点连接的父节点上；其中网络层级管理地址包括网络层级、当前层转发节点数量和当前节点转发次序。
[0006]自组织网络协议的流程包括：
[0007]网络层级管理分配，在网关节点上运行；某个节点入网成功后，向父节点发送请求，若该父节点已经被分配网络层级管理地址，则不做处理；若该父节点的网络层级管理地
址当前设置为不转发广播，则请求网关节点重新配置该父节点的网络层级管理地址；
[0008]网络下行广播过程，在分支节点上运行；分支节点收到广播后检查该分支节点的本地网络层级管理地址，若该分支节点的网络层级管理地址为不转发，则结束流程；若分支节点的网络层级管理地址为转发，则根据该分支节点的网络层级管理地址设置实现广播转发；
[0009]上行备选路径发现机制，在分支节点上运行；分支节点收到广播消息后检查该分支节点的本地网络层级管理地址和发送节点的网络层级管理地址，若发送节点在网络层级小于该分支节点的网络层级，则将发送节点作为上行路径的转发节点；若发送节点在网络层级大于该分支节点的网络层级，则不做处理；
[0010]下行备选路径发现机制，在所有节点上运行；网关节点向能够连接到目的终端节点的父节点发送请求，若网关节点在指定时间内收到回复，则更新路由表，建立备选下行路径；若网关节点在指定时间内没有收到回复，则流程结束。
[0011]网络下行广播过程中，该分支节点的网络层级管理地址的网络层级和转发次序均为1，则该分支节点将本地网络层级管理地址更新到广播信息中，进行广播转发。
[0012]网络下行广播过程中，该分支节点的网络层级管理地址的网络层级和转发次序均不为1，则按照如下延迟计算方法计算：
[0013]Delay＝(S
local-S
received-1)*T1
ꢀꢀꢀ
(当S
local
>S
received
，L
local
＝L
received
)
[0014]ꢀꢀꢀꢀꢀ
＝(N
received-S
received
+S
local-1)*T1
ꢀꢀꢀ
(当L
local
＝(L
received
+1))
[0015]式中：S
local
表示本地网络层级管理地址中指示本地节点在当前层的转发顺序，S
received
表示接收到的广播消息的转发节点在当前层的发送顺序，T1表示一个广播消息转发需要的时间；N
received
表示接收到的广播消息的转发节点所在层共有多少个转发节点，L
received
表示接收到的广播消息的转发节点在所处网络层级，L
local
表示本地网络层级管理地址中指示本地节点在所属网络层级。
[0016]本专利技术的基于可确定性管理方法的自组织网络协议在使用低速率无线设备进行组网时，将不必要的网络控制信令移除，将无线带宽尽可能保留给用户使用；同时，网络能够支持冗余路径的建立(包括上行路径(从任意终端到达网关)和下行路径(从网关到达任意终端))，确保网络的健壮性和可靠性，当用户指令要求使用广播的形式遍历全网时，遍历的时间是确定可控的。
[0017]上述技术方案中提供的基于可确定性管理方法的自组织网络协议，通过建立广播转发管理机制，上行备选路径发现机制，下行备选路线发现机制，可以实现：
[0018](1)有序、无冲突的下行广播机制，确保控制信令或者用户命令能够快速可靠地达到网内所有节点。
[0019](2)上下行备选路径建立，备选路径是网络可靠性和灵活性的保证，如果当前路径不可用，网内节点之间的通信可以绕过问题节点，维持网络通信。
[0020](3)所有通信都由网关控制，网内节点大部分时间处于侦听状态，只在被需要的时候响应。将网内的带宽资源有效地利用起来。
[0021](4)网内广播，以及单播的上下行通信时延可控，适合于时间敏感的有控制需求的应用。
[0022](5)网内通信的时延取决于所采用的物理通信技术的规格，网络内的管理基本不
影响通信延迟。
附图说明
[0023]图1为基于树形结构的系统拓扑结构图；
[0024]图2为网络内广播转发管理机制示意图；
[0025]图3为上行备份路径发现机制；
[0026]图4为下行备份路径发现机制；
[0027]图5为网关节点网络层级管理地址的分配流程图；
[0028本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可确定性管理方法的自组织网络协议，其特征在于：包括通过网络连接的网关节点和控制中心，且网关节点与各子节点以及父节点之间形成树形拓扑结构的自组织网络，每个节点均被定义上行路由和下行路由的备份路径发现机制，并将网络层级管理地址定义到每个有子节点连接的父节点上；其中网络层级管理地址包括网络层级、当前层转发节点数量和当前节点转发次序。2.根据权利要求1所述的基于可确定性管理方法的自组织网络协议，其特征在于，自组织网络协议的流程包括：网络层级管理分配，在网关节点上运行；某个节点入网成功后，向父节点发送请求，若该父节点已经被分配网络层级管理地址，则不做处理；若该父节点的网络层级管理地址当前设置为不转发广播，则请求网关节点重新配置该父节点的网络层级管理地址；网络下行广播过程，在分支节点上运行；分支节点收到广播后检查该分支节点的本地网络层级管理地址，若该分支节点的网络层级管理地址为不转发，则结束流程；若分支节点的网络层级管理地址为转发，则根据该分支节点的网络层级管理地址设置实现广播转发；上行备选路径发现机制，在分支节点上运行；分支节点收到广播消息后检查该分支节点的本地网络层级管理地址和发送节点的网络层级管理地址，若发送节点在网络层级小于该分支节点的网络层级，则将发送节点作为上行路径的转发节点；若发送节点在网络层级大于该分支节点的网络层级，则不做处理；下行备选路径发现机制，在所有节点上运行；网关节点向能够连接到目的终端节点的父节点发送请求，若网关节点在指定时间内收到回复，则更新路由表，建立备选下行路径；若网关节点在指定时间内没有收到回复，则流程结束。3.根据权利要求2所述的基于可确定性管...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚方，蔡晓刚，蔡晓飞，楚涛，吴谢辉，
申请(专利权)人：南京拓恒物联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：