专利名称：基于Zigbee的实体电子棋盘的网络通信系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及网络通信技术领域，尤其涉及基于Zigbee技术，用于实体电子棋盘和游戏服务器之间通信的网络系统。
背景技术：
五子棋和围棋在中国都拥有悠久的历史，是深受大众喜爱的休闲益智游戏。目前，人们通常可以聚在一起，通过实体棋盘面对面地下棋。随着网络的发展和人民生活水平的提高，人们开始尝试在电脑上下棋。目前市面上也已存在一些实体电子棋盘，通过有线方式和计算机或游戏服务器相通信，进行数据存储、棋盘复盘等操作。 当前各种实体电子棋盘，诸如电子象棋棋盘，电子国际象棋棋盘，电子围棋棋盘等，均只能与计算机或游戏服务器实现有线连接，连接方式有RS-232串口、 USB、或者网线等。2008年12月18日的《科技日报》第四版《电子棋盘让全球棋迷饱眼福》一文中报导了 2008中国南京国际象棋特级大师邀请赛的情况，该比赛采用国际上最先进的DGT电子棋盘，其棋盘和棋子中均装有感应的电子芯片，连接电子棋钟，用电缆线把所有比赛用的棋盘
串接到计算机接口 ，使得棋手的每步棋实时通过网络向全球自动直播。 由于是有线连接，使实体电子棋盘的应用受到空间距离的限制。目前众多的实体
电子棋盘都不具备远程通信的能力，这势必大大削弱了棋类文化在民间的普及和实体电子
棋盘的发展。 Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。Zigbee的基础是IEEE802. 15. 4，是IEEE无线个人区域网(Personal Area Network, PAN)工作组的一项标准，被称做IEEE802. 15. 4 (Zigbee)技术标准。相对于现有的各种无线通信技术，Zigbee将是最低功耗和成本的技术之一。Zigbee主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。我们考虑从一种将实体电子棋盘与Zigbee通讯技术整合的方法，利用现有的Zigbee网络资源，将各个实体电子棋盘无线连接起来，推动其更广泛和更便捷的应用。
实用新型内容本实用新型目的是提供一种基于Zigbee的实体电子棋盘的网络通信系统，可以使用户在实体电子棋盘上下棋，同时通过Zigbee的无线网络和游戏服务器进行通信。双方在各自的实体电子棋盘上下棋，或者是一方在实体棋盘上下棋，另一方在计算机上下棋的对弈方式，通过无线方式连通游戏服务器进行远程对弈，同时，这个棋盘也可以实现本地对弈，将对弈过程通过无线网络传输到游戏服务器上进行存储，也能通过无线网络传输到实体电子棋盘上进行复盘。 本实用新型的技术方案是包括无线收发Zigbee信号的无线协调器l和与之相连的游戏服务器2，还包括至少一个实体电子棋盘终端3，所述实体电子棋盘终端3包括电子棋盘实体4、用于监测电子棋盘状态和收发行棋指令的微处理器5、用于与游戏服务器通过Zigbee网络10进行通信的Zigbee模块6、用于存储数据和程序的存储器7、电源模块8以及天线9，微处理器5与电子棋盘实体4和Zigbee模块6分别相连，天线9和Zigbee模块6相连。 本实用新型的更详细的技术方案是 还包括和无线协调器1、实体电子棋盘终端3进行通信的Zigbee无线路由器11。[0010] 所述电子棋盘实体4可以是电子象棋棋盘、电子国际象棋棋盘、电子围棋棋盘、电子五子棋棋盘和电子跳棋棋盘。 所述游戏服务器2是一台通用计算机，可以实现和对弈双方的数据通信。[0012] 所述Zigbee模块6采用JN5121-M0芯片。[0013] 本实用新型的优点是 1.减少了棋类对弈对于空间距离的限制，可以在任何有Zigbee网络的地方实现对弈； 2.可以用于本地对弈，对弈双方在同一个实体光电棋盘上下棋，利用电脑记录对弈的过程，方便日后的学习、研究和回忆； 3.可以用于远程对弈，对弈双方在各自不同的实体电子棋盘上下棋，或者一方在实体电子棋盘上下棋，一方在计算机上下棋，用实体电子棋盘的一方通过无线Zigbee网络和对方实现通信； 5.省电在棋手思考的时间，棋盘处于休眠状态，直至棋盘检测到有新的行棋发生； 6.可靠实体电子棋盘终端的Zigbee采用完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息，使数据传输更可靠； 7.便宜Zigbee网络协议简单，成本非常低，Zigbee协议免收专利费，有利于实体电子棋盘无线通信的普遍推广； 8.网络容量大实体电子棋盘网络系统最多可以容纳254个棋盘终端和一个无线协调器，一个区域内可以同时存在100个子系统； 9.安全Zigbee无线技术提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时各个应用可以灵活确定其安全属性。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述
图1是本实用新型的实施例中实体电子棋盘的小范围网络通信系统结构示意图； 图2是本实用新型的实施例中实体电子棋盘的大规模网络通信系统结构示意图； 图3是本实用新型的实施例中实体电子棋盘终端的结构示意图； 图4是本实用新型的实施例中游戏服务器的工作流程图。 其中1无线协调器；2游戏服务器；3实体电子棋盘终端；4电子棋盘实体；5微处
理器；6Zigbee模块；7存储器；8电源模块；9天线；10Zigbee网络；11无线路由器。
具体实施方式
实施例本实用新型的实施例中实体电子棋盘的小范围的网络通信系统如图1所示，包括无线收发Zigbee信号的无线协调器1和与之相连的游戏服务器2，还包括至少一个实体电子棋盘终端3。实体电子棋盘终端3的结构图如图3所示，包括电子棋盘实体4、用于监测电子棋盘状态和收发行棋指令的微处理器5、用于与游戏服务器通过Zigbee网络10进行通信的Zigbee模块6、用于存储数据和程序的存储器7、电源模块8以及天线9，微处理器5与电子棋盘实体4和Zigbee模块6分别相连，天线9和Zigbee模块6相连。其中，电子棋盘实体4可以是电子象棋棋盘、电子国际象棋棋盘、电子围棋棋盘、电子五子棋棋盘和电子跳棋棋盘，目前市场上已存在此类电子棋盘实体。 无线协调器1在网络中有且只有一个，负责建立网络、发送网络信标、管理网络节点、存储网络节点信息、对消息进行路由选择等功能。在小范围的网络中，Zigbee模块6直接和无线协调器1进行无线通信，不需要路由器11 ;在大规模的网络中，无线协调器1的覆盖范围有限，因此需要无线路由器ll作接力，延伸网络的覆盖范围，作为一个中继转发器将信号传输到无线协调器l中。 一个大规模的网络中，可以有多个路由器ll，但只需要一个和游戏服务器2连接的无线协调器1。本实用新型实施例的实体电子棋盘的大规模网络通信系统如图2所示。 实体电子棋盘终端3的微处理器5用于监测电子棋盘的状态和发送行棋指令，一
端和电子棋盘实体相连，接收电子棋盘实体传输过来的数据信息，将数据经过UART端口
(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步收发器)输出给Zigbee模块
6。微处理器包括如下的功能 (1. 1)向Zigbee模块发送控制命令； (1. 2)接收并解析Zigbee模块发送的消息； (1. 3)设置和查询Zigbee模块的配置参数； (1. 4)与游戏服务器端软件配合进行行棋的数据传输。 Zigbee模块6将数据通过天线9无线传输到Zigbee网络10中，在本实施例中，采用型号为JN5121-M0的Zigbee模块，该模块内置一款32位的RISC (reduced instructionset computer,精简指令集计算机)处理器，配置有2. 4GHz频段的IEEE802. 15. 4标准的无线收发器、64K的R0M、96K的RAM, JN5121支持晶振休眠和系统节能功能。Zigbee模块需要用AT命令设定以下三个参数，才能得以建立或加入网络 (1)信道清单包含所有用户指定的信道。Zigbee模块会依照用户指定的信道建立或加入该信道中的网络，如果此信道噪声太多或在此信道中无协调器或路由器存在时，模块会寻找下一个用户指定的信道。用户可以在清单中最多加入16个信道。用户可以使用"ATC"命令加入第一个指定的信道并使用"ATA"命令加入其它信道，每一个命令仅限加入一个信道； (2) PAN (Personal Area Network,个人局域网)识别编号一个PAN中可含有许多实体电子棋盘终端，在一个PAN中的终端可以彼此传送及接收数据，因此每个PAN都会指定一个识别编号以作区别。用户必须在一个信道中选择一个唯一的识别编号以避免混淆，且在此PAN中的装置皆必须设定相同的PAN识别编号才能互相沟通。始用者可以使用"ATC"设定PAN识别编号；[0038] (3)装置种类装置种类共分三种协调器、路由器和终端，协调器用以控制整个PAN，路由器用以转送及路由封包，延伸ZigBee网络的规模，终端为ZigBee网络的最终端节点。对于实体电子棋盘，Zigbee模块必须被微处理器指定一个种类以达成后续运作所需，用户可以通过"ATC"指定装置的种类，比如设置成终端。 当完成以上三个参数的设定之后，Zigbee模块便已具备启动网络的功能，用户可以下达"ATN"命令已要求模块进行启动网络的动作。Zigbee模块在接收到命令后会依照本身的装置种类试图建立或加入网络。在整个ZigBee网络中，每种装置的启动有其先后顺序的需求，协调器必须最早启动，然后是路由器，最后是终端。每个装置的三个参数必须在"ATN"命令执行前即已存在才能起作用。当"ATN"已执行并完成网络的建立或加入后，设定这三个参数并不会有任何的改变，直到重新下达"ATN"命令时才有用。在"ATN"执行期间可能会发生网络建立或加入失败的情况，用户必须重新使用"ATN"命令重新执行建立或加入的动作。 当模块已加入网络后，用户可使用"ATW"命令将设定值储存于Zigbee模块的Flash闪存中。当下次断电重起时，用户无须再下达"ATN"命令，系统将会自动读取之前的设定，并重新回到原本的网络中，最后响应"OK"，请等待响应出现后再下达其它命令。当用户只下达"ATC"及"ATW"命令但未下达"ATN"命令时，系统将于下次断电重起时，自动组网并响应组网讯息，请等待组网响应出现后再下达其它命令。只要用户曾经下达"ATW"命令，之后对设定值做任何的变动将自动储存于Flash中，直到用户下达"ATE"命令，取消记忆功能并清除Flash中的所有数据。 在网络规划及布建时，用户应该利用模块预先配置的唯 一 位置"ExtendedAddress"作为判断，在微处理器的程序中设定终端的信息，以作为日后相互传输的依据。用户可依照网络规模的不同，做不同的规划，如下所述 1.小规模网络在简单的小规模网络中，每个终端都可以互相侦听到对方信息，因此用户可以直接使用extended address作为传输的目标位置，直接发送数据。因为使用extended address的封包并不具备路由的能力，所以一旦目标终端超出了无线讯号涵盖的范围，所有传输的数据都将无法被接收； 2.大规模网络大规模网络中终端所涵盖的范围将较为广泛，因此为了延伸网络的涵盖范围，则需要使用路由器协助转发及路由封包，用户必须知道目的地的网络地址network address并使用网络地址传输封包，才能在网络中将封包路由到指定的目的地。[0044] 通过无线网络传输数据，相对有线网络简单许多，但用户将会面临数据遗失的问题。在无线网络中传输数据无法做到不遗失数据，因此重传或使用ACK应答机制将有助于减少数据的遗失。用户可以通过命令将封包送到指定的目的地，且传输端会等待接收端传回的ACK应答数据。如果ACK数据在指定的时间内没有回传至实体电子棋盘的Zigbee模块，则Zigbee模块将会通知微处理器，微处理器可选择重新传输封包或是不处理。使用封包传输模式，可以保证数据的送达，但相对的需要付出额外的时间等待ACK的回复。用户可以使用"ATS"命令传输封包。 封包模式下传输的数据以"+++"作为结尾。Zigbee模块会将所收到的数据完整的传输给微处理器，包含结尾的"+++"字符串。因考虑到不是所有的微处理器都随时有足够的时间及空间处理传输进来的封包，因此我们提供了额外的接收模式，将数据暂存于Zigbee模块中等待微处理器来领取，包括无暂存模式和暂存模式两种 1.无暂存模式在此模式下，所有模块所接收到的数据，都将直接送往微处理器，
因此微处理器必需具备足够的空间及时间处理这些数据。此模式为预设的模式，在模块启
动后如果用户没有修改模式，则模块会直接使用此模式进行接收数据的。 2.暂存模式在此模式下，所有模块接收到的数据都将暂存于Zigbee模块之中。
微处理器可以使用"ATG"命令取得这些数据。每使用一次"ATG"命令，模块取一笔数据，这
将有助于解决微处理器没有足够空间存放数据的问题。 用户可通过"ATB"命令切换暂存模式或无暂存模式。 游戏服务器和无线协调器相连，可以是有线连接，也可以是无线通信。游戏服务器对本方的行棋数据进行分析、处理和存储，并和对弈对方进行通信。游戏服务器可以仅是一台能和对弈双方进行数据通信的通用计算机。 游戏服务器和无线协调器的联接，无线协调器和无线路由器的通信都为现有技术。游戏服务器的工作流程如图4所示，游戏服务器开始时等待Zigbee模块的连接，若未收到连接请求，则继续等待。若收到连接请求，则在正常情况下没有异常发生时，游戏服务器直接读取棋盘状态信息，并对信息进行存储、分析和处理，并发送行棋指令或控制命令。若有异常发生，或长时间未收到行棋指令时，将询问Zigbee模块响应，并等待响应，若收到响应则接着读取棋盘状态信息，若仍未收到响应，则继续询问Zigbee模块响应状态。[0051] 以两个实体电子棋盘终端A和B通过游戏服务器建立连接为例，包括以下步骤[0052] (2. 1)实体电子棋盘终端A发送和服务器的连接请求；[0053] (2. 2)实体电子棋盘终端A和服务器建立连接； (2. 3)实体电子棋盘终端A向服务器请求与实体电子棋盘终端B建立连接； (2.4)服务器向实体电子棋盘终端B发送建立连接请求，包含A的地址； (2. 5)实体电子棋盘终端B同意或者拒绝与电子棋盘终端A建立连接； (2. 6)服务器向电子棋盘终端A反馈电子棋盘终端B发送的信息； (2. 7)若两者同意连接，电子棋盘终端A或B向服务器发送包含对方地址的数据； (2. 8)服务器向电子棋盘终端A或B发送包含对方地址的数据； (2.9)若某方要断开连接，则向服务器发送断开请求，含有A和B的地址信息； (2. 10)服务器收到某一方发来的断开请求，断开A和B的连接。 这种基于Zigbee的实体电子棋盘的网络通信方法中电子棋盘和服务器的一次通
信包括以下步骤 (1)微处理器5监测电子棋盘实体4的状态信息，将相关数据传输到Zigbee模块6 ; (2) Zigbee模块6通过天线9将数据无线传输至Zigbee网络10 ;[0065] (3)若网络中不存在路由器ll，数据通过Zigbee网络10直接传送至无线协调器1 ，若网络中存在路由器11 ，数据先通过Zigbee网络10传送至路由器11 ，然后由路由器传送至无线协调器1 ; (4)无线协调器1将收到的信号传输至游戏服务器2 ; (5)游戏服务器2对实体电子棋盘4的状态信息进行分析、处理和存储，将本方的行棋数据传送给对弈对方；[0068] (6)对弈对方发送行棋指令给游戏服务器2 ; (7)游戏服务器2生成棋盘的控制命令，传输给无线协调器1 ; (8)若网络中不存在路由器，数据通过无线协调器直接通过Zigbee网络10由实
体电子棋盘终端3的天线9接收，进入Zigbee模块6 ;若网络中存在路由器ll，数据先通
过无线协调器1传送至路由器ll，然后由路由器传送至实体电子棋盘终端3的天线9，进入
Zigbee模块6 ; (9) Zigbee模块6将数据传送到微处理器5 ; (10)微处理器5将相关控制命令发送给本方电子棋盘实体。 其中，对于异地对弈，对弈对方可以和本方一样，通过对方的另一个电子棋盘终端和游戏服务器实现无线网络通信，也可以通过传统的电子棋盘进行有线通信，或者直接在计算机上下棋。另外，对弈双方也可以在同一个电子棋盘上实现本地对弈，通过基于Zigbee的无线网络通信方式，在游戏服务器上实现数据存储。对于可以在棋盘上实现复盘的电子棋盘，也可以通过无线通信方式将数据返回到实体电子棋盘实现复盘。 以上所述，仅为本实用新型的优选实施例，并不能以此限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求及说明书内容所作的简单的变换，皆应仍属于本实用新型覆盖的保护范围。
权利要求一种基于Zigbee的实体电子棋盘的网络通信系统，包括无线收发Zigbee信号的无线协调器(1)和与之相连的游戏服务器(2)，其特征在于还包括至少一个实体电子棋盘终端(3)，所述实体电子棋盘终端(3)包括电子棋盘实体(4)、用于监测电子棋盘状态和收发行棋指令的微处理器(5)、用于与游戏服务器通过Zigbee网络(10)进行通信的Zigbee模块(6)、用于存储数据和程序的存储器(7)、电源模块(8)以及天线(9)，微处理器(5)与电子棋盘实体(4)和Zigbee模块(6)分别相连，天线(9)和Zigbee模块(6)相连。
2. 根据权利要求1中所述的基于Zigbee的实体电子棋盘的网络通信系统，其特征在于还包括和无线协调器(1)、实体电子棋盘终端(3)进行通信的Zigbee无线路由器(11)。
3. 根据权利要求1中所述的基于Zigbee的实体电子棋盘的网络通信系统，其特征在于所述电子棋盘实体(4)可以是电子象棋棋盘、电子国际象棋棋盘、电子围棋棋盘、电子五子棋棋盘和电子跳棋棋盘。
4. 根据权利要求1中所述的基于Zigbee的实体电子棋盘的网络通信系统，其特征在于所述游戏服务器(2)是一台通用计算机，可以实现和对弈双方的数据通信。
5. 根据权利要求1中所述的基于Zigbee的实体电子棋盘的网络通信系统，其特征在于所述Zigbee模块(6)采用JN5121-M0芯片。
专利摘要本实用新型公开了一种基于Zigbee的实体电子棋盘网络通信系统，包括无线收发Zigbee信号的无线协调器和与之相连的游戏服务器，还包括至少一个实体电子棋盘终端，所述实体电子棋盘终端包括电子棋盘实体、用于监测电子棋盘状态和发送、接收行棋指令的微处理器、用于与游戏服务器通过Zigbee网络进行通信的Zigbee模块、用于存储数据和程序的存储器、电源模块以及天线。本实用新型在任何Zigbee网络覆盖的区域都可以实现无线的对弈，本地对弈和异地对弈皆可。
文档编号H04L29/06GK201479163SQ20092018721
公开日2010年5月19日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者季立, 王 锋 申请人:苏州翊高科技有限公司