[发明专利]Zigbee定位组网系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种Zigbee(紫蜂协议)定位组网系统及利用该Zigbee定位组网系统实现的Zigbee定位组网方法。

背景技术

ZigBee无线通信技术是一种低速率、低功耗、低成本的双向无线通信网络技术，可广泛应用于各个行业监控、安全系统、传感器传输网络、智能家居控制等领域。它工作在868MHz、915MHz和2.4GHz三个频段上，共有27个信道，通讯距离从标准的75m到几百米、甚至上千米。其中，工作于2.4GHz频段时提供250kbps的数据传输率，适用于高吞吐量、低延时或低作业周期的场合；工作于868/915MHz频段时提供20kbps、40kbps的数据传输率，适用于低速率、高灵敏度和大面积的场合。

ZigBee协议栈是基于标准的七层开放式系统互联(OSI)模型，但仅对那些涉及ZigBee的层给予定义。IEEE(电气和电子工程师协会)802.15.4-203标准定义了物理层(PHY)和介质接入控制子层(MAC)；ZigBee联盟提供了网络层(NWK)和应用层(APL)框架的设计。其中应用层的框架包括应用支持子层(APS)、Zigbee设备对象(ZDO)和由制造商制定的应用对象。ZigBee协议栈的每一层为其上层提供一组特定的服务：一个数据实体提供数据传输服务，一个管理实体提供其他全部服务。每个服务实体通过一个服务接入点(SAP)为其上层提供服务结构，并且每个SAP提供了一系列的基本指令来完成相应的功能。

基于Zigbee协议栈的定位网络由三种设备节点组成：中心节点、参考节点和终端标签。中心节点是网络的发起者和组织者；参考节点负责网络内信息帧的路由并提供定位点的参考坐标；终端标签则是需要定位的移动个体。标签的信号广播后被参考节点接收并根据信号强度转换为距离信息，该距离 信息随后附加参考节点的ID(身份标识)信息都反馈到标签。周期时间内，标签对比接收到的各个参考节点的距离信息，进行排序后将距离最近的参考节点信息发到中心节点。中心节点汇总所有标签的信息并传递到后台web(万维网)服务器上，根据参考节点的坐标和到标签的距离在2D(二维)位置图中标记出位置。

上述三种设备节点组成的网络可以有3种不同的网络结构类型分别是：星型结构、树形结构和网状结构。这些网络结构在ZStack协议栈(针对Zigbee pro协议)版本2.5.1a中已定义，只要修改宏即可调用，但是通过测试得到的结果是星型结构，树形结构和网状结构，其效果全部类似网状结构。

另一种可能遇到的实际情况是：通过自定义网络类型将参考节点排除出组网流程，使标签只与中心节点组网，从而形成特定的节点与标签定位。只要标签组到中心节点的网络内，中心节点就上报定位数据，这种网络类型类似星型结构。

上面的这些情况可通过修改网络结构类型来加以控制。在ZStack协议栈中，组网都是通过信标发起的。信标由主协调器的MAC层生成，并向网络中的所有从设备发送，以保证各从设备与主协调器同步，使网络运行的成本最低，即采用信标网络通信，可减少从设备的功耗，保证正常的通信。

通常设备中的MAC层服务数据单元(MSDU)包括超帧格式、未处理事务地址格式、地址列表能及信标载荷。如果在MSDU前面，加上MAC层帧头(MHR)，在MSDU结尾后面，加上帧尾(MFR)，则MHR MSDU和MFR共同构成了MAC层信标帧(即MAC层协议数据单元—MPDU)，其中，MHR包括MAC帧的控制字段、信标序列码(BSN)以及寻址信息；MFR包含16位帧校验序列(FCS)。

在MAC层生成的MAC层信标作为物理层信标包的载荷(PSDU)发送到物理层。同样，在PSDU前面，需要加上一个同步帧头(SHR)和一个物理层帧头(PHR)，其中，SHR包括前同步帧序列和帧起始定界符(SFD)；PHR中包含有PSDU长度的信息。使用前同步码序列的目的是使从设备与主 协调器达到符号同步，因此，SHR、PHR以及PSDU共同构成了物理层的信标包(PPDU)。

通过上述过程，最终在PHY层就形成了网络信标帧，一个帧信号在MAC层和PHY层分别都要加上所对应层的帧头和帧尾，最后在PHY层形成相应的帧信号。

现有技术中，通过组网完成后再进行调整的方法也能实现特定的网络结构类型，比如当前网络不需要参考节点，而参考节点已经组到了网络里，那么就必须定义通信规则，使中心节点通知参考节点脱离。但是，这种方法实现起来易出问题也麻烦。

发明内容