本發(fā)明涉及微網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于微網(wǎng)協(xié)議的微網(wǎng)構(gòu)建法。
背景技術(shù)：
在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域 ，特別是智能家居市場 ，急切需要一個低成本、低功耗且又有較遠(yuǎn)傳輸距離的無線通訊技術(shù)。當(dāng)前常用的WiFi模塊、Zigbee模塊、藍(lán)牙模塊等無線技術(shù)，在成本、功耗和距離方面總有較大不足 ，成本普遍在幾十元 ，室內(nèi)通訊距離穿墻后不到十米 ，室外通訊距離也只有幾十米。微網(wǎng)TinyNet支持的數(shù)傳模塊最低成本只有上述模塊的 10% ，發(fā)射功率 7dBm ，室內(nèi)穿墻通訊距離15米 ，室外空曠距離100多米 ；增強(qiáng)型數(shù)傳模塊成本也不到上述模塊的30%，發(fā)射功率20dBm ，室內(nèi)穿墻通訊距離50米 ，室外空曠距離1500多米。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種基于微網(wǎng)協(xié)議的微網(wǎng)構(gòu)建法，有效解決上述技術(shù)問題。
為有效解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
基于微網(wǎng)協(xié)議的微網(wǎng)構(gòu)建法，該方法包括以下步驟：
（1）建設(shè)通訊協(xié)議：組網(wǎng)協(xié)議以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU為藍(lán)本，包含目標(biāo)地址、源地址、指令類型、標(biāo)識位、序列號、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)體、校驗、生存周期等部分組成；
（2）實現(xiàn)通訊協(xié)議：以廣播網(wǎng)為基礎(chǔ)，協(xié)議指令格式設(shè)定在32字節(jié)或64字節(jié)以內(nèi)；
（3）通訊方式設(shè)定：通過外網(wǎng)連接實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與云端服務(wù)器之間的通訊網(wǎng)絡(luò)；
（4）系統(tǒng)指令設(shè)定：包括組網(wǎng)、心跳、時間同步以及內(nèi)存操作。
特別的，所述步驟（1）還包括以下步驟：
（1-1）網(wǎng)關(guān)：每個網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)管理一個廣播子網(wǎng)，為每一個組網(wǎng)節(jié)點分配子網(wǎng)地址，在無線通信中 ，一般不同子網(wǎng)采用不同無線通道 ，避免子網(wǎng)沖突影響通信效率，網(wǎng)關(guān)工作在組網(wǎng)模式時 ，監(jiān)聽組網(wǎng)通道內(nèi)自由節(jié)點的入網(wǎng)申請消息，授權(quán)自由節(jié)點加入網(wǎng)關(guān)所在子網(wǎng)，并統(tǒng)一分配節(jié)點地址和隨機(jī)密鑰，網(wǎng)關(guān)工作在工作模式時 ，與所有節(jié)點的通訊均使用專有密鑰加密；
（1-2）節(jié)點：設(shè)定具有收發(fā)數(shù)據(jù)包的功能的普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，剛出廠未加入任何子網(wǎng)的節(jié)點成為自由節(jié)點 ，默認(rèn)工作在組網(wǎng)通道，等待網(wǎng)關(guān)出現(xiàn)，并請求加入，收到網(wǎng)關(guān)準(zhǔn)許入網(wǎng)的許可后，節(jié)點記錄分配得到的地址和通信密鑰；
（1-3）中繼：設(shè)定特殊的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，用于擴(kuò)大無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，收到非自己的數(shù)據(jù)包后，根據(jù)TTL字段判斷是否進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)，中繼作為普通節(jié)點，也需要加入網(wǎng)關(guān)子網(wǎng)，中繼功能單一，有時候直接在普通功能設(shè)備上實現(xiàn)中繼功能。此類設(shè)備一般需要有較好的電源供應(yīng)，以及較強(qiáng)的信號覆蓋。
特別的，所述步驟（2）還包括以下步驟：
（2-1）請求應(yīng)答：組網(wǎng)基本模型采用請求應(yīng)答機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)中任意一個節(jié)點均可主動發(fā)起請求 ，接收者可根據(jù)指令類型選擇不應(yīng)答、正常應(yīng)答和錯誤應(yīng)答；
（2-2）指令格式：內(nèi)網(wǎng)組網(wǎng)由設(shè)備節(jié)點和網(wǎng)關(guān)組成，基于多種有線無線通信方式 ，甚至處于一個廣播網(wǎng)絡(luò)之中；
（2-3）地址：地址0表示廣播，所有節(jié)點都接收，源地址不能是0，地址255保留，暫不適用，源地址和目的地址不能相同，節(jié)點地址根據(jù)硬件標(biāo)識自動生成，組網(wǎng)后由網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一分配；
（2-4）指令類型：指令類型采用 1個字節(jié)，數(shù)值范圍 1~127，128及以上將來作為多字節(jié)指令擴(kuò)展。響應(yīng)數(shù)據(jù)的指令類型必須與請求指令一致，16以下指令由微網(wǎng)保留作為系統(tǒng)指令，用戶自定義指令從16算起；
（2-5）標(biāo)識位：1個字節(jié)作為標(biāo)識位，用于管理維護(hù)通訊中需要的各種標(biāo)識，Reply是否響應(yīng)。用于標(biāo)識是請求指令還是響應(yīng)指令Error是否錯誤，用于標(biāo)識是否錯誤請求 ，一般錯誤指令同時也是響應(yīng)指令，負(fù)載數(shù)據(jù)指示具體錯誤內(nèi)容，比如Crc校驗錯誤，Ack是否確認(rèn)包，確認(rèn)包不帶負(fù)載數(shù)據(jù)，僅用于告訴發(fā)送方已收到數(shù)據(jù)，NoAck是否需要確認(rèn)，指示接收方不需要發(fā)送Ack確認(rèn)包；
（2-6）序列號：1字節(jié)序列號，用于確定指令在源設(shè)備上的唯一性，所有節(jié)點以及中繼均依靠源地址和消息序列號來確定消息的唯一性，每個設(shè)備最大可產(chǎn)生256個序列號 ，網(wǎng)絡(luò)中短時間內(nèi)不可能產(chǎn)生具有相同序列號的不同指令包；
（2-7）數(shù)據(jù)部分：數(shù)據(jù)長度范圍0~127 ，128及以上表示采用7位壓縮編碼整數(shù)擴(kuò)展，數(shù)據(jù)長度指明后續(xù)數(shù)據(jù)部分的字節(jié)數(shù)；
（2-8）數(shù)據(jù)校驗 ：默認(rèn)采用CRC16校驗指令前面部分，各系統(tǒng)根據(jù)需要可能更換校驗算法或者加鹽實現(xiàn)數(shù)字簽名；
（2-9）生存期TTL： 生存期TTL用于路由轉(zhuǎn)發(fā)非本機(jī)數(shù)據(jù)包，以實現(xiàn)無線組網(wǎng)延伸覆蓋范圍的功能，每個節(jié)點收到數(shù)據(jù)包后，若非本機(jī)數(shù)據(jù)包，則把TTL減 1，如果大于0 ，則延遲隨機(jī)時間后繼續(xù)向外發(fā)出，每個節(jié)點可設(shè)置是否支持TTL ，以免因TTL浪費處理能力以及功耗，TTL不參與指令主體校驗，也不參與加密；
（2-10）加密保護(hù) ：為了保證通信的安全，指令在傳輸過程中加密，一般采用異或或者RC4加密，加密范圍：除目標(biāo)地址、源地址、數(shù)據(jù)長度外，全部加密，目的地址不能加密，否則無法識別這是誰的數(shù)據(jù)包，也就無法解密，TTL也不加密，否則無法中繼路由，因為序列號被加密，中繼路由時，可根據(jù)源地址和已加密的序列號配對來識別重復(fù)消息，加密密碼具有有效期，由網(wǎng)關(guān)生成并分配。
特別的，所述步驟（3）還包括以下步驟：
（3-1）入網(wǎng)發(fā)現(xiàn)0x01：
請求：2設(shè)備類型+12ID+4CPUID+2 DevID+2RevID，
響應(yīng)：1 地址+1 通道+8 密碼；
（3-2）心跳指令0x02 ：
請求：1 子功能碼+N 數(shù)據(jù)；
響應(yīng)：N 數(shù)據(jù)；
（3-3）時間同步0x03：
請求：8 時間，
響應(yīng)：8 時間；
（3-4）內(nèi)存基址0x04 ：
請求：4 基址，
響應(yīng)：4 基址；
請求空數(shù)據(jù)時僅讀取當(dāng)前基址，作為操作內(nèi)存時的基礎(chǔ)地址，一般最后一個字節(jié)為0，內(nèi)存基址加上1個字節(jié)的偏移，即為實際操作內(nèi)存的地址；
（3-5）讀取內(nèi)存0x05：
請求：1 偏移+1 數(shù)量，
響應(yīng)：N 數(shù)據(jù)；
實際操作內(nèi)存位于內(nèi)存基址（0x04指令設(shè)定）加上偏移；
（3-6）寫入內(nèi)存0x06：
請求：1 偏移+1 數(shù)量+N 數(shù)據(jù)，
響應(yīng)：1 成功數(shù)量；
實際操作內(nèi)存位于內(nèi)存基址（0x04指令設(shè)定）加上偏移；
（3-7）擦除內(nèi)存0x07：
請求：1 偏移+1 數(shù)量，
響應(yīng)：1 成功數(shù)量；
實際操作內(nèi)存位于內(nèi)存基址0x04指令設(shè)定加上偏移。
本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供的基于微網(wǎng)協(xié)議的微網(wǎng)構(gòu)建法，是一種無線通訊協(xié)議 ，可工作在2.4GHz、433MHz和5GHz等頻段上，具有250kbps、1Mbps和2Mbps的傳輸速率，它的傳輸距離在 10-1500米的范圍內(nèi)；滿足成本低、低復(fù)雜度、中小距離傳輸、中等速率、中繼擴(kuò)展、時延極短、低功耗并安全可靠的特性。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
附圖說明
圖1是本發(fā)明所述基于令牌協(xié)議的令牌組網(wǎng)終端結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施例1：
在本實施例中，所述傳統(tǒng)公知結(jié)構(gòu)的組成原件在圖中不做文字說明及顯示。
如圖1所示，本實施例公開的基于微網(wǎng)協(xié)議的微網(wǎng)構(gòu)建法，該方法包括以下步驟：
（1）建設(shè)通訊協(xié)議：組網(wǎng)協(xié)議以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU為藍(lán)本，包含目標(biāo)地址、源地址、指令類型、標(biāo)識位、序列號、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)體、校驗、生存周期等部分組成；
（1-1）網(wǎng)關(guān)：每個網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)管理一個廣播子網(wǎng)，為每一個組網(wǎng)節(jié)點分配子網(wǎng)地址，在無線通信中 ，一般不同子網(wǎng)采用不同無線通道 ，避免子網(wǎng)沖突影響通信效率，網(wǎng)關(guān)工作在組網(wǎng)模式時 ，監(jiān)聽組網(wǎng)通道內(nèi)自由節(jié)點的入網(wǎng)申請消息，授權(quán)自由節(jié)點加入網(wǎng)關(guān)所在子網(wǎng)，并統(tǒng)一分配節(jié)點地址和隨機(jī)密鑰，網(wǎng)關(guān)工作在工作模式時 ，與所有節(jié)點的通訊均使用專有密鑰加密；
（1-2）節(jié)點：設(shè)定具有收發(fā)數(shù)據(jù)包的功能的普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，剛出廠未加入任何子網(wǎng)的節(jié)點成為自由節(jié)點 ，默認(rèn)工作在組網(wǎng)通道，等待網(wǎng)關(guān)出現(xiàn)，并請求加入，收到網(wǎng)關(guān)準(zhǔn)許入網(wǎng)的許可后，節(jié)點記錄分配得到的地址和通信密鑰；
（1-3）中繼：設(shè)定特殊的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，用于擴(kuò)大無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，收到非自己的數(shù)據(jù)包后，根據(jù)TTL字段判斷是否進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)，中繼作為普通節(jié)點，也需要加入網(wǎng)關(guān)子網(wǎng)，中繼功能單一，有時候直接在普通功能設(shè)備上實現(xiàn)中繼功能。此類設(shè)備一般需要有較好的電源供應(yīng)，以及較強(qiáng)的信號覆蓋。
（2）實現(xiàn)通訊協(xié)議：以廣播網(wǎng)為基礎(chǔ)，協(xié)議指令格式設(shè)定在32字節(jié)或64字節(jié)以內(nèi)；
（2-1）請求應(yīng)答：組網(wǎng)基本模型采用請求應(yīng)答機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)中任意一個節(jié)點均可主動發(fā)起請求 ，接收者可根據(jù)指令類型選擇不應(yīng)答、正常應(yīng)答和錯誤應(yīng)答；
（2-2）指令格式：內(nèi)網(wǎng)組網(wǎng)由設(shè)備節(jié)點和網(wǎng)關(guān)組成，基于多種有線無線通信方式 ，甚至處于一個廣播網(wǎng)絡(luò)之中；
（2-3）地址：地址0表示廣播，所有節(jié)點都接收，源地址不能是0，地址255保留，暫不適用，源地址和目的地址不能相同，節(jié)點地址根據(jù)硬件標(biāo)識自動生成，組網(wǎng)后由網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一分配；
（2-4）指令類型：指令類型采用 1個字節(jié)，數(shù)值范圍 1~127，128及以上將來作為多字節(jié)指令擴(kuò)展。響應(yīng)數(shù)據(jù)的指令類型必須與請求指令一致，16以下指令由微網(wǎng)保留作為系統(tǒng)指令，用戶自定義指令從16算起；
（2-5）標(biāo)識位：1個字節(jié)作為標(biāo)識位，用于管理維護(hù)通訊中需要的各種標(biāo)識，Reply是否響應(yīng)。用于標(biāo)識是請求指令還是響應(yīng)指令Error是否錯誤，用于標(biāo)識是否錯誤請求 ，一般錯誤指令同時也是響應(yīng)指令，負(fù)載數(shù)據(jù)指示具體錯誤內(nèi)容，比如Crc校驗錯誤，Ack是否確認(rèn)包，確認(rèn)包不帶負(fù)載數(shù)據(jù)，僅用于告訴發(fā)送方已收到數(shù)據(jù)，NoAck是否需要確認(rèn)，指示接收方不需要發(fā)送Ack確認(rèn)包；
（2-6）序列號：1字節(jié)序列號，用于確定指令在源設(shè)備上的唯一性，所有節(jié)點以及中繼均依靠源地址和消息序列號來確定消息的唯一性，每個設(shè)備最大可產(chǎn)生256個序列號 ，網(wǎng)絡(luò)中短時間內(nèi)不可能產(chǎn)生具有相同序列號的不同指令包；
（2-7）數(shù)據(jù)部分：數(shù)據(jù)長度范圍0~127 ，128及以上表示采用7位壓縮編碼整數(shù)擴(kuò)展，數(shù)據(jù)長度指明后續(xù)數(shù)據(jù)部分的字節(jié)數(shù)；
（2-8）數(shù)據(jù)校驗 ：默認(rèn)采用CRC16校驗指令前面部分，各系統(tǒng)根據(jù)需要可能更換校驗算法或者加鹽實現(xiàn)數(shù)字簽名；
（2-9）生存期TTL： 生存期TTL用于路由轉(zhuǎn)發(fā)非本機(jī)數(shù)據(jù)包，以實現(xiàn)無線組網(wǎng)延伸覆蓋范圍的功能，每個節(jié)點收到數(shù)據(jù)包后，若非本機(jī)數(shù)據(jù)包，則把TTL減 1，如果大于0 ，則延遲隨機(jī)時間后繼續(xù)向外發(fā)出，每個節(jié)點可設(shè)置是否支持TTL ，以免因TTL浪費處理能力以及功耗，TTL不參與指令主體校驗，也不參與加密；
（2-10）加密保護(hù) ：為了保證通信的安全，指令在傳輸過程中加密，一般采用異或或者RC4加密，加密范圍：除目標(biāo)地址、源地址、數(shù)據(jù)長度外，全部加密，目的地址不能加密，否則無法識別這是誰的數(shù)據(jù)包，也就無法解密，TTL也不加密，否則無法中繼路由，因為序列號被加密，中繼路由時，可根據(jù)源地址和已加密的序列號配對來識別重復(fù)消息，加密密碼具有有效期，由網(wǎng)關(guān)生成并分配。
（3）通訊方式設(shè)定：通過外網(wǎng)連接實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與云端服務(wù)器之間的通訊網(wǎng)絡(luò)；
（3-1）入網(wǎng)發(fā)現(xiàn)0x01：
請求：2設(shè)備類型+12ID+4CPUID+2 DevID+2RevID，
響應(yīng)：1 地址+1 通道+8 密碼；
（3-2）心跳指令0x02 ：
請求：1 子功能碼+N 數(shù)據(jù)；
響應(yīng)：N 數(shù)據(jù)；
（3-3）時間同步0x03：
請求：8 時間，
響應(yīng)：8 時間；
（3-4）內(nèi)存基址0x04 ：
請求：4 基址，
響應(yīng)：4 基址；
請求空數(shù)據(jù)時僅讀取當(dāng)前基址，作為操作內(nèi)存時的基礎(chǔ)地址，一般最后一個字節(jié)為0，內(nèi)存基址加上1個字節(jié)的偏移，即為實際操作內(nèi)存的地址；
（3-5）讀取內(nèi)存0x05：
請求：1 偏移+1 數(shù)量，
響應(yīng)：N 數(shù)據(jù)；
實際操作內(nèi)存位于內(nèi)存基址（0x04指令設(shè)定）加上偏移；
（3-6）寫入內(nèi)存0x06：
請求：1 偏移+1 數(shù)量+N 數(shù)據(jù)，
響應(yīng)：1 成功數(shù)量；
實際操作內(nèi)存位于內(nèi)存基址（0x04指令設(shè)定）加上偏移；
（3-7）擦除內(nèi)存0x07：
請求：1 偏移+1 數(shù)量，
響應(yīng)：1 成功數(shù)量；
實際操作內(nèi)存位于內(nèi)存基址0x04指令設(shè)定加上偏移。
（4）系統(tǒng)指令設(shè)定：包括組網(wǎng)、心跳、時間同步以及內(nèi)存操作。
申請人聲明，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在上述實施例的基礎(chǔ)上，將上述實施例某步驟，與發(fā)明內(nèi)容部分的技術(shù)方案相組合，從而產(chǎn)生的新的方法，也是本發(fā)明的記載范圍之一，本申請為使說明書簡明，不再羅列這些步驟的其它實施方式。
本實施例中區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)路線為：
微網(wǎng)TinyNet是一種無線通訊協(xié)議 ，可工作在2.4GHz、433MHz和5GHz等頻段上，具有250kbps、1Mbps和2Mbps的傳輸速率，它的傳輸距離在10-1500米的范圍內(nèi)。數(shù)傳模塊成本比Zigbee要低很多 ，平均成本只有Zigbee的10%，增強(qiáng)型模塊成本只有Zigbee的30%，射頻芯片價格只有Zigbee的30%。模塊自身不帶微處理器 ，僅做射頻芯片 ，支持各種帶有SPI接口的微處理器 ，全功能僅需要6KB代碼。普通模塊室內(nèi)15米，室外 100多米；增強(qiáng)型模塊室內(nèi)50米，室外 1500多米。
可通過中繼擴(kuò)展進(jìn)一步擴(kuò)大傳輸距離。大家都不使用中繼擴(kuò)展時 ，通訊距離
超過WiFi、Zigbee和藍(lán)牙。普通模塊發(fā)射功率7dBm ，增強(qiáng)模塊發(fā)射功率20dBm甚至更高 ，確保可以很好的在室內(nèi)穿透墻壁等障礙物。
具有250kbps、1Mbps和2Mbps的傳輸速率。比WiFi要低 ，但是比Zigbee 和藍(lán)牙要高很多。足夠傳輸簡單的視頻音頻數(shù)據(jù)。 高的數(shù)據(jù)速率可以在更短的時間完成同樣的數(shù)據(jù)收發(fā) ，因此可以具有更低的功耗。
每個TinyNet子網(wǎng)最大支持254個節(jié)點，支持子網(wǎng)廣播。在整個網(wǎng)絡(luò)范圍 內(nèi)，任意兩個節(jié)點之間可以相互通信。每個節(jié)點均可轉(zhuǎn)發(fā)收到的數(shù)據(jù)包 ，一般建議電池供電產(chǎn)品不啟用轉(zhuǎn)發(fā) ，其它產(chǎn)品最大轉(zhuǎn)發(fā)3次以內(nèi)。轉(zhuǎn)發(fā)策略極其簡單，不需要復(fù)雜龐大的路由機(jī)制，大大降低協(xié)議復(fù)雜度。
啟動時間小于130us，在2Mbps傳輸速率下傳輸16字節(jié)的指令數(shù)據(jù)包以及反饋確認(rèn)僅需要64us*2=128us。掉電模式功耗小于900nA ，待機(jī)功耗小于15uA，因極快的啟動速度以及收發(fā)速度，讓模塊絕大多數(shù)時候處于待機(jī)狀態(tài)，功耗降低到極致。發(fā)射接收電流12mA左右。具有自動重發(fā)和自動應(yīng)答功能 ，自動重發(fā)沒有收到應(yīng)答的數(shù)據(jù)包。重發(fā)時間間隔采用自學(xué)習(xí)動態(tài)調(diào)整機(jī)制，有效避免無線空間信號碰撞。
申請人又一聲明，本發(fā)明通過上述實施例來說明本發(fā)明的實現(xiàn)方法及裝置結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明并不局限于上述實施方式，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述方法及結(jié)構(gòu)才能實施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進(jìn)，對本發(fā)明所選用實現(xiàn)方法等效替換及步驟的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
本發(fā)明并不限于上述實施方式，凡采用與本發(fā)明相似結(jié)構(gòu)及其方法來實現(xiàn)本發(fā)明目的的所有實施方式均在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。