CN103686799B - 无线传感网络中的传感节点的更新方法 - Google Patents

Abstract

一种无线传感网络中的传感节点的更新方法，主要是利用网关节点以主动扫描方式获取周边的各个传感节点的指定反馈信息，根据接收到传感节点的指定反馈信息，获悉各个传感节点的联网状况，采取相应的更新措施。这些更新至少包括：在发现有未入网的新的传感节点时，为未入网的新的传感节点分配一个新的地址和新的身份ID，完成所述传感节点的入网绑定操作；在发现有脱网的传感节点时，为处于脱网的传感节点建立分配新的中继，建立新的路由表，完成所述传感节点的重新入网绑定操作。相较于采用人工方式的现有技术，本发明无需对传感节点进行现场维护管理，整个更新过程简单便捷，不仅大大降低了维护成本，更是确保了各个传感节点的正常运行。

Description

无线传感网络中的传感节点的更新方法

技术领域

本发明涉及一种无线传感网络领域，尤其涉及一种应用于无线传感网络中的传感节点的更新方法。

背景技术

由于我国城市化进程的加速，现代化的楼宇越来越多的出现在城市中，人们的工作生活越来越依赖楼宇，很大一部分时间都是在楼宇中度过的。

一方面，人们对楼宇环境的舒适性、安全性等格外重视。针对于此，在现有技术中，已普遍采用用于对环境进行监控并在产生异常状况时发出报警信号的监控系统，例如应用于室内建筑物内的火警报警装置，煤气泄露报警装置，烟感报警装置，防盗报警装置等，以及应用于室外的空气质量监测装置等。

另一方面，随着世界能源日益紧缺的加剧，楼宇的节能性也显得尤其重要。针对于此，在现有技术中，通过对楼宇环境进行有效的监控可以为中央空调、冰箱等用电设备的运行提供参考，对节能减排起到积极的推动作用。

无线传感网络是由一组传感器以自由配置方式构成的无线网络，其目的是协同地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并汇聚给观察者。传感器、网络技术和信息处理是无线传感网络的三个基本要素；一组传感器协同地完成感知任务；无线网络在传感器之间、传感器和控制中心之间传愉数据和控制命令；在对原始数据的统计、分析的基础上形成决策和控制，以实现信息处理的功能。

在实际应用中的无线传感网络并不能以一个独立的通信网络形式存在。网络中传感器检测的数据需要发送到作为控制中心的应用服务器进行分析、处理，同时，作为控制中心的应用服务器也需要将相关命令下发到无线传感网络中的传感器。这就需要无线传感网络实现与不同类型网络间的互联。在无线传感网络中，传感网关就担当着网络间的协议转换器、不同网络类型的网络路由器、网络数据汇聚、存储处理等重要角色，成为网络间连接的不可或缺的纽带。

一个小规模的无线传感网络可以只需部署一个传感网关，由这一个传感网关监控着若干传感器。而对于覆盖范围比较大的无线传感网络而言，就需要有多个传感网关，其中的每一个传感网关均监控着若干传感器。一般情况下，根据实际应用的需求，传感器的数量、布局会进行相应的调整、更新。因此如何提高无线传感网络中传感网关对传感器的监控、维护成为一个关键要素，直接影响着无线传感网络的可靠性。在现有技术中，采用人工方式进行维护，存在着操作繁琐、维护成本高、可靠性下降等问题。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种无线传感网络中的传感节点的更新方法，用于解决现有技术中操作繁琐、维护成本高、可靠性下降等问题。

为解决上述问题，本发明提供一种无线传感网络中的传感节点的更新方法，所述无线传感网络包括：传感节点、网关节点和服务器，所述传感节点的更新方法包括：（1）、网关节点采用主动扫描方式定期发出广播信息，供周边的传感节点接收后发送指定反馈信息；（2）、网关节点监听传感节点的指定反馈信息；若网关节点接收到传感节点的指定反馈信息，则表明相应的传感节点处于正常工作状态，并进至步骤（3）；若网关节点接收不到传感节点的指定反馈信息，则表明传感节点出现通信故障，则将出现通信故障的传感节点予以删除并更新网关节点中的路由表信息；（3）、网关节点根据接收到的传感节点的指定反馈信息，判定传感节点与网关节点是否建立有通信连接；若判定传感节点与网关节点建立有通信连接，则结束；反之，若判定传感节点未与网关节点建立有通信连接，则进至步骤（4）；（4）、判定在未与网关节点建立通信连接的传感节点中是否存在有未入网的新的传感节点，若存在，则进至步骤（5）；反之若不存在，则表明传感节点处于正常工作状态但与网关节点脱离了通信连接，进至步骤（6）；（5）、网关节点根据路由表中的地址信息，为未入网的新的传感节点分配一个新的地址和新的身份ID，完成所述传感节点的入网绑定操作；（6）网关节点根据周边的传感节点的指定反馈信息，为处于正常工作状态但未与网关节点建立通信连接的传感节点更新路由表信息，分配新的中继，完成所述传感节点的重新入网绑定操作。

可选地，所述广播信息包括所述网关节点的地址信息，所述指定反馈信息包括传感节点的地址信息、路由信息、同步信息、以及能量信息。

可选地，所述通信故障是由如下中的任一方式引起的：传感节点设备故障或通信链路中断。

可选地，在步骤（5）中，包括：网关节点查询路由表中的路由链路和地址信息，从所述路由表中的地址信息中选定一个未被使用的地址，并将所述地址及相应的路由信息发送至未入网的所述传感节点作为其入网注册地址，同时为未入网的所述传感节点分配一个新的身份ID，实现握手，完成入网绑定操作；更新网关节点中的路由表信息。

可选地，所述步骤（6）包括：网关节点根据脱网的传感节点的指定反馈信息，删除所述传感节点原先的所在的路由链表；网关节点根据周边的传感节点的响应信息，为脱网的传感节点建立一条或多条可行的路由；网关节点根据路由的位置关系和能量衰减情况，从可行的路由中选定一条最佳路由；网关节点根据最佳路由，在必要时在网关节点和脱网的传感节点之间指定一个或多个传感节点作为中继，将路由信息发送至作为中继的传感节点和脱网的传感节点，建立新的路由表，同时更新网关节点中的路由表信息。

可选地，所述传感节点包括温湿度传感器、位置传感器、红外传感器、红外载波接收器、压力传感器、超声波传感器、烟感传感器、CO传感器、CO₂传感器、SO₂传感器、噪声传感器、电磁辐射传感器、可吸入颗粒物传感器、视频探头中的任意组合。

可选地，所述网关节点与所述传感节点是通过Zigbee无线网络建立通信连接的。

可选地，所述网关节点与所述传感节点之间的组网方式包括星型拓扑结构、树型拓扑结构以及网状拓扑结构中的一种或者它们的复合拓扑结构。

可选地，所述网关节点是以ARM9嵌入式处理器为核心的操作系统。

如上所述，本发明提供的无线传感网络中的传感节点的更新方法主要是利用网关节点以主动扫描方式获取周边的各个传感节点的指定反馈信息，根据所述指定反馈信息，获悉各个传感节点的联网状况，采取相应的更新措施。这些更新至少包括：在发现有未入网的新的传感节点时，为未入网的新的传感节点分配一个新的地址和新的身份ID，完成所述传感节点的入网绑定操作；在发现有脱网的传感节点时，为处于脱网的传感节点建立分配新的中继，建立新的路由表，完成所述传感节点的重新入网绑定操作。相较于采用人工方式的现有技术，本发明无需对传感节点进行现场维护管理，整个更新过程简单便捷，不仅大大降低了维护成本，更是确保了各个传感节点的正常运行。

附图说明

图1显示了本发明传感节点的更新方法所应用的无线传感网络在一个实施方式中的结构示意图。

图2a至图2c显示了本发明监控系统中网关节点与传感节点之间的建立的Zigbee无线网络的各种组网方式。

图3显示了本发明传感节点的更新方法在一个实施方式中的流程示意图。

具体实施方式

本发明的发明人发现：传统的传感网络，采用人工方式进行维护，存在着操作繁琐、维护成本高等问题。

因此，为克服上述缺陷的产生及解决上述各个问题，本发明的发明人对现有技术进行了改进，提出了一种无线传感网络中的传感节点的更新方法，利用网关节点的统筹调度，根据不同的环境下各个传感器的联网状况而自适应采取相应措施对其中的一些传感节点必要地调整其路由并予以更新，从而维护无线传感网络的运行。

下面结合附图对本发明的内容进行详细说明。

图1显示了本发明传感节点的更新方法所应用的无线传感网络在一个实施方式中的结构示意图。如图1所示，所述无线传感网络包括：设置在各个监控点的传感节点10、与传感节点10建立通信连接网关节点12、与网关节点12建立通信连接的服务平台14。

网关节点12是与传感节点10建立通信连接，用于对通信连接的各个传感节点10进行监控、汇总由传感节点10上传的数据并对汇总的数据进行协议转换以供上传、汇报以及向对应的所述传感节点发送控制指令。在本实施方式中，特别地，所述网关节点与所述传感节点是通过Zigbee无线网络建立通信连接的。Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，其具有如下优点：1、近距离；2、低复杂度、自组织；3、低功耗；4、低速率，采用Zigbee技术的产品可以在2.4GHz上提供250kbps（16个信道），在915MHz上提供40kbps（10个信道）和在868MHz上提供20kbps（1个信道）的传输速率；5、短时延；6、低成本，Zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本；7、高容量，Zigbee采用多种网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可以由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大型网络。

网关节点12与各个传感节点10之间的建立的Zigbee无线网络可以采用不同的组网方式。具体来讲：在一个实施例中，所述组网方式为星状型网络，即：网关节点12作为一个中心控制点，各个传感节点10都与网关节点直接相连（如图2a所示），从而实现一点（网关节点12）对多点（传感节点10）的通信或多点（传感节点10）对一点（网关节点12）的通信。在另一实施例中，所述组网方式为树型拓扑结构（如图2b所示，在图2b中，在网关节点12和传感节点10之间还引入了具有路由功能的中继设备，这些中继设备可以是由传感节点12来完成）。在再一实施例中，所述组网方式为网状拓扑结构（如图2c所示，在图2c中，在网关节点12和传感节点10之间还引入了具有路由功能的中继设备，这些中继设备可以是由传感节点12来完成），具备路由路径自动优化功能。当然，网络拓扑结构并不以上述为限，在其他实施例中，也可以采用复合型的网络拓扑结构，例如采用星型拓扑结构和网状拓扑结构相结合的复合拓扑结构。由于网络拓扑结构已为本领域技术人员所熟知的现有技术，故在此不再赘述。

在本实施方式中，各个传感节点10需要将监控点采集到数据或者与自身相关的设备数据上传至相连的网关节点12，即，网关节点12会汇总由传感节点10上传的数据。更进一步地，网关节点还包括对汇总的数据进行协议转换后再上传至服务平台14。在实际应用中，网关节点12汇总由传感节点10上传的数据并对汇总的数据进行协议转换以供上传，包括：网关节点12以主动扫描方式获取相连的传感节点10的数据，将获取的所述数据加入网关消息队列，从所述网关消息队列中读出所述数据并将其封装成数据包，再将所述数据包上传至服务平台14。在上述处理中，传感节点10上传的数据包括传感节点10的采集数据和与传感节点10相关的设备数据（例如故障数据），所述数据包为可扩展标记语言XML数据包。在一具体实现中，所述传感节点包括温湿度传感器、位置传感器、红外传感器、红外载波接收器、压力传感器、超声波传感器、烟感传感器、CO传感器、CO₂传感器、SO₂传感器、噪声传感器、电磁辐射传感器、可吸入颗粒物传感器、视频探头中的任意组合。优选地，网关节点为ARM9嵌入式处理器为核心的操作系统。

服务平台14是与网关节点12建立通信连接，用于对网关节点12进行监控、汇总由网关节点12上传的数据、对汇总的数据进行存储、分析、统计及处理、以及通过网关节点12向对应的传感节点10发送监控指令。

在本实施方式中，所述网关节点与所述服务平台是基于TCP/IP协议的网络建立通信连接的。如此，本发明中的网关节点12就实现了Zigbee无线网络和TCP/IP网络（例如Internet）的无缝连接，综合利用了各个网络类型的优势。

服务平台是作为一个管理中心，用于管理与之相连的各个网关节点12及其下的各个传感节点10。所属监控指令具体可包括请求数据读取指令和控制指令。服务平台14主要表现在：当服务平台14需要获取各个传感节点10的数据时，即通过网关节点12向指定的那一个或那几个传感节点10发出请求数据读取指令，并在后续汇总通过网关节点12上传所对应那一个或那几个传感节点的数据；服务平台14可以直接存储上传的数据或对这些数据进行分析、统计（例如针对一段时间内上传的数据进行统计获得相关的规律变化）以判定传感节点10或者传感节点10所对应的监控点的被监控对象的运行状况；当服务平台14接收到外部指令或判定传感节点10或者传感节点10所对应的监控点的被监控对象的运行状况需要变动时，则通过网关节点12向传感节点10发出控制指令，调整传感节点10或传感节点10所对应的监控点的被监控对象的运行状况。

图3显示了本发明传感节点的更新方法在一个实施方式中的流程示意图。结合图1和图3，所述传感节点的更新方法包括：

步骤S201，网关节点12采用主动扫描方式定期发出广播信息，供周边的传感节点10接收后发送指定反馈信息。在本实施例中，所述广播信息是网关节点12每隔一段时间就定期地发送出去。所述广播信息至少包括网关节点的地址信息，当然，并不以此为限，在其他情况下，所述广播信息还可以包括网关节点12的设备类型、位置信息等。周边的传感节点10在收到网关节点12发出的广播信息后，即向网关节点12发送指定反馈信息，以向网关节点12报告传感节点的相关信息。在本实施例中，所述指定反馈信息可以包括传感节点10的地址信息、路由信息、同步信息、以及能量信息等。

步骤S203，网关节点12监听各个传感节点10上传的指定反馈信息并根据是否能接收到指定反馈信息来判断各个传感节点10的工作状况。具体而言，若网关节点12接收到某一个传感节点10的指定反馈信息，则表明相应的这一个传感节点10处于正常工作状态，并进至步骤S205；若网关节点12接收不到某一个传感节点10的指定反馈信息，则表明相应的这一个传感节点10出现了通信故障，则在后续操作中将出现通信故障的传感节点予以删除并更新网关节点中的路由表信息。在本实施例中，判定传感节点10是否出现通信故障可以是根据连续多次接收不到指定反馈信息而得出的。所述通信故障是由如下中的任一方式引起的：传感节点设备故障或通信链路中断。

步骤S205，网关节点12根据接收到的传感节点10的指定反馈信息，判定传感节点10与网关节点12是否建立有通信连接；若判定传感节点10与网关节点12是建立有通信连接的，则结束所述流程；反之，若判定传感节点10是未与网关节点12建立有通信连接的，则进至步骤S207。

步骤S207，判定在未与网关节点12建立通信连接的传感节点10中是否存在有未入网的新的传感节点10，若存在，则进至步骤S209；反之若不存在，则表明传感节点10处于正常工作状态但与网关节点12脱离了通信连接，接着，进至步骤S211。

步骤S209，网关节点12根据路由表中的地址信息，为未入网的新的传感节点10分配一个新的地址，完成传感节点10的入网绑定操作。在本实施例中，步骤209具体包括：网关节点12查询路由表中的路由链路和地址信息，从所述路由表中的地址信息中选定一个未被使用的地址，并将所述地址及相应的路由信息发送至未入网的传感节点10作为其入网注册地址，同时为未入网的传感节点10分配一个新的身份ID，实现握手，完成入网绑定操作；更新网关节点中的路由表信息。

步骤S211，网关节点12根据周边的传感节点10的指定反馈信息，为处于正常工作状态但未与网关节点12建立通信连接的传感节点10更新路由表信息，分配新的中继，完成传感节点10的重新入网绑定操作。通过步骤S211即可将脱网的传感节点重新入网。

具体地，步骤S211更可进一步细化为以下各个步骤：a、网关节点12根据脱网的传感节点10的指定反馈信息（具体指路由信息），删除所述传感节点10原先的路由表；b、网关节点12根据周边的传感节点10的指定反馈信息（具体指路由信息和能量信息），为脱网的传感节点10建立一条或多条可行的路由；c、网关节点12根据各个路由的位置关系和能量衰减情况，从可行的路由中选定一条最佳路由；d、网关节点12根据选定的最佳路由，在必要时在网关节点和脱网的传感节点之间指定一个或多个传感节点10作为中继，将路由信息发送至作为中继的传感节点10和脱网的传感节点10，建立新的路由表，同时更新网关节点12中的路由表信息。

综上所述，本发明提供的无线传感网络中的传感节点的更新方法主要是利用网关节点以主动扫描方式获取周边的各个传感节点的指定反馈信息，根据接收到传感节点的指定反馈信息，获悉各个传感节点的联网状况，采取相应的更新措施。这些更新至少包括：在发现有未入网的新的传感节点时，为未入网的新的传感节点分配一个新的地址和新的身份ID，完成所述传感节点的入网绑定操作；在发现有脱网的传感节点时，为处于脱网的传感节点建立分配新的中继，建立新的路由表，完成所述传感节点的重新入网绑定操作。相较于采用人工方式的现有技术，本发明无需对传感节点进行现场维护管理，整个更新过程简单便捷，不仅大大降低了维护成本，更是确保了各个传感节点的正常运行。

虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种无线传感网络中的传感节点的更新方法，所述无线传感网络包括：传感节点、网关节点和服务器，其特征在于，所述传感节点的更新方法包括：

(1)、网关节点采用主动扫描方式定期发出广播信息，供周边的传感节点接收后发送指定反馈信息；

(2)、网关节点监听传感节点的指定反馈信息；若网关节点接收到传感节点的指定反馈信息，则表明相应的传感节点处于正常工作状态，并进至步骤(3)；若网关节点接收不到传感节点的指定反馈信息，则表明传感节点出现通信故障，则将出现通信故障的传感节点予以删除并更新网关节点中的路由表信息；

(3)、网关节点根据接收到的传感节点的指定反馈信息，判定传感节点与网关节点是否建立有通信连接；若判定传感节点与网关节点建立有通信连接，则结束；反之，若判定传感节点未与网关节点建立有通信连接，则进至步骤(4)；

(4)、判定在未与网关节点建立通信连接的传感节点中是否存在有未入网的新的传感节点，若存在，则进至步骤(5)；反之若不存在，则表明传感节点处于正常工作状态但与网关节点脱离了通信连接，进至步骤(6)；

(5)、网关节点根据路由表中的地址信息，为未入网的新的传感节点分配一个新的地址和新的身份ID，完成所述传感节点的入网绑定操作；

(6)网关节点根据接收到的周边的传感节点的指定反馈信息，为处于正常工作状态但未与网关节点建立通信连接的传感节点更新路由表信息，分配新的中继，完成所述传感节点的重新入网绑定操作。

2.根据权利要求1所述的无线传感网络中的传感节点的更新方法，其特征在于，所述广播信息包括所述网关节点的地址信息，所述指定反馈信息包括传感节点的地址信息、路由信息、同步信息、以及能量信息。

3.根据权利要求1所述的无线传感网络中的传感节点的更新方法，其特征在于，所述通信故障是由如下中的任一方式引起的：传感节点设备故障或通信链路中断。

4.根据权利要求2所述的无线传感网络中的传感节点的更新方法，其特征在于，在步骤(5)中，包括：网关节点查询路由表中的路由链路和地址信息，从所述路由表中的地址信息中选定一个未被使用的地址，并将所述地址及相应的路由信息发送至未入网的所述传感节点作为其入网注册地址，同时为未入网的所述传感节点分配一个新的身份ID，实现握手，完成入网绑定操作；更新网关节点中的路由表信息。

5.根据权利要求2或4所述的无线传感网络中的传感节点的更新方法，其特征在于，所述步骤(6)包括：

6-1、网关节点根据脱网的传感节点的指定反馈信息，删除所述传感节点原先的路由表；

6-2、网关节点根据周边的传感节点的指定反馈信息，为脱网的传感节点建立一条或多条可行的路由；

6-3、网关节点根据路由的位置关系和能量衰减情况，从可行的路由中选定一条最佳路由；

6-4、网关节点根据最佳路由，在网关节点和脱网的传感节点之间指定一个或多个传感节点作为中继，将路由信息发送至作为中继的传感节点和脱网的传感节点，建立新的路由表，同时更新网关节点中的路由表信息。

6.根据权利要求1所述的无线传感网络中的传感节点的更新方法，其特征在于，所述传感节点包括温湿度传感器、位置传感器、红外传感器、红外载波接收器、压力传感器、超声波传感器、烟感传感器、CO传感器、CO₂传感器、SO₂传感器、噪声传感器、电磁辐射传感器、可吸入颗粒物传感器、视频探头中的任意组合。

7.根据权利要求1所述的无线传感网络中的传感节点的更新方法，其特征在于，所述网关节点与所述传感节点是通过Zigbee无线网络建立通信连接的。

8.根据权利要求7所述的无线传感网络中的传感节点的更新方法，其特征在于，所述网关节点与所述传感节点之间的组网方式包括星型拓扑结构、树型拓扑结构以及网状拓扑结构中的一种或者它们的复合拓扑结构。

9.根据权利要求7所述的无线传感网络中的传感节点的更新方法，其特征在于，所述网关节点是以ARM 9嵌入式处理器为核心的操作系统。