CN105323871A - 一种无线网络的自组网系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无线网络的自组网系统，包括：上位机系统、协调器、路由器、终端和用户接口；所述上位机系统用于分配可用无线通道、调节无线通道、实时显示网络的组成状况，网络的运行状态；所述协调器与上位机系统通讯、是无线模块通讯的管理器，用于控制组网，并将网络的组成图，网络节点的状态信息传送到上位机系统；所述路由器进行无线网络数据的收发、转发，收发用户接口数据；所述终端用于无线网络数据收发和用户接口数据的收发；所述用户接口为路由器和终端与用户之间的接口。本发明还提供了无线网络自组网的方法，本发明具有用户配置灵活，通用性强，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及无线网络技术领域，公开了一种无线网络的自组网系统及其方法。
背景技术
随着无线技术的日益完善，形形色色的无线产品相继出现，目前市场上出现的主要有2类，一类为成对使用的点对点无线传输产品，另一种为遵循zigbee协议的无线网络产品。对于这两种无线产品各有优缺点，成对使用的点对点无线传输产品的优点是功能单一，利于实现；缺点是没有无线网络功能，不能满足多点传输的需要。遵循zigbee协议的无线网络产品的优点是有标准协议支持，可以进行多点传输，使用范围更加广泛；缺点是zigbee协议比较复杂，小型的公司研发有一定难度，购买无线射频芯片受到限制，只有购买集成有zigbee协议的无线芯片，制约了厂家选用无线射频芯片的多元化。
发明内容
本发明针对上述存在的技术问题，提出了一种无线网络的自组网系统。
本发明的技术方案为：一种无线网络的自组网系统包括：上位机系统、协调器、路由器、终端和用户接口；所述上位机系统用于分配可用无线通道、调节无线通道、实时显示网络的组成状况，网络的运行状态；所述协调器与上位机系统通讯、是无线模块通讯的管理器，用于控制组网，并将网络的组成图，网络节点的状态信息传送到上位机系统；所述路由器进行无线网络数据的收发、转发，收发用户接口数据；所述终端用于无线网络数据收发和用户接口数据的收发；所述用户接口为路由器和终端与用户之间的接口。
上述所述技术的进一步技术方案为：所述协调器、路由器和终端内部设置无线射频芯片。
本发明还提供一种无线网络系统的自组网方法，其特征在于，包括以下步骤：
网络初始化；
节点通过协调器加入网络；
节点通过父节点加入网络。
上述所述技术的进一步技术方案为：所述网络初始化包括确定协调器和节点。
上述所述技术的进一步技术方案为：所述协调器唯一，通过拨码开关或跳线中的一种对协调器进行选择。
上述所述技术的进一步技术方案为：所述节点通过协调器加入网络，具体包括：
协调器循环通过广播通道发送网络信标帧；
设备收到信标后，发送加入网络的请求；
协调器收到请求后，采用广播的方式向请求的各个设备发送加入成功响应；
设备收到后，应答协调器；
协调器部分组网完成。
上述所述技术的进一步技术方案为：所述节点通过节点加入网络，具体包括：
节点通过协调器加入网络成为父节点；
父节点路由器通过广播通道发送网络信标帧；
设备收到信标后，发送加入网络的请求；
父节点路由器收到请求后，采用广播的方式向请求的各个设备发送加入成功响应；
设备收到后，应答父节点路由器；
父节点路由器部分组网完成。
上述所述技术的进一步技术方案为：所述加入成功响应中包含有物理地址对应的网络序号和应答时的时隙号。
上述所述技术的进一步技术方案为：所述物理地址对应的网络序号为根据网络序号获取使用的无线通道号。
本发明的有益效果：包括用于分配无线通道的上位机系统，能实时上传网络结构，通过人为调节，使无线网络更加适用于各种应用场合的系统，解决了现有无线模块点对点数据传输，无线通讯的无线芯片不需要具有集成zigbee协议的芯片能够进行数据的无线多点传输。本发明具有用户配置灵活，通用性强，利于研发，成本低廉的优点。
附图说明
图1是本发明提出的一种自组网的无线网络核心系统图；
图2是本发明提出的节点通过协调器加入网络结构图；
图3是本发明提出的孤立节点加入网络结构图；
图4是本发明提出的节点通过协调器加入网络流程图；
图5是本发明提出的节点通过节点加入网络流程图；
图6是图3所示的网络结构上传结果图；
图7是本发明提出无线数据传输时序图。
具体实施方式
参见图1，是本发明提出的一种自组网的无线网络核心系统图。
如图1所示，一种无线网络的自组网系统包括：上位机系统、协调器、路由器、终端和用户接口；所述上位机系统用于分配可用无线通道、调节无线通道、实时显示网络的组成状况，网络的运行状态；所述协调器与上位机系统通讯、是无线模块通讯的管理器，用于控制组网，并将网络的组成图，网络节点的状态信息传送到上位机系统；所述路由器进行无线网络数据的收发、转发，收发用户接口数据；所述终端用于无线网络数据收发和用户接口数据的收发；所述用户接口为路由器和终端与用户之间的接口。
本发明实施例中，系统的执行阶段包括组网阶段及正常通讯阶段，无线通道的分配是指在无线网络组网前由上位机系统产生可用的无线通道，并将产生的可用无线通道发送给协调器，无线通道的调节是指在已组网成功的无线网络正常通讯期间，由上位机系统发送换频命令给协调器。
所述协调器、路由器和终端内部设置无线射频芯片。
本发明实施例中，无线网络的上位机系统可使用计算机作为硬件，协调器、路由器、终端的核心MCU可用普通的MCU实现，无线射频芯片可用普通的无线射频芯片实现。
本发明实施例中，无线网络的建立是由网络协调器发起的，任何一个节点作为协调器组建一个网络必须要满足节点具备协调器的能力；节点还没有与其它网络连接，当节点已经与其它网络连接时，此节点只能作为网络的子节点，因为一个网络中有且只有一个网络协调器。
本发明还提供一种无线网络系统的自组网方法，包括以下步骤：
网络初始化；
节点通过协调器加入网络成为父节点；
节点通过父节点加入网络。
进一步的技术方案为：所述网络初始化包括确定协调器和节点。
更近一步地，所述协调器唯一，通过拨码开关或跳线中的一种对协调器进行选择。
所述节点通过协调器加入网络，参见图2所示，具体包括：
协调器循环通过广播通道发送网络信标帧；
设备收到信标后，发送加入网络的请求；
协调器收到请求后，采用广播的方式向请求的各个设备发送加入成功响应；
设备收到后，应答协调器；
协调器部分组网完成。
进一步地，所述节点通过节点加入网络，具体包括：
节点通过协调器加入网络成为父节点路由器，
父节点路由器通过广播通道发送网络信标帧；
设备收到信标后，发送加入网络的请求；
父节点路由器收到请求后，采用广播的方式向请求的各个设备发送加入成功响应；
设备收到后，应答父节点路由器；
父节点路由器部分组网完成。
更近一步地，所述加入成功响应中包含有物理地址对应的网络序号和应答时的时隙号。
更近一步地，所述物理地址对应的网络序号为根据网络序号获取使用的无线通道号。
在无线网络的组网过程中会放生孤立节点的存在，因检测孤立节点使用广播通道，会出现同层之间数据同时发送数据的现象，会出现冲突，而且每个两层就会出现冲突的现象。故采用公共地址、私有通道的方法解决冲突现象。
本发明对孤立节点的加入过程如下：
(1)孤立节点循环检测所有频点的信标；
(2)收到某一频点的信标后，随机延时时隙向该频点发送请求加入网络信息；
(3)在该频点等待一定时间的后，未收到应答信息，继续执行1。否则暂时跟着应答节点的时序执行，根据设备类型确定是否等待分配私有通道；
(4)当某一频点接收到入网请求后，可直接允许孤立节点加入网络，但不能分配私有通道，因可能存在不同层的节点同时收到孤立节点请求的现象，需要协调器统一分配私有通道。
具体以图3为例，对本发明的节点通过节点加入网络的过程进行描述，假设图中7为终端节点，1～8为设备上电组成的网络，9为在组网过程中未添加到网路的设备(简称孤立节点)，如果通讯过程中设备失去联系，重新连接过程与9相同。
首先对孤立节点进行判断，设备上电后，设置等待组网的最长时间(如5分钟)，时间到后，设备还未加入网络，则认为为孤立节点，确定孤立节点后，开始组网，具体组网过程如下：
(1)设备1和2通过公共广播通道加入协调器0，协调器0为设备1和2分配正常运行时的应答时隙，设备序号1和2(用于无线通道的自主分配)，并将令牌权交给1，记录子节点信息；设置等待接收设备1地址的信息，令牌交付的通讯帧中包括当前已用最大网络序号信息，流程如图4所示；
(2)设备1广播组网并记录父节点信息，设备3和4申请如网，设备1保存信息后，为设备3和4分配正常运行时的应答时隙，并分配设备序号3和4，将令牌交与设备3，并记录设备1的子节点信息，设置等待设备3的信息，流程如图5所示；
(3)设备3采用(2)的方式记录子节点7，分配设备序号5，并将令牌交与设备7，设置等待设备7的信息；
(4)设备7采用(2)的方式执行流程，在N次后，没有发现子节点，则向设备3发送无子节点的信息，设备3收到应答7后，将令牌交与设备4，并根据设备7的设备类型(路由器或精简设备)确定为4分配设备序号5或6；
(5)设备4采用(2)的方式执行流程，在N次后，没有发现子节点，则向设备1发送无子节点的信息，设备1收到后应答1，并将网络组网的结果汇总发送给协调器，并将最大设备序号发送给协调器；
(6)协调器将令牌交与设备2，设备2按照设备1组网的步骤组织2的分支结构，最后将结果汇总到协调器，协调器判断所有节点都连接完成后，发送启动正常通讯的命令帧；
(7)在以上流程中，精简设备不分配私有地址，不交付令牌。
本发明实施例中，在无线组网的过程中会产生无效节点和无效通道，对于无效节点的处理过程为：
无效节点的判断：当某一节点的某一子节点连续N次没有应答时，说明该节点已断开连接，可将该节点及下属子节点的信息从网络信息表中删除，并将该信息上传给协调器。
上传途经的父节点处理：删除无效节点及无效节点下属的子节点信息。
协调器的处理：协调器将该节点的信息(包括其下属子节点)上报给计算机，并将该节点在网络表的信息删除(包括其下属的子节点)，并将无效节点的下属节点占用的通道信息设置为空闲。
对于无效通道的处理过程为：
无效通道的判断：当某一节点的所有子节点连续N次没有应答时，说明该通道已失效，可将该节点的所有下属节点信息删除，并将该节点以通道失效的信息上传给协调器。当只有一个子节点时只做无效节点处理。
上传途经的父节点处理：删除无效通道以下所接的所有节点信息删除。
协调器的处理：协调器将该节点下属子节点无效信息上报给计算机，并将该节点下属子节点在网络表的信息删除，并将无效通道从有效通道表中删除，下属节点占用的通道信息设置为空闲。
本发明实施例中，对网络结构的上传是在无线网络组网阶段，根据令牌交付的顺序组成一组规律的数字上传给上位机系统，上位机系统根据令牌的规律解析出来网络结构。上传网络结构的规律：为令牌下行时不记录令牌接收方的地址；令牌上行时记录令牌路径。
以图3中的网络结构为例：
当协调器一层连接成功后，协调器向计算机发送0、1、2，令牌交付给设备1；
设备1连接直接子节点成功后，向协调器发送1、3、4，令牌交付给设备3；
设备3连接直接子节点成功后，向协调器发送3、7，因7无需获取令牌，故令牌交付给设备1，当令牌交接时，属于令牌上行，获取到网络路径3、1，将3,1发送给协调器。令牌交付给4,4设备未连接到设备，故令牌直接上行，得到网络路径4、1；
通过以上方法获取到网络结构1、3、4、3、7、3、1、4、1。
返回为：2、7、8、9、3、7、1、10、23、45、1、7、10、11、12、11、10、12、10、7、23、12、13、12、23、13、23、7、45、46、49、24、49、46、24、46、45、7、2、8、30、31、30、8、31、8、2、9、33、33、9、2、3、50、51、50、54、54、50、3、51、3、2
组成的网络如图6所示。
无线网络执行阶段的组网阶段完成后，即可正常进行无线数据传输。
组网完成后正常传输数据的过程如下：
每一个节点按照协调器分配的广播通道及逻辑地址进行数据的收发工作；
每一个节点将时间分为三部分，一部分用于与父节点通讯，一部分用于与子节点通讯，一部分用于使用公共广播地址和广播通道检测是否有孤立节点加入网络。
具体的时序如图7所示(以三层为例)。
Claims (9)
1.一种无线网络的自组网系统，其特征在于，包括：上位机系统、协调器、路由器、终端和用户接口；所述上位机系统用于分配可用无线通道、调节无线通道、实时显示网络的组成状况，网络的运行状态；所述协调器与上位机系统通讯、是无线模块通讯的管理器，用于控制组网，并将网络的组成图，网络节点的状态信息传送到上位机系统；所述路由器进行无线网络数据的收发、转发，收发用户接口数据；所述终端用于无线网络数据收发和用户接口数据的收发；所述用户接口为路由器和终端与用户之间的接口。
2.根据权利要求1所述的一种无线网络的自组网系统，其特征在于，所述协调器、路由器和终端内部设置无线射频芯片。
3.根据权利要求1所述的一种无线网络的自组网系统提供一种无线网络系统的自组网方法，其特征在于，包括以下步骤：
网络初始化；
节点通过协调器加入网络；
节点通过父节点加入网络。
4.根据权利要求3所述的一种无线网络系统的自组网方法，其特征在于：所述网络初始化包括确定协调器和节点。
5.根据权利要求3所述的一种无线网络的自组网系统其特征在于：所述协调器唯一，通过拨码开关或跳线中的一种对协调器进行选择。
6.根据权利要求3所述的一种无线网络系统的自组网方法，其特征在于：所述节点通过协调器加入网络，具体包括：
协调器循环通过广播通道发送网络信标帧；
设备收到信标后，发送加入网络的请求；
协调器收到请求后，采用广播的方式向请求的各个设备发送加入成功响应；
设备收到后，应答协调器；
协调器部分组网完成。
7.根据权利要求3所述的一种无线网络系统的自组网方法，其特征在于：所述节点通过节点加入网络，具体包括：
节点通过协调器加入网络成为父节点；
父节点路由器通过广播通道发送网络信标帧；
设备收到信标后，发送加入网络的请求；
父节点路由器收到请求后，采用广播的方式向请求的各个设备发送加入成功响应；
设备收到后，应答父节点路由器；
父节点路由器部分组网完成。
8.根据权利要求6或7所述的一种无线网络系统的自组网方法，其特征在于：所述加入成功响应中包含有物理地址对应的网络序号和应答时的时隙号。
9.根据权利要求6或7所述的一种无线网络系统的自组网方法，其特征在于：所述物理地址对应的网络序号为根据网络序号获取使用的无线通道号。
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