CN109150336B - 创建Zigbee网络的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及物联网领域，针对现有方案中创建避免WIFI网络干扰的ZigBee网络时仍存在ZigBee网络的同频干扰的问题，提出了一种创建ZigBee网络的方法，包括如下步骤：将与本机WIFI信道序号的通信频段相重叠的ZigBee信号序号设定为禁止扫描信道序号；扫描除禁止扫描信道序号对应的ZigBee信道外的其余所有ZigBee信道，记录扫描到的对应ZigBee信道序号的ZigBee信号强度；根据所述对应ZigBee信道序号的ZigBee信号强度进行信道序号的优先级排序，将优先级最高的信道序号作为最优信道序号；根据最优信道序号创建新的ZigBee网络。如此降低了已存在的ZigBee网络的同频干扰，本发明适用于智能家居的网关。

Description

创建Zigbee网络的方法及装置
技术领域
本发明涉及物联网领域，特别涉及一种创建Zigbee网络的方法及装置。
背景技术
ZigBee技术是WSN(Wireless Sensor Networks，无线传感器网络)领域最重要通信技术之一，因其具有低功耗特点在智能家居中得到了广泛应用，绝大多数智能家居终端设备(传感器、灯、开关等)通过ZigBee技术接入。但ZigBee技术支持的数据传输速率低(不超过250kps)，不适合直接接入云端，一般都采用附图1所示的系统架构，即通过Zigbee协调器与Zigbee终端及Zigbee路由组网通讯，将终端设备的数据发送给Zigbee协调器，后经过wifi网关来接入云端。因ZigBee协议中包括第11信道到第26信道，在中国WIFI协议中支持第1信道到第13信道，而WIFI协议中的第1信道的通信频段与ZigBee协议中的第11～14信道的通信频段相重叠，WIFI协议中的第2信道的通信频段与ZigBee协议中的第12～15信道的通信频段相重叠，以此类推，WIFI协议中的第13信道的通信频段与ZigBee协议中的第23-26信道的通信频段相重叠，也就是说在上述架构中WIFI的通信频段与ZigBee的通信频段可能会因相重叠而产生干扰，如此需要创建ZigBee网络时避免本机WIFI网络的干扰。
智能家居网关中现有创建ZigBee网络的技术方案如图2所示。该方案包括WIFI模组和ZigBee模组。
WIFI模组包括WIFI信道扫描单元、WIFI信道选择单元和WIFI网络创建单元，其中，扫描WIFI网络单元包括：智能家居网关上电后WIFI通信模组首先启动，这时ZigBee通信模组处于待机状态，启动后，WIFI模组逐一扫描全部WIFI信道，记录每个信道里面的无线信号强度发送给WIFI信道选择单元。WIFI信道选择单元包括：根据每个信道里面的无线信号强度计算出干扰最小的本机WIFI信道。WIFI网络创建单元包括：根据干扰最小的本机WIFI信道直接创建新的WIFI网络，WIFI网络创建完成后，将所有WIFI信道参量传递给ZigBee模组。
ZigBee模块包括ZigBee信道计算单元和ZigBee网络创建单元，其中，ZigBee信道计算单元包括：根据接收到的WIFI全信道参量(含各信道无线信号强度和已存在的WIFI网络)按照特定的算法推导出全部16个ZigBee信道(11～26信道)优先级，然后确定最优ZigBee信道发送给ZigBee网络创建单元。ZigBee网络创建单元包括：不需要进行ZigBee信道扫描和最优信道计算，直接按照最优ZigBee信道创建新的ZigBee网络。
上述解决方案可以很好地解决智能家居网关中WIFI网络和ZigBee网络之间的本机干扰，但却无法解决同一空间ZigBee网络之间的同频干扰。因为现有的解决方案中，计算ZigBee最优信道时根据的是WIFI模组扫描到的WIFI信道参量，并不能侦测判断该信道内是否已有信号足够强的ZigBee网络，从而可能导致ZigBee网络的同频干扰，影响ZigBee网络通信的可靠性。比如根据WIFI信道扫描情况，除了WIFI的第13信道(频段范围：2462～2482MHz)外都有强弱不等的WIFI信号，假设按照上述方法计算出ZigBee的第26信道为最优信道，但是ZigBee的第26信道(频段范围：2477.5～2482.5MHz)已有信号非常强的ZigBee网络，则会导致同频干扰出现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有方案中创建避免WIFI网络干扰的ZigBee网络时仍存在ZigBee网络的同频干扰的问题，提出一种创建ZigBee网络的方法及装置。
本发明解决上述技术问题，采用的技术方案是：
创建ZigBee网络的方法，包括如下步骤：
A、将与本机WIFI信道序号的通信频段相重叠的ZigBee信道序号设定为禁止扫描信道序号；
B、扫描除禁止扫描信道序号对应的ZigBee信道以外的其余所有ZigBee信道，记录扫描到的对应ZigBee信道序号的ZigBee信号强度；
C、根据所述对应ZigBee信道序号的ZigBee信号强度进行信道序号的优先级排序，将优先级最高的信道序号作为最优信道序号；
D、根据最优信道序号创建新的ZigBee网络。
进一步的，所述步骤C中根据所述对应ZigBee信道序号的Zigbee信号强度进行信道序号的优先级排序时，包括：ZigBee信道序号的Zigbee信号强度越强对应的信道序号的优先级越低。
进一步的，所述步骤C中根据所述对应ZigBee信道序号的Zigbee信号强度进行信道序号的优先级排序时，还包括：计算与本机WIFI信道序号对应的通信频段无交叉的WIFI信道序号所对应的ZigBee信道序号，按照预定级数降低所述ZigBee信道序号对应的优先级。
优选的，所述预定级数为3级。
进一步的，所述步骤A之前还包括：扫描WIFI信道，记录每个信道里的WIFI信号强度，根据WIFI信号强度计算出干扰最小的本机WIFI信道序号，根据干扰最小的本机WIFI信道序号创建WIFI网络。
本发明解决上述技术问题，还提出了一种创建ZigBee网络的装置，包括ZigBee模组，所述ZigBee模组包括ZigBee信道禁止单元、ZigBee信道扫描单元、ZigBee信道选择单元和ZigBee网络创建单元；
ZigBee信道禁止单元用于将与本机WIFI信道序号的通信频段相重叠的ZigBee信道序号设定为禁止扫描信道序号；
ZigBee信道扫描单元用于扫描除禁止扫描信道序号对应的ZigBee信道外的其余所有ZigBee信道，记录扫描到的对应ZigBee信道序号的ZigBee信号强度；
ZigBee信道选择单元用于根据所述对应ZigBee信道序号的ZigBee信号强度进行信道序号的优先级排序，将优先级最高的信道序号作为最优信道序号；
ZigBee网络创建单元用于根据最优信道序号创建新的ZigBee网络。
进一步的，所述ZigBee信道选择单元根据对应ZigBee信道序号的Zigbee信号强度进行信道序号的优先级排序时，ZigBee信道序号的Zigbee信号强度越强对应的信道序号的优先级越低。
进一步的，所述ZigBee信道选择单元根据对应ZigBee信道序号的Zigbee信号强度进行信道序号的优先级排序时，还包括计算与本机WIFI信道序号对应的通信频段无交叉的WIFI信道序号所对应的ZigBee信道序号，按照预定级数降低所述ZigBee信道序号对应的优先级。
优选的，所述预定级数为3级。
进一步的，还包括WIFI模组，所述WIFI模组用于扫描WIFI信道，记录每个信道里的WIFI信号强度及每个信道已存在的WIFI网络，根据WIFI信号强度计算出干扰最小的本机WIFI信道序号，根据干扰最小的本机WIFI信道序号创建WIFI网络，发送所述本机WIFI信道序号给ZigBee模组。
本发明的有益效果是：
将与本机WIFI信道序号的通信频段相重叠的ZigBee信道序号设定为禁止扫描信道序号，不参与后面的信道序号的优先级排序，避免了WIFI网络对ZigBee网络的干扰，进一步扫描除禁止扫描信道序号对应的ZigBee信道外的其余所有ZigBee信道，记录扫描到的对应ZigBee信道序号的ZigBee信号强度，因扫描到的ZigBee信号强度可包括已存在的Zigbee网络，将所有扫描到的ZigBee信号强度进行优先级的排序，再将优先级最高的信道序号作为最优信道序号，如此降低了已存在的ZigBee网络的同频干扰，保证了新创建的ZigBee网络的通信质量，增强了通信可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的智能家居系统框图；
图2为本发明背景技术中的现有ZigBee网络创建方法的流程图；
图3为本发明实施例的装置结构示意图。
图4为本发明实施例的方法流程图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，创建ZigBee网络的方法，包括如下步骤：
A、将与本机WIFI信道序号的通信频段相重叠的ZigBee信道序号设定为禁止扫描信道序号；
B、扫描除禁止扫描信道序号对应的ZigBee信道以外的其余所有ZigBee信道，记录扫描到的对应ZigBee信道序号的ZigBee信号强度；
C、根据所述对应ZigBee信道序号的ZigBee信号强度进行信道序号的优先级排序，将优先级最高的信道序号作为最优信道序号；
D、根据最优信道序号创建新的ZigBee网络。
鉴于ZigBee信号强度代表干扰越强，创建新的ZigBee的网络时应尽量避免与干扰强的ZigBee信号位于同一通信频段，因此上述步骤C中根据所述对应ZigBee信道序号的Zigbee信号强度进行信道序号的优先级排序时，可包括：ZigBee信道序号的Zigbee信号强度越强对应的信道序号的优先级越低。
根据IEEE802.11b标准中的DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum；直接序列展频技术)可知，WIFI网络无交叉的WIFI信道有四组，第一组为WIFI信道中的第1信道、第6信道和第11信道，第二组为WIFI信道中的第2信道、第7信道和第12信道，第三组为第3信道、第8信道和第13信道，第四组为第4信道、第9信道和第14信道，每组信道里的三个信道之间的通信频段均无交叉，鉴于每个国家对WIFI信道的支持不一样，其中，中国和欧洲支持WIFI信道中的第1信道到第13信道，美国支持第1信道和第11信道，日本支持第1信道到第14信道，通常为了适用大部分国家的需求及避免信道干扰，会将自动创建WIFI网络的信道选择为第一组，即第1信道、第6信道和第11信道，例如第一个WIFI网络自动选择在第1信道，第二WIFI网络自动选择在6信道及第三个WIFI网络会自动选择在第11信道。
鉴于上述WIFI网络创建机制，在同一空间有多个WIFI网络并存的情况下，新创建WIFI网络时会优选与现有WIFI网络无交叉的WIFI信道，若新建的ZigBee网络位于与现有WIFI网络无交叉的WIFI信道相重叠的通信频段重对应的ZigBee信道里，则新创建的WIFI网络对ZigBee网络的干扰概率将增大，为了避免后面新创建的WIFI网络对ZigBee网络的影响，所述步骤C中根据所述对应ZigBee信道序号的Zigbee信号强度进行信道序号的优先级排序时，还包括：计算与本机WIFI信道序号对应的通信频段无交叉的WIFI信道序号所对应的ZigBee信道序号，按照预定级数降低所述ZigBee信道序号对应的优先级。
优选的，所述预定级数可为3级，或者，对上述与本机WIFI信道序号对应的通信频段无交叉的WIFI信道序号所对应的ZigBee信道序号再分开设定预定级数，将靠近信道中心频率的信道优先级降低2位，将远离信道中心频率的信道优先级降低1位。例如本机WIFI信道序号为1，排除掉预期频段重叠的ZigBee的第11～14信道，扫描第15～26信道无线信号强度，对第15～26信道优先级排序；然后调整与WIFI信道序号对应的通信频段无交叉的WIFI第6信道和第11信道分别对应的ZigBee第16～19信道和ZigBee第21～24的优先级：可将靠近信道中心频率的ZigBee第17信道、第18信道、第22信道和第23信道优先级降2位，远离信道中心频率的第16信道、第19信道、第21信道和第24信道优先级降1位，从而得到最终的ZigBee建网最优信道。
上述步骤均是建立在已得知本机WIFI信道序号的前提下作出，作为优选，所述步骤A之前还可包括：扫描WIFI信道，记录每个信道里的WIFI信号强度，根据WIFI信号强度计算出干扰最小的本机WIFI信道序号，根据干扰最小的本机WIFI信道序号创建WIFI网络。
与上述方法相对应的创建ZigBee网络的装置，包括ZigBee模组，所述ZigBee模组包括ZigBee信道禁止单元、ZigBee信道扫描单元、ZigBee信道选择单元和ZigBee网络创建单元；
ZigBee信道禁止单元用于将与本机WIFI信道序号的通信频段相重叠的ZigBee信道序号设定为禁止扫描信道序号；
ZigBee信道扫描单元用于扫描除禁止扫描信道序号对应的ZigBee信道外的其余所有ZigBee信道，记录扫描到的对应ZigBee信道序号的ZigBee信号强度；
ZigBee信道选择单元用于根据所述对应ZigBee信道序号的ZigBee信号强度进行信道序号的优先级排序，将优先级最高的信道序号作为最优信道序号；
ZigBee网络创建单元用于根据最优信道序号创建新的ZigBee网络。
鉴于ZigBee信号强度代表干扰越强，创建新的ZigBee的网络时应尽量避免与干扰强的ZigBee信号位于同一通信频段，因此，所述ZigBee信道选择单元根据对应ZigBee信道序号的Zigbee信号强度进行信道序号的优先级排序时，ZigBee信道序号的Zigbee信号强度越强对应的信道序号的优先级越低。
鉴于上述WIFI网络创建机制，在同一空间有多个WIFI网络并存的情况下，新创建WIFI网络时会优选与现有WIFI网络无交叉的WIFI信道，若新建的ZigBee网络位于与现有WIFI网络无交叉的WIFI信道相重叠的通信频段重对应的ZigBee信道里，则新创建的WIFI网络对ZigBee网络的干扰概率将增大，为了避免后面新创建的WIFI网络对ZigBee网络的影响，所述ZigBee信道选择单元根据对应ZigBee信道序号的Zigbee信号强度进行信道序号的优先级排序时，还包括计算与本机WIFI信道序号对应的通信频段无交叉的WIFI信道序号所对应的ZigBee信道序号，按照预定级数降低所述ZigBee信道序号对应的优先级。
由背景技术中的描述可知，WIFI模块中相邻信道号与ZigBee网络的信道序号通信频段均有重叠，例如WIFI协议中的第1信道的通信频段与ZigBee协议中的第11～14信道的通信频段相重叠，WIFI协议中的第2信道的通信频段与ZigBee协议中的第12～15信道的通信频段相重叠，如此ZiBee协议中的第12-14这3个通信为WIFI模块中相邻信号的公共重叠部分，为了降低后续可能新创建的WIFI网络对ZigBee网络的影响，将所述预定级数为3级，如此可以使上述带公共重叠的部分同步降低优先级，使信道号的优先级的排序更为精确。
为了得到本机WIFI信道序号，本装置还可包括WIFI模组，所述WIFI模组用于扫描WIFI信道，记录每个信道里的WIFI信号强度及每个信道已存在的WIFI网络，根据WIFI信号强度计算出干扰最小的本机WIFI信道序号，根据干扰最小的本机WIFI信道序号创建WIFI网络，发送所述本机WIFI信道序号给ZigBee模组。其中WIFI模组与ZigBee模组可采用但不限于UART(异步收发传输器)接口进行通信。
实施例
本实施例以智能家居中的网关为例，如图3所示，该网关中包含ZigBee模组和WIFI模块，其中ZigBee模组包括ZigBee信道禁止单元、ZigBee信道扫描单元、ZigBee信道选择单元和ZigBee网络创建单元；WIFI模块包括WIFI信道扫描单元、WIFI信道选择单元和WIFI网络创建单元，ZigBee模组与WIFI模组之间采用UART接口进行通信。
如图4所示，本实施例创建ZigBee网络的方法，包括如下步骤：
(1)扫描WIFI信道：智能家居网关中的WIFI模组启动后，WIFI信道扫描单元自动扫描13个WIFI信道，记录每个信道里面的WIFI信号强度以及每个信道里面已存在的WIFI网络，并将这些信息输出给WIFI信道选择单元。
(2)选择WIFI信道：WIFI信道选择单元根据WIFI信道扫描单元输入的13个WIFI信道参量，计算出最优的本机WIFI信道。为方便后续描述，假设计算出的最优WIFI信道为第1个WIFI信道(频段范围：2402～2422MHz)，则将这个信息输出给WIFI网络创建单元。
(3)、创建WIFI网络：WIFI网络创建单元根据WIFI信道选择单元输入的第1个WIFI信道直接创建新的WIFI网络。WIFI网络创建完成后，仅仅将本机WIFI选择的信道序号1通过UART接口输出给ZigBee模组。
(4)设置ZigBee禁止信道：ZigBee信道禁止单元通过UART接口接收到本机WIFI信道序号1后，首先计算出对应的4个ZigBee信道为第11～14信道，然后将这4个ZigBee信道设定为禁止扫描信道并输出给ZigBee信道扫描单元。
(5)扫描ZigBee优选信道：ZigBee信道扫描单元将ZigBee禁止信道剔除后剩余的12个信道(15～26)为ZigBee优选信道。逐一扫描这12个优选信道，记录其无线信号强度及已存在的ZigBee网络信息，然后将这些信息输出给ZigBee信道选择单元。
(6)计算ZigBee最优信道：ZigBee信道选择单元根据接收到的第15～26信道无线信号强度和已存在的ZigBee网络，对第15～26信道按照信号强度越强优选级越低进行优先级排序；然后对本机WIFI信道序号1无交叉的信道WIFI信道序号6及WIFI信道信号11分别对应的ZigBee第16～19信道和ZigBee第21～24信道的优先级降3位得到最终的ZigBee建网最优信道，假定该最优信道为第26信道。
(7)创建ZigBee网络：根据接收到到的最优信道序号26，直接创建新的ZigBee网络。

Claims (8)

1.创建ZigBee网络的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、将与本机WIFI信道序号的通信频段相重叠的ZigBee信道序号设定为禁止扫描信道序号；
B、扫描除禁止扫描信道序号对应的ZigBee信道以外的其余所有ZigBee信道，记录扫描到的对应ZigBee信道序号的ZigBee信号强度；
C、根据所述对应ZigBee信道序号的ZigBee信号强度进行信道序号的优先级排序，将优先级最高的信道序号作为最优信道序号；其中在信道序号的优先级排序时，包括：计算与本机WIFI信道序号对应的通信频段无交叉的WIFI信道序号所对应的ZigBee信道序号，按照预定级数降低所述ZigBee信道序号对应的优先级；
D、根据最优信道序号创建新的ZigBee网络。
2.如权利要求1所述的创建ZigBee网络的方法，其特征在于，所述步骤C中根据所述对应ZigBee信道序号的Zigbee信号强度进行信道序号的优先级排序时，还包括：ZigBee信道序号的Zigbee信号强度越强对应的信道序号的优先级越低。
3.如权利要求1所述的创建ZigBee网络的方法，其特征在于，所述预定级数为3级。
4.如权利要求1所述的创建ZigBee网络的方法，其特征在于，所述步骤A之前还包括：扫描WIFI信道，记录每个信道里的WIFI信号强度，根据WIFI信号强度计算出干扰最小的本机WIFI信道序号，根据干扰最小的本机WIFI信道序号创建WIFI网络。
5.创建ZigBee网络的装置，其特征在于，包括ZigBee模组，所述ZigBee模组包括ZigBee信道禁止单元、ZigBee信道扫描单元、ZigBee信道选择单元和ZigBee网络创建单元；
ZigBee信道禁止单元用于将与本机WIFI信道序号的通信频段相重叠的ZigBee信道序号设定为禁止扫描信道序号；
ZigBee信道扫描单元用于扫描除禁止扫描信道序号对应的ZigBee信道外的其余所有ZigBee信道，记录扫描到的对应ZigBee信道序号的ZigBee信号强度；
ZigBee信道选择单元用于根据所述对应ZigBee信道序号的ZigBee信号强度进行信道序号的优先级排序，将优先级最高的信道序号作为最优信道序号；其中在信道序号的优先级排序时，包括：计算与本机WIFI信道序号对应的通信频段无交叉的WIFI信道序号所对应的ZigBee信道序号，按照预定级数降低所述ZigBee信道序号对应的优先级；
ZigBee网络创建单元用于根据最优信道序号创建新的ZigBee网络。
6.如权利要求5所述的创建ZigBee网络的装置，其特征在于，所述ZigBee信道选择单元根据对应ZigBee信道序号的Zigbee信号强度进行信道序号的优先级排序时，ZigBee信道序号的Zigbee信号强度越强对应的信道序号的优先级越低。
7.如权利要求5所述的创建ZigBee网络的装置，其特征在于，所述预定级数为3级。
8.如权利要求 5所述的创建ZigBee网络的装置，其特征在于，还包括WIFI模组，所述WIFI模组用于扫描WIFI信道，记录每个信道里的WIFI信号强度及每个信道已存在的WIFI网络，根据WIFI信号强度计算出干扰最小的本机WIFI信道序号，根据干扰最小的本机WIFI信道序号创建WIFI网络，发送所述本机WIFI信道序号给ZigBee模组。
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