CN106686598A - 一种Zigbee网络的节点接入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Zigbee网络的节点接入方法，通过协调器广播待接入节点的节点信息；路由节点接收节点信息写入地址池中、开启允许入网功能，并向协调器上报状态参数；协调器接收状态参数，并根据状态参数设定各个路由节点的优先级；待接入节点广播信标帧；接收到信标帧的路由节点将信标帧中的节点信息与地址池中的节点信息进行匹配，在匹配成功时，向协调器发送允许响应请求；协调器根据接收到的各个允许响应请求对应的优先级选择最高的作为目的路由节点，并允许该目的路由节点向待接入节点发送响应帧；待接入节点接收响应帧并接入该目的路由节点。本发明解决密钥不同但仍能正确分配到Zigbee网络地址的问题，从源头杜绝非法设备的数据交互。

Description

一种Zigbee网络的节点接入方法
技术领域
本发明属于智能家居技术领域，具体涉及一种Zigbee网络的节点接入方法。
背景技术
ZIGBEE技术采用802.15.4定义了物理层及MAC层，并支持Mesh拓扑。由于具有网络容量大、优良的网络拓扑能力、布网简单、低功耗的特点。其在物联网领域的覆盖范围也迅速扩散，应用场合也由城市建设领域逐渐覆盖到家庭家电领域。
不同家电厂商的家用电器通常会有自身的通信或控制协议。为了可以实现不同厂商的设备可以互联互通，目前各大智能家居应用厂商都在向某一种标准协议靠拢。
但是，兼容性的提高给用户带来不必要的麻烦，例如A/B用户为邻居关系，分别与X/Y厂商的设备互相兼容，这样，即使A/B用户所购得产品不同，但他们在各自将新产品加入到各自的家居***中，就有可能出现A用户的产品加入到B用户的智能家居***的情况。这种情况，无论是从用户操作体验上还是从安全性的考虑都是用户不能接受的。
基于这种情况，各大厂商也纷纷设定一些组网机制来尽量避免该类事件发生，比如：近距离组网、按键组网等。这些组网机制虽然一定程度上可以减少A/B用户之间的尴尬。
虽然ZIGBEE协议本身也有加密机制，不同密钥的设备无法正常通讯，但其加密机制是作用在APS层，所以即使两个设备密钥不同也能够被正确分配网络地址，区别在于密钥不同的设备不能够正常数据交互，ZIGBEE技术也对被正确分配地址的不同密钥的设备进行退网处理。因此，尽管近距离组网、按键组网等技术在一定程度上能够缓解不必要的麻烦，但无法解决根本性问题，比如：一墙之隔小区业主、频繁发起入网请求的流氓节点等等。这些都对未来家电的安全隐私方面带来影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种Zigbee网络的节点接入方法，以确保Zigbee网络的安全性。
一种Zigbee网络的节点接入方法，包括路由节点和通过路由节点接入Zigbee网络的终端节点，所述路由节点包括协调器和路由器，且有一个路由节点为协调器，所述节点接入方法包括如下步骤：
(1)通过协调器在所述Zigbee网络中广播待接入节点的节点信息；
(2)路由节点接收所述的节点信息并写入预设的地址池中，且在接收到所述节点信息后开启允许入网功能，并向协调器上报自身的状态参数，所述的状态参数包括信号强度、负载数和路由深度；
(3)协调器接收到来自路由节点的状态参数，并根据自身的状态参数和接收到的状态参数设定各个路由节点的优先级；
(4)待接入节点向所述Zigbee网络广播信标帧，所述信标帧包括待接入节点的节点信息；
(5)每一个接收到所述信标帧的路由节点将待接入节点的节点信息与自身的地址池中的节点信息进行匹配，在匹配成功时，向协调器发送允许响应请求；
(6)协调器根据接收到的各个允许响应请求对应路由节点的优先级选择最高的作为目的路由节点，并允许该目的路由节点向待接入节点发送响应帧，所述响应帧中包含该目的路由节点的地址信息；
(7)待接入节点接收响应帧并根据其中的地址信息接入该目的路由节点。
作为优选，所述Zigbee网络中包括与所述协调器通信的上位机，通过上位机向所述协调器写入所述节点信息以供广播。
为降低能耗，所述步骤(2)中在开启允许入网功能时还包括设定开启时长，所述的路由节点在开启允许入网功能的时间达到设定的开启时长后自动关闭允许入网功能。
开启时长可根据应用需要设定，作为优选，所述的开启时长为30～120s。进一步优选，所述开启时长为60s。
通过删除地址池中的节点信息，以便于其他待接入节点的节点信息的存储。所述路由节点在允许入网功能关闭后从地址池中删除接收到的节点信息。
本发明中所述协调器根据自身的状态参数和接收到的状态参数设定各个路由节点的优先级时包括如下步骤：
(3-1)根据状态参数计算各个路由节点的接入指数；
(3-2)按照接入指数设定优先级，接入指数越大，优先级越高。
作为优选，所述步骤(3-1)中根据如下公式计算各个路由节点的接入指数：
η＝ω1P+ω2C+ω3H，
其中，η为接入指数，P、C，H分别为信号强度、负载数和路由深度比，路由深度比为该路由节点所处的路由深度值与Zigbee网络的最大的路由深度值的比值，ω1、ω2和ω3分别为信号强度、负载数和路由深度比对应的影响因子，且ω1+ω2+ω3＝1,ω1＞ω2＞ω3。
与现有技术相比，本发明解决Zigbee网络接入时密钥不同但仍能正确分配到网络地址的安全问题，有效解决了邻里之间设备组网混乱的问题，且从源头杜绝非法设备的数据交互。
附图说明
图1为本实施例的Zigbee网络的节点接入方法的流程图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面将结合具体实施例和附图进一步阐述本发明的方案，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本实施例的一种Zigbee网络的节点接入方法中的节点可以是路由节点，以也可以是非路由节点，如终端节点。
本实施例的一种Zigbee网络的节点接入方法实施于Zigbee网络，包括路由节点和上位机，且有一个路由节点为协调器，其余路由节点为路由器，上位机与其中为协调器的路由节点通信连接以向其输入信息，该Zigbee网络中的任意两个节点(包括路由节点和终端节点)之间的通信基于Zigbee技术实现。
本实施例的Zigbee网络中的节点数量不定，在实际应用时节点会不断的加入或删除。
在初始情况下，Zigbee网络中仅有协调器，然后通过协调器组建Zigbee网络。由于整个Zigbee网络中仅有协调器这一个路由节点，因此，第一个节点(包括路由节点和终端节点)一定是接入该协调器中；随着Zigbee网络节点的逐渐加入，会出现多个路由节点的情况，当Zigbee网络中有多个路由节点时，待接入的节点可以接入包括协调器在内的任意一个路由节点。
本实施例的一种Zigbee网络的节点接入方法，如图1所示，包括步骤：
(1)通过协调器在Zigbee网络中广播的待接入节点的节点信息；
本实施例中协调器所广播的待接入节点的节点信息通过上位机向协调器写入。
节点信息包括但不仅限于待接入节点的物理地址，在实际应用时可以包含其他能够确定待接入节点身份的信息均可。
(2)路由节点接收所述的节点信息并写入预设的地址池中，且在接收到所述节点信息后开启允许入网功能，并向协调器上报自身的状态参数，所述的状态参数包括信号强度、负载数和路由深度；
本实施例中，当允许入网功能开启时，该路由节点可以接收待接入节点向Zigbee网络广播信标帧、发送响应帧、并允许待接入节点接入；当允许入网功能关闭时，该路由节点不能接收待接入节点向Zigbee网络广播信标帧、不发送响应帧、也不允许待接入节点接入。
开启允许入网功能时还包括设定开启时长，路由节点在开启允许入网功能的时间达到设定的开启时长后自动关闭允许入网功能。
地址池的存储空间可根据实际应用需求设定，可以在设定节点信息的格式后，根据节点信息的大小设定，以设定的节点信息的大小作为最小存储单位，至少要求能存储一个节点信息。
由于地址池的存储空间有限，路由节点在允许入网功能关闭后从地址池中删除接收到的节点信息。
作为一种优选方式，路由节点在开启允许入网功能前还判断地址池是否为空，在地址池不为空时，再开启允许入网功能；在地址池为空时，不开启允许入网功能。这样，利用地址池先对路由节点进行一次过滤，可以大大提高待接入节点的一次性接入的成功率。
需要说明的是，开启时长可根据实际应用需求调整，通常为30～120s，本实施例中优选为60s。
当路由节点处于开启允许入网功能的状态时，再次接收到另一个待接入节点的节点信息后，将计时归零后开始重新计时，即以接收到的后一个待接入节点的节点信息重新计时。
(3)协调器接收到来自路由节点的状态参数，并根据自身的状态参数和接收到的状态参数设定各个路由节点的优先级；
在实际应用时，考虑到网络通信可靠性，可能出现上报数据丢失的情况，此时设定等待时间，自收到首个状态参数，若达到等待时间，则不再接收状态参数。
协调器自身的状态自身的状态参数直接本地获取即可。
需要说明的是，状态参数不仅限于包括信号强度、负载数和路由深度，用户可根据实际需求增加。本实施例中仅考虑信号强度、负载数和路由深度。此时，协调器根据自身的状态参数和接收到的状态参数设定各个路由节点的优先级时包括如下步骤：
(3-1)根据状态参数计算各个路由节点的接入指数；各个路由节点的接入指数根据如下公式计算：
η＝ω1P+ω2C+ω3H，
其中，η为接入指数，P、C，H分别为信号强度、负载数和路由深度比，ω1、ω2和ω3分别为信号强度、负载数和路由深度比对应的影响因子，且ω1+ω2+ω3＝1,ω1＞ω2＞ω3。为提高一次性接入成功率，优选ω1＝2ω2。
本实施例中ω1＝0.6,ω2＝0.3,ω3＝0.1。
(3-2)按照接入指数进行排序，接入指数越大，优先级越高。
本实施例中路由节点的负载数为该路由节点的容量，即连接到该路由节点的节点数量。
本实施例中路由节点的路由深度比为该路由节点所处的路由深度值与Zigbee网络的最大的路由深度值的比值。
(4)待接入节点向Zigbee网络广播信标帧，信标帧包括待接入节点的节点信息；
(5)每一个接收到所述信标帧的路由节点将待接入节点的节点信息与自身的地址池中的节点信息进行匹配，在匹配成功时，向协调器发送允许响应请求；
本实施例中允许响应请求是指路由节点向协调器发送的用于请求路由节点针对接收到的信标帧向相应的待接入节点发送响应帧的权利的信息。
(6)协调器根据接收到的各个允许响应请求对应路由节点的优先级选择最高的作为目的路由节点，并允许该目的路由节点向待接入节点发送响应帧，所述响应帧中包含该目的路由节点的地址信息；
协调器根据接收到的各个允许响应请求对应路由节点的优先级选择最高的作为目的路由节点具体应理解为：
每个允许响应请求均来自一个路由节点，从所有发送允许响应请求的路由节点中选择优先级最高的一个作为目的路由节点。
(7)待接入节点接收响应帧并根据其中的地址信息接入该目的路由节点。
需要说明是的，本实施例中信标帧和响应帧都为Zigbee网络中的标准通信格式。
下面将具体以节点1的接入过程为例进行说明，假设接入时Zigbee网络有3个路由节点，分别为协调器、路由器1和路由器2，协调器1还连接有一个上位机。
接入过程如下：
首先，上位机将节点1的节点信息(物理地址)AA：BB：CC：DD：EE：FF：00：11发送给协调器，协调器在Zigbee网络中广播该节点信息；
假设路由器1接收到该节点信息，路由器2未接收到该节点信息。此时，路由器1将接收到的节点信息写入地址池中进行存储，并开启允许入网功能，开启时长为60s；同时还将自身的状态参数上报给协调器；
协调器根据路由1上报的状态参数和自身的状态参数设定各个路由节点的优先级。本实施例中实际上是设定路由器1和协调器的优先级，假设路由器1的优先级高。
若开启允许入网功能的60s内，路由器1接收到节点1的信标帧，则将待接入节点的节点信息与自身的地址池中的节点信息进行匹配，匹配成功，路由节点1向协调器发送允许响应请求，协调器接收到该允许响应请求后，选择路由器1作为目的接入节点，协调器向路由器1发送允许响应指令，路由器1接收到允许响应指令后，
向节点1发送响应帧，响应帧中包含路由节点1的信号强度和地址信息，节点1接收路由节点1的响应帧，并根据相应的地址信息接入该目的路由节点。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种Zigbee网络的节点接入方法，所述Zigbee网络中包括路由节点，且至少有一个路由节点为协调器，其特征在于，所述节点接入方法包括如下步骤：
(1)通过协调器在所述Zigbee网络中广播待接入节点的节点信息；
(2)路由节点接收所述的节点信息并写入预设的地址池中，且在接收到所述节点信息后开启允许入网功能，并向协调器上报自身的状态参数，所述的状态参数包括信号强度、负载数和路由深度；
(3)协调器接收到来自路由节点的状态参数，并根据自身的状态参数和其他路由节点上报的状态参数设定各个路由节点的优先级；
(4)待接入节点向所述Zigbee网络广播信标帧，所述信标帧包括待接入节点的节点信息；
(5)每一个接收到所述信标帧的路由节点将待接入节点的节点信息与自身的地址池中的节点信息进行匹配，在匹配成功时，向协调器发送允许响应请求；
(6)协调器根据接收到的各个允许响应请求对应路由节点的优先级选择最高的作为目的路由节点，并允许该目的路由节点向待接入节点发送响应帧，所述响应帧中包含该目的路由节点的地址信息；
(7)待接入节点接收响应帧并根据其中的地址信息接入该目的路由节点。
2.如权利要求1所述的Zigbee网络的节点接入方法，其特征在于，所述Zigbee网络中包括与所述协调器通信的上位机，通过上位机向所述协调器写入所述节点信息以供广播。
3.如权利要求1所述的Zigbee网络的节点接入方法，其特征在于，所述步骤(2)中在开启允许入网功能时还包括设定开启时长，所述的路由节点在开启允许入网功能的时间达到设定的开启时长后自动关闭允许入网功能。
4.如权利要求3所述的Zigbee网络的节点接入方法，其特征在于，所述的开启时长为30～120s。
5.如权利要求1所述的Zigbee网络的节点接入方法，其特征在于，所述路由节点在允许入网功能关闭后从地址池中删除接收到的节点信息。
6.如权利要求1所述的Zigbee网络的节点接入方法，其特征在于，所述协调器根据自身的状态参数和接收到的状态参数设定各个路由节点的优先级时包括如下步骤：
(3-1)根据状态参数计算各个路由节点的接入指数；
(3-2)按照接入指数设定优先级，接入指数越大，优先级越高。
7.如权利要求6所述的Zigbee网络的节点接入方法，其特征在于，所述步骤(3-1)中根据如下公式计算各个路由节点的接入指数：
η＝ω1P+ω2C+ω3H，
其中，η为接入指数，P、C，H分别为信号强度、负载数和路由深度比，路由深度比为该路由节点所处的路由深度值与Zigbee网络的最大的路由深度值的比值，ω1、ω2和ω3分别为信号强度、负载数和路由深度比对应的影响因子，且ω1+ω2+ω3＝1,ω1＞ω2＞ω3。
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