[发明专利]一种加固型ZigBee网络协调器

说明书

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，尤其涉及ZigBee网络的可靠性管理，具体涉及一种加固型ZigBee网络协调器。

 

背景技术

ZigBee, 在中国被译为“紫蜂”, 它是一种依赖于IEEE 802.15.4标准所定义的物理层及MAC(媒体接入控制)层协议的，由ZigBee联盟所制定的网络层和应用层标准，是一种短距离、低功耗的无线通信技术规范。具有近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯的技术特点。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用，可用于工业现场，家庭和建筑物自动化控制、智能电网管理等多种对可靠性和实时性要求较高的应用场合。

现行的ZigBee规范规定了一个网络有且仅有一个协调器设备，当协调器出现故障的时候，由于整个网络的信任管理中心一般来说位于协调器内部，这会导致该ZigBee网络无法打开或者关闭，无法加入新的设备，无法更新密钥等多种问题。换句话说，ZigBee协调器是一个ZigBee网络的单点故障源，对整个ZigBee网络的安全运行造成极大的隐患。

发明内容

   本发明实施例提供了一种通过双机热备份机制来增强ZigBee协调器的可靠性, 从而避免协调器单点故障导致ZigBee网络工作异常的方案。

  由于ZigBee规范定义了一个ZigBee网络有且仅有一个协调器，在不违反ZigBee协议规范的前提条件下，我们无法从逻辑层面上引入一个备份的协调器。因此在物理实现上，我们考虑双机热备份和地址共享机制来增强该协调器的可靠性。 

    一种加固型ZigBee网络协调器，在硬件上，包含常用ZigBee协调器1，备用ZigBee协调器2、心跳线3，常用ZigBee协调器1和备用ZigBee协调器2（下面简称为：“两个协调器”）通过心跳线3电连接；在软件上，除了普通协调器所必须的协议栈及协调器应用程序以外，还包含软件控制/切换逻辑4，它通过软件来控制“两个协调器”并负责切换“两个协调器”之间的工作状态。

上述的心跳线3是用于连接两台服务器（如工作机与备份机）之间的网线。它通过软件的方式监视工作机,备份机一旦发现工作机由于某种原因停止服务,则立即投入使用,以保证网络的畅通和服务的正常运行。

上述的软件控制/切换逻辑4包含心跳发送及监视程序逻辑41、协调器切换单元逻辑42、数据共享逻辑43，心跳发送及监视程序逻辑41负责“两个协调器”之间的心跳数据定期发送和监视，得以“两个协调器”均能互知对方的工作状态；协调器切换单元逻辑42负责“两个协调器”之间的工作状态切换，得以保持有且仅有一个协调器处于激活状态；数据共享逻辑43负责“两个协调器”之间的网络状态参数共享和交换，得以确保“两个协调器”同步工作及工作状态切换正常。

ZigBee协调器一般具备富余的通用I/O接口或者串行口、SPI接口等，因此，心跳线3经由这些富余的通用I/O接口，串行口，SPI接口、以太网接口等电连接“两个协调器”。

数据共享逻辑43共享“两个协调器”之间的网络地址，短地址, 网络密钥，网络ID, 扩展网络ID ，收发包缓存和必要的应用层数据等网络状态参数。数据共享逻辑43使“两个协调器”在内部逻辑状态上保持同步以确保产生活动协调器切换动作时不至于丢失网络状态等数据。“两个协调器”共享这些参数，因此也共享了同一个MAC地址，但由于有且仅有一个协调器处于激活状态，而另一个协调器并不实际发生从物理层进行收发包的动作，所以不会引起MAC地址的冲突；同时他们所属ZigBee网络中的其他设备也不会意识到处于待机状态的协调器的存在，这样有且仅有一个协调器处于激活状态的设置符合ZigBee协议规范。

     本发明的工作过程如下：在正常情况下，加电开机以后，通过竞争法则或者事先约定，“两个协调器”中有且仅有一个ZigBee收发器处于激活状态，所有的ZigBee无线输入输出信号均通过该激活状态的协调器完成，而另一个协调器处于待机状态。