[发明专利]一种基于ZigBee的无中心节点自组网方法

说明书

本发明公开了一种基于ZigBee的无中心节点自组网方法，通过在设备上电后对通信范围内其他设备进行检测来灵活决定自身的网络启动类型，设备能根据自己上电的时序判断是组建还是加入网络；为了避免出现多个网络并存的情况提出并实现一种网络融合机制使得设备只能组建唯一网络。本发明使得网络内所有设备地位相等，不存在特殊设备。任何设备故障、不上电均不会影响其他设备的工作已及网络的正常组建和运行，提高了自组织网络的灵活性以应用于恶劣环境下集群设备的监控。本发明是基于Z‑Stack协议栈设计并实现的，针对Z‑Stack中不同设备需下载不同代码以及设备中必须有协调器特殊设备等问题而设计并实现一种无需特殊设备，所有设备代码均一样的自组网方法。

技术领域

本发明属于无线自组网技术领域，涉及一种无线自组网方法，具体涉及一种基于ZigBee的无中心节点自组网方法。

背景技术

Zigbee是一种无线自组网技术标准，由Zigbee联盟制定。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。ZigBee是一个由可多到65535个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。ZigBee是一种无线连接，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915MHz(美国流行)3个频段上，分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率，它的传输距离在10-75m的范围内，但可以继续增加。

作为一种无线通信技术，ZigBee具有如下特点：

(1)低功耗：由于ZigBee的传输速率低，发射功率仅为1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee设备非常省电。据估算，ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，这是其它无线设备望尘莫及的。

(2)成本低：ZigBee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能降到1.5—2.5美元，并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。

(3)时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms，休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。

(4)网络容量大：一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络，而且网络组成灵活。

(5)可靠：采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。

(6)安全：ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了AES-128的加密方法，各个应用可以灵活确定其安全属性。

但是，现有协议栈都需要预先设置设备功能，并且所有设备不可能都是同一个功能，这样可能导致网络有固定中心节点使得网络不灵活的缺陷；请见图1，现有技术中整个z-stack协议栈的主要工作流程，大致分为系统启动、驱动初始化、OSAL初始化和启动、进入任务轮循几个阶段，下面将逐一详细分析：