[发明专利]面向工业监测应用的无线网状网络广播通信方法

说明书

技术领域

本发明属于无线网络通信领域，具体是用于实现面向工业监测应用的无线网状(Mesh)网络中广播通信方法。

背景技术

近年来，随着微处理器技术和低能耗无线通信技术的飞速发展，在商用领域取得成功的无线网络技术开始进入工业控制领域，成为工业自动化产品未来新的增长点。显而易见，在配置、安装、修改和扩展等方面，无线网络的成本都低于有线网络；而且，相对于星型和树型拓扑结构，Mesh网络具有高可靠性、高可扩展性、更大的吞吐量和更好的网络能耗均衡性。所以，无线Mesh网络技术将成为未来用于工业监测的一项主流通信技术。

用于工业监测的无线Mesh网络结构如图1所示，相对于其它应用(如军事和商业应用)具有一些新的特点：首先，网络中用于数据采集和通信转发的节点是各类现场设备，它们的通信、存储能力非常有限，而且由于应用环境和成本的限制，大部分的节点依靠电池供电，这决定了网络通信中可用的资源非常有限；其次，工业监测应用的数据通信特点是：现场设备将采集到的数据通过能力较强的网关设备发送到工厂的有线主干网络中，用户的指令也需要通过网关设备发送到现场设备中，这决定了网络信息传输的模式相对固定。

网络通信模式可以分为三种：单播、广播和组播。其中，一个节点要向网络中的所有其他节点发送报文的通信模式就是广播。广播对需要将报文传给网络中所有节点的应用来说非常重要，如网络初始化、网络配置以及广播方式的路由发现等等。在传统的广播方法中，网络内的所有节点都要接收并且转发广播报文，当所有节点收到广播报文后，进行判断，如果该报文还未曾转发且还没有超过生命周期，则转发。广播报文在网络中通过洪泛的方式进行扩散，如若不加以控制，开销巨大！尤其是在大规模无线网络中，一个节点发送报文将会干扰所有邻居节点的报文接收和发送，如果各个节点都盲目地转发扩散广播报文，将会带来严重的报文冲突甚至网络拥塞，这样，不仅会加大广播延迟甚至会导致某些节点因为冲突太严重而最终无法收到广播报文，而且频繁的冲突和重传会浪费大量的能耗和通信带宽。但是，在工业无线Mesh网络中，现场设备的通信能力和可用能量都非常有限，所以，如何在有严格资源约束的条件下实现高效的广播通信是一个挑战性问题。

目前，无线Mesh网络广播策略基本上都是直接采用Internet的广播方法，开销非常大，不适用于资源受限的工业现场无线网络中。近期有人针对无线Mesh网络提出通过增加专用于广播的接入点来降低广播通信开销，但是显然它需要增加额外的接入点，会提高网络运营成本而且效果并不理想。

本发明专门针对工业监测应用中现场设备能力受限的约束，提出一种低开销的网络广播方法，目标是降低现场设备广播的能耗以及通信开销。

发明内容

针对面向工业监测应用的无线Mesh网络(网络结构参见图1)的特点，本发明的目的在于提供一种低开销、适用于资源严格受限的工业现场无线网络的广播方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：一种面向工业监测应用的无线网状网络广播通信方法，其特征在于：在网状网络中根据上行路由构建和维护一棵动态生成树，并利用该动态生成树对广播报文的扩散加以控制和约束：即生成树上的所有叶子节点都无需转发任何广播报文，而且非叶子节点也只需要转发来自其父节点或者子节点的广播报文；

所述动态生成树以面向工业监测应用的无线网状网络中固有的以网关设备为根；所述控制和约束的具体流程为：节点在收到广播报文的时候，首先判断是否接收该报文，如果非重复广播报文，则接收；否则，不接收该报文；然后判断是否要转发该报文，如果该节点是叶子节点，则不转发任何广播报文；非叶子节点收到来自本节点的父节点或者子节点的报文，且还未曾转发过，则转发该报文，否则，不转发。

本发明的优点：

本发明提出的广播策略，在充分考虑工业监测应用特点的前提下，利用面向工业监测应用的无线Mesh网络(网络结构图如图1所示)中固有的以网关设备为根的动态生成树对广播报文的扩散加以控制和约束。相对于传统的广播方法，采用本发明中提供的广播方法，广播报文是在一定的约束下进行扩散的，首先，大大降低了网络负载和报文冲突，节约了广播通信开销；其次，消除了不必要的报文转发而且降低了报文的重传次数，所以节约了现场设备的能量；可实现在不需要增加额外的接入点的情况下降低网络运营成本且效果理想之目的。

附图说明

图1为工业监测无线Mesh网络结构图。

图2为本发明一个实施例广播报文处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。