[發明專利]一種網絡數據采集控制系統及無線路由方法

有效

• 申請號: 201510494085.8
• 申請日: 2015-08-11
• 公開（公告）號: CN105072658B
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 康權;俞永江;韓家新;馮厚軍;趙河立;王金燕;王可寧
• 申請（專利權）人: 國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W40/32;H04W84/18
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 韓奎勇

1.一種基于網絡數據采集控制系統的無線路由方法，該系統包括主板CPU及分別與主板CPU連接的WIFI模塊、聯通3G模塊、以太網卡、WSN匯聚節點模塊、CAN控制器模塊、RS485收發器模塊、64路AD轉換模塊及LCD觸摸屏，通過CAN，RS485總線和工業現場進行數據交互，通過64路AD轉換模塊獲取無線傳感網匯聚節點的數據，通過3G、WIFI以及以太網三種方式與企業服務器進行數據交互，其特征在于：包括步驟如下：

(1)將整個無線傳感網絡分為一個匯聚節點和其余的傳感節點；

(2)上電開機后，匯聚節點將自己的跳數值設為0，傳感節點將自己的跳數值設為最大值65535，最大值65535為無效跳數；

(3)匯聚節點申請反向路由表內存，傳感節點申請正向路由表內存和反向路由表內存，路由表由一系列路由表項構成，正向路由表由目的地址是匯聚節點的路由表項構成，反向路由表由目的地址是傳感節點的路由表項構成，路由表的數據結構如下：

目的地址	下一跳地址	跳數值	信號強度
…	…	…	…
…	…	…	…
目的地址	下一跳地址	跳數值	信號強度

每一行表示一個路由表項，其中，下一跳地址表示該節點發送數據到目的地址節點，選擇將該數據發送至該下一跳地址節點，由下一跳地址節點進行路由轉發，跳數值表示經過該下一跳地址節點路由轉發總共需要的跳數，信號強度表示該節點到下一跳地址節點的無線信號強度；

(4)傳感節點延時一個1秒以內的隨機數，啟動路由發現進程，路由發現進程如下：

①傳感節點以1秒為周期發送RREQ路由請求報文，RREQ路由請求報文數據格式如下：

報文類型	目的地址	跳數值	報文序列號

報文類型為0x00，目的地址為匯聚節點的地址0x0000，跳數值為本傳感節點到匯聚節點的跳數值，報文序列號為依次遞增的整數；

②匯聚節點收到RREQ路由請求報文后，回應RREP路由回復報文；

③傳感節點收到RREQ路由請求報文后，若本傳感節點已經建立了到匯聚節點的路由，到匯聚節點的正向路由表非空，則回應RREP路由回復報文；若本傳感節點沒有建立到匯聚節點的正向路由，到匯聚節點的正向路由表為空，則不作任何處理；RREP路由回復報文的數據格式如下：

報文類型	目的地址	跳數值	報文序列號

報文類型為0x01，目的地址為RREQ報文的源傳感節點的地址，跳數值為本傳感節點到匯聚節點的跳數值，報文序列號為依次遞增的整數；

④傳感節點收到RREP路由回復報文后，若RREP路由回復報文的目的地址是本傳感節點，則作如下處理：

(a)若RREP路由回復報文中的跳數值大于等于本傳感節點的跳數值，則不做任何處理；

(b)若RREP路由回復報文中的跳數值加1等于本傳感節點的跳數值，則將RREP路由回復報文的源節點地址作為本傳感節點到匯聚節點的路由節點，若到匯聚節點的正向路由表中沒有這個路由表項,則加入該路由表項到正向路由表中；

(c)若RREP路由回復報文中的跳數值加1小于本傳感節點的跳數值，則清空到匯聚節點的正向路由表，將RREP路由回復報文的源節點地址作為本傳感節點到匯聚節點的路由節點，加入該路由表項到正向路由表中,且將本傳感節點的跳數值設置為等于RREP路由回復報文中的跳數值加1；

(5)傳感節點結束路由發現進程，進入數據傳輸進程，數據傳輸進程過程如下：

①傳感節點傳輸NDATA數據報文至匯聚節點時，先查詢正向路由表中是否有路由表項，若不存在到匯聚節點的路由表項，則重新啟動路由發現進程；若存在到匯聚節點的路由表項，則在到匯聚節點的正向路由表中選擇一個信號強度最好的路由表項，將NDATA數據報文發往該路由表項的路由傳感節點，NDATA數據報文的數據格式為：

報文類型為0x10，目的地址為匯聚節點地址0x0000，源地址為該傳感節點的地址，下一跳地址為正向路由表中信號強度最好的路由表項中的下一跳路由傳感節點的地址，

②傳感節點在發送NDATA數據報文時，啟動超時定時器，若在定時器溢出時，還未收到路由傳感節點的NDATA_ACK數據ACK報文確認，則重傳該NDATA數據報文，若重傳3次，仍沒有收到路由傳感節點的NDATA_ACK數據ACK報文確認，則認為該路由已經損壞，刪除該路由表項；

③若傳感節點依次嘗試完正向路由表中所有路由項均失敗，則啟動路由修復進程；

④傳感節點收到NDATA數據報文后，若該NDATA數據報文的下一跳地址為本傳感節點地址，則回應NDATA_ACK數據ACK報文，轉發該NDATA數據報文至正向路由表中信號最強的路由表項中的路由傳感節點，若收到重復的NDATA數據報文，不做轉發，但仍然需要回應NDATA_ACK數據ACK報文，轉發NDATA數據報文仍然需要步驟(5)中②的超時重發機制和步驟(5)中③的判斷，NDATA_ACK數據ACK報文的數據格式為：

報文類型	目的地址	報文序列號

報文類型為0x11，目的地址為發送NDATA報文的傳感節點的地址；

⑤在步驟(5)的④步中，傳感節點收到NDATA數據報文后，若該NDATA數據報文的下一跳地址為本傳感節點地址，則根據NDATA數據報文的內容，記錄反向路由表項，將NDATA數據報文中的源地址作為反向路由表項的目的地址，將轉發NDATA數據報文的傳感節點的地址作為下一跳路由傳感節點地址；

(6)若傳感節點沒有任何到匯聚節點的路由表項，則啟動路由修復進程，具體方法如下：

①該傳感節點間隔300毫秒，發送3次RQUIT退出路由報文；

②其他傳感節點收到步驟(6)步①中傳感節點的RQUIT退出路由報文后，則刪除正向路由表和反向路由表中和該傳感節點有關的路由表項，防止路由環路，RQUIT退出路由報文的數據格式為：

報文類型	目的地址	報文序列號

報文類型為0x02，目的地址為廣播地址0xFFFF；

③該傳感節點發送3次RQUIT退出路由請求報文后，重新啟動路由發現過程；

(7)匯聚節點向某個傳感節點單播GCMD控制報文，其步驟如下：

①匯聚節點查找反向路由表，若存在以該傳感節點為目的地址的路由表項，則將該GCMD控制報文的下一跳地址設置為該路由表項的路由傳感節點地址，發送該GCMD控制報文；

②傳感節點收到該單播GCMD控制報文后，若該報文的下一跳地址為本傳感節點的地址，則查找反向路由表，若找到該目的地址的路由表項，則向該路由表項的路由傳感節點直接轉發，即將單播GCMD控制報文的下一跳地址改為該路由表項的路由傳感節點地址，單播GCMD控制報文的數據格式如下：

報文類型	目的地址	下一跳地址	數據長度	數據指針	報文序列號

報文類型為0x20，目的地址為該單播GCMD控制報文的目的傳感節點的地址，下一跳地址為反向路由表中該目的地址的路由表項的路由傳感節點地址；

(8)匯聚節點向整個網絡廣播GCMD控制報文，廣播GCMD控制報文的數據格式如下：

報文類型	目的地址	數據長度	數據指針	報文序列號

報文類型為0x21，目的地址為廣播地址0xFFFF，傳感節點收到該報文后轉發，若傳感節點已經轉發過該報文，則不再轉發該報文。