基于Zigbee的健身单车自组网方法、装置、服务器及存储介质与流程

本发明涉及物联网健身设备技术领域，具体涉及一种基于zigbee的健身单车自组网方法、装置、服务器及存储介质。

背景技术：

随着物联网应用的发展，越来越多的设备被以各种方式接入到互联网中，目前设备入网技术以2g/3g/4g通信方式或者以nb-iot方式为主流，这两种技术的区别如下：

1)nb-iot

核心优势：窄带传输、广覆盖、海量接入、低功耗。

主要缺点：只适应于低频传输，如2小时发送一次的场景，若要实时传输则需要高昂的费用。

2)2g/3g/4g

核心优势：高数据速率、宽带传输、无线即时通讯、兼容性高。

主要缺点：功耗巨大，若为2g信号则非常依赖基站的健康度，需要维持和基站之间的心跳连接来保证数据传输的实时性。

以上两种组网管理的方式，对一些以健身设备投放为场景的应用提出了较大的挑战。以健身单车投放场景为例，健身单车能随时迁移到其它地方，需能随时检查某一区域内的健身单车在线情况，同时功耗大也对健身单车的待机时间提出挑战，需要场景接电支持或者大容量电池以增加免维时间，在硬件成本和人工成本上均不够经济。

技术实现要素：

为此，本发明提供一种基于zigbee的健身单车自组网方法、装置、服务器及存储介质，以解决健身器材投放场景的组网方式中存在的nb-iot只适应于低频传输，若要实时传输则需要高昂的费用；以及2g/3g/4g功耗巨大，需要场景接电支持或者大容量电池以增加免维时间，在硬件成本和人工成本上均不够经济的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的第一方面，一种基于zigbee的健身单车自组网方法，其包括：

网络初始化，协调器建立本地信道，广播道标，与上位机连接入网，与至少一辆健身单车无线连接；

协调器覆盖区域内的健身单车与唯一一个父节点、n个子节点无线连接，其中，父节点为协调器或路由节点，子节点为路由节点或终端节点；当健身单车处于关锁状态时，则该健身单车在网络中升变为路由节点，并建立mac表，为其它终端节点提供路由服务；当健身单车处于开锁状态时，则该健身单车退化为终端节点，并断开路由服务，在网络中以终端节点形态为用户提供服务；当健身单车离开协调器覆盖区域时，协调器删除该健身单车对应的节点，该健身单车的路由表中的其它健身单车重新无线连接协调器或其它路由节点；

协调器关机，若区域内无其它协调器，则组网完成，流程结束。

进一步地，刚进入到协调器覆盖区域内的健身单车作为终端节点，扫描本区域内的父节点，并向扫描到的父节点发出入网申请，父节点收到入网请求并批准后，该健身单车入网成功。

进一步地，刚进入到协调器覆盖区域内的健身单车作为终端节点，扫描本区域内的路由节点，向扫描到的路由节点发出入网请求失败时，则重新向其它有能力批准该健身单车入网的路由节点发出入网请求；若本区域内没有有能力批准该健身单车入网的路由节点，则该健身单车通过协调器入网。

进一步地，刚进入到协调器覆盖区域内的健身单车作为终端节点，扫描本区域内有能力批准该健身单车入网的父节点，并将扫描到的父节点信息存入该健身单车的相邻表，向相邻表中的深度最小的父节点发送入网请求；若存在两个及以上深度最小的父节点，则在多个深度最小的父节点中随机选择一个发送入网请求；若请求被批准，则入网成功；若入网请求失败，则重新查找相邻表，继续发送入网请求信息，直到入网请求被批准；若相邻表中没有合适的父节点的信息，则表示入网失败，终止过程。

进一步地，当健身单车作为终端节点从协调器覆盖区域内迁出时，该健身单车处于正常迁移状态；当健身单车作为路由节点从协调器覆盖区域内迁出时，该健身单车处于非正常迁移状态，触发被盗报警，发送该健身单车的定位数据到服务端。

本发明的第二方面，一种基于zigbee的健身单车自组网装置，其包括：

协调器，用于建立本地信道，广播道标，与上位机连接入网，与至少一辆健身单车无线连接；

健身单车，在协调器覆盖区域内的健身单车用于与唯一一个父节点、n个子节点无线连接，其中，父节点为协调器或路由节点，子节点为路由节点或终端节点；当健身单车处于关锁状态时，则该健身单车在网络中升变为路由节点，并建立mac表，为其它终端节点提供路由服务；当健身单车处于开锁状态时，则该健身单车退化为终端节点，并断开路由服务，在网络中以终端节点形态为用户提供服务；当健身单车离开协调器覆盖区域时，协调器删除该健身单车对应的节点，该健身单车的路由表中的其它健身单车重新无线连接协调器或其它路由节点。

本发明的第三方面，一种基于zigbee的健身单车自组网服务器，其包括：处理器和存储器；其中，所述存储器用于存储本发明的第一方面所述的基于zigbee的健身单车自组网方法的程序，该服务器通电并通过所述处理器运行所述基于zigbee的健身单车自组网方法的程序后，执行下述步骤：

网络初始化，协调器建立本地信道，广播道标，与上位机连接入网，与至少一辆健身单车无线连接；

协调器覆盖区域内的健身单车与唯一一个父节点、n个子节点无线连接，其中，父节点为协调器或路由节点，子节点为路由节点或终端节点；当健身单车处于关锁状态时，则该健身单车在网络中升变为路由节点，并建立mac表，为其它终端节点提供路由服务；当健身单车处于开锁状态时，则该健身单车退化为终端节点，并断开路由服务，在网络中以终端节点形态为用户提供服务；当健身单车离开协调器覆盖区域时，协调器删除该健身单车对应的节点，该健身单车的路由表中的其它健身单车重新无线连接协调器或其它路由节点；

协调器关机，若区域内无其它协调器，则组网完成，流程结束。

本发明的第四方面，一种基于zigbee的健身单车自组网存储介质，其存储有本发明的第一方面所述的基于zigbee的健身单车自组网方法的程序，该程序运行时执行下述步骤：

网络初始化，协调器建立本地信道，广播道标，与上位机连接入网，与至少一辆健身单车无线连接；

协调器覆盖区域内的健身单车与唯一一个父节点、n个子节点无线连接，其中，父节点为协调器或路由节点，子节点为路由节点或终端节点；当健身单车处于关锁状态时，则该健身单车在网络中升变为路由节点，并建立mac表，为其它终端节点提供路由服务；当健身单车处于开锁状态时，则该健身单车退化为终端节点，并断开路由服务，在网络中以终端节点形态为用户提供服务；当健身单车离开协调器覆盖区域时，协调器删除该健身单车对应的节点，该健身单车的路由表中的其它健身单车重新无线连接协调器或其它路由节点；

协调器关机，若区域内无其它协调器，则组网完成，流程结束。

本发明具有如下优点：

在分区域的中心放置一台协调器，该协调器可覆盖该区域，负责维护该区域内的健身单车入网请求。当一个城市的可投放健身单车的整体区域划定并被划分成多个分区域，且将协调器放置在分区域完毕后，健身单车可在不同的分区域内自由游离离网、入网，后台通过管理系统可实时方便的看到所有物联网终端节点的状态并进行管理。与现有的组网技术相比，本发明采用mesh组网，兼具了实时通讯、低功耗、低成本、低速率、近距离、短延时、高容量、高安全的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

图1为本发明具体实施方式提供的一种基于zigbee的健身单车自组网方法的流程图。

图2为本发明具体实施方式提供的一种基于zigbee的健身单车自组网方法的应用场景示意图。

图3为本发明具体实施方式提供的一种基于zigbee的健身单车自组网服务器的示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明采用目前较为成熟的zigbee无线传输协议为基础通信，将城市按照区域划分不同的zigbee内部局域网，覆盖1公里范围内的所有健身单车，利用zigbee协议的自组网特性，当健身单车在迁移到另外区域时自动注册，自动入网，自动上线。当健身单车处于未开锁使用状态时，健身单车可作为路由节点使用。当健身单车离开区域时若车辆处于非迁移状态，则触发防盗警报，发送健身单车定位数据到服务端。

将车辆覆盖的城市划分为多个投放区域，在投放区域可根据组网方式弹性伸缩。例如实施mesh组网时，在低时延的需求下，每台协调器的覆盖面积可经由下述公式得出：

t＝15ms*8(1+4+9+……+n*n)

n＝8(1+2+3+……+n)

当t＝20秒时，计算可知n＝7，n＝224，也即该网络在满足最长20秒的协调器入网扫描请求周期的网络最大容量为224个节点。以每个节点的通信距离为100米计算，可覆盖1.4*1.4＝1.96平方公里的区域。

因此，本发明的自住房技术中，需要一个城市(整体区域)划分成多个投放区域(分区域)，每个分区域可被位于该分区域中心的协调器所覆盖。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于zigbee的健身单车自组网方法，其包括以下步骤：

步骤s1，网络初始化，协调器建立本地信道，广播道标，与上位机连接入网，与至少一辆健身单车无线连接。协调器选择802.11n通信标准中的13个信道中的一个空闲信道作为本地信道。802.11n通信标准中只有1、6、11、13信道没有频率重复，但1、6信道为路由器默认设置，使用的人较多，优选使用11或13信道。本地信道建立之后广播道标，从而与上位机连接入网，并为健身单车入网提供条件。

步骤s2，协调器覆盖区域内的健身单车与唯一一个父节点、n个子节点无线连接，其中，父节点为协调器或路由节点，子节点为路由节点或终端节点；当健身单车处于关锁状态时，则该健身单车在网络中升变为路由节点，并建立mac表，为其它终端节点提供路由服务；当健身单车处于开锁状态时，则该健身单车退化为终端节点，并断开路由服务，在网络中以终端节点形态为用户提供服务；当健身单车离开协调器覆盖区域时，协调器删除该健身单车对应的节点，该健身单车的路由表中的其它健身单车重新无线连接协调器或其它路由节点。具体的，刚进入到协调器覆盖区域内的健身单车作为终端节点，扫描本区域内的父节点，并向扫描到的父节点发出入网申请，父节点收到入网请求并批准后，该健身单车入网成功，其中，向扫描到的路由节点发出入网请求失败时，则重新向其它有能力批准该健身单车入网的路由节点发出入网请求，若本区域内没有有能力批准该健身单车入网的路由节点，则该健身单车通过协调器入网。更加具体的，刚进入到协调器覆盖区域内的健身单车作为终端节点，扫描本区域内有能力批准该健身单车入网的父节点，并将扫描到的父节点信息存入该健身单车的相邻表，向相邻表中的深度最小的父节点发送入网请求；若存在两个及以上深度最小的父节点，则在多个深度最小的父节点中随机选择一个发送入网请求；若请求被批准，则入网成功；若入网请求失败，则重新查找相邻表，继续发送入网请求信息，直到入网请求被批准；若相邻表中没有合适的父节点的信息，则表示入网失败，终止过程。

如图2所示，协调器与互联网连接，从而通过互联网与上位机连接。路由节点(图中的router)、终端节点(图中的节点)与协调器无线连接，或路由节点、终端节点与协调器无线连接，按照此连接形式进行拓扑，从而形成弹性伸缩的自组网络。刚驶入区域一的健身单车(图中的新加入节点)与区域一中的一个升变为路由节点的健身单车无线连接，完成入网；从区域一迁出的健身单车(图中的迁移节点)，与区域一中的路由节点断开连接以注销，该迁移节点从区域一迁出并驶入(迁入)区域二，该迁移节点相对于区域二来说，又是一个新加入的节点，与区域二中的一个升变为路由节点的健身单车无线连接，完成入网。

步骤s3，协调器关机，若区域内无其它协调器，则组网完成，流程结束；若区域内有其它协调器，其它协调器继续与处于该区域内的其它未入网的健身单车自行组网。

当一个城市的可投放健身单车的整体区域划定并被划分成多个分区域，且将协调器放置在分区域完毕后，健身单车可在不同的分区域内自由游离离网、入网，后台通过管理系统可实时方便的看到所有物联网终端节点的状态并进行管理。与现有的组网技术相比，本发明采用mesh组网，兼具了实时通讯、低功耗、低成本、低速率、近距离、短延时、高容量、高安全的特点。

在本自组网方法中，当健身单车作为终端节点从协调器覆盖区域内迁出时，该健身单车处于正常迁移状态；当健身单车作为路由节点从协调器覆盖区域内迁出时，该健身单车处于非正常迁移状态，触发被盗报警，发送该健身单车的定位数据到服务端。

如图2所示，本发明实施例还提供了一种基于zigbee的健身单车自组网装置，其包括协调器和健身单车。协调器用于建立本地信道，广播道标，与上位机连接入网，与至少一辆健身单车无线连接；当组网完成后协调器关机。在协调器覆盖区域内的健身单车，其用于与唯一一个父节点、n个子节点无线连接，其中，父节点为协调器或路由节点，子节点为路由节点或终端节点；当健身单车处于关锁状态时，则该健身单车在网络中升变为路由节点，并建立mac表，为其它终端节点提供路由服务；当健身单车处于开锁状态时，则该健身单车退化为终端节点，并断开路由服务，在网络中以终端节点形态为用户提供服务；当健身单车离开协调器覆盖区域时，协调器删除该健身单车对应的节点，该健身单车的路由表中的其它健身单车重新无线连接协调器或其它路由节点。

协调器在每个分区域内至少设置一个，每个分区域内的健身单车为零时，不组建网络，当每个分区域内的健身单车不为零时，健身单车直接与协调器无线连接，或通过其它的健身单车与协调器间接无线连接，从而完成组网。

本发明实施例还提供了一种基于zigbee的健身单车自组网服务器，如图3所示，其包括处理器1和存储器2；其中，所述存储器2用于存储本发明的第一方面所述的基于zigbee的健身单车自组网方法的程序，该服务器通电并通过所述处理器1运行所述基于zigbee的健身单车自组网方法的程序后，执行下述步骤：

网络初始化，协调器建立本地信道，广播道标，与上位机连接入网，与至少一辆健身单车无线连接；

协调器覆盖区域内的健身单车与唯一一个父节点、n个子节点无线连接，其中，父节点为协调器或路由节点，子节点为路由节点或终端节点；当健身单车处于关锁状态时，则该健身单车在网络中升变为路由节点，并建立mac表，为其它终端节点提供路由服务；当健身单车处于开锁状态时，则该健身单车退化为终端节点，并断开路由服务，在网络中以终端节点形态为用户提供服务；当健身单车离开协调器覆盖区域时，协调器删除该健身单车对应的节点，该健身单车的路由表中的其它健身单车重新无线连接协调器或其它路由节点；

协调器关机，若区域内无其它协调器，则组网完成，流程结束。

本发明实施例还提供了一种基于zigbee的健身单车自组网存储介质，其存储有本发明的第一方面所述的基于zigbee的健身单车自组网方法的程序，该程序运行时执行下述步骤：

网络初始化，协调器建立本地信道，广播道标，与上位机连接入网，与至少一辆健身单车无线连接；

协调器覆盖区域内的健身单车与唯一一个父节点、n个子节点无线连接，其中，父节点为协调器或路由节点，子节点为路由节点或终端节点；当健身单车处于关锁状态时，则该健身单车在网络中升变为路由节点，并建立mac表，为其它终端节点提供路由服务；当健身单车处于开锁状态时，则该健身单车退化为终端节点，并断开路由服务，在网络中以终端节点形态为用户提供服务；当健身单车离开协调器覆盖区域时，协调器删除该健身单车对应的节点，该健身单车的路由表中的其它健身单车重新无线连接协调器或其它路由节点；

协调器关机，若区域内无其它协调器，则组网完成，流程结束。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。