CN102638784A - 一种企业级ZigBee网络无缝漫游方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种企业级ZigBee网络无缝漫游方法，包括下列步骤：S1：将企业级无线传感网络预覆盖的范围进行ZigBee网络的划分和网络配置，并对每一个ZigBee网络的各个网络接收器和激励器分别设置相应的装置标识信息，所述网络配置包括对每一ZigBee网络分配一对应的网络标识，在所述上位机中至少保存各个ZigBee网络的网络标识及所在该网络的装置标识信息；S2：当所述终端标签触发激励器时，所述终端标签通过其原所在ZigBee网络的网络会聚器将包括所述激励器的装置标识信息在内的信息上传至上位机；S3:上位机接收所述信息，判断该激励器所在的ZigBee网络和所述终端标签原所在的ZigBee网络是否为同一网络，若否，进行终端标签的网络切换。

Description

一种企业级ZigBee网络无缝漫游方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于激励器技术的企业级ZigBee网络无缝漫游方法及系统。

 

背景技术

企业级无线传感网络在安防、医疗等行业得到广泛应用，其实现的功能也越发得到人们的认可，从而成为各行业的重要管理工具。企业级无线传感器网络的具体应用包括导航、地域性的广告、库存管控、监狱监控、博物馆导览、以及医院婴儿防盗等。基于无线传感网的应用是一个构建于感知物联网的信息监控平台，融合了各种定位技术、无线通讯技术。基于企业级无线传感器网络技术的空间分析功能，可以对人或物体进行的行为进行有效分析，从而实现科学合理的监控调度管理和防盗管理，提高管理效率和管理安全性。

由上可知，ZigBee技术是无线传感器网络重要的支撑技术，具有极其广泛的应用。ZigBee技术则是一种近距离、低功耗、低数据传输率、低成本的双向无线通信技术，可以嵌入到各种设备中。将ZigBee技术应用与无线传感网络中成为现今研究的一个重点，而如何充分扩大其实际应用的能力更是成为当今研究发展的主流。

ZigBee网络一般包括三类节点：网关节点（网络会聚器）、参考节点（网络接收器）和触发节点（激励器）。网关节点（网络会聚器）主要用于ZigBee网络组网和局域网通信；参考节点（网络接收器）的位置是固定的，坐标是已知的。在zigbee网络中活动的盲节点（终端标签）是活动的，位置是随机的，需要利用无线网络和已知参考节点（网络接收器）的信息， 计算得出盲节点（终端标签）的大概位置；触发节点（激励器）是网络切换的标志，主要用于判断网络是否需要切换，是实现网络切换的关键要素。

理论上，一个ZigBee网络最多可以容纳65000个节点，且所有节点均可以正常工作、安全可靠，但是在实际运用中，常会存在数据丢失现象，大大降低了网络的稳定性。而且最重要的是，随着企业级无线传感器网络技术的推广，与其在实际应用中的成果，人们越来越关注网络的安全性、可靠性、 稳定性。

若企业级无线传感网络中运用单个ZigBee网络可能存在以下缺点：（1）网络节点过多，同频段的节点在发送数据时会产生节点碰撞，易产生数据延迟等现象；（2）网络节点过多，自组网的组网深度不易控制，网络带宽不够，可能会存在通讯延迟和数据丢失等现象，大大降低了网络的稳定性、可靠性；（3）网络节点过多，网络过于庞大，造成系统逻辑管理不方便；（4）单个网络中，有效可靠的网络节点数远不能满足实际应用需要。

 

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明公开了一种企业级ZigBee网络无缝漫游方法及系统，其可以突破网络节点数的限制，可无限扩大网络节点容量，且可保证信号质量。

本发明的技术方案如下：

一种企业级ZigBee网络无缝漫游方法，包括下列步骤：

S1：将企业级无线传感网络预覆盖的范围进行ZigBee网络的划分和网络配置，后将各个ZigBee网络通过其对应的网络会聚器连接到上位机，并对每一个ZigBee网络的各个网络接收器和激励器分别设置相应的装置标识信息，所述网络配置包括对每一ZigBee网络分配一对应的网络标识，在所述上位机中至少保存各个ZigBee网络的网络标识及所在该网络的装置标识信息；

S2：当所述终端标签触发激励器时，所述终端标签通过其原所在ZigBee网络的网络会聚器将包括所述激励器的装置标识信息在内的信息上传至上位机；

S3: 上位机接收所述信息，从中解析出所述激励器的装置标识信息，再获得所述激励器所在的ZigBee网络的网络标识，判断该激励器所在的ZigBee网络和所述终端标签原所在的ZigBee网络是否为同一网络，若否，进行终端标签的网络切换。

较佳地，所述终端标签的网络切换进一步包括：

上位机控制激励器所在的ZigBee网络对应的网络会聚器向终端标识发送命令，将终端标签原所在的ZigBee网络信息修改为激励器所在的ZigBee网络信息。

较佳地，步骤S1中“对每一个ZigBee网络的各个网络接收器和激励器分别设置相应的装置标识信息”包括设置各个激励器的标识号及该激励器所在的ZigBee网络信息；

步骤S3中上位机是通过S1中预存储的激励器标识号及所属ZigBee网络信息的对应关系，找到解析出来的激励器所在的ZigBee网络。

较佳地，步骤S1中“对每一个ZigBee网络的各个网络接收器和激励器分别设置相应的装置标识信息”包括设置各个激励器的位置坐标信息及该激励器所在的ZigBee网络信息；

步骤S3中上位机是通过S1中预存储的激励器位置坐标信息及所属ZigBee网络信息的对应关系，找到解析出来的激励器所在的ZigBee网络，并判断出终端标签的位置信息。

较佳地，还包括上位机通过激励器的位置坐标信息得到终端标签的该时刻的当前位置信息；且通过终端标签该时刻的当前位置信息和其该时刻之前的位置信息进行比对，预估出终端标签的运动轨迹。

一种企业级ZigBee网络无缝漫游系统，包括上位机、至少两个ZigBee网络、至少一个终端标签；

每一ZigBee网络进一步包括：网络会聚器、若干个网络接收器、若干个激励器；其中：

网络会聚器，用于ZigBee网络组网和局域网通信；

网络接收器，用于接收终端标签的信号，并形成ZigBee网络的网络路由节点，以便传输数据和计算终端标签的位置坐标；

激励器，用于判断ZigBee网络是否需要切换； 

各个ZigBee网络通过其对应的网络会聚器连接到上位机；

每一个ZigBee网络的各个网络接收器和激励器分别设置相应的装置标识信息；每一ZigBee网络对应分配一对应的网络标识；

所述上位机，进一步包括：

数据存储单元，用于存储包括各个ZigBee网络的网络标识及所在该网络的装置标识信息在内的数据信息；

控制切换单元，用于从上述数据存储单元的存储信息中解析出激励器的装置标识信息，再获得所述激励器所在的ZigBee网络的网络标识；并用于控制终端标签ZigBee网络的切换。

较佳地，每一个ZigBee网络对应企业级无线传感网络预覆盖范围内的一个建筑物单元。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明采用多个ZigBee网络（每一ZigBee网络对应一建筑物单元），且各个网络之间可以实现迅速切换，每一ZigBee网络均包括多个有效节点，其带来了如下好处：

第一，由于避免了仅通过单个ZigBee网络提供节点，本发明同频段的节点在发送数据时不易产生数据延迟等现象。

第二，本发明中自组网的组网深度容易控制，能够满足网络带宽要求，大大提高了网络的稳定性、可靠性。

第三，本发明的ZigBee网络逻辑管理方便。

第四，本发明的有效节点数由多个ZigBee网络提供，可以满足实际应用需要。

 

附图说明

图1为本发明具体实施例一种企业级ZigBee网络无缝漫游方法的流程图；

图2为本发明具体实施例建筑物单元的ZigBee网络配置方式；

图3为本发明具体实施例一种企业级ZigBee网络无缝漫游方法的实施示意图；

图4为图3实施例ZigBee网络间的切换流程图。

具体实施方式

下方结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述：

通常，一个ZigBee网络中包括三类节点：网关节点（网络会聚器）、参考节点（网络接收器）和触发节点（激励器）。网关节点（网络会聚器），用于ZigBee网络组网和局域网通信；参考节点（网络接收器），用于接收终端标签的信号，并形成ZigBee网络的网络路由节点，以便传输数据和计算终端标签的位置坐标；触发节点（激励器），用于判断ZigBee网络是否需要切换以及判断终端坐标的运动方向。在一个ZigBee网络中至少需要一个网络会聚器、多个网络接收器和多个激励器。并且，该些的位置设置一般都是固定的，坐标是已知的。

在zigbee网络中，盲节点（终端标签）是活动的，位置是随机的，需要利用无线网络和已知参考节点（网络接收器）的信息， 计算得出盲节点（终端标签）的大概位置；触发节点（激励器）是网络切换的标志，主要用于判断网络是否需要切换，是实现网络切换的关键要素。

本实施例的ZigBee通信模块均采用频段为2.4GHz的CC2530的芯片，该芯片本身资源丰富，且成本低、功耗低，非常适用于无线传感网络。为解决高频定位易产生标签遮挡的现象，本实施例的终端标签、激励器均采用125KHz低频触发模块、2.4GHz ZigBee通信模块组成，ZigBee通信模块仅用于网络组网，125KHz低频触发模块用于信号触发、接收。终端标签的低频触发模块用于发射信息，激励器的低频触发模块用于接收信号，形成一呼一应的无线通信模式。

在本实例中，按照企业级无线传感网络的位置信息、环境情况等，可以将预覆盖的范围划分为至少两个ZigBee网络，每个网络中配置至少一个网络会聚器、多个网络接收器和多个激励器。划分可以根据建筑物单元来划分，例如根据楼层来划分，比如，每一楼层为一个ZigBee网络，或者当一个建筑物的楼层不高但是建筑物较分散来看，可以按照建筑物来设置ZigBee网络：比如一个建筑物设置一ZigBee网络或若干个ZigBee网络。网络会聚器、多个网络接收器和多个激励器的设置可以按照装置所能覆盖的范围以准来设置，以保证整个企业级无线传感网络预覆盖的范围无信息收发盲点。

如图1，一种企业级ZigBee网络无缝漫游方法，包括下列步骤：

S1：将企业级无线传感网络预覆盖的范围进行ZigBee网络的划分和网络配置，后将各个ZigBee网络通过其对应的网络会聚器连接到上位机，并对每一个ZigBee网络的各个网络接收器和激励器分别设置相应的装置标识信息，所述网络配置包括对每一ZigBee网络分配一对应的网络标识，在所述上位机中至少保存各个ZigBee网络的网络标识及所在该网络的装置标识信息。

本实施例中，“将企业级无线传感网络预覆盖的范围进行ZigBee网络的划分和网络配置”指将企业级无线传感网络预覆盖范围内的建筑物按建筑物单元配置不同的ZigBee网络，每一个ZigBee网络对应一个网络标识。

其中，一个建筑物单元可以是每栋建筑物的一个楼层，或者也可以是一个建筑群中每栋建筑物。如图2，一个建筑物单元是一栋建筑物的一个楼层，按照覆盖范围内的建筑物的楼层分别配置不同的ZigBee网络：ZigBee1、ZigBee2、……、ZigBeeN。

“对每一个ZigBee网络的各个网络接收器和激励器分别设置相应的装置标识信息，所述网络配置包括对每一ZigBee网络分配一对应的网络标识”在本实施例中指对每一个ZigBee网络的各个网络接收器和各个激励器分别设置对应的标识信息（如ID号），以分别形成网络接收器、激励器的唯一标识，并将该些信息存储在上位机的数据库中。所述表格至少包括对应ZigBee网络中的所有网络接收器和激励器的ID、当前所处的位置坐标以及对应ZigBee网络的网络标识（比如：网络号）。

以下就简单介绍一下终端标签在企业级无线传感网络预覆盖的范围内进行无缝连接的一个过程：

S2：当所述终端标签触发激励器时，所述终端标签通过其原所在ZigBee网络的网络会聚器将包括所述激励器的装置标识信息在内的信息上传至上位机。

S3: 上位机接收所述信息，从中解析出所述激励器的装置标识信息，再获得所述激励器所在的ZigBee网络的网络标识，判断该激励器所在的ZigBee网络和所述终端标签原所在的ZigBee网络是否为同一网络，若否，进行终端标签的网络切换。

其中，所述终端标签的网络切换进一步包括：

上位机控制激励器所在的ZigBee网络对应的网络会聚器向终端标识发送命令，将终端标签原所在的ZigBee网络信息修改为激励器所在的ZigBee网络信息。

步骤S3还可以在终端标签的网络切换完成后，通过激励器所在的ZigBee网络的网络会聚器对终端标签进行二次读取，把读取的结果返回上位机；上位机判断终端标签的返回信息对应的ZigBee网络信息是否与激励器所在的ZigBee网络信息一致，若一致，则表示切换成功；若不一致，要再实施一次切换操作。

步骤S3中，“上位机接收所述信息，从中解析出所述激励器的装置标识信息，再获得所述激励器所在的ZigBee网络的网络标识”指上位机通过激励器的装置标识信息找到其所属ZigBee网络，其有很多具体实施方式。如通过激励器的标识号找到其所属ZigBee网络，其对应的相关步骤如下：

步骤S1中“对每一个ZigBee网络的各个网络接收器和激励器分别设置相应的装置标识信息”包括设置各个激励器的标识号及该激励器所在的ZigBee网络信息。

步骤S3中上位机是通过S1中预存储的激励器标识号及所属ZigBee网络信息的对应关系，找到解析出来的激励器所在的ZigBee网络。

或者通过激励器的位置坐标信息也可以找到其所属ZigBee网络，其对应的相关步骤如下：

步骤S1中“对每一个ZigBee网络的各个网络接收器和激励器分别设置相应的装置标识信息”包括设置各个激励器的位置坐标信息及该激励器所在的ZigBee网络信息。

步骤S3中上位机是通过S1中预存储的激励器位置坐标信息及所属ZigBee网络信息的对应关系，找到解析出来的激励器所在的ZigBee网络，并判断出终端标签的位置信息。

上位机通过激励器的位置坐标信息得到终端标签的该时刻的当前位置信息；且通过终端标签该时刻的当前位置信息和其该时刻之前的位置信息进行比对，预估出终端标签的运动轨迹，从而上位机可以完成终端标签的定位、运动方向判断等操作。

对应上述方法，本发明公开一种企业级ZigBee网络无缝漫游系统，包括上位机、至少两个ZigBee网络、至少一个终端标签；

每一ZigBee网络进一步包括：网络会聚器、若干个网络接收器、若干个激励器；其中：

网络会聚器，用于ZigBee网络组网和局域网通信；

网络接收器，用于接收终端标签的信号，并形成ZigBee网络的网络路由节点，以便传输数据和计算终端标签的位置坐标；

激励器，用于判断ZigBee网络是否需要切换； 

各个ZigBee网络通过其对应的网络会聚器连接到上位机；

每一个ZigBee网络的各个网络接收器和激励器分别设置相应的装置标识信息；每一ZigBee网络对应分配一对应的网络标识；

所述上位机，进一步包括：

数据存储单元，用于存储包括各个ZigBee网络的网络标识及所在该网络的装置标识信息在内的数据信息；

控制切换单元，用于从上述数据存储单元的存储信息中解析出激励器的装置标识信息，再获得所述激励器所在的ZigBee网络的网络标识；并用于控制终端标签ZigBee网络的切换。

其中，每一个ZigBee网络对应企业级无线传感网络预覆盖范围内的一个建筑物单元。

图3为本发明具体实施例一种企业级ZigBee网络无缝漫游方法的实施示意图。其是本发明应用在医院信息系统里的一个例子。上位机400与医院的局域网500连接。各个楼层的zigbee网络通过其各自的网络会聚器200连接到医用局域网500上。在每个楼层楼梯间的入口处安装激励器300，该处的激励器300主要用于楼层识别、网络切换。建筑内部的所有房间门口的内外墙壁上也会安装激励器，该处的激励器主要用于判断终端标签的进门、出门事件，提高系统可靠性。房间四周墙角上也会分别安装网络接收器100，网络接收器主要用于接收终端标签的信号，并形成ZigBee网络的网络路由节点，以便传输数据和计算终端标签的位置坐标。网络会聚器200则是与ZigBee网络一一对应，每个楼层安装一个。

图4详细表示了图3实施例ZigBee网络间的切换流程：

A1:终端标签触发某激励器。

A2:报文上传至上位机。

A3:通过报文信息可知道当前终端标签所在的网络楼层对应的网络号。

A4:通过激励器的ID去数据库中查找该激励器的信息。

A5:找出该激励器所在的网络楼层对应的网络号。

A6:判断激励器所在网络与终端标签实际网络是否一致。

A7:如不一致，下发切换网络报文，让终端标签将网络切换到激励器所触发的网络楼层。

A8:如一致，进行普通的触发操作，进出区域管理。

本发明应用方便，准确度高，实用性强，可广泛应用于各种企业级ZigBee网络中。且本实施例的激励器技术也可广泛用于室内定位系统中，该技术不只可以帮助系统有效、快速地切换网络，还可以根据信号触发的先后顺序，准确地判断终端标签的行为方向。如：激励器可分别是安装在房间门口的内、外墙壁上，双重的激励触发，可以有效判断终端标签的进门、出门事件，达到定位区域圈定的效果。最后，通过参考节点的坐标及与终端标签信号交互的强弱，计算得出终端标签的具体位置坐标，实现定位追踪管理。

本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种企业级ZigBee网络无缝漫游方法，其特征在于，包括下列步骤：

S1：将企业级无线传感网络预覆盖的范围进行ZigBee网络的划分和网络配置，后将各个ZigBee网络通过其对应的网络会聚器连接到上位机，并对每一个ZigBee网络的各个网络接收器和激励器分别设置相应的装置标识信息，所述网络配置包括对每一ZigBee网络分配一对应的网络标识，在所述上位机中至少保存各个ZigBee网络的网络标识及所在该网络的装置标识信息；

S2：当所述终端标签触发激励器时，所述终端标签通过其原所在ZigBee网络的网络会聚器将包括所述激励器的装置标识信息在内的信息上传至上位机；

S3: 上位机接收所述信息，从中解析出所述激励器的装置标识信息，再获得所述激励器所在的ZigBee网络的网络标识，判断该激励器所在的ZigBee网络和所述终端标签原所在的ZigBee网络是否为同一网络，若否，进行终端标签的网络切换。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述终端标签的网络切换进一步包括：

上位机控制激励器所在的ZigBee网络对应的网络会聚器向终端标识发送命令，将终端标签原所在的ZigBee网络信息修改为激励器所在的ZigBee网络信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤S1中“对每一个ZigBee网络的各个网络接收器和激励器分别设置相应的装置标识信息”包括设置各个激励器的标识号及该激励器所在的ZigBee网络信息；

步骤S3中上位机是通过S1中预存储的激励器标识号及所属ZigBee网络信息的对应关系，找到解析出来的激励器所在的ZigBee网络。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤S1中“对每一个ZigBee网络的各个网络接收器和激励器分别设置相应的装置标识信息”包括设置各个激励器的位置坐标信息及该激励器所在的ZigBee网络信息；

步骤S3中上位机是通过S1中预存储的激励器位置坐标信息及所属ZigBee网络信息的对应关系，找到解析出来的激励器所在的ZigBee网络，并判断出终端标签的位置信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

还包括上位机通过激励器的位置坐标信息得到终端标签的该时刻的当前位置信息；且通过终端标签该时刻的当前位置信息和其该时刻之前的位置信息进行比对，预估出终端标签的运动轨迹。

6.一种企业级ZigBee网络无缝漫游系统，其特征在于，包括上位机、至少两个ZigBee网络、至少一个终端标签；

每一ZigBee网络进一步包括：网络会聚器、若干个网络接收器、若干个激励器；其中：

网络会聚器，用于ZigBee网络组网和局域网通信；

网络接收器，用于接收终端标签的信号，并形成ZigBee网络的网络路由节点，以便传输数据和计算终端标签的位置坐标；

激励器，用于判断ZigBee网络是否需要切换； 

各个ZigBee网络通过其对应的网络会聚器连接到上位机；

每一个ZigBee网络的各个网络接收器和激励器分别设置相应的装置标识信息；每一ZigBee网络对应分配一对应的网络标识；

所述上位机，进一步包括：

数据存储单元，用于存储包括各个ZigBee网络的网络标识及所在该网络的装置标识信息在内的数据信息；

控制切换单元，用于从上述数据存储单元的存储信息中解析出激励器的装置标识信息，再获得所述激励器所在的ZigBee网络的网络标识；并用于控制终端标签ZigBee网络的切换。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

每一个ZigBee网络对应企业级无线传感网络预覆盖范围内的一个建筑物单元。

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