CN107484261A - 一种基于433MHz无线自组网方法 - Google Patents

一种基于433MHz无线自组网方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及安防技术领域，提供一种基于433MHz无线自组网方法，由主机和多个设备节点之间自动构建组网进行数据交换传输；由各个设备节点分别广播发送加入请求至主机获得连接令牌，再通过连接令牌与主机连接生产链接ID，各个设备节点和主机通过链接ID进行双向通信，通过跳频信道表可设置对应信道的频率，主机信道冲突或无接收信息时，可自动跳转到下一个信道，设备节点可通过扫描主机的信道跳转到相应信道，实现同一信道上数据的收发。本发明解决现有2.4G无线传输组网复杂、成本高而单向、单信道的433MHz无线数据传输使用不便，功耗大的问题。

Description

一种基于433MHz无线自组网方法
技术领域
本发明涉及数据传输技术领域，特别涉及一种基于433MHz无线自组网方法。
背景技术
目前，智能家居近年来以突飞猛进的趋势发展，目前市场上的主要技术是ZigBee、蓝牙、WiFi，他们都是基于2.4G的频率发射，传输距离近。WiFi 是目前 2.4G 无线传输中应用的最多的一种技术，它和蓝牙技术相比，不但具有更高的传输速度，同时具有高好的传输距离，在空旷的环境下，最远可传输 200 米。但WiFi面临的最大问题是安全性低，且功耗大，远距离传输成本较高、组网复杂，很难满足楼宇、小区、商场等对距离要求高的场所。相反的，空旷地带，433MHz的传输距离最远可达数千米，穿墙能力强、设计简单、功耗低、可快速组网、覆盖范围广、没有使用授权限制、不存在与其他频段之间的干扰。不过当前市场上大都是单向、单信道的433MHz无线数据传输。
发明内容
因此，针对上述的问题，本发明提出一种组网后网络稳定可靠、双向通信、低功耗、组网简单、成本低的基于433MHz无线自组网方法。
为解决此技术问题，本发明采取以下方案：一种基于433MHz无线自组网方法，由主机和多个设备节点之间自动构建组网进行数据交换传输；
主机：
S1、上电初始化，配置底层驱动和无线模块寄存器，使主机处于接收状态；
S2、将连接侦听打开，获取设备节点的连接信息，即设备节点会广播发送加入请求和连接请求，当设备节点的加入令牌和主机的加入令牌相匹配后，主机发送含有连接令牌的应答信息给设备节点，当设备节点的连接令牌和主机的连接令牌相匹配后，设备节点和主机会分别获取对应的链接ID；
S3、若接收到设备节点的数据包在中断线程中处理，匹配相应的端口，进入到相应的线程中处理，同时主机可根据与各个设备节点的不同链接ID发送信息至相应链接表中，各个设备节点可通过各自链接ID提取对应的连接信息；
S4、若没有接收到信息，通过跳频信道表可设置对应信道的频率，通过对信道的RSSI值进行评估，若RSSI值超出预定值范围，则自动跳转到下一个信道；
设备节点：
S1、上电初始化，配置底层驱动和无线模块寄存器；
S2、设备节点广播发送至主机加入请求，通过跳频信道表可设置对应信道的频率，发送前进行信道扫描、锁定并调频至和主机同一信道，是否接收到主机应答信号，是则获取连接令牌进入下一步骤，否则继续广播发送加入请求至主机；
S3、设备节点根据连接令牌广播发送连接请求，若连接成功则获得链接ID，否则继续发送连接请求至主机；
S4、设备节点将信息存在相应的连接表中，主机可通过链接ID可提取对应的连接信息；
S5、通过应答机制可判断数据是否被主机接受，若设备节点没有收到应答，多次发送后依旧没有收到应答，则停止发送；
S6、若当前信道阻塞，采用CSMA避免冲突，多次发送失败后，判断主机信道是否跳变，是则频率跳变至和主机处于同一信道；
各个设备节点和主机通过链接ID进行双向通信。
进一步的，还包括一个以上中继站，各个中继站可存储转发各个设备节点和主机发送的数据包用于扩展网络传输距离。
更进一步的，所述中继站是存储转发各设备节点和主机信息的设备或是设备节点。
进一步的，所述设备节点在无外部触发的情况下自动进入睡眠状态，当外部触发后进入唤醒状态，数据发送完后又自动切换至睡眠状态。
进一步的，每个设备节点都有自己唯一的地址，主机可通过设备节点的唯一地址来搜索对应的链接表进行数据传输。
进一步的，在主机中还可设置S5、若一定时间内主机没有接收到心跳包，则判断设备节点离线，主机通过心跳包实时检测设备节点的在线状态、离线或低电状态；而设备节点则对应设置S7、定时发送心跳包至主机，若主机多次无应答，则判断主机掉电或离线，设备节点可延长心跳包发送；
进一步的，主机在S3中接受数据包在中断线程中进行处理时通过长度、地址过滤，CRC校验筛选可用数据包，通过读取数据包的端口数，进入到对应的线程中处理。
进一步的，组网成功后主机还进行S6、主机自身实时自动保存链表信息当掉电后再上电时可自动恢复网络；而设备节点则还进行S8、设备节点实时自动保存链表信息当掉电后再上电后可自动恢复网络；主机和设备节点的保存链表均包含节点的连接状态、地址、连接ID、发送、接收端口信息。
进一步的，所述主机的S4中RSSI值的有效预定值为-105dBm—-74dBm。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：通过采用主机和多个设备节点进行组网，以低功耗为目标，采用信道冲突检测、快速跳频、双向通信技术，提高了***的稳定性和安全性，通过进一步的设置，即设置中继站，可有效扩展网络传输距离，心跳包的设置，使得主机可实时检测设备节点的状态，判断设备节点在线、离线和低电状态，同样设备节点也可通过是否获得应答来判断主机在线、离线状态，以采取相应措施进入低功耗状态，同时设备节点设置睡眠状态降低功耗；通过设置主机和设备节点实时自动保存链表，可实现掉电保存，上电自动恢复网络连接，节省时间，进一步减少功耗；组建网络设备的使用寿命长、网络安全性高、稳定性好，可广泛推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例中设备节点加入、连接、数据传输流程示意图；
图2为本发明实施例中主机侦听、数据传输流程示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
参考图1和图2，优选的本发明的基于433MHz无线自组网方法，由主机、多个中继站和多个设备节点之间自动构建组网进行数据交换传输；
主机：
S1、上电初始化，配置底层驱动和无线模块寄存器，使主机处于接收状态；
S2、将连接侦听打开，获取设备节点的连接信息，即设备节点会广播发送加入请求和连接请求，当设备节点的加入令牌和主机的加入令牌相匹配后，主机发送含有连接令牌的应答信息给设备节点，当设备节点的连接令牌和主机的连接令牌相匹配后，设备节点和主机会分别获取对应的链接ID，即每个设备节点都有自己唯一的地址，主机可通过设备节点的唯一地址来搜索对应的链接表进行数据传输；
S3、若接收到设备节点的数据包在中断线程中处理，接受数据包在中断线程中进行处理时通过长度、地址过滤，CRC校验筛选可用数据包，通过读取数据包的端口数，进入到对应的线程中处理，同时主机可根据与各个设备节点的不同链接ID发送信息至相应链接表中，各个设备节点可通过各自链接ID提取对应的连接信息；
S4、若没有接收到信息，通过跳频信道表可设置对应信道的频率，通过对信道的RSSI值进行评估，若RSSI值超出预定值范围，则自动跳转到下一个信道，其中RSSI的有效预定值为-105dBm—-74dBm；
S5、若30min时间内主机没有接收到心跳包，则判断设备节点离线，主机通过心跳包实时检测设备节点的在线状态、离线或低电状态；
S6、主机自身实时自动保存链表信息当掉电后再上电时可自动恢复网络；主机的保存链表均包含节点的连接状态、地址、连接ID、发送、接收端口信息
设备节点：
S1、上电初始化，配置底层驱动和无线模块寄存器；
S2、设备节点广播发送至主机加入请求，通过跳频信道表可设置对应信道的频率，发送前进行信道扫描、锁定并调频至和主机同一信道，是否接收到主机应答信号，是则获取连接令牌进入下一步骤，否则继续广播发送加入请求至主机；
S3、设备节点根据连接令牌广播发送连接请求，若连接成功则获得链接ID，否则继续发送连接请求至主机；
S4、设备节点将信息存在相应的连接表中，主机可通过链接ID可提取对应的连接信息；
S5、通过应答机制可判断数据是否被主机接受，若设备节点没有收到应答，多次发送后依旧没有收到应答，则停止发送；
S6、若当前信道阻塞，采用CSMA避免冲突，多次发送失败后，判断主机信道是否跳变，是则频率跳变至和主机处于同一信道；
S7、每15min发送心跳包至主机，若主机多次无应答，则判断主机掉电或离线，设备节点可延长心跳包发送；
S8、设备节点实时自动保存链表信息当掉电后再上电后可自动恢复网络；主机和设备节点的保存链表均包含节点的连接状态、地址、连接ID、发送、接收端口信息；
S9、设备节点在无外部触发的情况下自动进入睡眠状态，当外部触发后进入唤醒状态，数据发送完后又自动切换至睡眠状态；
各个设备节点和主机通过链接ID进行双向通信，各个中继站可存储转发各个设备节点和主机发送的数据包用于扩展网络传输距离，所述中继站是存储转发各设备节点和主机信息的设备。
本发明中中继站的设置可以根据组网传输距离需求来设置，同时中继站也可以直接采用设备节点来做，心跳包的发送时间和主机的接收时间都可根据网络稳定程度需求去设定。
本发明通过采用主机和多个设备节点进行组网，以低功耗为目标，采用信道冲突检测、快速跳频、双向通信技术，提高了***的稳定性和安全性，通过进一步的设置，即设置中继站，可有效扩展网络传输距离，心跳包的设置，使得主机可实时检测设备节点的状态，判断设备节点在线、离线和低电状态，同样设备节点也可通过是否获得应答来判断主机在线、离线状态，以采取相应措施进入低功耗状态，同时设备节点设置睡眠状态降低功耗；通过设置主机和设备节点实时自动保存链表，可实现掉电保存，上电自动恢复网络连接，节省时间，进一步减少功耗；组建网络设备的使用寿命长、网络安全性高、稳定性好，可广泛推广应用。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于433MHz无线自组网方法，其特征在于：由主机和多个设备节点之间自动构建组网进行数据交换传输；
主机：
S1、上电初始化，配置底层驱动和无线模块寄存器，使主机处于接收状态；
S2、将连接侦听打开，获取设备节点的连接信息，即设备节点会广播发送加入请求和连接请求，当设备节点的加入令牌和主机的加入令牌相匹配后，主机发送含有连接令牌的应答信息给设备节点，当设备节点的连接令牌和主机的连接令牌相匹配后，设备节点和主机会分别获取对应的链接ID；
S3、若接收到设备节点的数据包在中断线程中处理，匹配相应的端口，进入到相应的线程中处理，同时主机可根据与各个设备节点的不同链接ID发送信息至相应链接表中，各个设备节点可通过各自链接ID提取对应的连接信息；
S4、若没有接收到信息，通过跳频信道表可设置对应信道的频率，通过对信道的RSSI值进行评估，若RSSI值超出预定值范围，则自动跳转到下一个信道；
设备节点：
S1、上电初始化，配置底层驱动和无线模块寄存器；
S2、设备节点广播发送至主机加入请求，通过跳频信道表可设置对应信道的频率，发送前进行信道扫描、锁定并调频至和主机同一信道，是否接收到主机应答信号，是则获取连接令牌进入下一步骤，否则继续广播发送加入请求至主机；
S3、设备节点根据连接令牌广播发送连接请求，若连接成功则获得链接ID，否则继续发送连接请求至主机；
S4、设备节点将信息存在相应的连接表中，主机可通过链接ID可提取对应的连接信息；
S5、通过应答机制可判断数据是否被主机接受，若设备节点没有收到应答，多次发送后依旧没有收到应答，则停止发送；
S6、若当前信道阻塞，采用CSMA避免冲突，多次发送失败后，判断主机信道是否跳变，是则频率跳变至和主机处于同一信道；
各个设备节点和主机通过链接ID进行双向通信。
2.根据权利要求1所述的基于433MHz无线自组网方法，其特征在于：还包括一个以上中继站，各个中继站可存储转发各个设备节点和主机发送的数据包用于扩展网络传输距离。
3.根据权利要求2所述的基于433MHz无线自组网方法，其特征在于：所述中继站是存储转发各设备节点和主机信息的设备或是设备节点。
4.根据权利要求1或2所述的基于433MHz无线自组网方法，其特征在于：所述设备节点在无外部触发的情况下自动进入睡眠状态，当外部触发后进入唤醒状态，数据发送完后又自动切换至睡眠状态。
5.根据权利要求1所述的基于433MHz无线自组网方法，其特征在于：每个设备节点都有自己唯一的地址，主机可通过设备节点的唯一地址来搜索对应的链接表进行数据传输。
6.根据权利要求1所述的基于433MHz无线自组网方法，其特征在于：在主机中还可设置S5、若一定时间内主机没有接收到心跳包，则判断设备节点离线，主机通过心跳包实时检测设备节点的在线状态、离线或低电状态；而设备节点则对应设置S7、定时发送心跳包至主机，若主机多次无应答，则判断主机掉电或离线，设备节点可延长心跳包发送。
7.根据权利要求1所述的基于433MHz无线自组网方法，其特征在于：主机在S3中接受数据包在中断线程中进行处理时通过长度、地址过滤，CRC校验筛选可用数据包，通过读取数据包的端口数，进入到对应的线程中处理。
8.根据权利要求1所述的基于433MHz无线自组网方法，其特征在于：组网成功后主机还进行S6、主机自身实时自动保存链表信息当掉电后再上电时可自动恢复网络；而设备节点则还进行S8、设备节点实时自动保存链表信息当掉电后再上电后可自动恢复网络；主机和设备节点的保存链表均包含节点的连接状态、地址、连接ID、发送、接收端口信息。
9.根据权利要求1所述的基于433MHz无线自组网方法，其特征在于：所述主机的S4中RSSI值的有效预定值为-105dBm—-74dBm。
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