专利名称：一种ZigBee网络中实现多节点语音通信的方法
技术领域：
本发明涉及一种ZigBee网络中实现多节点语音通信的方法，属于电子信息技术领域。
背景技术：
ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术，是一组基于IEEE 802. 15. 4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术。ZigBee协议规范使用了 IEEE 802. 15. 4定义的物理层(PHY) 和媒体介质访问层(MAC)，并在此基础上定义了网络层(NWK)和应用层(APL)架构。它功耗低、成本低、易应用，以2. 4GHZ为主要频段，采用扩频技术。ZigBee技术网络有两种网络拓扑结构星型的拓扑结构和对等的拓扑结构。根据设备在网络中承担任务的不同，个域网(PAN)中的设备可分为PAN协调器、协调器和一般设备。PAN协调器是PAN网的总控制器，一个IEEE 802. 15. 4网络中只有一个PAN协调器，它通过发送信标提供同步服务，PAN协调器是一种特殊的协调器。ZigBee联盟把IEEE802. 15. 4 中定义的PAN协调器、协调器和一般设备分别称作“ZigBee协调器”、“ZigBee路由器”和 "ZigBee终端设备”。随着ZigBee技术标准的发布，许多公司和生产商陆续突出了自己的ZigBee无线单片机产品，如飞思卡尔的MC13192，Chipon公司的CC2420、CC2430, Atmel公司的 AT86RF210等，任意一款ZigBee无线单片机都可以作为ZigBee网络节点来搭建一个满足 ZigBee标准的ZigBee网络。ZigBee技术的低成本、低功耗的特点，使其广泛地应用到库存管理、产品质量控制、工业过程控制、灾害地区检测、生物监测和监督、定位及消防安全等领域。在上述领域中，在ZigBee网络中实现多节点语音通信功能可以大大扩展其应用范围。但是由于ZigBee 技术是一套专门为无线网络传感器和控制器制定的规范，所以带宽有限，理论最高值仅有 2501A/S。而且网络中需要传输各种有效数据、管理命令、信标指示、碰撞检测、请求应答等信息，这使得网络传输有效数据的平均速率只有数十lAps。另外考虑到低成本以及无线单片机的处理速度，导致语音无法得到较高的压缩，每路语音传输至少需要30bps左右的传输速度。ZigBee网络的带宽显然无法满足多节点语音传输数据传输速率的需求。
发明内容
针对ZigBee网络带宽无法满足多节点语音传输的数据传输速率问题，本发明提供一种ZigBee网络中实现多节点语音通信的方法。—种ZigBee网络中实现多节点语音通信的方法，多节点语音通信的方法如下1)语音通信前先构建ZigBee网络，一个ZigBee网络由一个服务器节点和多个用户节点构成；2)利用无线射频单片机和嵌入式ARM处理器，将多个用户节点组成一个组播群组，并为每个组播群组提供一个服务器节点，每个服务器节点都包含一个嵌入式ARM处理器；3)当一个用户节点与其他多个用户节点进行语音通信时，这个用户节点先将采集到的语音数据发送给服务器节点，服务器节点通过嵌入式ARM处理器对数据进行分析并存储语音数据，然后向其它多个用户节点组播语音数据，实现ZigBee网络中多节点间的语音
ififn。步骤1)所述的服务器节点由无线射频单片机和嵌入式ARM处理器组成，无线射频单片机为TI公司的无线片上系统CC2430，嵌入式ARM处理器采用STM32F103VB，存储空间不低于32MB。步骤1)所述的用户节点由无线射频单片机、语音采集模块和语音播放模块组成。组播群组由多个用户节点组成，采用符合ZigBee2006标准的Mtack协议实现。多节点语音传输导致网络中需要面临一个节点发给多个节点的情况，假设目的终端节点数为n，单路语音传输速率为P，则在这种情况下，需要网络有np的带宽，而显然 ZigBee网络无法提供如此高的带宽，从而无法实现通信。本发明将多个节点组成一个组播群组，并为每个群组提供了一个服务器节点，每个服务器节点都有一个嵌入式ARM处理器。 当一个节点需要发送给多个节点时，先将数据发送给服务器节点，服务器节点通过嵌入式 ARM处理器对收到的数据进行处理和分析，将语音数据缓存，然后向目的多个节点广播语音数据，这样需要的带宽仅为单路语音传输的带宽，就可以实现ZigBee网络中多节点间的语首通fe ο同时设计服务器为用户节点提供特定的语音功能，若用户节点只想让群组内的部分用户收到自己的语音，则可以将目标用户的信息发送给服务器，服务器收到后就只向目标用户节点发送语音数据而不再向组内其它用户发送。随着物联网行业的发展，ZigBee技术作为低功耗无线网技术也必将被广泛应用。 在ZigBee网络中实现多节点语音通信，可以大大提高ZigBee技术的应用范围，增加物联网的功能，极大地方便人民的生活，在物联网的实现中起着重要作用。
图1是本发明的软件流程图。图2是本发明中用户节点的硬件结构框图。图3是本发明中服务器节点的硬件结构框图。图4是本发明中ZigBee网络的节点组合结构框图。其中，1、语音采集模块2、无线发送模块，3、无线接收模块，4、语音播放模块，5、无线ZigBee单片机，6、嵌入式ARM处理器，7、服务器节点，8、用户节点，9、组播群组。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明。一种ZigBee网络中实现多节点语音通信的方法，多节点语音通信的方法如下1)语音通信前先构建ZigBee网络，一个ZigBee网络由一个服务器节点和多个用户节点构成；
2)利用无线射频单片机和嵌入式ARM处理器，将多个用户节点组成一个组播群组，并为每个组播群组提供一个服务器节点，每个服务器节点都包含一个嵌入式ARM处理器；3)当一个用户节点与其他多个用户节点进行语音通信时，这个用户节点先将采集到的语音数据发送给服务器节点，服务器节点通过嵌入式ARM处理器对数据进行分析并存储语音数据，然后向其它多个用户节点组播语音数据，实现ZigBee网络中多节点间的语音
ififn。步骤1)所述的服务器节点由无线射频单片机和嵌入式ARM处理器组成，无线射频单片机为TI公司的无线片上系统CC2430，嵌入式ARM处理器采用STM32F103VB，存储空间不低于32MB。步骤1)所述的用户节点由无线射频单片机、语音采集模块和语音播放模块组成。组播群组由多个用户节点组成，采用符合ZigBee2006标准的Mtack协议实现。
权利要求
1. 一种ZigBee网络中实现多节点语音通信的方法，其特征在于，多节点语音通信的方法如下1)语音通信前先构建ZigBee网络，一个ZigBee网络由一个服务器节点和多个用户节点构成；2)利用无线射频单片机和嵌入式ARM处理器，将多个用户节点组成一个组播群组，并为每个组播群组提供一个服务器节点，每个服务器节点都包含一个嵌入式ARM处理器；3)当一个用户节点与其他多个用户节点进行语音通信时，这个用户节点先将采集到的语音数据发送给服务器节点，服务器节点通过嵌入式ARM处理器对数据进行分析并存储语音数据，然后向其它多个用户节点组播语音数据，实现ZigBee网络中多节点间的语音通
2.如权利要求1所述的一种ZigBee网络中实现多节点语音通信的方法，其特征在于， 步骤1)所述的服务器节点由无线射频单片机和嵌入式ARM处理器组成，无线射频单片机为TI公司的无线片上系统CC2430，嵌入式ARM处理器采用STM32F103VB，存储空间不低于 32MB。
3.如权利要求1所述的一种ZigBee网络中实现多节点语音通信的方法，其特征在于， 步骤1)所述的用户节点由无线射频单片机、语音采集模块和语音播放模块组成。
4.如权利要求1所述的一种ZigBee网络中实现多节点语音通信的方法，其特征在于， 所述的组播群组由多个用户节点组成，采用符合ZigBee2006标准的Mtack协议实现。
全文摘要
一种ZigBee网络中实现多节点语音通信的方法，属于电子信息技术领域。本方法基于ZigBee协议，通过设计ZigBee网络节点的硬件配置和软件结构来实现多节点通信。ZigBee网络节点包括用户节点和服务器节点两种。用户节点用来为用户提供通话服务，由语音采集模块，ZigBee单片机及语音播放模块组成。服务器节点用来构造整个ZigBee网络并为多节点通信服务提供支持，主要由无线Zigbee单片机及嵌入式ARM处理器组成。本发明通过设计ZigBee节点间的通信协议，能够实现ZigBee网络中多节点间的语音传输。
文档编号H04W84/18GK102448067SQ20111029509
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者单小明, 徐伟涛, 王磊, 王镜伟, 袁东风 申请人:山东大学