Zigbee定位組網系統及方法與流程

本發明涉及通信技術領域，特別涉及一種zigbee(紫蜂協議)定位組網系統及利用該zigbee定位組網系統實現的zigbee定位組網方法。

背景技術：

zigbee無線通信技術是一種低速率、低功耗、低成本的雙向無線通信網絡技術，可廣泛應用于各個行業監控、安全系統、傳感器傳輸網絡、智能家居控制等領域。它工作在868mhz、915mhz和2.4ghz三個頻段上，共有27個信道，通訊距離從標準的75m到幾百米、甚至上千米。其中，工作于2.4ghz頻段時提供250kbps的數據傳輸率，適用于高吞吐量、低延時或低作業周期的場合；工作于868/915mhz頻段時提供20kbps、40kbps的數據傳輸率，適用于低速率、高靈敏度和大面積的場合。

zigbee協議棧是基于標準的七層開放式系統互聯(osi)模型，但僅對那些涉及zigbee的層給予定義。ieee(電氣和電子工程師協會)802.15.4-203標準定義了物理層(phy)和介質接入控制子層(mac)；zigbee聯盟提供了網絡層(nwk)和應用層(apl)框架的設計。其中應用層的框架包括應用支持子層(aps)、zigbee設備對象(zdo)和由制造商制定的應用對象。zigbee協議棧的每一層為其上層提供一組特定的服務：一個數據實體提供數據傳輸服務，一個管理實體提供其他全部服務。每個服務實體通過一個服務接入點(sap)為其上層提供服務結構，并且每個sap提供了一系列的基本指令來完成相應的功能。

基于zigbee協議棧的定位網絡由三種設備節點組成：中心節點、參考節點和終端標簽。中心節點是網絡的發起者和組織者；參考節點負責網絡內信息幀的路由并提供定位點的參考坐標；終端標簽則是需要定位的移動個體。標簽的信號廣播后被參考節點接收并根據信號強度轉換為距離信息，該距離 信息隨后附加參考節點的id(身份標識)信息都反饋到標簽。周期時間內，標簽對比接收到的各個參考節點的距離信息，進行排序后將距離最近的參考節點信息發到中心節點。中心節點匯總所有標簽的信息并傳遞到后臺web(萬維網)服務器上，根據參考節點的坐標和到標簽的距離在2d(二維)位置圖中標記出位置。

上述三種設備節點組成的網絡可以有3種不同的網絡結構類型分別是：星型結構、樹形結構和網狀結構。這些網絡結構在zstack協議棧(針對zigbeepro協議)版本2.5.1a中已定義，只要修改宏即可調用，但是通過測試得到的結果是星型結構，樹形結構和網狀結構，其效果全部類似網狀結構。

另一種可能遇到的實際情況是：通過自定義網絡類型將參考節點排除出組網流程，使標簽只與中心節點組網，從而形成特定的節點與標簽定位。只要標簽組到中心節點的網絡內，中心節點就上報定位數據，這種網絡類型類似星型結構。

上面的這些情況可通過修改網絡結構類型來加以控制。在zstack協議棧中，組網都是通過信標發起的。信標由主協調器的mac層生成，并向網絡中的所有從設備發送，以保證各從設備與主協調器同步，使網絡運行的成本最低，即采用信標網絡通信，可減少從設備的功耗，保證正常的通信。

通常設備中的mac層服務數據單元(msdu)包括超幀格式、未處理事務地址格式、地址列表能及信標載荷。如果在msdu前面，加上mac層幀頭(mhr)，在msdu結尾后面，加上幀尾(mfr)，則mhrmsdu和mfr共同構成了mac層信標幀(即mac層協議數據單元—mpdu)，其中，mhr包括mac幀的控制字段、信標序列碼(bsn)以及尋址信息；mfr包含16位幀校驗序列(fcs)。

在mac層生成的mac層信標作為物理層信標包的載荷(psdu)發送到物理層。同樣，在psdu前面，需要加上一個同步幀頭(shr)和一個物理層幀頭(phr)，其中，shr包括前同步幀序列和幀起始定界符(sfd)；phr中包含有psdu長度的信息。使用前同步碼序列的目的是使從設備與主 協調器達到符號同步，因此，shr、phr以及psdu共同構成了物理層的信標包(ppdu)。

通過上述過程，最終在phy層就形成了網絡信標幀，一個幀信號在mac層和phy層分別都要加上所對應層的幀頭和幀尾，最后在phy層形成相應的幀信號。

現有技術中，通過組網完成后再進行調整的方法也能實現特定的網絡結構類型，比如當前網絡不需要參考節點，而參考節點已經組到了網絡里，那么就必須定義通信規則，使中心節點通知參考節點脫離。但是，這種方法實現起來易出問題也麻煩。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中通過組網完成后再進行調整以實現特定的網絡結構類型的方式導致該方法實現起來麻煩且易出問題的缺陷，提供一種zigbee定位組網系統及方法。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：

本發明提供一種zigbee定位組網系統，其包括一個作為中心節點的組網設備，其特點在于，該作為中心節點的組網設備用于廣播發送一信標以組網，該信標包括該組網的網絡結構類型的字節信息；

作為參考節點的組網設備用于在接收到該信標時進行解析，當該字節信息中的網絡結構類型需要參考節點時，則該作為參考節點的組網設備加入該作為中心節點的組網設備所在網絡中，否則該作為參考節點的組網設備不加入該網絡；

作為定位標簽的組網設備用于在接收到該信標時進行解析，當該字節信息中的網絡結構類型需要定位標簽時，則該作為定位標簽的組網設備加入該網絡中，否則該作為定位標簽的組網設備不加入該網絡。

較佳地，該字節信息為stackprofile(棧配置)字節。因為zstack協議棧代碼是半開源，所以只能對已經封裝好的信標進行改造。在已經封裝的信 標中stackprofile這個字節是用于定義網絡類型的，而實際情況中這個字節基本不起作用，因此修改此字節沒有副作用。

本發明還提供一種zigbee定位組網方法，其特點在于，其利用上述的zigbee定位組網系統實現，該zigbee定位組網方法包括以下步驟：

該作為中心節點的組網設備廣播發送一信標以組網，該信標包括該組網的網絡結構類型的字節信息；

作為參考節點的組網設備在接收到該信標時進行解析，當該字節信息中的網絡結構類型需要參考節點時，則該作為參考節點的組網設備加入該作為中心節點的組網設備所在網絡中，否則該作為參考節點的組網設備不加入該網絡；

作為定位標簽的組網設備在接收到該信標時進行解析，當該字節信息中的網絡結構類型需要定位標簽時，則該作為定位標簽的組網設備加入該網絡中，否則該作為定位標簽的組網設備不加入該網絡。

較佳地，該字節信息為stackprofile字節。

在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本發明各較佳實例。

本發明的積極進步效果在于：

本發明通過修改zstack協議棧代碼，發起組網的信標，指示所需要的網絡結構類型，其他組網的組網設備通過接收到的信標判斷自身設備是否需要組進此網絡中，從而形成需要的網絡結構類型，相對于組網完成后再進行調整以實現特定的網絡結構類型的方式，本發明實現起來更高效、不易出問題。

附圖說明

圖1為本發明較佳實施例的zigbee定位組網系統中中心節點廣播信標的示意圖。

圖2為本發明較佳實施例的zigbee定位組網系統中中心節點與定位標簽完成組網的示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。

如圖1和2所示，本實施例提供一種zigbee定位組網系統，其包括一個作為中心節點的組網設備，該作為中心節點的組網設備用于廣播發送一信標以組網，該信標包括該組網的網絡結構類型的stackprofile字節；

作為參考節點的組網設備用于在接收到該信標時進行解析，當該字節信息中的網絡結構類型需要參考節點時，則該作為參考節點的組網設備加入該作為中心節點的組網設備所在網絡中，否則該作為參考節點的組網設備不加入該網絡；

作為定位標簽的組網設備用于在接收到該信標時進行解析，當該字節信息中的網絡結構類型需要定位標簽時，則該作為定位標簽的組網設備加入該網絡中，否則該作為定位標簽的組網設備不加入該網絡。

本實施例還提供一種zigbee定位組網方法，其利用上述的zigbee定位組網系統實現，該zigbee定位組網方法包括以下步驟：

該作為中心節點的組網設備廣播發送一信標以組網，該信標包括該組網的網絡結構類型的字節信息；

作為參考節點的組網設備在接收到該信標時進行解析，當該字節信息中的網絡結構類型需要參考節點時，則該作為參考節點的組網設備加入該作為中心節點的組網設備所在網絡中，否則該作為參考節點的組網設備不加入該網絡；

作為定位標簽的組網設備在接收到該信標時進行解析，當該字節信息中的網絡結構類型需要定位標簽時，則該作為定位標簽的組網設備加入該網絡中，否則該作為定位標簽的組網設備不加入該網絡。

以實際定位系統中遇到的特定的定位節點為例：在實際定位時，可能存在不需要參考節點，而只需要定位標簽組到中心節點下即可定位的網絡結構類型。

從圖1中可以看出中心節點作為主協調器，廣播發送信標，信標里包含stackprofile這個字節的信息，用以確定主協調器需要建立的網絡結構類型。當參考節點和定位標簽接收到信標后進行解析，當解析到stackprofile這個字節時，各個設備就可以確定自身是否能夠加入到當前中心節點建立的網絡。

比如，當前的網絡結構不需要參考節點，那么當前網絡結構就會形成如圖2所示，參考節點不會繼續組網，轉而需找下一個網絡。當參考節點找到下一個網絡后繼續通過信標解析stackprofile字節，如果這個字節是允許參考節點加入的，那么參考節點就可以加入網絡內，否則，繼續尋找網絡。

至于另一個設備：定位標簽，當其找到當前網絡后，解析完stackprofile字節獲悉可以加入這個網絡，那么即宣布組網成功，中心節點和定位標簽可以通信交換信息。

通過其他方法也能實現特定的網絡結構類型，但是那樣的實現是通過組網完成后再進行的調整，比如當前網絡不需要參考節點，而參考節點已經組到了網絡里，那么就必須定義通信規則，使中心節點通知參考節點脫離。這種方法實現起來易出問題也麻煩。而通過本發明信標的方法，可以更高效地實現，也不易出問題。

雖然以上描述了本發明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護范圍。