[发明专利]一种发送数据的方法和系统以及节点设备和协调设备

说明书

技术领域

本发明涉及Zigbee网络技术，特别涉及一种发送数据的方法和系统以及节点设备和协调设备。

背景技术

Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低成本、低功耗的无线通信技术，主要应用于家庭控制、工业检测和传感器网络等领域。Zigbee网络是一个由众多无线传送节点组成的无线网络，在整个网络范围内，这些传送节点相互之间进行数据通信。

Zigbee主要工作在868MHz(欧洲)、915MHz(美国)以及2.4GHz(全球)这三个频段，传输速率小于250Kb/s，通信距离在100米范围之内，以IEEE 802.15.4标准作为物理层和媒体访问控制(MAC)层标准，另由Zigbee联盟制定应用层及网络层标准。

Zigbee网络包括协调者、转发节点以及终端节点三种设备类型，其中，协调者负责网络的管理和维护，包括网络的建立、一级地址分配等，是网络的核心部分；转发节点具有路由功能，也可以作为父节点接收新节点加入网络的请求，并为其分配地址；终端节点无转发功能，是网络的末梢。

根据网络拓扑结构的不同，可以将Zigbee网络分为星型网、树状网和网状网；根据MAC层数据传输模式的不同，Zigbee网络又可以被分为信标(beacon)网络和非-信标(no-beacon)网络。在no-beacon网络中，所有节点均以载波监听多路访问/冲突防止(CSMA/CA)的方式竞争接入信道发送数据；在beacon网络中，由beacon帧完成时间同步和时隙分配，节点按有保证时隙(GTS)或CSMA/CA方式发送数据。

目前，在Zigbee网络中所有的数据均被平等的发送与传输，按照时间顺序提供数据发送服务，在Zigbee beacon网络中，当节点应用层有数据要发送时，应用层首先构造应用层协议数据单元(APDU)，并向网络层发送应用支持子层数据实体数据请求(APSDE-DATA.REQUEST)命令，该命令中携带目的地址等信息；网络层向MAC层发送网络层数据实体数据请求(NLDE-DATA.REQUEST)命令，并在接收的APDU前添加网络层报文头发送给MAC层；MAC层在接收到网络层的数据后，发送MAC层公共部分子层数据请求(MCPS-DATA.REQUEST)命令，并在网络层报文前添加MAC层帧头，写入发送缓存，然后按照GTS或CSMA/CA机制进行帧的发送。

Beacon网络中，时间被划分为连续的超帧间隔，图1为Zigbee beacon网络中超帧结构示意图，如图1所示，每个超帧都包括活跃期和非活跃期，活跃期又被分为16个时隙，其中的0时隙用来发送beacon帧，用于时间同步和时隙分配；其余的15个时隙分为非竞争期(CFP)和竞争接入期(CAP)，在应用GTS机制传输数据的beacon网络中，CFP由若干GTS组成，GTS为用于网络节点发送数据的时隙；CAP则为节点采用CSMA/CA方式竞争接入信道发送数据时的时隙。

图2为Zigbee beacon网络中用GTS机制发送数据的流程图，如图2所示，包括以下步骤：

步骤201：网络中某一节点要在MAC层发送数据，该节点首先查看本节点中是否还有可使用的GTS，若有，则执行步骤202，否则，执行步骤203。

步骤202：该节点用现有GTS时隙发送数据，并在数据发送完毕后结束本流程。

步骤203：节点向协调者发送GTS请求命令。

GTS请求命令中携带有GTS长度域(GTS length)、GTS方向域(GTSdirection)和特征类型域(Characteristics type)：其中，GTS length标识请求的时隙数；GTS direction设为0，标识该GTS用于发送；Characteristics type设为1，标识该GTS请求为请求分配时隙。

步骤204：协调者按照先到先分配的原则为节点分配时隙。

假设所述节点的GTS请求命令最先达到，协调者为该节点分配GTS时隙。

步骤205：协调者构造GTS描述，将开始时隙域设为该GTS在超帧中的开始时隙，长度域设为所分配的时隙数，并将该描述封装在beacon帧中，在超帧的0时隙广播给网络中的个节点。

步骤206：所述节点按照GTS描述中的指示，在分配的GTS时隙发送数据。

步骤207：数据发送完毕，所述节点向协调者发送释放GTS请求消息。

步骤208：协调者释放GTS，并将释放的GTS分配给其它的GTS请求或CAP，结束流程。