CN109905927B - 一种基于wifi的物联网设备自组网方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种基于WIFI的物联网设备自组网系统，包括移动端、无线网络和路由器，移动端通过无线网络与路由器通讯连接，路由器通过终端节点自动扫描接入公网和局域网，在终端节点扫描局域网通过策略路由连接一条固定公网，局域网的内网网关通过NAT转换协议将其源地址转换为固定公网的目的地址作为输出端，输出端与无线网络通讯连接。通过终端节点自动扫描周边网络，并通过协调器对其扫描信息进行分析处理，对于局域网采取统一分配网络地址的方式接入，可以使得接入的局域网在整个系统网络中有序列的进行分配和使用，能有效的提高网络数据传输效率，提高容错率，另一方面，仅通过增加策略路由来给局域网提供双路出口以提高网络访问速度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及物联网设备自组网技术领域，具体涉及一种基于WIFI的物联网设备自组网方法及系统。
背景技术
无线局域网作为数据通信行业的先导领域，在网络技术与通信技术的背景下，便携式数据终端和多媒体终端得到了广泛的应用，同时能够更加便捷与快速地实现数据通信，从传统计算机网络需要从有线转无线的繁复步骤中解脱出来，无线局域网络发挥了不可或缺的作用。WiFi作为无线局域网中的一种，凭借其高速，便捷，成本低的独特优势得以广泛应用，时当前应用比较广泛的的距离无线网络传输技术，能够将个人电脑，手机等无线接收信号的设备以无线方式互相通信。
现今，物联网技术得到了迅猛发展，与此相关的技术，如RFID、无线传感器网络也得到了快速发展。ZigBee技术因其具有高可靠性、低成本、低功耗和高安全性等特性，被广泛运用在短距离无线通信领域，如家庭自动化、商业楼宇自动化以及无线传感器网络等。
城市建设方面，路边车位的检测和野外停车收费等通过人工费时费力，如果通过传感器技术实现智能识别车位、远距离查询和缴费，将大大减少人力、财力的支出并推动智能城市交通的建设。
传统农业方面，由于主要使用没有通信能力且孤立的设备，往往通过人力来检测农田的土质状况、作物生长状况等。都可以通过物联网来实现监测。
物联网是互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络，物联网可以将现实世界数字化，应用十分广泛，随之人们对于物联网设备也就越来越关注。
由于局域网的网络地址差异，在接入同一个路由器时，网络地址的差异无序会导致数据的传输效率偏低，容错率低；并且局域网的上网速度有限，一般通过配置公网(例如25M中国电信宽带)来进行扩容，如何实现在尽可能不增加过多网络设备以及不改变现有网络结构的情况下，提高局域网网络访问速度，是一个有待解决的技术问题。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种基于WIFI的物联网设备自组网方法及系统，一方面通过终端节点自动扫描周边网络，并通过协调器对其扫描信息进行分析处理，对于局域网采取统一分配网络地址的方式接入，可以使得接入的局域网在整个系统网络中有序列的进行分配和使用，能有效的提高网络数据传输效率，提高容错率，另一方面，仅通过增加策略路由来给局域网提供双路出口以提高网络访问速度，以解决背景技术中的问题。
为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：
根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种基于WIFI的物联网设备自组网系统，包括移动端、无线网络和路由器，所述移动端通过无线网络与路由器通讯连接，所述路由器通过终端节点自动扫描接入公网和局域网，在所述终端节点扫描局域网通过策略路由连接一条固定公网，所述局域网的内网网关通过NAT转换协议将其源地址转换为所述固定公网的目的地址作为输出端，所述输出端与无线网络通讯连接。
作为本发明一种优选的技术方案，在所述无线网络与所述移动端之间设置有ZigBee协调器，所述终端节点自动扫描周围局域网网络中的协调器信标帧，当终端节点检测到信标帧，向所述ZigBee协调器发送连接请求，所述ZigBee协调器为其所述局域网分配网络地址并接入所述路由器。
作为本发明一种优选的技术方案，当所述终端节点自动扫描到公网的公网网关源地址，将自动将公网接入路由器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述局域网包括若干个设备端，与所述路由器连接稳定的设备端为传输设备端，所述设备端通过无线网络与传输设备端连接，所述设备端根据连接的信号强度和信息传输速度判断所依附的传输设备端，所述局域网还连接有若干个二级局域网。
作为本发明一种优选的技术方案，所述二级局域网也由若干个设备端组成，不能直接与所述路由器连接的设备端则归为二级局域网。
作为本发明一种优选的技术方案，所述终端节点作为监测节点，组成监测网络，根据不同的传感器配置，监测不同的物理参数。
根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种基于WIFI的物联网设备自组网方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤、ZigBee协调器建立移动端和路由器之间的网络系统后，终端节点自动扫描周围的公网和局域网的网络信息；
步骤、当终端节点检测到网络信息后通过无线网络并向所述ZigBee协调器传输；
步骤、所述ZigBee协调器判断是公网还是局域网；
步骤，当判断为局域网时，ZigBee协调器为其分配网络地址并向终端节点发送接入路由器的命令；当判断为公网时，ZigBee协调器向终端节点发送直接接入路由器的命令；组网成功。
作为本发明一种优选的技术方案，所述步骤中ZigBee协调器的判断依据为：判断终端节点检测到的网络信息是协调器信标帧还是公网网关源地址，当网络信息为协调器信标帧则判定为局域网，当网络信息为公网网关源地址，则判定为公网。
作为本发明一种优选的技术方案，还包括步骤，组网成功后，在所述终端节点扫描的局域网通过策略路由连接一条固定公网，所述局域网的内网网关通过NAT转换协议将其源地址转换为所述固定公网的目的地址作为输出端，所述输出端与无线网络通讯连接，实现局域网的二路输出口。
作为本发明一种优选的技术方案，所述ZigBee协调器在将网络数据封装后通过串口传输至无线网络，进行再次封装获得UDP数据包，移动端接收UDP数据包进行解包，并进行数据抽离操作得到终端节点的监测数据。
本发明的实施方式具有如下优点：
(1)本发明通过设备端与设备端之间的互连，可避免经过云服务器传输造成较大的信息延迟，而且设备端与设备端连接后，其运算量较大的数据，可将数据分散给周围的设备端进行辅助运算，可有效的降低云服务器的压力，更加的实用。
(2)本发明在使用过程中，对于一些信号较差的设备，可通过依附于其他信号好的设备端，完成设备端与设备端或设备端与云服务器之间的数据交换，可避免重要数据在传输时，有较大延迟的问题。
(3)本发明，在将新设备端并网后，可以通过网状的通讯结构，完成与同一系统下的所有设备端进行信息交换，可保证并网后的设备可更加方便的接收其他设备的数据信息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明中物联网设备自组网系统的结构示意图；
图2为本发明中物联网设备自组网方法的流程图；
图3为本发明中待组网设备端并网后与其他设备互连的流程图；
图4为本发明中一级局域网的结构示意图
图5为本发明中设备端与用户移动端的结构示意图。
图中：
1-路由器；2-一级局域网；3-设备端；4-传输设备端；5-二级局域网；6-数据处理模块；7-无线信号收发模块；8-扫描模块；9-用户移动端。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，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WIFI的物联网设备自组网系统，包括移动端2、无线网络3和路由器1，所述移动端2通过无线网络3与路由器1通讯连接，所述路由器1通过终端节点4自动扫描接入公网5和局域网6，在所述终端节点4扫描局域网6通过策略路由7连接一条固定公网8，所述局域网6的内网网关通过NAT转换协议将其源地址转换为所述固定公网8的目的地址作为输出端，所述输出端与无线网络3通讯连接。
第一个方面，终端节点4扫描局域网6通过策略路由7连接一条固定公网8，主要作为局域网的第二路输出口，利用策略路由+NAT技术，从访问的源地址下手解决此问题，来提高局域网的访问速度，既不增加设备成本、不改变网络结构，同时又能满足我们的需求，达到不同网段从不同的出口进行对Internet的访问。
其中，策略路由是数据包转发规则，路由器要对每一个IP包进行匹配运算，根据规则来判断数据包的源地址、以及各种协议及其它信息，虽然增加策略路由能够实现局域网的访问速度，但是这样会占用大量设备运行资源。
因此，在有条件的情况下对双路出口或者多出口网络进行优化改造时，还是应该优先选用具有ECMP功能同时结合OSPF路由协议的防火墙。这样既能实现链路自动切换达到负载均衡，也能有效的实现物理链路互为备份，从而提高网络的可靠和冗余性，确保网络的高可用性。
在所述无线网络3与所述移动端2之间设置有ZigBee协调器9，所述终端节点4自动扫描周围局域网6网络中的协调器信标帧，当终端节点检测到信标帧，向所述ZigBee协调器9发送连接请求，所述ZigBee协调器6为其所述局域网6分配网络地址并接入所述路由器1。
当所述终端节点4自动扫描到公网5的公网网关源地址，将自动将公网5接入路由器1。
第二个方面，对局域网6统一分配网络地址，这样局域网能够受ZigBee协调器9统一分配，可以使得接入的局域网在整个系统网络中有序列的进行分配和使用，能有效的提高网络数据传输效率，提高容错率。
所述局域网6包括若干个设备端61，与所述路由器1连接稳定的设备端61为传输设备端62，所述设备端61通过无线网络与传输设备端62连接，所述设备端61根据连接的信号强度和信息传输速度判断所依附的传输设备端62，所述局域网6还连接有若干个二级局域网60。
所述二级局域网60也由若干个设备端61组成，不能直接与所述路由器1连接的设备端61则归为二级局域网60。
传输设备端在兼任信息中转的同时，也兼任着一些服务器的职责，以便于管理同一局域网下各设备端，避免一些错误信息被放大化，而且在进行运算大量数据时，也便于逐级的将运算量分发下去，在不影响设备端运行的情况下，可实现空余计算力的有效利用。
可便于实现信息传输的稳定性，二级局域网的数据通过一级局域网实现与云服务器之间的数据交换，而一级局域网则可直接与二级局域网进行数据交换，避免了一级局域网与二级局域网之前的隔阂，也便于用户逐级的进行控制，在实际的使用时，用户可根据实际的需求在二级局域网建立下属的三级局域网，可有效的保证具有更加广泛的使用范围。
所述终端节点作为监测节点，组成监测网络，根据不同的传感器配置，监测不同的物理参数。
上述系统的自组网方法可分为如下步骤：
步骤100、ZigBee协调器建立移动端和路由器之间的网络系统后，终端节点自动扫描周围的公网和局域网的网络信息；
步骤200、当终端节点检测到网络信息后通过无线网络并向所述ZigBee协调器传输；
步骤300、所述ZigBee协调器判断是公网还是局域网；判断依据为：判断终端节点检测到的网络信息是协调器信标帧还是公网网关源地址，当网络信息为协调器信标帧则判定为局域网，当网络信息为公网网关源地址，则判定为公网；
步骤400，当判断为局域网时，ZigBee协调器为其分配网络地址并向终端节点发送接入路由器的命令；当判断为公网时，ZigBee协调器向终端节点发送直接接入路由器的命令；组网成功。
步骤500，组网成功后，在所述终端节点扫描的局域网通过策略路由连接一条固定公网，所述局域网的内网网关通过NAT转换协议将其源地址转换为所述固定公网的目的地址作为输出端，所述输出端与无线网络通讯连接，实现局域网的二路输出口。
所述ZigBee协调器在将网络数据封装后通过串口传输至无线网络，进行再次封装获得UDP数据包，移动端接收UDP数据包进行解包，并进行数据抽离操作得到终端节点的监测数据。
通过终端节点自动扫描周边网络，并通过协调器对其扫描信息进行分析处理，对于局域网采取统一分配网络地址的方式接入，可以使得接入的局域网在整个系统网络中有序列的进行分配和使用，能有效的提高网络数据传输效率，提高容错率，另一方面，仅通过增加策略路由来给局域网提供双路出口以提高网络访问速度。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种基于WIFI的物联网设备自组网系统，包括移动端(2)、无线网络(3)和路由器(1)，所述移动端(2)通过无线网络(3)与路由器(1)通讯连接，其特征在于，所述路由器(1)通过终端节点(4)自动扫描接入公网(5)和局域网(6)，所述终端节点(4)接入的局域网(6)通过策略路由(7)连接一条固定公网(8)，所述局域网(6)的内网网关通过NAT转换协议将其源地址转换为所述固定公网(8)的目的地址作为输出端，所述输出端与无线网络(3)通讯连接；
在所述无线网络(3)与所述移动端(2)之间设置有ZigBee协调器(9)，所述终端节点(4)自动扫描周围局域网(6)网络中的协调器信标帧，当终端节点检测到信标帧，向所述ZigBee协调器(9)发送连接请求，所述ZigBee协调器(9)为其所述局域网(6)分配网络地址并接入所述路由器(1)。
2.根据权利要求1所述的一种基于WIFI的物联网设备自组网系统，其特征在于，当所述终端节点(4)自动扫描到公网(5)的公网网关源地址，将自动将公网(5)接入路由器(1)。
3.根据权利要求1所述的一种基于WIFI的物联网设备自组网系统，其特征在于，所述局域网(6)包括若干个设备端，与所述路由器(1)连接稳定的设备端为传输设备端，所述设备端通过无线网络与传输设备端连接，所述设备端根据连接的信号强度和信息传输速度判断所依附的传输设备端，所述局域网(6)还连接有若干个二级局域网。
4.根据权利要求3所述的一种基于WIFI的物联网设备自组网系统，其特征在于，所述二级局域网也由若干个设备端组成，不能直接与所述路由器(1)连接的设备端则归为二级局域网。
5.根据权利要求1所述的一种基于WIFI的物联网设备自组网系统，其特征在于，所述终端节点(4)作为监测节点，组成监测网络，根据不同的传感器配置，监测不同的物理参数。
6.一种基于WIFI的物联网设备自组网方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100、ZigBee协调器建立移动端和路由器之间的网络系统后，终端节点自动扫描周围的公网和局域网的网络信息；
步骤200、当终端节点检测到网络信息后通过无线网络并向所述ZigBee协调器传输；
步骤300、所述ZigBee协调器判断是公网还是局域网；
ZigBee协调器的判断依据为：判断终端节点检测到的网络信息是协调器信标帧还是公网网关源地址，当网络信息为协调器信标帧则判定为局域网，当网络信息为公网网关源地址，则判定为公网
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7.根据权利要求6所述的一种基于WIFI的物联网设备自组网方法，其特征在于，所述ZigBee协调器在将网络数据封装后通过串口传输至无线网络，进行再次封装获得UDP数据包，移动端接收UDP数据包进行解包，并进行数据抽离操作得到终端节点的监测数据。
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