CN101267376B - 一种用于扩展Zigbee网络的网关的数据传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于扩展Zigbee网络的网关及其数据传输方法，属于无线通信领域。本发明网关采用Zigbee协议标准，包含路由器(RD)和协调器(CD)，两者之间采用异步串行口建立数据连接；所述路由器和协调器分处于不同的Zigbee网络中，分别与各自网络的其他节点数据连接。上述网关的使用方法包括：协调器接收来自本网络的数据并将该数据转发给路由器，路由器将该数据发送至外部设备；路由器接收来自外部设备的数据并将该数据转发给协调器，协调器将该数据发送至本网络内部的设备。本发明可用于扩展Zigbee网络。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于扩展Zigbee网络的网关及其数据传输方法，属于无线通信领域。
背景技术
Zigbee(紫蜂技术)是一种新的短距离无线通讯技术，具有成本低、体积小和功耗低的优点，其工作在三个频段，它们分别是868MHz、915MHz和2.4GHz。其中2.4GHz为全球通用的工业、科学、医学(ISM)频段，在该频段上数据传输速率为250kbps，在此频段上组建无线个人区域网(WPAN)，具有安装容易，短距离通信，数据传输可靠等优点，是组建无线传感网络的首选技术之一。
出于扩展网络节点数量、组网层次和空间覆盖面的目的，经常需要整合两个不同的Zigbee网络，或者在已有的Zigbee网络的空间内添加一个新的Zigbee网络。实现上述目的一般的方法常常是借助第三方网络整合不同的网络接口，例如，采用GPRS或CDMA模块拓展网络。这些方法的缺点在于增加了网络种类，提高了网络的复杂度，增大了Zigbee网络开销，同时加大了成本。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种用于拓展Zigbee无线网络的网关及其数据传输方法。
本发明用于扩展Zigbee网络的网关符合Zigbee协议标准，包含路由器(Router Device，简称RD)和协调器(Coordinator Device，简称CD)，上述两者之间采用异步串行口建立数据连接；所述路由器和协调器分处于不同的Zigbee网络内，分别与各自网络的其他节点数据连接。
进一步，本发明网关中的路由器或协调器上设有三位拨码开关，拨码开关的开、关分别代表二进制的“0”、“1”值，通过对拨码开关值的读取来确定网络结构(即拓扑结构)，三位2进制数能够表示八种网络结构，这八种网络结构可以是符合Zigbee网络的任意的网络结构，由网络中路由节点和孩子节点的数目和网络深度来决定。
本发明用于扩展Zigbee网络的网关的数据传输方法包含下列步骤：
a)数据经网关流出本网络：
协调器接收来自本网络的数据并将该数据转发给路由器，路由器将该数据发送至外部设备；
b)数据经网关流入本网络：
路由器接收来自外部设备的数据并将该数据转发给协调器，协调器将该数据发送至本网络内部的设备。
进一步，协调器和路由器均只接收最新的数据。实现这个技术目标的方法为：
协调器或者路由器接收到数据包之后，解析协议帧数据，判断数据信息的命令字，如果数据包符合双方握手规则，则进行后续处理。
与现有技术相比，本发明网关采用双核网络设备以扩展网络容量。此网关分为两个部分，一个部分是一个Zigbee网络WPAN1的RD，另一部分是另一个Zigbee网络WPAN2的CD，两部分之间通过异步串口相连，从而在两个WPAN中协调处理不同网络的数据信息(附图1)，充分利用了设备的功能，提高了网络的节点容量；其通道选择灵活，可根据实际组网环境灵活配置；同时RD和CD均只接受最新的数据信息，大大节省了网络的流量开销。
附图说明
图1表示本发明网关在网络中的示意图
图2表示本发明网关流经数据的数据帧格式
图3表示本发明网关所在网络的典型网络拓扑图
其中，1-路由器(RD)；2-协调器(CD)；3-探测器(ED)
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本实施例网关(C/R)符合Zigbee2006协议标准，包含协调器(CD)和路由器(RD)，两者之间采用异步串行口建立数据连接；CD和RD分处于不同的WPAN内，与各自网络其他节点相连。
本实施例网关选择的器件是将普通的MCU(微处理器)和RF(射频)芯片有机结合在一起的SOC(System On Chip片上系统)器件，从而实现了RF任务对系统资源占用的最小化，最大程度的保证有限的MCU管理资源应用于维护Zigbee网络数据传输的实时性和可靠性。
为了保证C/R的转发效率和转发能力，网络中尽量传递有效的数据信息，也即最新的数据信息，从而达到了峰值为20.129kbps的转发速率。为了实现上述目的，本实施例的解决方案是：
C/R网关节点的任一侧设备收集本网络的数据帧(附图2)，解析协议帧数据，判断数据信息的命令字，对照既定的帧协议，倘若此消息数据为有效数据，则进行处理转发。为保证信息数据在跨越两个WPAN网络传输的过程中不丢失、不出错，两侧均在传输过程中实行“发送侧请求-接受侧应答-发送侧传输-接受侧校验-接受侧确认/请求重传”机制。
本实施例网关依据实际的需要可以灵活改变不同的网络架构，从而有效的控制了C/R的负荷。为了达到上述目的，本实施例采用如下解决方案：
通过在C/R网关节点的任一侧设备上加设三位的拨码开关，可以配置为8种网络的架构(即拓扑结构)，根据每一个实际地理环境的不同，改变不同的网络结构与之适应。
网络结构的更改，通过设置网络中路由节点和孩子节点的数目和网络深度来实现。比如规定，此网络深度(网络的层数)为5层，每层准许有6个路由节点(RD)，有10个孩子节点(探测器，简称ED)，则此网络的拓扑结构如图三。每一层将会按照即定的要求分配指定数量的RD和ED来组成网络。
本实施例网关按照下述方法工作：
网关收包过程：
1.CD设备收取来自ED的有效的数据包
2.RD设备转发数据包到不同的网路。
3.实现数据的流入
网关发包过程：
1.RD收取来自外网CD的有效数据包
2.CD转发至其下挂网络设备
3.实现数据的流出
Claims (5)
1.一种用于扩展Zigbee网络的网关的数据传输方法，所述网关采用Zigbee协议标准，所述网关包含路由器和协调器，两者之间采用异步串行口建立数据连接，所述路由器和协调器分处于不同的Zigbee网络中，分别与各自网络的其他节点数据连接，
所述数据传输方法包含下列步骤：
a)数据经网关流出本网络：
由所述协调器接收来自本网络的数据，将该数据转发给所述路由器；由所述路由器将该数据发送至外部设备；
b)数据经网关流入本网络：
由所述路由器接收来自外部设备的数据，将该数据转发给所述协调器；所述协调器将该数据发送至本网络内部的设备。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述协调器和所述路由器均只接收最新数据。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述协调器和所述路由器通过下述方法只接收最新的数据：
所述协调器或者所述路由器接收到数据包之后，解析协议帧数据，判断数据信息的命令字，如果数据包符合双方握手规则，则将该数据包认定为最新数据，进行后续处理。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述路由器和协调器在数据传输时均采用“发送侧请求-接受侧应答-发送侧传输-接受侧校验-接受侧确认/请求重传”机制。
5.如权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述Zigbee协议为Zigbee2006协议。
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