專利名稱：Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)快速修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)修復(fù)方法，尤其涉及一種Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)快 速修復(fù)方法，屬于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為短距離無線通信標(biāo)準(zhǔn)之一的Zigbee，具有低成本、低功耗以及實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等的 優(yōu)勢(shì)，非常適合構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，由于無線鏈路的不穩(wěn)定性以及 路由節(jié)點(diǎn)的能量耗盡，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常出現(xiàn)一些孤立節(jié)點(diǎn)。這些孤立節(jié)點(diǎn)必須盡快地關(guān)聯(lián) 到網(wǎng)絡(luò)中，以便其采集的數(shù)據(jù)能夠及時(shí)地被傳輸?shù)娇刂贫?。Zigbee提供一種修復(fù)方式，即當(dāng)節(jié)點(diǎn)變成孤立狀態(tài)時(shí)，它首先對(duì)給定的若干信道 進(jìn)行掃描，搜索潛在的可用父節(jié)點(diǎn)；在搜索完成之后，選擇一個(gè)可用父節(jié)點(diǎn)執(zhí)行關(guān)聯(lián)過程； 這樣孤立節(jié)點(diǎn)便加入到網(wǎng)絡(luò)中。然而，由于掃描過程和關(guān)聯(lián)過程都比較耗時(shí)，導(dǎo)致整個(gè)修復(fù) 時(shí)間過長(zhǎng)。現(xiàn)有減少網(wǎng)絡(luò)修復(fù)時(shí)間的方法主要通過以下三種途徑第一，通過減少信道掃 描的時(shí)間來減少修復(fù)時(shí)間，例如文獻(xiàn)[Meng F. L, Han Y. G. A New Association Scheme of IEEE 802. 15.4 for Real Time Application. 5th International Conference on Wireless Communications. , Networking and Mobile Computing (WiCom), 2009: 1 -5.]中所述方法；第二，通過減少關(guān)聯(lián)過程的時(shí)間來減少修復(fù)時(shí)間，例如文獻(xiàn)Bhang F, Wang F, Dai B, et al. Performance Evaluation of IEEE 802.15. 4 Beacon Enabled Association Process. 22th International Conference on Advanced Information Networking and Applications. 2008: 541 - 546.]中所述方法；第三，將關(guān)聯(lián)過程穿插 在掃描過程中來減少修復(fù)時(shí)間，例如文獻(xiàn)[Skender B. A, Andre C, Anis K, et al. Fault Tolerance Mechanisms for Zigbee Wireless Sensor Networks. Proceedings of the 19th Euromicro Conference on Real Time System (ECRTS), 2007]中M胃， 使用這些方法對(duì)減少修復(fù)時(shí)間的效果都不是太明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)修復(fù) 過程所需時(shí)間太長(zhǎng)的不足之處，提供一種可極大減少網(wǎng)絡(luò)修復(fù)時(shí)間的Zigbee無線傳感網(wǎng) 絡(luò)快速修復(fù)方法。Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)通常為樹型信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)中，存在三種不同功能的節(jié)點(diǎn) 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器和路由器以不同的周期發(fā)送信標(biāo)，以告知終端 節(jié)點(diǎn)自身的情況。終端節(jié)點(diǎn)可以利用信標(biāo)與協(xié)調(diào)器或路由器進(jìn)行時(shí)間同步并進(jìn)行通信。本 發(fā)明的思路是利用信標(biāo)機(jī)制，使終端節(jié)點(diǎn)預(yù)先記錄若干備用父節(jié)點(diǎn)；當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自已 成為孤立節(jié)點(diǎn)時(shí)，直接從備用父節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)進(jìn)行關(guān)聯(lián)即可，而無需在關(guān)聯(lián)之前進(jìn)行信 道掃描，這樣就可極大地減少修復(fù)時(shí)間，提高網(wǎng)絡(luò)修復(fù)效率。
本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案
一種Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)快速修復(fù)方法，該網(wǎng)絡(luò)為Zigbee樹型信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，包括三 種節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和路由器節(jié)點(diǎn)以不同的周期 發(fā)送信標(biāo)，告知終端節(jié)點(diǎn)自身的情況，終端節(jié)點(diǎn)利用信標(biāo)與協(xié)調(diào)器或路由器進(jìn)行時(shí)間同步 并進(jìn)行通信，所述方法包括該網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)存在一個(gè)父節(jié)點(diǎn)記錄表，可記錄
個(gè)節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)信息，4 為預(yù)先設(shè)定的大于1的自然數(shù)；終端節(jié)點(diǎn)在首次加入該網(wǎng)絡(luò)前，先
進(jìn)行一次完整的信道掃描，直到所有的信道都被掃描或接收到的信標(biāo)幀數(shù)目達(dá)到時(shí)結(jié) 束掃描；終端節(jié)點(diǎn)記錄這些信標(biāo)信息，并從父節(jié)點(diǎn)記錄表中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，該節(jié)點(diǎn) 稱為當(dāng)前父節(jié)點(diǎn)，表中的其余節(jié)點(diǎn)作為備用父節(jié)點(diǎn)；終端節(jié)點(diǎn)周期地跟蹤表中所有節(jié)點(diǎn)的 信標(biāo)幀，并不斷地用接收到的新信標(biāo)信息對(duì)表中節(jié)點(diǎn)的舊信標(biāo)信息進(jìn)行更新；當(dāng)終端節(jié)點(diǎn) 發(fā)現(xiàn)自身已經(jīng)變成了孤點(diǎn)設(shè)備，則從表中刪除當(dāng)前父節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)信息，然后直接從表中選 擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新關(guān)聯(lián)。進(jìn)一步地，所述方法還包括，當(dāng)父節(jié)點(diǎn)記錄表中的記錄數(shù)小于4^時(shí)，終端節(jié)點(diǎn)再
進(jìn)行一次信道掃描，直到所有的信道都被掃描或接收到的信標(biāo)幀數(shù)目達(dá)到時(shí)結(jié)束掃 描；終端節(jié)點(diǎn)往表中添加表中不存在的節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)信息，直到新節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)信息均被添加 到表中或表中記錄數(shù)到為止，4m為預(yù)先設(shè)定的大于或等于1且小于的自然數(shù)。優(yōu)選地，4 的值為1。這樣就可以在保證網(wǎng)絡(luò)快速及時(shí)修復(fù)的同時(shí)，進(jìn)行信道掃 描的次數(shù)最少，從而最大的節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源。相比現(xiàn)有的各種Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)修復(fù)方法，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于每一個(gè)終端 節(jié)點(diǎn)都存在多個(gè)可關(guān)聯(lián)的備用父節(jié)點(diǎn)，一旦與當(dāng)前父節(jié)點(diǎn)失去關(guān)聯(lián)而成為孤點(diǎn)后，終端節(jié) 點(diǎn)無需進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的信道掃描，而可以直接從父節(jié)點(diǎn)記錄表中選擇一個(gè)父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)， 這極大地縮減了網(wǎng)絡(luò)修復(fù)時(shí)間。


圖1為具體實(shí)施方式
中所述樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明
附圖1顯示了一個(gè)典型的樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，其中節(jié)點(diǎn)1為協(xié)調(diào) 器，節(jié)點(diǎn)2 - 4，節(jié)點(diǎn)6 - 9，節(jié)點(diǎn)13均為路由器，其它節(jié)點(diǎn)均為終端節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器和路由器 以不同的周期發(fā)送信標(biāo)，以告知終端節(jié)點(diǎn)自身的情況。終端節(jié)點(diǎn)可以利用信標(biāo)與協(xié)調(diào)器或 路由器進(jìn)行時(shí)間同步并進(jìn)行通信。下面我們以終端節(jié)點(diǎn)14為例，說明本發(fā)明的具體實(shí)施過 程
1)終端節(jié)點(diǎn)14的父節(jié)點(diǎn)記錄表的值被設(shè)置為3，值被設(shè)置為1；
2)當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)14首次加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它進(jìn)行信道掃描。此時(shí)它先后接收到了來自路由器 7 - 9的信標(biāo)以及路由器13的信標(biāo)，由于終端節(jié)點(diǎn)14最大能儲(chǔ)存3個(gè)路由器的信標(biāo)信息，因此它將忽略路由器13的信標(biāo)，同時(shí)記錄下路由器7 - 9的信標(biāo)信息；
3)終端節(jié)點(diǎn)14選擇一個(gè)路由器，如路由器7，作為父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。隨后，終端節(jié)點(diǎn)通 過路由器7進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，但同時(shí)周期監(jiān)聽來自于路由器7 - 9的信標(biāo)；
4)終端節(jié)點(diǎn)14與路由器7失去關(guān)聯(lián)而成為孤點(diǎn)設(shè)備后，它首先從父節(jié)點(diǎn)記錄表中刪 除路由器7的信息，然后從父節(jié)點(diǎn)記錄表中選擇一個(gè)父節(jié)點(diǎn)，如路由器8進(jìn)行關(guān)聯(lián)；如果關(guān) 聯(lián)成功后，終端節(jié)點(diǎn)14將通過路由器8進(jìn)行通信，但同時(shí)周期監(jiān)聽來自于路由器8、9的信 標(biāo)；
5)如果終端節(jié)點(diǎn)14無法接收到來自于路由器8的信標(biāo)后，它首先從父節(jié)點(diǎn)記錄表中刪 除路由器8的信息，然后從表中選擇路由器9進(jìn)行關(guān)聯(lián)；關(guān)聯(lián)成功后，終端節(jié)點(diǎn)14將通過路 由器9進(jìn)行通信；
6)由于終端節(jié)點(diǎn)14的父節(jié)點(diǎn)記錄表中的記錄數(shù)小于等于Aah的值，因此它將重新進(jìn)
行信道掃描。此時(shí)它又先后接收到了來自路由器7和路由器13的信標(biāo)，終端節(jié)點(diǎn)14將向 父節(jié)點(diǎn)記錄表中添加路由器7和13的信標(biāo)信息。 根據(jù)上面的過程，我們不難發(fā)現(xiàn)，如果終端節(jié)點(diǎn)成為孤點(diǎn)設(shè)備后，它可以直接從備 用父節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，而無需進(jìn)行信道掃描，這極大地減少了網(wǎng)絡(luò)修復(fù)的時(shí)間，提 高了修復(fù)速度。
權(quán)利要求
1.一種Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)快速修復(fù)方法，該網(wǎng)絡(luò)為Zigbee樹型信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，包括三種 節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和路由器節(jié)點(diǎn)以不同的周期發(fā)送信 標(biāo)，告知終端節(jié)點(diǎn)自身的情況，終端節(jié)點(diǎn)利用信標(biāo)與協(xié)調(diào)器或路由器進(jìn)行時(shí)間同步并進(jìn)行 通信，其特征在于，所述方法包括該網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)存在一個(gè)父節(jié)點(diǎn)記錄表，可記錄個(gè)節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)信息，為預(yù)先設(shè)定的大于1的自然數(shù)；終端節(jié)點(diǎn)在首次加入該網(wǎng)絡(luò)前，先進(jìn)行一次完整的信道掃描，直到所有的信道都被掃描或接收到的信標(biāo)幀數(shù)目達(dá)到U時(shí)結(jié)束掃描；終端節(jié)點(diǎn)記錄這些信標(biāo)信息，并從父節(jié)點(diǎn)記錄表中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，該節(jié)點(diǎn)稱為當(dāng)前父節(jié)點(diǎn)，表中的其余節(jié)點(diǎn)作為備用父節(jié)點(diǎn)；終端節(jié)點(diǎn)周期地跟蹤表中所 有節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀，并不斷地用接收到的新信標(biāo)信息對(duì)表中節(jié)點(diǎn)的舊信標(biāo)信息進(jìn)行更新；當(dāng) 終端節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自身已經(jīng)變成了孤點(diǎn)設(shè)備，則從表中刪除當(dāng)前父節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)信息，然后直接 從表中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新關(guān)聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)快速修復(fù)方法，其特征在于，所述方法還包括，當(dāng)父節(jié)點(diǎn)記錄表中的記錄數(shù)小于時(shí),終端節(jié)點(diǎn)再進(jìn)行一次信道掃描，直到所有的 信道都被掃描或接收到的信標(biāo)幀數(shù)目達(dá)到Ams時(shí)結(jié)束掃描；終端節(jié)點(diǎn)往表中添加表中不存 在的節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)信息，直到新節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)信息均被添加到表中或表中記錄數(shù)到為止， 4 為預(yù)先設(shè)定的大于或等于1且小于的自然數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)快速修復(fù)方法，其特征在于，Lmkl的值為1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)快速修復(fù)方法，屬于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過在網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)可記錄個(gè)節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)信息的父節(jié)點(diǎn)記錄表；終端節(jié)點(diǎn)在首次加入該網(wǎng)絡(luò)前，先進(jìn)行一次完整的信道掃描，直到所有的信道都被掃描或接收到的信標(biāo)幀數(shù)目達(dá)到時(shí)結(jié)束掃描；終端節(jié)點(diǎn)記錄這些信標(biāo)信息，并從父節(jié)點(diǎn)記錄表中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)；終端節(jié)點(diǎn)周期地跟蹤表中所有節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀，并不斷地用接收到的新信標(biāo)信息對(duì)表中節(jié)點(diǎn)的舊信標(biāo)信息進(jìn)行更新；當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自身已經(jīng)變成了孤點(diǎn)設(shè)備，則從表中刪除當(dāng)前父節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)信息，然后直接從表中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新關(guān)聯(lián)。本發(fā)明方法可以縮減網(wǎng)絡(luò)修復(fù)時(shí)間，提高網(wǎng)絡(luò)修復(fù)效率。
文檔編號(hào)H04W84/18GK102076053SQ20111004014
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月18日
發(fā)明者宦澄, 謝勝東, 趙曉平 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)