一種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)關(guān)之間的中繼通信方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)關(guān)之間的中繼通信方法，通過(guò)分析命令數(shù)據(jù)包中的目的通信地址，由網(wǎng)關(guān)軟件自動(dòng)控制切換無(wú)線數(shù)傳模塊的上行、下行信道來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中繼傳輸，達(dá)到擴(kuò)大無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的目的。具有以下有益效果：在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中采用中繼通信技術(shù)方案，很好地解決受信號(hào)發(fā)射功率限制、通信距離近的應(yīng)用難題，有效擴(kuò)大無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍；利用普通無(wú)線數(shù)傳模塊、對(duì)其工作信道自動(dòng)控制切換實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的中繼通信，不需要專(zhuān)用硬件設(shè)備和開(kāi)發(fā)復(fù)雜通信協(xié)議，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和建設(shè)簡(jiǎn)便易行。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)關(guān)之間的中繼通信方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通信方法，尤其是一種應(yīng)用于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)采集數(shù)據(jù)大 范圍、遠(yuǎn)距離傳輸方法，具體地說(shuō)是一種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)關(guān)之間的中繼通信方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)可以廣泛應(yīng)用于軍事國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn) 救災(zāi)、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程監(jiān)控等許多重要領(lǐng)域。但受制于分配工作頻點(diǎn)無(wú)線信號(hào)發(fā)射功率較低 (最大只有數(shù)十dBm)，以及應(yīng)用環(huán)境中物體的相互阻擋等實(shí)際困難，使得采集數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距 離（大于數(shù)百米）無(wú)線傳輸?shù)膶?shí)際應(yīng)用要求很難得到滿足。
[0003] -種可行的延長(zhǎng)無(wú)線通信距離的方法是采用中繼通信，即在信息傳遞的發(fā)起端和 最終接收端之間增加無(wú)線中繼器，相鄰無(wú)線中繼器之間的距離并不遠(yuǎn)，而傳輸數(shù)據(jù)在無(wú)線 中繼器之間可以依次逐級(jí)傳遞，從而增加無(wú)線通信距離，達(dá)到擴(kuò)大無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍 的目的。
[0004] 但目前市面上可供選擇的無(wú)線中繼通信實(shí)現(xiàn)方案都存在設(shè)備復(fù)雜、成本高、功耗 大等缺點(diǎn)，很難找到一種簡(jiǎn)便易用、適用于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的低成本建設(shè)方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)關(guān)之間的中繼通信方法，在無(wú) 線傳感網(wǎng)絡(luò)已有的無(wú)線通信網(wǎng)關(guān)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)線網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)關(guān)）硬件設(shè)備基礎(chǔ)上，只要修改 其控制軟件，即可增加無(wú)線通信中繼功能，簡(jiǎn)單易行、系統(tǒng)建設(shè)成本低。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)關(guān)之間 的中繼通信方法，包括以下步驟：
[0007] A、每個(gè)無(wú)線網(wǎng)關(guān)都被事先分配一個(gè)通信識(shí)別地址，在同一個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，各 網(wǎng)關(guān)通信地址互不相同，即通信地址具有唯一性；
[0008] B、每個(gè)無(wú)線網(wǎng)關(guān)都含有一個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊，通過(guò)這個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊，無(wú)線網(wǎng)關(guān)與 上位機(jī)和其它無(wú)線網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的上傳和控制命令的下達(dá)通信；
[0009] C、無(wú)線數(shù)傳模塊的工作信道可以控制切換，當(dāng)本級(jí)網(wǎng)關(guān)與上位計(jì)算機(jī)或上一級(jí)網(wǎng) 關(guān)通信時(shí)，網(wǎng)關(guān)MCU把無(wú)線數(shù)傳模塊的工作信道切換為上行信道；當(dāng)與下一級(jí)網(wǎng)關(guān)通信時(shí)， 無(wú)線數(shù)傳模塊的工作信道被切換為下行信道；
[0010] D、在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)建設(shè)階段，把各無(wú)線網(wǎng)關(guān)的工作參數(shù)設(shè)置到其內(nèi)部參數(shù)存儲(chǔ)單 元（EEPR0M)中保存；需要設(shè)置保存的網(wǎng)關(guān)工作參數(shù)如下：a、本網(wǎng)關(guān)通信地址，b、經(jīng)本網(wǎng)關(guān) 中繼的其它網(wǎng)關(guān)的通信地址，c、上行信道編號(hào)，d、下行信道編號(hào)；
[0011] E、上位機(jī)讀取各無(wú)線網(wǎng)關(guān)中的數(shù)據(jù)時(shí)，把所有網(wǎng)關(guān)等同對(duì)待，直接下發(fā)數(shù)據(jù)讀取 命令。
[0012] 本發(fā)明具有以下有益效果：1、在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中采用中繼通信技術(shù)方案，很 好地解決受信號(hào)發(fā)射功率限制、通信距離近的應(yīng)用難題，有效擴(kuò)大無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范 圍；
[0013] 2、利用普通無(wú)線數(shù)傳模塊、對(duì)其工作信道自動(dòng)控制切換實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的中繼 通信，不需要專(zhuān)用硬件設(shè)備和開(kāi)發(fā)復(fù)雜通信協(xié)議，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和建設(shè)簡(jiǎn)便易行。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是本發(fā)明無(wú)線網(wǎng)關(guān)組成框圖。
[0015] 圖2是本發(fā)明無(wú)線網(wǎng)關(guān)中繼通信軟件流程圖。
[0016] 圖3是本發(fā)明無(wú)線中繼通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D。
[0017] 圖4是本發(fā)明命令數(shù)據(jù)包格式圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步描述，但是本發(fā)明的 保護(hù)范圍并不限于這些實(shí)施例。凡是不背離本發(fā)明構(gòu)思的改變或等同替代均包括在本發(fā)明 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0019] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0020] 本發(fā)明無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)關(guān)之間的中繼通信方法，通過(guò)分析命令數(shù)據(jù)包中 的目的通信地址，由網(wǎng)關(guān)軟件自動(dòng)控制切換無(wú)線數(shù)傳模塊的上行、下行信道來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中 繼傳輸，達(dá)到擴(kuò)大無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的目的。
[0021] 圖1為本發(fā)明無(wú)線網(wǎng)關(guān)組成框圖，無(wú)線網(wǎng)關(guān)由中央處理單元（MCU)l、參數(shù)存儲(chǔ)單 元（EEPR0M) 2、按鍵與顯示模塊3、無(wú)線傳感通信模塊4、無(wú)線數(shù)傳模塊5、電源模塊6等部分 組成。中央處理單元1為無(wú)線網(wǎng)關(guān)的控制、管理中心，它通過(guò)SPI或UART接口與其它單元 /模塊進(jìn)行通信，發(fā)出控制命令，接收和處理響應(yīng)數(shù)據(jù)。參數(shù)存儲(chǔ)單元2負(fù)責(zé)保存設(shè)置的網(wǎng) 關(guān)工作參數(shù)，掉電時(shí)參數(shù)不丟失。按鍵與顯示模塊3既可以用來(lái)人工按鍵設(shè)定修改工作參 數(shù)，也可以切換顯示網(wǎng)關(guān)各運(yùn)行狀態(tài)信息。無(wú)線傳感通信模塊4負(fù)責(zé)與所管理的無(wú)線傳感 器進(jìn)行通信，采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。無(wú)線數(shù)傳模塊5負(fù)責(zé)與上位機(jī)或相鄰（上級(jí)/下級(jí)）網(wǎng)關(guān)的 無(wú)線數(shù)傳模塊進(jìn)行無(wú)線通信，最終完成把網(wǎng)關(guān)采集數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)。電源模塊6負(fù)責(zé)為 整個(gè)網(wǎng)關(guān)提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)。
[0022] 本發(fā)明無(wú)線網(wǎng)關(guān)的關(guān)注重點(diǎn)是無(wú)線數(shù)傳模塊5,要求其具有多個(gè)無(wú)線工作信道，中 央處理單元1通過(guò)UART接口既可以收發(fā)通信數(shù)據(jù)包，也可以控制其工作信道的切換。理論 上無(wú)線數(shù)傳模塊5的工作信道個(gè)數(shù)越多，可中繼通信級(jí)聯(lián)的層數(shù)越多。在工程應(yīng)用時(shí)，通常 設(shè)定位于同一級(jí)的無(wú)線網(wǎng)關(guān)的上行信道相同、下行信道也相同。
[0023] 圖2為本發(fā)明無(wú)線網(wǎng)關(guān)中繼通信軟件流程圖，流程說(shuō)明如下：
[0024] 1、網(wǎng)關(guān)軟件初始化時(shí)從參數(shù)存儲(chǔ)單元2中讀取配置工作參數(shù)，主要參數(shù)有：（1)網(wǎng) 關(guān)通信地址AddressCode，（2)經(jīng)本網(wǎng)關(guān)中繼的其它網(wǎng)關(guān)通信地址列表RelayAddressList， (3)與上位機(jī)或上一級(jí)網(wǎng)關(guān)通信的上行信道UpChannel，（4)與下一級(jí)網(wǎng)關(guān)通信的下行信道 DownChannel〇
[0025] 2、程序啟動(dòng)正常后，首先控制切換無(wú)線數(shù)傳模塊5工作于上行信道UpChannel。
[0026] 3、等待接收上位機(jī)的下達(dá)命令。上位機(jī)下發(fā)命令數(shù)據(jù)包由目的地址、命令代碼、參 數(shù)長(zhǎng)度、命令參數(shù)、校驗(yàn)和這幾個(gè)部分組成，其格式如圖4所示。
[0027] 4、如果收到上位機(jī)下達(dá)命令，則根據(jù)命令數(shù)據(jù)包中的目的地址 DestinationAddress判斷作如下處理：
[0028] (1)如果是發(fā)送給本網(wǎng)關(guān)的命令，則根據(jù)命令要求，立即應(yīng)答回傳響應(yīng)數(shù)據(jù)；
[0029] (2)如果是發(fā)送給本網(wǎng)關(guān)下級(jí)網(wǎng)關(guān)的命令，則軟件自動(dòng)切換無(wú)線數(shù)傳模塊5工作 于下行信道DownChannel，并把上位機(jī)命令向下一級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)（此時(shí)為中繼下行），然后等待接 收下級(jí)網(wǎng)關(guān)的應(yīng)答數(shù)據(jù)包。如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到應(yīng)答數(shù)據(jù)包，則軟件把無(wú)線數(shù)傳模塊5 的工作信道再次切換回上行信道UpChannel，并把下級(jí)應(yīng)答數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去（此時(shí)為中繼上 行）。如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未收到下級(jí)網(wǎng)關(guān)應(yīng)答數(shù)據(jù)包，則判斷為超時(shí)異常，軟件強(qiáng)制把無(wú)線 數(shù)傳模塊5的工作信道切換為上行信道UpChannel。
[0030] (3)如果所收到命令既不是發(fā)送給本網(wǎng)關(guān)，也不是發(fā)送給本網(wǎng)關(guān)的下級(jí)網(wǎng)關(guān)，則丟 棄。
[0031] 5、上述處理結(jié)束后，跳轉(zhuǎn)到步驟（3)，并一直循環(huán)工作下去。
[0032] 圖3為本發(fā)明無(wú)線中繼通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D，該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D為典型的倒樹(shù)形結(jié)構(gòu) 圖。對(duì)不意圖說(shuō)明如下：
[0033] 1、上位機(jī)7為網(wǎng)絡(luò)的樹(shù)根，通過(guò)與其連接的無(wú)線數(shù)傳模塊8向網(wǎng)絡(luò)中所有無(wú)線網(wǎng) 關(guān)發(fā)送命令數(shù)據(jù)包，并接收和處理無(wú)線網(wǎng)關(guān)應(yīng)答返回的響應(yīng)數(shù)據(jù)包；
[0034] 2、像樹(shù)枝或樹(shù)葉一樣，網(wǎng)絡(luò)中的任意一個(gè)網(wǎng)關(guān)與上位機(jī)（樹(shù)根）之間的通信鏈路 是唯一的。
[0035] 3、每個(gè)網(wǎng)關(guān)事先被分配一個(gè)唯一可識(shí)別的通信地址；實(shí)施例圖3中共有7個(gè)無(wú)線 網(wǎng)關(guān)，其通信地址分別為1、2.....7。其中通信地址為：1、2、6的3個(gè)網(wǎng)關(guān)需要擔(dān)當(dāng)中繼器 的角色，而3、4、5、7這4個(gè)網(wǎng)關(guān)不需要擔(dān)當(dāng)中繼任務(wù)。
[0036] 4、具有中繼功能后，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)變?yōu)槎鄬泳W(wǎng)絡(luò)，離上位機(jī)7越遠(yuǎn)的網(wǎng)關(guān)的層級(jí)越高， 通信需要經(jīng)過(guò)中繼的次數(shù)越多。例如，通信地址為7的網(wǎng)關(guān)處于第3層，與上位機(jī)之間的通 信需要經(jīng)過(guò)通信地址為2、6的兩個(gè)網(wǎng)關(guān)中繼。
[0037] 5、各網(wǎng)關(guān)的工作參數(shù)需要事先配置保存到其內(nèi)部參數(shù)存儲(chǔ)單元2中。實(shí)施例圖3 中各網(wǎng)關(guān)的配置參數(shù)如下表：
[0038]

【權(quán)利要求】
1. 一種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)關(guān)之間的中繼通信方法，其特征在于，包括以下步驟： A、 每個(gè)無(wú)線網(wǎng)關(guān)都被事先分配一個(gè)通信識(shí)別地址，在同一個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，各網(wǎng)關(guān) 通信地址互不相同，即通信地址具有唯一性； B、 每個(gè)無(wú)線網(wǎng)關(guān)都含有一個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊，通過(guò)這個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊，無(wú)線網(wǎng)關(guān)與上位 機(jī)和其它無(wú)線網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的上傳和控制命令的下達(dá)通信； C、 無(wú)線數(shù)傳模塊的工作信道可以控制切換，當(dāng)本級(jí)網(wǎng)關(guān)與上位計(jì)算機(jī)或上一級(jí)網(wǎng)關(guān)通 信時(shí)，網(wǎng)關(guān)MCU把無(wú)線數(shù)傳模塊的工作信道切換為上行信道；當(dāng)與下一級(jí)網(wǎng)關(guān)通信時(shí)，無(wú)線 數(shù)傳模塊的工作信道被切換為下行信道； D、 在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)建設(shè)階段，把各無(wú)線網(wǎng)關(guān)的工作參數(shù)設(shè)置到其內(nèi)部參數(shù)存儲(chǔ)單元 (EEPROM)中保存；需要設(shè)置保存的網(wǎng)關(guān)工作參數(shù)如下：a、本網(wǎng)關(guān)通信地址，b、經(jīng)本網(wǎng)關(guān)中 繼的其它網(wǎng)關(guān)的通信地址，c、上行信道編號(hào)，d、下行信道編號(hào)； E、 上位機(jī)讀取各無(wú)線網(wǎng)關(guān)中的數(shù)據(jù)時(shí)，把所有網(wǎng)關(guān)等同對(duì)待，直接下發(fā)數(shù)據(jù)讀取命令。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK104301906SQ201410624780
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】張華 , 趙瑞成 申請(qǐng)人:濟(jì)南銀澳科技有限公司