[发明专利]一种ZigBee网络中实现多节点语音通信的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种ZigBee网络中实现多节点语音通信的方法，属于电子信息技术领域。

背景技术

ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术，是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术。ZigBee协议规范使用了IEEE 802.15.4定义的物理层(PHY)和媒体介质访问层(MAC)，并在此基础上定义了网络层(NWK)和应用层(APL)架构。它功耗低、成本低、易应用，以2.4GHZ为主要频段，采用扩频技术。

ZigBee技术网络有两种网络拓扑结构：星型的拓扑结构和对等的拓扑结构。根据设备在网络中承担任务的不同，个域网(PAN)中的设备可分为PAN协调器、协调器和一般设备。PAN协调器是PAN网的总控制器，一个IEEE 802.15.4网络中只有一个PAN协调器，它通过发送信标提供同步服务，PAN协调器是一种特殊的协调器。ZigBee联盟把IEEE802.15.4中定义的PAN协调器、协调器和一般设备分别称作“ZigBee协调器”、“ZigBee路由器”和“ZigBee终端设备”。

随着ZigBee技术标准的发布，许多公司和生产商陆续突出了自己的ZigBee无线单片机产品，如飞思卡尔的MC13192，Chipon公司的CC2420、CC2430，Atmel公司的AT86RF210等，任意一款ZigBee无线单片机都可以作为ZigBee网络节点来搭建一个满足ZigBee标准的ZigBee网络。

ZigBee技术的低成本、低功耗的特点，使其广泛地应用到库存管理、产品质量控制、工业过程控制、灾害地区检测、生物监测和监督、定位及消防安全等领域。在上述领域中，在ZigBee网络中实现多节点语音通信功能可以大大扩展其应用范围。但是由于ZigBee技术是一套专门为无线网络传感器和控制器制定的规范，所以带宽有限，理论最高值仅有250kb/s。而且网络中需要传输各种有效数据、管理命令、信标指示、碰撞检测、请求应答等信息，这使得网络传输有效数据的平均速率只有数十kbps。另外考虑到低成本以及无线单片机的处理速度，导致语音无法得到较高的压缩，每路语音传输至少需要30bps左右的传输速度。ZigBee网络的带宽显然无法满足多节点语音传输数据传输速率的需求。

发明内容

针对ZigBee网络带宽无法满足多节点语音传输的数据传输速率问题，本发明提供一种ZigBee网络中实现多节点语音通信的方法。

一种ZigBee网络中实现多节点语音通信的方法，多节点语音通信的方法如下：

1)语音通信前先构建ZigBee网络，一个ZigBee网络由一个服务器节点和多个用户节点构成；

2)利用无线射频单片机和嵌入式ARM处理器，将多个用户节点组成一个组播群组，并为每个组播群组提供一个服务器节点，每个服务器节点都包含一个嵌入式ARM处理器；

3)当一个用户节点与其他多个用户节点进行语音通信时，这个用户节点先将采集到的语音数据发送给服务器节点，服务器节点通过嵌入式ARM处理器对数据进行分析并存储语音数据，然后向其它多个用户节点组播语音数据，实现ZigBee网络中多节点间的语音通信。

步骤1)所述的服务器节点由无线射频单片机和嵌入式ARM处理器组成，无线射频单片机为TI公司的无线片上系统CC2430，嵌入式ARM处理器采用STM32F103VB，存储空间不低于32MB。

步骤1)所述的用户节点由无线射频单片机、语音采集模块和语音播放模块组成。

组播群组由多个用户节点组成，采用符合ZigBee2006标准的ZStack协议实现。

多节点语音传输导致网络中需要面临一个节点发给多个节点的情况，假设目的终端节点数为n，单路语音传输速率为p，则在这种情况下，需要网络有np的带宽，而显然ZigBee网络无法提供如此高的带宽，从而无法实现通信。本发明将多个节点组成一个组播群组，并为每个群组提供了一个服务器节点，每个服务器节点都有一个嵌入式ARM处理器。当一个节点需要发送给多个节点时，先将数据发送给服务器节点，服务器节点通过嵌入式ARM处理器对收到的数据进行处理和分析，将语音数据缓存，然后向目的多个节点广播语音数据，这样需要的带宽仅为单路语音传输的带宽，就可以实现ZigBee网络中多节点间的语音通信。