CN104851274A - 一种WiFi、ZigBee和服务器的物联网设计方案 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物联网技术领域的解决方案，其中包括基于智能操作系统的WiFi+ZigBee混合型智能路由器、ZigBee组网、WiFi网络、服务器和用户手机或平板电脑app端、智能手表端、电脑PC端或笔记本端等等的设计方案。智能路由器由WiFi+ZigBee和智能操作系统构成，智能操作系统（也可称物联网操作系统）可以是OpenWrt、Android、Mybed OS或Windows 10等等系统。ZigBee组网基于IEEE802.15.4国际标准，WiFi网络基于IEEE 802.11国际标准。智能路由器与服务器之间 基于HTTP/Socket/XMPP等通讯协议，采用网线或者WiFi、GSM、3G/4G等上网通讯方式。用户端包括手机或平板类、电脑或笔记本类、智能手表等等设备，服务器与用户端通讯可以采用网线类有线通讯，也可以采用WiFi、GSM、3G/4G等无线上网通讯方式，基于HTTP/Socket/XMPP等通讯协议实现。

Description

一种WiFi、ZigBee和服务器的物联网设计方案

技术领域

本发明涉及一种物联网技术领域的解决方案，其中包括基于智能操作系统的WiFi+ZigBee混合型智能路由器、ZigBee组网、WiFi组网、服务器和用户手机或平板电脑app端、电脑PC端或笔记本端等等的设计方案。

背景技术

WiFi作为一种无线上网方式，以IEEE 802.11标准为依据得到了广泛应用，可以用于手机、电脑PC、笔记本、平板电脑、以及电子设备的上网；ZigBee协议基于IEEE802.15.4标准，具有小范围组网、低功耗通讯的特点，适用于小范围设备组网、通讯速度要求不高，且要求多点通讯与控制的场合。服务器是能够使得手机、电脑等终端设备，通过网络实现数据交换的设备。

WiFi具有高速通讯（兆/s级别无线通讯），一般WiFi的通讯距离是100米左右，但WiFi高速的通讯同时伴随着高功耗、接入终端一般不超过30个终端的缺点，因为过多的接入终端会影响手机或电脑等要求高速设备的上网速度。ZigBee具有低功耗，接入设备理论值可达65000个终端的特点，每个终端距离可达100米左右，因此可以实现基于ZigBee的网络通过ZigBee路由器(Router)组建大范围的局域网，但是ZigBee属于局域网，不能实现仅凭借ZigBee的internet上网，从而带来ZigBee网络远距离监测与控制的局限性。目前虽然有部分研究成果实现了WiFi+Zigbee的路由器，但是仅凭借WiFi+Zigbee简单的设计一个路由器，不配合相应的云端服务器，只能够实现WiFi范围内部局域网手机与平板通过app或者PC与笔记本等的WiFi内网监测，如果基于Socket协议通过计算机实现internet简单的数据交互，没有云端服务器的中转与数据处理，也是对于用户没有很大的应用价值，因为多终端、多WiFi+ZigBee路由器需要通过云端的服务器才能更准确、可靠实现复杂的终端设备的管理。WiFi+ZigBee混合型路由器设计虽然扩展了WiFi连接终端设备的数量（通过ZigBee连接终端，再发给WiFi），但是，WiFi部分通过简单的固件程序实现，因为不具有智能操作系统，从而不具有通过手机app、平板app、电脑PC、笔记本等设备管理路由器中程序的功能，这导致了当前WiFi+ZigBee路由器不具有智能化功能。而现有的基于WiFi的智能路由器，又不具有ZigBee功能，由于WiFi协议目前不能实现超过30个终端设备的接入，故基于WiFi的智能路由器接入终端设备点数受限。

综上所述，目前物联网现有技术方案存在三个典型缺点，即基于WiFi的智能路由器连接终端受限问题；基于ZigBee组网不能上internet难以实现远程监测与控制问题；基于WiFi+ZigBee路由器缺乏智能操作系统问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种新的、基于智能操作系统(也可称为物联网操作系统)的、包含WiFi与Zigbee两种互联网技术及协议且可实现WiFi与Zigbee两者互通的WiFi+ZigBee智能路由器综合技术解决方案。该方案可通过与服务器相结合，从而实现用户终端与物联网终端间、用户终端与用户终端间、物联网与物联网终端间的信息传递及互动。

本发明的技术问题通过以下技术方案加以解决:

基于智能操作系统的WiFi+ZigBee智能路由器与服务器相结合方案，所述过程包括五个部分，即基于智能操作系统的WiFi+ZigBee智能路由器、服务器、ZigBee网络、WiFi网络、用户端。

上述五部分中，基于智能操作系统的WiFi+ZigBee智能路由器，智能操作系统（物联网操作系统）可以是OpenWrt、Android、Mybed OS、Windows系列等主流操作系统及其升级或衍生系统。

带有上述智能操作系统的路由器可通过手机、平板、PC机、笔记本电脑及智能手表等具有网络接入功能及网络配置、管理功能的设备对WiFi与ZigBee网络进行配置、调节及管理，如在WiFi部分监控接入设备的名称、数量及流量、网速等运行情况、控制接入设备的数量和网络准入情况及网速与流量上限。并可以通过手机、平板电脑、台式机、笔记本电脑、智能手表及其他具有网络接入功能的终端产品，对基于智能操作系统的WiFi模块软件层进行程序的下载、安装、管理及使用。软件类别包括但不限于如下软件：下载软件，代理软件，物联网管理软件等。

 上述五部分中的ZigBee网络，由基于智能操作系统的WiFi+ZigBee智能路由器中的ZigBee部分做为ZigBee网络的协调器，即Coordinator，多个接入节点为ZigBee终端，即End-Device，终端可以通过ZigBee路由器Router连接实现组网，也可以不通过ZigBee路由器直接由ZigBee终端和ZigBee网络的协调器相连接，组网方式基于ZigBee的IEEE802.15.4标准实现。ZigBee终端可以用来实现对控制命令的传递、接收、反应、反馈及信息回传等工作，包括但不限于电力系统、门禁系统、监视及监测系统及其他物品的远程遥控及各类传感器的数据采集。

 上述五部分中的服务器，主要作用是数据交换、协议处理。数据交换作用一是处理用户端由WiFi+ZigBee智能路由器发送过来的数据，同时，也可以由服务器向WiFi+ZigBee智能路由器发送数据，数据交换作用二是处理由手机、平板电脑、台式机、笔记本电脑、智能手表及其他具有网络接入功能的终端产品发送来的数据，同时也可以由服务器向手机、平板电脑、台式机、笔记本电脑、智能手表及其他具有网络接入功能的终端产品发送数据。协议处理主要是处理由WiFi+ZigBee智能路由器，手机、平板电脑、台式机、笔记本电脑、智能手表及其他具有网络接入功能的终端产品通讯的协议与协议间的转换，比如HTTP协议、Socket协议、XMPP协议等等。服务器可以基于Linux或Windows实现，编程语言可以是Java，C#，go语言，Python等等。服务器端需要具有数据库，存储产品用户的数据。

 上述五部分中的用户端，主要包括用户的手机、平板电脑、台式机、笔记本电脑、智能手表及其他具有网络接入功能的终端产品。

 上述五部分中，ZigBee组网是基于IEEE802.15.4标准实现，其他三个部分间是通过HTTP协议、Socket协议、XMPP协议等通讯协议实现。

 上述基于智能操作系统的WiFi+ZigBee智能路由器，WiFi与ZigBee之间的通讯可以采用芯片间的直接连接通讯，比如采用串口通讯、SPI通讯，或者其它芯片间的更高速通讯；也可以在WiFi与ZigBee芯片间加入IC芯片实现通讯，IC芯片可以是FPGA、单片机、DSP等等。

上述五部分中，WiFi网络基于IEEE 802.11标准进行组网，手机、平板、笔记本、PC电脑、物联网WiFi终端等可以通过WiFi网络接入本发明的WiFi+ZigBee智能路由器。

本发明与现有技术比较的有益效果是：

通过WiFi与ZigBee技术相结合，可有效改善现有WiFi无线路由器可连接节点数少、网络覆盖面小的困境，并可显著提高无线路由器可连接节点数的上限值，从而满足物联网发展所需要的大范围、多节点的组网要求。而通过ZigBee与WiFi的桥接，也可使ZigBee网络的应用范围不仅局限于局域网，更可拓展至internet网等广域网，从而大幅拓展ZigBee技术的应用范围，实现物联网的全网络覆盖。

 通过服务器与WiFi+ZigBee智能路由器相结合，实现基于ZigBee功能模块或WiFi功能模块的物联网终端产品与手机、平板电脑、台式机、笔记本电脑、智能手表及其他具有网络接入功能的终端产品和服务器间的信息互通，进一步实现物联网设备的远程管理、遥控和物联网终端间的信息互通及协同调用。

 附图说明

图1是本发明的整体架构图

图2是本发明的架构细节图

图3是本发明基于智能操作系统的WiFi+ZigBee混合型智能路由器架构图

图4是本发明ZigBee网络的组网图

图5是本发明带有智能操作系统模块WiFi部分的组网图

图6是本发明智能路由器与服务器的通讯图

图7是本发明服务器与应用端用户的通讯图

具体的实施方式

下面用具体实施方式结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明的整体架构图，图2是在图1的基础上，进一步的将本文发明的设计方案进行细化。图2中阐述的本发明提出的方案主要由五个部分组成，即201基于智能操作系统的WiFi+ZigBee混合型智能路由器、215 ZigBee网络、214 WiFi网络、216 云端服务器，以及作为应用端的217手机或平板类与218电脑或笔记本类用户使用设备。同时包括了各部分之间的通讯方式与协议，即215 ZigBee网络通讯、214 WiFi网络通讯，219和220基于HTTP/Socket/XMPP等通讯协议的有线或无线通讯方式。下面结合图3、图4、图5、图6和图7阐述各部分的实施方式。

 图3是基于智能操作系统的WiFi+ZigBee混合型智能路由器设计方案。本发明的设计方案与传统的WiFi+ZigBee设计方案的本质区别是带有智能操作系统（也可以称为物联网操作系统），即用户可以通过终端设备如手机或平板app、电脑或笔记本在IE浏览器或软件程序中对智能路由器的智能操作系统进行相关的监控、设置与控制，比如监控整套ZigBee或WiFi终端设备状态，包括检测终端设备的温度传感器数据、湿度传感器数据、开电与关电数据等等，监控WiFi连接设备的数量与各设备的流量等等；比如设置智能路由器的运行状态，固件升级等；比如与WiFi部分的智能操作系统304通讯，实现对智能路由器301的程序安装与卸载。301中的智能路由器带有存储单元307比如TF存储卡、ROM存储芯片或硬盘等等。301的智能路由器外接接口包括USB口308和网口309。USB接口308的作用有二，一是可以连接SIM/3G/4G等上网卡，二是可以接U盘，移动硬盘等设备，实现下载或者对智能操作系统304安装程序，也可以查看U盘，移动硬盘等设备的资料，用户通过图2中的终端设备217或218进行查看。图3中的智能路由器可以选择设计包括上网卡槽，通过SIM卡插入后直接上网。图3中的304智能操作系统运行在硬件WiFi模块303上，智能操作系统可以是OpenWrt、Android、Mybed OS、Windows 10等等智能操作系统以及后续衍生的相关智能操作系统。图3中信道305的作用是负责ZigBee协调器302与WiFi模块303间的数据传输，可以通过芯片间直连通讯，也可以采用专有IC芯片通讯，直连通讯包括芯片间串口通讯、SPI口通讯、并口通讯等等，专有IC芯片通讯包括FPGA、单片机、ARM或DSP等等。WiFi模块303可以是RT5350 WiFi模块、ESP8266模块、2.4G芯片、5G芯片，或者是更高速的WiFi专有芯片或模块等等。

图4中410是本发明基于ZigBee网络的组网图，此部分按照410 ZigBee协议组网，既包括一个ZigBee协调器402、多个ZigBee路由器408、409等、多个ZigBee终端设备406、407等。在ZigBee组网时一个ZigBee协调器402必须，终端设备必须，但是对于ZigBee路由器可以根据需求进行选择加入设计，具体需求包括ZigBee终端的接入点数和传输距离等因素。ZigBee终端设备406、407包括物联网应用的智能插座、摄像头、监测设备、温度采集设备、湿度采集设备、土壤酸碱性采集设备、气体检测设备、发水检测设备等等，作用是检测、监控与控制设备ZigBee终端。

图5中510是本发明基于WiFi网络的组网图，此部分506、507手机或平板等与电脑或笔记本等设备通过WiFi与智能路由器的WiFi模块503相连，508、509等终端设备通过WiFi与智能路由器的WiFi模块503相连，508、509等终端设备包括物联网应用的智能插座、摄像头、监测设备等等。WiFi网络可以采用无线通讯方式，即基于IEEE 802.11标准的无线WiFi通讯方式，也可以采用笔记本、PC电脑的网线有线通讯与智能路由器501的通讯方式。

图6是本发明服务器606与基于智能操作系统的WiFi+ZigBee混合型智能路由器601的通讯图。两者的通讯信道608可以采用网线、WiFi、GSM、3G/4G等上网方式，通讯协议可以采用HTTP、Socket或XMPP等通讯协议。

图7是本发明云端服务器701与手机或平板类704、电脑或笔记本类707的通讯图。服务器701与应用端704与707的通讯方式可以采用网线、GSM、3G/4G等上网通讯方式，基于708、709  HTTP/Socket/XMPP等通讯协议。

 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1. 一种物联网技术领域的解决方案，其特征在于，包括基于智能操作系统的WiFi+ZigBee混合型智能路由器、ZigBee组网、WiFi网络、服务器和终端设备，所述方案包括：

对于ZigBee网络基于IEEE802.15.4国际标准的组网；

对于基于WiFi网络基于IEEE 802.11国际标准的组网；

基于智能操作系统的WiFi+ZigBee混合型智能路由器与服务器的通讯；

服务器与终端设备的通讯。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于智能操作系统的WiFi+ZigBee混合型智能路由器，智能操作系统包括OpenWrt、Android、Mybed OS或Windows系列操作系统及其升级或衍生的系统等。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述终端设备可以是手机、平板电脑、台式机、笔记本电脑、智能手表及其他具有网络接入功能的终端产品等。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述服务器的作用是通讯协议和转换、用户数据存储和处理。

5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通讯协议和转换包括HTTP协议、Socket协议、XMPP协议等等。

6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于智能操作系统的WiFi+ZigBee混合型智能路由器与服务器间的通讯方式可采用有线网络，或WiFi、GSM、3G/4G、Zigbee等无线网络连接方式（也可含其中两种或多种网络的混合连接方式），通讯协议可以采用HTTP、Socket或XMPP等。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述服务器和用户终端通讯可采用有线网络，或WiFi、GSM、3G/4G、Zigbee等无线网络连接方式，通讯协议可以采用HTTP、Socket或XMPP等。