TWI643518B - 協調器及其控制方法、無線傳感網路的通信系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種無線傳感網路的通信系統，包括判斷模組、第一模式建立模組及第二模式建立模組。判斷模組用於判斷是否偵測到協調器。第一模式建立模組用於在偵測到所述協調器時，控制複數感測器請求與所述協調器建立通信連接。第二模式建立模組用於在未偵測到所述協調器時，控制所述複數感測器中的第一感測器切換為備選協調器，並控制其餘的第二感測器請求與所述備選協調器建立通信連接。本發明還提供一種無線傳感網路的通信方法、一種協調器及其控制方法。

Description

協調器及其控制方法、無線傳感網路的通信系統及方法

本發明涉及通信領域，尤其涉及一種協調器及其控制方法、及一種應用該協調器的無線傳感網路的通信系統及方法。

隨著智慧家居的火熱發展，各種無線技術也開始應運而生，其中ZigBee無線組網技術就是其中一種。ZigBee無線組網技術具有低功耗、低成本、多節點等優點而被多數方案廠商應用在智慧家居中。ZigBee無線組網技術中一般包括協調器(由閘道構成)及複數感測器節點，而所述感測器節點一般是藉由電池來進行供電。怎樣合理利用電池電量，使得感測器節點能盡可能工作更長的時間是急需克服的一個技術難題。

鑒於以上內容，有必要提供一種無線傳感網路的通信方法與系統，其能合理地控制感測器的電力消耗，獲得良好的電源使用效率。

鑒於以上內容，還有必要提供一種協調器及其控制方法，其能合理地控制感測器的電力消耗，獲得良好的電源使用效率。

本發明一實施方式提供一種無線傳感網路的通信方法，包括以下步驟：判斷是否偵測到協調器；若偵測到所述協調器，控制複數感測器與所述協調器建立通信連接；及若未偵測到所述協調器，控制所述複數感測器中的第一感測器切換為備選協調器，並與其餘的第二感測器建立通信連接。

本發明一實施方式還提供一種無線傳感網路的通信系統，包括判斷模組、第一模式建立模組及第二模式建立模組。判斷模組用於判斷是否偵測到協調器。第一模式建立模組用於在偵測到所述協調器時，控制複數感測器請 求與所述協調器建立通信連接。第二模式建立模組用於在未偵測到所述協調器時，控制所述複數感測器中的第一感測器切換為備選協調器，並控制其餘的第二感測器請求與所述備選協調器建立通信連接。

本發明一實施方式還提供一種協調器的控制方法，包括以下步驟：接收事件的執行指令並計算執行所述事件所需的執行時間；判斷所述執行時間是否大於第一預設時間；若所述執行時間不大於所述第一預設時間，將所述事件通報至每一感測器，並依據所述執行指令執行所述事件；若所述執行時間大於所述第一預設時間，查找是否存在備選協調器；及若存在所述備選協調器，將所述事件通報至所述備選協調器，並依據所述執行指令執行所述事件。

本發明一實施方式還提供一種協調器，包括計算模組、判斷模組、執行模組及查找模組。計算模組用於接收事件的執行指令並計算執行所述事件所需的執行時間。判斷模組用於判斷所述執行時間是否大於第一預設時間。執行模組用於在所述執行時間不大於所述第一預設時間時，將所述事件通報至每一感測器，並依據所述執行指令執行所述事件。查找模組用於查找是否存在備選協調器。其中，所述執行模組還用於在所述執行時間大於所述第一預設時間時，將所述事件通報至所述備選協調器，並依據所述執行指令執行所述事件。

與現有技術相比，上述協調器、協調器的控制方法及應用該協調器的無線傳感網路的通信系統及方法，其能合理地控制感測器的電力消耗，提高感測器的電源效率，同時也能縮短系統的回應時間，使得資料傳輸更高效。

1‧‧‧協調器

2a、2b、2c、2d‧‧‧感測器

3‧‧‧控制終端

11‧‧‧第一判斷模組

12‧‧‧第一模式建立模組

13‧‧‧第二模式建立模組

14‧‧‧設定模組

15‧‧‧計算模組

16‧‧‧第二判斷模組

17‧‧‧執行模組

18‧‧‧查找模組

100‧‧‧無線傳感網路的通信系統

圖1為本發明實施方式中的協調器的應用環境圖。

圖2為本發明實施方式中的無線傳感網路的通信系統的功能模組圖。

圖3為本發明實施方式中的協調器的功能模組圖。

圖4為本發明實施方式中的無線傳感網路的通信方法的步驟流程圖。

圖5為本發明實施方式中的協調器的控制方法的步驟流程圖。

請參閱圖1-2，無線傳感網路的通信系統100包括第一判斷模組11、第一模式建立模組12。第一判斷模組11用於判斷是否偵測到協調器1。第一模式建立模組12用於在第一判斷模組11判斷偵測到協調器1時，控制複數感測器請求與協調器1建立通信連接。

所述複數感測器可以是現有技術的智慧家居系統中所使用的感測器，比如，溫度感測器、空氣感測器、門禁感測器、燈光感測器等等，用於感測外界資訊並將感測的外界資訊轉換為電信號。感測器可以藉由電池或其他方式來供電。所述感測器個數並無限定，可以多於四個或者少於四個。下面以感測器的個數以四個為例(即感測器2a、2b、2c、2d)進行說明。

協調器1用於接收並管理每一感測器2a、2b、2c、2d採集的資料，還可以與控制終端3進行通信，並接收控制終端3發送的控制指令。每一感測器2a、2b、2c、2d可以藉由無線方式與協調器1進行通信。感測器2a包括兩種工作模式，即工作模式一和工作模式二。當感測器2a為工作模式一時，感測器2a為常規感測器模式，用於感測外界資訊並將感測的外界資訊轉換為電信號。

當感測器2a為工作模式二時，感測器2a可以充當備選協調器。此時，感測器2a可以代替協調器1進行工作，接收並管理每一感測器2b、2c、2d採集的資料。由於感測器2a在充當備選協調器是需要消耗較多的電力，因此感測器2a可以連接直流電源或藉由適配器連接市電來獲取電力信號。感測器2a可以是在現有感測器基礎上增設路由器功能的軟體模組來實現。

協調器1可以是閘道或者其他可以實現建立和管理感測器網路的裝置。控制終端3可以是手機、電腦等設備。藉由手機APP發送一控制指令至協調器1，協調器1再根據該控制指令執行相應操作。

所述無線傳感網路的通信系統100還包括第二模式建立模組13。第二模式建立模組13用於在未偵測到協調器1時，控制感測器2a切換為備選協調器，並控制其餘的感測器2b、2c、2d請求與備選協調器(感測器2a)建立通信連接。

需要說明的是，當感測器2b、2c、2d未偵測到協調器1時，感測器2b、2c、2d將會反復搜尋外界環境中是否存在協調器1的標識資訊，此過程將會極大地消耗其內部電池的電量，導致感測器2b、2c、2d需要頻繁更換電池。利用感測器2a在未偵測到協調器1時切換為備選協調器，從而使得感測器2b、 2c、2d可以連接到備選協調器，避免感測器2b、2c、2d反復搜尋外界環境中的協調器1的標識資訊，節省感測器2b、2c、2d所需的電力消耗。

需要說明的是，複數感測器中可以僅設置一個傳感器具有兩種工作模式，而其他感測器均只包括感測器模式。

在一實施方式中，第一判斷模組11還用於判斷感測器2a、2b、2c、2d與協調器1是否連接成功。當感測器2a、2b、2c、2d與協調器1連接成功時，感測器2a、2b、2c、2d與協調器1進行通信，以實現智慧家居功能。第二模式建立模組13用於當感測器2a與協調器1連接不成功時，控制第一感測器2a切換為備選協調器。

所述第一判斷模組11還用於在感測器2b與協調器1連接不成功時，判斷是否偵測到備選協調器。

所述通信系統100還包括設定模組14，設定模組14用於當未偵測到備選協調器時設定感測器2b於一預設時間後再次偵測並嘗試與協調器1連接。當偵測到備選協調器時，第二模式建立模組13還用於控制感測器2b請求與備選協調器建立通信連接。當感測器2b與備選協調器連接成功時，感測器2b與備選協調器進行通信。當感測器2b與備選協調器連接不成功時，設定模組14還用於設定感測器2b於預設時間後再次偵測協調器1並嘗試與協調器1連接。

當感測器2c、2d與協調器1連接不成功時，其處理流程與感測器2b相同，在此不再詳述。

在一實施方式中，第二模式建立模組13還用於當協調器1恢復工作後控制感測器2a由備選協調器切換為感測器模式，使得第一感測器2a斷開與感測器2b、2c、2d的通信連接，進而感測器2a、2b、2c、2d請求與協調器1建立通信連接。

請同時參閱圖3，協調器1包括計算模組15、第二判斷模組16、執行模組17及查找模組18。計算模組15用於接收事件的執行指令並計算執行所述事件所需的執行時間。該執行指令可以是控制終端3發出的。該事件是指執行指令指代的操作，執行時間是協調器1執行完該操作所需要的時間。例如，計算模組15接收一固件升級的執行指令並計算執行所述固件升級所需的執行時間，若完成固件升級所需要的時間為5分鐘，則執行時間為5分鐘，事件為固件升級。

需要說明的是，該事件是指協調器1在執行時將會與感測器2a、2b、2c、2d斷開連接的操作，例如，固件升級、軟體更新，系統更新等等。感測器2a、2b、2c、2d可以設定每隔一週期時間更新並回報一次採集的資訊。

第二判斷模組16用於判斷計算模組計算得出的執行時間是否大於第一預設時間。第一預設時間可以根據實際情況進行設定，優選依據感測器2a、2b、2c、2d的週期時間來進行設定。若執行時間在該第一預設時間內表明感測器2a、2b、2c、2d在該執行時間內不會因為無法連接協調器1而出現較大的異常狀態。比如設定第一預設時間為10分鐘。

執行模組17用於在計算模組計算得出的執行時間不大於該第一預設時間時，將該事件通報至每一感測器2a、2b、2c、2d。執行模組17依據執行指令執行該事件。舉例而言，由於固件升級所需要的執行時間為5分鐘，而第一預設時間為10分鐘，因此執行時間小於第一預設時間。執行模組17將接下來要進行固件升級的事件通報至每一感測器2a、2b、2c、2d，並在完成通報後依據接收的固件升級指令執行固件升級。感測器2a、2b、2c、2d接收到執行模組17發出的事件通報後，將會獲知在接下來的5分鐘內不能偵測到協調器1，避免感測器2a、2b、2c、2d在這段時間內由於不能偵測到協調器1，而反復搜尋外界環境中是否存在協調器1的標識資訊。

在一實施方式中，第二判斷模組16還用於判斷每一感測器2a、2b、2c、2d是否接收到執行模組17將要進行固件升級的事件通報。當判斷每一感測器2a、2b、2c、2d均接收到該事件通報時，執行模組17依據固件升級指令執行固件升級。當存在至少一個感測器2a未接收到該事件通報時，第二判斷模組16還用於判斷該事件的通報時間是否大於第二預設時間。執行模組17還用於在該事件的通報時間大於第二預設時間時，依據固件升級指令執行固件升級，從而來避免由於至少一個感測器的故障或其他異常行為而未接收到該事件通報，而導致執行模組17無法進行固件升級。第二預設時間可以根據時間需要進行設定，例如設定第二預設時間為30秒。

查找模組18用於查找是否存在備選協調器。當存在備選協調器，執行模組17還用於在計算模組15計算得出的執行時間大於第一預設時間時，將該事件通報至備選協調器，並在完成通報後依據執行指令執行該事件。

在一實施方式中，第二判斷模組16還用於判斷備選協調器是否接 收到事件通報。當備選協調器接收到該事件通報時，執行模組17依據該執行指令執行所述事件。當備選協調器未接收到該事件通報，第二判斷模組16還用於判斷該事件的通報時間是否大於第四預設時間。執行模組17還用於在該事件的通報時間大於第四預設時間時，依據該執行指令執行所述事件，從而來避免由於備選協調器的故障或其他異常行為而未接收到該事件通報，而導致執行模組17無法執行所述事件。第四預設時間可以根據時間需要進行設定，例如設定第四預設時間為30秒。

舉例而言，當計算模組15接收一軟體更新的執行指令，而執行該軟體更新所需要的執行間為15分鐘，其大於第一預設時間，則感測器2a可以切換為備選協調器。執行模組17還用於將該事件通報至備選協調器，並在完成通報後依據執行指令執行軟體更新。

在一實施方式中，當查找模組18未查找到備選協調器且執行時間大於第一預設時間時，表明感測器2a可能出現異常不能切換為備選協調器或者感測器2a、2b、2c、2d均為普通模式的感測器。第二判斷模組16還用於進一步判斷執行時間是否大於感測器的回報時間。感測器2a、2b、2c、2d的回報時間是指感測器2a、2b、2c、2d在距離最近一次更新並回報的剩餘時間。若該回報時間為3分鐘，即表示感測器2a、2b、2c、2d將在3分鐘後向協調器1回報其採集的資料。在完成回報後，感測器2a、2b、2c、2d又將經歷一個週期時間後向協調器1回報其採集的資料。

當計算模組15計算得出的執行時間不大於回報時間時，執行模組17依據該執行指令執行所述事件。當計算模組15計算得出的執行時間大於回報時間時，執行模組17還用於等待接收感測器2a、2b、2c、2d的資訊回報，並在接收到感測器2a、2b、2c、2d的資訊回報後，再依據該執行指令執行所述事件。

當等待時間大於第三預設時間且仍未接收到感測器2a、2b、2c、2d的資訊回報時，執行模組17依據該執行指令執行所述事件，從而避免無限期等待接收感測器2a、2b、2c、2d的資訊回報，而導致執行模組17無法執行所述事件。

在本發明一實施方式中，第三預設時間優選大於該回報時間。例如，若回報時間為3分鐘，則第三預設時間可以設置為3分30秒或者4分鐘。

圖4為本發明一實施方式中無線傳感網路的通信方法的流程圖。 本通信方法可以運行在圖2所示的無線傳感網路的通信系統100中。

步驟S400，第一判斷模組11判斷是否偵測到協調器1。

步驟S402，若偵測到協調器1，第一模式建立模組12控制複數感測器2a、2b、2c、2d與協調器1建立通信連接。

步驟S404，若未偵測到協調器1，第二模式建立模組13控制感測器2a切換為備選協調器，並與其餘的感測器2b、2c、2d建立通信連接。

在一實施方式中，感測器2a具有兩種工作模式，當感測器2a為工作模式一時，感測器2a為常規感測器模式，用於感測外界資訊並將感測的外界資訊轉換為電信號。當感測器2a為工作模式二時，感測器2a可以充當備選協調器，此時感測器2a可以代替協調器1進行工作，接收並管理其餘感測器2b、2c、2d採集的資料。感測器2b、2c、2d可以是現有技術的智慧家居系統中所使用的感測器，用於感測外界資訊並將感測的外界資訊轉換為電信號。

在一實施方式中，第一判斷模組11還判斷感測器2a、2b、2c、2d與協調器1是否連接成功，當感測器2a、2b、2c、2d與協調器1連接成功時，感測器2a、2b、2c、2d與協調器1進行通信。當感測器2a與協調器1連接不成功時，第二模式建立模組13控制第一感測器2a切換為備選協調器。

當感測器2b與協調器1連接不成功，第一判斷模組11還判斷是否偵測到備選協調器。當未偵測到備選協調器時，設定模組14還用於設定感測器2b於一預設時間後再次偵測並嘗試與協調器1連接。當偵測到備選協調器時，第二模式建立模組13還控制感測器2b請求與備選協調器建立通信連接。當感測器2b與備選協調器連接成功時，感測器2b與備選協調器進行通信。當感測器2b與備選協調器連接不成功時，設定模組14還用於設定感測器2b於一預設時間後再次偵測協調器1並嘗試與協調器1連接。感測器2c、2d與協調器1連接不成功時，其處理流程與感測器2b相同，在此不再詳述。

在一實施方式中，當協調器1恢復工作後，第二模式建立模組13還控制感測器2a由備選協調器切換為感測器模式，使得第一感測器2a斷開與感測器2b、2c、2d的通信連接，進而感測器2a、2b、2c、2d重新請求與協調器1建立通信連接。

圖5為本發明一實施方式中協調器的控制方法的流程圖。

步驟S500，計算模組15接收事件的執行指令並計算執行所述事件 所需的執行時間。

步驟S502，第二判斷模組16判斷所述執行時間是否大於第一預設時間。

步驟S504，若所述執行時間不大於所述第一預設時間，執行模組17將所述事件通報至每一感測器2a、2b、2c、2d，並依據所述執行指令執行所述事件。

步驟S506，若所述執行時間大於所述第一預設時間，查找模組18查找是否存在備選協調器。

步驟S508，若存在備選協調器，執行模組17將所述事件通報至備選協調器，並依據所述執行指令執行所述事件。

在一實施方式中，第二判斷模組16還判斷每一感測器2a、2b、2c、2d是否接收到執行模組17發送的事件通報，當判斷每一感測器2a、2b、2c、2d均接收到該事件通報時，執行模組17依據該執行指令執行該事件。當存在至少一個感測器2a未接收到該事件通報時，第二判斷模組16還用於判斷該事件的通報時間是否大於第二預設時間，執行模組17還用於在該事件的通報時間大於第二預設時間時，依據該執行指令執行該事件。

在一實施方式中，若所述執行時間大於所述第一預設時間且查找模組18查找到備選協調器時，第二判斷模組16還用於判斷備選協調器是否接收到事件通報，當備選協調器接收到該事件通報時，執行模組17依據該執行指令執行所述事件。當備選協調器未接收到該事件通報，第二判斷模組16還用於判斷該事件的通報時間是否大於第四預設時間，執行模組17還用於在該事件的通報時間大於第四預設時間時，依據該執行指令執行所述事件。

在一實施方式中，若所述執行時間大於所述第一預設時間且查找模組18未查找到備選協調器時，第二判斷模組16還用於進一步判斷執行時間是否大於感測器的回報時間。當計算模組15計算得出的執行時間不大於回報時間時，執行模組17依據該執行指令執行所述事件。當計算模組15計算得出的執行時間大於回報時間時，執行模組17還用於等待接收感測器2a、2b、2c、2d的資訊回報，並在接收到感測器2a、2b、2c、2d的資訊回報後，再依據該執行指令執行所述事件。當執行模組17等待的等待時間大於第三預設時間且仍未接收到感測器2a、2b、2c、2d的資訊回報時，執行模組17依據該執行指令執行所述事 件，從而避免執行模組17無限期等待接收感測器2a、2b、2c、2d的資訊回報，而導致執行模組17無法執行所述事件。

上述協調器、協調器的控制方法及應用該協調器的無線傳感網路的通信系統及方法，其能合理地控制感測器的電力消耗，提高感測器的電源效率，同時也能縮短系統的回應時間，使得資料傳輸更高效。

對本領域的技術人員來說，可以根據本發明的發明方案和發明構思結合生產的實際需要做出其他相應的改變或調整，而這些改變和調整都應屬於本發明所公開的範圍。

Claims (8)

1. 一種無線傳感網路的通信方法，應用於無線傳感網路通信系統中，包括以下步驟：判斷是否偵測到協調器；若偵測到所述協調器，控制複數感測器與所述協調器建立通信連接；及若未偵測到所述協調器，控制所述複數感測器中的第一感測器切換為備選協調器，並與其餘的第二感測器建立通信連接；其中，若未偵測到所述協調器，控制所述複數感測器中的第一感測器切換為備選協調器，以替代所述協調器來與其餘的第二感測器建立通信連接，若重新偵測到所述協調器，控制所述第一感測器切換為感測器模式，並斷開與所述第二感測器的通信連接；其中，所述複數感測器包括所述第一感測器及所述複數第二感測器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之通信方法，其中所述若偵測到所述協調器，控制所述複數感測器與所述協調器建立通信連接的步驟還包括：若偵測到所述協調器，控制所述複數感測器請求與所述協調器建立通信連接；判斷所述每一感測器與所述協調器是否連接成功；若連接成功，控制所述感測器與所述協調器進行通信；若連接不成功且所述感測器為所述第一感測器，控制所述第一感測器切換為備選協調器；及若連接不成功且所述感測器為所述第二感測器，設定所述第二感測器於預設時間後再次偵測所述協調器。
3. 如申請專利範圍第2項所述之通信方法，還包括以下步驟：所述若連接不成功且所述感測器為所述第二感測器，設定所述第二感測器於預設時間後再次偵測所述協調器的步驟包括：若連接不成功且所述感測器為所述第二感測器，判斷是否偵測到所述備選協調器；若偵測到所述備選協調器，請求與所述備選協調器建立通信連接；判斷所述第二感測器與所述備選協調器是否連接成功；若連接成功，所述第二感測器與所述備選協調器進行通信；及若連接不成功，設定所述第二感測器於預設時間後再次偵測所述協調器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之通信方法，其中所述若未偵測到所述協調器，控制所述複數感測器中的第一感測器切換為備選協調器，並與其餘的第二感測器建立通信連接的步驟還包括以下步驟：若未偵測到所述協調器，控制所述複數感測器中的第一感測器切換為備選協調器，所述第二感測器請求與所述備選協調器建立通信連接；判斷所述第二感測器與所述備選協調器是否連接成功；若連接成功，控制所述第二感測器與所述備選協調器進行通信；及若連接不成功，設定所述第二感測器於預設時間後再次偵測所述協調器。
5. 一種無線傳感網路的通信系統，包括：判斷模組，用於判斷是否偵測到協調器；第一模式建立模組，用於在偵測到所述協調器時，控制複數感測器請求與所述協調器建立通信連接；及第二模式建立模組，用於在未偵測到所述協調器時，控制所述複數感測器中的第一感測器切換為備選協調器，並控制其餘的第二感測器請求與所述備選協調器建立通信連接；其中所述第二模式建立模組還用於在重新偵測到所述協調器時，控制所述第一感測器切換為感測器模式並斷開與其餘的所述第二感測器的通信連接；其中，所述複數感測器包括所述第一感測器及所述複數第二感測器。
6. 如申請專利範圍第5項所述之通信系統，還包括設定模組，其中：所述判斷模組還用於判斷所述感測器與所述協調器是否連接成功；當所述感測器與所述協調器連接成功時，所述感測器與所述協調器進行通信；當所述感測器與所述協調器連接不成功且所述感測器為所述第一感測器時，所述第二模式建立模組控制所述第一感測器切換為所述備選協調器；及當所述感測器與所述協調器連接不成功且所述感測器為所述第二感測器時，所述設定模組用於設定所述第二感測器於預設時間後再次偵測所述協調器。
7. 如申請專利範圍第6項所述之通信系統，其中當所述感測器與所述協調器連接不成功且所述感測器為所述第二感測器時，所述判斷模組還用於判斷是否偵測到所述備選協調器，所述第二模式建立模組還用於在偵測到所述備選協調器時，控制所述第二感測器請求與所述備選協調器建立通信連接；當所述第二感測器與所述備選協調器連接成功時，所述第二感測器與所述備選協調 器進行通信；當所述第二感測器與所述備選協調器連接不成功時，所述設定模組用於設定所述第二感測器於預設時間後再次偵測所述協調器。
8. 如申請專利範圍第5項所述之通信系統，其中所述通信系統還包括設定模組，所述判斷模組還用於判斷所述第二感測器與所述備選協調器是否連接成功；當所述第二感測器與所述備選協調器連接成功時，所述第二感測器與所述備選協調器進行通信；當所述第二感測器與所述備選協調器連接不成功時，所述設定模組用於設定所述第二感測器於預設時間後再次偵測所述協調器。