[发明专利]一种临时通信网构建方法

说明书

技术领域

本发明属于物联网技术领域，尤其涉及一种临时通信网构建方法。

背景技术

ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、传输层（TL）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4标准的规定。ZigBee的特点主要有以下几个方面：（1）低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、Wi-Fi可工作数小时。（2）低成本。通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。（3）低速率。ZigBee工作在250kbps的通讯速率，满足低速率传输数据的应用需求。（4）近距离。传输范围一般介于10～100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1~3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。（5）短时延。ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3~10s、Wi-Fi需要3s。（6）高容量。ZigBee可采用星状、树状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。（7）高安全。ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单（ACL）防止非法获取数据以及采用高级加密标准（AES128）的对称密码，以灵活确定其安全属性。8）免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗2.4GHz（全球）（ISM）频段。ZigBee网络中设备的可分为协调器（Coordinator，由此ZigBee网络协调器简称为ZC）、路由器（Router，由此ZigBee网络路由器简称为ZR）、终端设备（EndDevice，由此ZigBee网络终端设备简称为ZED）等三种角色。ZigBee作为一种短距离无线通信技术，由于其网络可以便捷的为用户提供无线数据传输功能，因此在物联网领域具有非常强的可应用性。根据ZigBee的上述特点，可以将其运用于野外等复杂环境的灵活组网。作为一种通信网络，自然也可用于语音通信。标准的ZigBee传输数据率为250Kbps，目前厂商支持的传输速率可以达到1Mbps，更高的传输速率意味着更低的接收灵敏度，也意味着更短的通讯距离，因此在话音质量要求不高的场合，尽量使用最低可接受最差通话质量，即最低通讯流量，以保证通话距离。在250Kbps的通讯速率下，理论上有25KBps的传输流量，可以满足电话质量，即ITU-TG·711标准，8kHz取样，8bit量化，码率64Kbps，而AM广播采用ITU-TG·722标准，16kHz取样，14bit量化，码率224Kbps，标准ZigBee250kbps也是可以满足的。无线语音通讯因为传输的数据量要尽量少，因此通常需要采用语音压缩算法先将数据进行压缩，然后再传输，接收方按照对应的解压算法解压后播放。一个典型的ZigBee语音通讯系统由音频ADC芯片采集语音数据，经由I2S总线传输到带语音处理单元的单片机（如ZICM2410芯片）中，经过硬件编解码单元，进行数据压缩，可选μ-law、A-law和ADPCM等，然后进入MAC层的FIFO，最后通过PHY层调制成射频信号发射出去。曾永华在《基于ZigBee技术的井下语音通信系统设计》设计了一种语音通信系统，但关于如何建网语焉不详。台湾国立高雄大学的陈刘明博士的《应用于ZigBee网络环境下的即时语音传输之换手机制》对于处于在多个基地台（协调器或路由器）间移动的终端实现稳定高质通信的换手机制做了进一步的研究，此研究成果证明了可以组建一个类似于移动运营商蜂窝通信的ZigBee网络来进行语音通信。