專利名稱：基于Zigbee的實體電子棋盤的網絡通信系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及網絡通信技術領域，尤其涉及基于Zigbee技術，用于實體電子棋盤和游戲服務器之間通信的網絡系統。
背景技術：
五子棋和圍棋在中國都擁有悠久的歷史，是深受大眾喜愛的休閑益智游戲。目前，人們通常可以聚在一起，通過實體棋盤面對面地下棋。隨著網絡的發展和人民生活水平的提高，人們開始嘗試在電腦上下棋。目前市面上也已存在一些實體電子棋盤，通過有線方式和計算機或游戲服務器相通信，進行數據存儲、棋盤復盤等操作。 當前各種實體電子棋盤，諸如電子象棋棋盤，電子國際象棋棋盤，電子圍棋棋盤等，均只能與計算機或游戲服務器實現有線連接，連接方式有RS-232串口、 USB、或者網線等。2008年12月18日的《科技日報》第四版《電子棋盤讓全球棋迷飽眼福》一文中報導了 2008中國南京國際象棋特級大師邀請賽的情況，該比賽采用國際上最先進的DGT電子棋盤，其棋盤和棋子中均裝有感應的電子芯片，連接電子棋鐘，用電纜線把所有比賽用的棋盤
串接到計算機接口 ，使得棋手的每步棋實時通過網絡向全球自動直播。 由于是有線連接，使實體電子棋盤的應用受到空間距離的限制。目前眾多的實體
電子棋盤都不具備遠程通信的能力，這勢必大大削弱了棋類文化在民間的普及和實體電子
棋盤的發展。 Zigbee是一種新興的短距離、低速率、低功耗無線網絡技術，它是一種介于無線標記技術和藍牙之間的技術提案。Zigbee的基礎是IEEE802. 15. 4，是IEEE無線個人區域網(Personal Area Network, PAN)工作組的一項標準，被稱做IEEE802. 15. 4 (Zigbee)技術標準。相對于現有的各種無線通信技術，Zigbee將是最低功耗和成本的技術之一。Zigbee主要用于近距離無線連接。它有自己的無線電標準，在數千個微小的傳感器之間相互協調實現通信。這些傳感器只需要很低的功耗，以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器，因此它們的通信效率非常高。我們考慮從一種將實體電子棋盤與Zigbee通訊技術整合的方法，利用現有的Zigbee網絡資源，將各個實體電子棋盤無線連接起來，推動其更廣泛和更便捷的應用。
實用新型內容本實用新型目的是提供一種基于Zigbee的實體電子棋盤的網絡通信系統，可以使用戶在實體電子棋盤上下棋，同時通過Zigbee的無線網絡和游戲服務器進行通信。雙方在各自的實體電子棋盤上下棋，或者是一方在實體棋盤上下棋，另一方在計算機上下棋的對弈方式，通過無線方式連通游戲服務器進行遠程對弈，同時，這個棋盤也可以實現本地對弈，將對弈過程通過無線網絡傳輸到游戲服務器上進行存儲，也能通過無線網絡傳輸到實體電子棋盤上進行復盤。 本實用新型的技術方案是包括無線收發Zigbee信號的無線協調器l和與之相連的游戲服務器2，還包括至少一個實體電子棋盤終端3，所述實體電子棋盤終端3包括電子棋盤實體4、用于監測電子棋盤狀態和收發行棋指令的微處理器5、用于與游戲服務器通過Zigbee網絡10進行通信的Zigbee模塊6、用于存儲數據和程序的存儲器7、電源模塊8以及天線9，微處理器5與電子棋盤實體4和Zigbee模塊6分別相連，天線9和Zigbee模塊6相連。 本實用新型的更詳細的技術方案是 還包括和無線協調器1、實體電子棋盤終端3進行通信的Zigbee無線路由器11。[0010] 所述電子棋盤實體4可以是電子象棋棋盤、電子國際象棋棋盤、電子圍棋棋盤、電子五子棋棋盤和電子跳棋棋盤。 所述游戲服務器2是一臺通用計算機，可以實現和對弈雙方的數據通信。[0012] 所述Zigbee模塊6采用JN5121-M0芯片。[0013] 本實用新型的優點是 1.減少了棋類對弈對于空間距離的限制，可以在任何有Zigbee網絡的地方實現對弈； 2.可以用于本地對弈，對弈雙方在同一個實體光電棋盤上下棋，利用電腦記錄對弈的過程，方便日后的學習、研究和回憶； 3.可以用于遠程對弈，對弈雙方在各自不同的實體電子棋盤上下棋，或者一方在實體電子棋盤上下棋，一方在計算機上下棋，用實體電子棋盤的一方通過無線Zigbee網絡和對方實現通信； 5.省電在棋手思考的時間，棋盤處于休眠狀態，直至棋盤檢測到有新的行棋發生； 6.可靠實體電子棋盤終端的Zigbee采用完全確認的數據傳輸機制，每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息，使數據傳輸更可靠； 7.便宜Zigbee網絡協議簡單，成本非常低，Zigbee協議免收專利費，有利于實體電子棋盤無線通信的普遍推廣； 8.網絡容量大實體電子棋盤網絡系統最多可以容納254個棋盤終端和一個無線協調器，一個區域內可以同時存在100個子系統； 9.安全Zigbee無線技術提供了數據完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用AES-128，同時各個應用可以靈活確定其安全屬性。
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述
圖1是本實用新型的實施例中實體電子棋盤的小范圍網絡通信系統結構示意圖； 圖2是本實用新型的實施例中實體電子棋盤的大規模網絡通信系統結構示意圖； 圖3是本實用新型的實施例中實體電子棋盤終端的結構示意圖； 圖4是本實用新型的實施例中游戲服務器的工作流程圖。 其中1無線協調器；2游戲服務器；3實體電子棋盤終端；4電子棋盤實體；5微處
理器；6Zigbee模塊；7存儲器；8電源模塊；9天線；10Zigbee網絡；11無線路由器。
具體實施方式
實施例本實用新型的實施例中實體電子棋盤的小范圍的網絡通信系統如圖1所示，包括無線收發Zigbee信號的無線協調器1和與之相連的游戲服務器2，還包括至少一個實體電子棋盤終端3。實體電子棋盤終端3的結構圖如圖3所示，包括電子棋盤實體4、用于監測電子棋盤狀態和收發行棋指令的微處理器5、用于與游戲服務器通過Zigbee網絡10進行通信的Zigbee模塊6、用于存儲數據和程序的存儲器7、電源模塊8以及天線9，微處理器5與電子棋盤實體4和Zigbee模塊6分別相連，天線9和Zigbee模塊6相連。其中，電子棋盤實體4可以是電子象棋棋盤、電子國際象棋棋盤、電子圍棋棋盤、電子五子棋棋盤和電子跳棋棋盤，目前市場上已存在此類電子棋盤實體。 無線協調器1在網絡中有且只有一個，負責建立網絡、發送網絡信標、管理網絡節點、存儲網絡節點信息、對消息進行路由選擇等功能。在小范圍的網絡中，Zigbee模塊6直接和無線協調器1進行無線通信，不需要路由器11 ;在大規模的網絡中，無線協調器1的覆蓋范圍有限，因此需要無線路由器ll作接力，延伸網絡的覆蓋范圍，作為一個中繼轉發器將信號傳輸到無線協調器l中。 一個大規模的網絡中，可以有多個路由器ll，但只需要一個和游戲服務器2連接的無線協調器1。本實用新型實施例的實體電子棋盤的大規模網絡通信系統如圖2所示。 實體電子棋盤終端3的微處理器5用于監測電子棋盤的狀態和發送行棋指令，一
端和電子棋盤實體相連，接收電子棋盤實體傳輸過來的數據信息，將數據經過UART端口
(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用異步收發器)輸出給Zigbee模塊
6。微處理器包括如下的功能 (1. 1)向Zigbee模塊發送控制命令； (1. 2)接收并解析Zigbee模塊發送的消息； (1. 3)設置和查詢Zigbee模塊的配置參數； (1. 4)與游戲服務器端軟件配合進行行棋的數據傳輸。 Zigbee模塊6將數據通過天線9無線傳輸到Zigbee網絡10中，在本實施例中，采用型號為JN5121-M0的Zigbee模塊，該模塊內置一款32位的RISC (reduced instructionset computer,精簡指令集計算機)處理器，配置有2. 4GHz頻段的IEEE802. 15. 4標準的無線收發器、64K的R0M、96K的RAM, JN5121支持晶振休眠和系統節能功能。Zigbee模塊需要用AT命令設定以下三個參數，才能得以建立或加入網絡 (1)信道清單包含所有用戶指定的信道。Zigbee模塊會依照用戶指定的信道建立或加入該信道中的網絡，如果此信道噪聲太多或在此信道中無協調器或路由器存在時，模塊會尋找下一個用戶指定的信道。用戶可以在清單中最多加入16個信道。用戶可以使用"ATC"命令加入第一個指定的信道并使用"ATA"命令加入其它信道，每一個命令僅限加入一個信道； (2) PAN (Personal Area Network,個人局域網)識別編號一個PAN中可含有許多實體電子棋盤終端，在一個PAN中的終端可以彼此傳送及接收數據，因此每個PAN都會指定一個識別編號以作區別。用戶必須在一個信道中選擇一個唯一的識別編號以避免混淆，且在此PAN中的裝置皆必須設定相同的PAN識別編號才能互相溝通。始用者可以使用"ATC"設定PAN識別編號；[0038] (3)裝置種類裝置種類共分三種協調器、路由器和終端，協調器用以控制整個PAN，路由器用以轉送及路由封包，延伸ZigBee網絡的規模，終端為ZigBee網絡的最終端節點。對于實體電子棋盤，Zigbee模塊必須被微處理器指定一個種類以達成后續運作所需，用戶可以通過"ATC"指定裝置的種類，比如設置成終端。 當完成以上三個參數的設定之后，Zigbee模塊便已具備啟動網絡的功能，用戶可以下達"ATN"命令已要求模塊進行啟動網絡的動作。Zigbee模塊在接收到命令后會依照本身的裝置種類試圖建立或加入網絡。在整個ZigBee網絡中，每種裝置的啟動有其先后順序的需求，協調器必須最早啟動，然后是路由器，最后是終端。每個裝置的三個參數必須在"ATN"命令執行前即已存在才能起作用。當"ATN"已執行并完成網絡的建立或加入后，設定這三個參數并不會有任何的改變，直到重新下達"ATN"命令時才有用。在"ATN"執行期間可能會發生網絡建立或加入失敗的情況，用戶必須重新使用"ATN"命令重新執行建立或加入的動作。 當模塊已加入網絡后，用戶可使用"ATW"命令將設定值儲存于Zigbee模塊的Flash閃存中。當下次斷電重起時，用戶無須再下達"ATN"命令，系統將會自動讀取之前的設定，并重新回到原本的網絡中，最后響應"OK"，請等待響應出現后再下達其它命令。當用戶只下達"ATC"及"ATW"命令但未下達"ATN"命令時，系統將于下次斷電重起時，自動組網并響應組網訊息，請等待組網響應出現后再下達其它命令。只要用戶曾經下達"ATW"命令，之后對設定值做任何的變動將自動儲存于Flash中，直到用戶下達"ATE"命令，取消記憶功能并清除Flash中的所有數據。 在網絡規劃及布建時，用戶應該利用模塊預先配置的唯 一 位置"ExtendedAddress"作為判斷，在微處理器的程序中設定終端的信息，以作為日后相互傳輸的依據。用戶可依照網絡規模的不同，做不同的規劃，如下所述 1.小規模網絡在簡單的小規模網絡中，每個終端都可以互相偵聽到對方信息，因此用戶可以直接使用extended address作為傳輸的目標位置，直接發送數據。因為使用extended address的封包并不具備路由的能力，所以一旦目標終端超出了無線訊號涵蓋的范圍，所有傳輸的數據都將無法被接收； 2.大規模網絡大規模網絡中終端所涵蓋的范圍將較為廣泛，因此為了延伸網絡的涵蓋范圍，則需要使用路由器協助轉發及路由封包，用戶必須知道目的地的網絡地址network address并使用網絡地址傳輸封包，才能在網絡中將封包路由到指定的目的地。[0044] 通過無線網絡傳輸數據，相對有線網絡簡單許多，但用戶將會面臨數據遺失的問題。在無線網絡中傳輸數據無法做到不遺失數據，因此重傳或使用ACK應答機制將有助于減少數據的遺失。用戶可以通過命令將封包送到指定的目的地，且傳輸端會等待接收端傳回的ACK應答數據。如果ACK數據在指定的時間內沒有回傳至實體電子棋盤的Zigbee模塊，則Zigbee模塊將會通知微處理器，微處理器可選擇重新傳輸封包或是不處理。使用封包傳輸模式，可以保證數據的送達，但相對的需要付出額外的時間等待ACK的回復。用戶可以使用"ATS"命令傳輸封包。 封包模式下傳輸的數據以"+++"作為結尾。Zigbee模塊會將所收到的數據完整的傳輸給微處理器，包含結尾的"+++"字符串。因考慮到不是所有的微處理器都隨時有足夠的時間及空間處理傳輸進來的封包，因此我們提供了額外的接收模式，將數據暫存于Zigbee模塊中等待微處理器來領取，包括無暫存模式和暫存模式兩種 1.無暫存模式在此模式下，所有模塊所接收到的數據，都將直接送往微處理器，
因此微處理器必需具備足夠的空間及時間處理這些數據。此模式為預設的模式，在模塊啟
動后如果用戶沒有修改模式，則模塊會直接使用此模式進行接收數據的。 2.暫存模式在此模式下，所有模塊接收到的數據都將暫存于Zigbee模塊之中。
微處理器可以使用"ATG"命令取得這些數據。每使用一次"ATG"命令，模塊取一筆數據，這
將有助于解決微處理器沒有足夠空間存放數據的問題。 用戶可通過"ATB"命令切換暫存模式或無暫存模式。 游戲服務器和無線協調器相連，可以是有線連接，也可以是無線通信。游戲服務器對本方的行棋數據進行分析、處理和存儲，并和對弈對方進行通信。游戲服務器可以僅是一臺能和對弈雙方進行數據通信的通用計算機。 游戲服務器和無線協調器的聯接，無線協調器和無線路由器的通信都為現有技術。游戲服務器的工作流程如圖4所示，游戲服務器開始時等待Zigbee模塊的連接，若未收到連接請求，則繼續等待。若收到連接請求，則在正常情況下沒有異常發生時，游戲服務器直接讀取棋盤狀態信息，并對信息進行存儲、分析和處理，并發送行棋指令或控制命令。若有異常發生，或長時間未收到行棋指令時，將詢問Zigbee模塊響應，并等待響應，若收到響應則接著讀取棋盤狀態信息，若仍未收到響應，則繼續詢問Zigbee模塊響應狀態。[0051] 以兩個實體電子棋盤終端A和B通過游戲服務器建立連接為例，包括以下步驟[0052] (2. 1)實體電子棋盤終端A發送和服務器的連接請求；[0053] (2. 2)實體電子棋盤終端A和服務器建立連接； (2. 3)實體電子棋盤終端A向服務器請求與實體電子棋盤終端B建立連接； (2.4)服務器向實體電子棋盤終端B發送建立連接請求，包含A的地址； (2. 5)實體電子棋盤終端B同意或者拒絕與電子棋盤終端A建立連接； (2. 6)服務器向電子棋盤終端A反饋電子棋盤終端B發送的信息； (2. 7)若兩者同意連接，電子棋盤終端A或B向服務器發送包含對方地址的數據； (2. 8)服務器向電子棋盤終端A或B發送包含對方地址的數據； (2.9)若某方要斷開連接，則向服務器發送斷開請求，含有A和B的地址信息； (2. 10)服務器收到某一方發來的斷開請求，斷開A和B的連接。 這種基于Zigbee的實體電子棋盤的網絡通信方法中電子棋盤和服務器的一次通
信包括以下步驟 (1)微處理器5監測電子棋盤實體4的狀態信息，將相關數據傳輸到Zigbee模塊6 ; (2) Zigbee模塊6通過天線9將數據無線傳輸至Zigbee網絡10 ;[0065] (3)若網絡中不存在路由器ll，數據通過Zigbee網絡10直接傳送至無線協調器1 ，若網絡中存在路由器11 ，數據先通過Zigbee網絡10傳送至路由器11 ，然后由路由器傳送至無線協調器1 ; (4)無線協調器1將收到的信號傳輸至游戲服務器2 ; (5)游戲服務器2對實體電子棋盤4的狀態信息進行分析、處理和存儲，將本方的行棋數據傳送給對弈對方；[0068] (6)對弈對方發送行棋指令給游戲服務器2 ; (7)游戲服務器2生成棋盤的控制命令，傳輸給無線協調器1 ; (8)若網絡中不存在路由器，數據通過無線協調器直接通過Zigbee網絡10由實
體電子棋盤終端3的天線9接收，進入Zigbee模塊6 ;若網絡中存在路由器ll，數據先通
過無線協調器1傳送至路由器ll，然后由路由器傳送至實體電子棋盤終端3的天線9，進入
Zigbee模塊6 ; (9) Zigbee模塊6將數據傳送到微處理器5 ; (10)微處理器5將相關控制命令發送給本方電子棋盤實體。 其中，對于異地對弈，對弈對方可以和本方一樣，通過對方的另一個電子棋盤終端和游戲服務器實現無線網絡通信，也可以通過傳統的電子棋盤進行有線通信，或者直接在計算機上下棋。另外，對弈雙方也可以在同一個電子棋盤上實現本地對弈，通過基于Zigbee的無線網絡通信方式，在游戲服務器上實現數據存儲。對于可以在棋盤上實現復盤的電子棋盤，也可以通過無線通信方式將數據返回到實體電子棋盤實現復盤。 以上所述，僅為本實用新型的優選實施例，并不能以此限定本實用新型實施的范圍，凡依本實用新型權利要求及說明書內容所作的簡單的變換，皆應仍屬于本實用新型覆蓋的保護范圍。
權利要求一種基于Zigbee的實體電子棋盤的網絡通信系統，包括無線收發Zigbee信號的無線協調器(1)和與之相連的游戲服務器(2)，其特征在于還包括至少一個實體電子棋盤終端(3)，所述實體電子棋盤終端(3)包括電子棋盤實體(4)、用于監測電子棋盤狀態和收發行棋指令的微處理器(5)、用于與游戲服務器通過Zigbee網絡(10)進行通信的Zigbee模塊(6)、用于存儲數據和程序的存儲器(7)、電源模塊(8)以及天線(9)，微處理器(5)與電子棋盤實體(4)和Zigbee模塊(6)分別相連，天線(9)和Zigbee模塊(6)相連。
2. 根據權利要求1中所述的基于Zigbee的實體電子棋盤的網絡通信系統，其特征在于還包括和無線協調器(1)、實體電子棋盤終端(3)進行通信的Zigbee無線路由器(11)。
3. 根據權利要求1中所述的基于Zigbee的實體電子棋盤的網絡通信系統，其特征在于所述電子棋盤實體(4)可以是電子象棋棋盤、電子國際象棋棋盤、電子圍棋棋盤、電子五子棋棋盤和電子跳棋棋盤。
4. 根據權利要求1中所述的基于Zigbee的實體電子棋盤的網絡通信系統，其特征在于所述游戲服務器(2)是一臺通用計算機，可以實現和對弈雙方的數據通信。
5. 根據權利要求1中所述的基于Zigbee的實體電子棋盤的網絡通信系統，其特征在于所述Zigbee模塊(6)采用JN5121-M0芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種基于Zigbee的實體電子棋盤網絡通信系統，包括無線收發Zigbee信號的無線協調器和與之相連的游戲服務器，還包括至少一個實體電子棋盤終端，所述實體電子棋盤終端包括電子棋盤實體、用于監測電子棋盤狀態和發送、接收行棋指令的微處理器、用于與游戲服務器通過Zigbee網絡進行通信的Zigbee模塊、用于存儲數據和程序的存儲器、電源模塊以及天線。本實用新型在任何Zigbee網絡覆蓋的區域都可以實現無線的對弈，本地對弈和異地對弈皆可。
文檔編號H04L29/06GK201479163SQ20092018721
公開日2010年5月19日 申請日期2009年8月28日 優先權日2009年8月28日
發明者季立, 王 鋒 申請人:蘇州翊高科技有限公司