[發明專利]基于工業無線傳感器網絡路由分區調度方法

無效

• 申請號: 201310214092.9
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103327561A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 劉昭斌;劉文芝;方立剛;姚領眾
• 申請（專利權）人: 蘇州市職業大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W40/08;H04W40/10
• 代理公司: 蘇州銘浩知識產權代理事務所(普通合伙) 32246
• 代理人: 張一鳴

技術領域

本發明涉及工業無線傳感網絡領域，特別是涉及一種基于工業無線傳感器網絡路由分區調度方法。

背景技術

以較低的投資和使用成本實現對工業全流程的“泛在感知”，獲取傳統由于成本原因無法在線監測的重要工業過程參數，并以此為基礎實施優化控制，來達到提高產品質量和節能降耗的目標。然而，由于工業現場環境復雜，信道容易受到干擾，如果采用單信道的通信模式，當該信道受到干擾而無法通信時，將使整個網絡通信中斷，影響數據傳輸，在工業通信中對數據的可靠性和實時性常難以實現，這樣的通信中斷往往是不能容忍的。目前，具體有以下三種工業無線路由感知通信解決方案：

（1）????????????基于WIA-PA協議的集中式和分布式相結合的多信道和跳頻技術路由算法；

（2）????????????基于HART協議的圖表路由算法；

（3）????????????基于ZigBee協議的路由方法；

（4）????????????Dijkstra?算法

（5）????????????K短路徑算法

通過分析，方案（1）方法結構復雜，適用于無線網絡中對實時性要求不高且數量占絕大多數的數據報文的轉發。選擇出來的路徑不一定是延遲最小的路徑，并不是最優的；方案（2）所有的網絡節點必須事先配置好圖表路由，因此冗余度和隨機性較差；另外，無線HART網絡中節點之間的跳數有限，網關與任意節點的通信延遲比較大。（3）結構顯得太過復雜，效率精度有待提高，在網絡拓撲變化很快的無線傳感器網絡中，導致Zigbee路由能耗過大，降低了節點通信效率。（4）和（5）不適用于動態網絡中低功耗和低時延發現新的轉發路徑，以上方案遠遠不能滿足高精度、低成本、高效益實現與大量遠程的可移動并作為終端用戶界面的機器裝置聯系起來，實現物聯網數據的定位采集和傳輸，高效地使用傳感器節點的能量，延長網絡的存活時間。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種基于工業無線傳感器網絡路由分區調度方法，能夠有效解決工業無線控制網絡數據通信中動態網絡中發現新的轉發路徑的確定性和可靠性問題，降低路由能耗。可以為工業無線網絡提供確定的、可靠的通信調度，能夠有效防止數據丟失、網絡擁塞等現象。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種基于工業無線傳感器網絡路由分區調度方法，其方法是，第一步將網關通過有線的方式連接到互聯網，再連接到服務器；第二步在網關的周圍設置合適數量的路由節點，路由節點以路由器傳輸距離為半徑設置多個無線傳感設備，將移動設備處于路由節點內；第三步移動設備選擇就近的路由器或無線傳感設備進行無線通訊和數據傳輸；各路由器之間均通過無線方式進行數據傳輸；

優選的是，所述距離網關較近的區需要負責本區內的通信，另外還要肩負外層區首數據包的接收融合，一并轉交給網關，而數據融合也消耗一定的能量；

優選的是，利用區首節點的鄰接點信息動態計算路由選擇，當節點有數據需要發送時，若目的節點位于區內，則源節點依據已建立的區內路由轉發數據區首節點；若目的節點位于區外，發送節點首先向區首請求到該目的節點的最小跳數的內層區路徑（即到達目的節點所需要經過的最小分區數），然后依據區路徑的導引將數據路由至目的節點，并進行區內路由發現與維護；

優選的是，每個區成員周期性地向其區首節點廣播聯系報文，維護其鄰居關系表NBT；與此同時，各節點周期性地檢查其NBT是否發生變化，若發生變化則向所在區的其他成員廣播更新后的鏈路狀態信息，并依據Dijkstra算法建立區內主動路由；

優選的是，多條延時最優路徑選取，節點收到路徑申請之后，調度方法根據在自身設備中存儲的全網的超幀信息，通過管理此數據發送的某條超幀n的信息得到一個圖G_n=(V,E);?在路徑選擇時，根據不同的超幀n?選用不同的加權圖G_n得到時隙偏移最優的路徑。系統管理器使用確定性調度算法計算出待發送的數據從源節點到達目的節點需要的延時區間[t₀,t_1?]，然后使用Dijkstra?算法和K短路徑算法在G_n中找出延時符合延時區間的路徑，得到K延時最優的路徑；