專利名稱：基于Zigbee技術(shù)的設(shè)備維護與配置系統(tǒng)及其通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)備維護與配置的通信方法，尤其是一種基于Zigbee技術(shù)的設(shè)備維護與配置置系統(tǒng)及其通信方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、低復(fù)雜度的雙向無線通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采取了 IEEE 802. 15. 4協(xié)議的物理層和MAC層，并在此基礎(chǔ)上增加了網(wǎng)絡(luò)層、網(wǎng)絡(luò)安全和應(yīng)用層。Zigbee網(wǎng)絡(luò)由三種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點、終端節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器包含所有的網(wǎng)絡(luò)消息，存儲容量大、計算能力最強，發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立一個網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、存儲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息、尋找一對節(jié)點間的路由消息、不間斷地接收消息；路由節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)中的中繼，連接網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點，延伸和擴展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。終端節(jié)點是只能直接發(fā)消息給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和路由節(jié)點，所有采集的數(shù)據(jù)信息都經(jīng)過該節(jié)點而進入Zigbee 通信網(wǎng)絡(luò)，對處理能力和內(nèi)存的需求低。設(shè)備在出廠前會經(jīng)過調(diào)試與檢測，在出廠前的調(diào)試與檢測基本上都是通過網(wǎng)口、 串口或光口進行，即外接網(wǎng)線、串口線或光纖至調(diào)試、檢測與配置的主機，由主機來對設(shè)備進行調(diào)試與配置。然而當(dāng)設(shè)備出廠給用戶之后，設(shè)備很有可能運行在比較苛刻的環(huán)境下，一旦安裝后，人力比較難以觸及，對現(xiàn)場設(shè)備的升級、配置以及調(diào)試將非常困難，需要人工觸及設(shè)備，接上網(wǎng)線、串口線或光纖拉出來，才能進行調(diào)試、維護與配置。但是危險往往發(fā)生在人工觸及設(shè)備，接上網(wǎng)線、串口線或光纖拉出來的過程中，同時在用戶體驗上也比較差。比如說電力系統(tǒng)中用于城鄉(xiāng)電網(wǎng)的戶外開關(guān)遠方終端裝置，該裝置負責(zé)柱上開關(guān)等開關(guān)設(shè)備的開關(guān)量及測量量的采集，饋電線路的故障識別、故障定位、故障隔離。該裝置安裝在桿塔上，用戶對該設(shè)備的維護與配置，需要爬上桿塔，接上很長的網(wǎng)線，然后再回到地面上，將網(wǎng)口接入計算機進行現(xiàn)場維護與配置，爬桿拉網(wǎng)線的過程就是比較危險的過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，即設(shè)備現(xiàn)場運行在比較復(fù)雜的條件下時，采用有線的方式對設(shè)備進行調(diào)試、維護與配置，需要人工將線連上設(shè)備與計算機，而人工連線這個過程很可能是比較危險的，而且也降低用戶體驗。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種基于Zigbee技術(shù)的設(shè)備維護與配置系統(tǒng)，包括Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，其特征在于終端節(jié)點與設(shè)備相連接，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與計算機或手持維護終端連接， 由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點所形成的網(wǎng)絡(luò)來承載設(shè)備與計算機之間傳遞的調(diào)試、維護與配置數(shù)據(jù)。前述的基于Zigbee技術(shù)的設(shè)備維護與配置系統(tǒng)，其特征在于終端節(jié)點與被維護設(shè)備間的連接包括兩種方式，一種方式直接將終端節(jié)點做成一塊電路板，由設(shè)備來進行供電，然后通過引腳相聯(lián)，設(shè)備與終端節(jié)點之間采用串行異步通信方式；另一種方式將終端節(jié)點封裝成微型裝置，微型裝置與設(shè)備間采用有線連接，接口可采用RS232、RS485或網(wǎng)口等多種形式。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與計算機之間采用USB接口，當(dāng)其與計算機連上后，自動將USB接口映射成COM串口，與計算機上的設(shè)備管理應(yīng)用程序之間通信遵循通用的RS232接口協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過計算機的USB接口進行供電。一種基于Zigbee技術(shù)的設(shè)備維護與配置系統(tǒng)的通信方法，其特征在于，包括以下步驟
1)在終端節(jié)點實現(xiàn)Zigbee協(xié)議棧，終端節(jié)點與被維護設(shè)備之間通過引腳直接相連或串口線相連，在該引腳或串口線上實現(xiàn)UART通信；
2)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器實現(xiàn)Zigbee協(xié)議棧，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與計算機之間采用USB接口相連；
3)由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器首先建立某一信道的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，終端節(jié)點搜查到該網(wǎng)絡(luò)后，進行網(wǎng)絡(luò)加入申請；
4)對終端節(jié)點進行安全認證，認證通過，兩點無線通道建立；
5)被維護設(shè)備從UART接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，管理應(yīng)用程序從USB接口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，被維護設(shè)備與管理應(yīng)用程序之間的調(diào)試數(shù)據(jù)、配置數(shù)據(jù)以及版本數(shù)據(jù)都將通過該 Zigbee的無線通道進行傳輸。本發(fā)明技術(shù)方案的顯著性進步和特點主要體現(xiàn)在充分利用Zigbee技術(shù)低功耗、 低復(fù)雜度和短距離等特點，將其應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備的維護與配置中；不再采用有線方式來承載調(diào)試、配置與軟件版本數(shù)據(jù)，而采用無線的方式進行承載，大大增加了維護的方便性、增強了用戶體驗，用戶甚至可以直接在車內(nèi)進行設(shè)備維護的工作，無需在惡劣的設(shè)備運行環(huán)境下進行維護與配置工作。


附圖1為本發(fā)明的設(shè)備維護與配置方法對比示意附圖2為本發(fā)明的戶外開關(guān)遠端裝置的維護與配置方法示意圖； 附圖3為本發(fā)明的設(shè)備維護與配置方法工作順序流程圖。
具體實施例方式一種基于Zigbee技術(shù)的設(shè)備維護與配置的通信方法，涉及到Zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、被維護設(shè)備以及設(shè)備管理應(yīng)用程序，該方法充分利用無線技術(shù)布置簡單、視距可靠傳輸?shù)葍?yōu)點，將Zigbee無線技術(shù)作為被維護設(shè)備以及設(shè)備管理應(yīng)用程序之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?。本發(fā)明以戶外開關(guān)遠端裝置的維護與配置方法為例進行具體實施，在將戶外開關(guān)遠端裝置與終端節(jié)點相連，將網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器連上計算機之后，主要包括以下步驟
步驟一網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進行信道掃描，對掃描到的信道進行排序，選擇干擾最少的信道作為本網(wǎng)絡(luò)的信道，并為其分配網(wǎng)絡(luò)ID而形成私有局域網(wǎng)絡(luò)；
步驟二 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器在選擇的信道上發(fā)送信標(biāo)幀，用于信道同步和用于終端節(jié)點的接
入；步驟三終端節(jié)點通過掃描發(fā)現(xiàn)該網(wǎng)絡(luò)后，進行網(wǎng)絡(luò)選擇并發(fā)送網(wǎng)絡(luò)接入請求給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器；
步驟四網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器收到終端節(jié)點的接入請求后，將查詢鄰居表確認設(shè)備并為其分配 16位短地址，同時更新自己的鄰居表，并給終端節(jié)點返回確認信息；
步驟五終端節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器之間要進行雙向安全認證，分別保證對方的合法性， 安全認證的算法可采用常用用戶名密碼的方式，用戶名和密碼可采用MD5加密；
步驟六網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器將認證通過的終端節(jié)點與被維護設(shè)備信息上報給管理應(yīng)用程序； 步驟七當(dāng)存在多個終端節(jié)點時，設(shè)備管理應(yīng)用程序需要選擇某個具體的終端節(jié)點進行通信，因此，需要經(jīng)過設(shè)備管理應(yīng)用程序選擇被維護設(shè)備，即終端節(jié)點來進行信息的交互通信；
步驟八到此，被維護設(shè)備與設(shè)備管理應(yīng)用程序之間的通道已建立，設(shè)備管理應(yīng)用程序?qū)⒄{(diào)試信息、配置管理或版本數(shù)據(jù)都可下發(fā)給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器；
步驟九網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器將來自設(shè)備管理應(yīng)用程序的所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到空中接口 ； 步驟十終端節(jié)點將空中接口收到的數(shù)據(jù)進行解碼，并將數(shù)據(jù)通過UART接口發(fā)送給被維護設(shè)備；
步驟十一由終端節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器所形成的網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成了承載被維護設(shè)備與設(shè)備管理應(yīng)用程序之間通信數(shù)據(jù)的有效而可靠的通道，雙向數(shù)據(jù)都在該通道上進行可靠地傳送。綜上所述，采用本發(fā)明后，能夠有效地克服被維護設(shè)備在網(wǎng)線、串口線或光纖下調(diào)試與配置所帶來布線復(fù)雜，改造更加困難，甚至帶來人身安全等問題，被維護設(shè)備與設(shè)備配置管理應(yīng)用程序不用關(guān)心無線通道的實現(xiàn)，效果上等同于一根有線進行傳輸，特別適用于智能設(shè)備的管理、維護、配置與升級，尤其是給人帶了較大麻煩或人身安全的惡劣的工作環(huán)境下的運行設(shè)備。由此可見，本發(fā)明具有顯著性進步和優(yōu)化提高的特點，其應(yīng)用前景非常廣闊。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例子而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制， 凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與裝飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于Zigbee技術(shù)的設(shè)備維護與配置系統(tǒng)，包括Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，其特征在于終端節(jié)點與設(shè)備相連接，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與計算機或手持維護終端連接，由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點所形成的網(wǎng)絡(luò)承載設(shè)備與計算機之間傳遞的調(diào)試、維護與配置數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee技術(shù)的設(shè)備維護與配置系統(tǒng)，其特征在于終端節(jié)點與被維護設(shè)備間的連接包括兩種方式，一種方式直接將終端節(jié)點做成一塊電路板，由設(shè)備來進行供電，通過引腳相聯(lián)，設(shè)備與終端節(jié)點之間采用串行異步通信方式；另一種方式將終端節(jié)點封裝成微型裝置，微型裝置與設(shè)備間采用有線連接，接口采用RS232、RS485或網(wǎng)口形式；網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與計算機之間采用USB接口，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與計算機連接后，自動將USB接口映射成COM串口，與計算機上的設(shè)備管理應(yīng)用程序之間通信遵循通用的RS232接口協(xié)議； 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過計算機的USB接口進行供電。
3.一種基于Zigbee技術(shù)的設(shè)備維護與配置系統(tǒng)的通信方法，其特征在于，包括以下步驟在終端節(jié)點實現(xiàn)Zigbee協(xié)議棧，終端節(jié)點與被維護設(shè)備之間通過引腳直接相連或串口線相連，在該引腳或串口線上實現(xiàn)UART通信；在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器實現(xiàn)Zigbee協(xié)議棧，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與計算機之間采用USB接口相連； 由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器首先建立某一信道的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，終端節(jié)點搜查到該網(wǎng)絡(luò)后，進行網(wǎng)絡(luò)加入申請；對終端節(jié)點進行安全認證，認證通過，兩點無線通道建立；被維護設(shè)備從UART接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，管理應(yīng)用程序從USB接口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)， 被維護設(shè)備與管理應(yīng)用程序之間的調(diào)試數(shù)據(jù)、配置數(shù)據(jù)以及版本數(shù)據(jù)都通過Zigbee的無線通道進行傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee技術(shù)的設(shè)備維護與配置系統(tǒng)的通信方法，其特征在于在所述步驟3)中包括以下步驟31)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進行信道掃描，對掃描到的信道進行排序，選擇干擾最少的信道作為本網(wǎng)絡(luò)的信道，并為其分配網(wǎng)絡(luò)ID而形成私有局域網(wǎng)絡(luò)；32)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器在選擇的信道上發(fā)送信標(biāo)幀，用于信道同步和用于終端節(jié)點的接入；33)終端節(jié)點通過掃描發(fā)現(xiàn)該網(wǎng)絡(luò)后，進行網(wǎng)絡(luò)選擇并發(fā)送網(wǎng)絡(luò)接入請求給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器；34)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器收到終端節(jié)點的接入請求后，將查詢鄰居表確認設(shè)備并為其分配16位短地址，同時更新自己的鄰居表，并給終端節(jié)點返回確認信息；35)終端節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器之間要進行雙向安全認證，分別保證對方的合法性；36)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器將認證通過的終端節(jié)點與被維護設(shè)備信息上報給管理應(yīng)用程序；37)當(dāng)存在多個終端節(jié)點時，設(shè)備管理應(yīng)用程序選擇某個具體的終端節(jié)點進行通信，經(jīng)過設(shè)備管理應(yīng)用程序選擇被維護設(shè)備來進行信息的交互通信；38)設(shè)備管理應(yīng)用程序?qū)⒄{(diào)試信息、配置管理或版本數(shù)據(jù)下發(fā)給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee技術(shù)的設(shè)備維護與配置系統(tǒng)的通信方法，其特征在于在所述步驟5)中包括以下步驟51)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器將來自設(shè)備管理應(yīng)用程序的所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到空中接口；52)終端節(jié)點將空中接口收到的數(shù)據(jù)進行解碼，并將數(shù)據(jù)通過UART接口發(fā)送給被維護設(shè)備；53)由終端節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器所形成的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了承載被維護設(shè)備與設(shè)備管理應(yīng)用程序之間通信數(shù)據(jù)的通道，雙向數(shù)據(jù)都在該通道上進行傳送。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于Zigbee技術(shù)的設(shè)備維護與配置系統(tǒng)及其通信方法,基于Zigbee技術(shù)的設(shè)備維護與配置系統(tǒng)包括Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，其特征在于終端節(jié)點與設(shè)備相連接，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與計算機或手持維護終端連接，由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點所形成的網(wǎng)絡(luò)承載設(shè)備與計算機之間傳遞的調(diào)試、維護與配置數(shù)據(jù)。本發(fā)明充分利用Zigbee技術(shù)低功耗、低復(fù)雜度和短距離等特點，將其應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備的維護與配置中，不再采用有線方式來承載調(diào)試、配置與軟件版本數(shù)據(jù)，而采用無線的方式進行承載，大大增加了維護的方便性。
文檔編號H04W24/04GK102291748SQ201110200628
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者劉亮, 張笑天, 張雷, 徐大可, 楊春瑜, 賴曉路 申請人:國電南京自動化股份有限公司