一种基于无线通信的自适应网络系统及方法与流程

本发明涉及无线通讯技术领域，具体地涉及到一种基于无线通信的自适应网络系统及方法。

背景技术：

无线通信是利用电磁波信号在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。无线通信技术自身有很多优点，成本较低，无线通信技术不必建立物理线路，更不用大量的人力去铺设电缆，而且无线通信技术不受工业环境的限制，对抗环境的变化能力较强，故障诊断也较为容易，相对于传统的有线通信的设置与维修，无线网络的维修可以通过远程诊断完成，更加便捷；扩展性强，当网络需要扩展时，无线通信不需要扩展布线；灵活性强，无线网络不受环境地形等限制，而且在使用环境发生变化时，无线网络只需要做很少的调整，就能适应新环境的要求。近年来，应用较为广泛及具有较好发展前景的短距离无线通信标准有：zig-bee、蓝牙(bluetooth)、无线宽带(wi-fi)等。

但是随着物联网硬件越来越多样化，例如空调、智能电视、智能手环等产品之间没有实现互联互通，不能相互识别，对产品的操控管理也是碎片化，配置设备入网时过程比较繁琐，需要用户多次参与，用户体验并不好。此外，当用户通过传统的无线通信技术用终端设备对上述智能家电操控时，有传输距离限制。

因此，如何利用无线通信技术组建一种简单、方便、高效的，突破距离限制的设备间自适应网络是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于无线通信的自适应网络系统及方法，能够将区域中的各个终端设备动态组网，实现自主入网，自主退网，漫游，定位，通讯，近场识别等功能。扩大了无线网络系统的灵活性和延展性。

依据本发明的一个方面，提供一种基于无线通信的自适应网络系统，包括：一台网络服务器，至少一台收发器，一个或多个终端设备。所述网络服务器与收发器通过以太网或者wifi相连，可进行双向通讯。终端设备入网后与收发器通过无线连接。

网络服务器，存储并管理当前区域的电子地图、收发器的位置信息和信号覆盖范围信息，所述网络服务器中还存储有总路由表信息，所述总路由表包含系统中所有收发器的虚拟地址，uuid，网段以及收发器所连接的所有终端设备的设备信息，所述设备信息包含终端设备的状态，uuid，用户名，网段等信息；该网络服务器用于处理收发器上传的请求信息以及向收发器下发控制信息。

收发器，存储并管理收发器路由表，所述收发器路由表包含与其连接的所有终端设备的虚拟地址，状态信息和用户信息；所述收发器部署在空间的固定位置，收集定位空间中终端设备发送的无线信号强度信息，并将信息发送给网络服务器用于设备定位；所述收发器也可以根据服务器的指令发送区域广播；所述收发器也可以帮助终端设备建立通信连接，转发通信请求和通信内容等。

终端设备，用于与收发器建立连接，向收发器申请入网以及向收发器发送无线信号强度信息用于定位，所述终端设备也可与其他终端设备进行通信和近场识别。

依据本发明的另一方面，提供一种基于无线通信的自适应网络方法，该方法包括如下步骤：

步骤s1：未入网的终端设备进入区域后，与收发器建立连接，收发器将终端设备加入网络；

步骤s2：已入网的终端设备实时获取所连接的收发器的信号强度信息，判断是否离开收发器的信号覆盖范围，若是，则将所述终端设备退网；

步骤s3：收发器实时扫描所连接的网络服务器和终端设备发来的功能控制信息，并根据控制信息执行相关操作。

具体地，步骤s1之前，未入网的终端设备需要在网络服务器上注册，注册信息包含终端设备的唯一识别码信息，网段信息，用户名信息。所述唯一识别码信息用于通讯时识别设备信息，所述网段信息用于与收发器连接时对区域进行有效的划分，所述用户名信息用于近场识别时对目的设备进行身份识别。

具体地，步骤s1中，收发器与终端设备连接之前还包括为终端设备鉴权，具体步骤包括：收发器通过网络服务器获取待连接的终端设备的网段信息，当终端设备的网段包含所述收发器的网段时，收发器才能与终端设备建立连接，否则取消连接。

具体地，步骤s2之前，为使已入网的终端设备实时获取所连接的收发器的信号强度信息，当收发器上电后每间隔固定时间需向网络系统中发送广播。

具体地，步骤s3中所述功能控制信息包含例如：终端设备定位，终端设备漫游，终端设备退网，终端设备近场识别，终端设备点对点通信。

执行的相关操作如下所述：

（1）终端设备定位

网络服务器向区域中的收发器下发定位指令，指令中包含需要定位的终端设备的uuid，与所述终端设备连接的收发器向终端设备发送定位请求，所述终端设备开启发送定位消息广播，区域中的多个收发器将接收到所述终端设备的定位广播的信号强度信息发送到网络服务器，网络服务器根据收发器的位置以及信号广播强度计算出终端设备的位置坐标。

进一步地，网络服务器内预先存储电子地图，可观察设备的实时位置；

进一步地，网络服务器内预先设置好地图触发事件，当终端设备运动到触发事件地点时，可触发预定事件。

（2）终端设备漫游

收发器开启广播模式，每隔固定时间间隔发送心跳包广播，终端设备开启扫描模式，每隔固定时间间隔扫描范围内所有收发器的心跳包广播，判断同一时间当前区域内是否有其他的收发器信号强度优于当前连接的收发器信号强度，若是，则向所连接的收发器发送漫游退出指令，所述收发器将终端设备移出路由表并将终端设备的状态和数据上报给网络服务器，所述终端设备向信号强度最优的收发器发送漫游进入指令，该收发器为终端设备分配唯一的虚拟地址，将其加入路由表中，并将终端设备的状态和数据上报给网络服务器。否则，忽略该广播。

（3）终端设备退网

网络服务器向区域中的收发器下发退网指令，指令中包含需要退网的终端设备的uuid，与所述终端设备连接的收发器向终端设备发送退网要求，将其移出收发器路由表，并向网络服务器上报状态和数据，终端设备变更为未入网状态。

可选地，上述方法中也包括终端设备主动向收发器发送退网请求指令，收发器根据终端设备虚拟地址匹配收发器路由表，将终端设备移出路由表，并向网络服务器上报状态和数据，终端设备变更为未入网状态。

（4）终端设备近场识别

第一终端设备开启广播模式，实时发送近场识别请求广播，第二终端设备开启扫描模式，扫描到有近场识别请求广播，通过判断接收到的广播信号强度是否在设定的信号强度阈值内，若在阈值内，判断为近场识别设备，并与之建立唯一的近场连接；若不在阈值内，则忽略该广播。进一步地，建立连接之后，第一终端设备可向第二终端设备发送带有自身识别信息的数据包，第二终端设备将数据包上传到与之连接的收发器，所述收发器将数据包上传到网络服务器，网络服务器根据设备信息查询总路由表并下发用户姓名，识别出第一终端设备的身份信息。

（5）终端设备点对点通信

第一终端设备获取第二终端设备的uuid，并向与之连接的第一收发器发送点对点通讯请求，其中点对点通讯请求中包含有第二终端设备的uuid；第一收发器根据第二终端设备的uuid查询收发器路由表中第二终端设备是否连接在本收发器下，若是，则将通信请求直接转发给第二终端设备；否则，第一收发器将通讯请求上传到网络服务器，网络服务器根据总路由表信息查询到第二终端设备所连接的第二收发器的地址，并将通讯请求发送给第二收发器，由第二收发器转发通讯请求到第二终端设备。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的一种基于无线通信的自适应网络系统和方法，可以将区域中的各个终端设备动态组网，实现便捷的入网、退网、漫游等功能，以及可以在网络服务器上对终端设备的位置进行查看，也可以实现终端设备间通讯、近场识别等功能。本发明将网络服务器和终端设备连接至收发器，通过收发器进行信息的传递，实现了对区域中的设备进行统一管理，克服了传统无线通讯技术中对信息传输距离的限制，解决了不同厂家的设备不能互联互通的问题。

附图说明

图1为本发明一种基于无线通信的自适应网络系统。

图2是本发明一种基于无线通信的自适应网络方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的一种基于无线通信的网络系统，参考图1所示，包括一台网络服务器，至少一台收发器，一个或多个终端设备。所述网络服务器与收发器通过以太网或者wifi相连，可进行双向通讯。终端设备入网后可与收发器进行无线通讯。所述收发器通过网段对系统区域进行划分，例如空间a中包含收发器1和收发器2，它们同属于网段一，空间b中包含收发器3和收发器4，它们同属于网段二，终端设备的网段设置为网段一，当进入空间a时，虽然可以接收到收发器3和收发器4的信息，但是不会与收发器3和收发器4建立连接，只会与收发器1和收发器2中信号强度最优的收发器建立连接。

所述网络服务器中存储当前区域的电子地图、收发器的位置信息和信号覆盖范围信息，所述网络服务器中还存储有总路由表信息，所述总路由表包含系统中所有收发器的虚拟地址，uuid，网段以及收发器所连接的终端设备的设备信息，所述设备信息包含终端设备的状态，uuid，用户名，网段等信息。该网络服务器用于处理收发器上传的请求信息以及向收发器下发控制信息，如接收收发器发送的设备定位信息，匹配存储在自身的收发器的信号强度信息，计算收发器与终端设备的距离，根据汇总的多个收发器发送的定位消息，计算出终端设备的位置信息；接收收发器发送的目的设备通信请求信息，下发目的设备的通信地址，转发设备之间的通讯内容等。

所述收发器中存储有收发器路由表，所述收发器路由表包含与其连接的所有终端设备的虚拟地址，状态信息和用户信息；所述收发器部署在空间的固定位置，收集定位空间中终端设备发送的无线信号强度信息，并将信息发送给网络服务器用于设备定位；所述收发器也可以根据服务器的指令发送区域广播；所述收发器也可以帮助终端设备建立通信连接，转发通信请求和通信内容等。

所述终端设备可以是电脑、手机、ipad等智能终端，也可以是具有无线模块的家居产品如电视、空调，饮水机等设备。所述终端设备入网后可向收发器发送无线信号强度消息用于定位，还可发送通讯请求信息，用于与其他设备进行通讯；所述终端设备也可与其他设备进行近场识别等。

需要详细说明的，本发明涉及的无线通信技术不局限于蓝牙、wifi、zig-bee等。

图2是本发明一种基于无线通信的自适应网络方法流程图，其主要包括以下步骤：

步骤s201：未入网的终端设备进入区域后，与收发器建立连接，收发器将终端设备加入网络。

可选地，在步骤s201中，终端设备通过主动入网方式加入自适应网络，其具体包括以下步骤：

a.未入网的终端设备首先进入广播状态，每隔固定时间发送入网申请广播，广播中包含终端设备的uuid和网段，等待被收发器连接，一旦连接成功则退出广播状态；

b.收发器进入扫描状态，主动扫描入网申请的设备广播，若扫描到的设备广播网段与收发器网段相同则发送入网邀请，否则忽略该广播；

c.终端设备接收到一个或一个以上收发器的入网邀请，选择与接收到信号强度信息最优的收发器建立连接；

d.所述收发器为终端设备分配唯一的虚拟地址，加入路由表中并上报给网络服务器。

可选地，在步骤s201中，终端设备通过启发式入网方式加入自适应网络，其具体包括以下步骤：

e.收发器首先进入广播状态，每隔固定时间发送入网邀请广播，广播中包含收发器的网段信息，等待终端设备回复；

f.未入网的终端设备进入扫描状态，主动扫描区域中的入网邀请广播，若扫描到的广播网段包含在自身设备支持的网段中，则向广播信号特征值(rssi)最强的收发器发送终端设备的uuid；

g.所述收发器为终端设备分配唯一的虚拟地址，加入路由表中并上报给网络服务器。

步骤s202：已入网的终端设备实时获取所连接的收发器的信号强度信息，判断是否离开收发器的信号覆盖范围，若是，则将所述终端设备退网。

具体地，所述退网过程具体包括：

h.终端设备向已连接的收发器发送主动退网请求，请求中包含终端设备的虚拟地址；

i.收发器根据虚拟地址匹配收发器路由表，将终端设备移出路由表，并向网络服务器上报状态和数据；

j.终端设备变更为未入网状态。

步骤s203：收发器实时扫描网络服务器和终端设备发来的功能控制信息，并根据控制信息执行相关操作。

需要详细说明的是，上述的功能控制信息例如为：终端设备定位，终端设备退网，终端设备近场识别，终端设备通信。

执行的相关操作如下所述：

（1）终端设备定位

网络服务器向区域中的收发器下发定位指令，指令中包含需要定位的终端设备的uuid，与所述终端设备连接的收发器向终端设备发送定位请求，所述终端设备开启发送定位消息广播，区域中的收发器将接收到所述终端设备的定位广播的信号强度信息发送到网络服务器，网络服务器根据收发器的位置以及信号广播强度计算出终端设备的位置坐标。

进一步地，网络服务器内预先存储电子地图，可观察设备的实时位置；

进一步地，网络服务器内预先设置好地图触发事件，当终端设备运动到触发事件地点时，可触发预定事件。

（2）终端设备漫游

收发器开启广播模式，每隔固定时间间隔发送心跳包广播，终端设备开启扫描模式，每隔固定时间间隔扫描范围内所有收发器的心跳包广播，判断同一时间当前区域内是否有其他的收发器信号强度优于当前连接的收发器信号强度，若是，则向所连接的收发器发送漫游退出指令，所述收发器将终端设备移出路由表并将终端设备的状态和数据上报给网络服务器，所述终端设备向信号强度最优的收发器发送漫游进入指令，该收发器为终端设备分配唯一的虚拟地址，将其加入路由表中，并将终端设备的状态和数据上报给网络服务器。否则，忽略该广播。

（3）终端设备退网

网络服务器向区域中的收发器下发退网指令，指令中包含需要退网的终端设备的uuid，与所述终端设备连接的收发器向终端设备发送退网要求，将其移出收发器路由表，并向网络服务器上报状态和数据，终端设备变更为未入网状态。

可选地，上述方法中也可以为终端设备主动向收发器发送退网请求指令，收发器根据终端设备虚拟地址匹配收发器路由表，将终端设备移出路由表，并向网络服务器上报状态和数据，终端设备变更为未入网状态。

（4）终端设备近场识别

第一终端设备开启广播模式，实时发送近场识别请求广播，第二终端设备开启扫描模式，扫描到有近场识别请求广播，通过判断接收到的广播信号强度是否在设定的信号强度阈值内，若在阈值内，判断为近场识别设备，并与之建立唯一的近场连接；若不在阈值内，则忽略该广播。进一步地，建立连接之后，第一终端设备可向第二终端设备发送带有自身识别信息的数据包，第二终端设备将数据包上传到与之连接的收发器，所述收发器将数据包上传到网络服务器，网络服务器根据设备信息查询总路由表并下发用户姓名，识别出第一终端设备的身份信息。

（5）终端设备点对点通信

第一终端设备获取第二终端设备的uuid，并向与之连接的第一收发器发送点对点通讯请求，其中点对点通讯请求中包含有第二终端设备的uuid；第一收发器根据第二终端设备的uuid查询收发器路由表中第二终端设备是否连接在本收发器下，若是，则将通信请求直接转发给第二终端设备；否则，第一收发器将通讯请求上传到网络服务器，网络服务器根据总路由表信息查询到第二终端设备所连接的第二收发器的地址，并将通讯请求发送给第二收发器，由第二收发器转发通讯请求到第二终端设备。

综上所述，依照本发明提出的一种基于无线通信的自适应网络和方法，可以将区域中的各个终端设备动态组网，实现便捷的入网、退网、漫游等功能，以及可以在网络服务器上对终端设备的位置进行查看，也可以实现终端设备间通讯、近场识别等功能。本发明将网络服务器和终端设备连接至收发器，通过收发器进行信息的传递，实现了对区域中的设备进行统一管理，克服了传统无线通讯技术中对信息传输距离的限制，解决了不同厂家的设备不能互联互通的问题。

以上是对本发明技术方案的详细说明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和改进，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。