专利名称：基于Zigbee技术的设备维护与配置系统及其通信方法
技术领域：
本发明涉及一种设备维护与配置的通信方法，尤其是一种基于Zigbee技术的设备维护与配置置系统及其通信方法，属于无线通信技术领域。
背景技术：
ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的双向无线通讯网络技术，采取了 IEEE 802. 15. 4协议的物理层和MAC层，并在此基础上增加了网络层、网络安全和应用层。Zigbee网络由三种网络节点组成网络协调器、路由节点、终端节点。网络协调器包含所有的网络消息，存储容量大、计算能力最强，发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不间断地接收消息；路由节点是网络中的中继，连接网络各个节点，延伸和扩展网络的覆盖范围和网络规模。终端节点是只能直接发消息给网络协调器和路由节点，所有采集的数据信息都经过该节点而进入Zigbee 通信网络，对处理能力和内存的需求低。设备在出厂前会经过调试与检测，在出厂前的调试与检测基本上都是通过网口、 串口或光口进行，即外接网线、串口线或光纤至调试、检测与配置的主机，由主机来对设备进行调试与配置。然而当设备出厂给用户之后，设备很有可能运行在比较苛刻的环境下，一旦安装后，人力比较难以触及，对现场设备的升级、配置以及调试将非常困难，需要人工触及设备，接上网线、串口线或光纤拉出来，才能进行调试、维护与配置。但是危险往往发生在人工触及设备，接上网线、串口线或光纤拉出来的过程中，同时在用户体验上也比较差。比如说电力系统中用于城乡电网的户外开关远方终端装置，该装置负责柱上开关等开关设备的开关量及测量量的采集，馈电线路的故障识别、故障定位、故障隔离。该装置安装在杆塔上，用户对该设备的维护与配置，需要爬上杆塔，接上很长的网线，然后再回到地面上，将网口接入计算机进行现场维护与配置，爬杆拉网线的过程就是比较危险的过程。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，即设备现场运行在比较复杂的条件下时，采用有线的方式对设备进行调试、维护与配置，需要人工将线连上设备与计算机，而人工连线这个过程很可能是比较危险的，而且也降低用户体验。本发明采用的技术方案为
一种基于Zigbee技术的设备维护与配置系统，包括Zigbee网络中的终端节点和网络协调器，其特征在于终端节点与设备相连接，网络协调器与计算机或手持维护终端连接， 由网络协调器和终端节点所形成的网络来承载设备与计算机之间传递的调试、维护与配置数据。前述的基于Zigbee技术的设备维护与配置系统，其特征在于终端节点与被维护设备间的连接包括两种方式，一种方式直接将终端节点做成一块电路板，由设备来进行供电，然后通过引脚相联，设备与终端节点之间采用串行异步通信方式；另一种方式将终端节点封装成微型装置，微型装置与设备间采用有线连接，接口可采用RS232、RS485或网口等多种形式。网络协调器与计算机之间采用USB接口，当其与计算机连上后，自动将USB接口映射成COM串口，与计算机上的设备管理应用程序之间通信遵循通用的RS232接口协议；网络协调器通过计算机的USB接口进行供电。一种基于Zigbee技术的设备维护与配置系统的通信方法，其特征在于，包括以下步骤
1)在终端节点实现Zigbee协议栈，终端节点与被维护设备之间通过引脚直接相连或串口线相连，在该引脚或串口线上实现UART通信；
2)在网络协调器实现Zigbee协议栈，在网络协调器与计算机之间采用USB接口相连；
3)由网络协调器首先建立某一信道的Zigbee网络，终端节点搜查到该网络后，进行网络加入申请；
4)对终端节点进行安全认证，认证通过，两点无线通道建立；
5)被维护设备从UART接口发送和接收数据，管理应用程序从USB接口接收和发送数据，被维护设备与管理应用程序之间的调试数据、配置数据以及版本数据都将通过该 Zigbee的无线通道进行传输。本发明技术方案的显著性进步和特点主要体现在充分利用Zigbee技术低功耗、 低复杂度和短距离等特点，将其应用于现场设备的维护与配置中；不再采用有线方式来承载调试、配置与软件版本数据，而采用无线的方式进行承载，大大增加了维护的方便性、增强了用户体验，用户甚至可以直接在车内进行设备维护的工作，无需在恶劣的设备运行环境下进行维护与配置工作。
附图1为本发明的设备维护与配置方法对比示意附图2为本发明的户外开关远端装置的维护与配置方法示意图； 附图3为本发明的设备维护与配置方法工作顺序流程图。
具体实施例方式一种基于Zigbee技术的设备维护与配置的通信方法，涉及到Zigbee无线通信网络中的终端节点、网络协调器、被维护设备以及设备管理应用程序，该方法充分利用无线技术布置简单、视距可靠传输等优点，将Zigbee无线技术作为被维护设备以及设备管理应用程序之间数据传输的通道。本发明以户外开关远端装置的维护与配置方法为例进行具体实施，在将户外开关远端装置与终端节点相连，将网络协调器连上计算机之后，主要包括以下步骤
步骤一网络协调器进行信道扫描，对扫描到的信道进行排序，选择干扰最少的信道作为本网络的信道，并为其分配网络ID而形成私有局域网络；
步骤二 网络协调器在选择的信道上发送信标帧，用于信道同步和用于终端节点的接
入；步骤三终端节点通过扫描发现该网络后，进行网络选择并发送网络接入请求给网络协调器；
步骤四网络协调器收到终端节点的接入请求后，将查询邻居表确认设备并为其分配 16位短地址，同时更新自己的邻居表，并给终端节点返回确认信息；
步骤五终端节点与网络协调器之间要进行双向安全认证，分别保证对方的合法性， 安全认证的算法可采用常用用户名密码的方式，用户名和密码可采用MD5加密；
步骤六网络协调器将认证通过的终端节点与被维护设备信息上报给管理应用程序； 步骤七当存在多个终端节点时，设备管理应用程序需要选择某个具体的终端节点进行通信，因此，需要经过设备管理应用程序选择被维护设备，即终端节点来进行信息的交互通信；
步骤八到此，被维护设备与设备管理应用程序之间的通道已建立，设备管理应用程序将调试信息、配置管理或版本数据都可下发给网络协调器；
步骤九网络协调器将来自设备管理应用程序的所有数据转发到空中接口 ； 步骤十终端节点将空中接口收到的数据进行解码，并将数据通过UART接口发送给被维护设备；
步骤十一由终端节点和网络协调器所形成的网络，构成了承载被维护设备与设备管理应用程序之间通信数据的有效而可靠的通道，双向数据都在该通道上进行可靠地传送。综上所述，采用本发明后，能够有效地克服被维护设备在网线、串口线或光纤下调试与配置所带来布线复杂，改造更加困难，甚至带来人身安全等问题，被维护设备与设备配置管理应用程序不用关心无线通道的实现，效果上等同于一根有线进行传输，特别适用于智能设备的管理、维护、配置与升级，尤其是给人带了较大麻烦或人身安全的恶劣的工作环境下的运行设备。由此可见，本发明具有显著性进步和优化提高的特点，其应用前景非常广阔。以上所述，仅是本发明的较佳实施例子而已，并非对本发明作任何形式上的限制， 凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与装饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种基于Zigbee技术的设备维护与配置系统，包括Zigbee网络中的终端节点和网络协调器，其特征在于终端节点与设备相连接，网络协调器与计算机或手持维护终端连接，由网络协调器和终端节点所形成的网络承载设备与计算机之间传递的调试、维护与配置数据。
2.根据权利要求1所述的基于Zigbee技术的设备维护与配置系统，其特征在于终端节点与被维护设备间的连接包括两种方式，一种方式直接将终端节点做成一块电路板，由设备来进行供电，通过引脚相联，设备与终端节点之间采用串行异步通信方式；另一种方式将终端节点封装成微型装置，微型装置与设备间采用有线连接，接口采用RS232、RS485或网口形式；网络协调器与计算机之间采用USB接口，当网络协调器与计算机连接后，自动将USB接口映射成COM串口，与计算机上的设备管理应用程序之间通信遵循通用的RS232接口协议； 网络协调器通过计算机的USB接口进行供电。
3.一种基于Zigbee技术的设备维护与配置系统的通信方法，其特征在于，包括以下步骤在终端节点实现Zigbee协议栈，终端节点与被维护设备之间通过引脚直接相连或串口线相连，在该引脚或串口线上实现UART通信；在网络协调器实现Zigbee协议栈，网络协调器与计算机之间采用USB接口相连； 由网络协调器首先建立某一信道的Zigbee网络，终端节点搜查到该网络后，进行网络加入申请；对终端节点进行安全认证，认证通过，两点无线通道建立；被维护设备从UART接口发送和接收数据，管理应用程序从USB接口接收和发送数据， 被维护设备与管理应用程序之间的调试数据、配置数据以及版本数据都通过Zigbee的无线通道进行传输。
4.根据权利要求1所述的基于Zigbee技术的设备维护与配置系统的通信方法，其特征在于在所述步骤3)中包括以下步骤31)网络协调器进行信道扫描，对扫描到的信道进行排序，选择干扰最少的信道作为本网络的信道，并为其分配网络ID而形成私有局域网络；32)网络协调器在选择的信道上发送信标帧，用于信道同步和用于终端节点的接入；33)终端节点通过扫描发现该网络后，进行网络选择并发送网络接入请求给网络协调器；34)网络协调器收到终端节点的接入请求后，将查询邻居表确认设备并为其分配16位短地址，同时更新自己的邻居表，并给终端节点返回确认信息；35)终端节点与网络协调器之间要进行双向安全认证，分别保证对方的合法性；36)网络协调器将认证通过的终端节点与被维护设备信息上报给管理应用程序；37)当存在多个终端节点时，设备管理应用程序选择某个具体的终端节点进行通信，经过设备管理应用程序选择被维护设备来进行信息的交互通信；38)设备管理应用程序将调试信息、配置管理或版本数据下发给网络协调器。
5.根据权利要求1所述的基于Zigbee技术的设备维护与配置系统的通信方法，其特征在于在所述步骤5)中包括以下步骤51)网络协调器将来自设备管理应用程序的所有数据转发到空中接口；52)终端节点将空中接口收到的数据进行解码，并将数据通过UART接口发送给被维护设备；53)由终端节点和网络协调器所形成的网络构成了承载被维护设备与设备管理应用程序之间通信数据的通道，双向数据都在该通道上进行传送。
全文摘要
本发明公开了一种基于Zigbee技术的设备维护与配置系统及其通信方法,基于Zigbee技术的设备维护与配置系统包括Zigbee网络中的终端节点和网络协调器，其特征在于终端节点与设备相连接，网络协调器与计算机或手持维护终端连接，由网络协调器和终端节点所形成的网络承载设备与计算机之间传递的调试、维护与配置数据。本发明充分利用Zigbee技术低功耗、低复杂度和短距离等特点，将其应用于现场设备的维护与配置中，不再采用有线方式来承载调试、配置与软件版本数据，而采用无线的方式进行承载，大大增加了维护的方便性。
文档编号H04W24/04GK102291748SQ201110200628
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者刘亮, 张笑天, 张雷, 徐大可, 杨春瑜, 赖晓路 申请人:国电南京自动化股份有限公司