CN110234154B - 一种支持自组网的户外团队通讯*** - Google Patents

一种支持自组网的户外团队通讯*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种支持自组网的户外团队通讯***，所述通讯***包括若干通讯节点，所述若干通讯节点为网状拓扑结构，每一个通讯节点与相邻的通讯节点为双向通信。本发明通过通讯节点自组网，利用通讯节点之间的通信实现团队户外通讯克服了传统团队户外通讯依赖于全球定位***和移动通信网络的缺陷，同时利用通讯节点构成的网状拓扑结构和双向通信克服了传统户外团队通讯组网范围和通信距离受限的缺陷，本发明组网简单，成本低，可靠性高。

Description

一种支持自组网的户外团队通讯***
技术领域
本发明涉及局域网通信领域，更具体地，涉及一种支持自组网的户外团队通讯***。
背景技术
随着人们外出需求的与日俱增，无论是通过旅游团的形式还是通过组团自助旅游或组团户外探险等，人们对户外出行设备的需求也是增长非常之快。目前市面上的大部分户外出行设备都是用于户外旅游的导游设备，这些基本依赖于全球定位导航***，移动通信网络，内置地图等进行导游导航，设备体积大，成本高。如公开号：CN206040183U的导游设备除了使用传统的微处理器，移动网络通信和全球定位***等，还增加了ZigBee无线通信模块用于设备之间的通讯，也具有紧急求助功能。但该导游设备高度依赖于全球定位***和移动通信网络，户外偏僻的地方信号会比较差，容易丢失信号，可靠性一般。另外，主机和从机的网络连接方式采用了星型网络结构，组网范围有限，不易扩展，通讯距离也有限。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中团队户外通讯依赖于全球定位***和移动通信网络，组网范围和通信距离有限的缺陷，提供一种支持自组网的户外团队通讯***。
本发明的技术方案如下：
一种支持自组网的户外团队通讯***，所述通讯***包括若干通讯节点，所述若干通讯节点为网状拓扑结构，每一个通讯节点与相邻的通讯节点为双向通信，每个通讯节点在所述通讯***中的通讯地址唯一，当所述通讯***所在网络有新的通讯节点加入时，新增通讯节点向距离其自身最近的通讯节点发送入网请求，所述最近的通讯节点分配网络地址给新通讯节点并向通讯***中的所有通讯节点广播发送新增的通讯节点入网信息，通讯***中的所有通讯节点收到所述新增的通讯节点的入网信息后将自身地址发送至新增通讯节点中，新增通讯节点建立网络中所有通讯节点的网络地址表，广播发送成功入网信息；
当其他通讯节点收到入网信息后，将新增通讯节点的网络地址与现有网络地址表进行比对，若无新增通讯节点的网络地址，则将新增通讯节点的网络地址添加进自身的网络地址表格中，若有新增通讯节点的网络地址则不添加。
本方案中，相邻的两个通讯节点的最大通信距离为预设的固定值。
本方案中，网络地址的排序方式按照每个通讯节点接收消息的信号强度进行排序，每个通讯节点将收到的广播消息只转发一次并存储，当再次收到相同的广播消息时不再转发此消息。
本方案中，每一个通讯节点为一个通讯装置，所述装置包括：单片机模块、信号定位模块、功能按键模块、网络通信模块、扬声模块、显示模块、电源模块；
所述网络通信模块、信号定位模块均与单片机模块通信连接，所述功能按键的输出端与所述单片机模块的输入端连接，所述扬声模块的输入端、显示模块的输入端均与单片机模块的输出端连接，所述电源模块为所述单片机模块、信号定位模块、功能按键模块、网络通信模块、扬声模块、显示模块供电。
本方案中，所述网络通信模块接收到通讯***中其他通讯装置发送的信息后将所述信息发送至单片机模块处理，单片机模块根据所述信息的信息类型对应发送至扬声模块或显示模块；若所述信息为定位请求信息则单片机模块将所述信息发送至信号定位模块处理，处理完成后转发给单片机模块，由单片机模块将信号定位模块处理后的信息发送至显示模块，在显示模块显示附近通讯的距离和方位；
所述功能按键模块用于用户直接操作产生指令信息，所述指令信息传递给单片机模块，由所述单片机模块根据指令信息的类型处理完后转发到网络通信模块，网络通信模块将单片机模块处理后的信息传递给通讯***中除自身以外的其他通讯装置；
所述功能按键用于产生的指令消息包括团队人员清点指令，团队集合指令、紧急求助指令；
所述扬声模块用于团队管理消息的通知，所述团队管理消息包括：脱队提醒，团队人员清点，团队集合；
所述网络通信模块用于通讯装置间的通信和组网；
所述显示模块用于显示电源模块的电量及通讯装置周围的其他通讯装置数量及对应的距离与方位；
所述信号定位模块包括有磁力传感器和方向传感器，用于计算当前通讯装置周围的通讯装置的距离和方位。
本方案中，所述脱队提醒即通讯装置脱离通讯***所在网络时产生信号丢失，通过定时的接收消息时间检测判断当前通讯装置不在通讯***所在网络范围内，则通讯***中的其他通讯装置通过扬声模块均发出脱队提醒，脱离通讯***所在网络的当前通讯装置检测到自身离网状态同时发出脱队提醒，当通讯***中的任一通讯装置与其网络连接的通讯装置仅有一个时，若网络连接中断即产生脱队提醒。
本方案中，所述团队人员清点通过所述功能按键模块和扬声模块实现，当某一用户向队员发出团队人员清点信号时，团队人员清点信号传输到通讯***的各个通讯装置，各通讯装置的扬声模块提醒各队员进行点数，各队员通过功能按键模块向提醒发出的用户发出信号应答，提醒发出的用户在通讯装置上完成信号统计，实现团队人员清点功能，确保队伍的完整，防止队员走失脱离。
本方案中，所述团队集合指令通过功能按键模块和扬声模块完成，当用户通过按键发出团队集合指令时，通讯***的各个通讯装置接收到团队集合指令信息后通过扬声模块和显示模块发出集合提示，队员集合。
本方案中，所述紧急求助指令即用户通过功能按键模块向周围通讯装置发出紧急求助信号，通讯***中接收到紧急求助信号的通讯装置均通过扬声模块发出紧急求助信号，动员队伍及时迅速搜救。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过通讯节点自组网，利用通讯节点之间的通信实现团队户外通讯克服了传统团队户外通讯依赖于全球定位***和移动通信网络的缺陷，同时利用通讯节点构成的网状拓扑结构和双向通信克服了传统户外团队通讯组网范围和通信距离受限的缺陷，本发明组网简单，成本低，可靠性高。
附图说明
图1为本发明通信***网络连接示意图。
图2为网络通信距离扩增示意图。
图3为通讯装置结构原理图。
图4为所示定位显示示意图。
图5为未知节点定位具体算法流程图。
图6为多通道通信示意图。
图7为脱队提醒示意图。
图8为脱队提醒处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种支持自组网的户外团队通讯***，所述通讯***包括若干通讯节点，所述若干通讯节点为网状拓扑结构，每一个通讯节点与相邻的通讯节点为双向通信，每个通讯节点在所述通讯***中的通讯地址唯一，当所述通讯***所在网络有新的通讯节点加入时，新增通讯节点向距离其自身最近的通讯节点发送入网请求，所述最近的通讯节点分配网络地址给新通讯节点并向通讯***中的所有通讯节点广播发送新增的通讯节点入网信息，通讯***中的所有通讯节点收到所述新增的通讯节点的入网信息后将自身地址发送至新增通讯节点中，新增通讯节点建立网络中所有通讯节点的网络地址表，广播发送成功入网信息；
当其他通讯节点收到入网信息后，将新增通讯节点的网络地址与现有网络地址表进行比对，若无新增通讯节点的网络地址，则将新增通讯节点的网络地址添加进自身的网络地址表格中，若有新增通讯节点的网络地址则不添加。需要说明的是当通讯***中任一通讯节点断开连接后再次回复连接，此时由于当前节点在首次接入通讯***时已将通讯节点的网络地址加入网络地址表，网络地址表保留了该通讯节点的地址不会再新增。
本方案中，相邻的两个通讯节点的最大通信距离为预设的固定值。本实施例中相邻的两个通讯节点的最大通信距离为100米。
需要说明的是，本发明构建的通讯***为对等网络，不需要中心节点，
如图2所示为网络通信距离扩增示意图，需要说明的是，节点1、节点2、节点3、节点4分别对应通讯装置1、通讯装置2、通讯装置3、通讯装置4；其中，节点1和节点2之间的最大通信距离为100m，当新增加节点3和节点4接入节点2时，由于采取双向通信方式，节点1的信息可通过节点2再转发到节点3，通过节点3再转发到节点4。通讯***的最大通信距离由原来双节点的单跳100m扩展至四节点的三跳400m。通过不断的新增节点，可以不断地扩大网络的规模和通信距离，而且网络中的每个节点都会接收到相同的消息。当这些节点组成网状结构的网络时，若某一信道发生堵塞或者中断，可由其他的信道继续传输。
本实施例使用ZigBee技术，则可利用ZigBee自带的特性自动实现节点的组网和未知节点的入网流程。
本方案中，网络地址的排序方式按照每个通讯节点接收消息的信号强度进行排序，每个通讯节点将收到的广播消息只转发一次并存储，当再次收到相同的广播消息时不再转发此消息。
如图3所示通讯装置结构原理图。本方案中，每一个通讯节点为一个通讯装置，所述通讯装置包括：单片机模块、信号定位模块、功能按键模块、网络通信模块、扬声模块、显示模块、电源模块；
所述网络通信模块、信号定位模块均与单片机模块通信连接，所述功能按键的输出端与所述单片机模块的输入端连接，所述扬声模块的输入端、显示模块的输入端均与单片机模块的输出端连接，所述电源模块为所述单片机模块、信号定位模块、功能按键模块、网络通信模块、扬声模块、显示模块供电。所述电源模块采用五号干电池或充电电池。
本方案中，所述网络通信模块接收到通讯***中其他通讯装置发送的信息后将所述信息发送至单片机模块处理，单片机模块根据所述信息的信息类型对应发送至扬声模块或显示模块；若所述信息为定位请求信息则单片机模块将所述信息发送至信号定位模块处理，处理完成后转发给单片机模块，由单片机模块将信号定位模块处理后的信息发送至显示模块，在显示模块显示附近通讯的距离和方位；
所述功能按键模块用于用户直接操作产生指令信息，所述指令信息传递给单片机模块，由所述单片机模块根据指令信息的类型处理完后转发到网络通信模块，网络通信模块将单片机模块处理后的信息传递给通讯***中除自身以外的其他通讯装置；
所述功能按键用于产生的指令消息包括团队人员清点指令，团队集合指令、紧急求助指令；
所述扬声模块用于团队管理消息的通知，所述团队管理消息包括：脱队提醒，团队人员清点，团队集合；
所述网络通信模块用于通讯装置间的通信和组网；
所述显示模块用于显示电源模块的电量及通讯装置周围的其他通讯装置数量及对应的距离与方位；
所述信号定位模块包括有磁力传感器和方向传感器，用于计算当前通讯装置周围的通讯装置的距离和方位；
本实施例中，通讯装置的定位功能利用磁力传感器根据通讯装置之间的信号强度来转换成距离，方向传感器识别方向，将当前通讯装置周围的通讯装置的距离与方向显示在显示模块上。
如图4所示定位显示示意图，中间是用户的目前位置，其余三个点是周围扫描到的三个通讯装置的方向与距离。通讯装置之间的定位距离在一百米以内，在此距离人的声音也可以轻易传达到位，方便寻找对方，在户外出行的情况下该定位功能已足够满足使用条件。
需要说明的是，本发明使用本发明使用RSSI(Received Signal StrengthIndication)算法将信号强度转换成距离。
在获得周围三个通讯装置到中心点(即当前通信装置)的距离后，利用现有的三边定位算法进行相对定位。
在相对定位中可以设置多组定位单元，三个最近的信标节点组成一个定位单元，对附近的位置单跳未知节点进行定位，将多个定位单元的信息整合在一起就能得到整个通讯***的拓扑结构。加上通讯装置(节点)所带的方向传感器，就可以将附近通信范围内的所有节点距离和方位信息显示出来。为提高定位精度，可以设置未知节点短时间内连续十次发送定位信息，求得RSSI的平均值后再进行距离计算。未知节点定位具体算法流程如图5所示。
本方案中，所述脱队提醒即通讯装置脱离通讯***所在网络时产生信号丢失，通过定时的接收消息时间检测判断当前通讯装置不在通讯***所在网络范围内，则通讯***中的其他通讯装置通过扬声模块均发出脱队提醒，脱离通讯***所在网络的当前通讯装置检测到自身离网状态同时发出脱队提醒，当通讯***中的任一通讯装置与其网络连接的通讯装置仅有一个时，若网络连接中断即产生脱队提醒。
如图6所示多通道通信示意图，若通讯装置1由于信道问题与通讯装置2断开联系，由消息广播功能，可以通过其他节点(如通过通讯装置4)保持与通讯装置2的通信，保证通讯可靠，此时不会发出脱队提醒信号。
如图7所示脱队提醒示意图，若通讯装置7失去和通讯装置3的联系，由于无法通过其余节点接入到网络中，此时网络中的通讯装置设备则发出脱队提醒。
脱队提醒处理流程如图8所示。
本方案中，所述团队人员清点通过所述功能按键模块和扬声模块实现，当某一用户向队员发出团队人员清点信号时，团队人员清点信号传输到通讯***的各个通讯装置，各通讯装置的扬声模块提醒各队员进行点数，各队员通过功能按键模块向提醒发出的用户发出信号应答，提醒发出的用户在通讯装置上完成信号统计，实现团队人员清点功能，确保队伍的完整，防止队员走失脱离。
本方案中，所述团队集合指令通过功能按键模块和扬声模块完成，当用户通过按键发出团队集合指令时，通讯***的各个通讯装置接收到团队集合指令信息后通过扬声模块和显示模块发出集合提示，队员集合。
本方案中，所述紧急求助指令即用户通过功能按键模块向周围通讯装置发出紧急求助信号，通讯***中接收到紧急求助信号的通讯装置均通过扬声模块发出紧急求助信号，动员队伍及时迅速搜救。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种支持自组网的户外团队通讯***，其特征在于，所述通讯***包括若干通讯节点，
所述若干通讯节点为网状拓扑结构，每一个通讯节点与相邻的通讯节点为双向通信,每个通讯节点在所述通讯***中的通讯地址唯一，当所述通讯***所在网络有新的通讯节点加入时，新增通讯节点向距离其自身最近的通讯节点发送入网请求，所述最近的通讯节点分配网络地址给新通讯节点并向通讯***中的所有通讯节点广播发送新增的通讯节点入网信息，通讯***中的所有通讯节点收到所述新增的通讯节点的入网信息后将自身地址发送至新增通讯节点中，新增通讯节点建立通讯***中所有通讯节点的网络地址表，广播发送成功入网信息；
当其他通讯节点收到入网信息后，将新增通讯节点的网络地址与现有网络地址表进行比对，若无新增通讯节点的网络地址，则将新增通讯节点的网络地址添加进自身的网络地址表格中，若有新增通讯节点的网络地址则不添加；
相邻的两个通讯节点的最大通信距离为预设的固定值；
网络地址的排序方式按照每个通讯节点接收消息的信号强度进行排序，每个通讯节点将收到的广播消息只转发一次并存储，当再次收到相同的广播消息时不再转发此消息；
每一个通讯节点为一个通讯装置，所述装置包括：单片机模块、信号定位模块、功能按键模块、网络通信模块、扬声模块、显示模块、电源模块；
所述网络通信模块、信号定位模块均与单片机模块通信连接，所述功能按键的输出端与所述单片机模块的输入端连接，所述扬声模块的输入端、显示模块的输入端均与单片机模块的输出端连接，所述电源模块为所述单片机模块、信号定位模块、功能按键模块、网络通信模块、扬声模块、显示模块供电。
2.根据权利要求1所述的一种支持自组网的户外团队通讯***，其特征在于，所述网络通信模块接收到通讯***中其他通讯装置发送的信息后将所述信息发送至单片机模块处理，单片机模块根据所述信息的信息类型对应发送至扬声模块或显示模块；若所述信息为定位请求信息则单片机模块将所述信息发送至信号定位模块处理，处理完成后转发给单片机模块，由单片机模块将信号定位模块处理后的信息发送至显示模块；
所述功能按键模块用于用户直接操作产生指令信息，所述指令信息传递给单片机模块，由所述单片机模块根据指令信息的类型处理完后转发到网络通信模块，网络通信模块将单片机模块处理后的信息传递给通讯***中除自身以外的其他通讯装置；
所述功能按键用于产生的指令消息包括团队人员清点指令，团队集合指令、紧急求助指令；
所述扬声模块用于团队管理消息的通知，所述团队管理消息包括：脱队提醒，团队人员清点，团队集合；
所述网络通信模块用于通讯装置间的通信和组网；
所述显示模块用于显示电源模块的电量及通讯装置周围的其他通讯装置数量及对应的距离与方位；
所述信号定位模块包括有磁力传感器和方向传感器，用于计算当前通讯装置周围的通讯装置的距离和方位。
3.根据权利要求2所述的一种支持自组网的户外团队通讯***，其特征在于，所述脱队提醒即通讯装置脱离通讯***所在网络时产生信号丢失，通过定时的接收消息时间检测判断当前通讯装置不在通讯***所在网络范围内，则通讯***中的其他通讯装置通过扬声模块均发出脱队提醒，脱离通讯***所在网络的当前通讯装置检测到自身离网状态同时发出脱队提醒，当通讯***中的任一通讯装置与其网络连接的通讯装置仅有一个时，若网络连接中断即产生脱队提醒。
4.根据权利要求2所述的一种支持自组网的户外团队通讯***，其特征在于，所述团队人员清点通过所述功能按键模块和扬声模块实现，当某一用户向队员发出团队人员清点信号时，团队人员清点信号传输到通讯***的各个通讯装置，各通讯装置的扬声模块提醒各队员进行点数，各队员通过功能按键模块向提醒发出的用户发出信号应答，提醒发出的用户在通讯装置上完成信号统计，实现团队人员清点功能。
5.根据权利要求2所述的一种支持自组网的户外团队通讯***，其特征在于，所述团队集合指令通过功能按键模块和扬声模块完成，当用户通过按键发出团队集合指令时，通讯***的各个通讯装置接收到团队集合指令信息后通过扬声模块和显示模块发出集合提示，队员集合。
6.根据权利要求2所述的一种支持自组网的户外团队通讯***，其特征在于，所述紧急求助指令即用户通过功能按键模块向周围通讯装置发出紧急求助信号，通讯***中接收到紧急求助信号的通讯装置均通过扬声模块发出紧急求助信号，动员队伍及时迅速搜救。
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