專利名稱：基于ieee802.15.4技術(shù)的短程無線通信系統(tǒng)及適用于該系統(tǒng)的軟件程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于短程無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于正EE 802.15.4技術(shù)的短程無線通信系統(tǒng)及適用于該系統(tǒng)的軟件程序。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外用于無線監(jiān)控方面的通信平臺主要由依賴于GPRS/GSM短信方式或傳統(tǒng)模擬通信技術(shù)的分散節(jié)點組成，它們很 難自成網(wǎng)絡(luò)，不但生產(chǎn)成本高，還需為每一個節(jié)點支付GPRS/GSM 的節(jié)點月費，而且節(jié)點功耗也大，不適合以電池供電，使用不便。硬件方面，國內(nèi)外也有幾家公司正從事類似短距無線通用模塊的 開發(fā)和銷售，但產(chǎn)品大都集中在無線串口模塊方面。在很多應(yīng)用中需 要將數(shù)據(jù)快速的傳入計算機(jī)或服務(wù)器；還有的應(yīng)用，如野外環(huán)境監(jiān)控、 江河污染治理、水文監(jiān)測等，需要將無線子網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳入數(shù)據(jù)中心。 此時，USB接口、以太網(wǎng)接口等、GPRS/GSM接口、 CDMA接口等 傳輸方式變得更為重要。軟件方面，國內(nèi)外同類無線串口模塊產(chǎn)品主要基于Zigbee技術(shù)， 其代碼量大，使得系統(tǒng)成本偏高、耗電多。而且，當(dāng)兩個基于Zigbee 技術(shù)的子網(wǎng)共存時，它們會相互干擾，發(fā)生通信碰撞， 一個子網(wǎng)內(nèi)的 數(shù)據(jù)通信會喚醒另一個子網(wǎng)，從而降低通信效率，而且系統(tǒng)的耗電會 相應(yīng)增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，而提供一 種基于IEEE 802.15.4技術(shù)的短程無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)功能全面， 工作可靠，效率高并且運行成本低。本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種基于IEEE 802.15.4技術(shù)的短程無線 通信系統(tǒng)，其特征在于由傳輸層和串行通用模塊組成；傳輸層和串 行通用模塊之間通過基于IEEE 802.15.4技術(shù)無線連接。上述傳輸層可以由遠(yuǎn)程傳輸模塊和無線USB模塊組成，也可由 遠(yuǎn)程傳輸模塊或無線USB模塊單獨組成；遠(yuǎn)程傳輸模塊可以由無線以太網(wǎng)模塊、無線GPRS/GSM模塊，無線CDMA模塊任意組合組成， 也可由它們單獨組成。上述串行通用模塊可以由無線串口模塊和無線485模塊組成，也 可由無線串口模塊或無線485模塊單獨組成。一種適用于該系統(tǒng)的軟件程序，其特征在于包括自動組網(wǎng)和 自動網(wǎng)絡(luò)維護(hù)機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制、網(wǎng)內(nèi)接力機(jī)制和系統(tǒng)級優(yōu)化節(jié)電 機(jī)制；其中自動組網(wǎng)和自動網(wǎng)絡(luò)維護(hù)機(jī)制將每一個子網(wǎng)中的節(jié)點可分兩層協(xié)調(diào)器和普通節(jié)點，協(xié)調(diào)器管理普通節(jié)點，存儲節(jié)點信息，協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的工作，普通節(jié)點完成基本的數(shù)據(jù)收發(fā)，匯報自身狀態(tài)；子網(wǎng)內(nèi)的所 有節(jié)點采用統(tǒng)一編號方式，標(biāo)識自身的地址，地址范圍1-65500; 協(xié)調(diào)器工作的具體步驟為(a)在通電后，協(xié)調(diào)器首先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，初始化節(jié)點列表和路由表，確定連接關(guān)系。然后，從節(jié)點列表中的第一個普通節(jié)點開始，向其發(fā)送網(wǎng)絡(luò)維護(hù)幀，接收其應(yīng)答，査詢其狀態(tài)；(b) 如果在指定時間內(nèi)，協(xié)調(diào)器未接到該應(yīng)答，就可判定該普通 節(jié)點不在線，在節(jié)點列表中將其登記為出網(wǎng)狀態(tài)；如果接到應(yīng)答，就 可確定該普通節(jié)點在線，再進(jìn)一步判斷該節(jié)點原狀態(tài)是入網(wǎng)還是出 網(wǎng)；(c) 如果是入網(wǎng)，就不作任何操作，如果為出網(wǎng)，就向該節(jié)點發(fā) 送配置幀，對其進(jìn)行基本配置，主要是路由表，使其明確可以與其直 接傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點，同時明確接力傳輸時的接力節(jié)點；(d) 協(xié)調(diào)器在節(jié)點列表中重新設(shè)定該普通節(jié)點的狀態(tài)為入網(wǎng)； 普通節(jié)點工作的具體步驟為(a) 協(xié)調(diào)器是否發(fā)來網(wǎng)絡(luò)維護(hù)幀，如果是需要回復(fù)應(yīng)答幀；如果沒 有發(fā)來網(wǎng)絡(luò)維護(hù)幀就需要判斷協(xié)調(diào)器是否發(fā)來配置幀，如果是就需 要做相應(yīng)的配置，并回到初始狀態(tài)，如果沒有發(fā)來配置幀，也并回到 初始狀態(tài)；(b) 回復(fù)應(yīng)答幀后判斷是否需要收發(fā)數(shù)據(jù)，如果是判斷是否需要 接力傳輸，如果是進(jìn)行接力傳輸數(shù)據(jù)，如果不是就進(jìn)行直接傳輸數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制中各模塊節(jié)點之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀格式是前2個字節(jié)是發(fā)出數(shù)據(jù)的源節(jié)點自身的地址標(biāo)識，在程序中對應(yīng)于兩個字節(jié)變量的設(shè)定，每個模塊都有不同的自身地址；接下來的2個字節(jié)是目標(biāo) 節(jié)點的地址標(biāo)識；第5個字節(jié)是幀類型，置為0x10，代表數(shù)據(jù)幀； 第6個字節(jié)用于奇偶校驗，其算法簡潔而有效，加上MC13213帶有 的CRC校驗機(jī)制，充分保證網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性；接下來的字節(jié) 是實際的數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)均采用DES加密算法；網(wǎng)內(nèi)接力傳輸機(jī)制的每個節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先根據(jù)自身的路 由表確定是否可以直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點，如果不可以，就采用 接力傳輸，將數(shù)據(jù)連同目標(biāo)地址傳輸?shù)浇恿?jié)點，接力節(jié)點接到該數(shù) 據(jù)后，再跟據(jù)自身路由表確定是否還需要接力，這樣，逐級傳輸，直 到信息抵達(dá)目標(biāo)節(jié)點；系統(tǒng)級優(yōu)化節(jié)電機(jī)制的工作步驟是當(dāng)某個普通節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸 完畢后，若沒有待發(fā)送的新數(shù)據(jù)，經(jīng)過所設(shè)定的延時，該節(jié)點將轉(zhuǎn)入 節(jié)電模式，然后，再經(jīng)過短暫延時，會重新進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。上述無線USB模塊由USB接口單元、DC/DC電源電路、CPU和 天線RF單元4部分組成，USB接口單元、CPU和天線RF實行依次 雙向連接，USB接口單元的輸出端與DC/DC電源電路的輸入端口連 接，DC/DC電源電路的輸出端口分別與CPU和天線RF單元連接。上述無線串口模塊由DC/DC電源電路、RS-232接口單元、CPU、 天線RF單元和A/D轉(zhuǎn)換接口單元組成；RS-232接口單元、CPU和 天線RF單元實行依次雙向連接，A/D轉(zhuǎn)換接口單元的輸出端口與 CPU連接，DC/DC電源電路的輸出端口分別與RS-232接口單元、 CPU和天線RF單元的輸入端口連接。上述無線485模塊由DC/DC電源電路、RS-485接口單元、CPU、 天線RF單元和A/D轉(zhuǎn)換接口單元組成；其中RS-485 口采用芯片 MAX490，并與CPU和天線RF單元實行依次雙向連接，A/D轉(zhuǎn)換接 口單元的輸出端口與CPU連接，DC/DC電源電路的輸出端口分別與 RS-485接口單元、CPU和天線RF單元的輸入端口連接。上述無線以太網(wǎng)模塊由DC/DC電源電路、以太網(wǎng)接口單元、CPU 和天線RF單元組成；其中以太網(wǎng)接口單元采用ARM7處理器芯片， 并與CPU和天線RF單元實行依次雙向連接，DC/DC電源電路的輸出端口分別與以太網(wǎng)接口單元、CPU和天線RF單元的輸入端口連接。 上述無線GPRS/GSM模塊由DC/DC電源電路、GPRS/GSM單 元、CPU、天線RF單元和A/D轉(zhuǎn)換接口單元組成；其中GPRS/GSM 采用Simens的MC35子模塊，并與CPU、天線RF單元實行依次雙 向連接，A/D轉(zhuǎn)換接口單元的輸出端口與CPU連接，DC/DC電源電 路的輸出端口分別與RS-232接口單元、CPU和天線RF單元的輸入 端口連接。上述無線CDMA模塊由DC/DC電源電路、CDMA單元、CPU、 天線RF單元和A/D轉(zhuǎn)換接口單元；其中CDMA采用WAVECOM的 TS-WCC1，并與CPU、天線RF單元實行依次雙向連接，A/D轉(zhuǎn)換 接口單元的輸出端口與CPU連接，DC/DC電源電路的輸出端口分別 與RS-232接口單元、CPU和天線RF單元的輸入端口連接。上述無線RFID模塊由DC/DC電源電路、RFID單元、CPU、天 線RF單元組成；其中RFID采用TI的S6700芯片，并與CPU、天 線RF單元實行依次雙向連接?；谡鼸E 802.15.4技術(shù)的短程無線通信系統(tǒng)是一種分布式集散 型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最終只需要一個無線以太網(wǎng)模塊或無線GPRS/GSM、 CDMA模塊，就可以使遠(yuǎn)端服務(wù)器和我們的短程無線通信系統(tǒng)進(jìn)行 有效通信。我們引入基于IEEE 802.15.4技術(shù)的無線GPRS/GSM模塊 和CDMA模塊是為了方便某些沒有以太網(wǎng)或USB接入的應(yīng)用場合。 在這種場合，我們可以通過的GPRS/GSM、 CDMA的傳輸方式將短 程無線通信系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳入計算中心或服務(wù)器。本發(fā)明的優(yōu)點是1、硬件部分結(jié)構(gòu)簡單，可根據(jù)現(xiàn)場的實際情 況進(jìn)行配置、連接，因此可將多種無線傳輸和有線傳輸技術(shù)有機(jī)地結(jié) 合起來，使功能更加齊全、應(yīng)用更為廣泛?？蓮V泛應(yīng)用于無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)節(jié)能、工業(yè)控制、安全監(jiān)測、家庭自動化、環(huán)境和污染監(jiān) 控監(jiān)測、惡劣環(huán)境下的實時監(jiān)測、農(nóng)業(yè)自動化、電網(wǎng)和電站的實時監(jiān) 測監(jiān)控、醫(yī)療保健系統(tǒng)、醫(yī)院或監(jiān)獄等特殊場合的人員活動區(qū)域管理、 貴重物品管理、酒店或大樓門禁系統(tǒng)、無線抄表、無線遙控等。2、 軟件部分是基于IEEE 802.15.4技術(shù)的改進(jìn)，使得系統(tǒng)成本偏低、耗 電少、抗干擾能力強(qiáng)，通信效率高。


圖1是本發(fā)明的整個系統(tǒng)示意圖。圖2是無線USB模塊示意圖。圖3是無線串口模塊示意圖。圖4是無線485模塊示意圖。圖5是無線以太網(wǎng)模塊示意圖。圖6是無線GPRS/GSM模塊示意圖。圖7是無線CDMA模塊示意圖。圖8是無線RFID模塊示意圖。圖9是協(xié)調(diào)器主程序框圖。圖IO是普通節(jié)點主程序框圖。圖ll是協(xié)調(diào)器幀格式圖。圖12是普通節(jié)點回復(fù)應(yīng)答幀格式圖。圖13是配置幀格式圖。圖14是網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制各模塊節(jié)點之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀格式圖。 圖15是網(wǎng)內(nèi)接力傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀格式圖。
具體實施例方式如圖1所示 一種基于IEEE 802.15.4技術(shù)的短程無線通信系統(tǒng)， 其特征在于由無線串口模塊、無線485模塊、無線USB模塊、無 線以太網(wǎng)模塊、無線GPRS/GSM模塊，無線CDMA模塊、無線RFID 模塊和模擬量傳感器組成組成，并通過基于IEEE802.15.4的無線網(wǎng) 絡(luò)將它們連接起來。上述無線串口模塊、無線485模塊、無線以太網(wǎng) 模塊、無線GPRS/GSM模塊，無線CDMA模塊、無線RFID模塊均 可實時采集外部傳感器信號，同時實現(xiàn)串口到短程無線射頻的雙向通 信通道。CPU芯片選用Freescale公司專為RF射頻應(yīng)用而設(shè)計的 MC1321x，具體型號為MC13213。如圖2所示無線USB模塊由USB接口單元、DC/DC電源電 路、CPU和天線RF單元4部分組成。USB接口單元采用芯片CP2102， 實現(xiàn)USB接口到串口的轉(zhuǎn)換，其USB接口一側(cè)連接PC機(jī)終端，同 時為模塊提供+5V電源，其串口一側(cè)連接CPU; CPU芯片選用 Freescale公司專為RF射頻應(yīng)用而設(shè)計的MC1321x，具體型號為MC13213。它內(nèi)含微控制器內(nèi)核HCS08，片上外圍接口齊全，具有 和802.15.4標(biāo)準(zhǔn)兼容的片上射頻收發(fā)單元。在MC13213的控制下， 該模塊實現(xiàn)USB 口到短程無線射頻的雙向通信通道。如圖3所示無線串口模塊由直流+6V +12V輸入的DC/DC電 源電路、RS-232接口單元、CPU、天線RF單元和A/D轉(zhuǎn)換接口五 部分組成。其中RS-232串口采用MAX3318E作為電平轉(zhuǎn)換芯片； A/D轉(zhuǎn)換接口連接傳感器到CPU (MC13213)片上模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該 模塊可實時采集外部傳感器信號，同時實現(xiàn)RS-232串口到短程無線 射頻的雙向通信通道。如圖4所示無線485模塊由直流+6V +12V輸入的DC/DC電 源電路、RS-485接口單元、CPU、天線RF單元和A/D轉(zhuǎn)換接口五 部分組成。其中RS-485 口采用芯片MAX490。該模塊可實時采集外 部傳感器信號，同時實現(xiàn)RS-485 口到短程無線射頻的雙向通信通道。如圖5所示無線以太網(wǎng)模塊由直流+6V +12V輸入的DC/DC 電源電路、以太網(wǎng)接口單元、CPU、天線RF單元四部分組成。其中 以太網(wǎng)接口采用ARM7處理器芯片；ARM7芯片與CPU (MC13213) 通過串口連接。該模塊可實時采集外部傳感器信號，同時實現(xiàn)Internet 到短程無線射頻的雙向通信通道。如圖6所示無線GPRS/GSM模塊由直流+6V +12V輸入的 DC/DC電源電路、GPRS/GSM單元、CPU、天線RF單元和A/D轉(zhuǎn) 換接口 5部分組成。其中GPRS/GSM采用Simens的MC35子模塊， 通過串口與MC13213連接。該模塊可實時采集外部傳感器信號，同 時實現(xiàn)GPRS/GSM到短程無線射頻的雙向通信通道。如圖7所示無線CDMA模塊由直流+6V +12V輸入的DC/DC 電源電路、CDMA單元、CPU、天線RF單元和A/D轉(zhuǎn)換接口 5部分 組成。其中CDMA采用WAVEC0M的TS-WCC1。該模塊可實時采 集外部傳感器信號，同時實現(xiàn)CDMA到短程無線射頻的雙向通信通 道。如圖8所示無線RFID模塊由直流+6V +12V輸入的DC/DC 電源電路、RFID單元、CPU、天線RF單元4部分組成。其中RFID 采用TI的S6700芯片，實現(xiàn)符合IS015693標(biāo)準(zhǔn)的讀卡器功能，通過SPI接口與CPU中央處理器連接。該模塊可實時采集外部傳感器信 號，同時實現(xiàn)RFID到短程無線射頻的雙向通信通道。
上述天線RF單元選用CPU (MC13213)的射頻接口通用電路。 嵌入式軟件部分基于IEEE802.15.4物理層和媒體控制層的數(shù)字 通信技術(shù)，具有自動組網(wǎng)、自動網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)內(nèi)接力和系 統(tǒng)級優(yōu)化節(jié)電等功能。尤其它的網(wǎng)絡(luò)自組織功能強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)初始化簡單， 具有自愈功能，大大簡化了系統(tǒng)安裝成本，提高安裝效率。每一個通 信子網(wǎng)可最多容納65500個節(jié)點。應(yīng)用程序接口(API)為RS-232/485 串行通訊、USB接口、以太網(wǎng)接口、 GPRS/GSM/CDMA通訊、A/D 轉(zhuǎn)換等提供服務(wù)。其中，無線以太網(wǎng)模塊內(nèi)部運行一個網(wǎng)頁服務(wù)器， 為我們的無線通信系統(tǒng)提供基于網(wǎng)頁的用戶服務(wù)平臺。
在這種無線通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，我們通過開發(fā)靈活而可靠的應(yīng)用層協(xié) 議，實現(xiàn)上述功能。所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都按照協(xié)議進(jìn)行組網(wǎng)連接、數(shù)據(jù)打 包和數(shù)據(jù)解包，協(xié)同一致的完成網(wǎng)絡(luò)組織和自愈、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送操 作。
1.自動組網(wǎng)和自動網(wǎng)絡(luò)維護(hù)
每一個子網(wǎng)中的節(jié)點可分兩層協(xié)調(diào)器(Cordinator)和普通節(jié) 點(EndDevice),協(xié)調(diào)器管理普通節(jié)點，存儲節(jié)點信息，協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò) 的工作，普通節(jié)點完成基本的數(shù)據(jù)收發(fā)，匯報自身狀態(tài)。子網(wǎng)內(nèi)的所 有節(jié)點采用統(tǒng)一編號方式，標(biāo)識自身的地址，地址范圍1-65500。在 通電后，協(xié)調(diào)器首先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，初始化節(jié)點列表和路由表，確定 連接關(guān)系。然后，從節(jié)點列表中的第一個普通節(jié)點開始，向其發(fā)送網(wǎng) 絡(luò)維護(hù)幀，接收其應(yīng)答，査詢其狀態(tài)。幀格式如圖ll所示在網(wǎng)絡(luò)維 護(hù)幀中，協(xié)調(diào)器首先標(biāo)識自身地址，然后置幀類型字節(jié)為0x01，最后 附上目標(biāo)普通節(jié)點地址。目標(biāo)普通節(jié)點如果在線，收到該幀后，回復(fù) 應(yīng)答幀，其它節(jié)點對該幀不予回復(fù)。應(yīng)答幀格式如圖12所示，其中幀 類型字節(jié)置為0x02。
如果在指定時間內(nèi)，協(xié)調(diào)器未接到該應(yīng)答，就可判定該普通節(jié)點 不在線，在節(jié)點列表中將其登記為出網(wǎng)狀態(tài)；如果接到應(yīng)答，就可確 定該普通節(jié)點在線，再進(jìn)一步判斷該節(jié)點原狀態(tài)是入網(wǎng)還是出網(wǎng)，如 果是入網(wǎng)，就不作任何操作，如果為出網(wǎng)，就向該節(jié)點發(fā)送配置幀，對其進(jìn)行基本配置，主要是路由表，使其明確可以與其直接傳輸數(shù)據(jù) 的節(jié)點，同時明確接力傳輸時的接力節(jié)點。然后協(xié)調(diào)器在節(jié)點列表中
重新設(shè)定該普通節(jié)點的狀態(tài)為入網(wǎng)。配置幀的格式如圖13所示，幀 類型字節(jié)置為0x03:配置完畢后，協(xié)調(diào)器以相同的方式查詢網(wǎng)絡(luò)內(nèi)
部的下一個普通節(jié)點，這樣依次將所有普通節(jié)點査詢一遍，然后循環(huán)。 這樣，協(xié)調(diào)器就可感知每個普通節(jié)點的存在，對普通節(jié)點進(jìn)行配 置，在網(wǎng)絡(luò)中實時的增加和刪除節(jié)點，從而實現(xiàn)自動組網(wǎng)和自動網(wǎng)絡(luò)
維護(hù)。協(xié)調(diào)器和普通節(jié)點的主程序框圖分別如圖9和圖10。
2.網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制
基于IEEE802.15.4物理層和媒體控制層接口，我們自定義應(yīng)用 層數(shù)據(jù)傳輸格式，并采取加密措施，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。各模塊節(jié)點 之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀格式約定如圖14所示前2個字節(jié)是發(fā)出數(shù)據(jù)的 源節(jié)點自身的地址標(biāo)識，在程序中對應(yīng)于兩個字節(jié)變量的設(shè)定，每個 模塊都有不同的自身地址；接下來的2個字節(jié)是目標(biāo)節(jié)點的地址標(biāo) 識；第5個字節(jié)是幀類型，置為0x10，代表數(shù)據(jù)幀；第6個字節(jié)用 于奇偶校驗，其算法簡潔而有效，加上MC13213帶有的CRC校驗機(jī) 制，充分保證網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性；接下來的字節(jié)是實際的數(shù)據(jù)， 所有的數(shù)據(jù)均采用DES加密算法，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?3.網(wǎng)內(nèi)接力機(jī)制
為了增大數(shù)據(jù)傳輸距離，進(jìn)而增大網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積，我們引入網(wǎng)內(nèi) 接力傳輸機(jī)制。每個節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先根據(jù)自身的路由表確定 是否可以直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點，如果不可以，就采用接力傳輸， 將數(shù)據(jù)連同目標(biāo)地址傳輸?shù)浇恿?jié)點，接力節(jié)點接到該數(shù)據(jù)后，再跟 據(jù)自身路由表確定是否還需要接力，這樣，逐級傳輸，直到信息抵達(dá) 目標(biāo)節(jié)點。在本系統(tǒng)中，進(jìn)行接力傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀格式如圖15所示， 幀類型字節(jié)置為0x20:
4.系統(tǒng)級優(yōu)化節(jié)電機(jī)制
我們從整個系統(tǒng)角度，充分考慮優(yōu)化節(jié)電、降低功耗。當(dāng)某個普 通節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸完畢后，若沒有待發(fā)送的新數(shù)據(jù)，經(jīng)過所設(shè)定的延 時，該節(jié)點將轉(zhuǎn)入節(jié)電模式，然后，再經(jīng)過短暫延時，會重新進(jìn)入數(shù) 據(jù)傳輸狀態(tài)。
權(quán)利要求
1、一種基于IEEE 802.15.4技術(shù)的短程無線通信系統(tǒng)，其特征在于由傳輸層和串行通用模塊組成；傳輸層和串行通用模塊之間通過基于IEEE 802.15.4技術(shù)無線連接。
2、 一種適用于基于IEEE 802.15.4技術(shù)的短程無線通信系統(tǒng)的軟 件程序，其特征在于包括自動組網(wǎng)和自動網(wǎng)絡(luò)維護(hù)機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)安 全機(jī)制、網(wǎng)內(nèi)接力機(jī)制和系統(tǒng)級優(yōu)化節(jié)電機(jī)制；其中自動組網(wǎng)和自動網(wǎng)絡(luò)維護(hù)機(jī)制將每一個子網(wǎng)中的節(jié)點可分兩層 協(xié)調(diào)器和普通節(jié)點，協(xié)調(diào)器管理普通節(jié)點，存儲節(jié)點信息，協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò) 的工作，普通節(jié)點完成基本的數(shù)據(jù)收發(fā)，匯報自身狀態(tài)；子網(wǎng)內(nèi)的所 有節(jié)點采用統(tǒng)一編號方式，標(biāo)識自身的地址，地址范圍1-65500;協(xié)調(diào)器工作的具體步驟為 (a)在通電后，協(xié)調(diào)器首先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，初始化節(jié)點列表和路由表，確定連接關(guān)系。然后，從節(jié)點列表中的第一個普通節(jié)點開始，向其發(fā)送網(wǎng)絡(luò)維護(hù)幀，接收其應(yīng)答，査詢其狀態(tài)；(b) 如果在指定時間內(nèi)，協(xié)調(diào)器未接到該應(yīng)答，就可判定該普通節(jié)點不在線，在節(jié)點列表中將其登記為出網(wǎng)狀態(tài)；如果接到應(yīng)答，就可確定該普通節(jié)點在線，再進(jìn)一步判斷該節(jié)點原狀態(tài)是入網(wǎng)還是出網(wǎng)；(c) 如果是入網(wǎng)，就不作任何操作，如果為出網(wǎng)，就向該令點發(fā)送配置幀，對其進(jìn)行基本配置，主要是路由表，使其明確可以與其直接傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點，同時明確接力傳輸時的接力節(jié)點；(d) 協(xié)調(diào)器在節(jié)點列表中重新設(shè)定該普通節(jié)點的狀態(tài)為入網(wǎng)；普通節(jié)點工作的具體步驟為(a) 協(xié)調(diào)器是否發(fā)來網(wǎng)絡(luò)維護(hù)幀，如果是需要回復(fù)應(yīng)答幀；如果沒 有發(fā)來網(wǎng)絡(luò)維護(hù)幀就需要判斷協(xié)調(diào)器是否發(fā)來配置幀，如果是就需 要做相應(yīng)的配置，并回到初始狀態(tài)，如果沒有發(fā)來配置幀，也并回到 初始狀態(tài)；(b) 回復(fù)應(yīng)答幀后判斷是否需要收發(fā)數(shù)據(jù)，如果是判斷是否需要 接力傳輸，如果是進(jìn)行接力傳輸數(shù)據(jù)，如果不是就進(jìn)行直接傳輸數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制中各模塊節(jié)點之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀格式是前2個字節(jié)是發(fā)出數(shù)據(jù)的源節(jié)點自身的地址標(biāo)識，在程序中對應(yīng)于兩個字節(jié)變量的設(shè)定，每個模塊都有不同的自身地址；接下來的2個字節(jié)是目標(biāo) 節(jié)點的地址標(biāo)識；第5個字節(jié)是幀類型，置為0x10，代表數(shù)據(jù)幀； 第6個字節(jié)用于奇偶校驗，其算法簡潔而有效，加上MC13213帶有 的CRC校驗機(jī)制，充分保證網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性；接下來的字節(jié) 是實際的數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)均采用DES加密算法；網(wǎng)內(nèi)接力傳輸機(jī)制的每個節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先根據(jù)自身的路 由表確定是否可以直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點，如果不可以，就采用 接力傳輸，將數(shù)據(jù)連同目標(biāo)地址傳輸?shù)浇恿?jié)點，接力節(jié)點接到該數(shù) 據(jù)后，再跟據(jù)自身路由表確定是否還需要接力，這樣，逐級傳輸，直 到信息抵達(dá)目標(biāo)節(jié)點；系統(tǒng)級優(yōu)化節(jié)電機(jī)制的工作步驟是當(dāng)某個普通節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸 完畢后，若沒有待發(fā)送的新數(shù)據(jù)，經(jīng)過所設(shè)定的延時，該節(jié)點將轉(zhuǎn)入 節(jié)電模式，然后，再經(jīng)過短暫延時，會重新進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEEE 802.15.4技術(shù)的短程無線通 信系統(tǒng)，其特征在于上述傳輸層可以由遠(yuǎn)程傳輸模塊和無線USB 模塊組成，也可由遠(yuǎn)程傳輸模塊或無線USB模塊單獨組成；遠(yuǎn)程傳 輸模塊可以由無線以太網(wǎng)模塊、無線GPRS/GSM模塊，無線CDMA 模塊任意組合組成，也可由它們單獨組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEEE 802.15.4技術(shù)的短程無線通 信系統(tǒng)，其特征在于上述串行通用模塊可以由無線串口模塊和無線 485模塊組成，也可由無線串口模塊或無線485模塊單獨組成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEEE 802.15.4技術(shù)的短程無線通 信系統(tǒng)，其特征在于上述無線USB模塊由USB接口單元、DC/DC 電源電路、CPU和天線RF單元4部分組成，USB接口單元、CPU 和天線RF實行依次雙向連接，USB接口單元的輸出端與DC/DC電 源電路的輸入端口連接，DC/DC電源電路的輸出端口分別與CPU和 天線RF單元連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEEE 802.15.4技術(shù)的短程無線通 信系統(tǒng)，其特征在于上述無線串口模塊由DC/DC電源電路、RS-232 接口單元、CPU、天線RF單元和A/D轉(zhuǎn)換接口單元組成；RS-232接口單元、CPU和天線RF單元實行依次雙向連接，A/D轉(zhuǎn)換接口單 元的輸出端口與CPU連接，DC/DC電源電路的輸出端口分別與 RS-232接口單元、CPU和天線RF單元的輸入端口連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEEE 802.15.4技術(shù)的短程無線通 信系統(tǒng)，其特征在于上述無線485模塊由DC/DC電源電路、RS-485 接口單元、CPU、天線RF單元和A/D轉(zhuǎn)換接口單元組成；其中RS-485 口采用芯片MAX490，并與CPU和天線RF單元實行依次雙向連接， A/D轉(zhuǎn)換接口單元的輸出端口與CPU連接，DC/DC電源電路的輸出 端口分別與RS-485接口單元、CPU和天線RF單元的輸入端口連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEEE 802.15.4技術(shù)的短程無線通 信系統(tǒng)，其特征在于上述無線以太網(wǎng)模塊由DC/DC電源電路、以 太網(wǎng)接口單元、CPU和天線RF單元組成；其中以太網(wǎng)接口單元采用 ARM7處理器芯片，并與CPU和天線RF單元實行依次雙向連接， DC/DC電源電路的輸出端口分別與以太網(wǎng)接口單元、CPU和天線RF 單元的輸入端口連接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEEE 802.15.4技術(shù)的短程無線通 信系統(tǒng)，其特征在于上述無線GPRS/GSM模塊由DC/DC電源電路、 GPRS/GSM單元、CPU、天線RF單元和A/D轉(zhuǎn)換接口單元組成；其 中GPRS/GSM采用Simens的MC35子模塊，并與CPU、天線RF單 元實行依次雙向連接，A/D轉(zhuǎn)換接口單元的輸出端口與CPU連接， DC/DC電源電路的輸出端口分別與RS-232接口單元、CPU和天線 RF單元的輸入端口連接。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEEE 802.15.4技術(shù)的短程無線 通信系統(tǒng)，其特征在于上述無線CDMA模塊由DC/DC電源電路、 CDMA單元、CPU、天線RF單元和A/D轉(zhuǎn)換接口單元；其中CDMA 采用WAVECOM的TS-WCC1 ，并與CPU、天線RF單元實行依次雙 向連接，A/D轉(zhuǎn)換接口單元的輸出端口與CPU連接，DC/DC電源電 路的輸出端口分別與RS-232接口單元、CPU和天線RF單元的輸入 端口連接。
全文摘要
一種基于IEEE 802.15.4技術(shù)的短程無線通信系統(tǒng)，由傳輸層和串行通用模塊組成；傳輸層和串行通用模塊之間通過基于IEEE802.15.4技術(shù)無線連接。本發(fā)明的優(yōu)點是1.硬件部分結(jié)構(gòu)簡單，可根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進(jìn)行配置、連接，因此可將多種無線傳輸和有線傳輸技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，使其功能更加齊全、應(yīng)用更為廣泛。2.軟件部分是基于IEEE 802.15.4技術(shù)的改進(jìn)，使得系統(tǒng)成本偏低、耗電少、抗干擾能力強(qiáng)，通信效率高。
文檔編號H04L29/10GK101552705SQ20081005259
公開日2009年10月7日 申請日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者吳建兵 申請人:天津伊諾塞特電子技術(shù)有限公司