CN204968114U - 双模网络协调器、双模路由器和双模mesh组网*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子通信领域，公开了一种双模网络协调器、双模路由器、双模mesh组网***及其方法。本实用新型中的双模网络协调器包含：收发天线、第一近距离通信模式无线收发机、第二近距离通信模式无线收发机和控制器；所述第一近距离通信模式无线收发机和所述第二近距离通信模式无线收发机的一端均连接所述收发天线，另一端均连接所述控制器；所述控制器用于控制所述第一近距离通信模式无线收发机和所述第二近距离通信模式无线收发机分时复用所述收发天线收发信息。使得一个建成的无线mesh网络可以同时支持两种近距离通信模式的通信设备进行通信，降低整体组网复杂度，减少硬件成本，增加数据传输效率。

Description

双模网络协调器、双模路由器和双模mesh组网***

技术领域

本实用新型涉及电子通信领域，特别涉及双模网络协调器、双模路由器、双模mesh组网***。

背景技术

无线mesh是一种非常适合于覆盖大面积开放区城(包括室外和室内)的无线区域网络解决方案。无线mesh网的特点是：由包括一组呈网状分布的无线通讯节点构成，节点之间均采用点对点方式，通过无线路由互联，可以实现将传统WLAN中的无线“热点”扩展为真正大面积覆盖的无线“热区”。

目前ZigBee协议(ZigBee协议为基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，又称紫蜂协议)定义了较为成熟的mesh标准并在各领域中广泛应用，蓝牙协议也正在制定基于蓝牙低功耗(BluetoothLowEnergy，简称“BLE”)标准的mesh网络标准，由于蓝牙和Zigbee两种标准在物理层和网络层的要求存在非常大的差别，所以两种标准无法直接通信，从而导致两种mesh网络也无法相互兼容，在实际使用中受到限制。

如图1所示，现有基于ZigBee模式的mesh网络定义了三种组网设备：网络协调器101、路由器102和端设备103，拓扑结构是分簇树型。网络协调器只有一个，用来初始化整张网络，并接入局域网或者以太网，网络初始化完毕之后网络协调器也可以成为一个路由器。路由的发现和维护工作由路由器来实现。端设备不参与路由也不转发数据，端设备的数据必须挂接的路由器中转，端设备之间不能直接通信。由于仅在路由器之间建立路由，网络的路由维护开销小，路由协议采用AODV(Adhocon-demanddistancevectorrouting，一种源驱动路由协议)算法。没有路由器的ZigBee网络就完全变成点对多点的网络。端设备是ZigBee网络中唯一能休眠的设备，休眠端设备采用查询机制。当端设备休眠结束时会主动向自己的路由器询问是否缓存了属于自己的数据，路由器在收到请求后会向端设备返回MAC层(MediaAccessControl，媒体介入控制层)的ACK(Acknowledgement，确认)数据告诉端设备是否有缓存数据。当没有缓存数据或者处理完毕时，端设备可以再次进入休眠。这种查询机制可以使端设备在没有数据传输的情况下有效地降低功耗。另外，由于路由器的内存空间有限，便引入超时机制，在超时后路由器会删除缓存的数据甚至删除与端设备的连接关系，不同类型的数据可以有不同的超时时间。

基于BLE模式的mesh基本结构上也可以采用和Zigbeemesh类似的分簇树型，网络的组成单元和控制连接也可以采用类似的方式，但是由于BLE标准在带宽、调制方式、数据编码、调频机制、网络连接层定义等方面与ZigBee完全不同，因此两个标准之间无法直接通信，基于其中一种模式的端设备无法直接接入另外一种标准的mesh网络中。在实际操作中，如图2所示，只能够分别组网，再分别接入局域网或者以太网进行数据交换，造成网络控制复杂，成本高，而且数据延时太长。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种双模网络协调器、双模路由器、双模mesh组网***及其方法，使得一个建成的无线mesh网络可以同时支持两种近距离通信模式的通信设备进行通信，降低整体组网复杂度，减少硬件成本，增加数据传输效率。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种双模网络协调器，包含：收发天线、第一近距离通信模式无线收发机、第二近距离通信模式无线收发机和控制器；

所述第一近距离通信模式无线收发机和所述第二近距离通信模式无线收发机的一端均连接所述收发天线，另一端均连接所述控制器；

所述控制器用于控制所述第一近距离通信模式无线收发机和所述第二近距离通信模式无线收发机分时复用所述收发天线收发信息；

其中，所述控制器在双模网络协调器建立网络的初始化阶段，控制所述第一近距离通信模式无线收发机和所述第二近距离通信模式无线收发机分时复用所述收发天线发起广播进行组网。

本实用新型的实施方式还提供了一种双模路由器，包含：收发天线、第一近距离通信模式无线收发机、第二近距离通信模式无线收发机和控制器；

所述第一近距离通信模式无线收发机和所述第二近距离通信模式无线收发机的一端均连接所述收发天线，另一端均连接所述控制器；

所述控制器用于控制所述第一近距离通信模式无线收发机和所述第二近距离通信模式无线收发机分时复用所述收发天线收发信息；

其中，所述控制器根据所述收发天线所收到的广播信息的近距离通信模式，控制对应的近距离通信模式无线收发机使用所述收发天线发送需反馈的信息。

本实用新型的实施方式还提供了一种双模无线mesh组网***，包含：至少一个端设备、至少一个路由器和如上述提到的双模网络协调器；

所述双模网络协调器、所述路由器和所述端设备根据分簇树型或星型的拓扑结构组网；

所述双模无线网络网格mesh组网***包含单模端设备和/或多模端设备；

其中，所述单模端设备为基于第一近距离通信模式或基于第二近距离通信模式的单模端设备；所述多模端设备至少支持所述第一近距离通信模式和/或支持所述第二近距离通信模式；

所述双模无线mesh组网***进一步包含基于第一近距离通信模式或基于第二近距离通信模式的单模路由器，和/或如上述提到的双模路由器；

其中，在所述端设备为单模端设备，且其连接的路由器为单模路由器时，该单模端设备的网络模式与相连接的单模路由器的通信模式相同。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，主要区别及其效果在于：在现有网络协调器中内置两种近距离通信模式的无线收发机，在建网的初始化阶段，利用两种近距离通信模式分别发起广播，寻找可组网设备进行组网。同时，两种模式收发信息时，可以分时复用同一收发天线，互相利用通信间隙运行，不仅共用了硬件，还能避免两种模式间的干扰，实现了双模组网。可见，本实用新型实施方式使得一个建成的无线mesh网络可以同时支持两种近距离通信模式的通信设备进行通信，降低整体组网复杂度，减少硬件成本，增加数据传输效率，在实际应用中，具有巨大的经济前景。

作为进一步改进，所述第一近距离通信模式无线收发机可以为BLE无线收发机；所述第二近距离通信模式无线收发机可以为ZigBee无线收发机。进一步限定两种近距离通信模式分别为BLE和ZigBee，兼具了BLE的调频抗干扰优势和Zigbee的组网规模大、远距离等优势，具有广泛的应用场景及良好的经济前景。

附图说明

图1是根据本实用新型背景技术部分中的现有ZigBee组网示意图；

图2是根据本实用新型背景技术部分中的现有ZigBee和BLE共同组网示意图；

图3是根据本实用新型第一实施方式中的双模网络协调器结构示意图；

图4是根据本实用新型第二实施方式中的双模路由器结构示意图；

图5是根据本实用新型第四实施方式中的双模无线mesh组网***示意图；

图6是根据本实用新型第四实施方式中的另一双模无线mesh组网***示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种双模网络协调器。本实施方式中的“双模”以BLE和ZigBee两种模式为例作具体说明，如图3所示，具体包含：收发天线(即图中的天线)、BLE无线收发机、ZigBee无线收发机、控制器和存储器；

其中，BLE无线收发机和ZigBee无线收发机的一端均连接收发天线，另一端均连接控制器；同时，控制器还与存储器连接。

具体的说，控制器可以是微控制器MCU，控制器用于控制BLE无线收发机和ZigBee无线收发机分时复用收发天线收发信息。

值得一提的是，本实施方式中的BLE无线收发机和ZigBee无线收发机可以是两个完全独立的收发机，利用两个完全独立的收发机，可以直接利用现有的模组，改造方便。

另外，控制器在双模网络协调器建立网络的初始化阶段，还用于控制BLE无线收发机和ZigBee无线收发机分时复用收发天线发起广播进行组网。

还需说明的是，本实施方式中的控制器还可以用于控制BLE无线收发机和ZigBee无线收发机分时复用收发天线，将为BLE和ZigBee配置的调频机制发送给相应近距离通信模式下的组网设备。也就是说，在建立网络的初始化阶段，寻找到的组网设备如果支持BLE，控制器就控制BLE无线收发器使用收发天线发送为其配置的调频机制，寻找到的组网设备如果支持ZigBee，控制器就控制ZigBee无线收发器使用收发天线发送为其配置的调频机制。进一步地说，本实施方式中的双模网络协调器中的控制器将会按照可组网的路由和端设备的级别分配通讯信道、路由关系、各个端设备与路由器、以及路由器与协调器的通信时隙。

更具体的说，网络初始化完毕之后，本实施方式中的双模网络协调器也可以成为一个双模路由器。此外，本实施方式中的双模网络协调器发出的指令数据可以暂时缓存在存储器中，收到的数据也可以缓存在存储器中。

本实施方式相对于现有技术而言，在现有网络协调器中内置两种近距离通信模式的无线收发机，在建网的初始化阶段，利用两种近距离通信模式分别发起广播，寻找可组网设备进行组网。同时，两种模式收发信息时，可以分时复用同一收发天线，互相利用通信间隙运行，不仅共用了硬件，还能避免两种模式间的干扰，实现了双模组网。另外，本实施方式应用了BLE和ZigBee两种近距离通信模式，兼具了BLE的调频抗干扰优势和Zigbee的大规模组网、远距离优势，具有良好的应用场景及经济前景。可见，本实施方式使得一个建成的无线mesh网络可以同时支持两种近距离通信模式的通信设备进行通信，降低整体组网复杂度，减少硬件成本，增加数据传输效率，在实际应用中，具有巨大的经济前景。

本实用新型的第二实施方式涉及一种双模路由器。本实施方式中的“双模”以BLE和ZigBee两种模式为例作具体说明，其结构示意图如图4所示，具体包含：收发天线、BLE无线收发机、ZigBee无线收发机、控制器和存储器；

其中，BLE无线收发机和ZigBee无线收发机的一端均连接收发天线，另一端均连接控制器；同时，控制器还与存储器连接。

具体的说，控制器可以是微控制器MCU，控制器用于控制BLE无线收发机和ZigBee无线收发机分时复用收发天线收发信息。

还需说明的是，本实施方式中的控制器还可以根据收发天线所收到的广播信息的近距离通信模式，控制对应的近距离通信模式无线收发机使用收发天线发送需反馈的信息。也就是说，本实施方式中的双模路由器在收到BLE的广播信息后，就控制BLE无线收发机使用收发天线发送需反馈的信息；如果收到ZigBee的广播信息，就控制ZigBee无线收发机使用收发天线发送需反馈的信息。这样使得组成的双模无线mesh网中可被组网的路由器更多，组网范围更广，所组的网络覆盖范围更大。

值得一提的是，由于两种近距离通信模式在使用天线时为分时复用，他们可以在另一方的通信间隙工作，所以即使共用一根天线也不会互相干扰。

在实际应用中，由于BLE和ZigBee两种通信标准在数据带宽、调制方式、以及数据前导码的规定上有明显的区别，控制器可以根据这些显著特征，添加区分数据格式的算法，自动区分识别出所收到的广播信息究竟是哪一种通信模式，从而选择下一步进行相应模式的信息反馈和发送。

此外，本实施方式中的BLE无线收发机和ZigBee无线收发机可以是两个完全独立的收发机，利用两个完全独立的收发机，可以直接利用现有的模组，改造方便。

本实用新型的第三实施方式涉及一种双模路由器，第四实施方式是在第三实施方式的基础上做了进一步改进，主要改进之处在于，本实施方式中的控制器在收发天线收到两种或以上的近距离通信模式时，根据网络环境选择对应的近距离通信模式无线收发机使用收发天线发送需反馈的信息。本实施方式中的双模路由器可以自动选择通信模式，提高通信质量。

同样以两种近距离通信模式分别为BLE和ZigBee为例，具体的说，由于BLE具有调频抗干扰的优势，而ZigBee具有传输距离远的优势，两者各有利弊，如果在两个通信模式均可使用时，就可以根据网络环境，自动选择较优的通信模式完成组网通信。比如，根据信号强度选择信号更强的通信模式。

可见，本实施方式中的双模路由器利用了所组成的双模无线mesh网的优势，结合两种近距离通信模式的优点，在需要的时候选择通信质量更好的通信模式，提高通信质量。

本实用新型的第四实施方式涉及一种双模无线mesh组网***，包含：至少一个端设备、至少一个路由器和如上述第一实施方式提到的双模网络协调器。如图5所示，本实施方式中以1个网络协调器、4个路由器和7个端设备组成的双模无线mesh组网***为例，且双模分别为BLE和ZigBee进行具体说明。而且，双模网络协调器、路由器和端设备根据分簇树型的拓扑结构组网。

具体的说，图5中501表示双模网络协调器，其他方框表示路由器，圆形框表示端设备。

其中，本实施方式中的双模无线mesh组网***包含单模端设备和多模端设备，具体的说，本实施方式中的单模端设备为511、513、516和517，更具体的说，本实施方式中的单模端设备513和516为基于BLE的单模端设备，本实施方式中的单模端设备511和517为基于ZigBee的单模端设备。同时，本实施方式中的多模端设备为512、514和515，且本实施方式中的多模端设备为至少支持BLE和ZigBee两种近距离通信模式的多模端设备。

进一步地，本实施方式中的双模无线mesh组网***还包含基于BLE的单模路由器505、基于ZigBee的单模路由器504，和如第二实施方式或第三实施方式中提到的双模路由器502和503。

还需要说明的是，结合图5可以看出，在端设备为单模端设备，且其连接的路由器为单模路由器时，该单模端设备的网络模式与相连接的单模路由器的通信模式相同。比如单模端设备511仅支持ZigBee，与其连接的路由器所支持的通信模式就必须至少包含ZigBee，所以当路由器504为单模路由器时，其支持的通信模式也必须时ZigBee。

值得一提的是，本实施方式中的多模端设备512、514和515所支持的近距离通信模式包含BLE和ZigBee，但在实际应用中，组网中的多模端设备只需要至少支持BLE和ZigBee中的一种即可。当然，如果仅支持一种，也需要满足与其连接的单模路由器的通信模式相同。比如图5中的多模路由器512，如果其仅支持BLE和ZigBee中的一种近距离通信模式，其必须满足支持ZigBee，当然，如果其仅支持BLE，在组网过程中，它仍然能与路由器502建立连接，但不能与路由器504建立连接。

另外，还需说明的是，虽然本实施方式中的路由器既有单膜路由器，又有双模路由器，但在实际应用中，只要满足连接所需的通信模式，可以仅有单模路由器，也可以仅有双模路由器。

再举一其中仅有单模路由器的例子进行说明，如图6所示，图中的双模mesh组网***仍然包含1个双模网络协调器、4个路由器和7个端设备，但其中的四个路由器均为单模路由器，路由器602和603支持ZigBee，路由器604和605支持BLE，同时7个端设备所支持的通信模式也有所改变，端设备611、612和613为支持ZigBee的单模端设备，端设备614和615为至少支持BLE的多模端设备，端设备616和617为支持BLE的单模端设备。

可以发现由于双模网络协调器同时支持BLE和ZigBee，所以其组网时的可组网设备所支持的通信模式将大大扩展，非常灵活多变，在实际应用中，可组网设备越多，理论上组成的mesh组网所覆盖的范围就越广，而且，两种近距离通信模式不需单独组网，将大大降低组网复杂度，减少硬件成本，增加数据传输效率，在实际应用中，本实用新型实施方式中的双模无线mesh组网***具有巨大的经济前景。

另外，还需要说明的是，虽然本实施方式中的双模网络协调器、路由器和端设备根据分簇树型的拓扑结构组网，但在实际应用中，还可以根据星型的拓扑结构组网，也就是由一个双模网络协调器连接若干个路由器，一个路由器再连接若干个端设备的方式，增加了组网所用的拓扑结构的多变性。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (8)

1.一种双模网络协调器，其特征在于，包含：收发天线、第一近距离通信模式无线收发机、第二近距离通信模式无线收发机和控制器；

所述第一近距离通信模式无线收发机和所述第二近距离通信模式无线收发机的一端均连接所述收发天线，另一端均连接所述控制器；

所述控制器用于控制所述第一近距离通信模式无线收发机和所述第二近距离通信模式无线收发机分时复用所述收发天线收发信息；

其中，所述控制器在双模网络协调器建立网络的初始化阶段，控制所述第一近距离通信模式无线收发机和所述第二近距离通信模式无线收发机分时复用所述收发天线发起广播进行组网。

2.根据权利要求1所述的双模网络协调器，其特征在于，

所述第一近距离通信模式无线收发机为蓝牙低功耗BLE无线收发机；

所述第二近距离通信模式无线收发机为紫蜂ZigBee无线收发机。

3.根据权利要求1所述的双模网络协调器，其特征在于，所述控制器还用于控制所述第一近距离通信模式无线收发机和第二近距离通信模式无线收发机分时复用所述收发天线，将为第一近距离通信模式和第二近距离通信模式配置的调频机制发送给相应近距离通信模式下的组网设备。

4.一种双模路由器，其特征在于，包含：收发天线、第一近距离通信模式无线收发机、第二近距离通信模式无线收发机和控制器；

所述第一近距离通信模式无线收发机和所述第二近距离通信模式无线收发机的一端均连接所述收发天线，另一端均连接所述控制器；

所述控制器用于控制所述第一近距离通信模式无线收发机和所述第二近距离通信模式无线收发机分时复用所述收发天线收发信息；

其中，所述控制器根据所述收发天线所收到的广播信息的近距离通信模式，控制对应的近距离通信模式无线收发机使用所述收发天线发送需反馈的信息。

5.根据权利要求4所述的双模路由器，其特征在于，所述控制器在所述收发天线收到两种或以上的近距离通信模式时，根据网络环境选择所述第一近距离通信模式无线收发机或所述第二近距离通信模式无线收发机使用所述收发天线发送需反馈的信息。

6.根据权利要求4所述的双模路由器，其特征在于，

所述第一近距离通信模式无线收发机为蓝牙低功耗BLE无线收发机；

所述第二近距离通信模式无线收发机为紫蜂ZigBee无线收发机。

7.一种双模无线mesh组网***，其特征在于，包含至少一个端设备、至少一个路由器和如权利要求1至3中任意一项所述的双模网络协调器；

所述双模网络协调器、所述路由器和所述端设备根据分簇树型或星型的拓扑结构组网；

所述双模无线网络网格mesh组网***包含单模端设备和/或多模端设备；

其中，所述单模端设备为基于第一近距离通信模式或基于第二近距离通信模式的单模端设备；所述多模端设备至少支持所述第一近距离通信模式和/或支持所述第二近距离通信模式；

所述双模无线mesh组网***进一步包含基于第一近距离通信模式或基于第二近距离通信模式的单模路由器，和/或如权利要求4至6中任意一项所述的双模路由器；

其中，在所述端设备为单模端设备，且其连接的路由器为单模路由器时，该单模端设备的网络模式与相连接的单模路由器的通信模式相同。

8.根据根据权利要求7所述的一种双模无线mesh组网***，其特征在于，

所述第一近距离通信模式无线收发机为蓝牙低功耗BLE无线收发机；

所述第二近距离通信模式无线收发机为紫蜂ZigBee无线收发机。