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专利号: 2019113491447
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多网络共存多频点无线通信组网方法,其特征在于,该组网方法包括中心控制节点组网过程,站点组网过程,中心控制节点网络恢复过程,站点网络恢复过程,代理变更过程,以及实时路由修复过程;中心控制节点或站点上电时在0号频点监听,以了解周围存在的网络及其使用的频点;中心控制节点根据周围的网络情况和配置信息,确定自己的网络标识号和使用的工作频点,并确定在0号频点的通知报文内容;站点根据了解到的周围网络信息,选择入网的网络;中心控制节点和站点在组网期间或正常工作期间不再监听0号频点,但会在0号频点周期性广播通知报文;在每个广播周期内,中心控制节点和站点在自己空闲的时候,选择合适的时机在0号频点通过竞争机制发送广播通知报文;组网过程中,首先中心控制节点在0号频点监听,通过配置或者自行选择确定工作频点和网络标识号,然后在0号频点广播通知报文,通知站点当前网络的工作频点和网络标识号;

所述中心控制节点组网过程具体包括以下步骤:

S1:中心控制节点上电后,参数区校验;

S2:获取中心控制节点MAC地址,若获取MAC地址与本地存储不一致,或MAC地址一致但处于未组网状态,中心控制节点重新组网;

S3:给中心控制节点配置白名单,同时统计白名单中站点个数;

S4:根据网络规模大小,确定信标周期的时长;

S5:给中心控制节点配置频点;

S6:给中心控制节点配置网络标识号;

S7:中心控制节点在0号频点监听,若频点或网络标识号没有配置,根据监听到的信息自行选择确定工作频点和网络标识号,并进行网间协调;

S8:构造通知报文数据,0频点空闲时发送自己的通知报文,在之后的过程中,根据通知报文中的自动广播周期,周期性广播通知报文;

S9:在0号频点广播完通知报文后,中心控制节点切换到工作频点进行带宽协调;

S10:广播中央信标;

S11:中心控制节点接收关联请求报文,中心控制节点做白名单认证,判断是否允许入网,若允许入网则指定中心控制节点为其代理站点并存储信息,在连续一个信标周期内没有接收到关联请求报文后,通过广播一条关联汇总指示报文通知申请入网站点的入网结果,接着中心控制节点广播白名单给新入网站点,新入网站点成为第一层站点;当第二层站点入网时,第一层站点做白名单认证,无需放在中心控制节点做白名单认证,后续站点白名单认证同样放在其就近站点处理;

S12:中心控制节点为已入网第一层站点规划发现信标时隙,通过广播中央信标通知第一层站点广播发现信标;

S13:中心控制节点接收到第一层站点转发的关联请求报文,指定新入网站点的代理站点并保存信息,新入网站点和被指定的代理站点汇总在关联汇总指示报文中,通知第一层站点;

S14:中心控制节点为所有代理站点规划代理信标时隙,为最后一层新入网站点规划发现信标时隙,通过广播中央信标通知节点发送代理信标或发现信标;

S15:依次类推,中心控制节点根据通知报文中的自动广播周期,周期性广播通知报文,当接收到关联请求报文时,为新入网站点指定代理站点并保存信息,通过关联汇总指示报文通知最后一层站点;

S16:当入网站点数等于网络规模,或中心控制节点连续三个信标周期没有接收到关联请求报文或层级达到最大层级,则组网结束;组网结束后,中心控制节点依然在每个信标周期中规划代理信标时隙和发现信标时隙,根据通知报文中的自动广播周期,周期性广播通知报文,当接收到关联请求报文时,为新入网站点指定代理站点并保存信息,通过关联汇总指示报文通知新入网站点的上一层站点,并为新入网站点配置白名单;

站点组网过程具体包括以下步骤:

S1:站点上电后,进行参数校验;

S2:获取站点MAC地址,若获取的MAC地址与本地存储不一致,或站点MAC地址一致但处于未组网状态,重新进行组网;

S3:站点在0号频点监听通知报文;

S4:站点监听到通知报文,暂时保存该条通知报文,监听结束后,统计所监听到的频点以及每个频点下的网络进行排序,并选择第一个网络做入网过程;

S5:站点在选取的网络所对应的工作频点上监听该网络的信标帧,监听时长为一个信标周期,监听完毕后,选定候选代理,向其中一个候选代理发送关联请求报文请求入网;

S6:站点收到关联汇总指示报文后,若允许入网,保存层级,代理站点和分布式路由,然后接收白名单并保存,进入正常工作状态;当已入网站点接收到请求入网站点的关联请求报文时,直接做白名单认证,无需发送到中心控制节点;

S7:站点只保存与所属网络对应的通知报文,其它通知报文都清除,站点根据通知报文中的自由广播周期,周期性的广播所保存的通知报文;

S8:代理站点按规划发送代理信标,已入网站点按规划发送发现信标;

S9:已入网站点收到关联请求报文,做白名单认证,在连续一个信标周期没有接收到关联请求报文后,首先向中心控制节点发送所有允许入网的站点,然后广播关联汇总指示报文拒绝不在白名单中的站点,被拒绝的站点重新尝试其他网络的入网过程;

S10:各层代理站点收到中心控制节点发来的关联汇总指示报文后,依次转发,若最后一层代理原先不是代理站点,则先改变自身角色,变为代理站点,然后广播关联汇总指示报文通知新入网节点的入网结果,然后广播白名单给新入网站点;

所述中心控制节点网络恢复过程具体包括以下步骤:

S1:中心控制节点上电后获取MAC地址,若和本地存储地址一致,且掉电前是组网成功状态,则进行网络恢复,其他情况重新组网;

S2:重新创建站点网络状态表;其中,站点网络状态包括在网,离线,未入网三种;

S3:中心控制节点设置一定时间内不主动发起业务过程;

S4:中心控制节点在0号频点监听,选择合适的时机通过竞争机制广播通知报文;在之后的过程中,根据通知报文中的自动广播周期,周期性广播通知报文;

S5:中心控制节点进行带宽协调;

S6:中心控制节点广播中央信标;

S7:中心控制节点收到关联请求报文,指定代理站点,回复关联确认报文,更新站点网络状态表,更新路由表和邻居表;

S8:中心控制节点收到心跳检测报文或发现列表报文,运用滑动窗口的思想,更新站点网络状态表,根据站点状态更新路由表和邻居表;

S9:中心控制节点收到数据报文,处理数据,更新站点网络状态表;

所述站点网络恢复过程具体包括:

1)站点重新上电后网络恢复,具体包括以下步骤:

S101:站点上电后获取MAC地址,若和本地存储地址一致,且掉电前是组网成功状态,则进行网络恢复;否则,转到S108;

S102:站点在原频点监听,若收到原网络的信标帧,转到S103;若监听不到原网络的信标帧,监听0号频点,转到S108;若收到关联确认报文,进入工作状态;

S103:若解析到自身信标时隙,转到S104;若解析不到自身信标时隙但能够解析到原网络CSMA时隙,转到S107;

S104:若解析到信标时隙和自身角色相符,转到S105;否则,转到S106;

S105:广播信标帧,进入工作状态;

S106:若代理站点解析到发现信标时隙,角色重置为站点,广播信标帧;

S107:广播发现列表报文,开启定时器;若定时器超时,监听原网络信标帧,转到S108;

S108:重新申请入网;

2)代理站点失联网络恢复,具体包括以下步骤:

S201:代理站点与网络失联后,在原工作频点监听;若长时间收不到原网络的消息,监听0号频点,转到S206;

S202:代理站点角色暂时保持,若收到信标帧,转到S203;若收到其子站点的数据报文,转到S204;若收到关联确认报文,角色修改为站点,进入工作状态;

S203:若解析到自身信标时隙,广播代理信标;若没有解析到自身信标时隙,转到S205;

S204:转发该数据报文,开启定时器,定时器超时后,进入工作状态;若定时时间内收到离线指示报文,转到S205;

S205:监听原网络信标帧,转到S206;

S206:重新申请入网;

3)站点失联网络恢复,具体包括以下步骤:

S301:站点与网络失联后,在原工作频点监听;若长时间没有收到原网络的消息,监听0号频点,转到S305;

S302:站点监听到本网络的信标帧,转到S303;若收到关联确认报文,进入工作状态;若收到离线指示报文,转到S304;

S303:若解析到自身信标时隙,定时器若开启则关闭,广播发现信标,进入工作状态;若解析不到自身信标时隙但能够解析到网络CSMA时隙,则广播发现列表报文,开启定时器,若定时器超时,转到S304;

S304:监听原网络信标帧,转到S305;

S305:重新申请入网;

所述代理变更过程具体包括以下步骤:

S1:站点自身周期性评估链路质量,若链路质量低于门限,进行代理变更,链路质量用权值进行计算更新,计算公式如下:link_quality=i·old_link_quality+j·new_link_quality其中,i, j表示权值,且i + j  = 1,old_link_quality表示已存储的link_quality,new_link_quality表示接收报文计算得来的link_quality;

S2:代理变更站点在上层直连邻居中,根据链路质量和通信成功率,选择候选代理;

S3:代理变更站点向中心控制节点发送代理变更请求报文;

S4:代理变更站点收到代理变更请求确认报文,修改自身代理站点,修改上行路由;

各级代理站点具体包括:各级代理在转发代理变更确认报文时,若自身路由表中存在到目的站点的路由,则把该路由删除;反之,保存到目的站点及其站点的下行分布式路由;

中心控制节点具体包括:中心控制节点收到代理变更请求报文,指定新代理,修改路由,生成两条代理变更确认报文,分别发送给新代理站点和老代理站点;

所述实时路由修复过程具体包括以下步骤:

下行实时路由修复具体包括以下步骤:

S1:路由修复发起站点下行广播路由请求报文;

S2:站点收到路由请求报文,判断是下行广播,若目的站点是自己,接收一定时间,评估一条最好的链路,回复路由修复回复报文;否则,转发该报文;

S3:各级代理转发路由修复回复报文时,借助负载数据,存储到目的站点的下行路由;

S4:路由修复发起站点收到路由修复回复报文,存储到目的站点的下行路由,恢复数据发送;

上行实时路由修复具体包括以下步骤:

S1:路由修复发起站点广播路由请求报文;

S2:站点收到路由请求报文,判断是上行广播,若本站点层级相对较小,直接发送路由修复回复报文;

S3:路由修复发起站点接收到路由修复回复报文,若链路质量符合门限要求,直接回复路由应答报文;

S4:路由修复发起站点通过选择的临时代理站点传送数据。

2.根据权利要求1所述的一种多网络共存多频点无线通信组网方法,其特征在于,所述组网方法中,多频点指整个无线频带分成多个频点,其中,0号频点作为公用频点,多个共存网络间竞争使用,其他频点作为工作频点,共存的相邻网络间;每个网络都使用到0号频点和工作频点共两个频点;物理层在两个频点上的状态包括:接收、发送、空闲;在0号频点中,全部当作CSMA时隙使用,中心控制节点、代理站点和已入网站点根据通知报文中的自由广播周期,广播通知报文,通知各未入网站点本网络所在频点、网络标识号以及协助网络恢复和网络维护,未入网站点在0号频点监听,了解周围存在的网络,然后尝试入网;在工作频点中,进行组网以及网络维护工作和业务工作;

其中,通知报文字段包括:频点编号、带宽类型、网络标识号和自动广播周期;频点编号、带宽类型和网络标识号信息表示本网络的工作频点,所使用带宽和网络标识号,自动广播周期默认2个信标周期,该字段可配置。

3.根据权利要求1所述的一种多网络共存多频点无线通信组网方法,其特征在于,中心控制节点组网步骤S3中,所述配置白名单,包括:替换白名单,添加白名单站点,删除白名单站点,以及清除白名单;

清除白名单时,中心控制节点广播清除白名单消息,代理站点收到后先广播转发,站点收到后不转发,然后代理站点或站点清除白名单及邻居表,路由表信息,到0号频点监听,重新入网;

添加白名单站点时,中心控制节点广播新增的站点,代理站点收到后更新自己的白名单,并广播转发,站点收到后只更新自己的白名单,不转发;

删除白名单站点时,若正在组网,中心控制节点信标周期不变,只规划中央信标时隙和代理信标时隙,其他时段当作CSMA使用,广播删减的站点,代理站点收到后先转发,站点收到后不转发,若代理站点或站点解析到删减站点中包含自身,保存本网络标识号,清除存储信息,监听0号频点重新入网,但不会向该网络申请入网,其他站点更新自身白名单并保存,清除路由信息,准备监听信标帧重新入网,中心控制节点在下个信标周期重新发起组网,且入网站点层级小于上次组网完成的层级时,入网站点不再广播白名单;若组网已完成,中心控制节点首先设置不能为上层提供业务服务,信标周期只规划中央信标时隙和代理信标时隙,其他时段当作CSMA使用,然后广播删减的站点,代理站点收到后先转发,站点收到后不转发,若代理站点或站点解析到删减站点中包含自身,保存本网络标识号,清除存储信息,监听0号频点重新入网,但不会向该网络申请入网,若代理站点或站点解析到删除站点中包含自身代理站点,当有业务时暂时缓存,执行代理变更过程,重新选定代理,然后恢复缓存的业务,中心控制节点连续一个信标周期没有收到代理变更请求,设置恢复业务服务,并恢复正常的信标周期规划;

替换白名单时,中心控制节点先执行清除白名单过程,然后重新组网,重新给入网站点配置白名单;

白名单中站点有增有减时,若组网正在进行,中心控制节点重新发起组网,正常按层级广播白名单,若组网已完成,先执行站点删减过程,等网络重新稳定后,再执行站点增加过程。

4.根据权利要求1所述的一种多网络共存多频点无线通信组网方法,其特征在于,中心控制节点组网步骤S7中,所述根据监听到的信息自行选择确定频点或网络标识号,中心控制节点在0号频点中监听工作频点及各工作频点下各网络的网络标识号,并统计各工作频点下的网络个数;基于监听到的信息,自行选择确定频点时,选择一个包含网络个数最少的工作频点,或者基于监听到的各工作频点下的网络标识号,自行确定本网络的网络标识号;

频点或网络标识号的第二种确定方式是通过配置。

5.根据权利要求1所述的一种多网络共存多频点无线通信组网方法,其特征在于,站点组网步骤S6中,若站点被拒绝入网,记录该网络标识号且150s内不再向该网络申请入网,选择下一个网络再次尝试,若监听到的所有网络都拒绝入网,重新监听。

6.根据权利要求1所述的一种多网络共存多频点无线通信组网方法,其特征在于,站点组网步骤S9中,已入网站点收到关联请求报文,白名单认证在候选代理处理。