CN107466020A - 一种Zigbee通信信道抗阻塞系统及其工作方法 - Google Patents

一种Zigbee通信信道抗阻塞系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Zigbee通信信道抗阻塞系统及其工作方法，所述Zigbee通信信道抗阻塞系统包括网关和智能终端设备，所述网关与智能终端设备以无线通信的方式相连接；所述网关包括供电电源、第一通信模块和第二通信模块，所述供电电源分别与所述第一通信模块和所述第二通信模块相连接；所述智能终端设备包括供电模块、第一控制单元、第二控制单元、第一射频单元和第二射频单元；所述供电模块与第一控制单元、第二控制单元、第一射频单元和第二射频单元相连接。本发明可减少网络连接传输的消耗与时延，提高智能终端设备的信息传输有效性和通信效率。

Description

一种Zigbee通信信道抗阻塞系统及其工作方法
技术领域
本发明属于无线技术领域，具体涉及一种Zigbee通信信道抗阻塞系统及其工作方法。
背景技术
目前在Zigbee工作的ISM频段中存在多种通信协议制式，如WIFI与BT等。由于各协议在通信信道频率上的重叠，在Zigbee的实际应用当中常发生受到其他几种通信协议干扰的情况，直接影响了通信的质量。
现有采用的解决方案是通过信道避让的方式来减少相互间的干扰，但通过信道避让后，仍然工作在2.4G频段，彼此之间的频率间隔不够大导致部分智能终端设备无法及时通信，抗干扰效果不理想。采用多重重发机制增加了系统的消耗与时延；完全将Zigbee搬移到其他频段如Zigbee系统频段则存在信道单一，通信速率不高等其他问题，满足不了Zigbee丰富的应用场景及智能终端设备的及时性和有效性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供了一种Zigbee通信信道抗阻塞的系统及工作方法，为解决智能终端设备在正常通信受阻，无法完成通信过程时，选择进行应急通信，从而解决智能终端设备的通信阻塞，减少网络连接传输的消耗与时延，提高智能终端设备的信息传输有效性和通信效率。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种Zigbee通信信道抗阻塞系统，所述Zigbee通信信道抗阻塞系统包括网关和智能终端设备，所述网关与智能终端设备以无线通信的方式相连接；
所述网关包括供电电源、第一通信模块和第二通信模块，所述供电电源分别与所述第一通信模块和所述第二通信模块相连接；
所述智能终端设备包括供电模块、第一控制单元、第二控制单元、第一射频单元和第二射频单元，所述供电模块与第一控制单元、第二控制单元、第一射频单元和第二射频单元相连接，所述第一控制单元与第二控制单元、第一射频单元相连接，所述第二控制单元与第一射频单元和第二射频单元相连接。
本发明进一步限定的技术方案是：
在同一个网络环境下，所述智能终端设备与第一通信模块以特定频段上以无线信号方式进行传输，所述智能终端设备判定当前通信信道的是否受阻由发送指令包失败次数是否超过预设值，所述第二射频单元发送测试指令信号至所述网关的第二通信模块1-N，所述第二控制单元确定出一个最佳的通信频点，则切换到所述已匹配的最佳的通信频点，所述第二射频单元将待发送的信息指令，重新打包并调制并重新发送，完成应急通信。
所述第一射频单元与第一通信模块以无线信号方式进行通信，所述第二射频单元与所述第二通信模块以无线信号方式进行通信。
所述第一通信模块用于接收、处理、发送第一射频单元和智能终端设备上报的数据信息；所述第二通信模块用于接收并处理第二射频单元发送的数据信息指令。
所述第二控制单元用于判断当前工作信道是否通畅，并将发送失败次数与设定限定值λ进行比对，校验。
所述第一控制单元用于控制第二控制单元、第一射频单元和第二射频单元之间的协调和存储，发送与接收指令。
所述第二射频单元用于与第二通信模块建立通信连接，将未成功发送的信息打包调制后发送至第二通信模块。
所述智能终端设备为智能插座、紧急呼叫按钮、温湿度传感器、智能灯、智能摄像机、智能开关、红外转发装置、智能热水器、智能空调、VOC检测器、粉尘检测器、智能门窗磁、空气净化器、红外感应器或烟雾报警器的一种或多种。
进一步地，
本发明还公开了一种Zigbee通信信道抗阻塞系统的工作方法，包括如下步骤：
Sa1:在同一个网络环境下，多个智能终端设备与网关以2.400-2.4835GHz频段上以无线信号方式进行传输，发送指令信号或数据信息至网关；
Sa2：当同一个网络包含多个智能终端设备时，第n个智能终端设备通过第二控制单元来判断当前通信信道的受阻情况；
Sa3：第二控制单元进行判定通信信道受阻情况，设定第n个智能终端设备发送指令包失败次数预设值为λ；
（1）当第n个智能终端设备发现指令信号总是发送失败，且失败次数超过设定值λ，将切换到与第二通信模块1-N进行匹配，
（2）当第n个智能终端设备发送指令信号的失败次数小于λ，由第一射频单元发送指令信号，保持在特定区间的频段上通信；
Sa4：在第二射频单元发送测试指令信号至网关的多个第二通信模块，对应的第二通信模块n反馈对应指令的数值至第二控制单元，进行比较，确定出一个最佳的通信频点；
Sa5：所述第二射频单元将待发送的信息指令，重新打包并调制到第二通信模块重新发送；网关收到设备发送的信息指令,完成应急通信过程；
Sa6：第n个智能终端设备在此次应急通信结束后，第一通信模块一直保持侦听第二通信模块，若与第一通信模块上通信质量较好，则跳回到第一射频单元上工作；若与第一通信模块上通信质量欠佳，则继续保持在第二通信模块上工作。
本发明进一步限定的技术方案是：
在步骤(Sa1)中，所述网关的第一通信模块和第二通信模块是同时工作的且相互之间保持独立，所述第一通信模块保持监听第二通信模块1-N，所述第二通信模块1至第二通信模块N是独立信道通信的，所述智能终端设备的第二射频单元与网关上的第二通信模块1-n建立通信后，其频率是对应的。。
在步骤（Sa3）中，所述失败次数预设值数λ可出厂前设定与判定时间相对应。
在步骤(Sa4)中，所述智能终端设备N的第二射频单元可与第二通信模块1-N的任意一个相适配进行通信传输。
在步骤（Sa4）中，所述第二通信模块与第二射频单元的工作频率均小于或等于1GHz。
本发明的有益效果是：智能终端设备在正常通信受阻，无法完成通信过程时，选择进行应急通信，减少Zigbee系统在2.4G频段上的网络传输的自身消耗与受阻延时，提高通信效率；进一步减少网络连接传输的消耗与时延，提高智能终端设备的信息传输有效性和通信效率。
附图说明
图1绘示本发明的系统结构图；
图2绘示本发明的工作流程图。
具体实施方式
本发明为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，本发明的一种Zigbee通信信道抗阻塞系统包括网关和智能终端设备，所述网关与智能终端设备以无线通信的方式相连接；
所述网关包括供电电源、第一通信模块和第二通信模块，所述供电电源分别与所述第一通信模块和所述第二通信模块相连接；
所述智能终端设备包括供电模块、第一控制单元、第二控制单元、第一射频单元和第二射频单元，所述供电模块与第一控制单元、第二控制单元、第一射频单元和第二射频单元相连接，所述第一控制单元与第二控制单元、第一射频单元相连接，所述第二控制单元与第一射频单元和第二射频单元相连接。
在同一个网络环境下，所述智能终端设备与第一通信模块以特定频段上以无线信号方式进行传输，所述智能终端设备判定当前通信信道的是否受阻由发送指令包失败次数是否超过预设值，所述第二射频单元发送测试指令信号至所述网关的第二通信模块1-N，所述第二控制单元确定出一个最佳的通信频点，则切换到所述已匹配的最佳的通信频点，所述第二射频单元将待发送的信息指令，重新打包并调制并重新发送，完成应急通信。
所述第一射频单元与第一通信模块以无线信号方式进行通信，所述第二射频单元与所述第二通信模块以无线信号方式进行通信。
所述第一通信模块用于接收、处理、发送第一射频单元和智能终端设备上报的数据信息；所述第二通信模块用于接收并处理第二射频单元发送的数据信息指令。
所述第二控制单元用于判断当前工作信道是否通畅，并将发送失败次数与设定限定值λ进行比对，校验。
所述第一控制单元用于控制第二控制单元、第一射频单元和第二射频单元之间的协调和存储，发送与接收指令；
所述第二射频单元用于与第二通信模块建立通信连接，将未成功发送的信息打包调制后发送至第二通信模块。
所述智能终端设备为紧急呼叫按钮、智能门窗磁、空气净化器、红外感应器和烟雾报警器的多种，智能终端设备属于安防类的，指令消息发送较为紧急时，不可延迟。
如图2所示，本实施例还公开了一种Zigbee通信信道抗阻塞系统的工作方法，包括如下步骤：
Sa1:在同一个网络环境下，所述的智能终端设备与网关以2.4G频段上以Zigbee通信协议进行传输，发送指令信号或数据信息至网关；
Sa2：当同一个网络包括所述的智能终端设备时，第n个智能终端设备为紧急呼叫按钮通过其内部的第二控制单元来判断当前通信信道的受阻情况；
Sa3：第二控制单元进行判定通信信道受阻情况，设定第n个智能终端设备紧急呼叫按钮发送指令包失败次数预设值为λ；
（1）当第n个智能终端设备紧急呼叫按钮发现指令信号总是发送失败，且失败次数超过设定值λ，将切换到与第二通信模块1-N进行匹配，
（2）当第n个智能终端设备紧急呼叫按钮发送指令信号的失败次数小于λ，由第一射频单元发送指令信号，保持在特定区间的频段上通信；
Sa4：在第二射频单元发送测试指令信号至网关的多个第二通信模块，对应的第二通信模块n反馈对应指令的数值至第二控制单元，进行比较，确定出一个最佳的通信频点为第二通信模块n；
Sa5：所述第二射频单元将待发送的信息指令，重新打包并调制到第二通信模上重新发送；网关的第二通信模块n收到设备发送的信息指令,完成应急通信过程；
Sa6：第n个智能终端设备在此次应急通信结束后，第一通信模块一直保持侦听第二通信模块n上，若与第一通信模块上通信质量较好，智能终端设备N紧急呼叫按钮将跳回到第一射频单元上工作，若与第一通信模块上通信质量欠佳，则继续保持在第二通信模块上工作。
在步骤(Sa1)中，所述网关的第一通信模块和第二通信模块是同时工作的且相互之间保持独立，所述第一通信模块保持监听第二通信模块1-N，所述第二通信模块1至第二通信模块N是独立信道通信的，所述智能终端设备的第二射频单元与网关上的第二通信模块1-n建立通信后，其频率是对应的。。
在步骤（Sa3）中，所述失败次数预设值数λ可出厂前设定与判定时间相对应。
在步骤(Sa4)中，所述智能终端设备N的第二射频单元可与第二通信模块1-N的任意一个相适配进行通信传输。
在步骤（Sa4）中，所述第二通信模块与第二射频单元的工作频率均小于1GHz。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：
如图2所示，本发明的一种Zigbee通信信道抗阻塞系统的工作方法，包括如下步骤：
Sa1:在同一个网络环境下，有网络智能锁、网络摄像机、燃气泄漏报警器以2.4G频段上与网关之间进行无线传输，三者发送指令信号至网关；
Sa2：当同一个网络包含3个智能终端设备时，燃气泄漏报警器通过第二控制单元来判断当前通信信道的受阻情况；
Sa3：第二控制单元进行判定通信信道此时为受阻状态，设定燃气泄漏报警发送指令包失败次数预设值为6次；
（1）当燃气泄漏报警器发现指令信号总是发送失败，且失败次数超过设定值6次，将切换到第二通信模块，
（2）当燃气泄漏报警器发送指令信号的失败次数大于6次，由第一射频单元发送指令信号，保持在2.4GHz-2.4835GHz频段上通信；
Sa4：在第二射频单元发送测试指令信号至网关的第二通信模块1-N，对应的第二通信模块馈对应指令的数值至第二控制单元，进行比较，确定出一个最佳的通信频点为第二通信模块3；
Sa5：所述第二射频单元将待发送的信息指令，重新打包并调制到第二通信模块重新发送；网关收到设备发送的信息指令,完成应急通信过程；
Sa6：燃气泄漏报警器在此次应急通信结束后，第一通信模块一直保持侦听第二通信模块1-N上，若在这个载频上通信质量较好，则跳回到第一射频单元上工作，若与第一通信模块上通信质量欠佳，则继续保持在第二通信模块上工作。
在步骤(Sa1)中，所述网关的第一通信模块和第二通信模块1-N是同时工作的且相互之间保持独立，所述第一通信模块保持监听第二通信模块1-N，所述第二通信模块1至第二通信模块N是独立信道通信的，所述智能终端设备的第二射频单元与网关上的第二通信模块1-n建立通信后，其频率是对应的。
在步骤（Sa3）中，所述失败次数预设值数6可出厂前设定与判定时间相对应。
在步骤(Sa4)中，所述智能终端设备N的第二射频单元可与第二通信模块1-N的任意一个相适配进行通信传输。
在步骤（Sa4）中，所述第二通信模块与第二射频单元的工作频率等于1GHz。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于：
本发明的一种Zigbee通信信道抗阻塞系统的工作方法，包括如下步骤：
Sa1:在同一个网络环境下，2个智能终端设备与网关以2.4-2.4835GHz频段上以无线信号方式进行传输，发送指令信号至网关；
Sa2：当同一个网络包含智能门窗磁、烟雾报警器时，智能门窗磁、烟雾报警器同时通过终端设备中自带的第二控制单元来判断当前通信信道的受阻情况；
Sa3：两者中的第二控制单元进行判定通信信道受阻情况，设定智能门窗磁、烟雾报警器发送指令包失败次数预设值为3；
（1）当智能门窗磁、烟雾报警器发现指令信号总是发送失败，且失败次数超过设定值3，将切换到与第二通信模块1-n进行匹配，
（2）当智能门窗磁、烟雾报警器发送指令信号的失败次数小于3，由第一射频单元发送指令信号，保持在特定区间的频段上通信；
Sa4：在第二射频单元发送测试指令信号至网关的第二通信模块1-n中的任意10个，对应的Sub1G模块反馈对应指令的数值至第二控制单元，进行比较，确定出一个最佳的通信频点,第二通信模块3和第二通信模块4；
Sa5：智能门窗磁、烟雾报警器的第二射频单元将待发送的信息指令，重新打包并调制到第二通信模块3和第二通信模块4重新发送；网关完成应急通信过程，并对其作出相对应的行为，智能门窗磁松开，打开门窗，对烟雾进行通风，同时网关发送消息至用户客户端，紧急提醒，远程监控打开网络摄像机，对家中环境进行观察，网络摄像机的通信过程重复上述步骤Sa1-Sa4，并继续步骤Sa5；
Sa6：智能门窗磁、烟雾报警器在此次应急通信结束后，第一通信模块一直保持侦听第二通信模块，若与第一通信模块上通信质量较好，则跳回到第一射频单元上工作；若与第一通信模块上通信质量欠佳，则继续保持在第二通信模块上工作。
在步骤(Sa1)中，所述网关的第一通信模块和第二通信模块是同时工作的且相互之间保持独立，所述第一通信模块保持监听第二通信模块，所述第二通信模块1至第二通信模块N是独立信道通信的，智能门窗磁、烟雾报警器的第二射频单元与网关上的第二通信模块2或3建立通信后，其频率是对应的。
在步骤（Sa3）中，所述失败次数预设值λ=3，出厂前设定。
在步骤(Sa4)中，智能门窗磁或烟雾报警器的第二射频单元与所述网关的第一通信模块或第二通信模块2或3相适配，与网关队应的第二通信模块2进行通信传输。
在步骤（Sa4）中，所述第二通信模块与第二射频单元的工作频率均小于或等于1GHz。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (12)

1.一种Zigbee通信信道抗阻塞系统，其特征在于：所述Zigbee通信信道抗阻塞系统包括网关和智能终端设备，所述网关与智能终端设备以无线通信的方式相连接；
所述网关包括供电电源、第一通信模块和第二通信模块，所述供电电源分别与所述第一通信模块和所述第二通信模块相连接；
所述智能终端设备包括供电模块、第一控制单元、第二控制单元、第一射频单元和第二射频单元，所述供电模块与第一控制单元、第二控制单元、第一射频单元和第二射频单元相连接，所述第一控制单元与第二控制单元、第一射频单元相连接，所述第二控制单元与第一射频单元和第二射频单元相连接。
2.根据权利要求1所述的Zigbee通信信道抗阻塞系统，其特征在于：在同一个网络环境下，所述智能终端设备与第一通信模块以特定频段上以无线信号方式进行传输，所述智能终端设备判定当前通信信道的是否受阻由发送指令包失败次数是否超过预设值，所述第二射频单元发送测试指令信号至所述网关的第二通信模块1-N，所述第二控制单元确定出一个最佳的通信频点，则切换到所述已匹配的最佳的通信频点，所述第二射频单元将待发送的信息指令，重新打包并调制并重新发送，完成应急通信。
3.根据权利要求1所述的Zigbee通信信道抗阻塞系统，其特征在于：所述第一射频单元与第一通信模块以无线信号方式进行通信，所述第二射频单元与所述第二通信模块以无线信号方式进行通信。
4.根据权利要求1所述的Zigbee通信信道抗阻塞系统，其特征在于： 所述第一通信模块用于接收、处理、发送第一射频单元和智能终端设备上报的数据信息；所述第二通信模块用于接收并处理第二射频单元发送的数据信息指令。
5.根据权利要求1所述的Zigbee通信信道抗阻塞系统，其特征在于：所述第二控制单元用于判断当前工作信道是否通畅，并将发送失败次数与设定限定值λ进行比对，校验。
6.根据权利要求1所述的Zigbee通信信道抗阻塞系统，其特征在于：所述第一控制单元用于控制第二控制单元、第一射频单元和第二射频单元之间的协调和存储，发送与接收指令；
所述第二射频单元用于与第二通信模块建立通信连接，将未成功发送的信息打包调制后发送至第二通信模块。
7.根据权利要求1所述的Zigbee通信信道抗阻塞系统，其特征在于：所述智能终端设备为智能插座、紧急呼叫按钮、温湿度传感器、智能灯、智能摄像机、智能开关、红外转发装置、智能热水器、智能空调、VOC检测器、粉尘检测器、智能门窗磁、空气净化器、红外感应器或烟雾报警器的一种或多种。
8.权利要求1至7任一项所述的Zigbee通信信道抗阻塞系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
Sa1:在同一个网络环境下，多个智能终端设备与网关以特定频段上以无线信号方式进行传输，发送指令信号或数据信息至网关；
Sa2：当同一个网络包含多个智能终端设备时，第n个智能终端设备通过第二控制单元来判断当前通信信道的受阻情况；
Sa3：第二控制单元进行判定通信信道受阻情况，设定第n个智能终端设备发送指令包失败次数预设值为λ；
当第n个智能终端设备发现指令信号总是发送失败，且失败次数超过设定值λ，将切换到与第二通信模块1-N进行匹配，
当第n个智能终端设备发送指令信号的失败次数小于λ，由第一射频单元发送指令信号，保持在特定区间的频段上通信；
Sa4：在第二射频单元发送测试指令信号至网关的多个第二通信模块，对应的第二通信模块n反馈对应指令的数值至第二控制单元，进行比较，确定出一个最佳的通信频点；
Sa5：所述第二射频单元将待发送的信息指令，重新打包并调制到第二通信模块重新发送；网关收到设备发送的信息指令,完成应急通信过程；
Sa6：第n个智能终端设备在此次应急通信结束后，第一通信模块一直保持侦听第二通信模块，若与第一通信模块上通信质量较好，则跳回到第一射频单元上工作；若与第一通信模块上通信质量欠佳，则继续保持在第二通信模块上工作。
9.根据权利要求8所述的Zigbee通信信道抗阻塞系统的工作方法，其特征在于：在步骤(Sa1)中，所述网关的第一通信模块和第二通信模块是同时工作的且相互之间保持独立，所述第一通信模块保持监听第二通信模块1-N，所述第二通信模块1至第二通信模块N是独立信道通信的，所述智能终端设备的第二射频单元与网关上的第二通信模块1-n建立通信后，其频率是对应的。
10.根据权利要求8所述的Zigbee通信信道抗阻塞系统的工作方法，其特征在于：在步骤（Sa3）中，所述失败次数预设值λ可出厂前设定与判定时间相对应。
11.根据权利要求8所述的Zigbee通信信道抗阻塞系统的工作方法，其特征在于：在步骤(Sa4)中，所述智能终端设备N的第二射频单元可与第二通信模块1-N的任意一个相适配进行通信传输。
12.根据权利要求8所述的Zigbee通信信道抗阻塞系统的工作方法，其特征在于：在步骤（Sa4）中，所述第二通信模块与第二射频单元的工作频率均小于或等于1 GHz。
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