[发明专利]基于信标传递和时隙分配的Zigbee设备通信方法和系统

说明书

本发明提供了基于信标传递和时隙分配的Zigbee设备通信方法和系统，属于Zigbee设备通信技术领域；解决了上行周期密集、终端数量众多且存在高频次位置移动应用场景下的Zigbee设备通信方法存在的问题；解决上述技术问题采用的技术方案为：通过服务器和Zigbee网关注册入网的Zigbee路由器发起路由发现，路由器逐级提交路径信息并建立基于B树数据结构的路由链表，通过对B树链表的非递归先序遍历使得信标以确定的路径和唯一的时隙逐级传递；接收到信标的路由器同步自身时间信息，并在信标指定的时隙内发送到路由链表指定的下一级路由器；Zigbee终端设备接收到路由器的信标后同步自身时间信息，并在动态设备ID决定的系统唯一时隙内向路由器广播上行数据；本发明应用于Zigbee设备。

技术领域

本发明提供了一种基于信标传递和时隙分配的Zigbee设备通信方法和系统，属于Zigbee设备通信方法技术领域，尤其是涉及一种要求一定上行数据并发量和可靠性的工业领域设备Zigbee通信方法及系统。

背景技术

Zigbee是无线通信技术中非常重要的技术之一，其具有低功耗、可组网的特点被广泛应用于家庭自动化领域，其自组网技术可以适用于大多数低频次位置移动、低频次上行数据的应用场景。

业内同行普遍具有将Zigbee无线通讯技术应用于上行周期密集、终端数量众多、设备移动频繁，且要求数据稳定性良好的工业数据采集及控制领域的需求。针对上述中的相关技术，发明人认为，业内普遍使用的Z-stack协议栈在以下诸多方面不能满足上述提及的各种应用需求：

1. Z-stack协议栈默认提供的CSMA-CA载波检测防碰撞算法在上行周期密集、终端数量众多的应用场景下难以提供良好的数据稳定性；

2. 信标模式作为Z-stack协议栈提供的一种时间同步机制，基于IEEE802.15.4协议，只有有限的用于非竞争接入的保证时隙（GTS），在竞争接入期（CAP）依然依赖于信道的随机抢占，难以满足终端数量众多的高并发量需求；

3. Z-stack协议栈提供的多对一路由发现协议旨在解决多个设备向集中器方向的路由策略问题，信标的传递却是一种从集中器到多个设备的路由策略问题；

4. Z-stack协议栈所固有的终端设备重入网机制，由于重入网阶段一定数量的网络层数据对信道的占用，难以满足设备高频次位置移动情况下上行数据的时分多址通信机制。

发明内容

本发明为了克服传统Zigbee组网通信技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种适用于上行周期密集、终端数量众多且存在高频次位置移动应用场景下的Zigbee设备通信方法的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于信标传递和时隙分配的Zigbee设备通信方法，包括如下步骤：

S1：待入网路由器通过服务器的设备管理平台完成注册，Zigbee网关读取路由器的注册信息，接收路由器入网请求并完成路由器入网；

S2：Zigbee网关对所有已注册路由器逐一发起路由发现请求，每一次路由发现确定了唯一的路径，路由器按照路径逐级提交路径信息并建立基于B树数据结构的路由链表，通过对B树链表的非递归先序遍历，给B树链表的所有子树节点路由器分配信标时隙；

S3：Zigbee网关生成信标，并在信标周期的起始时隙内发送，收到信标的子节点路由器依据信标载荷中的时间戳同步自身时间信息，并在由信标载荷确定的时隙内传递新信标给下一级子节点路由器；

S4：Zigbee终端设备随机分布在路由器信号覆盖范围内的区域，接收Zigbee终端设备附近的路由器发送的信标，依据信标的时间戳同步自身时间信息，并依据设备ID确定上行数据的发送时隙，上行数据通过MAC层接口以时隙模式广播发送，下行数据被路由器缓存并随信标载荷一起发送，随着信标的传递到达目标Zigbee终端设备。

所述步骤S1中待入网路由器的设备注册步骤如下：