一种多频段无线传感网络系统的制作方法

1.本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种多频段无线传感网络系统。


背景技术：

2.随着射频收发技术、微电子技术以及集成电路的发展，无线通信技术取得了较大发展，在设计成本、传输速率、可靠性方面均取得了长足进步。正在慢慢地发展到有线网络传输的水平；工业现场采用无线数据采集技术已成为新的发展趋势，可以解决以往传统数据采集中存在的问题，提高系统的适用性。
3.当前机器人技术飞速发展，但是控制系统还是依赖于有线网络居多，存在场景限制大、布线困难、终端无法自由移动等问题，且主流的无线方案，诸如wifi、蓝牙、zigbee等，无法解决大量设备并存和高实时性的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的同一空间内接入的大量的智能设备的控制和信号采集没有合适的解决方案、以及现有无线网络实时性差、无法双向通信的问题，而提出的一种多频段无线传感网络系统。
5.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种多频段无线传感网络系统，用以实现与终端的双向通信，该多频段无线传感网络系统包括第一控制单元、服务器和第一无线传感网络单元，第一控制单元中存储有与其建立通信的终端的第一终端列表，服务器中存储有所有终端的总终端列表，服务器与第一控制单元连接，第一无线传感网络单元与第一控制单元对应，第一无线传感网络单元包括第一命令下行频段、第一广播频段、第一消息下行频段、第一消息上行频段和第一连接频段；第一控制单元通过第一连接频段发送第一连接指令给未与第一控制单元建立通信的终端，未与第一控制单元建立通信的终端接收到第一连接指令后通过第一广播频段向第一控制单元发送通信请求，第一控制单元接收到通信请求后将发送通信请求的终端插到第一终端列表的前端；第一控制单元按照第一终端列表中存储的终端的顺序依次向各终端发送第一消息上行频段的第一控制指令，各终端接收到第一控制指令后通过第一消息上行频段向第一控制单元发送终端信息，第一控制单元接收到终端信息后将终端信息传送给服务器，第一控制单元接收到服务器传回的信息后通过第一消息下行频段将信息传送给对应的终端。
6.较佳地，第一命令下行频段的优先级高于第一广播频段的优先级。
7.较佳地，第一无线传感网络单元还包括第一故障上行频段，第一控制单元通过第一故障上行频段接收与第一控制单元建立通信的终端发送的故障信息。
8.进一步地，第一控制单元通过第一广播频段接收与第一控制单元建立通信的终端发送的突发通信请求，第一控制单元接收到突发通信请求后将发送突发通信请求的终端插到第一终端列表的前端，并通过第一命令下行频段发送所述第一消息上行频段的第一控制指令给发送突发通信请求的终端。
9.再进一步地，该无线传感网络系统还包括第二控制单元和第二无线传感网络单元，第二控制单元中存储有与其建立通信的终端的第二终端列表，第二控制单元与服务器连接，第二控制单元与第一控制单元连接，第二无线传感网络单元与第二控制单元对应，第二无线传感网络单元包括第二故障上行频段、第二命令下行频段、第二广播频段、第二消息下行频段、第二消息上行频段和第二连接频段；第二控制单元通过第二连接频段发送第二连接指令给未与第二控制单元建立通信的终端，未与第二控制单元建立通信的终端接收到第二连接指令后通过第二广播频段向第二控制单元发送通信请求，第二控制单元接收到通信请求后向第一控制单元查询发送通信请求的终端是否已与第一控制单元建立通信，当向第二控制单元发送通信请求的终端已与第一控制单元建立通信时，第二控制单元将接收到的通信请求的信号强度与第一控制单元接收到的同一终端发送的终端信息或者故障信息或者突发通信请求的信号强度进行比较，当第二控制单元接收到通信请求的信号强度强于第一控制单元接收到同一终端发送的突发通信请求的信号强度时，第一控制单元将向第二控制单元发送通信请求的终端从第一终端列表中删除，第二控制单元将向其发送通信请求的终端插到第二终端列表的前端，第二控制单元通过第二命令下行频段发送第二消息上行频段的第二控制指令给终端，终端接收到第二控制指令后通过第二消息上行频段向第二控制单元发送终端信息，第二控制单元接收到终端信息后将终端信息传送给服务器，第二控制单元接收到服务器传回的信息后通过第二消息下行频段将信息传送给对应的终端；当第二控制单元接收到通信请求的信号强度强于第一控制单元接收到同一终端发送的终端信息或者故障信息的信号强度时，第一控制单元将向第二控制单元发送通信请求的终端从第一终端列表中删除，第二控制单元将向其发送通信请求的终端插到第二终端列表的前端，第二控制单元将从第一控制单元获取的终端信息或者故障信息发送给服务器，第二控制单元接收到服务器传回的信息后通过第二消息下行频段将信息传送给对应的终端；当向第二控制单元发送通信请求的终端未与第一控制单元和第二控制单元中任一建立通信时，第二控制单元接收到通信请求后与第一控制单元接收到的同一终端发送的通信请求的信号强度进行比较，当第二控制单元接收到通信请求的信号强度强于第一控制单元接收到同一终端发送的通信请求的信号强度时，第二控制单元将向其发送通信请求的终端插到第二终端列表的前端，第二控制单元通过第二命令下行频段发送第二消息上行频段的第二控制指令给终端，终端接收到第二控制指令后通过第二消息上行频段向第二控制单元发送终端信息，第二控制单元接收到终端信息后将终端信息传送给服务器，第二控制单元接收到服务器传回的信息后通过第二消息下行频段将信息传送给对应的终端；当第二控制单元接收到通信请求的信号强度不强于第一控制单元接收到同一终端发送的通信请求的信号强度时，第一控制单元将向其发送通信请求的终端插到第一终端列表的前端，第一控制单元通过第一命令下行频段发送第一消息上行频段的第一控制指令给终端，终端接收到第一控制指令后通过第一消息上行频段向第一控制单元发送终端信息，第一控制单元接收到终端信息后将终端信息传送给服务器，第一控制单元接收到服务器传回的信息后通过第一消息下行频段将信息传送给对应的终端；第二控制单元通过第二故障上行频段接收与第二控制单元建立通信的终端发送的故障信息，第二控制单元通过第二广播频段接收与第二控制单元建立通信的终端发送的
突发通信请求，第二控制单元接收到突发通信请求后将发送突发通信请求的终端插到第二终端列表的前端，并通过第二命令下行频段发送第二消息上行频段的第二控制指令给发送突发通信请求的终端。
10.更进一步地，第一命令下行频段的优先级高于第一广播频段的优先级，第二命令下行频段的优先级高于第二广播频段的优先级，第一故障上行频段的优先级高于第一无线传感网络单元的其他频段的优先级，第二故障上行频段的优先级高于第二无线传感网络单元的其他频段的优先级。
11.进一步地，第一故障上行频段的优先级高于第一无线传感网络单元的其他频段的优先级。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过设置多个彼此独立的频段，控制单元与终端之间通过这些频段进行交互，实现了双向通信，同时保证了高实时性；只有拿到控制单元发送的控制指令的终端可以向控制单元发送终端信息，有效避免了通信过程中的相互干扰，保证了通信质量；通过各控制单元之间互相连接实现了终端信息的共享，各控制单元接收到终端信号后即可以通过无线信号的物理特性判断其强度，从而使终端与无线信号较强的控制单元连接，保证终端工作的稳定性。
附图说明
13.图1为本发明一实施例的一种多频段无线传感网络系统的结构示意图；图2为本发明另一实施例的一种多频段无线传感网络系统的结构示意图。
具体实施方式
14.为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
15.请参照图1，图1为本发明一实施例的一种多频段无线传感网络系统的结构示意图，在该实施例中，该多频段无线传感网络系统用以实现与终端设备的双向通信。
16.该多频段无线传感网络系统包括第一控制单元1、服务器2和第一无线传感网络单元3，第一控制单元1中存储有与其建立通信的终端的第一终端列表11，服务器2中存储有该空间内所有终端的总终端列表21，服务器2和第一控制单元1连接，以接收并处理第一控制单元1发送的信息，并将结果信息反馈给第一控制单元1；第一无线传感网络单元3与第一控制单元1对应，第一无线传感网络单元3包括第一命令下行频段31、第一广播频段32、第一消息下行频段33、第一消息上行频段34和第一连接频段35，通过这些彼此独立的频段来实现第一控制单元1与终端设备的双向通信，同时保证高实时性。
17.终端设备包括第一终端100、第二终端200和第三终端300，其中，第一终端100和第二终端200已连接入该多频段无线传感网络系统，第三终端300尚未连接入该多频段无线传感网络系统，第一控制单元1从服务器2中查询到未与其建立通信的第三终端300。
18.请参照图1中
①‑②‑③‑④
路径，该路径为第三终端300与第一控制单元1建立通信的过程。第一控制单元1通过第一连接频段35按一定的周期发送第一连接指令给未与其建立通信的第三终端300，第三终端300开机上电接收到第一连接指令后通过第一广播频段32向第一控制单元1发送通信请求，第一控制单元1接收到通信请求后将第三终端300插到第
一终端列表11的最前端，并通过第一命令下行频段31发送第一消息上行频段34的第一控制指令给第三终端300，第三终端300接收到第一控制指令后获得对第一消息上行频段34的使用权，第三终端300通过第一消息上行频段34向第一控制单元1发送终端信息。
19.第一终端100和第二终端200与第一控制单元1建立通信的过程与前述第三终端300与第一控制单元1建立通信的过程相同。通常情况下，第一控制单元1按照其存储的第一终端列表的顺序依次向各终端发送第一消息上行频段35的第一控制指令，各终端接收到第一控制指令后通过第一消息上行频段34向第一控制单元1发送终端信息，通过设置多个彼此独立的频段，控制单元与终端之间通过这些频段进行交互，实现了双向通信，同时保证了高实时性；只有拿到控制单元发送的控制指令的终端可以向控制单元发送终端信息，有效避免了通信过程中的相互干扰，保证了通信质量。
20.在一优选的实施方式中，第一命令下行频段31的优先级高于第一广播频段32的优先级，以使第一控制单元1向前一个终端发送完第一消息上行频段34的第一控制指令后，再将发送通信请求的终端插到第一终端列表11的最前端，并通过第一命令下行频段31发送第一消息上行频段34的第一控制指令给发送通信请求的终端，从而保证通信的稳定性。
21.第一控制单元1接收到终端信息后将终端信息传送给服务器2，服务器2接收到终端信息后对终端信息进行处理并将处理信息传回第一控制单元1，第一控制单元1接收到回传信息后通过第一消息下行频段33将信息传送给对应的终端，如图1中的第二终端200。此处，可以将本来由终端或者控制单元处理的信息交由服务器进行处理，以降低对终端或者控制单元软硬件的要求。
22.请继续参照图1，第一无线传感网络单元3还包括第一故障上行频段36，第一控制单元1通过第一故障上行频段36接受第一终端100发送的故障信息，第一控制单元1接收到故障信息后将故障信息发送给服务器2，并根据服务器2返回的信息进行相应的操作。在一优选的实施方式中，第一故障上行频段36的优先级高于第一无线传感网络单元3的其他频段的优先级，以能够对终端故障做出及时的处理。
23.优选地，第一控制单元1通过第一广播频段33接收与第一控制单元1建立通信的终端发送的突发通信请求，第一控制单元1接收到突发通信请求后将发送突发通信请求的终端插到第一终端列表11的前端，并通过第一命令下行频段32发送第一消息上行频段35的第一控制指令给该终端，以能够应对终端的突发情况。
24.当同时有多个终端发送突发通信请求时，第一控制单元1通过第一命令下行频段32发送第一清空指令给对应的多个终端，以暂停该多个终端的广播一段时间。暂停时间结束后，仍然需要广播的终端在一个随机时间后进行广播。
25.在使用时，当需要增加空间内的终端时，只要在服务器2中的总终端列表21中提前写入需要增加的终端即可；第一控制单元1和服务器之间使用有线网络连接，第一控制单元1为通信控制器，第一无线传感网络单元3为定制的可划分频段的高速无线信号收发器（5.8ghz，多个子频段）。
26.本实施例的多频段无线传感网络系统，通过设置多个彼此独立的频段，控制单元与终端之间通过这些频段进行交互，实现了双向通信，同时保证了高实时性；只有拿到控制单元发送的控制指令的终端可以向控制单元发送终端信息，有效避免了通信过程中的相互干扰，保证了通信质量。
27.在实际使用时，例如大型物流园，由于终端（如机器人）是可以移动的，而无线网络是相对固定的，在终端移动的过程中，会出现一个无线网络信号变强，另一个无线网络信号变弱的情况，这时需要能够根据信号强弱对终端连接的无线网络进行切换。为了实现该目的，请参照图2，图2为本发明另一实施例的一种多频段无线传感网络系统的结构示意图。与图1中实施例相比，在该实施例中，该多频段无线传感网络系统还包括第二控制单元4和第二无线传感网络单元5，第二控制单元4中存储有与其建立通信的终端的第二终端列表41，第二控制单元4与服务器2连接，第二控制单元4与第一控制单元1连接以能够进行交互并共享终端信息；第二无线传感网络单元5与第二控制单元4对应，第二无线传感网络单元5包括第二故障上行频段51、第二命令下行频段52、第二广播频段53、第二消息下行频段54、第二消息上行频段55和第二连接频段56。
28.与第二控制单元4对应的终端设备包括第四终端400和第五终端500，第四终端400、第五终端500均与第二控制单元4建立通信。与第一控制单元1相似，第二控制单元4通过第二故障上行频段51接收与第二控制单元4建立通信的终端发送的故障信息，第二控制单元4通过第二广播频段53接收与第二控制单元4建立通信的终端发送的突发通信请求，第二控制单元4接收到突发通信请求后通过第二命令下行频段52发送第二消息上行频段55的第二控制指令给发送突发通信请求的终端。
29.第二控制单元4通过第二连接频段56发送第二连接指令给未与第二控制单元4建立通信的终端，未与第二控制单元4建立通信的终端接收到第二连接指令后通过第二广播频段53向第二控制单元4发送通信请求。
30.第二控制单元4接收到通信请求后向第一控制单元1查询发送通信请求的终端是否已与第一控制单元1建立通信，即查询发送通信请求的终端是否在第一终端列表11中。
31.当向第二控制单元4发送通信请求的终端已与第一控制单元1建立通信时，如图2中的第三终端300，第二控制单元4将接收到的通信请求的信号强度与第一控制单元1接收到的同一终端发送的终端信息或者故障信息或者突发通信请求的信号强度进行比较，当第二控制单元4接收到的通信请求的信号强度强于第一控制单元1接收到的同一终端发送的突发通信请求的信号强度时，第一控制单元1将向第二控制单元4发送通信请求的终端从第一终端列表11中删除，第二控制单元4将向其发送通信请求的终端插到第二终端列表41的前端，第二控制单元4通过第二命令下行频段52发送第二消息上行频段55的第二控制指令给终端，终端接收到第二控制指令后通过第二消息上行频段55向第二控制单元4发送终端信息，第二控制单元4接收到终端信息后将终端信息传送给服务器2，第二控制单元4接收到服务器2传回的信息后通过第二消息下行频段54将信息传送给终端；当第二控制单元4接收到通信请求的信号强度强于第一控制单元1接收到同一终端发送的终端信息或者故障信息的信号强度时，第一控制单元1将向第二控制单元4发送通信请求的终端从第一终端列表11中删除，第二控制单元4将向其发送通信请求的终端插到第二终端列表41的前端，第二控制单元4将从第一控制单元1获取的终端信息或者故障信息发送给服务器2，第二控制单元4接收到服务器2传回的信息后通过第二消息下行频段54将信息传送给对应的终端。
32.当向第二控制单元4发送通信请求的终端未与第一控制单元1和第二控制单元4中任一建立通信，即该终端既未在第一终端列表11中，也未在第二终端列表41中时，对应刚开机上电暂未与任何无线网络建立连接的终端，第二控制单元4接收到通信请求后与第一控
制单元1接收到的同一终端发送的通信请求的信号强度进行比较，当第二控制单元4接收到通信请求的信号强度强于第一控制单元1接收到同一终端发送的通信请求的信号强度时，第二控制单元4将向其发送通信请求的终端插到第二终端列表41的前端，第二控制单元4通过第二命令下行频段52发送第二消息上行频段55的第二控制指令给终端，终端接收到第二控制指令后通过第二消息上行频段55向第二控制单元4发送终端信息，第二控制单元4接收到终端信息后将终端信息传送给服务器2，第二控制单元4接收到服务器2传回的信息后通过第二消息下行频段54将信息传送给对应的终端；当第二控制单元4接收到通信请求的信号强度不强于第一控制单元1接收到同一终端发送的通信请求的信号强度时，第一控制单元1将向其发送通信请求的终端插到第一终端列表11的前端，第一控制单元1通过第一命令下行频段12发送第一消息上行频段15的第一控制指令给终端，终端接收到第一控制指令后通过第一消息上行频段向第一控制单元1发送终端信息，第一控制单元1接收到终端信息后将终端信息传送给服务器2，第一控制单元1接收到服务器2传回的信息后通过第一消息下行频段14将信息传送给对应的终端。
33.在使用时，与第一无线传感网络单元3相同，为了保证通信的稳定性，第二命令下行频段52的优先级高于第二广播频段53的优先级；为了能够及时对终端故障做出处理，第二故障上行频段51的优先级高于第二无线传感网络单元5的其他频段的优先级。
34.该实施例的多频段无线传感网络系统，通过各控制单元之间互相连接实现了终端信息的共享，各控制单元接收到终端信号后即可以通过无线信号的物理特性判断其强度，从而使终端与无线信号较强的控制单元连接，保证终端工作的稳定性。
35.同理，对于拥有三个及以上控制单元和无线传感网络单元的多频段无线传感网络系统，各控制单元之间互相连接，各控制单元接收到终端信号后通过判断信号强度，使终端与无线信号强度最强的控制单元连接。
36.在使用时，也可以通过终端自主比较接收到的不同控制单元发送的连接指令、控制指令等的信号强度，来选择向信号最强的控制单元发送信息，不过该方式对终端的要求较高。
37.本发明的一种多频段无线传感网络系统，通过设置多个彼此独立的频段，控制单元与终端之间通过这些频段进行交互，实现了双向通信，同时保证了高实时性；只有拿到控制单元发送的控制指令的终端可以向控制单元发送终端信息，有效避免了通信过程中的相互干扰，保证了通信质量；通过各控制单元之间互相连接实现了终端信息的共享，各控制单元接收到终端信号后即可以通过无线信号的物理特性判断其强度，从而使终端与无线信号较强的控制单元连接，保证终端工作的稳定性。
38.本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。