CN105338662A - ZigBee网络 - Google Patents

Abstract

本发明适用于网络通信技术领域，提供了一种ZigBee网络，所述ZigBee网络包括服务器和ZigBee子网。所述ZigBee子网包括ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee终端，所述ZigBee协调器组建整个所述ZigBee子网，所述ZigBee终端与所述ZigBee协调器或所述ZigBee路由器相连；其中，两个所述ZigeBee子网中的一个或者多个所述ZigBee路由器成对以有线方式连接。通过将ZigBee子网之间的路由器成对相连，ZigBee网络构成一种网状网络结构，在该网状网络结构里，一个节点不仅能收发信息还具有路由功能，信息到达目的节点有多条冗余路径，在该网状网络结构里，只要增加节点，就可以增加可及范围，或从冗余链路的增加上带来更多的可靠性，ZigBee网络的节点数可以无限扩充。

Description

ZigBee网络

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种ZigBee网络。

背景技术

物联网架构可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器构成，包括温湿度传感器、二维码标签、RFID(RadioFrequencyIdentification，射频识别)标签、读写器、摄像头、GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)等感知终端。感知层是物联网识别物体、采集信息的来源。网络层由各种网络，包括互联网、广电网、网络管理系统和云计算平台等组成，是整个物联网的中枢，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。

随着我国物联网正进入发展的快车道，ZigBee正逐步被国内越来越多的用户接受。ZigBee技术已在部分智能传感器场景中进行了应用。目前超过150多家家成员公司正积极进行ZigBee规格的制定工作。当中包括7位推广委员，7位推广委员分别为：Honeywell，Invensys，Mitsubishi，Freescale，Philips，Samsung，chipcom，ember。由于ZigBee芯片性能限制、网络的冲突等原因，单个Zigbee网络容量一般小于300个节点，经过优化也只能达到1000个左右的节点。单个ZigBee网络容量十分有限。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种ZigBee网络，旨在解决现有单个ZigBee网络容量有限的问题。

一种ZigBee网络，包括：

服务器；

ZigBee子网，包括ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee终端，所述ZigBee协调器组建整个所述ZigBee子网，所述ZigBee终端与所述ZigBee协调器或所述ZigBee路由器相连；

其中，两个所述ZigeBee子网中的一个或者多个所述ZigBee路由器成对以有线方式连接。

在本发明实施例中，通过将ZigBee子网之间的路由器成对相连，ZigBee网络构成一种网状网络结构，在该网状网络结构里，一个节点不仅能收发信息还具有路由功能，信息到达目的节点有多条冗余路径，在该网状网络结构里，只要增加节点，就可以增加可及范围，或从冗余链路的增加上带来更多的可靠性，ZigBee网络的节点数可以无限扩充。

附图说明

图1为一实施例中的ZigBee网络的模块结构示意图。

具体实施方式

以下详细描述参考附图，附图通过示例示出了可实践本发明的具体细节和实施例。此处使用的词语“示例性”意味着“作为一个例子、实例或例示”。此处被描述为“示例性”的任何实施例或设计不需要被视为相对于其他实施例或设计而言优选或有益的。

注意到在本说明书中，提及包含于“一个实施例”、“实例实施例”、“实施例”、“另一个实施例”、“一些实施例”、“不同实施例”、“其他实施例”、“选择性实施例”等中的不同特征(例如，元件、结构、模块、组件、步骤、操作、特性等)，将意味着任何这些特征包含于本公开的一个或多个实施例中，但可以或可不必要地在相同实施例中组合。

注意到在本说明书中，提及“若干”可意指一个或多个。例如，若干对象可能是1个对象、10个对象、50个对象或任意数量的对象。还注意到在本说明书中，提及“至少其一”可意指任何组合。例如，对象A和对象B中至少其一可以是对象A、对象B或者对象A和对象B两者。

本发明的实施例中，通过将ZigBee子网20之间的路由器成对相连，ZigBee网络100构成一种网状网络结构，在该网状网络结构里，一个节点不仅能收发信息还具有路由功能，信息到达目的节点有多条冗余路径，在该网状网络结构里，只要增加节点，就可以增加可及范围，或从冗余链路的增加上带来更多的可靠性，ZigBee网络100的节点数可以无限扩充。

如图1所示，一实施例中的ZigBee网络100包括服务器10和ZigBee子网20。ZigBee子网20包括ZigBee协调器21、ZigBee路由器23和ZigBee终端25。ZigBee协调器21组建整个ZigBee子网20，ZigBee终端25与ZigBee协调器21或ZigBee路由器23相连。其中，两个ZigeBee子网20中的一个或者多个ZigBee路由器23成对以有线方式连接。

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。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。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4标准的规定。

在一个实施例中，ZigBee子网20按蜂窝方式布置。各ZigBee子网20按照蜂窝式布置，有效缩短了ZigBee子网20内节点(包括ZigBee路由器23和ZigBee协调器21)之间的彼此通信距离，减少了中继次数。同时也减少了不同ZigBee子网20之间通信时的中继次数，确保了ZigBee网络100数据传输的效率和可靠性。

ZigBee协调器21是整个网络的组织者和管理者，每个ZigBee子网20只允许有一个ZigBee协调器21。ZigBee协调器21首先选择一个信道和网络标识，然后开始这个网络。因为ZigBee协调器21是整个ZigBee子网20的开始，其具有网络的最高权限，是ZigBee子网20的维护者。ZigBee协调器21还可以保持间接寻址用的表格绑定，同时还可以设计安全中心和执行其他动作，保持网络其他设备的通信。ZigBee路由器23是一种关联设备，主要功能是允许其他设备加入网络和对消息进行转发。Zigbee终端25是具体执行的数据采集传输的设备，不能转发其他节点的消息。由于Zigbee终端25没有特定的维持网络结构的责任，Zigbee终端25大部分时间可以进入睡眠。因此Zigbee终端25可以使用电池供电。

在一个实施例中，ZigBee子网20之间，ZigBee子网20与服务器10之间使用不同的信道进行通信。通过在ZigBee子网20之间以及ZigBee子网20与服务器10之间使用不同的信道进行通信，能够防止ZigBee子网20之间，ZigBee子网20与服务器10通讯时发生信道阻塞的现象，确保了ZigBee网络100数据传输的效率和可靠性。有效避免了网络规模较大时的数据冲突和设备性能不足的问题。解决了网络规模大时数据冲突导致整体传输速度下降和网络稳定性下降的问题和协调器性能不足以维护整个网络的问题，从而能够增大ZigBee网络100的容量。

网状网络结构包括一个协调器节点和多个路由器节点、终端节点。协调器节点连接一系列的路由器节点和终端节点，路由器节点可以连接一系列的路由器节点和终端节点。在允许的情况下路由器节点之间可以直接进行通讯而不需要通过协调器节点转发。这种路由机制使得信息的通讯变得更有效率，而且意味着一旦一个路由路径出现了问题，信息可以自动的沿着其他的路由路径进行传输。在本实施例中，单个ZigBee子网20内的ZigBee路由器23之间，ZigBee路由器23与ZigBee协调器21之间，ZigBee路由器23与ZigBee终端25之间，ZigBee协调器21与ZigBee终端25之间之间使用不同的信道进行通信。单个ZigBee子网20是一种网状网络结构。两个ZigeBee子网20中的一个或者多个ZigBee路由器23成对以有线方式连接。ZigBee子网20之间也构成一种网状网络结构。

在网状网络结构里，一个节点不但能够发送、接收一条消息，它还具有路由功能，能将一条消息转播给它的邻居。通过这种转播信息的功能，在网状网络中，一个数据包可以通过一条传播路径最终到达它的目的节点。网状网的覆盖范围很大，网络中的每一个节点可以作为路由器，通过路由协议来优化最短和最可靠路径，同时路由协议还可根据情况动态变化。在一个实施例中，采用ZigBee路由器23作为中继，ZigBee协调器21和相关ZigBee路由器23(与ZigBee子网20有连接的ZigBee路由器23)共同维护路由表并定期自动更新路由表。通过将ZigBee子网20之间的路由器成对相连，ZigBee网络100构成一种网状网络结构，在该网状网络结构里，一个节点不仅能收发信息还具有路由功能，信息到达目的节点有多条冗余路径。在该网状网络结构里，只要增加节点，就可以增加可及范围，或从冗余链路的增加上带来更多的可靠性，ZigBee网络100的节点数可以无限扩充。

ZigBee星形或簇树形网络对单点故障具有高度敏感性，不可靠等缺点。网状网络结构提供了多条路径，具有自动路由的功能，是一种低功率的多级跳点系统。与传统的点到点网络相比，ZigBee网状网络结构具有明显的优势，其能够为网络用户提供更大的覆盖范围，更高的吞吐率和更好的故障恢复性。

在ZigBee路由器23之间和ZigBee路由器23与ZigBee协调器21之间采用多跳技术传输数据。网状网络结构中，ZigBee路由器23和ZigBee协调器21都能够接收和传输数据，通过中继处理，数据包用可靠的通信链路贯穿于中间的各节点，到达制定目标。多跳是指数据不断从一个节点跳到另一个节点。因为数据不断从一个节点传送到另一个节点，又因为网状网络有好多节点，任何一个节点到另一个节点之间的路径不止一条。网状网络结构拥有多个冗余的通信路径，如果一条路径中断，网状网络结构将自动选择另一条路径维持正常通信。一般的情况下，网状网络结构能够自动的选择最短路径，提高了连接的质量。在网状网络结构里，只要增加节点数目，就可以增加可及范围，或从冗余链路的增加上带来更多的可靠性。

在网状网络结构里，一旦有了为数不少的节点，一个新节点几乎总能够找到邻近节点进行通信。它能收听邻近节点，如果它找到了一个或若干个，就会要求加入网络，满足要求便可获得准入。节点加入网络后，这些节点和目的节点之间就会自动生成路径。在一个实施例中，ZigBee终端25加入ZigBee网络100成功后会发送指令给服务器10指示设备上线。节点加入网络后，这些节点和目的节点之间就会自动生成路径，这往往为构建更大的网络提供了一条路径。在网状网络结构中，一个节点不仅能够传送和接收信息，还能充当路由器对其附近节点转发信息，随着更多节点的相互连接和可能的路径数量的增加，总的带宽也大大增加。

在一个实施例中，数据与命令的传输采用一次回复/超时重传的方式进行。超时重传是TCP协议保证数据可靠性的另一个重要机制，其原理是在发送某一个数据以后就开启一个计时器，在一定时间内如果没有得到发送的数据报的确认报文，那么就重新发送数据，直到发送成功为止。

在一个实施例中，服务器10定期检测ZigBee终端25的工作状态，维护设备表。ZigBee终端25定期检测网络连接状态，确保在线。ZigBee网络100具有时延短、安全性能高等特性，一般ZigBee终端25从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms。快速的接入速度使得服务器10定期检测ZigBee终端25工作状态，ZigBee终端25定期检测网络连接状态变得快捷和方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种ZigBee网络，其特征在于，包括：

服务器；

ZigBee子网，包括ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee终端，所述ZigBee协调器组建整个所述ZigBee子网，所述ZigBee终端与所述ZigBee协调器或所述ZigBee路由器相连；

其中，两个所述ZigeBee子网中的一个或者多个所述ZigBee路由器成对以有线方式连接。

2.如权利要求1所述的ZigBee网络，其特征在于，所述ZigBee子网之间，所述ZigBee子网与所述服务器之间使用不同的信道进行通信。

3.如权利要求1所述的ZigBee网络，其特征在于，在所述ZigBee子网内，所述ZigBee路由器之间，所述ZigBee路由器与所述ZigBee协调器之间，所述ZigBee路由器与所述ZigBee终端之间，所述ZigBee协调器与所述ZigBee终端之间使用不同的信道进行通信。

4.如权利要求1所述的ZigBee网络，其特征在于，在所述ZigBee网络中，数据与命令的传输采用一次回复/超时重传的方式进行。

5.如权利要求1所述的ZigBee网络，其特征在于，所述服务器定期检测所述ZigBee终端的工作状态用以维护设备表，所述ZigBee终端定期检测网络连接状态，确保在线。

6.如权利要求5所述的ZigBee网络，其特征在于，所述ZigBee终端主动向所述服务器发送指令以指示设备在线。

7.如权利要求1所述的ZigBee网络，其特征在于，所述ZigBee网络采用所述ZigBee路由器作为中继，所述ZigBee协调器和相关的所述ZigBee路由器共同维护路由表并定期自动更新所述路由表。

8.如权利要求1至7中的任一项所述的ZigBee网络，其特征在于，所述ZigBee子网按蜂窝方式布置。

9.如权利要求1至7中的任一项所述的ZigBee网络，其特征在于，所述ZigBee路由器之间，所述ZigBee路由器与所述ZigBee协调器之间采用多跳技术传输信息。