[發明專利]基于回調機制的WI-FI-ZigBee北向接口實現方法

在審

• 申請號: 202010555644.2
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111711963A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 張晉豫;張頂立;沈孟如;范曉倩;姚麗婭;張詩琪
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W76/10;H04W80/06;H04W84/18;G06F9/4401;G06F9/52;G06F9/54;G06F13/40;G16Y10/40;G16Y30/00;G16Y40/10
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 楊帥峰

本發明為基于回調機制的WI?FI?ZigBee北向接口實現方法，屬于城市軌道交通領域。在空間受限和存在危險的施工環境，無線通信技術由于可克服連接點不可達和布線困難的問題而受到推崇。但當前的監控管理主機普遍不支持ZigBee協議。為此，基于當前計算機普遍支持WI?FI協議的事實，本發明提出了一個基于WI?FI的北向接口實現方法。首先，通過在主板上嵌入WI?FI電路，使協調器(網關)成為支持WI?FI協議的AP(Access Point)。其次，通過使用WI?FI芯片的指令集進行配置，使協調器成為TCP(Transport Control Protocol)服務器。最后，通過修改協調器的軟硬件，將協調器單片機的串口電路UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)和Wi?Fi芯片的收發電路連接起來，利用協調器單片機的串口回調機制，建立基于事件的北線接口數據通信的同步和收發協議。

1.技術領域

本發明屬于城市軌道交通領域，具體涉及基于ZigBee的地鐵和地下管廊施工安全監控網絡和運行監控程序的監控管理主機之間基于WI-FI(Wireless Fidelity)的北向接口。

2.背景技術

ZigBee無線傳感器網絡，廣泛被用于各種受限或危險監控環境，如地鐵和地下管廊的狹窄且存在大型施工機械(如盾構機)的施工空間，或者具有高溫、高濕、高水、存在有毒氣體(如一氧化碳、二氧化碳、泄露的天然氣、酸性氣體、堿性氣體)的大型地下工程空間。ZigBee網絡包括三類節點：

1)協調器(網關)

2)路由器

3)終端節點。

傳感器網絡使用Ad-Hoc協議進行組網，每一個網絡節點即有中繼或路由功能，又有采集功能。無線網絡的傳感器節點(主要為路由器和終端節點)的傳感器采集到的信息一般需要先通過ZigBee無線鏈路匯聚到協調器，然后再由協調器通過本發明涉及的北向接口上傳到運行監控系統的管理主機，并在那里進行數據的存儲、抗噪、統計、分析、評估處理。監控管理主機向傳感器發出的采集方式設置、檢測啟動、檢測停止、節點休眠等命令也通過北向接口先發送給協調器，然后再由協調器通過ZigBee無線鏈路發送給相關的傳感器節點，并在那里執行相應的操作。

北向接口的數據傳輸協議可以使用有線的通信協議和無線的通信協議。當前，協調器的單片機由于計算能力和供電能力限制只能向外提供有線的COM通信接口，雖然，當前的機房式主機，如服務器和臺式機，都集成了COM口，而目前沒有集成COM口的便攜式主機，如超薄的筆記本和平板電腦，也可以通過安裝USB-COM轉換驅動而將USB口轉換為COM口，但它們在使用中要受到諸多限制：如:

(1)COM通信或USB通信的通信距離有限，傳輸線纜短且長度固定；

(2)和其它傳感器節點一樣被部署于現場的協調器由于環境限制無法靠近；

(3)受施工機械或空間的制約布線困難。

協調器本身屬于無線傳輸節點，帶有ZigBee無線收發裝置。但監控管理主機，無論是服務器、一般的PC(Person Computer)、筆記本、平板電腦、智能手機，主板都沒有集成ZigBee收發模塊，且當前Windows、Unix、Linux、MAC OS、Android、IOS等操作系統都不支持ZigBee通信協議。因此，要在它們之間實現基于ZigBee協議的通信，需要額外地開發監控管理主機專用ZigBee網卡。而當前，設計和開發ZigBee網卡還是業界難題，通過百度和Google搜索“ZigBee網卡”和“ZigBee NIC”,還沒有搜索到任何結果。

3.發明內容