CN110784857A - 一种采用多个NB-IoT节点网关的高可靠性Zigbee自组网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了无线通信和物联网技术领域的一种采用多个NB‑IoT节点网关的高可靠性Zigbee自组网系统，包括若干NB‑IoT基站、若干Zigbee节点模块、若干NB‑IoT节点网关、Internet和监控云服务器，任意一个NB‑IoT基站均与Internet信号连接，Internet信号连接有监控云服务器，任意一个NB‑IoT基站均与相邻NB‑IoT节点网关信号连接，若干Zigbee节点模块与若干NB‑IoT节点网关构成信号通路，通过采用多个NB‑IoT节点网关，提供到Internet和监控云服务器连接的相互备份，大大提高了Zigbee自组网系统远程监控的可靠性，而且扩展了Zigbee组网使用的场景和应用范围。

Description

一种采用多个NB-IoT节点网关的高可靠性Zigbee自组网系统
技术领域
本发明涉及无线通信和物联网技术领域，具体为一种采用多个NB-IoT节点网关的高可靠性Zigbee自组网系统。
背景技术
Zigbee通信由于采用代理/转发机制，其支持的组网节点数量庞大，而且功耗极低，已经在物联网领域得到广泛应用。然而，作为一种无线通讯方式，Zigbee灵敏度不够高，受到墙壁信号衰减影响很大。所以Zigbee一直只能用作近距离或家居/小区范围内的通信。怎么提高Zigbee的灵敏度从而达到更好的穿墙能力是一直面临的问题。另外，Zigbee因为和通常的路由器、手机没有直接的接口，所以到达Internet之前要进行通信协议转换，也使得Zigbee在很多方面的应用受到限制。
作为Zigbee在监控方面的应用，目前最主要的方式是将Zigbee转换成WiFi或Ethernet信号，再连接到路由器，由于路由器大部分采用有线方式连接到internet，使得本来为了便利而采用的无线Zigbee方式少了很多便利。另外，在Zigbee大规模组网的情形下，单个路由器网关在很多情形下不可靠，比如不稳定、或受人工损坏、地震和火灾等影响。这样急需一种方式解决Zigbee接入Internet的可靠性及扩展Zigbee本身的使用范围和场景限制的问题，基于此，本发明设计了一种采用多个NB-IoT节点网关的高可靠性Zigbee自组网系统，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用多个NB-IoT节点网关的高可靠性Zigbee自组网系统，以解决上述背景技术中提出的急需一种方式解决Zigbee接入internet的可靠性及扩展Zigbee本身的使用范围和场景限制的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种采用多个NB-IoT节点网关的高可靠性Zigbee自组网系统，包括若干NB-IoT基站、若干Zigbee节点模块、若干NB-IoT节点网关、Internet和监控云服务器，任意一个所述NB-IoT基站均与Internet信号连接，所述Internet信号连接有监控云服务器，任意一个所述NB-IoT基站均与相邻所述NB-IoT节点网关信号连接，若干所述Zigbee节点模块与若干所述NB-IoT节点网关构成信号通路。
进一步的，所述Zigbee节点模块包括第一Zigbee天线接口、第一电源模块、第一传感器接口、第一上位机调试接口、第一通信模块和第一用户功能模块，所述第一电源模块分别与第一通信模块和第一用户功能模块电连接，所述第一通信模块包括第一Zigbee通信模块和第一MCU/RAM模块，所述第一Zigbee天线接口与第一Zigbee通信模块双向信号连接，所述第一用户功能模块包括第一用户应用软件模块和第一用户功能硬件模块，所述第一用户功能硬件模块双向信号连接有第一用户应用软件模块、第一Zigbee通信模块、第一MCU/RAM模块、第一传感器接口和第一上位机调试接口。
进一步的，所述NB-IoT节点网关包括第二Zigbee天线接口、NB-IoT天线接口、第二电源模块、第二传感器接口、第二上位机调试接口、第二通信模块和第二用户功能模块，所述第二电源模块分别与第二通信模块和第二用户功能模块电连接，所述第二通信模块包括第二Zigbee通信模块、NB-IoT通信模块和第二MCU/RAM模块，所述第二Zigbee通信模块和NB-IoT通信模块分别双向信号连接第二Zigbee天线接口和NB-IoT天线接口，所述第二用户功能模块包括第二用户功能硬件模块和第二用户应用软件模块，所述第二用户功能硬件模块双向信号连接有第二Zigbee通信模块、NB-IoT通信模块、第二MCU/RAM模块、第二用户应用软件模块、第二传感器接口和第二上位机调试接口。
进一步的，所述监控云服务器双向信号连接有CDN内容分发系统，所述CDN内容分发系统双向信号连接有智能移动终端。
进一步的，所述第二用户功能硬件模块通过串口双向通信连接NB-IoT通信模块。
进一步的，所述智能移动终端为智能手机或平板电脑。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过采用多个NB-IoT节点网关，提供到Internet和监控云服务器连接的相互备份，大大提高了Zigbee自组网系统远程监控的可靠性，而且扩展了Zigbee组网使用的场景和应用范围，具体为，采用多个NB-IoT节点作为网关和远程基站进行通信，同时每个网关又具有Zigbee接口可以和网内的Zigbee节点通信，该系统把NB-IoT传输距离远，灵敏度高，墙内穿透能力强和Zigbee低功耗，大规模组网和自愈能力强的特点结合起来，易于形成稳定的超大规模的低功耗物联网，由于采用多个NB-IoT节点网关，各个网关和远程NB-IoT基站的通信可以相互备份，在部分网关损坏的情形下通信仍然可以持续，而且NB-IoT网关的地理位置可以灵活选择，可以有效避免各种意外，比如火灾、地震及人为损坏对网络通信的影响；另外除了网关之外的绝大部分节点仍只采用Zigbee通信，而且网关的个数也可以自由选择，这样也有利于大大降低整个网络的成本，适合于如路灯控制，农业自动灌溉，火灾预警和环境监测等大规模的物联网应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明网络原理图；
图2为图1中Zigbee节点模块系统图；
图3为图1中NB-IoT节点网关系统图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-NB-IoT基站，2-Zigbee节点模块，3-NB-IoT节点网关，4-Internet，5-监控云服务器；
201-第一Zigbee天线接口，202-第一Zigbee通信模块，203-第一MCU/RAM模块，204-第一用户应用软件模块，205-第一电源模块，206-第一用户功能硬件模块，207-第一传感器接口，208-第一上位机调试接口，209-第一通信模块，210-第一用户功能模块；
301-第二Zigbee天线接口，302-第二Zigbee通信模块，303-第二电源模块，304-NB-IoT天线接口，305-NB-IoT通信模块，306-第二MCU/RAM模块，307-第二用户应用软件模块，308-第二用户功能硬件模块，309-第二传感器接口，310-第二上位机调试接口，311-第二通信模块，312-第二用户功能模块。
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。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种采用多个NB-IoT节点网关的高可靠性Zigbee自组网系统，包括若干NB-IoT基站1、若干Zigbee节点模块2、若干NB-IoT节点网关3、Internet4和监控云服务器5，任意一个NB-IoT基站1均与Internet4信号连接，Internet4信号连接有监控云服务器5，任意一个NB-IoT基站1均与相邻NB-IoT节点网关3信号连接，若干Zigbee节点模块2与若干NB-IoT节点网关3构成信号通路。
其中，Zigbee节点模块2包括第一Zigbee天线接口201、第一电源模块205、第一传感器接口207、第一上位机调试接口208、第一通信模块209和第一用户功能模块210，第一电源模块205分别与第一通信模块209和第一用户功能模块210电连接，第一通信模块209包括第一Zigbee通信模块202和第一MCU/RAM模块203，第一Zigbee天线接口201与第一Zigbee通信模块202双向信号连接，第一用户功能模块210包括第一用户应用软件模块204和第一用户功能硬件模块206，第一用户功能硬件模块206双向信号连接有第一用户应用软件模块204、第一Zigbee通信模块202、第一MCU/RAM模块203、第一传感器接口207和第一上位机调试接口208，第一Zigbee天线接口201和第一Zigbee通信模块202信号连接，然后第一Zigbee通信模块202与第一用户功能硬件模块206信号连接，用于将高频无线信号转换成基带信号后再解码送至第一MCU/RAM模块203或第一用户应用软件模块204处理，或将第一MCU/RAM模块203或第一用户应用软件模块204出来的数据编码调制后，转换成高频无线信号后通过天线发送出去，而第一传感器接口207主要用来采集数据，如温湿度、电压电流等，第一上位机调试接口208则用于产品的调试。
NB-IoT节点网关3包括第二Zigbee天线接口301、NB-IoT天线接口304、第二电源模块303、第二传感器接口309、第二上位机调试接口310、第二通信模块311和第二用户功能模块312，第二电源模块303分别与第二通信模块311和第二用户功能模块312电连接，第二通信模块311包括第二Zigbee通信模块302、NB-IoT通信模块305和第二MCU/RAM模块306，第二Zigbee通信模块302和NB-IoT通信模块305分别双向信号连接第二Zigbee天线接口301和NB-IoT天线接口304，第二用户功能模块312包括第二用户功能硬件模块308和第二用户应用软件模块307，第二用户功能硬件模块308双向信号连接有第二Zigbee通信模块302、NB-IoT通信模块305、第二MCU/RAM模块306、第二用户应用软件模块307、第二传感器接口309和第二上位机调试接口310，第二Zigbee通信模块302和NB-IoT通信模块305都是用于将相应协议的高频无线信号转换成基带信号后再解码送至第二MCU/RAM模块306或第二用户应用软件模块307处理，或将第二MCU/RAM模块306或第二用户应用软件模块307出来的数据编码调制后，转换成相应协议的高频无线信号后通过对应的天线发送出去，而第二传感器接口309主要用来采集数据，如温湿度、电压电流等，第二上位机调试接口310则用于产品的调试。
监控云服务器5双向信号连接有CDN内容分发系统，CDN内容分发系统双向信号连接有智能移动终端，便于移动监控。
第二用户功能硬件模块308通过串口双向通信连接NB-IoT通信模块305。
智能移动终端为智能手机或平板电脑。
NB-IoT节点网关3通过第二Zigbee天线接口301可以和网内邻近各个Zigbee节点模块2或其他NB-IoT节点网关3进行通信，而通过NB-IoT天线接口304可以和邻近的NB-IoT基站1进行通信，连接到Internet4和监控云服务器5，多个NB-IoT节点网关3同时工作，相互备份，可以发送源自同一Zigbee节点模块2的信息到监控云服务器5，也可以转发多个来自监控云服务器5送往同一Zigbee节点模块2的信息而互不冲突。
另外因为采用多个NB-IoT节点网关3，如果有某个网关损坏，相关的Zigbee节点模块2会通过自身的代理/转发组网机制，发现余下邻近可用的NB-IoT节点网关3而改用该网关作为通往Internet4和监控云服务器5的路径。
在通常情形，每个Zigbee节点模块2只选用一个最邻近的或最直接的NB-IoT节点网关3作为其通向Internet4和监控云服务器5的路径，而在出现意外情形该NB-IoT节点网关3不能正常工作时才切换到别的NB-IoT节点网关3。
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。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种采用多个NB-IoT节点网关的高可靠性Zigbee自组网系统，包括若干NB-IoT基站(1)、若干Zigbee节点模块(2)、若干NB-IoT节点网关(3)、Internet(4)和监控云服务器(5)，其特征在于：任意一个所述NB-IoT基站(1)均与Internet(4)信号连接，所述Internet(4)信号连接有监控云服务器(5)，任意一个所述NB-IoT基站(1)均与相邻所述NB-IoT节点网关(3)信号连接，若干所述Zigbee节点模块(2)与若干所述NB-IoT节点网关(3)构成信号通路。
2.根据权利要求1所述的一种采用多个NB-IoT节点网关的高可靠性Zigbee自组网系统，其特征在于：所述Zigbee节点模块(2)包括第一Zigbee天线接口(201)、第一电源模块(205)、第一传感器接口(207)、第一上位机调试接口(208)、第一通信模块(209)和第一用户功能模块(210)，所述第一电源模块(205)分别与第一通信模块(209)和第一用户功能模块(210)电连接，所述第一通信模块(209)包括第一Zigbee通信模块(202)和第一MCU/RAM模块(203)，所述第一Zigbee天线接口(201)与第一Zigbee通信模块(202)双向信号连接，所述第一用户功能模块(210)包括第一用户应用软件模块(204)和第一用户功能硬件模块(206)，所述第一用户功能硬件模块(206)双向信号连接有第一用户应用软件模块(204)、第一Zigbee通信模块(202)、第一MCU/RAM模块(203)、第一传感器接口(207)和第一上位机调试接口(208)。
3.根据权利要求1所述的一种采用多个NB-IoT节点网关的高可靠性Zigbee自组网系统，其特征在于：所述NB-IoT节点网关(3)包括第二Zigbee天线接口(301)、NB-IoT天线接口(304)、第二电源模块(303)、第二传感器接口(309)、第二上位机调试接口(310)、第二通信模块(311)和第二用户功能模块(312)，所述第二电源模块(303)分别与第二通信模块(311)和第二用户功能模块(312)电连接，所述第二通信模块(311)包括第二Zigbee通信模块(302)、NB-IoT通信模块(305)和第二MCU/RAM模块(306)，所述第二Zigbee通信模块(302)和NB-IoT通信模块(305)分别双向信号连接第二Zigbee天线接口(301)和NB-IoT天线接口(304)，所述第二用户功能模块(312)包括第二用户功能硬件模块(308)和第二用户应用软件模块(307)，所述第二用户功能硬件模块(308)双向信号连接有第二Zigbee通信模块(302)、NB-IoT通信模块(305)、第二MCU/RAM模块(306)、第二用户应用软件模块(307)、第二传感器接口(309)和第二上位机调试接口(310)。
4.根据权利要求1所述的一种采用多个NB-IoT节点网关的高可靠性Zigbee自组网系统，其特征在于：所述监控云服务器(5)双向信号连接有CDN内容分发系统，所述CDN内容分发系统双向信号连接有智能移动终端。
5.根据权利要求3所述的一种采用多个NB-IoT节点网关的高可靠性Zigbee自组网系统，其特征在于：所述第二用户功能硬件模块(308)通过串口双向通信连接NB-IoT通信模块(305)。
6.根据权利要求4所述的一种采用多个NB-IoT节点网关的高可靠性Zigbee自组网系统，其特征在于：所述智能移动终端为智能手机或平板电脑。
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