[发明专利]一种网络拓扑建立的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及一种网络拓扑建立的方法。

背景技术

拓扑控制用于维持强健的基于网络网关的数据采集体系（树状）。这种拓扑控制机制保证了节点可以独立地处置网络的变化，包括在链路质量下降以及节点故障的情况下。

虽然在传感器网络领域有一些生成树的方法，但是它们往往只关注上传方向的数据传输。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在数据传输灵活性差和适用范围小等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种网络拓扑建立的方法，以实现数据传输灵活性好和适用范围大的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种网络拓扑建立的方法，主要包括：

a、在预设的网络拓扑表中加入能够进行数据传输的传感器节点，将该传感器节点称为树节点；将暂未加入网络拓扑表的传感器节点称为非树节点；

b、网关通过广播树节点的心跳消息的方式，初始化网络拓扑的建立过程；

c、基于网络拓扑建立过程的初始化结果，非树节点竞争加入网络拓扑表后，通过发出自身的心跳消息的方式，募集更多的传感器节点，建立所需网络拓扑结构。

进一步地，在步骤b中，所述网关是整个树的根节点，网关会周期性地发送心跳消息；

当一个节点加入到树种之后，节点会等待其父节点发来的第二个心跳消息，此心跳消息会触发该节点发送自己的心跳消息；心跳消息中明确标明了该节点的哪些父节点和子节点处于活动状态；

如果一个节点在预设时间段无法从其父节点得到心跳消息，则该节点认为其父节点已经不可达，并会将自己重新回复到扫描的状态；

同样地，父节点也会将子节点从拓扑表中删除，如果长时间没有收到子节点的心跳数据。

进一步地，在步骤b中，所述网关通过广播树节点的心跳消息的方式，初始化网络拓扑的建立过程的操作，具体包括：

网关发送心跳消息；

节点收到心跳消息，加入树；

网关再次发送心跳消息，包含节点的信息；

节点确认加入网络，并向外广播自身的心跳消息。

进一步地，在步骤c中，所述通过发出自身的心跳消息的方式，募集更多的传感器节点的操作，具体包括：

非树节点进入初始化的扫描状态，主动地侦听网络中的心跳消息；非树节点通过以下的方式来确立父节点：

⑴确保捕获的心跳消息的信号强度超过阈值；

⑵检查发送心跳消息的潜在父节点的子节点列表，确定该父节点是否已经达到所允许子节点数目的最大值；

⑶通过计算总传输计数ETTC来确定节点到网关的上行链路的质量。

进一步地，在步骤⑶中，ETTC的计算如公式如下：

  （1）；

在公式（1）中，j表示当前节点，i标识潜在的父节点，p标识从j到经过i到网关的路径，ELDRl表示l链路上估算链接传输率；递归计算ETTCj，ETTCi包含在心跳消息中；确定i到j之间的ELDR需要进行多次的消息交换轮回。

进一步地，在步骤c中，所述通过发出自身的心跳消息的方式，募集更多的传感器节点的操作，具体还包括：

当非树节点进入初始化的扫描状态的扫描结束时，非树节点选择总传输计数最小的上行节点来作为潜在的父节点，并发送加入树的请求；

该潜在父节点会估算从此链路上的链路状况；

如果链路质量能够被接受，该潜在父节点就会向发出请求的子节点发送授权消息，以确认其加入到树拓扑中；如果链路状况不佳，则不会向子节点进行授权，子节点此时会变为超时状态，并继续侦听网络中的心跳消息广播。

进一步地，在步骤b或步骤c中，广播心跳消息时，具体是通过混合机制来广播心跳消息，父节点分配预定时长的片段给子节点。

进一步地，在步骤b和步骤c中，所述心跳消息包含的字段，包括相应传感器节点的状态、相应传感器节点距离根节点的跃点距离、以及相应传感器节点所在父节点的序列号和子节点的列表；所述子节点列表用于协调心跳消息的传输。

进一步地，所述子节点列表即能够用于进行本地时分多路复用的分时计划，子节点使用的时间窗口的计算公式如下：

           （2）；

在公式（2）中，T表示分配给子节点的时间长度，I表示节点号，nmax表示拓扑树所允许的最大子节点数目，nmax表示是网络中规定的最大子节点数目；剩余的时间被分配于非树节点双向通讯的初始化。