CN105187332A - 基于Zigbee网络的多源数据传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Zigbee网络的多源数据传输方法，涉及无线数据传输领域，该系统的发送端采集传感器的数据，并按照通用帧的格式进行处理，封装成若干数据帧；判断每个数据帧的长度是否＞32字节，若是，则对数据帧进行分割、重新组帧、排列；依次对长度≤32字节的数据帧进行帧校验；传输帧校验后的数据帧；接收端接收数据帧，并检测：当检测到数据域的帧头时，判断是否检测到数据域的帧尾，若否，重复接收检测，若是，还原经过替换处理的数据，并存储，直至接收到所有的数据帧，并检测、还原，最终得到发送端采集的数据。本发明实现多源传感器信息的统一传输，提高对多源传感器的适应性，降低后端服务器解析数据时的复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及无线数据传输领域，具体涉及一种基于Zigbee网络的多源数据传输方法。
背景技术
Zigbee，在中国被译为“紫蜂”，一种新兴的短距离、低功耗、低成本、低复杂度、自组织的无线通信技术，与蓝牙类似，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
目前，在Zigbee网络中，传感器的类型较多，传统的数据传输方式是一种传感器对应一种传输方法，即针对每种不同类型的传感器，将该传感器采集的数据通过特定协议封装后，再传输到后端服务器，这种数据传输方式难以适应多源传感器，而且增加了后端服务器解析数据时的复杂度。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于Zigbee网络的多源数据传输方法，实现多源传感器信息的统一传输，提高对多源传感器的适应性，降低后端服务器解析数据时的复杂度。为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种基于Zigbee网络的多源数据传输方法，包括以下步骤：
S1.发送端采集传感器的数据，并按照通用帧的格式进行处理：通用帧包括数据域，将采集数据加载到通用帧的数据域中，并对加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾分别进行替换处理，封装成若干第一数据帧，将所有第一数据帧按照采集数据的顺序进行排列；
S2.发送端按照第一数据帧的排列顺序，依次判断每个第一数据帧的长度是否＞32字节，若是，则转到步骤S3；若否，则将该第一数据帧命名为第二数据帧，转到步骤S4；
S3.发送端按照采集数据的顺序，对第一数据帧进行分割，再按照通用帧的格式重新组帧、排列，得到若干第二数据帧，每个第二数据帧的长度≤32字节，转到步骤S4；
S4.发送端按照第二数据帧的排列顺序，依次对第二数据帧进行帧校验，得到若干第三数据帧，转到步骤S5；
S5.发送端按照第三数据帧的排列顺序，依次传输第三数据帧，转到步骤S6；
S6.接收端依次接收第三数据帧，对接收到的第三数据帧依次进行检测操作：当接收端检测到第三数据帧的数据域的帧头时，判断是否检测到第三数据帧的数据域的帧尾，若是，则转到步骤S7；若否，则重复执行步骤S6；
S7.接收端对第三数据帧的数据域中经过替换处理的数据进行还原操作，并存储，直至接收端接收到所有的第三数据帧，并经过检测操作、还原操作，最终得到发送端采集的数据。
在上述技术方案的基础上，所述通用帧的格式为：帧头+帧标识+当前帧帧内序号+当前帧帧内剩余数+从节点短地址+数据域+CRC校验+帧尾。
在上述技术方案的基础上，步骤S1具体包括以下步骤：
S101.发送端采集传感器的数据，将采集数据分割成若干条子数据；
S102.发送端按子数据的排列顺序，将子数据依次加载到对应通用帧的数据域中；
S103.发送端对数据域的帧头、帧尾分别进行替换处理，封装成若干第一数据帧，将所有第一数据帧按照采集数据的顺序进行排列。
在上述技术方案的基础上，步骤S3中，所述得到若干第二数据帧的过程为：将第一数字帧的数据域中的子数据分割成若干条分数据，按照分数据的排列顺序，将分数据依次加载到对应通用帧的数据域中，得到若干第二数据帧。
在上述技术方案的基础上，步骤S1中，所述对加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾分别进行替换处理的过程为：当加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾中存在0xff或0xfe时，将加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾中的0xff替换为0xfe0x00，将0xfe替换为0xfe0xf1。
在上述技术方案的基础上，步骤S7中，所述对第三数据帧的数据域中经过替换处理的数据进行还原操作的过程为：将第三数据帧的数据域中经过替换处理的数据中的0xfe0x00还原为0xff，将0xfe0xf1还原为0xfe。
在上述技术方案的基础上，步骤S5中，所述传输第三数据帧的过程为：发送端每次只发送一个第三数据帧：发送端包括串口、发送芯片和天线，发送端通过串口将第三数据帧传递给发送芯片，发送芯片通过天线依次将第三数据帧的单个字节发送给接收端，直至发送芯片将第三数据帧的所有字节发送完毕。
在上述技术方案的基础上，步骤S5还包括以下步骤：所述发送端设置第一安全时间，若发送端传输第三数据帧的时间＞第一安全时间，则发送端结束传输第三数据帧。
在上述技术方案的基础上，步骤S6还包括以下步骤：所述接收端设置第二安全时间，若接收端接收第三数据帧的时间＞第二安全时间，则接收端停止接收第三数据帧。
在上述技术方案的基础上，所述第二安全时间为20毫秒。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明将传感器的数据加载到通用帧的数据域中，并对加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾分别进行替换处理，封装成若干第一数据帧。这种方式将多源传感器信息按照通用帧的格式进行统一处理，提高多源传感器的适应性；采用隧道传输方式，将统一处理后的多源传感器信息传输到接收端(后端服务器)，降低后端服务器解析数据时的复杂度。
(2)本发明中，针对传感器的类型不同，对应的传感器信息的格式不同，设计了不定长的通用帧，这种可变字长的传输协议，适应多种传感器信息的传输，即多源数据的传输，尤其适应在水文及仓库货物信息传输过程中，因传感器多样导致的数据长度不可控的情形。
(3)本发明中，当加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾中存在0xff或0xfe时，将加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾中的0xff替换为0xfe0x00，将0xfe替换为0xfe0xf1，这是因为数据域的其他部分也可能存在0xff或0xfe，对加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾进行替换处理，可以防止出现错误辨识数据域的帧头、帧尾的现象。
(4)本发明在发送数据帧前，依次判断每个第一数据帧的长度是否＞32字节，若第一数据帧的长度≤32字节，则将第一数据帧命名为第二数据帧，若第一数据帧的长度＞32字节，则对第一数据帧进行分割，再按照通用帧的格式重新组帧、排列，得到若干长度≤32字节的第二数据帧，保证每个第二数据帧的长度均≤32字节，从而保证数据帧传输过程的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例中基于Zigbee网络的多源数据传输方法的流程示意图；
图2为图1中步骤S1的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种基于Zigbee网络的多源数据传输方法，包括以下步骤：
S1.发送端采集传感器的数据，并按照通用帧的格式进行处理：通用帧包括数据域，将采集数据加载到通用帧的数据域中，并对加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾分别进行替换处理，封装成若干第一数据帧，将所有第一数据帧按照采集数据的顺序进行排列。
其中，通用帧的格式为：帧头(3字节)+帧标识(1字节)+当前帧帧内序号(1字节)+当前帧帧内剩余数(1字节)+从节点短地址(2字节)+数据域(n≤18字节)+CRC校验(2字节)+帧尾(3字节)，n为正整数。为了实现不同的功能，通用帧的格式可以不同。
对加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾分别进行替换处理的过程为：当加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾中存在0xff(一个字符)或0xfe(一个字符)时，将加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾中的0xff替换为0xfe0x00(两个字符)，将0xfe替换为0xfe0xf1(两个字符)。这是因为数据域的其他部分也可能存在0xff或0xfe，对加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾进行替换处理，可以防止出现错误辨识数据域的帧头、帧尾的现象。
参见图2所示，步骤S1包括以下步骤：
S101.发送端采集传感器的数据，将采集数据分割成若干条子数据；
S102.发送端按子数据的排列顺序，将子数据依次加载到对应通用帧的数据域中；
S103.发送端对数据域的帧头、帧尾分别进行替换处理，封装成若干第一数据帧，将所有第一数据帧按照采集数据的顺序进行排列。
S2.根据ZigBee模块协议，当发送数据的长度＞32字节，则无法保证数据传输过程的可靠性。发送端按照第一数据帧的排列顺序，依次判断每个第一数据帧的长度是否＞32字节，若是，即该第一数据帧的长度＞发送数据的最大长度，则转到步骤S3；若否，则将该第一数据帧命名为第二数据帧，转到步骤S4。
S3.发送端按照采集数据的顺序，对第一数据帧进行分割，再按照通用帧的格式重新组帧、排列，得到若干第二数据帧，每个第二数据帧的长度≤32字节，转到步骤S4。
其中，得到若干第二数据帧的过程为：将第一数字帧的数据域中的子数据分割成若干条分数据，按照分数据的排列顺序，将分数据依次加载到对应通用帧的数据域中，得到若干第二数据帧。
S4.发送端按照第二数据帧的排列顺序，依次对第二数据帧进行帧校验，即对第二数据帧进行CRC(CyclicRedundancyCheck，循环冗余校验码)校验，得到帧校验码，并将其放入该第二数据帧的CRC校验中，得到若干第三数据帧，转到步骤S5。
S5.发送端按照第三数据帧的排列顺序，依次传输第三数据帧，转到步骤S6。传输第三数据帧的过程为：发送端每次只发送一个第三数据帧：发送端包括串口、发送芯片和天线，发送端通过串口将第三数据帧传递给发送芯片，发送芯片通过天线依次将第三数据帧的单个字节发送给接收端，直至发送芯片将第三数据帧的所有字节发送完毕。
步骤S5还包括以下步骤：所述发送端设置第一安全时间，若发送端传输第三数据帧的时间＞第一安全时间，则发送端结束传输第三数据帧。
S6.接收端依次接收第三数据帧，对接收到的第三数据帧依次进行检测操作：当接收端检测到第三数据帧的数据域的帧头时，判断是否检测到第三数据帧的数据域的帧尾，若是，则转到步骤S7；若否，则重复执行步骤S6。
步骤S6还包括以下步骤：所述接收端设置第二安全时间，若接收端接收第三数据帧的时间＞第二安全时间，则接收端停止接收第三数据帧，防止在第三数据帧的接收过程中，因出现错误接收而导致系统死循环。
S7.接收端对第三数据帧的数据域中经过替换处理的数据进行还原操作，并按照第三数据帧的接收顺序，将还原后的第三数据帧的数据域中的所有数据存储到特定的存储空间中，直至接收端接收到所有的第三数据帧，并经过检测操作、还原操作，最终存储空间中的所有数据形成一条完整的传感器数据，即得到发送端采集的数据。
对第三数据帧的数据域中经过替换处理的数据进行还原操作的过程为：将第三数据帧的数据域中经过替换处理的数据中的0xfe0x00逆向还原为0xff，将0xfe0xf1逆向还原为0xfe。
以下结合3个具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
实施例1提供一种基于Zigbee网络的多源数据传输方法，包括以下步骤：
S1.发送端采集传感器的数据，并按照通用帧的格式进行处理：通用帧包括数据域，将采集数据加载到通用帧的数据域中，并对加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾分别进行替换处理，封装成若干第一数据帧，将所有第一数据帧按照采集数据的顺序进行排列。
通用帧的格式为：帧头(3字节)+帧标识(1字节)+当前帧帧内序号(1字节)+当前帧帧内剩余数(1字节)+从节点短地址(2字节)+数据域(n≤18字节)+CRC校验(2字节)+帧尾(3字节)，n为正整数。
得到的第一数据帧如下：
第一数据帧1(数据长度23字节)
第一数据帧2(数据长度17字节)
第一数据帧3(数据长度21字节)
第一数据帧4(数据长度31字节)
第一数据帧5(数据长度30字节)
第一数据帧6(数据长度30字节)
第一数据帧7(数据长度14字节)
S2.发送端按照第一数据帧的排列顺序，依次判断每个第一数据帧的长度是否＞32字节，若是，则转到步骤S3；若否，则将该第一数据帧命名为第二数据帧，转到步骤S4；
S3.发送端按照采集数据的顺序，对第一数据帧进行分割，再按照通用帧的格式重新组帧、排列，得到若干第二数据帧，每个第二数据帧的长度≤32字节，转到步骤S4；
S4.发送端按照第二数据帧的排列顺序，依次对第二数据帧进行帧校验，得到若干第三数据帧，转到步骤S5；
S5.发送端按照第三数据帧的排列顺序，依次传输第三数据帧，转到步骤S6；
S6.接收端依次接收第三数据帧，对接收到的第三数据帧依次进行检测操作：当接收端检测到第三数据帧的数据域的帧头时，判断是否检测到第三数据帧的数据域的帧尾，若是，则转到步骤S7；若否，则重复执行步骤S6；
S7.接收端对第三数据帧的数据域中经过替换处理的数据进行还原操作，并存储，直至接收端接收到所有的第三数据帧，并经过检测操作、还原操作，最终得到发送端采集的数据。
实施例2
实施例2提供一种基于Zigbee网络的多源数据传输方法，除了步骤S1、S3中的通用帧的格式与实施例1不同，其余步骤均相同。
为了实现稽查功能，实施例2中的通用帧的格式为：帧头(3字节)+帧标识(1字节)+当前帧帧内序号(1字节)+当前帧帧内剩余数(1字节)+从节点短地址(2字节)+数据域(n≤18字节)+CRC校验(2字节)+帧尾(3字节)，n为正整数，得到的第一个第一数据帧的数据域包括TransactionMode(业务方式)，TransactionMode用于选择待实现的功能，本实施例中，TransactionMode选择稽查功能。
所得的第一数据帧如下：
第一数据帧1(数据长度19字节)
第一数据帧2(数据长度31字节)
第一数据帧3(数据长度30字节)
第一数据帧4(数据长度30字节)
第一数据帧5(数据长度14字节)
第一数据帧6(数据长度11+n字节)
第一数据帧7(数据长度20字节)
实施例3
实施例3提供一种基于Zigbee网络的多源数据传输方法，除了步骤S1、S3中的通用帧的格式与实施例1不同，其余步骤均相同。
为了实现通信功能，实施例3中的通用帧的格式为：帧头(3字节)+数据域长度(1字节)+数据域(n字节)+CRC校验(2字节)+帧尾(3字节)，n为正整数。
所得的第一数据帧如下：
本发明实施例提供一种基于Zigbee网络的多源数据传输系统，包括发送端和接收端，发送端包括采集处理模块、帧长度判断模块、组帧模块、校验模块和传输模块，所述接收端包括检测模块和还原模块，其中：
采集处理模块用于：采集传感器的数据，并按照通用帧的格式进行处理：通用帧包括数据域，将采集数据加载到通用帧的数据域中，并对加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾分别进行替换处理，封装成若干第一数据帧，将所有第一数据帧按照采集数据的顺序进行排列；
其中，通用帧的格式为：帧头+帧标识+当前帧帧内序号+当前帧帧内剩余数+从节点短地址+数据域+CRC校验+帧尾。
采集处理模块对加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾分别进行替换处理的过程为：当加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾中存在0xff或0xfe时，将加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾中的0xff替换为0xfe0x00，将0xfe替换为0xfe0xf1。
帧长度判断模块用于：按照第一数据帧的排列顺序，依次判断每个第一数据帧的长度是否＞32字节，若是，则将长度＞32字节的第一数据帧发送至组帧模块；若否，则将该第一数据帧命名为第二数据帧，并将第二数据帧发送至校验模块。
组帧模块用于：接收到长度＞32字节的第一数据帧时，按照采集数据的顺序，对接收的第一数据帧进行分割，再按照通用帧的格式重新组帧、排列，得到若干第二数据帧，每个第二数据帧的长度≤32字节，并将第二数据帧发送至校验模块。
校验模块用于：接收到第二数据帧时，按照第二数据帧的排列顺序，依次对第二数据帧进行帧校验，得到若干第三数据帧，并将所有第三数据帧发送至传输模块。
传输模块用于：接收到第三数据帧时，按照第三数据帧的排列顺序，将第三数据帧依次传输至接收端的检测模块，
其中，传输模块传输第三数据帧的过程为：传输模块每次只发送一个第三数据帧：传输模块包括串口、发送芯片和天线，传输模块通过串口将第三数据帧传递给发送芯片，发送芯片通过天线依次将第三数据帧的单个字节发送给接收端的检测模块，直至发送芯片将第三数据帧的所有字节发送完毕。
传输模块还用于设置第一安全时间，若传输模块发送第三数据帧的时间＞第一安全时间，则结束发送第三数据帧。
检测模块用于：依次接收第三数据帧，对接收到的第三数据帧依次进行检测操作：当检测到第三数据帧的数据域的帧头时，判断是否检测到第三数据帧的数据域的帧尾，若是，则将检测到数据域的帧尾的第三数据帧发送到还原模块；若否，则继续接收第三数据帧，并进行检测操作。
检测模块还用于设置第二安全时间，若检测模块接收第三数据帧的时间＞第二安全时间，则停止接收第三数据帧。本实施例中，第二安全时间设置为20毫秒。
还原模块用于：接收到检测模块发来的第三数据帧时，对第三数据帧的数据域中经过替换处理的数据进行还原操作，并存储，直至接收到检测模块发来的所有第三数据帧，并还原，最终得到传感器的数据。
其中，还原模块对第三数据帧的数据域中经过替换处理的数据进行还原操作的过程为：将第三数据帧的数据域中经过替换处理的数据中的0xfe0x00还原为0xff，将0xfe0xf1还原为0xfe。
更进一步的，采集处理模块包括采集子模块、分割子模块、加载子模块和替换子模块，其中：
采集子模块用于：采集传感器的数据，将采集数据发送到分割子模块；
分割子模块用于：将采集数据按照其顺序分割成若干条子数据，并发送到加载子模块；
加载子模块用于：将每条子数据依次加载到对应通用帧的数据域中；
替换子模块用于：对数据域的帧头、帧尾分别进行替换处理，封装成若干第一数据帧，将所有第一数据帧按照采集数据的顺序进行排列。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种基于Zigbee网络的多源数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.发送端采集传感器的数据，并按照通用帧的格式进行处理：通用帧包括数据域，将采集数据加载到通用帧的数据域中，并对加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾分别进行替换处理，封装成若干第一数据帧，将所有第一数据帧按照采集数据的顺序进行排列；
S2.发送端按照第一数据帧的排列顺序，依次判断每个第一数据帧的长度是否＞32字节，若是，则转到步骤S3；若否，则将该第一数据帧命名为第二数据帧，转到步骤S4；
S3.发送端按照采集数据的顺序，对第一数据帧进行分割，再按照通用帧的格式重新组帧、排列，得到若干第二数据帧，每个第二数据帧的长度≤32字节，转到步骤S4；
S4.发送端按照第二数据帧的排列顺序，依次对第二数据帧进行帧校验，得到若干第三数据帧，转到步骤S5；
S5.发送端按照第三数据帧的排列顺序，依次传输第三数据帧，转到步骤S6；
S6.接收端依次接收第三数据帧，对接收到的第三数据帧依次进行检测操作：当接收端检测到第三数据帧的数据域的帧头时，判断是否检测到第三数据帧的数据域的帧尾，若是，则转到步骤S7；若否，则重复执行步骤S6；
S7.接收端对第三数据帧的数据域中经过替换处理的数据进行还原操作，并存储，直至接收端接收到所有的第三数据帧，并经过检测操作、还原操作，最终得到发送端采集的数据。
2.如权利要求1所述的基于Zigbee网络的多源数据传输方法，其特征在于，所述通用帧的格式为：帧头+帧标识+当前帧帧内序号+当前帧帧内剩余数+从节点短地址+数据域+CRC校验+帧尾。
3.如权利要求1所述的基于Zigbee网络的多源数据传输方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：
S101.发送端采集传感器的数据，将采集数据分割成若干条子数据；
S102.发送端按子数据的排列顺序，将子数据依次加载到对应通用帧的数据域中；
S103.发送端对数据域的帧头、帧尾分别进行替换处理，封装成若干第一数据帧，将所有第一数据帧按照采集数据的顺序进行排列。
4.如权利要求3所述的基于Zigbee网络的多源数据传输方法，其特征在于，步骤S3中，所述得到若干第二数据帧的过程为：将第一数字帧的数据域中的子数据分割成若干条分数据，按照分数据的排列顺序，将分数据依次加载到对应通用帧的数据域中，得到若干第二数据帧。
5.如权利要求1所述的基于Zigbee网络的多源数据传输方法，其特征在于，步骤S1中，所述对加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾分别进行替换处理的过程为：当加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾中存在0xff或0xfe时，将加载后的通用帧的数据域的帧头、帧尾中的0xff替换为0xfe0x00，将0xfe替换为0xfe0xf1。
6.如权利要求5所述的基于Zigbee网络的多源数据传输方法，其特征在于，步骤S7中，所述对第三数据帧的数据域中经过替换处理的数据进行还原操作的过程为：将第三数据帧的数据域中经过替换处理的数据中的0xfe0x00还原为0xff，将0xfe0xf1还原为0xfe。
7.如权利要求1所述的基于Zigbee网络的多源数据传输方法，其特征在于，步骤S5中，所述传输第三数据帧的过程为：发送端每次只发送一个第三数据帧：发送端包括串口、发送芯片和天线，发送端通过串口将第三数据帧传递给发送芯片，发送芯片通过天线依次将第三数据帧的单个字节发送给接收端，直至发送芯片将第三数据帧的所有字节发送完毕。
8.如权利要求1所述的基于Zigbee网络的多源数据传输方法，其特征在于：步骤S5还包括以下步骤：所述发送端设置第一安全时间，若发送端传输第三数据帧的时间＞第一安全时间，则发送端结束传输第三数据帧。
9.如权利要求1所述的基于Zigbee网络的多源数据传输方法，其特征在于：步骤S6还包括以下步骤：所述接收端设置第二安全时间，若接收端接收第三数据帧的时间＞第二安全时间，则接收端停止接收第三数据帧。
10.如权利要求9所述的基于Zigbee网络的多源数据传输方法，其特征在于：所述第二安全时间为20毫秒。
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