一种静态Zigbee网络的规划方法
【专利摘要】本发明公开了一种静态Zigbee网络的规划方法，步骤包括：将Zigbee无线节点配置为三种类型的无线节点、在安装环境中测量有效通讯距离、设定路由器节点的数量及位置、建立Zigbee树状网络拓扑结构、为每个路由器节点分配网络地址及管理的地址池、为终端节点分配网络地址和扩展地址。该规划方法建立了静态树形拓扑结构，克服了层数限制，同时终端节点的区分使用2字节扩展地址，极大的提高了网络容量，扩展了该监控网络的应用范围。
【专利说明】
一种静态Z i gbee网络的规划方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种无线网络规划方法，尤其是一种静态Zigbee网络的规划方法。
【背景技术】
[0002]目前，在现有的Zigbee协议中，按照Cskip算法地址计算方法，其网络深度最大为16级，超过此层数即无法获得地址;使用DAAM机制对所有网络节点进行地址分配，设置了最大层数限制。但是，当监控网络应用范围扩大，或者遇到地形复杂时，就难以做到对监控区域的全覆盖。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是现有的Zigbee协议难以满足范围较大且地形复杂环境的网络覆盖需求。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种静态Zigbee网络的规划方法，包括如下步骤:
步骤1，将Zigbee无线节点配置为协调器节点、路由器节点以及终端节点这三种类型的无线节点；
步骤2，在Zigbee无线网络的安装环境中测量无线节点的有效通讯距离；
步骤3，根据Zigbee无线网络的监控区域以及有效通讯距离，设定Zigbee无线网络中需要路由器节点的数量及位置，使每个路由器节点之间均可以通过一跳或多跳数据包进行通讯，且Zigbee无线网络的无线信号可以覆盖整个监控区域；
步骤4，根据路由器节点的数量和位置建立Zigbee树状网络拓扑结构，并确定Zigbee树状网络拓扑结构中各个路由器节点的父子关系、每个层次的路由器节点数以及子节点分支；
步骤5，根据Zigbee树状网络拓扑结构为每个路由器节点分配网络地址，并结合地址分配协议确定每个路由器节点管理的地址池；
步骤6，根据监控区域中监控目标的分布设定各个终端节点的位置，终端节点根据入网协议自动加入网络，并由作为终端节点父节点的路由器节点根据入网协议为终端节点分配网络地址和扩展地址。
[0005]采用在安装环境中测量无线节点的有效通讯距离，能够根据现场环境特征来安装相应的无线节点，从而有效克服环境影响因素，确保通信效果;采用路由器节点根据入网协议为终端节点分配网络地址和扩展地址，网络地址用于终端节点加入Zigbee无线网络，而扩展地址用于扩展终端节点的数量，且不影响网络地址的使用数量，从而根据监控需要在一个路由器节点下配置加入若干个终端节点，实现对监控目标的全方位监控。
[0006]作为本发明的进一步限定方案，步骤I中，配置的协调器节点用于建立网络，具有2字节的网络地址;配置的路由节点用于路由转发，具有2字节的网络地址;配置的终端节点为末端节点，具有2字节的网络地址和2字节的扩展地址。采用三种类型的无线节点能够满足监控区域内监控目标的实时监控、监控信息转发以及与监控中心的通信。
[0007]作为本发明的进一步限定方案，步骤5中，地址分配协议设定:网络地址由2字节数据表示且为Zigbee无线节点的唯一标识;地址池是父节点分配给子节点的地址空间；父节点的地址池包含了子节点的地址以及子节点的地址池；协调器节点为根节点，网络地址为0，地址池空间为O?65535;协调器节点和路由器节点的位置和网络拓扑结构是静态的，共同组成了网络的数据传输骨干链路。采用父节点分配给子节点地址空间并在父节点的地址池中包含子节点的地址以及子节点的地址池，从而满足网络拓扑结构地址的有效分配。
[0008]作为本发明的进一步限定方案，步骤6中，入网协议设定:终端节点发出入网广播申请并收到入网应答后，选择信号最强的父节点；由父节点为终端节点分配网络地址，且该网络地址与父节点网络地址相同；由父节点为终端节点分配扩展地址，且该扩展地址按终端节点在父节点中的入网顺序依次排序。采用父节点为终端节点分配扩展地址，且该扩展地址按终端节点在父节点中的入网顺序依次排序，从而使得父节点下可以扩展若干个终端节点。
[0009]作为本发明的进一步限定方案，终端节点为移动节点，可在各个路由器节点间移动，移动后重新根据入网协议自动加入网络。将终端节点设置为移动节点能够进一步增强了终端节点使用的灵活性，增强了对监控目标的监控效果。
[0010]本发明的有益效果在于:(I)采用在安装环境中测量无线节点的有效通讯距离，能够根据现场环境特征来安装相应的无线节点，从而有效克服环境影响因素，确保通信效果；
(2)采用路由器节点根据入网协议为终端节点分配网络地址和扩展地址，网络地址用于终端节点加入Zigbee无线网络，而扩展地址用于扩展终端节点的数量，且不影响网络地址的使用数量，从而根据监控需要在一个路由器节点下配置加入若干个终端节点，实现对监控目标的全方位监控。
【附图说明】
[0011 ]图1为本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0012]如图1所示，本发明提供的一种静态Zigbee网络的规划方法，包括如下步骤:
步骤1，将Zigbee无线节点配置为协调器节点、路由器节点以及终端节点这三种类型的无线节点；
步骤2，在Zigbee无线网络的安装环境中测量无线节点的有效通讯距离；
步骤3，根据Zigbee无线网络的监控区域以及有效通讯距离，设定Zigbee无线网络中需要路由器节点的数量及位置，使每个路由器节点之间均可以通过一跳或多跳数据包进行通讯，且Zigbee无线网络的无线信号可以覆盖整个监控区域；
步骤4，根据路由器节点的数量和位置建立Zigbee树状网络拓扑结构，并确定Zigbee树状网络拓扑结构中各个路由器节点的父子关系、每个层次的路由器节点数以及子节点分支；
步骤5，根据Zigbee树状网络拓扑结构为每个路由器节点分配网络地址，并结合地址分配协议确定每个路由器节点管理的地址池； 步骤6，根据监控区域中监控目标的分布设定各个终端节点的位置，终端节点根据入网协议自动加入网络，并由作为终端节点父节点的路由器节点根据入网协议为终端节点分配网络地址和扩展地址。
[0013]其中，步骤I中，配置的协调器节点用于建立网络，具有2字节的网络地址；配置的路由节点用于路由转发，具有2字节的网络地址;配置的终端节点为末端节点，具有2字节的网络地址和2字节的扩展地址。
[0014]步骤5中，地址分配协议设定:网络地址由2字节数据表示且为Zigbee无线节点的唯一标识;地址池是父节点分配给子节点的地址空间；父节点的地址池包含了子节点的地址以及子节点的地址池;协调器节点为根节点，网络地址为O，地址池空间为O?65535 ；协调器节点和路由器节点的位置和网络拓扑结构是静态的，共同组成了网络的数据传输骨干链路。
[0015]步骤6中，入网协议设定:终端节点发出入网广播申请并收到入网应答后，选择信号最强的父节点；由父节点为终端节点分配网络地址，且该网络地址与父节点网络地址相同；由父节点为终端节点分配扩展地址，且该扩展地址按终端节点在父节点中的入网顺序依次排序。
[0016]为了增加监控的灵活性，本发明的终端节点配置为移动节点，可在各个路由器节点间移动，移动后重新根据入网协议自动加入网络。
[0017]本发明提出的静态Zigbee网络的规划方法根据静态Zigbee网络的应用环境特点(包括但不限于应用环境的范围、应用环境的地形特征、监控节点规模等)，设定静态Zigbee网络的拓扑结构，并向每个入网节点分配地址空间，克服了Zigbee协议中DAAM地址分配机制中网络规模和网络深度的限制，避免了地址空间的浪费，大大扩展了Zigbee网络的应用规模和范围。同时，考虑到Zigbee网络在组网成功后系统工作可靠性较高，可以综合考虑布网成本和网络覆盖冗余，适当降低网络节点总数，从而降低网络综合成本。该规划方法在大范围、多节点的无线网络监控系统应用中十分有效。
[0018]本发明的规划方法和现有技术相比的特点和意义在于:
1、现有Zigbee协议中，按照Cskip算法地址计算方法，其网络深度最大为16级，超过此层数即无法获得地址。本方法根据应用环境的地理信息，建立静态树形拓扑，克服了层数限制。同时不需要考虑网络对称特征，地址分配方法简单，避免了地址空间浪费，极大的提高了网络适应性。
[0019]2、本发明规划方法中的终端节点网络地址与其父节点网络地址相同，同时增加了2字节扩展地址。因此，同一个父节点下的终端子节点仅占用一个网络地址，终端节点的区分使用2字节扩展地址，极大的提高了网络容量，扩展了该监控网络的应用范围。
【主权项】
1.一种静态Zigbee网络的规划方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤I，将Zigbee无线节点配置为协调器节点、路由器节点以及终端节点这三种类型的无线节点； 步骤2，在Zigbee无线网络的安装环境中测量无线节点的有效通讯距离； 步骤3，根据Zigbee无线网络的监控区域以及有效通讯距离，设定Zigbee无线网络中需要路由器节点的数量及位置，使每个路由器节点之间均可以通过一跳或多跳数据包进行通讯，且Zigbee无线网络的无线信号可以覆盖整个监控区域； 步骤4，根据路由器节点的数量和位置建立Zigbee树状网络拓扑结构，并确定Zigbee树状网络拓扑结构中各个路由器节点的父子关系、每个层次的路由器节点数以及子节点分支； 步骤5，根据Zigbee树状网络拓扑结构为每个路由器节点分配网络地址，并结合地址分配协议确定每个路由器节点管理的地址池； 步骤6，根据监控区域中监控目标的分布设定各个终端节点的位置，终端节点根据入网协议自动加入网络，并由作为终端节点父节点的路由器节点根据入网协议为终端节点分配网络地址和扩展地址。2.根据权利要求1所述的静态Zigbee网络的规划方法，其特征在于，步骤I中，配置的协调器节点用于建立网络，具有2字节的网络地址;配置的路由节点用于路由转发，具有2字节的网络地址;配置的终端节点为末端节点，具有2字节的网络地址和2字节的扩展地址。3.根据权利要求2所述的静态Zigbee网络的规划方法，其特征在于，步骤5中，地址分配协议设定:网络地址由2字节数据表示且为Zigbee无线节点的唯一标识;地址池是父节点分配给子节点的地址空间；父节点的地址池包含了子节点的地址以及子节点的地址池；协调器节点为根节点，网络地址为O，地址池空间为O?65535;协调器节点和路由器节点的位置和网络拓扑结构是静态的，共同组成了网络的数据传输骨干链路。4.根据权利要求1或2所述的静态Zigbee网络的规划方法，其特征在于，步骤6中，入网协议设定:终端节点发出入网广播申请并收到入网应答后，选择信号最强的父节点；由父节点为终端节点分配网络地址，且该网络地址与父节点网络地址相同；由父节点为终端节点分配扩展地址，且该扩展地址按终端节点在父节点中的入网顺序依次排序。5.根据权利要求1或2所述的静态Zigbee网络的规划方法，其特征在于，终端节点为移动节点，可在各个路由器节点间移动，移动后重新根据入网协议自动加入网络。
【文档编号】H04W84/18GK105873027SQ201610227443
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】辛博, 朱张青, 王森, 胡建, 潘虎磊
【申请人】南京大学