CN110099424A - 一种基于zigbee网状结构的路径选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于危险品仓储监控预警领域，涉及一种基于zigbee网状结构的路径选择方法。所述方法，步骤如下：第一步：每相邻节点间逐个测试误码率，测试误码率方法为：假设要测试两个相邻节点A和B的误码率,首先，约定两个节点使用同一个生成多项式产生m序列，产生m序列后，发送节点A将m序列发送出去；接收节点B在接收到m序列后进行同步。第二步：得到每相邻节点误码率后，根据源节点到目标节点误码率最小的原则选择路径。本发明与传统路由协议相比，传统路由协议往往用根据RSSI等因素进行路由选择。本方法与传统方法相比，具有传送信息时丢包率更低，通信更快速可靠等优点。

Description

一种基于zigbee网状结构的路径选择方法

技术领域

本发明属于危险品仓储监控预警领域，涉及一种基于zigbee网状结构的路径选择方法。

背景技术

随着经济的发展,作为原材料、能源和消费品使用的易燃、易爆危险品的流通量和存储量越来越大。它的安全不仅关系到人民生命安全,更牵涉社会的安定。危险品仓储是储存有燃烧、***、腐蚀、灼伤、中毒等危险的化工原料及农药、化肥、化学试剂、化学药品等物品的仓库。据统计,在易燃、易爆危险品事故中仓储造成的事故占有较大的比例。易燃、易爆危险品存储有很多安全条件,一旦安全条件超出阈值就极易引起燃烧、***或中毒，甚至会造成恶性灾害事故。目前危险品仓储主要靠人工方式监控,存在监控准确度低、监控难度大等问题。随着物联网技术的发展，出现了使用无线传感器网络技术，适合危险品仓库应用的无线传感网***,可对易燃、易爆等危险品状态信息进行实时监控,有利于危险品的安全存储和进行预警,从而减少危险品安全事故的发生。使用无线传感器网络对危险品仓储进行监控预警，与人工方式相比，监测精度高，实现了危险品仓储监测的数字化、网络化、智能化，对于提高危险品仓储监控预警的总体水平具有重要意义。

zigbee网状网络是指在一个ZigBee网络中只有一个协调器，但是可以有若干个路由器节点，它们的地位都是平等的，可以与其通信范围内的所有节点直接通信，网络内部任何节点都可以相互访问。网状网络的优点是：如果网络中有节点失效离开网络，与其相关联的节点会自动找寻其它路由节点加入网络，实现路由修复和更新网络拓扑，不会引起网络分立。节点可以通过多条路径传输数据，提高了网络的可靠性，同树形拓扑和星形拓扑相比，网状拓扑拥有更强的鲁棒性。

本发明提出了一种应用于危险品仓储监控预警的zigbee网状网结构和路径选择方法。该路径选择方法是基于源节点到目标节点误码率最小的原则进行路径选择，与传统路由方法相比，传统方法往往根据RSSI等因素进行路由选择。本方法与传统方法相比，具有传送信息时丢包率更低，通信更快速可靠等优点。

发明内容

本发明提出了一种应用于危险品仓储监控预警的zigbee网状网结构和路径选择方法。该路径选择方法是基于源节点到目标节点误码率最小的原则进行路径选择。本方法与传统方法相比，具有传送信息时丢包率更低，通信更快速可靠等优点。

本发明的技术方案如下：

一种基于zigbee网状结构，包括协调器节点模块、Zigbee模块、存储模块、GPRS模块和外设接口模块；

协调器节点模块和传感器采集节点通过zigbee网络进行互联；协调器节点模块负责Zigbee网络数据的收发、网间协议转换、网间地址解析等；协调器节点模块接收Zigbee网状节点的采集信息，发送相应命令或配置信息转发给相应节点；

外设接口模块提供以太网、串口、USB等接口，进行参数设置、查询数据以及***调试等。存储模块包括FLASH存储器和SDRAM存储器。Flash存储器用来存放已调试好的应用程序、嵌入式操作***和其他在***掉电后需要保存的用户数据等；SDRAM为操作***和用户应用程序提供运行的空间，并为***通信提供发送和接收的数据缓存区。GPRS模块用于当危险品仓库出现燃烧或***，发送信息到相关人员手机通知进行救援。Zigbee模块形成整个Zigbee网络。

3.如权利要求2所述的zigbee网状结构，其特征在于，所述的协调器节点模块选取基于ARM920T内核的S3C2410芯片，运行频率为400MHz；存储模块配置64M字节SDRAM和256M字节NAND Flash。外设接口模块的以太网接口选取DM9000控制芯片；Zigbee模块的射频收发芯片选用CC2530；GPRS模块选取西门子公司提供的MC52i GPRS模块。

一种基于zigbee网状结构的路径选择方法，步骤如下：

第一步：每相邻节点间逐个测试误码率，测试误码率方法为：

假设要测试两个相邻节点A和B的误码率,首先，约定两个节点使用同一个生成多项式产生m序列，如：

x⁵+x²+1

产生m序列后，发送节点A将m序列发送出去；接收节点B在接收到m序列后进行同步。

m序列自相关系数公式为：

其中，p为伪随机序列的周期；i是第i个节点；τ是延迟时间；

利用m序列自相关系数的二值特性,接收节点B在接收到m序列后进行同步点查找。找到同步点后，对同步点之后的数据依次进行比较，统计出发生差错的数据的个数e和已传输的总位数n,则可计算误码率为e/n。

第二步：得到每相邻节点误码率后，根据源节点到目标节点误码率最小的原则选择路径，路径选择的步骤为：

首先从采集节点开始作为当前节点，

2.1遍历从当前节点开始所有的邻居节点，找出从当前节点开始误码率最低的邻居节点；

2.2如果经当前节点前往该邻居节点的误码率最小，就更新该邻居相对于源节点(采集节点)的误码率代价。

2.3同时将该邻居节点的父节点设置为当前节点，将当前节点标记为处理过。

2.4找出接下来要处理的节点，设为当前节点，然后从回到第2.1步开始执行处理；

2.5直到所有节点都被处理过，就得到协调器节点相对于采集节点的最小误码率代价路径，做为我们最终要选择的路径。

本发明的有益效果：

本发明提出了一种应用于危险品仓储监控预警的zigbee网状网结构和路径选择方法。该路径选择方法是基于源节点到目标节点误码率最小的原则进行路径选择，与传统路由协议相比，传统路由协议往往用根据RSSI等因素进行路由选择。本方法与传统方法相比，具有传送信息时丢包率更低，通信更快速可靠等优点。

附图说明

图1为本发明的zigbee网状网组网结构图。

图2为本发明的Zigbee网关(协调器节点)组成结构图。

图3为本发明的传感器采集节点结构图。

图4为本发明实施例的zigbee网状网路径选择示意图。

图中：A为采集节点；F为协调器节点；1为Zigbee模块；2为存储模块；3为GPRS模块；4为外设接口模块；5为S3C2410；6为传感器模块单元；7为处理单元；8为通信单元；9为电源单元。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。

一种zigbee网状网结构，包括协调器节点模块5、Zigbee模块1、存储模块2、GPRS模块3和外设接口模块4；协调器节点模块5和传感器采集节点通过zigbee网络进行互联；协调器节点模块5负责Zigbee网络数据的收发、网间协议转换、网间地址解析等；协调器节点模块5接收Zigbee网状节点(即传感器采集节点)的采集信息，发送相应命令或配置信息转发给相应节点；

外设接口模块4提供以太网、串口、USB等接口，进行参数设置、查询数据以及***调试等。存储模块2包括FLASH存储器和SDRAM存储器。Flash存储器用来存放已调试好的应用程序、嵌入式操作***和其他在***掉电后需要保存的用户数据等；SDRAM为操作***和用户应用程序提供运行的空间，并为***通信提供发送和接收的数据缓存区。GPRS模块3用于当危险品仓库出现燃烧或***，发送信息到相关人员手机通知进行救援。Zigbee模块1形成整个Zigbee网络。

协调器节点模块5选取基于ARM920T内核的S3C2410芯片，运行频率为400MHz；存储模块2配置64M字节SDRAM和256M字节NAND Flash。外设接口模块4的以太网接口选取DM9000控制芯片；Zigbee模块1的射频收发芯片选用CC2530；GPRS模块3选取西门子公司提供的MC52i GPRS模块。如图2所示。

传感器采集节点由处理单元7、通信单元8、传感器模块单元6、电源单元9等组成，如图3所示。传感器模块单元6用来获取危险品仓库内指定位置的信息。根据危险品种类和性质不同，传感器模块单元6可以灵活配置为温湿度传感器、气体传感器、光照强度传感器、烟感传感器，监测温湿度、气体浓度、光照强度、烟浓度等数据在危险品仓库内的变化情况；处理单元7负责控制和协调整个传感器采集节点的工作；通信单元8负责通过Zigbee协议与网络内各个功能设备之间进行数据交换和传输，与协调器进行数据传递；电源单元9用于为整个节点提供电源，并监测节点电池电压来判断是否需要维护。

以图4为例，假设我们要寻找从A到F节点误码率代价最小的路径，A为采集节点，F为协调器节点，A与B的误码率为0.005，A与C的误码率为0.002,依次类推…..，按以上方法，最终选择的路径为ABEF。

Claims (3)

1.一种基于zigbee网状结构的路径选择方法，其特征在于，步骤如下：

第一步：每相邻节点间逐个测试误码率，测试误码率方法为：

测试两个相邻节点A和B的误码率，首先，约定两个节点使用同一个生成多项式产生m序列，产生m序列后，发送节点A将m序列发送出去；接收节点B在接收到m序列后进行同步；

m序列自相关系数公式为：

其中，p为伪随机序列的周期；i是第i个节点；τ是延迟时间；

利用m序列自相关系数的二值特性,接收节点B在接收到m序列后进行同步点查找；找到同步点后，对同步点之后的数据依次进行比较，统计出发生差错的数据的个数e和已传输的总位数n，则可计算误码率为e/n；

第二步：得到每相邻节点误码率后，根据源节点到目标节点误码率最小的原则选择路径，路径选择的步骤为：

首先从采集节点开始作为当前节点，

2.1遍历从当前节点开始所有的邻居节点，找出从当前节点开始误码率最低的邻居节点；

2.2如果经当前节点前往该邻居节点的误码率最小，就更新该邻居相对于源节点的误码率代价；

2.3同时将该邻居节点的父节点设置为当前节点，将当前节点标记为处理过；

2.4找出接下来要处理的节点，设为当前节点，然后从回到第2.1步开始执行处理；

2.5直到所有节点都被处理过，就得到协调器节点相对于采集节点的最小误码率代价路径，做为我们最终要选择的路径。

2.根据权利要求1所述的基于zigbee网状结构的路径选择方法的zigbee网状结构，其特征在于，包括协调器节点模块、Zigbee模块、存储模块、GPRS模块和外设接口模块；协调器节点模块和传感器采集节点通过zigbee网络进行互联；协调器节点模块负责Zigbee网络数据的收发、网间协议转换和网间地址解析；协调器节点模块接收Zigbee网状节点的采集信息，发送相应命令或配置信息转发给相应节点。

3.如权利要求2所述的zigbee网状结构，其特征在于，所述的协调器节点模块选取S3C2410芯片；外设接口模块选取DM9000控制芯片；Zigbee模块选用CC2530；GPRS模块选取MC52i GPRS模块。