[发明专利]一种提高链状结构的ZigBee网络稳定性的方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术和无线通信技术领域，特别是无线传感器网络应用技术领域，涉及一种提高链状结构的ZigBee网络稳定性的方法。

背景技术

ZigBee技术是无线传感网络中运用最广泛的一种无线通信技术，其因低成本、低功耗、低速率、承载数据流量小、可嵌入各种设备、组网大而灵活的特点而被广泛应用到工业控制、家庭自动化、遥测遥控、农业自动化和医疗护理等领域。

在道路、桥梁、隧道等环境下的公共设施监控服务，河流环境监测，输电线路实时监测等应用场景都是呈现线性拓扑结构，在应用于以上场景的链状结构的ZigBee网络在传输过程中，经常发生数据包丢失的现象，当系统数据包丢失达到一定值时将会不稳定。例如：链状结构的ZigBee网络中的节点因自身故障，造成节点失效，发生传输链路断裂，数据就不能实现多跳传输，从而导致数据包的丢失；在链状结构的无线网络系统中所有节点共享通信信道，需要互相竞争获取数据发送的权利，当网络负载较大时，节点间的数据碰撞和网络的拥塞必然会导致数据包的丢失。因此以上问题引起了链状结构的ZigBee网络的不稳定性和低可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高链状结构的ZigBee网络稳定性的方法，该方法能够提高链状网络的稳定性和实用性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提高链状结构的ZigBee网络稳定性的方法，在该方法中，包括链路重构、差错控制、数据融合和路由协议步骤；

所述链路重构是通过采用重新入网机制以及双链路场景下冗余节点的方式将链状网络断裂的部分修复或寻找替代路线；

所述差错控制机制是通过采用应答机制和重发机制来提高数据的传输的可靠性；

所述数据融合是将某个节点收到多个子节点发来的数据合并成一个大的数据包，然后将合并后的数据包发送到汇聚节点；

所述路由协议是通过基于多个发送接收时间的调度机制和节点分组以及动态簇头的方式提高发送数据的质量，实现网络故障中路由的维护。

进一步，所述链路重构步骤包含重新入网机制和双链路场景下冗余节点：

所述重新入网机制是使离线的节点重新加入已有网络中，修复断裂的网络；节点离线包含两个过程：一是节点离线判定，二是节点入网机制，节点首先进行判定自己是否离线，若是，则启动节点重新入网；

所述双链路场景下的冗余节点，如路灯监控系统，道路两旁都有节点，可以形成双链路。即在双链路场景下，若一条链路上的节点损坏，数据可通过另一条链路继续传输。

进一步，所述差错控制机制是因节点失效或数据丢包引起的网络断裂导致数据不能正常传输，通过自动重发机制来提高数据传输的可靠性，包括应答机制和重发机制；

所述应答机制，是目的节点收到源节点发送的数据后，必须发送一个收到确认的信息，以保证数据传输的稳定性；

所述重发机制，是源节点发送数据后，若在responseWaitTime内未收到确认信息，则再次发送数据，此重发机制的有效重发次数为3次。

进一步，所述数据融合是将某个节点收到多个节点发来的数据包合并成一个大的数据包，合并部分为控制信息，即数据包头。

进一步，所述基于多个发送接收时间的调度机制采用分配多个时隙给发送或接收数据，避免传输中出现的错误并能降低系统对时间的精度要求。

进一步，所述路由协议采用分簇结构形式，每五个节点为一簇，中间节点为簇头，簇头节点汇聚数据后，再将汇聚后的结果发送到汇聚节点。

进一步，路由协议中的动态簇头变换是在簇头节点发生故障后，离原簇头节点最近的节点自动变为新的簇头节点，并完成簇头节点的功能。

本发明的有益效果在于：本发明中的链路重构的方法可实现离线节点重新入网，修复链路，并且避开损坏节点，寻找新的传输路径的目的，从而提高通信链路质量，增加数据传输的可靠性。差错控制机制可增加数据传输的到达率，识别节点失效和损坏的状况。而数据融合可大幅度的减少数据的传输次数和数据量，有效的降低网络拥塞和传输延迟，提高网络数据传输量和延长网络生命周期。路由协议是采用基于多个发送接受时间的调度机制提高发送数据的质量，减少丢包率，保证数据传输过程中的稳定性；通过节点分簇的方式可以避免节点直接将数据发往簇头，降低节点传输数据的跳数，可以减少节点传输数据时的相互串扰；通过动态簇头节点变换的方法实现网络故障中路由的维护。使用该方案的链状结构的ZigBee网络将更加稳定。

附图说明