一种基于按需协议转换的虚拟异构网络融合方法技术

本发明专利技术提供了一种基于按需协议转换的虚拟异构网络融合方法，用于蜂窝网络和ZigBee网络组成的异构网络的通信，针对蜂窝网络和ZigBee网络进行如下改进：在蜂窝网络和ZigBee网络的物理层、MAC层和网络层中均添加解析函数：所述解析函数用来对接收到的异构网络数据包进行解析，以获取异构网络数据包的类型和异构网络数据包定时器类型；在蜂窝网络和ZigBee网络的物理层、MAC层和网络层中均添加处理所述异构网络数据包的处理函数，对应不同的异构网络数据包的类型和定时器类型有不同的处理函数；在蜂窝网节点和ZigBee网络节点处构造对方网络物理层定义的无线接口，用来检测和接收所述异构网络数据包；蜂窝网络和ZigBee网络之间通过异构网络数据包采用设定的数据融合流程进行通信。

Virtual heterogeneous network fusion method based on on-demand protocol conversion

The present invention provides a fusion method of heterogeneous network virtual on-demand protocol conversion for heterogeneous network communication based on cellular network and ZigBee network composition, according to the cellular network and ZigBee network were improved as follows: in the physical layer, the cellular network and the ZigBee network MAC layer and network layer are added to the analytic function: the analytical function used to receive the data of heterogeneous network packet parsing, to obtain the type of heterogeneous network packets and heterogeneous network data packet timer type; in the physical layer, the cellular network and the ZigBee network MAC layer and network layer are added in processing the heterogeneous network data packet processing functions, types and corresponding type of timer the data of different heterogeneous network packet processing functions have different definitions; cellular network nodes and ZigBee network node structure physical network layer without each other The utility model is used for detecting and receiving the heterogeneous network data packet, and the communication between the cellular network and the ZigBee network is carried out through a heterogeneous data packet.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信领域和数据通讯领域，具体涉及一种按需协议转换的虚拟异构网络融合方法。
技术介绍
随着经济社会的不断发展和进步，通信技术得到了迅猛发展，层出不穷的通信系统为用户提供了异构的网络环境。异构网络就是将各种不同通信模式连接在一起，实现不同通信设备之间的互联互通。同时，用户业务的多样化、个性化需求的不断增长决定了异构网络通信成为亟待解决的问题。蜂窝移动通信技术是现有的移动通信技术的泛称。蜂窝移动通信采用蜂窝无线组网方式，在终端和移动设备之间通过无线通道连接起来，进而实现用户在活动中可相互通信。物联网市场的发展使得ZigBee技术在自动化领域、工业控制领域和智能家居领域广泛应用，并凭借其稳定性强、保密性高、低功耗、低成本的优势成为国内市场一种呼声很高的技术。在物联网的浪潮下，单独的ZigBee技术已经不能满足人们对于智能控制的需求。由于移动设备的普及性和巨大的发展空间，市面上开始出现融合ZigBee网络和蜂窝移动网络的智能家居网关，通过蜂窝移动通信设备来控制ZigBee节点和接收ZigBee网络数据，但是其成本相当高，消费者普遍都难以接受。同时，普通的移动设备中很少集成ZigBee通信模块。因此异构网络融合技术成为解决多种网络并存互联的关键技术。目前已出现一些关于异构网络融合网关的研究。大部分已有的研究使用智能芯片来搭建异构网络融合方法，有线或无线连接两种异构网络，所有的通信数据首先经过路由寻址发送到异构网络融合网关，网关对接收到的信息重新打包，以适应目的网络的需求发送到目的网络，再由目的网络经过路由寻址发送到目的节点。分析已有的研究成果可知，使用智能芯片来搭载蜂窝网络和ZigBee网络之间的融合平台的好处在于，智能芯片作为一个独立的个体，可以将异构网络之间的通信和两种网络各自的通信隔离开，异构网络的通信情况不影响各自网络的正常通信。但是考虑到在异构网络中，如果设置多个融合网关，在传输异构网络数据时可以方便通信路径的选取，减少通信跳数，但是增加了硬件成本；如果设置的融合网关少，会增加通信路径和通信时间，在传输实时性的数据时有可能导致通信质量下降甚至丢包率增加，在通信数据量大的情况下可能造成网络拥塞。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种按需协议转换的虚拟异构网络融合方法，用于蜂窝网络和ZigBee网络之间的通信，在不增加硬件成本的基础上保证了异构网络的正常工作。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种基于按需协议转换的虚拟异构网络融合方法，用于蜂窝网络和ZigBee网络组成的异构网络的通信，其特征在于，针对蜂窝网络和ZigBee网络进行如下改进：在蜂窝网络和ZigBee网络的物理层、MAC层和网络层中均添加解析函数：所述解析函数用来对接收到的异构网络数据包进行解析，以获取异构网络数据包的类型和异构网络数据包定时器类型；在蜂窝网络和ZigBee网络的物理层、MAC层和网络层中均添加处理所述异构网络数据包的处理函数，对应不同的异构网络数据包的类型和定时器类型有不同的处理函数；在蜂窝网节点和ZigBee网络节点处构造对方网络物理层定义的无线接口，用来检测和接收所述异构网络数据包；蜂窝网络和ZigBee网络之间通过异构网络数据包采用设定的数据融合流程进行通信；在所述设定的数据融合流程中，当蜂窝网络和ZigBee网络接收到异构网络数据包时采用所述解析函数进行解析，并根据获取到异构网络数据包的类型和定时器类型之后，调用不同的处理函数进行处理；所述异构网络数据包为蜂窝网络数据包或者ZigBee网络数据包；当ZigBee网络向蜂窝网络传输数据时采用ZigBee网络数据包，当蜂窝网络向ZigBee网络传输数据时采用蜂窝网络数据包。进一步地，ZigBee网络协议为IEEE802.15.4协议。进一步地，设定的数据融合流程包括如下步骤：步骤(1)异构网络初始化，其中蜂窝网络和ZigBee网络各自按照自身初始化流程进行初始化；且蜂窝网络中节点和ZigBee网络中节点互相通过异构网络数据包交换各自地址信息，所述ZigBee网络中的节点将来自蜂窝网移动台的地址信息转换为zigbee网络的地址信息。步骤(2)蜂窝网络和ZigBee网络进行通信，包括ZigBee网络向蜂窝网络传输数据的流程和蜂窝网络向ZigBee网络传输数据的流程。所述ZigBee网络向蜂窝网络传输数据的流程为：所述蜂窝网移动台向ZigBee网络广播自身地址信息，ZigBee网络中的节点路由表中储存其地址信息并进行地址转换得到的ZigBee网络协议的地址格式，则ZigBee网络中节点依据该蜂窝网移动台转换后的地址格式直接与所述蜂窝网移动台通信，进而实现与所述蜂窝网络的通信。所述蜂窝网络向ZigBee网络传输数据的流程为：所述蜂窝网移动台向蜂窝网络的基站申请连接管理，连接管理申请成功之后，基站依据初始化时获得的ZigBee网络中节点的地址信息发出呼叫请求，当ZigBee网络节点接受呼叫请求之后，蜂窝网基站分配业务信道给ZigBee网络节点和的蜂窝网移动台来传输和接收数据。进一步地，异构网络数据包的类型包括：蜂窝网信道扫描数据包：蜂窝网络的网络层发送给其MAC层的数据包，用于通过设定信道扫描定时器scanSignalTimer，驱动蜂窝网络节点在特定的时刻执行扫描信道质量指令；蜂窝网数据链路层控制数据包：蜂窝网络的网络层发送的业务数据包，该业务数据包在蜂窝网络的业务信道中传输；蜂窝网信道扫描定时器数据包：蜂窝网络的MAC层设定的信道扫描定时器事件数据包，当信道扫描定时器事件到达时，蜂窝网络节点调用下行链路处理函数创建下行链路测量报告，并发送给蜂窝网络的网络层；蜂窝网数据链路层定时器数据包：蜂窝网络和ZigBee网络的MAC层发送的定时器事件数据包，该定时器事件数据包用来定时执行发送和接收业务数据包，蜂窝网络和ZigBee网络的节点检测到此定时器事件数据包类型进一步判断该定时器事件数据包的定时器类型，然后调用不同的处理函数；蜂窝网数据链路层测量报告数据包：蜂窝网络的MAC层发送给其网络层的MAC层测量报告，该蜂窝网数据链路层测量报告数据包中包含对蜂窝网络下行链路质量的测量报告；蜂窝网网络层定时器数据包：蜂窝网络的网络层设定的与业务数据有关的定时器事件数据包，蜂窝网络节点检测到此F型数据包类型后，判断该蜂窝网网络层定时器数据包的定时器类型，然后调用不同的处理函数；蜂窝网网络层延时释放数据包：蜂窝网络的网络层设定的T3110定时器事件数据包，所述T3110定时器是信道释放延迟定时器，目的是延长主信令链路断开的时间；蜂窝网应用层呼叫应答数据包：ZigBee网络节点在接收到来自蜂窝网络节点的呼叫请求之后，ZigBee网络的网络层发出的对应呼叫请求的回应数据包；蜂窝网启动数据包：蜂窝网络的网络层在初始化时发出的通知设备电源开启状态的数据包；ZigBee网控制数据包：ZigBee网络的MAC层发送的控制指令数据包，指令包括关联请求、关联回应、解除关联通告、数据传输请求、协调器ID冲突通告、孤点通告、信标请求、协调器重新分配、保护时隙机制请求。ZigBee网数据包：ZigBee网络的MAC层发送的业务数据包，数据类型包括广播信息、业务数据。ZigBee网确认数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于按需协议转换的虚拟异构网络融合方法，用于蜂窝网络和ZigBee网络组成的异构网络的通信，其特征在于，针对蜂窝网络和ZigBee网络进行如下改进：在蜂窝网络和ZigBee网络的物理层、MAC层和网络层中均添加解析函数：所述解析函数用来对接收到的异构网络数据包进行解析，以获取异构网络数据包的类型和异构网络数据包定时器类型；在蜂窝网络和ZigBee网络的物理层、MAC层和网络层中均添加处理所述异构网络数据包的处理函数，对应不同的异构网络数据包的类型和定时器类型有不同的处理函数；在蜂窝网节点和ZigBee网络节点处构造对方网络物理层定义的无线接口，用来检测和接收所述异构网络数据包；蜂窝网络和ZigBee网络之间通过异构网络数据包采用设定的数据融合流程进行通信；在所述设定的数据融合流程中，当蜂窝网络和ZigBee网络接收到异构网络数据包时采用所述解析函数进行解析，并根据获取到异构网络数据包的类型和定时器类型之后，调用不同的处理函数进行处理；所述异构网络数据包为蜂窝网络数据包或者ZigBee网络数据包；当ZigBee网络向蜂窝网络传输数据时采用ZigBee网络数据包，当蜂窝网络向ZigBee网络传输数据时采用蜂窝网络数据包。...

【技术特征摘要】
1.一种基于按需协议转换的虚拟异构网络融合方法，用于蜂窝网络和ZigBee网络组成的异构网络的通信，其特征在于，针对蜂窝网络和ZigBee网络进行如下改进：在蜂窝网络和ZigBee网络的物理层、MAC层和网络层中均添加解析函数：所述解析函数用来对接收到的异构网络数据包进行解析，以获取异构网络数据包的类型和异构网络数据包定时器类型；在蜂窝网络和ZigBee网络的物理层、MAC层和网络层中均添加处理所述异构网络数据包的处理函数，对应不同的异构网络数据包的类型和定时器类型有不同的处理函数；在蜂窝网节点和ZigBee网络节点处构造对方网络物理层定义的无线接口，用来检测和接收所述异构网络数据包；蜂窝网络和ZigBee网络之间通过异构网络数据包采用设定的数据融合流程进行通信；在所述设定的数据融合流程中，当蜂窝网络和ZigBee网络接收到异构网络数据包时采用所述解析函数进行解析，并根据获取到异构网络数据包的类型和定时器类型之后，调用不同的处理函数进行处理；所述异构网络数据包为蜂窝网络数据包或者ZigBee网络数据包；当ZigBee网络向蜂窝网络传输数据时采用ZigBee网络数据包，当蜂窝网络向ZigBee网络传输数据时采用蜂窝网络数据包。2.如权利要求1所述的一种基于按需协议转换的虚拟异构网络融合方法，其特征在于，所述ZigBee网络协议为IEEE802.15.4协议。3.如权利要求1或者2所述的一种基于按需协议转换的虚拟异构网络融合方法，其特征在于，所述设定的数据融合流程包括如下步骤：步骤(1)异构网络初始化，其中蜂窝网络和ZigBee网络各自按照自身初始化流程进行初始化；且蜂窝网络中节点和ZigBee网络中节点互相通过异构网络数据包交换各自地址信息，所述ZigBee网络中的节点将来自蜂窝网移动台的地址信息转换为zigbee网络的地址信息；步骤(2)蜂窝网络和ZigBee网络进行通信，包括ZigBee网络向蜂窝网络传输数据的流程和蜂窝网络向ZigBee网络传输数据的流程；所述ZigBee网络向蜂窝网络传输数据的流程为：所述蜂窝网移动台向ZigBee网络广播自身地址信息，ZigBee网络中的节点路由表中储存其地址信息并进行地址转换得到的ZigBee网络协议的地址格式，则ZigBee网络中节点依据该蜂窝网移动台转换后的地址格式直接与所述蜂窝网移动台通信，进而实现与所述蜂窝网络的通信；所述蜂窝网络向ZigBee网络传输数据的流程为：所述蜂窝网移动台向蜂窝网络的基站申请连接管理，连接管理申请成功之后，基站依据初始化时获得的ZigBee网络中节点的地址信息发出呼叫请求，当ZigBee网络节点接受呼叫请求之后，蜂窝网基站分配业务信道给ZigBee网络节点和蜂窝网移动台来传输和接收数据。4.如权利要求3所述的一种基于按需协议转换的虚拟异构网络融合方法，其特征在于，所述的异构网络数据包的类型包括：蜂窝网信道扫描数据包：蜂窝网络的网络层发送给其MAC层的数据包，用于通过设定信道扫描定时器，驱动蜂窝网络节点在特定的时刻执行扫描信道质量指令；蜂窝网数据链路层控制数据包：蜂窝网络的网络层发送的业务数据包，该业务数据包在蜂窝网络的业务信道中传输；蜂窝网信道扫描定时器数据包：蜂窝网络的MAC层设定的信道扫描定时器事件数据包，当信道扫描定时器事件到达时，蜂窝网络节点调用下行链路处理函数创建下行链路测量报告，并发送给蜂窝网络的网络层；蜂窝网数据链路层定时器数据包：蜂窝网络和ZigBee网络的MAC层发送的定时器事件数据包，该定时器事件数据包用来定时执行发送和接收业务数据包，蜂窝网络和ZigBee网络的节点检测到此定时器事件数据包类型进一步判断该定时器事件数据包的定时器类型，然后调用不同的处理函数；蜂窝网数据链路层测量报告数据包：蜂窝网络的MAC层发送给其网络层的MAC层测量报告，该蜂窝网数据链路层测量报告数据包中包含对蜂窝网络下行链路质量的测量报告；蜂窝网网络层定时器数据包：蜂窝网络的网络层设定的与业务数据有关的定时器事件数据包，蜂窝网络节点检测到此F型数据包类型后，判断该蜂窝网网络层定时器数据包的定时器类型，然后调用不同的处理函数；蜂窝网网络层延时释放数据包：蜂窝网络的网络层设定的T3110定时器事件数据包，所述T3110定时器是信道释放延迟定时器，目的是延长主信令链路断开的时间；蜂窝网应用层呼叫应答数据包：ZigBee网络节点在接收到来自蜂窝网络节点的呼叫请求之后，ZigBee网络的网络层发出的对应呼叫请求的回应数据包；蜂窝网启动数据包：蜂窝网络的网络层在初始化时发出的通知设备电源开启状态的数据包；ZigBee网控制数据包：ZigBee网络的MAC层发送的控制指令数据包，指令包括关联请求、关联回应、解除关联通告、数据传输请求、协调器ID冲突通告、孤点通告、信标请求、协调器重新分配、保护时隙机制请求；ZigBee网数据包：ZigBee网络的MAC层发送的业务数据包，数据类型包括广播信息、业务数据；ZigBee网确认数据包：当蜂窝网络的节点接收到ZigBee网络的节点的异构网络数据包后，如果该异构网络数据包的控制域设置请求确认，那么蜂窝网络的节点返回给ZigBee节点一个ACK确认帧数据包；ZigBee网信标请求数据包：ZigBee网络的网络协调器在建立ZigBee网络时发送的信标请求数据包。5.如权利要求4所述的一种基于按需协议转换的虚拟异构网络融合方法，其特征在于，当蜂窝网络的节点和ZigBee网络的节点接收到的数据包类型为数据链路层定时器数据包时，要进一步判断数据包的定时器类型，包括：ZigBee网络的MAC层设定的信道扫描定时器，在初始化时，通过设定该定时器来定期对指定的信道或者默认的信道进行能量检测；蜂窝网络的MAC层设定的下行链路时槽开始定时器；蜂窝网络的MAC层发送的下行链路时槽结束定时器；蜂窝网络的MAC层发送的上行链路时槽开始定时器；蜂窝网络的MAC层发送的上行链路时槽结束定时器；当接收到的数据包类型是蜂窝网网络层定时器数据包时，进一步判断数据包的定时器类型，包括：蜂窝网网络层设定的处理信道请求定时器，该定时器是用来定时发送信道请求的；蜂窝网网络层设定的T3110定时器，该定时器是用来延时释放信道的。6.如权利要求5所述的一种基于按需协议转换的虚拟异构网络融合方法，其特征在于，根据数据包类型或者进一步得到的数据包中定时器类型来调用不同的处理函数，包括：#1型函数：该函数的作用是蜂窝网节点在检测到IEEE802.15.4信道中有超过能量阈值的信号后，获取该信道的信道号；#2型函数：该函数的作用是蜂窝网节点通过ZigBee网络的信道接收到ZigBee网络信号后，对该信号进行差错控制；#3型函数：该函数的作用是蜂窝网节点在检测到ZigBee网络的信道中有超过能量阈值的信号后，将该信号锁定；#4型函数：该函数的作用是蜂窝网节点在接收到完整的ZigBee网络的信道中的信号后，将该信号解锁；#5型函数：该函数的作用是蜂窝网节点对ZigBee网络的信道进行载波侦听，根据载波侦听结果改变信道的状态；#6型函数：该函数的作用是蜂窝网节点处理定时扫描ZigBee网络的信道的定时器事件；#7型函数：该函数的作用是蜂窝网节点处理收到的来自ZigBee网络的MAC层控制指令...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦丽华，陈惠娟，陈杰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11