[发明专利]一种超低功耗无线数据传输网络设计方法

摘要

本发明公开了了一种超低功耗无线数据传输网络设计方法，该方法包括设计数据传输网络，建立低功耗的通迅，设计路由通信，节点注册，网络故障自动维护这几步，设计的网格型网络，具有各节点自适应自动智能协商组网能力，网络可以自动计算最优路由，并且可以自动绕过个别节点故障节点。而且整个系统中，所有节点都工作在这种间歇供电的低功耗模式，集中器即可以低功耗，也可以用正常功耗模式。整个网络支持集中器到节点的双向通信，节点可以把抄表数据报送到集中器，集中器也可以把控制信息下发到指定节点，从而使工作效率更高。

主权项

1.一种超低功耗无线数据传输网络设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1，设计数据传输网络，该网络由集中器和节点两种设备组成，集中器下发指令遥控和汇总抄表数据，每个节点均受到集中器的控制，也能上报抄表数据，并且，每个节点均是无线通信的中继器，能把无线数据级联接力转发到下一级；步骤2，建立低功耗的通迅，采用FSK调制方式，通信的波特率采用25Kbps，最大数据有效负载不少于180字节，为保证在任意7毫秒之内均可以收到可识别的数据，将数据包按帧做分割，每帧均加上同步识别码，并且保证每帧的传输时间均小于7毫秒；步骤3，设计路由通信过程，路由通信协议的数据包格式由1Byte的包类型、3Byte的包信息和长度不定的包数据构成，所述包信息包含分帧总数、后面数据校验和及后面字节数；包类型定义了以下几种：0x00表示普通单向数据包，并要求最终目标节点应答；0x01表示单向数据包，不要求最终目标节点应答；0x02表示节点主动上报单向数据包，要求集中器应答；0x81表示节点发出的广播注册包，用于向集中器注册；0x82表示节点代理其它节点的注册包，代其向集中器注册；包信息用于检查数据是否有错，包数据的具体格式由不同种类的数据包决定，单向数据包的包数据格式由2Byte的路由头、最大不超过36字节的路由表、1Byte的数据长度和数据组成，所述路由头包含节点数和已跳数，所述路由表包含所有路由节点标识数组，所述路由表的字节长度为节点数*4Byte；每个节点有一个唯一的四字节标识ID，规定集中器的ID是零，其它节点非零，在路由头中，节点数标明整个路径中，数据共经历了几个节点，最短的路由也需要有一个源地址加上一个目标地址共两个节点，已跳数就是路由跳数，从1开始，每经过一跳就加1，当已跳数等于节点数时，就表明数据已经抵达了最终目标，路由表就是把那些所有路由经历节点的ID按跳顺序进行排列，设计最大支持9跳；步骤4，节点注册过程一个节点刚上电时，处于未注册的状态，集中器的节点图里没有它的相关信息，刚上电的节点随机在某一时刻发起广播注册包，所述广播注册包由4Byte的发起者、1Byte的功能码、1Byte的周边节点数和最多53个周边节点组成；所述发起者包含注册节点标识；所述功能码包含代理级别或完成注册；所述周边节点包含周边邻居节点标识数组；发起广播注册的节点把自身ID广播出去向周边的邻居节点或集中器宣告自身存在；功能码分为两种情况：代理级别从0到7，表示广播节点希望到达路由的跳数，0表示广播节点希望直接注册到达集中器，1表示广播节点希望能一次代理转发后到达集中器，只有那些到达集中器实际跳数低于或等于请求级别的已注册节点才会执行代理注册，以减少低价值的注册信息占用信道，节点注册广播会依次累加广播注册包中的代理级别，缩短路由；完成注册，一个节点注册成功以后，发射信号通知正准备代理注册上报的邻居节点，让邻居节点取消关于这个节点的代理上报，减少冗余的代理注册；如果一个未注册节点收到了其它未注册邻居的注册广播，那么就把这个邻居节点的信息收集起来，等到该节点注册时，能捎带上周围的邻居；一个已注册的节点收到请求级别大于自身跳数级别的节点注册广播时，把这个广播注册包转换成代理注册包，择机发射出去；所述代理注册包由2Byte的路由头、路由表、1Byte的数据长度、4Byte的注册节点标识、1Byte的周边节点数和周边节点数组组成，所述路由头包含节点数和已跳数；所述路由表包含所有路由节点标识数组；代理注册包是一种单向数据包，因为代理注册包比原来那条广播注册包里多出了路由部分，会占用一些的空间，因此，若包长度发生了溢出，那就丢弃周边节点数组中的一部分信息；集中器无论是收到广播注册包，还是收到这种代理注册包，都要向要注册的节点发送一个不要求应答的单向数据包，来通知这个节点已注册成功，收到注册成功信息的那个节点保存这个命令中的路由表反转信息，作为可能需要发起主动上报的路由，从此，除非在需要主动上报时，已注册的节点基本处于静寂状态不再主动发射信号，其它被捎带到集中器的周边邻居节点信息，只用于设置节点图中各节点的相邻关系；集中器根据注册广播和主动上报的代理注册，得到整个网络的节点拓扑图，节点拓扑图是一个表格，其规模是节点数量平方的一半，下表描述了一个包含有A、B、C、D四个节点的一个节点拓扑图； ABCDA‑XXXBY‑XXCYY‑XDYYY‑在X和Y区域保存两个节点是否相邻，这是一个三角形矩阵，即以所述节点拓扑图的对角线为界限，包括三角形的X区域和包括三角形的Y区域，只需要保存X区域；集中器每当收到有新节点注册时，在矩阵中添加这个新节点，再设置各节点的相邻关系，如果集中器要查询某个节点，从节点拓扑图中运用最优路由算法，按照取得的最短路径设置查询命令中的路由表，发射出去即可实现指定节点的查询抄表功能；步骤5，网络故障自动维护如果一个中继节点发生故障，会导致路由表中后续的所有节点都失控，由于每个节点附近都会有其它邻居节点存在，当孤立节点发生故障时，其它邻居节点代替它实现中继转发功能；集中器通过抄表查询命令超时发现节点故障并自动重建路由，集中器在查询某节点时，若命令超时未得到应答数据，根据路由表，先用二分法向各路由节点发出查询命令，最终找到故障节点，之后把故障节点从节点拓扑图中清除，重新计算路由，再次发射指定节点的查询命令即可完成路由重建过程；节点利用主动上报发现中继故障并自动重建路由，如果节点进行主动上报，而最终并没有得到集中器的应答，那么重新发出注册广播，要求周边的邻居节点再次进行代理注册，如果这些邻居的上级节点有故障，那么就因代理注册不成功，引发故障节点下级的所有节点重新注册，最终由故障节点同级的其它节点代理完成这些重新注册，重建新的有效上报路由。