一种基于分布式异构网络的网络架构的制作方法

本发明属于分布式异构网络技术领域，具体涉及一种基于分布式异构网络的网络架构。

背景技术：

异构网络是指两个或两个以上的通讯系统采用不同的接入技术实现相互通讯的网络。利用现有的无线通讯系统，通过系统间融合的方式，使多系统间取长补短，是满足未来移动通信业务需求的一种有效手段。

工厂生产过程中使用多种传感器检测产品的生产状态信息，不同传感器采集的数据量不同甚至差异很大，因此为了控制生产成本，不同种类传感器间的连接采用不同的通信协议。例如温度传感器采集到的数据量很小，使用zigbee协议即可实现数据传输，摄像头采集到的数据量很大，使用wifi的方式传输数据等。这些使用不同通信协议的网络组成了异构网络。

在异构网络中，每个子网络都通过网关与核心网络相连接。在实际生产中，子网络包括多个传感器节点，这些传感器节点组成的网络主要有三种拓扑结构：

第一种结构是星型拓扑结构，即这些传感器节点不具备路由功能，采集到的数据直接传输到网关。这种网络的优点是：网络拓扑结构简单，传感器节点生产成本低。缺点是：网关必须位于传感器节点的天线覆盖范围之内，否则传感器节点的数据无法传输到网关，网络的规模受传感器节点天线覆盖范围的影响。

第二种结构是网状结构，网状结构中的每一个传感器节点都具有路由功能，采集到的数据以多跳的形式传输到网关。这种网络的优点是：网络的覆盖范围很大。缺点是具有路由功能的传感器节点价格较高。

第三种结构是星型网状混合网络，这种网络具备了星型网络与网状网络的优点，以较低的成本实现了覆盖范围很大的网络。只是这种网络面临一个技术难题——路由节点的布局问题。

实际应用中，网关节点的位置、传感器节点的位置是事先确定的，为了实现网络的联通，需要将在网络中添加路由节点。显然在满足通信需求的情况下，添加的路由节点的数量越少，成本越低。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种基于分布式异构网络的网络架构，以能够合理分布路由节点，降低设备成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于分布式异构网络的网络架构，包括网关节点、传感器节点以及路由节点，其中，所述网关节点的收发距离为R，传感器节点的收发距离为r，R>r，所述路由节点的布局包括下述步骤：

步骤一，将异构网络中的传感器节点划分成若干子网络区域；

步骤二，针对每个子网络区域建立两个集合，分别为集合X和集合Y；

步骤三，以网关节点为圆心，r为半径作圆，将同一子网络区域内被该圆覆盖的传感器节点记录在该子网络区域对应的集合X上；

步骤四，以网关节点为圆心，R为半径作圆，将同一子网络区域内被该圆覆盖且不在集合X上的传感器节点记录在该子网络区域对应的集合Y上；

步骤五，若集合Y上记录有传感器节点，分别以集合Y中记录的传感器节点为圆心，r为半径作圆，找出各圆重合次数最多并被步骤四所作圆覆盖的区域，并在该区域布置路由节点；

若集合Y上没有记录传感器节点，则在没有被记录在集合X上的传感器节点中找出与网关节点距离最近的传感器节点，并以该传感器节点为圆心，r为半径作圆，该传感器节点和网关节点之间的连线与该圆的交点处布置路由节点；

清空集合Y；

步骤六，将新布置的路由节点为圆心，r为半径作圆，将同一子网络区域内被该圆覆盖的传感器节点记录在该子网络区域对应的集合X里；

步骤七，将新布置的路由节点为圆心，R为半径作圆，将同一子网络区域内被该圆覆盖且不在集合X上的传感器节点记录在该子网络区域对应的集合Y上；

步骤八，若集合Y上记录有传感器节点，分别以集合Y中记录的传感器节点为圆心，r为半径作圆，找出各圆重合次数最多并被步骤七所作圆覆盖的区域，并在该区域布置路由节点；

若集合Y上没有记录传感器节点，则在没有被记录在集合X上的传感器节点中找出与新布置的路由节点距离最近的传感器节点，并以该传感器节点为圆心，r为半径作圆，该传感器节点和新布置的路由节点之间的连线与该圆的交点处布置路由节点；

清空集合Y；

步骤九，依次重复步骤六、步骤七以及步骤八，直至异构网络中的各个子网络区域中所有传感器节点都被记录到对应的集合X里。

通过上述步骤，使得分布式异构网络中的路由节点得到合理的布置，在使分布式异构网络中各传感器节点都在网关节点或路由节点的网络覆盖范围的同时，减少所布置的路由节点的数量，降低设备成本以及安装成本。

作为本发明所述的一种基于分布式异构网络的网络架构的改进，所述子网络区域划分不超过4个。由于各个子网络区域中的路由节点之间的布置关系没有关系，划分的子网络区域太多，路由的布置数量也会相应增加，因此限制所述子网络区域划分个数不超过4个，以减少路由节点布置数量。

本发明的有益效果在于：提供一种基于分布式异构网络的网络架构，包括网关节点、传感器节点以及路由节点，其中，所述网关节点的收发距离为R，传感器节点的收发距离为r，R>r，通过以网关节点或路由节点为圆心，以距离R和r为半径作圆，在离网关节点或路由节点距离为r至R的区域内若有传感器节点，则以这些传感器节点为圆心，r为半径分别圆，找出该区域内被传感器节点为圆心所作圆覆盖次数最多的位置，并在该位置布置新的路由节点；又或在离网关节点或路由节点距离为r至R的区域内没传感器节点时，找出与网关节点或路由节点距离最近的传感器节点，以该传感器节点为圆心，r为半径所作圆与该传感器节点与网关节点或路由节点之间连接的交点上布置新的路由节点，以使路由节点得到合理的布置，降低成本。

附图说明

图1为本发明传感器节点划分成子网络区域示意图。

图2为图1中划分的其中一个子网络区域示意图。

图3为图2中的子网络区域布置有路由节点的示意图之一。

图4为图2中的子网络区域布置有路由节点的示意图之二。

图5为当距网关节点距离为r至R的区域没有传感器节点时路由节点的布置图。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明及其有益效果作进一步详细说明，但是，本发明的具体实施方式并不局限于此。

如图1到5所示，一种基于分布式异构网络的网络架构，包括网关节点、传感器节点以及路由节点，其中，所述网关节点的收发距离为R，传感器节点的收发距离为r，R>r，所述路由节点的布局包括下述步骤：

步骤一，如图1所示，将异构网络中的传感器节点划分成两个子网络区域；以使分布密集的传感器节点划分在同一个区域内，从而使路由节点的布置更加集中，合理。

步骤二，针对每个子网络区域建立两个集合，分别为集合X和集合Y；以便于记录子网络区域中哪些传感器节点在网关节点或路由节点网络覆盖范围。

步骤三，如图2所示，以网关节点为圆心，r为半径作圆，将同一子网络区域内被该圆覆盖的传感器节点记录在该子网络区域对应的集合X上；即将被网关节点网络所覆盖的传感器节点记录在集合X上。

步骤四，以网关节点为圆心，R为半径作圆，将同一子网络区域内被该圆覆盖且不在集合X上的传感器节点记录在该子网络区域对应的集合Y上；

步骤五，如图3所示，若集合Y上记录有传感器节点，分别以集合Y中记录的传感器节点为圆心，r为半径作圆，找出各圆重合次数最多并被步骤四所作圆覆盖的区域，并在该区域布置路由节点；从而使得尽量多的传感器节点被覆盖在该路由节点的网络范围内。

如图5所示，若集合Y上没有记录传感器节点，则在没有被记录在集合X上的传感器节点中找出与网关节点距离最近的传感器节点，并以该传感器节点为圆心，r为半径作圆，该传感器节点和网关节点之间的连线与该圆的交点处布置路由节点；以使布置的路由节点的网络能够覆盖传感器节点，且其布置位置尽量靠近网关节点。

清空集合Y；

步骤六，如图4所示，将新布置的路由节点为圆心，r为半径作圆，将同一子网络区域内被该圆覆盖的传感器节点记录在该子网络区域对应的集合X里；

步骤七，将新布置的路由节点为圆心，R为半径作圆，将同一子网络区域内被该圆覆盖且不在集合X上的传感器节点记录在该子网络区域对应的集合Y上；

步骤八，若集合Y上记录有传感器节点，分别以集合Y中记录的传感器节点为圆心，r为半径作圆，找出各圆重合次数最多并被步骤七所作圆覆盖的区域，并在该区域布置路由节点；

若集合Y上没有记录传感器节点，则在没有被记录在集合X上的传感器节点中找出与新布置的路由节点距离最近的传感器节点，并以该传感器节点为圆心，r为半径作圆，该传感器节点和新布置的路由节点之间的连线与该圆的交点处布置路由节点；

清空集合Y；

步骤九，依次重复步骤六、步骤七以及步骤八，直至异构网络中的各个子网络区域中所有传感器节点都被记录到对应的集合X里。

通过上述步骤，使得分布式异构网络中的路由节点得到合理的布置，在使分布式异构网络中各传感器节点都在网关节点或路由节点的网络覆盖范围的同时，减少所布置的路由节点的数量，降低设备成本以及安装成本。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。