CN109257394A - ZigBee协调器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及物联网领域,现有ZigBee协调器与外部客户端之间的通信协议不统一且调试及维护困难的问题,提出一种ZigBee协调器,ZigBee协调器,包括通信模块一、通信模块二、设备管理模块、文本转换模块和指令解析模块;通信模块一用于与ZigBee终端设备或ZigBee路由器进行通信建立ZigBee网络;通信模块二用于与外部客户端进行通信;设备管理模块用于将外部客户端命名后的设备名称与对应ZigBee终端设备的设备标识进行关联存储;文本转换模块用于将外部客户端发送的文本命令转换为基础文本指令发送给指令解析模块;指令解析模块用于将基础文本指令解析为ZigBee标准指令发送给对应的ZigBee终端设备。本发明适用于ZigBee协调器的统一文本接口通信。

Description

ZigBee协调器
技术领域
本发明涉及物联网领域,特别涉及一种ZigBee协调器。
背景技术
随着物联网(IoT)技术的发展,包括工业自动化、智能家居、智慧能源在内的多个领域,对无线数据通信的需求越来越强,ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议,是一种短距离、低功耗的无线通信技术。由于ZigBee技术具有低功率、短时延、高容量、高安全等优势,在行业中开始大规模使用,根据行业标准协会的数据,目前ZigBee全球出货量已经超过5亿片,并且增长速度越来越快。
ZigBee主要负责终端设备之间的无线通信,在实际使用过程中,需要实现宿主处理器(Host Processor)和ZigBee协调器的通信,宿主处理器一般为第三方网关或PC机,例如通过第三方网关连通云端,云端再连通客户端,或者ZigBee直接与PC机上的客户端进行通信,现有ZigBee与宿主处理器之间一般采用串口进行通信,由于ZigBee与宿主处理器之间的关于通信内容的协议并没有统一的行业规范可以遵照,故各厂商都是自己定义私有协议规范来实现通信,然而,从宿主处理器和ZigBee开发端不同的视角看,对私有协议的定义的理解很大程度上存在理解偏差,以至于对接及调试的工作量大,如此开发和维护都很不便,对于ZigBee的大规模推广和后期维护都极为不利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:克服现有ZigBee协调器与外部客户端之间的通信协议不统一且调试及维护困难的问题,提出一种ZigBee协调器。
本发明解决上述技术问题,采用的技术方案是:
ZigBee协调器,包括通信模块一、通信模块二、设备管理模块、文本转换模块和指令解析模块;
通信模块一,用于与ZigBee终端设备或ZigBee路由器进行通信并建立ZigBee网络;
通信模块二,用于与外部客户端进行通信;
设备管理模块,用于通知外部客户端对所述ZigBee网络内的ZigBee终端设备进行命名,将外部客户端返回的命名后的设备名称与对应ZigBee终端设备的设备标识进行关联存储;
文本转换模块,用于将外部客户端发送的文本命令转换为基础文本指令发送给指令解析模块;
指令解析模块,用于将基础文本指令解析为ZigBee标准指令,将ZigBee标准指令通过通信模块一发送给对应的ZigBee终端设备进行控制。
进一步的,所述设备管理模块还包括分组单元,所述分组单元用于根据外部客户端返回的对设备名称的分组将分组名称与对应的设备名称进行关联存储。
优选的,所述基础文本指令包括动作谓语和动作参数,所述动作参数包括分组名称或设备名称,所述动作谓语包括行为操作词。
优选的,所述文本转换模块包括关键词匹配单元,所述关键词匹配单元用于搜索外部客户端发送的文本命令是否包含动作参数及与所述动作谓语模糊匹配的动作谓语关键词,若是,则将文本命令转换为对应的动作谓语和动作参数,根据动作谓语和动作参数生成基础文本指令。
进一步的,所述设备管理模块还包括属性管理单元,所述属性管理单元用于获取ZigBee终端设备的设备地址、设备类型、设备属性和行为操作并存储。
优选的,当基础文本指令中的动作参数为分组名称时,所述指令解析模块将基础文本指令解析为ZigBee标准指令,所述ZigBee标准指令的目标地址为分组名称对应的组目标地址或者分组内所有设备名称对应的设备地址,当基础文本指令中的动作参数为设备名称时,所述指令解析模块将基础文本指令解析为ZigBee标准指令,所述ZigBee标准指令的目标地址为设备名称对应的设备地址。
进一步的,所述指令解析模块还用于在将基础文本指令解析为ZigBee标准指令之前,判断基础文本指令中的动作参数中分组名称或设备名称对应的ZigBee终端设备是否支持动作谓语对应的行为操作,如不支持,则退出流程。
进一步的,所述属性管理单元还用于将ZigBee终端设备的设备名称、设备标识、设备地址、设备类型、设备属性和行为操作通过通信模块二发送给外部客户端。
进一步的,还包括信息转换模块,所述信息转换模块用于将ZigBee终端设备上报的包括事件信息的ZigBee标准指令转换为基础文本指令,并将基础文本指令通过通信模块二发送给外部客户端。
优选的,所述基础文本指令包括动作谓语和动作参数,动作谓语包括事件上报词,动作参数包括事件信息。
本发明的有益效果是:
提出通过简化的文本命令接口规范即基础文本指令,将外部客户端发送的文本命令转换为基础文本指令,将基础文本指令解析为ZigBee标准指令实现宿主处理器和ZigBee协调器之间的通信,通俗易懂,同时ZigBee协调器实现了对接入ZigBee终端设备的命名管理,极大程度上简化了宿主处理器应用集成命令接口即基础文本指令的难度,操作起来非常简单,客户端只需要写入如“开客厅灯”、“帮我打开窗帘”等文本命令就可以实现对相应智能设备的操控。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
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,以下结合附图及如下实施例对本发明进行进一步详细说明。
ZigBee协调器,包括通信模块一、通信模块二、设备管理模块、文本转换模块和指令解析模块;
通信模块一,用于与ZigBee终端设备或ZigBee路由器进行通信并建立ZigBee网络;
通信模块二,用于与外部客户端进行通信;
设备管理模块,用于通知外部客户端对ZigBee网络内的ZigBee终端设备进行命名,将外部客户端返回的命名后的设备名称与对应ZigBee终端设备的设备标识进行关联存储;
文本转换模块,用于将外部客户端发送的文本命令转换为基础文本指令发送给指令解析模块;
指令解析模块,用于将基础文本指令解析为ZigBee标准指令,将ZigBee标准指令通过通信模块一发送给对应的ZigBee终端设备进行控制。
其中,通信模块二可以是USB接口,外部客户端可直接位于电脑上;通信模块二也可以是串口经由第三方网关最终与外部客户端进行通信,通信模块一为采用ZigBee协议通信具有组网能力的模块,设备标识可采用ZigBee终端设备的设备地址。ZigBee终端设备可为包含ZigBee模块的智能设备,也可以是普通的不带ZigBee模块的传感器连上ZigBee模块。设备管理模块、文本转换模块和指令解析模块均可位于ZigBee协调器的处理中心。如果遇到下发的文本命令没有被成功解析,ZigBee协调器可反馈失败的原因并支持外部客户端对设备重新入网、命名和分组。
由于考虑到ZigBee是非常专业的技术领域,为了实现专业的分工,简化应用端的开发和管理开销,把和ZigBee设备相关的更多的管理功能集中在ZigBee协调器中进行处理(传统是在宿主网关处理器或云端实现),例如设备命名管理和设备地址管理。对于设备命名而言,当有新的ZigBee设备接入协调器中时,ZigBee协调器对接入的设备进行配网管理,配网结束时,会通过文本通知用户给设备命名。每一个ZigBee设备都应该有一个便于用户理解和使用的唯一命名,比如卧室左床头灯,客厅窗磁,厨房水浸传感器,这样在用户操作该设备,或者该设备上报消息事件时,用户能够定位到具体的设备,在ZigBee设备组网接入时,向用户交互侧发出一个命名请求,用户会给每个设备起一个唯一的便于理解的命名,用户一般按照设备所在的房间和设备的功能给设备命名,命名完毕以后,ZigBee协调器会存储该信息,便于后续检索使用;对于设备地址,每一个ZigBee设备具有一个唯一的地址作为设备标识,该地址信息会包含在具体的通信消息指令中,实现和远程设备间的通信和信息查询,如此,将设备命名和设备地址做一个一一映射的关联绑定,实现用户交互层和通信传送层的转换。
设备管理模块还可包括分组单元,分组单元用于根据外部客户端返回的对设备名称的分组将分组名称与对应的设备名称进行关联存储。
该分组单元实现了设备组管理,设备具有分组的概念,比如用户在实际使用场景中会下发一个批处理命令,比如客厅灯全开,所有设备关等指令,这些指令实现关联的所有设备执行相关的操作,这就是分组单元的作用,分组的信息会在协调器中统一保存,这样做的好处可以提升执行效率,简化宿主处理器的负担,符合边缘计算的理念,把和设备相关的计算和存储下方到边缘设备中实施。
作为优选,基础文本指令可包括动作谓语和动作参数,动作参数可包括分组名称或设备名称,动作谓语可包括行为操作词。
其中,行为操作此可覆盖ZigBee联盟的ZCL(Zigbee Cluster Liberary)应用簇集定义的行为操作,例如开、关、调大、调下、读和写等动作。
考虑到ZigBee协调器的处理资源优选,采用简单的词法模糊匹配进行文本的转换,文本转换模块可包括关键词匹配单元,关键词匹配单元可用于搜索外部客户端发送的文本命令是否包含动作参数及与动作谓语模糊匹配的动作谓语关键词,若是,则将文本命令转换为对应的动作谓语和动作参数,根据动作谓语和动作参数生成基础文本指令。
为了方便判断ZigBee终端设备是否支持对应的行为操作,设备管理模块还可包括属性管理单元,属性管理单元可用于获取ZigBee终端设备的设备地址、设备类型、设备属性和行为操作并存储。指令解析模块还可用于在将基础文本指令解析为ZigBee标准指令之前,判断基础文本指令中的动作参数中分组名称或设备名称对应的ZigBee终端设备是否支持动作谓语对应的行为操作,如不支持,则退出流程。
例如:下发到ZigBee协调器中的文本命令通过词法匹配算法进行过滤,把冗余的信息滤除,同时通过动作谓语关键词和动作参数找到文本命令对应的动作谓语和动作参数并提取出来,比如,当ZigBee协调器收到的文本命令是“帮我打开客厅灯”,在协调器行为操作(process)库中保存了所有设备过程操作,通过匹配找到“开”,然后再把打开的宾语“客厅灯”在设备名字库里进行匹配,如果找到,就可以得到这个设备在协调器中的所有信息,其他冗余信息如“帮我”可以过滤掉生成基础文本指令,将基础文本指令解析为ZigBee标准指令,将ZigBee标准指令通过通信模块一发送给对应的ZigBee终端设备,比如打开灯按照ZigBee规范3.0的簇集定义,指令格式为:灯开关类,用General开关类(ClusterID:0x0006)命令,命令标识(CommandID)表示这个命令是开(取值0x00)、关(取值0x00)、反转(取值0x02),然后再加上设备的其他信息,如活动端口(EndPoint),地址(DstAddr)等就组织成了ZigBee标准指令。
当基础文本指令中的动作参数为分组名称时,指令解析模块将基础文本指令解析为ZigBee标准指令,ZigBee标准指令的目标地址为分组名称对应的组目标地址或者分组内所有设备名称对应的设备地址,当基础文本指令中的动作参数为设备名称时,指令解析模块将基础文本指令解析为ZigBee标准指令,ZigBee标准指令的目标地址为设备名称对应的设备地址。
为了使得外部客户端在发送相关命令之前提前得知对应的ZigBee终端设备支持哪些操作以便发出正确的指令,属性管理单元还用于将ZigBee终端设备的设备名称、设备标识、设备地址、设备类型、设备属性和行为操作通过通信模块二发送给外部客户端。
比如一个彩色灯通过ZigBee终端和协调器的交互已经接入了系统,那么协调器得知这个彩色灯的地址信息及安全秘钥信息,以及这个刺蛇灯支持属性的描述,配网成功之后,协调器管理单元会对这些信息进行重新组装,封装的格式可以是文本描述:以上报描述符+上报参数的模式。其中,上报描述符名称可为ReportSimpleDescription;上报参数可包括上报设备的设备名称(name)、设备地址(Address)、设备类型(Light)、设备属性(Property)和行为操作(process)。
为了适应ZigBee终端设备还具有事件(如设备用户操作事件、传感器报警事件)上报或者消息(心跳信息、温湿度等测量数据定时上报)上报的功能时,ZigBee协调器还可包括信息转换模块,信息转换模块用于将ZigBee终端设备上报的包括事件信息的ZigBee标准指令转换为基础文本指令,并将基础文本指令通过通信模块二发送给外部客户端。其中,基础文本指令包括动作谓语和动作参数,动作谓语包括事件上报词,动作参数包括事件信息。

Claims (10)

1.ZigBee协调器,其特征在于,包括通信模块一、通信模块二、设备管理模块、文本转换模块和指令解析模块;
通信模块一,用于与ZigBee终端设备或ZigBee路由器进行通信并建立ZigBee网络;
通信模块二,用于与外部客户端进行通信;
设备管理模块,用于通知外部客户端对所述ZigBee网络内的ZigBee终端设备进行命名,将外部客户端返回的命名后的设备名称与对应ZigBee终端设备的设备标识进行关联存储;
文本转换模块,用于将外部客户端发送的文本命令转换为基础文本指令发送给指令解析模块;
指令解析模块,用于将基础文本指令解析为ZigBee标准指令,将ZigBee标准指令通过通信模块一发送给对应的ZigBee终端设备进行控制。
2.如权利要求1所述的ZigBee协调器,其特征在于,所述设备管理模块还包括分组单元,所述分组单元用于根据外部客户端返回的对设备名称的分组将分组名称与对应的设备名称进行关联存储。
3.如权利要求1或2所述的ZigBee协调器,其特征在于,所述基础文本指令包括动作谓语和动作参数,所述动作参数包括分组名称或设备名称,所述动作谓语包括行为操作词。
4.如权利要求3所述的ZigBee协调器,其特征在于,所述文本转换模块包括关键词匹配单元,所述关键词匹配单元用于搜索外部客户端发送的文本命令是否包含动作参数及与所述动作谓语模糊匹配的动作谓语关键词,若是,则将文本命令转换为对应的动作谓语和动作参数,根据动作谓语和动作参数生成基础文本指令。
5.如权利要求3所述的ZigBee协调器,其特征在于,所述设备管理模块还包括属性管理单元,所述属性管理单元用于获取ZigBee终端设备的设备地址、设备类型、设备属性和行为操作并存储。
6.如权利要求1或5所述的ZigBee协调器,其特征在于,当基础文本指令中的动作参数为分组名称时,所述指令解析模块将基础文本指令解析为ZigBee标准指令,所述ZigBee标准指令的目标地址为分组名称对应的组目标地址或者分组内所有设备名称对应的设备地址,当基础文本指令中的动作参数为设备名称时,所述指令解析模块将基础文本指令解析为ZigBee标准指令,所述ZigBee标准指令的目标地址为设备名称对应的设备地址。
7.如权利要求5所述的ZigBee协调器,其特征在于,所述指令解析模块还用于在将基础文本指令解析为ZigBee标准指令之前,判断基础文本指令中的动作参数中分组名称或设备名称对应的ZigBee终端设备是否支持动作谓语对应的行为操作,如不支持,则退出流程。
8.如权利要求5所述的ZigBee协调器,其特征在于,所述属性管理单元还用于将ZigBee终端设备的设备名称、设备标识、设备地址、设备类型、设备属性和行为操作通过通信模块二发送给外部客户端。
9.如权利要求1或2所述的ZigBee协调器,其特征在于,还包括信息转换模块,所述信息转换模块用于将ZigBee终端设备上报的包括事件信息的ZigBee标准指令转换为基础文本指令,并将基础文本指令通过通信模块二发送给外部客户端。
10.如权利要求9所述的ZigBee协调器,其特征在于,所述基础文本指令包括动作谓语和动作参数,动作谓语包括事件上报词,动作参数包括事件信息。
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