[发明专利]一种工业无线网络的组网优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术，具体地说明了一种对WIA工业无线网络的组网过程进行优化的方法。

背景技术

工业无线网络WIA(Wireless Networks for Industrial Automation)技术是由中国科学院沈阳自动化研究所推出的具有自主知识产权的高可靠、超低功耗的智能多跳无线传感器网络技术，该技术提供一种自组织、自治愈的智能Mesh网络路由机制，能够针对应用条件和环境的动态变化，保持网络性能的高可靠性和强稳定性。

WIA工业无线网络组建过程，即所有节点加入网络，具备数据传输能力和路由中转能力的过程。单个节点入网的主要流程为：节点加电，软件系统启动；完成初始化后，无线节点的射频模块连续接收一个超帧的广播报文，超帧是一定数量时间单位（即时隙）的集合，例如256超帧，就是256个时隙的集合，每个超帧都是256个时隙的循环。广播报文是无线设备发送的包含发送方地址和网络时间信息的报文，节点收到广播报文后，提取出其中包含的地址，即添加为候选邻居；由于所有在网设备都需要统一时间才能工作，需要在候选邻居中，选定同步点，进行时间同步：即连续定向收取同步节点发送的广播报文，提取其中的时间信息，计算节点本地时间与网络时间对应关系，得到网络时间；这样入网节点的时间同步时间较长；进行邻居发现：发送邻居发现报文给各个邻居节点，如果收到邻居节点的响应报文，即可确认双向邻居；这样网络加入时隙空闲的时候还要进行多个超帧的等待，浪费网络的加入资源，延长网络的组建时间；从邻居表中选出排列在最前面的双向邻居节点为代理节点，向其发送加入请求报文，代理节点会转发该请求报文到网关，网关收到节点的加入请求报文会为其分配网络资源并以无线报文的形式下发到节点；现有的网络资源分配存在分配时间长，网络实时性低的问题；所有资源分配报文都发送完毕，即可加入完成；这里的一个资源报文只包括一个类型的报文，报文数量多，交互过程长；节点入网过程如图1所示。以上过程中，存在交互过程冗余，交互报文数量较多，并存在非必要的随机等待时间等问题，导致整个加入过程时间较长。有待优化。

发明内容

为了提高WIA工业无线网络的网络组建速度，缩短网络恢复的时间，合理分配网络资源，并提高数据传输的实时性，本发明提出一种工业无线网络的组网优化方法，从单点及全网资源的角度考虑，对单点入网流程进行优化，对网络资源分配进行优化，提高单点的入网速度及全网的组建速度，并增强网络的运行稳定性和实时性。

为了实现上述目的，本发明技术方案包括以下内容：

一种工业无线网络的组网优化方法，在组网过程中包括以下步骤：在超帧中部增加一个网关广播时隙，使单位时间内网关发送广播报文的数量增加；待入网节点接收该广播报文并提取出其中的地址，即添加为候选邻居；待入网节点选定同步点，进行时间同步；待入网节点在发送邻居发现报文时，采用冲突检测进行邻居发现，找出双向邻居节点；待入网节点从邻居表中选出排列在最前面的双向邻居节点为代理节点，向其发送加入请求报文，代理节点转发该请求报文到网关；网关收到加入请求报文后为待入网节点分配网络资源，并以无线报文的形式下发到节点；所有资源分配报文都发送完毕，组网过程结束。

所述待入网节点选定同步点，进行时间同步包括以下步骤：

待入网节点接收广播报文1，保存本地收取时间x1和报文中的网络时间y1；

接收收广播报文2，保存本地收取时间x2和报文中的网络时间y2；

本地时间x与网络时间y之间的关系为y=ax+b，带入已保存的两组时间，求解出参数a和b；

根据计算得到的a和b，利用公式换算本地时间为网络时间，完成时间同步。

所述待入网节点在发送邻居发现报文时，采用冲突检测进行邻居发现包括以下步骤：

待入网节点根据自身的射频模块地址计算crc，得出时隙内退避时间；

待入网节点在时隙内退避时间时刻发送邻居发现报文给候选邻居；判断报文发送是否成功；

如果是，收取候选邻居的响应报文；如果为否，则等待该候选邻居的下一个可发送的时隙，并返回待入网节点时隙内退避时间时刻发送邻居发现报文给候选邻居步骤；

待入网节点收取候选邻居的响应报文；判断是否收到响应；

如果是，确认双向邻居；如果为否，则等待下一个候选邻居的可发送时隙,并返回待入网节点时隙内退避时间时刻发送邻居发现报文给候选邻居步骤。

所述网络资源的分配方法为：

4-1）网关的下行管理中：代理节点对加入节点的加入发时隙滞后网关对代理节点的下行管理时隙若干时隙；