[发明专利]基于工业无线传感器网络路由分区调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业无线传感网络领域，特别是涉及一种基于工业无线传感器网络路由分区调度方法。

背景技术

以较低的投资和使用成本实现对工业全流程的“泛在感知”，获取传统由于成本原因无法在线监测的重要工业过程参数，并以此为基础实施优化控制，来达到提高产品质量和节能降耗的目标。然而，由于工业现场环境复杂，信道容易受到干扰，如果采用单信道的通信模式，当该信道受到干扰而无法通信时，将使整个网络通信中断，影响数据传输，在工业通信中对数据的可靠性和实时性常难以实现，这样的通信中断往往是不能容忍的。目前，具体有以下三种工业无线路由感知通信解决方案：

（1）            基于WIA-PA协议的集中式和分布式相结合的多信道和跳频技术路由算法；

（2）            基于HART协议的图表路由算法；

（3）            基于ZigBee协议的路由方法；

（4）            Dijkstra 算法

（5）            K短路径算法

通过分析，方案（1）方法结构复杂，适用于无线网络中对实时性要求不高且数量占绝大多数的数据报文的转发。选择出来的路径不一定是延迟最小的路径，并不是最优的；方案（2）所有的网络节点必须事先配置好图表路由，因此冗余度和随机性较差；另外，无线HART网络中节点之间的跳数有限，网关与任意节点的通信延迟比较大。（3）结构显得太过复杂，效率精度有待提高，在网络拓扑变化很快的无线传感器网络中，导致Zigbee路由能耗过大，降低了节点通信效率。（4）和（5）不适用于动态网络中低功耗和低时延发现新的转发路径，以上方案远远不能满足高精度、低成本、高效益实现与大量远程的可移动并作为终端用户界面的机器装置联系起来，实现物联网数据的定位采集和传输，高效地使用传感器节点的能量，延长网络的存活时间。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于工业无线传感器网络路由分区调度方法，能够有效解决工业无线控制网络数据通信中动态网络中发现新的转发路径的确定性和可靠性问题，降低路由能耗。可以为工业无线网络提供确定的、可靠的通信调度，能够有效防止数据丢失、网络拥塞等现象。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于工业无线传感器网络路由分区调度方法，其方法是，第一步将网关通过有线的方式连接到互联网，再连接到服务器；第二步在网关的周围设置合适数量的路由节点，路由节点以路由器传输距离为半径设置多个无线传感设备，将移动设备处于路由节点内；第三步移动设备选择就近的路由器或无线传感设备进行无线通讯和数据传输；各路由器之间均通过无线方式进行数据传输；

优选的是，所述距离网关较近的区需要负责本区内的通信，另外还要肩负外层区首数据包的接收融合，一并转交给网关，而数据融合也消耗一定的能量；

优选的是，利用区首节点的邻接点信息动态计算路由选择，当节点有数据需要发送时，若目的节点位于区内，则源节点依据已建立的区内路由转发数据区首节点；若目的节点位于区外，发送节点首先向区首请求到该目的节点的最小跳数的内层区路径（即到达目的节点所需要经过的最小分区数），然后依据区路径的导引将数据路由至目的节点，并进行区内路由发现与维护；

优选的是，每个区成员周期性地向其区首节点广播联系报文，维护其邻居关系表NBT；与此同时，各节点周期性地检查其NBT是否发生变化，若发生变化则向所在区的其他成员广播更新后的链路状态信息，并依据Dijkstra算法建立区内主动路由；

优选的是，多条延时最优路径选取，节点收到路径申请之后，调度方法根据在自身设备中存储的全网的超帧信息，通过管理此数据发送的某条超帧n的信息得到一个图G_n=(V,E); 在路径选择时，根据不同的超帧n 选用不同的加权图G_n得到时隙偏移最优的路径。系统管理器使用确定性调度算法计算出待发送的数据从源节点到达目的节点需要的延时区间[t₀,t₁ ]，然后使用Dijkstra 算法和K短路径算法在G_n中找出延时符合延时区间的路径，得到K延时最优的路径；