CN108135035B - 一种基于自主学习的ZigBee设备自组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自主学习的ZigBee设备自组网方法，在传统ZigBee通讯协议的基础上，创新了ZigBee组网原理，待入网设备不需要预设组网PAN ID，也不需要通过专业工具现场配置PAN ID，通过待入网设备自主学习，就可以获取到组网需要的PAN ID，并保证正确可靠，解决了智能家居设备使用ZigBee通讯协议无法有效自组网的缺陷，可以实现灵活、简便、可靠的系统自组网，既保证了组网的安全性，也不需要使用专业人员和专业设备，不需要增加额外成本，不需要具备任何专业知识的用户也可以简便的进行安装使用和系统扩展，可使得智能家居产品的使用门槛大幅降低。

Description

一种基于自主学习的ZigBee设备自组网方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种无线通信设备自组网方法，具体是一种基于自主学习的ZigBee设备自组网方法。

背景技术

ZigBee技术是一种基于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。ZigBee设备使用2.4GHz频段，该频段适用于近距离的无线通信。ZigBee协议的设计初衷是服务于工业和控制系统，和同频段的WIFI,蓝牙协议相比，具有功耗更低，传输距离更远，数据速率低，支持自组网的特点，使得其更加适用于组建无线传感器网络。

智能家居是近几年来最为热门的新技术领域之一。智能家居系统的核心是用数量众多的传感器监测用户家中的各种状态信息，通过一个核心处理器汇总接收这些状态信息。核心处理器可控制各种调节设备对室内环境进行调节，使环境达到用户预设好的状态。

在目前智能家居领域的无线通讯方式中，ZigBee，蓝牙和WIFI协议都有应用。随着应用的发展，人们发现最适于对大量传感器和设备进行组网通讯的是ZigBee方案。

ZigBee设备的组网功能：在Zigbee网络中，有三种不同类型的设备：协调器(Coordinator)、路由器(Router)和终端节点(End Device)。其中协调器是ZigBee网络的核心，它会指定一个PAN ID(Personal Area Networks ID)来创建网络。其他的路由器和终端节点只要具有相同的PAN ID就可以自动加入到协调器的网络当中。设备的PAN ID可以在出厂前设置并保存，也可以在现场使用时通过专业的设备和软件进行设置或修改。

传统ZigBee协议的组网方法：待入网设备在入网模式下，监听协调器的广播数据，从数据包中获取PAN ID信息，然后和自身的PAN ID信息对比，若PAN ID相同就向协调器发送自身MAC地址信息和入网请求，协调器接收入网请求后记录其MAC地址，双方实现组网。

ZigBee设备组网功能的缺陷：ZigBee设备要自动组网就需要写入相同的PAN ID，这在工业控制领域的系统搭建中不存在障碍。但在智能家居系统中，一个家庭网络中存在的设备数量是不固定的，而且可能会根据用户需求逐步的增加设备，因此厂家无法在产品生产时保证给相应数量的设备写入相同的PAN ID。

现有的解决办法有两种，但是都存在严重的缺陷：一、厂家将所有产品都写入相同的PAN ID，这种办法虽然保证了设备能够组网，但在实际使用带来了极大的风险。如果附近有多个用户使用同样的产品，在无线信号的有效范围内会有多个PAN ID相同的协调器在组建网络，终端节点会随机的加入其中一个网络，用户自家的设备很可能会连接到邻居的网络中去。二、产品出厂时不写入PAN ID，由用户自行设置。但设置需要使用上位机、专业设备、专业软件(例如TI公司提供的工程设备Commisioning Tool)，而且只有经过专业培训的工程人员可以操作，这就极大的增加了智能家居设备的安装难度和使用成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于自主学习的ZigBee设备自组网方法，在传统ZigBee通讯协议的基础上，创新了组网原理，实现了ZigBee设备的自主组网，同时保证了组网的灵活性和可靠性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于自主学习的ZigBee设备自组网方法，具体包括以下步骤：

步骤S1，待入网设备在入网模式下，监听协调器的广播数据，从数据包中获取PANID信息并记录，当设备附近有多个协调器在广播时，会分别记录它们的PAN ID；

步骤S2，待入网设备通过自主学习方法，从正在广播的一个或多个协调器中，判断出哪个是需要组网的正确协调器；

步骤S3，待入网设备将正确协调器的PAN ID进行复制，然后向正确协调器发送自身MAC地址信息和入网请求，正确协调器接收入网请求后记录待入网设备的MAC地址信息，双方实现组网。

进一步地，所述自主学习方法是根据协调器广播的信号强度RSSI值选择正确协调器的方法。

进一步地，所述自主学习方法具体包括以下步骤：

步骤S21，待接入设备接收一个或多个协调器的广播信息的同时获取协调器广播的信号强度RSSI值；

步骤S22，待接入设备连续记录若干次各协调器RSSI值后分别计算各协调器RSSI值的均值，计算出待接入设备和各协调器间的距离。

步骤S23，用户改变待接入设备和正确协调器的位置，待接入设备记录各协调器RSSI值发生的变化；

步骤S24，待接入设备根据各协调器RSSI值的变化，在多个协调器，找出RSSI值变化规律和用户改变位置操作相对应的协调器，判断该协调器为需要组网的正确协调器。

本发明的有益效果：本发明提供的基于自主学习的ZigBee设备自组网方法，在传统ZigBee通讯协议的基础上，创新了ZigBee组网原理，待入网设备不需要预设组网PAN ID，也不需要通过专业工具现场配置PAN ID，通过待入网设备自主学习，就可以获取到组网需要的PAN ID，并保证正确可靠，解决了智能家居设备使用ZigBee通讯协议无法有效自组网的缺陷，可以实现灵活、简便、可靠的系统自组网，既保证了组网的安全性，也不需要使用专业人员和专业设备，不需要增加额外成本，不需要具备任何专业知识的用户也可以简便的进行安装使用和系统扩展，可使得智能家居产品的使用门槛大幅降低。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明的具体组网原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种基于自主学习的ZigBee设备自组网方法，具体包括以下步骤：

步骤S1，待入网设备在入网模式下，监听协调器的广播数据，从数据包中获取PANID信息并记录，当设备附近有多个协调器在广播时，会分别记录它们的PAN ID。

步骤S2，待入网设备通过自主学习方法，从正在广播的一个或多个协调器中，判断出哪个是需要组网的正确协调器。

其中，自主学习方法是根据协调器广播的信号强度RSSI值选择正确协调器的方法。

具体的，当附近有多个协调器在广播时，待接入设备会接收到来自它们的广播信息，待接入设备在接收每条广播信息的同时获取协调器广播的信号强度RSSI值(ReceivedSignal Strength Indication，即接收信号强度指示)，RSSI值表征了待接入设备和相应协调器之间的距离。

协调器每1秒钟广播一次，待接入设备连续记录10次各协调器RSSI值后分别计算各协调器RSSI值的均值，可以较为准确的计算出待接入设备和协调器间的距离。

然后，用户改变待接入设备和正确协调器的位置，包括互相靠近、远离或环绕，待接入设备记录各协调器RSSI值发生的变化。当两者互相靠近时，RSSI值变大，可根据差值计算出距离缩短变化量；当两者互相远离时，RSSI值变小，可根据差值计算出距离扩大变化量；当两者互换位置或环绕移动时，双方距离不变因此RSSI值不会发生变化。

待接入设备根据各协调器RSSI值的变化，在多个协调器，找出RSSI值变化规律和用户改变位置操作相对应的协调器，判断该协调器为需要组网的正确协调器。

步骤S3，待入网设备将正确协调器的PAN ID进行复制，然后向正确协调器发送自身MAC地址信息和入网请求，正确协调器接收入网请求后记录待入网设备的MAC地址信息，双方实现组网。

本发明的一个具体实施过程，如图2所示，包括待接入的终端节点(待入网设备)，多个正在组网的协调器，启动待接入的终端节点和协调器后，双方进入组网模式。

待接入的终端节点监听到多个正在组网的协调器的广播，分别记录多个正在组网的协调器的PAN ID和RSSI值。

用户改变待接入的终端节点和正确协调器的位置，待接入的终端节点记录各协调器RSSI值发生的变化，当待接入的终端节点和正确协调器互换位置或环绕移动时，因为距离不变，RSSI值不会变化，当待接入的终端节点和正确协调器靠近或远离时，RSSI值会根据距离变化产生相应的变化。

在多个协调器，只会有一个协调器的RSSI值变化规律和用户改变位置的操作相对应，待接入的终端节点判断该协调器为正确协调器。

待接入的终端节点将正确协调器的PAN ID进行复制，然后向正确协调器发送自身MAC地址信息和入网请求，正确协调器接收入网请求后记录待入网设备的MAC地址信息，双方实现组网。

本发明提供的基于自主学习的ZigBee设备自组网方法，在传统ZigBee通讯协议的基础上，创新了ZigBee组网原理，待入网设备不需要预设组网PAN ID，也不需要通过专业工具现场配置PAN ID，通过待入网设备自主学习，就可以获取到组网需要的PAN ID，并保证正确可靠，解决了智能家居设备使用ZigBee通讯协议无法有效自组网的缺陷，可以实现灵活、简便、可靠的系统自组网，既保证了组网的安全性，也不需要使用专业人员和专业设备，不需要增加额外成本，不需要具备任何专业知识的用户也可以简便的进行安装使用和系统扩展，可使得智能家居产品的使用门槛大幅降低。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员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，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于自主学习的ZigBee设备自组网方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤S1，待入网设备在入网模式下，监听协调器的广播数据，从数据包中获取PAN ID信息并记录，当设备附近有多个协调器在广播时，会分别记录它们的PAN ID；

步骤S2，待入网设备通过自主学习方法，从正在广播的一个或多个协调器中，判断出哪个是需要组网的正确协调器；

步骤S3，待入网设备将正确协调器的PAN ID进行复制，然后向正确协调器发送自身MAC地址信息和入网请求，正确协调器接收入网请求后记录待入网设备的MAC地址信息，双方实现组网；

所述自主学习方法是根据协调器广播的信号强度RSSI值选择正确协调器的方法；所述自主学习方法具体包括以下步骤：

步骤S21，待接入设备接收一个或多个协调器的广播信息的同时获取协调器广播的信号强度RSSI值；

步骤S22，待接入设备连续记录若干次各协调器RSSI值后分别计算各协调器RSSI值的均值，计算出待接入设备和各协调器间的距离；

步骤S23，用户改变待接入设备和正确协调器的位置，待接入设备记录各协调器RSSI值发生的变化；

步骤S24，待接入设备根据各协调器RSSI值的变化，在多个协调器，找出RSSI值变化规律和用户改变位置操作相对应的协调器，判断该协调器为需要组网的正确协调器。

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