ZigBee组网系统及组网方法
【专利摘要】一种ZigBee组网系统及组网方法，一种ZigBee组网系统，包括协调器Coordinator节点、路由器Router节点和终端设备EndDevice节点，所述的协调器Coordinator节点、路由器Router节点和终端设备EndDevice节点依次连接，路由器Router节点和终端设备EndDevice节点均带有各自的电源键和配置按键，并结合其测量组网方法可有效避免操作专业性太强、用户操作不方便并且额外的配置设备也会使网络使用成本大大增加的缺陷。
【专利说明】Z i gBee组网系统及组网方法
【技术领域】
[0001]本发明属于ZigBee网络【技术领域】,具体涉及一种ZigBee组网系统及组网方法。【背景技术】
[0002]ZigBee技术自问世以来，就被寄予厚望，特别是现在，更被冠以物联网的准标准这一称号，由此可见ZigBee的潜力之大。2012年全球ZigBee芯片的销售额已达3.5亿美元，而我国物联网产业规模也达到3650亿元。未来ZigBee市场规模将达到千亿级别。围绕如此大的市场，各大芯片厂商纷纷布局。以TI为代表的一批厂商通过提供全套的解决方案，迅速占领了大片市场。而TI提供的Z-Stack也成为多数开发者首选的ZigBee协议栈。
[0003]虽然ZigBee发展了很多年，而且有众多厂商的支持，但由于ZigBee协议本身的复杂性，导致ZigBee技术很难在消费领域应用。ZigBee Alliance曾就ZigBee的实用化成立过相关的工作组，作了相关标准化工作，但效果不是很好。虽然，许多研究者致力于ZigBee实用化研究，但研究重点仍然停留在实现功能这一目的上。比如，现在比较流行的做法是将整个网络的拓扑结构呈现在使用者面前，让用户自行构建网络。但这种操作专业性太强，用户操作不方便。而且，网络显示配置设备也会使网络使用成本大大增加。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种ZigBee组网系统及组网方法，一种ZigBee组网系统，包括协调器Coordinator节点、路由器Router节点和终端设备EndDevice节点，所述的协调器Coordinator节点、路由器Router节点和终端设备EndDevice节点依次连接,路由器Router节点和终端设备EndDevice节点均带有各自的电源键和配置按键，并结合其测量组网方法可有效避免操作专业性太强、用户操作不方便并且网络显示配置设备也会使网络使用成本大大增加的缺陷。
[0005]为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种ZigBee组网系统及组网方法，具体如下:
一种ZigBee组网系统,包括协调器Coordinator节点1、路由器Router节点2和终端设备EndDevice节点3,所述的协调器Coordinator节点1、路由器Router节点2和终端设备EndDevice节点3依次连接,路由器Router节点2和终端设备EndDevice节点3均带有各自的电源键和配置按键；所述的协调器Coordinator节点I在ZigBee组网系统中作为智能网关设备以及数据汇聚节点；
所述的路由器Router节点2为负责转发数据的路由器节点；
所述的终端设备EndDevice节点3为传感器节点或者控制节点；
协调器Coordinator节点1、路由器Router节点2和终端设备EndDevice节点3均采用Z-Stack协议栈。
[0006]所述的协调器Coordinator节点I包括应用处理器芯片101，应用处理器芯片101同协调器Coordinator节点I内的ZigBee网络组件102通过UART接口 103相连接。[0007]所述的ZigBee组网系统的组网方法，步骤如下:
步骤1:配置PANID，所述的配置PANID方法为所述的ZigBee组网系统中的协调器Coordinator节点I的处理器、路由器Router节点2的处理器和终端设备EndDevice节点3的处理器将各自对应的Z-Stack协议栈内的用于存储域网标志符PANID值的存储单元的值均设为OxFFFF ；
步骤2:设置网络接入时间窗，所述的网络接入时间窗的方法为先通过协调器Coordinator节点I的处理器、路由器Router节点2的处理器和终端设备EndDevice节点3的处理器还调用PermitJoiningRequest命令来将各自对应的Z-Stack协议栈内的用于存储允许设备关联参数PermitDuration值的存储单元的值均设为0x00,然后协调器Coordinator节点I的处理器、路由器Router节点2的处理器和终端设备EndDevice节点3的处理器通过传递MLME_SET.request原语指令分别将各自对应的MAC层中存储macAssociationPermit PIB属性的存储单元的值设置为FALSE,并且协调器Coordinator节点I的处理器、路由器Router节点2的处理器和终端设备EndDevice节点3的处理器还通过控制总线调用PermitJoiningRequest命令来将各自对应的Z-Stack协议栈内的用于存储允许设备关联参数PermitDuration值的存储单元的值均设为0x00,这样就完成了ZigBee组网系统被初始设置为不允许加入的网络的状态，接着当有外部节点需要加入网络时，再给ZigBee组网系统设置一个接入允许时间窗，在这一窗口期内外部节点才能够被加入网络中，所述的给ZigBee组网系统设置一个接入允许时间窗的具体方式如下:
首先，协调器Coordinator节点I通过调用PermitJoiningRequest命令来将其Z-Stack协议栈内的用于存储允许设备关联参数PermitDuration值的存储单元的值设为预定的接入时间窗值，然后协调器Coordinator节点I的处理器通过其网络接口还要向与之连接的路由器Router节点2发出一个广播命令，接收到该广播命令的路由器Router节点2,会通过调用PermitJoiningRequest命令来将其Z-Stack协议栈内的用于存储允许设备关联参数PermitDuration值的存储单元的值设为预定的接入时间窗值,并且在这预定的接入时间窗值下的窗口期内，协调器Coordinator节点I的处理器和与其连接的路由器Router节点2的处理器通过传递MLME_SET.request原语指令分别将各自对应的MAC层中存储macAssociationPermit PIB属性的存储单元的值设置为True,这样协调器Coordinator节点I和与其连接的路由器Router节点2在所述的窗口期内均能允许新节点的加入从而最终建立ZigBee网络；
步骤3:设置网络信息存储，所述的设置网络信息存储的方式为在ZigBee网络建立后，即默认状态下，协调器Coordinator节点I的处理器、路由器Router节点2的处理器和终端设备EndDevice节点3的处理器通过执行保存网络状态指令和上电恢复网络状态指令分别将ZigBee网络中各自对应的协调器Coordinator节点1、路由器Router节点2和终端设备EndDevice节点3的状态配置为保存网络状态和上电恢复网络状态,这样当ZigBee网络状态有变化时，协调器Coordinator节点I的处理器、路由器Router节点2的处理器和终端设备EndDevice节点3的处理器就通过数据总线将当前网络状态存储到Z-Stack协议栈的非易失介质中，当协调器Coordinator节点1、路由器Router节点2和终端设备EndDevice节点3重新上电时，就从各自对应的Z-Stack协议栈的非易失介质中重新读取所述的当前网络状态值来恢复网络拓扑； 当需要重新构建ZigBee网络时,需要协调器Coordinator节点I的处理器通过发出重新组网指令来修改保存在其Z-Stack协议栈的非易失介质中的启动标识为重新组网标识，然后协调器Coordinator节点I的处理器通过发出启动指令来重新启动Z-Stack协议栈，这样Z-Stack协议栈重启后,Z-Stack协议栈会读取启动标识并判断为重新组网标识,这样就能就开始重新组网过程，并且协调器Coordinator节点I的处理器还通过发出恢复网络指令来将启动标识修改为恢复网络标识；
而当路由器Router节点2或者终端设备EndDevice节点3需要重新加入新的ZigBee网络时，需要在路由器Router节点2或者终端设备EndDevice节点3通过按动电源键上电时，按下路由器Router节点2或者终端设备EndDevice节点3的配置按键，这样路由器Router节点2的处理器或者终端设备EndDevice节点3的处理器通过数据总线进行接收信号的操作，该接收信号的操作检测到配置按键按下的信号时，那么就启动新的入网过程，重新搜索新的ZigBee网络,选择允许加入新的ZigBee网络,这样在路由器Router节点2或者终端设备EndDevice节点3就能请求加入新的ZigBee网络；
步骤4:设置新节点入网通知，所述的设置新节点入网通知的方式为一旦路由器Router节点2或者终端设备EndDevice节点3重新加入新的ZigBee网络后，路由器Router节点2或者终端设备EndDevice节点3向协调器Coordinator节点I发送接入确认指示信号，这样就能在协调器Coordinator节点I上查看是否为所需加入的路由器Router节点2或者终端设备EndDevice节点3。
[0008]所述的广播命令为ZDP_MgmtPermitJoinReq。
[0009]由这些技术特征，本发明有其非常独特的优点:
(I)实现了 ζ-stack组网的简单、易用性。
[0010](2)可以方便的构建一个稳定，易于使用的ZigBee网络。
[0011](3)这种组网方法，适用于各种类型的ZigBee网络，特别适合于针对普通用户设计的网络。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的ZigBee组网系统的连接结构示意图。
[0013]图2为本发明的协调器Coordinator节点的内部连接结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对
【发明内容】
作进一步说明:
参照图1和图2所示，ZigBee组网系统，包括协调器Coordinator节点1、路由器Router节点2和终端设备EndDevice节点3,所述的协调器Coordinator节点1、路由器Router节点2和终端设备EndDevice节点3依次连接，路由器Router节点2和终端设备EndDevice节点3均带有各自的电源键和配置按键；所述的协调器Coordinator节点I在ZigBee组网系统中作为智能网关设备以及数据汇聚节点；所述的路由器Router节点2为负责转发数据的路由器节点；所述的终端设备EndDevice节点3为传感器节点或者控制节点；协调器Coordinator节点1、路由器Router节点2和终端设备EndDevice节点3均采用Z-Stack协议栈。所述的协调器Coordinator节点I包括应用处理器芯片101,应用处理器芯片101同协调器Coordinator节点I内的包含有Z-Stack协议栈104的ZigBee网络组件102通过UART接口 103相连接，ZigBee网络组件102采用CC2530芯片，其上运行Z-Stack协议栈。
[0015]所述的ZigBee组网系统的组网方法，步骤如下:
步骤1:配置PANID，所述的配置PANID方法为所述的ZigBee组网系统中的协调器Coordinator节点I的处理器、路由器Router节点2的处理器和终端设备EndDevice节点3的处理器将各自对应的Z-Stack协议栈内的用于存储域网标志符PANID值的存储单元的值均设为OxFFFF，这样对于协调器Coordinator节点I在组建网络时，在其用于存储域网标志符PANID值的存储单元的值为OxFFFF的条件下会随机选择一个16位数作为网络的PANID，而对于路由器Router节点2和终端设备EndDevice节点3来说，当默认PANID为OxFFFF时，在加入网络时，会在网络搜索列表中，随机选择一个网络并加入；
步骤2:设置网络接入时间窗，所述的网络接入时间窗的方法为先通过协调器Coordinator节点I的处理器、路由器Router节点2的处理器和终端设备EndDevice节点3的处理器还调用PermitJoiningRequest命令来将各自对应的Z-Stack协议栈内的用于存储允许设备关联参数PermitDuration值的存储单元的值均设为0x00,然后协调器Coordinator节点I的处理器、路由器Router节点2的处理器和终端设备EndDevice节点3的处理器还通过控制总线调用PermitJoiningRequest命令来将各自对应的Z-Stack协议栈内的用于存储允许设备关联参数PermitDuration值的存储单元的值均设为0x00,这样就完成了 ZigBee组网系统被初始设置为不允许加入的网络的状态，接着当有外部节点需要加入网络时，再给ZigBee组网系统设置一个接入允许时间窗，在这一窗口期内外部节点才能够被加入网络中，所述的给ZigBee组网系统设置一个接入允许时间窗的具体方式如下:
首先，协调器Coordinator节点I通过调用PermitJoiningRequest命令来将其Z-Stack协议栈内的用于存储允许设备关联参数PermitDuration值的存储单元的值设为预定的接入时间窗值，然后协调器Coordinator节点I的处理器通过其网络接口还要向与之连接的路由器Router节点2发出一个广播命令，接收到该广播命令的路由器Router节点2,会通过调用PermitJoiningRequest命令来将其Z-Stack协议栈内的用于存储允许设备关联参数PermitDuration值的存储单元的值设为预定的接入时间窗值,并且在这预定的接入时间窗值下的窗口期内，协调器Coordinator节点I的处理器和与其连接的路由器Router节点2的处理器通过传递MLME_SET.request原语指令分别将各自对应的MAC层中存储macAssociationPermit PIB属性的存储单元的值设置为True,这样协调器Coordinator节点I和与其连接的路由器Router节点2在所述的窗口期内均能允许新节点的加入从而最终建立ZigBee网络；
步骤3:设置网络信息存储，所述的设置网络信息存储的方式为在ZigBee网络建立后，就要保证网络的状态，即便节点掉电，下次上电的时候也能快速恢复，这就需要用如下的网络信息存储功能来实现，即默认状态下，协调器Coordinator节点I的处理器、路由器Router节点2的处理器和终端设备EndDevice节点3的处理器通过执行保存网络状态指令和上电恢复网络状态指令分别将ZigBee网络中各自对应的协调器Coordinator节点1、路由器Router节点2和终端设备EndDevice节点3的状态配置为保存网络状态和上电恢复网络状态，这样当ZigBee网络状态有变化时，协调器Coordinator节点I的处理器、路由器Router节点2的处理器和终端设备EndDevice节点3的处理器就通过数据总线将当前网络状态存储到Z-Stack协议栈的非易失介质中，当协调器Coordinator节点1、路由器Router节点2和终端设备EndDevice节点3重新上电时，就从各自对应的Z-Stack协议栈的非易失介质中重新读取所述的当前网络状态值来恢复网络拓扑；
当需要重新构建ZigBee网络时,需要协调器Coordinator节点I的处理器通过发出重新组网指令来修改保存在其Z-Stack协议栈的非易失介质中的启动标识为重新组网标识，然后协调器Coordinator节点I的处理器通过发出启动指令来重新启动Z-Stack协议栈，这样Z-Stack协议栈重启后,Z-Stack协议栈会读取启动标识并判断为重新组网标识,这样就能就开始重新组网过程，并且协调器Coordinator节点I的处理器还通过发出恢复网络指令来将启动标识修改为恢复网络标识；
而当路由器Router节点2或者终端设备EndDevice节点3需要重新加入新的ZigBee网络时，需要在路由器Router节点2或者终端设备EndDevice节点3通过按动电源键上电时，按下路由器Router节点2或者终端设备EndDevice节点3的配置按键，这样路由器Router节点2的处理器或者终端设备EndDevice节点3的处理器通过数据总线进行接收信号的操作，该接收信号的操作检测到配置按键按下的信号时，那么就启动新的入网过程，重新搜索新的ZigBee网络,选择允许加入新的ZigBee网络,这样在路由器Router节点2或者终端设备EndDevice节点3就能请求加入新的ZigBee网络；
步骤4:设置新节点入网通知，所述的设置新节点入网通知的方式为一旦路由器Router节点2或者终端设备EndDevice节点3重新加入新的ZigBee网络后，路由器Router节点2或者终端设备EndDevice节点3向协调器Coordinator节点I发送接入确认指示信号，这样就能在协调器Coordinator节点I上查看是否为所需加入的路由器Router节点2或者终端设备EndDevice节点3。
[0016]所述的广播命令为ZDP_MgmtPermitJoinReq。
[0017]由上可知，当一个节点要加入既有的网络，需要在节点和智能网关上同时操作。首先在智能网关上进行允许入网操作，此时网络会开启一个允许接入时间窗，在这个窗口时间内，操作节点设备。首先按下配置按键，然后，按下电源键，启动设备。设备随后搜索到允许接入的网络，并加入。接入成功后，给智能网关发送接入确认信息，网关显示给用户。
[0018]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种ZigBee组网系统，其特征在于包括协调器Coordinator节点(I)、路由器Router节点(2)和终端设备EndDevice节点(3),所述的协调器Coordinator节点(I)、路由器Router节点(2)和终端设备EndDevice节点(3)依次连接,路由器Router节点(2)和终端设备EndDevice节点(3)均带有各自的电源键和配置按键； 所述的协调器Coordinator节点(I)在ZigBee组网系统中作为智能网关设备以及数据汇聚节点； 所述的路由器Router节点(2)为负责转发数据的路由器节点； 所述的终端设备EndDevice节点(3)为传感器节点或者控制节点； 协调器Coordinator节点(I)、路由器Router节点(2)和终端设备EndDevice节点(3)均米用Z-Stack协议栈。
2.根据权利要求1所述的ZigBee组网系统，其特征在于所述的协调器Coordinator节点(I)包括应用处理器芯片(101)，应用处理器芯片(101)同协调器Coordinator节点(I)内的ZigBee网络组件(102)通过UART接口(103)相连接。
3.根据权利要求1所述的ZigBee组网系统的组网方法，其特征在于，步骤如下: 步骤1:配置PANID，所述的配置PANID方法为所述的ZigBee组网系统中的协调器Coordinator节点(I)的处理器、路由器Router节点(2)的处理器和终端设备EndDevice节点(3)的处理器将各自对应的Z-Stack协议栈内的用于存储域网标志符PANID值的存储单元的值均设为OxFFFF ； 步骤2:设置网络接入时间窗，所述的网络接入时间窗的方法为先通过协调器Coordinator节点(I) 的处理器、路由器Router节点(2)的处理器和终端设备EndDevice节点(3)的处理器调用PermitJoiningRequest命令来将各自对应的Z-Stack协议栈内的用于存储允许设备关联参数PermitDuration值的存储单元的值均设为0x00,然后协调器Coordinator节点(I)的处理器、路由器Router节点(2)的处理器和终端设备EndDevice节点(3)的处理器通过传递MLME_SET.request原语指令分别将各自对应的MAC层中存储macAssociationPermit PIB属性的存储单元的值设置为FALSE,这样就完成了 ZigBee组网系统被初始设置为不允许加入的网络的状态，接着当有外部节点需要加入网络时，再给ZigBee组网系统设置一个接入允许时间窗，在这一窗口期内外部节点才能够被加入网络中，所述的给ZigBee组网系统设置一个接入允许时间窗的具体方式如下: 首先，协调器Coordinator节点(I)通过调用PermitJoiningRequest命令来将其Z-Stack协议栈内的用于存储允许设备关联参数PermitDuration值的存储单元的值设为预定的接入时间窗值，然后协调器Coordinator节点(I)的处理器通过其网络接口还要向与之连接的路由器Router节点(2)发出一个广播命令，接收到该广播命令的路由器Router节点(2),会通过调用PermitJoiningRequest命令来将其Z-Stack协议栈内的用于存储允许设备关联参数PermitDuration值的存储单元的值设为预定的接入时间窗值，并且在这预定的接入时间窗值下的窗口期内，协调器Coordinator节点(I)的处理器和与其连接的路由器Router节点(2)的处理器通过传递MLME_SET.request原语指令分别将各自对应的MAC层中存储macAssociationPermit PIB属性的存储单元的值设置为True,这样协调器Coordinator节点(I)和与其连接的路由器Router节点(2)在所述的窗口期内均能允许新节点的加入从而最终建立ZigBee网络；步骤3:设置网络信息存储，所述的设置网络信息存储的方式为在ZigBee网络建立后，即默认状态下，协调器Coordinator节点(I)的处理器、路由器Router节点(2)的处理器和终端设备EndDevice节点(3)的处理器通过执行保存网络状态指令和上电恢复网络状态指令分别将ZigBee网络中各自对应的协调器Coordinator节点(I)、路由器Router节点(2)和终端设备EndDevice节点(3)的状态配置为保存网络状态和上电恢复网络状态，这样当ZigBee网络状态有变化时,协调器Coordinator节点(I)的处理器、路由器Router节点(2)的处理器和终端设备EndDevice节点(3)的处理器就通过数据总线将当前网络状态存储到Z-Stack协议栈的非易失介质中，当协调器Coordinator节点(I)、路由器Router节点(2)和终端设备EndDevice节点(3)重新上电时,就从各自对应的Z-Stack协议栈的非易失介质中重新读取所述的当前网络状态值来恢复网络拓扑； 当需要重新构建ZigBee网络时，需要协调器Coordinator节点(I)的处理器通过发出重新组网指令来修改保存在其Z-Stack协议栈的非易失介质中的启动标识为重新组网标识，然后协调器Coordinator节点(I)的处理器通过发出启动指令来重新启动Z-Stack协议栈，这样Z-Stack协议栈重启后，Z-Stack协议栈会读取启动标识并判断为重新组网标识，这样就能就开始重新组网过程，并且协调器Coordinator节点(I)的处理器还通过发出恢复网络指令来将启动标识修改为恢复网络标识； 而当路由器Router节点(2)或者终端设备EndDevice节点(3)需要重新加入新的ZigBee网络时，需要在路由器Router节点(2)或者终端设备EndDevice节点(3)通过按动电源键上电时，按下路由器Router节点(2)或者终端设备EndDevice节点(3)的配置按键，这样路由器Router节点(2)的处理器或者终端设备EndDevice节点(3)的处理器通过数据总线进行接收信号的操作，该接收信号的操作检测到配置按键按下的信号时，那么就启动新的入网过程，重新搜索新的ZigBee网络，选择允许加入新的ZigBee网络，这样在路由器Router节点(2)或者终端设备EndDevice节点(3)就能请求加入新的ZigBee网络； 步骤4:设置新节点入网通知.，所述的设置新节点入网通知的方式为一旦路由器Router节点(2)或者终端设备EndDevice节点(3)重新加入新的ZigBee网络后，路由器Router节点(2)或者终端设备EndDevice节点(3)向协调器Coordinator节点(I)发送接入确认指示信号，这样就能在协调器Coordinator节点(I)上查看是否为所需加入的路由器Router节点(2)或者终端设备EndDevice节点(3)。
4.根据权利要求3所述的ZigBee组网系统的组网方法，其特征在于所述的广播命令为ZDP_MgmtPermitJoinReq。
【文档编号】H04W16/18GK103442370SQ201310377907
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】杨刚, 贺志楠 申请人:西安嵌牛电子科技有限公司