CN105471648A - Zigbee网络系统及其备援方法 - Google Patents

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Abstract

一种Zigbee网络系统，其由备用Zigbee协调器、Zigbee协调器及至少一个路由器所组成，通过将Zigbee协调器所储存的网络群组数据即时备份至备用Zigbee协调器，使备用Zigbee协调器可即时取代已损坏的Zigbee协调器，也无须再次初始化Zigbee网络，因此，使用者使用Zigbee网络进行数据传递时，不因Zigbee协调器损坏而中断。

Description

Zigbee网络系统及其备援方法
技术领域
本发明有关于一种网络系统，特别是有关于一种具有备份功能的Zigbee网络系统及其备援方法。
背景技术
Zigbee网络由Zigbee协调器(Coordinator)、多个路由器(Router)及终端装置(EndDevice)所组成，Zigbee协调器连接于路由器的一端，路由器的另一端连接于终端装置，在Zigbee协调器启动时，Zigbee协调器产生序号(ID)，以形成一个Zigbee网络，当有另一个Zigbee协调器欲加入此Zigbee网络时，由于此Zigbee网络已有Zigbee协调器存在，故欲加入的另一个Zigbee协调器会转换为具有路由器功能的Zigbee协调器后才能入此Zigbee网络；由此而知，每一个Zigbee网络的Zigbee协调器仅会有一个，若当Zigbee网络中的Zigbee协调器发生异常，则必须中断Zigbee网络，重新置换另一个可运作的Zigbee协调器，并且再次将Zigbee网络初始化后，才能恢复Zigbee网络的功能；然而，对于使用者而言，重新置换另一个可运作的Zigbee协调器时，数据传递必须中断，并且在Zigbee网络重启成功后才能继续传递数据，因而延迟数据传递时间。
目前解决上述问题的手法是通过路由器与Zigbee协调器两者之间的功能的重迭，修改路由器的原始码，使路由器可具有Zigbee协调器的功能，成为新的Zigbee协调器，在原始Zigbee协调器出现异常时，新的Zigbee协调器可取代异常的Zigbee协调器，并将此新的Zigbee协调器初始化，然而，Zigbee协调器初始化必须要重新形成Zigbee网络，再次产生序号(ID)，并重新搜寻在Zigbee网络内的所有装置，使各个装置加入Zigbee网络，此方式虽具有Zigbee协调器备援功能，但并不具有无缝式转换(Seamlesstransition)。
另一个解决上述问题的手法是利用双硬件的方式，将Zigbee网络底部的实体层(Physicallayer/MAClayer)作为主要备份的角色，平常由主要Zigbee协调器运作，并增加软件层(SWlayer)判断主要Zigbee协调器是否正常运作，若判断主要Zigbee协调器未能正常运作，则启动备用Zigbee协调器，让处于底层的备用Zigbee协调器可与上层的应用层(Applicationlayer)传递数据，使Zigbee网络可正常运作，然而，此方式为纯硬件的备份，倘若网络或应用程式层发生问题，单纯备份硬件层并无法让Zigbee网络正常运作。
发明内容
为了解决先前技术所述的问题，本发明的主要目的在于提供一个备用Zigbee协调器并配置于Zigbee网络系统，并通过将Zigbee协调器所储存的网络群组数据即时备份至备用Zigbee协调器，使备用Zigbee协调器可即时取代已损坏的Zigbee协调器，也无须再次初始化Zigbee网络，因此，使用者使用Zigbee网络进行数据传递时，不因Zigbee协调器损坏而中断，可达到无缝式(Seamless)转换的目的。
根据上述目的，本发明提出一种Zigbee网络系统，由Zigbee协调器及至少一个路由器所组成，路由器连接于Zigbee协调器，当终端装置通过路由器连接Zigbee网络系统时，路由器用于传输Zigbee协调器与终端装置之间的数据，其中，Zigbee网络系统进一步包含:备用Zigbee协调器，其连接于Zigbee协调器，备用Zigbee协调器为启动状态时，Zigbee协调器传递网络群组数据至备用Zigbee协调器，当备用Zigbee协调器传递询问信号至Zigbee协调器但并未接收到Zigbee协调器所回传的正常信号，则备用Zigbee协调器开启备用Zigbee协调器的第一射频模块，且路由器利用备用Zigbee协调器的第一射频模块的射频信号连接至备用Zigbee协调器。
根据上述目的，本发明还提出一种备用Zigbee协调器，适用于包含Zigbee协调器及至少一个路由器的Zigbee网络系统，备用Zigbee协调器包含:第一收发单元，用于接收Zigbee协调器传递的网络群组数据，且于发送询问信号至Zigbee协调器后用于接收Zigbee协调器所回传的正常信号；第一射频模块，用于产生射频信号以供路由器连接至备用Zigbee协调器；第一处理单元，连接于第一收发单元与第一射频模块，用于接收第一收发单元所输出的正常信号，并依正常信号的接收情况判断Zigbee协调器是否异常；及第一储存单元，连接于第一收发单元，用于储存第一收发单元所接收的网络群组数据；其中，当第一收发单元发送询问信号至Zigbee协调器，但第一处理单元判断第一收发单元未收到正常信号时，第一处理单元启动第一射频模块以产生射频信号。
根据上述目的，本发明还提出一种Zigbee网络系统的备援方法，适用于包含备用Zigbee协调器、Zigbee协调器及路由器的Zigbee网络系统，备用Zigbee协调器的第一射频模块预设为关闭状态，且Zigbee协调器的第二射频模块为开启状态，备援方法包括:由备用Zigbee协调器接收Zigbee协调器输出的网络群组数据；备用Zigbee协调器传递询问信号至Zigbee协调器；及当备用Zigbee协调器传递询问信号至Zigbee协调器且未接收到Zigbee协调器回传的正常信号，则开启备用Zigbee协调器的第一射频模块以产生射频信号，射频信号可供Zigbee网络系统的路由器连接至备用Zigbee协调器。
附图说明
图1是本发明第一实施例的Zigbee网络系统示意图。
图2是本发明第一实施例的Zigbee网络系统的更换备用Zigbee协调器示意图。
图3是本发明第二实施例的Zigbee网络系统示意图。
图4是本发明第一实施例的Zigbee网络系统备援方法流程图。
【符号说明】
1、1’备用Zigbee协调器
11、11’第一射频模块
12第一处理单元
13第一收发单元
14第一储存单元
2、2’Zigbee协调器
21、21’第二射频模块
22第二处理单元
23第二收发单元
24第二储存单元
3路由器群组
31、32路由器
4终端装置群组
41、42、43终端装置
5使用者信箱
S1～S8步骤
具体实施方式
由于本发明揭露一种Zigbee网络系统，其中所利用的Zigbee协调器与路由器本身的结构与原理，已为本领域的技术人员所熟知，故以下文中的说明，不再作完整描述。同时，以下文中所对照的图式，表达与本发明的Zigbee网络系统特征有关的系统结构及功能示意，并未根据实际尺寸完整绘制，盍先叙明。
本发明有关于一种Zigbee网络系统，特别是有关于包含一个备用Zigbee协调器、至少一个路由器及一个Zigbee协调器的Zigbee网络系统。
首先，请同时参阅图1与图2，其中，图1是本发明第一实施例的Zigbee网络系统示意图，图2本是发明第一实施例的Zigbee网络系统的更换备用Zigbee协调器示意图。
如图1所示，Zigbee网络系统包含一个备用Zigbee协调器(Coordinator)1、一个Zigbee协调器2及一个路由器群组3；路由器群组3包含两个路由器(Router)31、32，并将路由器31连接至终端装置41、42，以及将路由器32连接至终端装置43；另外，备用Zigbee协调器1包含第一射频模块11、第一处理单元12、第一收发单元13及第一储存单元14；而Zigbee协调器2包含第二射频模块21、第二处理单元22、第二收发单元23及第二储存单元24；其中，第一收发单元13连接于第二收发单元23，第一处理单元12连接于第一射频模块11与第一收发单元13，第一储存单元14连接于第一射频模块11与第一收发单元13，第二处理单元22连接于第二收发单元23与第二射频模块21，第二储存单元24连接于第二收发单元23与第二射频模块21，其中，第一射频模块11用于产生备用Zigbee协调器1的射频(RadioFrequency；RF)信号，第二射频模块21用于产生Zigbee协调器2的射频信号，第一储存单元14与第二储存单元24为用于储存网络群组数据，网络群组数据例如是:个人区域网络编号(PersonalAreaNetworkID)、长地址(LongAddress)、短地址(ShortAddress)及路由表(RoutingTable)。
接着，请继续参阅图1，以实际运作作说明，当Zigbee网络系统以Zigbee协调器2作为主要的协调器时，Zigbee协调器2的第二射频模块21为开启的状态，并产生Zigbee协调器2的射频信号，而第一射频模块11为关闭的状态，Zigbee协调器2通过第二射频模块21的射频信号连接至路由器31、32，当终端装置41、42、43离开此Zigbee网络系统或有其他终端装置加入此Zigbee网络系统时，路由器31、32将更新的网络群组数据通过第二射频模块21传递至第二储存单元24进行储存，备用Zigbee协调器1可连接至外部的使用者信箱5，备用Zigbee协调器1的第一收发单元13发送请求信号(Networkdatarequest)至Zigbee协调器2的第二收发单元23，第二收发单元23根据请求信号将第二储存模块24所储存的网络群组数据输出至第一收发单元13，第一收发单元13将网络群组数据传递至第一储存单元14储存，作为备份；接着，第一收发单元13每隔间隔时间便传递询问信号至第二收发单元23，在实施例中，前述间隔时间可为一秒，询问信号可为封包，第二处理单元22在第二收发单元23接收到询问信号后，决定第二收发单元23是否输出正常信号(ack)至第一收发单元13，第一收发单元13再将正常信号输出至第一处理单元12，第一处理单元12会根据正常信号的接收状况判断Zigbee协调器2是否异常，若第一处理单元12判断第一收发单元13未接收到正常信号，则判定Zigbee协调器2发生异常，并且开启第一射频模块11，使第一射频模块11产生射频信号，此时，路由器31、32利用第一射频模块11的射频信号连接至第一射频模块11(如图2所示)，使得备用Zigbee协调器1作为Zigbee网络系统的主要协调器，并且备用Zigbee协调器1传递信件至使用者信箱5，来通知使用者修复Zigbee协调器2或安装另一个备用Zigbee协调器(未显示于图中)于Zigbee网络系统中；另一方面，若第一处理单元12判断第一收发单元13已收到正常信号，则判定Zigbee协调器2为正常运作，并且仍持续每隔一段时间传递询问信号至第二收发单元23。
本发明的实施例中，第一收发单元13发送请求信号的时机可为备份Zigbee协调器1开启时或与Zigbee协调器2完成连线时，在备份Zigbee协调器1已开启且与Zigbee协调器2为连线的状态下，如网络群组数据有更新，第二收发单元23主动将第二储存单元24所储存的网络群组数据输出至第一收发单元13，备用Zigbee协调器1可随时更新网络群组数据。
本发明的实施例中，当Zigbee协调器2以有线的方式连接至备用Zigbee协调器1，如备用Zigbee协调器1未能即时收到Zigbee协调器2所输出的正常信号，则判定Zigbee协调器2异常；当Zigbee协调器2以无线的方式连接至备用Zigbee协调器1，备用Zigbee协调器1的第一处理单元12可进一步设定可容许第一收发单元13未接收到Zigbee协调器2的第二收发单元23所输出的正常信号的次数，举例来说:如备用Zigbee协调器1的第一收发单元13传递询问信号至Zigbee协调器2的第二收发单元23但未收到Zigbee协调器2的第二收发单元23所回传的正常信号的次数已达阈值，则判定Zigbee协调器2异常；前述阈值举例可设定为三次，但在此本发明并不设限。
接着，请参阅图3，图3是本发明第二实施例的Zigbee网络系统示意图。
如图3所示，第二实施例与上述第一实施例主要差异在于:第二实施例的Zigbee网络系统并未包含路由器，当Zigbee协调器2’的信号强度大于路由器的信号强度时，Zigbee协调器2’本身具有路由器的功能，Zigbee网络系统则无需设置路由器，以本发明第二实施例而言，Zigbee网络系统的备用Zigbee协调器1’与Zigbee协调器2’具有路由器的功能，其余信号传递关系、备用Zigbee协调器1’与Zigbee协调器2’的连接关系、元件连接关系及备援方法皆与第一实施例相同，故在此不再赘述。
接着，请参阅图4，并同时搭配图1与图2作为说明，其中，图4是本发明第一实施例的Zigbee网络系统备援方法流程图，包含以下步骤:
步骤S1:当Zigbee网络系统以Zigbee协调器2作为主要的协调器时，Zigbee协调器2通过第二射频模块21的射频信号连接至路由器31、32，而备用Zigbee协调器1的第一射频模块11为关闭的状态，接着，执行步骤S2。
步骤S2:备用Zigbee协调器1的第一收发单元13发送请求信号至Zigbee协调器2的第二收发单元23，接着，执行步骤S3。
步骤S3:第二收发单元23根据请求信号将第二储存模块24所储存的网络群组数据输出至第一收发单元13，第一收发单元13将网络群组数据传递至第一储存单元14储存，作为备份，接着，执行步骤S4。
步骤S4:在备份Zigbee协调器1已开启且与Zigbee协调器2为连线的状态下，如网络群组数据有更新，第二收发单元23主动将第二储存单元24所储存的网络群组数据输出至第一收发单元13，备用Zigbee协调器1可随时更新网络群组数据，接着，执行步骤S5。
步骤S5:第一收发单元13每隔约一秒传递询问信号至第二收发单元23，第二处理单元22在第二收发单元23接收到询问信号后，决定第二收发单元23是否输出正常信号至第一收发单元13，第一收发单元13再将正常信号输出至第一处理单元12，接着，执行步骤S6。
步骤S6:第一处理单元12会根据正常信号的接收状况判断Zigbee协调器2是否异常，若第一处理单元12判断第一收发单元13未接收到正常信号时，则判定Zigbee协调器2发生异常，并执行步骤S7。
步骤S7:开启第一射频模块11，使第一射频模块11产生射频信号，此时，将路由器31、32利用第一射频模块11的射频信号连接至第一射频模块11，使得备用Zigbee协调器1作为Zigbee网络系统的主要协调器，最后，执行步骤S8。
步骤S8:备用Zigbee协调器1传递信件至使用者信箱5，来通知使用者修复Zigbee协调器2或安装另一个备用Zigbee协调器(图中未显示)于Zigbee网络系统中。
另一方面，若步骤S6所述的第一处理单元12判断第一收发单元13已收到正常信号，即判定Zigbee协调器2为正常运作，则再次执行步骤S5，即仍持续每隔一段时间传递询问信号至第二收发单元23。
上述本发明实施例中，Zigbee网络系统为网状(Mesh)结构，本发明的Zigbee网络系统也可以是星状或是树状，在此本发明并不设限。
本发明的实施例中，使用者亦可通过查看Zigbee协调器2的网络数据使用纪录(log)判断Zigbee协调器2是否异常。
上述本发明实施例中，通过将Zigbee协调器2所储存的网络群组数据即时备份至备用Zigbee协调器1，使备用Zigbee协调器1可即时取代已损坏的Zigbee协调器2，同时，也无须再次初始化Zigbee网络，因此，使用者使用Zigbee网络进行数据传递时，不因Zigbee协调器损坏而中断，使用者也不会感受到数据传递中断(Seamless)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的权利范围；同时以上的描述，本领域的技术人员可理解并实施，因此其他未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求中。

Claims (12)

1.一种Zigbee网络系统，其特征在于，由Zigbee协调器及至少一个路由器所组成，所述路由器连接于所述Zigbee协调器，当终端装置通过所述路由器连接所述Zigbee网络系统时，所述路由器用于传输所述Zigbee协调器与所述终端装置之间的数据，其中，所述Zigbee网络系统进一步包含:
备用Zigbee协调器，其连接于所述Zigbee协调器，当所述备用Zigbee协调器为启动状态时，所述Zigbee协调器传递网络群组数据至所述备用Zigbee协调器，若所述备用Zigbee协调器传递询问信号至所述Zigbee协调器但并未接收到所述Zigbee协调器所回传的正常信号，则所述备用Zigbee协调器开启所述备用Zigbee协调器的第一射频模块，且所述路由器利用所述备用Zigbee协调器的所述第一射频模块的射频信号连接至所述备用Zigbee协调器。
2.根据权利要求1所述的Zigbee网络系统，其特征在于，所述备用Zigbee协调器进一步包括:
第一收发单元，连接于所述Zigbee协调器，用于发送请求信号与所述询问信号，并用于接收所述网络群组数据与所述正常信号；
第一处理单元，连接于所述第一收发单元与所述第一射频模块，用于接收所述第一收发单元所输出的所述正常信号，并依所述正常信号的接收情况判断所述Zigbee协调器是否异常，且于判断所述Zigbee协调器异常时使所述第一射频模块开启；及
第一储存单元，连接于所述第一收发单元，用于储存所述第一收发单元所接收的所述网络群组数据。
3.根据权利要求2所述的Zigbee网络系统，其特征在于，所述Zigbee协调器包括:
第二射频模块，用于产生所述Zigbee协调器的射频信号，并用于传递所述网络群组数据；
第二收发单元，连接于所述第一收发单元，用于接收所述第一收发单元所输出的所述请求信号与所述询问信号，及输出所述网络群组数据及输出所述正常信号至所述第一收发单元；
第二处理单元，连接于所述第二射频模块与所述第二收发单元，用于在所述第二收发单元接收到所述询问信号后决定所述第二收发单元是否输出所述正常信号至所述第一收发单元；及
第二储存单元，连接于所述第二射频模块，用于接收所述第二射频模块所传递的所述网络群组数据并储存所述网络群组数据；
其中，所述第二收发单元根据所述请求信号将所述第二储存单元所储存的所述网络群组数据传输至所述第一收发单元。
4.根据权利要求3所述的Zigbee网络系统，其特征在于，所述第二收发单元进一步在所述网络群组数据更新时，即时输出更新的所述网络群组数据至所述第一收发单元。
5.根据权利要求3所述的Zigbee网络系统，其特征在于，当所述Zigbee协调器以无线方式连接于所述备用Zigbee协调器，所述备用Zigbee协调器的所述第一处理单元可进一步设定可容许所述第一收发单元未接收到所述第二收发单元所输出的所述正常信号的次数。
6.根据权利要求1所述的Zigbee网络系统，其特征在于，所述网络群组数据包括个人区域网络编号、长地址、短地址及路由表。
7.一种备用Zigbee协调器，其特征在于，适用于包含Zigbee协调器及至少一个路由器的Zigbee网络系统，所述备用Zigbee协调器包含:
第一收发单元，用于接收所述Zigbee协调器传递的网络群组数据，且在发送询问信号至所述Zigbee协调器后用于接收所述Zigbee协调器所回传的正常信号；
第一射频模块，用于产生射频信号以供所述路由器连接至所述备用Zigbee协调器；
第一处理单元，连接于所述第一收发单元与所述第一射频模块，用于接收所述第一收发单元所输出的所述正常信号，并依所述正常信号的接收情况判断所述Zigbee协调器是否异常；及
第一储存单元，连接于所述第一收发单元，用于储存所述第一收发单元所接收的所述网络群组数据；
其中，当所述第一收发单元发送所述询问信号至所述Zigbee协调器，但所述第一处理单元判断所述第一收发单元未收到所述正常信号时，所述第一处理单元启动所述第一射频模块以产生所述射频信号。
8.一种Zigbee网络系统的备援方法，其特征在于，适用于包含备用Zigbee协调器、Zigbee协调器及至少一个路由器的Zigbee网络系统，所述备用Zigbee协调器的第一射频模块预设为关闭状态，且所述Zigbee协调器的第二射频模块为开启状态，所述方法包括:
由所述备用Zigbee协调器接收所述Zigbee协调器输出的网络群组数据；
所述备用Zigbee协调器传递询问信号至所述Zigbee协调器；及
当所述备用Zigbee协调器传递所述询问信号至所述Zigbee协调器且未接收到所述Zigbee协调器回传的正常信号，则开启所述备用Zigbee协调器的所述第一射频模块以产生射频信号，所述射频信号可供所述Zigbee网络系统的所述路由器连接至所述备用Zigbee协调器。
9.根据权利要求8所述的Zigbee网络系统的备援方法，其特征在于，当所述Zigbee协调器以无线方式连接于所述备用Zigbee协调器，所述备用Zigbee协调器可进一步设定所述备用Zigbee协调器可容许未接收到所述Zigbee协调器所输出的所述正常信号的次数。
10.根据权利要求9所述的Zigbee网络系统的备援方法，其特征在于，当所述Zigbee协调器以无线方式连接于所述备用Zigbee协调器，且所述备用Zigbee协调器未接收到所述正常信号的次数已达阈值，则开启所述备用Zigbee协调器的所述第一射频模块，所述路由器利用所述备用Zigbee协调器的所述第一射频模块的所述射频信号连接至所述备用Zigbee协调器。
11.根据权利要求8所述的Zigbee网络系统的备援方法，其特征在于，当所述备用Zigbee协调器于启动状态时，输出请求信号至所述Zigbee协调器。
12.根据权利要求8所述的Zigbee网络系统的备援方法，其特征在于，所述备用Zigbee协调器每隔固定时间传递所述询问信号至所述Zigbee协调器。
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