無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )拓撲的監控與維護

在同一條數據通路上的節點(diǎn)進(jìn)行數據轉發(fā)時(shí)，數據傳遞路徑上的各個(gè)節點(diǎn)都會(huì )發(fā)現其父節點(diǎn)(數據由下而上)或者子節點(diǎn)(數據由上而下)的丟失，進(jìn)而調用void ZDOSynclndicationCB(byte type，uint16 shortAddr)函數。如圖4所示，如果網(wǎng)關(guān)發(fā)送數據到終端節點(diǎn)1，則在網(wǎng)關(guān)到終端節點(diǎn)1數據路徑上的所有節點(diǎn)(網(wǎng)關(guān)、路由1、路由2、終端1)都能夠發(fā)現其了節點(diǎn)的丟失；終端節點(diǎn)1發(fā)送數據到網(wǎng)關(guān)，則路徑1上的所有節點(diǎn)都能發(fā)現其父節點(diǎn)的丟失。

該方法通過(guò)建立數據通路上起始節點(diǎn)和末端節點(diǎn)的數據通訊來(lái)實(shí)現整條路徑上節點(diǎn)丟失情況的獲取。其具體操作過(guò)程分為兩個(gè)部分：其一是父節點(diǎn)丟失情況的獲取。由前面提到的實(shí)施條件可知，終端節點(diǎn)無(wú)需任何人為操作就能夠發(fā)現其父節點(diǎn)的丟失，而無(wú)需對此部分做特殊處理，因而只需對路由節點(diǎn)做出處理。而由路由葉子節點(diǎn)(如圖4中路由節點(diǎn)2、4)向網(wǎng)關(guān)發(fā)送數據時(shí)，則可實(shí)現整條路徑上所有節點(diǎn)丟失情況的獲取。其二是了節點(diǎn)丟失情況的獲取。子節點(diǎn)丟失的獲取可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)向葉子節點(diǎn)(圖4中所有終端節點(diǎn)和路由4)發(fā)送數據的方法來(lái)覆蓋整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中的所有節點(diǎn)，從而使全部節點(diǎn)都能夠發(fā)現其了節點(diǎn)的丟失情況。

人為加入上述兩部分數據通訊后，只要整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中有節點(diǎn)丟失，該丟失節點(diǎn)的父節點(diǎn)和子節點(diǎn)都會(huì )產(chǎn)生失步函數voidZDO_SyncIndicat ionCB(byte type，uint16 shortAddr)的調用，這樣就可以簡(jiǎn)單地在該函數中添加向上層應用報告的功能，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)丟失信息獲取。并且數據通訊量由原來(lái)的28條減少到6條，從而大大減少了數據消耗和由此帶來(lái)的系統資源占用。

3 網(wǎng)絡(luò )拓撲結構與維護

Z-stack協(xié)議棧在全功能節點(diǎn)中只維護與本節點(diǎn)直接關(guān)聯(lián)的節點(diǎn)信息的關(guān)聯(lián)表，沒(méi)有整體網(wǎng)絡(luò )信息的存儲功能。為了解決Z-stack關(guān)于網(wǎng)絡(luò )全貌信息缺失的缺陷，結合本文提出的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構監控方法，設計一種拓撲結構維護的方法，在占用少量資源的情況下獲取整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的拓撲信息，并將信息整合到網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)中統一維護和管理，從而建立網(wǎng)絡(luò )拓撲的管理辦法，實(shí)現具有自組織、自適應能力的智能網(wǎng)絡(luò )管理機制。

3．1 管理模式

網(wǎng)絡(luò )信息管理可采用搜集模式和監控模式相結合的方式。搜集模式通過(guò)發(fā)送指令搜集網(wǎng)絡(luò )拓撲信息，賦予用戶(hù)即時(shí)獲取當前網(wǎng)絡(luò )結構的能力；監控模式通過(guò)監控從網(wǎng)絡(luò )組建起歷史網(wǎng)絡(luò )的結構變化，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )拓撲信息更新，從而整合為當前網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。

搜集模式在實(shí)現時(shí)，首先由網(wǎng)關(guān)設備廣播一個(gè)命令來(lái)搜集設備信息；然后，收到廣播信息的路由節點(diǎn)再按照一定的數據格式，由網(wǎng)關(guān)返回子節點(diǎn)關(guān)聯(lián)信息；當網(wǎng)關(guān)收到各個(gè)路由節點(diǎn)的返回信息后，再將其組合為整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中的設備信息。

監控模式則是從網(wǎng)絡(luò )形成起，網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)就開(kāi)始監控所有節點(diǎn)的狀態(tài)；當路由節點(diǎn)檢測到其子節點(diǎn)加入或者退出的時(shí)候，向網(wǎng)關(guān)上報該子節點(diǎn)的狀態(tài)變化信息，而網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)檢測到子節點(diǎn)加入或者退出則不用上報，直接在網(wǎng)關(guān)內部處理；當網(wǎng)關(guān)接收到路由節點(diǎn)上報的狀態(tài)信息后，就會(huì )刪除或者增加該路由子節點(diǎn)的關(guān)聯(lián)信息，同時(shí)更新整體網(wǎng)絡(luò )結構。

3．2 網(wǎng)絡(luò )拓撲存儲結構

網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò )拓撲結構管理的中心，負責拓撲結構的添加、刪除和更新，因此，必須在網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)存儲整體的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構信息。受網(wǎng)關(guān)資源的限制，本文采用分級動(dòng)態(tài)鏈表的形式保存網(wǎng)絡(luò )拓撲信息，以便以較少的資源占用實(shí)現拓撲信息的動(dòng)態(tài)存儲。本設計的網(wǎng)絡(luò )拓撲存儲結構如圖5所示。

圖5中，AssocLisHead是裝載路由節點(diǎn)頭信息的數組，包含有該路由節點(diǎn)的長(cháng)地址、短地址、父節點(diǎn)短地址和擁有的子節點(diǎn)數以及指向其子節點(diǎn)鏈表assoc list的頭指針；assoclist鏈表中記載著(zhù)這一路由下的了節點(diǎn)信息，包括子節點(diǎn)的短地址、長(cháng)地址、類(lèi)型、連接狀態(tài)等。在該路由下每增加一個(gè)子節點(diǎn)，就會(huì )在assoc list鏈表中添加一個(gè)節點(diǎn)信息，當節點(diǎn)離開(kāi)時(shí)，又會(huì )將相對應的鏈表刪除。這樣，網(wǎng)關(guān)就可以方便地對當前網(wǎng)絡(luò )中的昕有節點(diǎn)的拓撲和相關(guān)信息進(jìn)行查找、更新、維護。

3．3 網(wǎng)絡(luò )維護方案

網(wǎng)絡(luò )維護的實(shí)施要建立網(wǎng)絡(luò )中所有類(lèi)型節點(diǎn)間的區分與協(xié)作機制。區分是根據節點(diǎn)類(lèi)型的不同、事件類(lèi)型的不同做出區別處理；協(xié)作是在所有節點(diǎn)間建立連動(dòng)響應機制，相互配合，并實(shí)現信息的匯聚和統一管理。具體的網(wǎng)絡(luò )維護分為事件響應和信息維護兩部分。

3. 3. 1 拓撲變化事件的響應

拓撲變化主要是指節點(diǎn)加入事件和節點(diǎn)退出事件。當節點(diǎn)加入事件是指節點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò )時(shí)，其父節點(diǎn)負責將該子節點(diǎn)加入信息上報網(wǎng)關(guān)；節點(diǎn)退出事件則是指獲取到的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)丟失信息的處理。處理可分為兩種情況：一種是當傳遞來(lái)的type=1時(shí)，即丟失節點(diǎn)為本節點(diǎn)的父節點(diǎn)時(shí)，開(kāi)啟網(wǎng)絡(luò )加入流程，使節點(diǎn)可以重新加入網(wǎng)絡(luò )，并恢復網(wǎng)絡(luò )的正常運行；第二種情況是type=0時(shí)，即本節點(diǎn)發(fā)現其中一子節點(diǎn)丟失。本方法對于長(cháng)時(shí)間無(wú)法連接的子節點(diǎn)，將啟動(dòng)移除(LEAVE)流程，將該子節點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò )中刪除，同時(shí)向網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)報告子節點(diǎn)退出的消息。

需要注意的是：當子節點(diǎn)丟失時(shí)，有的時(shí)候是真正丟失了(長(cháng)時(shí)間或永久無(wú)法連接)，但更多的時(shí)候只是暫時(shí)地失去聯(lián)系，隨著(zhù)子節點(diǎn)的重新加入申請，又可以加入網(wǎng)絡(luò )，恢復正常的運行狀態(tài)。因此，設計時(shí)需要將暫時(shí)失步和真正丟失這兩種情況區分開(kāi)，再分別做出合理的處理。