ZigBee网状拓扑路由方法技术

本发明专利技术涉及ZigBee网状拓扑路由方法，源节点利用洪泛法向其相邻节点发送RREQ数据包；中间节点转发第一次收到的RREQ数据包，启动路由失败定时器，路由失败定时器超时前为收到的所有相同RREQ建立反向路径；目的节点收到RREQ数据包后，回复RREP启动多径路由定时器，多径路由定时器超时前回复所有收到的RREQ，建立反向路由；中间节点收到RREP后，停止路由失败定时器启动多径路由定时器，更新RREP中RLQI值，并转发；源节点收到目的节点RREP后，若路由失败定时器未超时，启动数据等待定时器，继续接收RREP；中间节点若在多径路由定时器超时前收到数据，则更新路由，否则删除所有相关路由表项。

【技术实现步骤摘要】
ZigBee网状拓扑路由方法
本专利技术涉及一种ZigBee网状拓扑路由方法，属于无线通信

技术介绍
目前最新的ZigBee网状拓扑路由技术方案会将所有可选路径中的各段链路的开销相加，以获取整个路径的开销总和，并选择开销最小的路径进行通信。由于这些技术获取的是整条路径中开销的总和，因此无法获取最差的链路，而最差的链路对通信质量的影响最大，所以这些技术所选取的路径并非最优。另外，目前方案中选择路径时未考虑路径上的实际负载，所以会导致部分路径拥塞。现有技术的路由选择方法都是根据链路开销总和来选择最优路径，因此现有技术存在不能获取路径中链路质量指数的最小值的问题。而整条路径传输质量的因素决定于路径中链路质量指数最小的一段，因此使用现有技术所选的路径并非最优路径。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种ZigBee网状拓扑路由方法，有效解决分配网络负载的问题。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：ZigBee网状拓扑路由方法，包括以下步骤：1）源节点利用洪泛法向其相邻节点发送RREQ数据包；2）中间节点转发第一次收到的RREQ数据包，并启动路由失败定时器，路由失败定时器超时前为收到的所有相同RREQ建立反向路径；3）目的节点收到RREQ数据包后，回复RREP并启动多径路由定时器，多径路由定时器超时前回复所有收到的RREQ，并建立反向路由；4）中间节点收到RREP后，停止路由失败定时器启动多径路由定时器，更新RREP中的RLQI值，并转发；5）源节点收到目的节点的RREP后，若路由失败定时器还未超时，启动数据等待定时器，继续接收RREP；当该定时器超时后，选择权值最大的链路建立正向路由，并发送数据；6）中间节点若在多径路由定时器超时前收到数据，则更新路由，否则删除所有相关路由表项。进一步地，上述的Zigbee网状拓扑路由方法，步骤为：1）源节点向目的节点发送数据，如果路由表中没有到达目的节点的路由，利用洪泛法向其相邻节点发送RREQ数据包；发送完数据包后，立刻启动一个路由失败定时器，如果定时器超时后，源节点未收到RREP，则认为本次路由失败；2）收到RREQ的节点，先检查RREQ是否是发给自己，如果不是，则转发该RREQ；当转发完请求数据包后，立刻启动一个路由失败定时器，在该定时器超时后本节点如果未收到RREP，则认为本节点不能到达目的节点，清除本次路由的所有信息，如果收到即停止该定时器；在定时器未超时并且还未收到RREP之前，节点记录收到的所有的RREQ，并为其建立一个反向路径，但只在收到第一个RREQ时转发RREQ，后面收到的只建立反向路径，不再转发RREQ；3）当目的节点接收到RREQ后，立刻向该节点回复一个RREP并建立反向路由，然后启动一个多径路由定时器，在该定时器定时时间内，目的节点继续接收RREQ，回复RREP并建立相应的反向路径；当定时器超时后，目的节点如果还未收到数据，即认为路由失败，如果收到数据，即停止该定时器；4）当中间节点收到RREP后，如果路由失败定时器已经超时，则认为本节点等待时间过长，不对RREP进行响应；如果路由失败定时器未停止，则停止该定时器并启动一个多径路由定时器，在该定时器定时时间内继续接收RREP；每接收一个RREP，检测的本次路径的物理层链路质量指数PLQI(i)(i=1,2,3…)，并将RREP中的RLQI(i)值与本次的PLQI(i)进行对比，如果本次的PLQI(i)值低于RREP中的RLQI(i)，将RREP中的RLQI(i)改为PLQI(i)，如果PLQI(i)值大于等于RLQI(i)，则不改变RLQI(i)，然后转发该RREP，转发完后通过下面的公式计算该RREP的权值公式①其中，RLQI是已经更新过的LQI值，N是一个可配置的倍数，用来保证权值W恒为正数，deltaTime为从发出RREQ后到收到RREP之间的时间差的一半，即一个单程的时间差；5）当目的节点收到RREP后，如果路由失败定时器已经超时，则本次路由失败；如果没超时，先停止路由失败定时器，然后启动一个数据等待定时器，每收到一个RREP通过公式①计算W(i)，并建立正向路由；当数据等待定时器超时后，选择一个W(i)最大的路径作为数据发送路径，发送数据，其他路径信息则全部清除；6）中间节点如果在多径路由定时器超时之前未收到数据，则认为本节点不是最优节点，已经被放弃；如果在定时器超时之前收到数据，则停止多径路由定时器，并使用W(i)最大的路径发送数据，其他路径信息全部清除；其后的节点均按此进行处理，直到数据到达目的节点；而后面的数据按照第一包数据的路径进行发送。更进一步地，上述的Zigbee网状拓扑路由方法，步骤1），RREQ数据包中含有源地址、目的地址信息。更进一步地，上述的Zigbee网状拓扑路由方法，步骤3），在回复的RREP中有个特殊值即路由链路质量指数，初始值为0xFF，RREP每经过一个节点，该值即有相应的更新。再进一步地，上述的ZigBee网状拓扑路由方法，步骤4），公式①第一部分为LQI值计算，第二部分为时延计算。本专利技术技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：本专利技术技术方案与现有技术方案相比，可以获取路径中链路质量的最小值，可以获得链路整体质量最好的路径，同时可以动态的平衡多径路由的负载，克服了传统路由方法不能有效的分配网络负载，造成部分网络拥塞等技术问题。通过对链路时延的评估，解决现有技术不能有效分配网络负载的问题。附图说明下面结合附图对本专利技术技术方案作进一步说明：图1：ZigBee网状（Mesh）网络示意图；图2：测试ZMR-LQSR路由协议的Mesh拓扑示意图；图3：RREQ发送完后的拓扑示意图；图4：RREP回复完之后的拓扑示意图。具体实施方式本专利技术ZigBee网状拓扑路由方法，源节点利用洪泛法向其相邻节点发送RREQ数据包；中间节点转发第一次收到的RREQ数据包，并启动路由失败定时器，路由失败定时器超时前为收到的所有相同RREQ建立反向路径；目的节点收到RREQ数据包后，回复RREP并启动多径路由定时器，多径路由定时器超时前回复所有收到的RREQ，并建立反向路由；中间节点收到RREP后，停止路由失败定时器启动多径路由定时器，更新RREP中的RLQI值，并转发；源节点收到目的节点的RREP后，若路由失败定时器还未超时，启动数据等待定时器，继续接收RREP；当该定时器超时后，选择权值最大的链路建立正向路由，并发送数据；中间节点若在多径路由定时器超时前收到数据，则更新路由，否则删除所有相关路由表项。如图1所示，ZigBee网络设备包含协调器3、路由器2和终端设备1，协调器3和路由器2之间可以互相通信，而终端设备1之间不能通信，终端设备1只能通过与之相连的协调器3或路由器2才能与其他设备进行通信。本专利技术Zigbee网状拓扑路由方法用于协调器3和路由器2之间的路由建立过程。具体步骤为：1）源节点要向目的节点发送数据，如果路由表中没有到达目的节点的路由，利用洪泛法向自己的相邻节点发送RREQ（RouteRequest）数据包；该数据包中含有源地址、目的地址等信息；发送完数据包后，立刻启动一个路由失败（RoutingFailure）定时器，如果该定本文档来自技高网...

【技术保护点】
ZigBee网状拓扑路由方法，其特征在于包括以下步骤：1）源节点利用洪泛法向其相邻节点发送RREQ数据包；2）中间节点转发第一次收到的RREQ数据包，并启动路由失败定时器，路由失败定时器超时前为收到的所有相同RREQ建立反向路径；3）目的节点收到RREQ数据包后，回复RREP并启动多径路由定时器，多径路由定时器超时前回复所有收到的RREQ，并建立反向路由；4）中间节点收到RREP后，停止路由失败定时器启动多径路由定时器，更新RREP中的RLQI值，并转发；5）源节点收到目的节点的RREP后，若路由失败定时器还未超时，启动数据等待定时器，继续接收RREP；当该定时器超时后，选择权值最大的链路建立正向路由，并发送数据；6）中间节点若在多径路由定时器超时前收到数据，则更新路由，否则删除所有相关路由表项。

【技术特征摘要】
1.ZigBee网状拓扑路由方法，包括以下步骤：源节点利用洪泛法向其相邻节点发送RREQ数据包；中间节点转发第一次收到的RREQ数据包，并启动路由失败定时器，路由失败定时器超时前为收到的所有相同RREQ建立反向路径；目的节点收到RREQ数据包后，回复RREP并启动多径路由定时器，多径路由定时器超时前回复所有收到的RREQ，并建立反向路由；中间节点收到RREP后，停止路由失败定时器启动多径路由定时器，更新RREP中的路由链路质量指数RLQI值，并转发；源节点收到目的节点的RREP后，若路由失败定时器还未超时，启动数据等待定时器，继续接收RREP；当路由失败定时器超时后，选择权值最大的链路建立正向路由，并发送数据；中间节点若在多径路由定时器超时前收到数据，则更新路由，否则删除所有相关路由表项；其特征在于：1)源节点向目的节点发送数据，如果路由表中没有到达目的节点的路由，利用洪泛法向其相邻节点发送RREQ数据包；发送完数据包后，立刻启动一个路由失败定时器，如果定时器超时后，源节点未收到RREP，则认为本次路由失败；2)收到RREQ的节点，先检查RREQ是否是发给自己，如果不是，则转发该RREQ；当转发完请求数据包后，立刻启动一个路由失败定时器，在该定时器超时后本节点如果未收到RREP，则认为本节点不能到达目的节点，清除本次路由的所有信息，如果收到即停止该定时器；在定时器未超时并且还未收到RREP之前，节点记录收到的所有的RREQ，并为其建立一个反向路径，但只在收到第一个RREQ时转发RREQ，后面收到的只建立反向路径，不再转发RREQ；3)当目的节点接收到RREQ后，立刻向该节点回复一个RREP并建立反向路由，然后启动一个多径路由定时器，在该定时器定时时间内，目的节点继续接收RREQ，回复RREP并建立相应的反向路径；当定时器超时后，目的节点如果还未收到数据，即认为路由失败，如果收到数据，即停止该定时器；4)当中间节点收到RREP后，如果路由失败定时器已经超时，则认为本节点等待时间过长，不对RREP进行响应...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫晓春，李志，李宏，
申请(专利权)人：苏州英菲泰尔电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：