CN102546831A - 一种无线传感器网络拓扑图的动态显示方法 - Google Patents

Abstract

一种无线传感器网络拓扑图的动态显示方法，属无线传感器网络技术领域。由无线传感器网络、上位机和WEB站点来实现。无线传感器网络组网之后，将自身的地址信息经过路由，传递到协调器节点，该节点经RS232接口与上位机相接，并将接收的数据信息传递给上位机。上位机经数据解析后将收集的数据信息写入MySQL数据库，WEB站点访问MYSQL数据库，经数据处理，实现网络拓扑图的动态显示。本发明将网页内实时动态地呈现网络的拓扑结构，反映网络中各实体间的结构及层次关系，即各节点间的连接关系和层次关系以及每个节点的类型展现状态，简单明了，极大地方便了工作人员对无线传感器网络节点的定位和拓扑结构的设计。

Description

一种无线传感器网络拓扑图的动态显示方法

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络拓扑图的动态显示方法，属无线传感器网络技术领域。

背景技术

无线传感器网络是大量传感器节点以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络区域内传感器节点所采集的环境变量信息，并将有用的数据信息报告给用户。

无线传感器网络有两种网络拓扑结构：星型的拓扑结构和对等的拓扑结构。星型拓扑网络结构有一个主协调器和多个终端设备，主协调器必须为一个完整功能的设备，终端设备既可为完整功能设备也可为简化功能设备。在星型拓扑结构中，各个终端设备之间不能直接通信，只能与主协调器通信。对等的拓扑网络机构中，同样也存在一个主协调器，但该网络与星型拓扑网络结构不同的是，在该网络中的任何一个设备只要是在它的通信范围内，就可以和其它设备进行通信。对等拓扑网络结构能够构成较为复杂的网络结构，例如，网状拓扑结构，这种对等拓扑网络结构在工业监控、智能药品安全监控、农业智能化及农产品的追踪等方面都有广泛的应用。

无线传感器网络覆盖的范围极广，网络中的节点由于各种原因可能会退出所在的网络，而非网络内的节点可能会请求加入该网络，因此无线传感器网络中各节点之间的位置关系及层次结构极容易混淆。传统的网络拓扑结构的展现方法只能展现事先设置的节点之间的结构关系，当网络结构发生改变时记录的网络拓扑结构就发生错误，因此这种网络拓扑结构的展现方法不能满足无线传感器网络动态组网的需求。专利公开(公告)号为CN101217410、发明名称为“一种网络拓扑结构的展示方法和设备”的专利公开一种网络拓扑结构的展示方法和设备就存在这种缺陷。本发明将在网页内实时动态地呈现网络的拓扑结构，反映网络中各实体间的结构及层次关系，即各节点之间的连接关系、各节点之间的层次关系以及每个节点的类型展现状态，简单明了，极大地方便了工作人员对无线传感器网络节点的定位和拓扑结构的设计。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷和不足，实现无线传感器网络的网络拓扑结构的实时动态显示和呈现，本发明提供了一种无线传感器网络拓扑图的动态显示方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种无线传感器网络拓扑图的动态显示方法，由无线传感器网络、上位机和WEB站点所组***来实现，无线传感器网络主要包括协调器节点、路由节点和终端节点，协调器节点用于启动和控制网络，配置网络成员地址；路由节点用于扩展网络的覆盖面；终端节点可以发送或是接收一个信息，但是不能执行任何路由操作；无线传感器网络组网之后，将自身的地址信息经过路由，传递到协调器节点，协调器节点通过RS232接口与上位机相连接，并将接收的数据信息传递给上位机，上位机经数据解析从而将收集的数据信息写入MySQL数据库，WEB站点访问MySQL数据库，经过数据的处理，实现网络拓扑图的动态显示，该方法步骤如下：

1)无线传感器网络组网

a1)协调器节点上电；

a2)协调器节点发布组网请求原语；

a3)选择网络标识；

a4)设定网络地址；

a5)其他的路由节点和终端节点请求加入网络；

2)网络中路由节点和终端节点进行信息采集和上传

路由节点和终端节点获取相应的网络地址并记录其父节点的网络地址，上述各节点的

网络地址信息经过一个或是多个路由节点的路由，将信息上传到协调器节点；

3)上位机接收携带有网络节点地址的数据信息；

4)上位机解析接收的网络信息并写入数据库

①上位机软件对协调器节点传输的数据信息按照本地***的数据格式进行解析；

②调用MySQL数据库提供的C++接口，通过网络连接MySQL数据库；

③利用MySQL***语句(INSERT INTO)向MySQL数据库写入解析之后的数据信息；

5)WEB站点从数据库读取无线传感器网络中节点的信息，分析无线传感器网络中的节点类型、节点之间的层次关系、节点之间的连接关系

<1>利用MySQL数据库的查询语句(SELECT FROM)从table_dev_inf表中获取节点类型为协调器的节点(NODE_TYPE＝9)，即网络拓扑图的根节点，位于第0层(stage＝0)；

<2>利用MySQL数据库的查询语句(SELECT FROM)和条件语句(WHERE)从table_dev_inf表获取父节点地址为协调器地址的子节点，并判断这些子节点的节点类型(协调器NODE_TYPE＝9，路由器NODE_TYPE＝7，终端节点NODE_TYPE＝6)，位于第1层(stage＝1)；

<3>以上述步骤中的子节点为作为父节点，查询该子节点的子节点、判定子节点的节点类型及节点的层次关系；

<4>重复进行步骤<3>，直到所有节点查询完毕，从而确定各节点的节点类型、层次关系及连接关系；

6)画图并在网页内呈现拓扑图

a.画布清空；

b.初始化画布的位置和大小(Topo.init)；

c.利用上述所述的步骤5)获取的节点类型和节点层次的数据信息，初始化网络拓扑图中的节点数据(initNodeData)；

d.利用步骤c的节点数据，在网络拓扑图中建立相应的网络节点；

e.利用上述所述的步骤5)中的节点连接关系，初始化网络拓扑图中节点之间的连线(initLineData)；

f.利用步骤e中的节点之间的连线数据，在网络拓扑图中建立相应的网络节点之间的连线；

g.利用步骤d和步骤f所用获得的节点和节点之间的连线，完成拓扑图在画布上的显示；

h.将拓扑图显示在网页(<div id＝”topo”></topo>)上；

i.定时刷新网页(setInterval(refreshTopoInfo，60000))，从而实时动态地显示无线传感器网络的网络拓扑图的变化。

上述的table_dev_inf表是上位机向MySQL数据库写入节点类型、节点网络地址、节点的父节点网络地址等信息的表。

上述的(Topo.init)是拓扑图初始化函数(清除拓扑图中已有的节点和连线)。

上述的(initNodeData)是初始化拓扑图中节点的函数。

上述的(<div id＝”topo”></topo>)是无线传感器网络拓扑图在WEB站点网页中显示的区域。

上述的(setInterval(refreshTopoInfo，60000))是定时刷新网络拓扑图的语句，从而保证网络拓扑图的动态显示。

上述的父节点是在数据结构中，用来描述“树”型结构的名词。这种结构像一根倒着的树。每片树叶都长在一个节点上，这个节点就叫做这个叶子的父节点。而叶子的父节点一定还会有上面的父节点，这样一级一级上去就到了根节点。

上面所述的步骤1)无线传感器网络组网，无线传感器网络主要包括协调器节点、路由节点和终端节点。协调器节点用于启动和控制网络，配置网络成员地址；路由节点用于扩展网络的覆盖面；终端节点可以发送或是接收一个信息，但是不能执行任何路由操作。

无线传感器网络组网之后，每个节点获取相应的网络地址并记录其父节点的网络地址。各节点的网络地址信息进过一个或是多个路由节点的路由，将信息上传到协调器节点。

协调器节点通过RS232接口与上位机相连，协调器节点与上位机之间的通信需要制定一定的通信规范。本发明步骤3)在实现协调器节点与上位机的通信时，为了按规定格式从RS232接口接收数据，也为了从接收到的数据中将需要的信息提取出来，需要编制用户串口通信协议。串口通信协议分为底层通信协议和用户通信协议，底层通信协议一般由计算机硬件提供商和设备厂家提供，在一般性的通信编程中很少涉及，而用户层协议则是面向使用者的，也就是我们这里所说的通信协议。这种用户层的通信协议，简单的说，就是数据以何种格式发送出去，或者如何从接收的某种格式的数据串中提取出需要的数据，以及在发送和接收过程中如何保证这些数据的正确性，数据校验。

本发明中使用的通信规范定义了五种形式的命令：上位机启动/关闭协调器无线功能命令，上位机允许特定终端工作命令，汇节点上传数据与上位机下传数据命令，汇节点上传终端地址信息命令，回复确认命令。上位机启动/关闭协调器无线功能命令用于启动和关闭无线传感器网络。协调器开启，促使各个传感器节点自动获取网络地址，形成网络。网络搭建完毕之后各个传感器节点开始数据信息的采集和上传。上位机允许特定终端工作命令用于控制特定传感器节点的工作情况。通过该命令可以灵活的控制各个节点，当某一区域的传感器节点存在冗余时，可以在通过上位机控制，关闭冗余的传感器节点，避免硬件资源的浪费。汇节点上传数据与上位机下传数据命令该命令用于上位机与无线传感器网络传感器节点之间的通信。传感器节点采集的数据信息通过该命令将环境变量转换为数据流上传，上位机对传感器节点的控制信息通过该命令下传。汇节点上传终端地址信息命令用于将各传感器节点的地址上传上位机，然后上位机通过各传感器节点的地址对各个传感器节点进行操作和控制。回复确认命令用于确保通信的可靠性。本发明中使用的五种命令都是以0x7e开始和结束，从而区分先后到达的两个命令。命令中包括命令长度、命令类型、终端号、网络地址、数据、IEEE地址和循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，简称CRC)等字段。不同命令中包含的字段不同，需单独进行设置。

上述的步骤5)WEB站点从数据库读取无线传感器网络中节点的信息，分析无线传感器网络中的节点类型、节点之间的层次关系、节点之间的连接关系。

上述所述的步骤6)画图并在网页内呈现拓扑图，实现的关键依赖于JavaScript的一个插件MooTools。MooTools是一个简洁，模块化，面向对象的开源JavaScript web应用框架。它的功能更强大，比如增加了动画特效、拖放操作等等，这对本发明的拓扑图的动态显示有极大的帮助。

本发明克服了现有技术的缺陷和不足，提供一种网络拓扑结构的动态显示方法，记录了无线传感器网络的网络拓扑结构中节点之间的层次关系、节点之间的连接关系以及每一个节点类型。本发明根据无线传感器网络节点之间的父子关系展示各节点的层次关系和连接关系，根据当前显示的节点和当前显示的连接关系展现无线传感器网络的网络拓扑结构。本发明所提出的一种无线传感器网络的网络拓扑图的动态显示方法具有极大的实用性。

附图说明

图1是本发明方法的流程框图。其中1)-6)是其过程中的各个步骤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例：

本发明实施例如图1所示，一种无线传感器网络拓扑图的动态显示方法，由无线传感器网络、上位机和WEB站点所组***来实现，无线传感器网络主要包括协调器节点、路由节点和终端节点，协调器节点用于启动和控制网络，配置网络成员地址；路由节点用于扩展网络的覆盖面；终端节点可以发送或是接收一个信息，但是不能执行任何路由操作；无线传感器网络组网之后，将自身的地址信息经过路由，传递到协调器节点，协调器节点通过RS232接口与上位机相连接，并将接收的数据信息传递给上位机，上位机经数据解析从而将收集的数据信息写入MySQL数据库，WEB站点访问MySQL数据库，经过数据的处理，实现网络拓扑图的动态显示，该方法步骤如下：

1)无线传感器网络组网

a1)协调器节点上电；

a2)协调器节点发布组网请求原语；

a3)选择网络标识；

a4)设定网络地址；

a5)其他的路由节点和终端节点请求加入网络；

2)网络中路由节点和终端节点进行信息采集和上传

路由节点和终端节点获取相应的网络地址并记录其父节点的网络地址，上述各节点的网络地址信息经过一个或是多个路由节点的路由，将信息上传到协调器节点；

3)上位机接收携带有网络节点地址的数据信息；

4)上位机解析接收的网络信息并写入数据库

①上位机软件对协调器节点传输的数据信息按照本地***的数据格式进行解析；

②调用MySQL数据库提供的C++接口，通过网络连接MySQL数据库；

③利用MySQL***语句(INSERT INTO)向MySQL数据库写入解析之后的数据信息；

5)WEB站点从数据库读取无线传感器网络中节点的信息，分析无线传感器网络中的节点类型、节点之间的层次关系、节点之间的连接关系

<1>利用MySQL数据库的查询语句(SELECT FROM)从table_dev_inf表中获取节点类型为协调器的节点(NODE_TYPE＝9)，即网络拓扑图的根节点，位于第0层(stage＝0)；

<2>利用MySQL数据库的查询语句(SELECT FROM)和条件语句(WHERE)从table_dev_inf表获取父节点地址为协调器地址的子节点，并判断这些子节点的节点类型(协调器NODE_TYPE＝9，路由器NODE_TYPE＝7，终端节点NODE_TYPE＝6)，位于第1层(stage＝1)；

<3>以上述步骤中的子节点为作为父节点，查询该子节点的子节点、判定子节点的节点类型及节点的层次关系；

<4>重复进行步骤<3>，直到所有节点查询完毕，从而确定各节点的节点类型、层次关系及连接关系；

6)画图并在网页内呈现拓扑图

a.画布清空；

b.初始化画布的位置和大小(Topo.init)；

c.利用上述所述的步骤5)获取的节点类型和节点层次的数据信息，初始化网络拓扑图中的节点数据(initNodeData)；

d.利用步骤c的节点数据，在网络拓扑图中建立相应的网络节点；

e.利用上述所述的步骤5)中的节点连接关系，初始化网络拓扑图中节点之间的连线(initLineData)；

f.利用步骤e中的节点之间的连线数据，在网络拓扑图中建立相应的网络节点之间的连线；

g.利用步骤d和步骤f所用获得的节点和节点之间的连线，完成拓扑图在画布上的显示；

h.将拓扑图显示在网页(<div id＝”topo”></topo>)上；

i.定时刷新网页(setInterval(refreshTopoInfo，60000))，从而实时动态地显示无线传感器网络的网络拓扑图的变化。

Claims (1)

1.一种无线传感器网络拓扑图的动态显示方法，由无线传感器网络、上位机和WEB站点所组***来实现，无线传感器网络主要包括协调器节点、路由节点和终端节点，协调器节点用于启动和控制网络，配置网络成员地址；路由节点用于扩展网络的覆盖面；终端节点可以发送或是接收一个信息，但是不能执行任何路由操作；无线传感器网络组网之后，将自身的地址信息经过路由，传递到协调器节点，协调器节点通过RS232接口与上位机相连接，并将接收的数据信息传递给上位机，上位机经数据解析从而将收集的数据信息写入MySQL数据库，WEB站点访问MySQL数据库，经过数据的处理，实现网络拓扑图的动态显示，该方法步骤如下：

1)无线传感器网络组网

a1)协调器节点上电；

a2)协调器节点发布组网请求原语；

a3)选择网络标识；

a4)设定网络地址；

a5)其他的路由节点和终端节点请求加入网络；

2)网络中路由节点和终端节点进行信息采集和上传

路由节点和终端节点获取相应的网络地址并记录其父节点的网络地址，上述各节点的网络地址信息经过一个或是多个路由节点的路由，将信息上传到协调器节点；

3)上位机接收携带有网络节点地址的数据信息；

4)上位机解析接收的网络信息并写入数据库

①上位机软件对协调器节点传输的数据信息按照本地***的数据格式进行解析；

②调用MySQL数据库提供的C++接口，通过网络连接MySQL数据库；

③利用MySQL***语句(INSERT INTO)向MySQL数据库写入解析之后的数据信息；

5)WEB站点从数据库读取无线传感器网络中节点的信息，分析无线传感器网络中的节点类型、节点之间的层次关系、节点之间的连接关系

<1>利用MySQL数据库的查询语句(SELECT FROM)从table_dev_inf表中获取节点类型为协调器的节点(NODE_TYPE＝9)，即网络拓扑图的根节点，位于第0层(stage＝0)；

<2>利用MySQL数据库的查询语句(SELECT FROM)和条件语句(WHERE)从table_dev_inf表获取父节点地址为协调器地址的子节点，并判断这些子节点的节点类型(协调器NODE_TYPE＝9，路由器NODE_TYPE＝7，终端节点NODE_TYPE＝6)，位于第1层(stage＝1)；

<3>以上述步骤中的子节点为作为父节点，查询该子节点的子节点、判定子节点的节点类型及节点的层次关系；

<4>重复进行步骤<3>，直到所有节点查询完毕，从而确定各节点的节点类型、层次关系及连接关系；

6)画图并在网页内呈现拓扑图

a.画布清空；

b.初始化画布的位置和大小(Topo.init)；

c.利用上述所述的步骤5)获取的节点类型和节点层次的数据信息，初始化网络拓扑图中的节点数据(initNodeData)；

d.利用步骤c的节点数据，在网络拓扑图中建立相应的网络节点；

e.利用上述所述的步骤5)中的节点连接关系，初始化网络拓扑图中节点之间的连线(initLineData)；

f.利用步骤e中的节点之间的连线数据，在网络拓扑图中建立相应的网络节点之间的连线；

g.利用步骤d和步骤f所用获得的节点和节点之间的连线，完成拓扑图在画布上的显示；

h.将拓扑图显示在网页(<div id＝”topo”></topo>)上；

i.定时刷新网页(setInterval(refreshTopoInfo，60000))，从而实时动态地显示无线传感器网络的网络拓扑图的变化。

Images