一种移动通信网构建方法技术

本发明专利技术公开了一种移动通信网构建方法，采用ZigBee技术联网，网络包括基站、中继、移动终端三类节点，基站节点设备类型为ZC、中继节点设备类型为ZR、移动终端节点设备类型为ZED，其中中继节点非必须具有的节点，移动终端节点入网需通过身份认证；如果基站节点超过一个则它们之间再另行建立高速网络，或者还将此高速网络范围延伸至全部或部分中继节点；网络至少实现了一种语音或数据通信功能。该网络可以选择实现类似于对讲机、手机、即时通信软件等的语音、数据交互的功能，由于带宽有限，有必要设置优先级，以保证优先级高的通信功能。本方法建网成本低、频段免费使用且安全性高，可作为一种备份手段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于交通领域，尤其涉及一种移动通信网构建方法。
技术介绍
ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、传输层（TL）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4标准的规定。ZigBee的特点主要有以下几个方面：（1）低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、Wi-Fi可工作数小时。（2）低成本。通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。（3）低速率。ZigBee工作在250kbps的通讯速率，满足低速率传输数据的应用需求。（4）近距离。传输范围一般介于10～100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1~3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。（5）短时延。ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3~10s、Wi-Fi需要3s。（6）高容量。ZigBee可采用星状、树状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。（7）高安全。ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单（ACL）防止非法获取数据以及采用高级加密标准（AES128）的对称密码，以灵活确定其安全属性。8）免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗2.4GHz（全球）（ISM）频段。ZigBee网络中设备的可分为协调器（Coordinator，由此ZigBee网络协调器简称为ZC）、路由器（Router，由此ZigBee网络路由器简称为ZR）、终端设备（EndDevice，由此ZigBee网络终端设备简称为ZED）等三种角色。ZigBee作为一种短距离无线通信技术，由于其网络可以便捷的为用户提供无线数据传输功能，因此在物联网领域具有非常强的可应用性。根据ZigBee的上述特点，可以将其运用于野外等复杂环境的灵活组网。作为一种通信网络，自然也可用于语音通信。标准的ZigBee传输数据率为250Kbps，目前厂商支持的传输速率可以达到1Mbps，更高的传输速率意味着更低的接收灵敏度，也意味着更短的通讯距离，因此在话音质量要求不高的场合，尽量使用最低可接受最差通话质量，即最低通讯流量，以保证通话距离。在250Kbps的通讯速率下，理论上有25KBps的传输流量，可以满足电话质量，即ITU-TG·711标准，8kHz取样，8bit量化，码率64Kbps，而AM广播采用ITU-TG·722标准，16kHz取样，14bit量化，码率224Kbps，标准ZigBee250kbps也是可以满足的。无线语音通讯因为传输的数据量要尽量少，因此通常需要采用语音压缩算法先将数据进行压缩，然后再传输，接收方按照对应的解压算法解压后播放。一个典型的ZigBee语音通讯系统由音频ADC芯片采集语音数据，经由I2S总线传输到带语音处理单元的单片机（如ZICM2410芯片）中，经过硬件编解码单元，进行数据压缩，可选μ-law、A-law和ADPCM等，然后进入MAC层的FIFO，最后通过PHY层调制成射频信号发射出去。曾永华在《基于ZigBee技术的井下语音通信系统设计》设计了一种语音通信系统，但关于如何建网语焉不详。台湾国立高雄大学的陈刘明博士的《应用于ZigBee网络环境下的即时语音传输之换手机制》对于处于在多个基地台（协调器或路由器）间移动的终端实现稳定高质通信的换手机制做了进一步的研究，此研究成果证明了可以组建一个类似于移动运营商蜂窝通信的ZigBee网络来进行语音通信。现有的通信网包括有线和无线两种方式，有线的如固定电话、计算机网络，无线的如移动通信。我们常用的通信系统一般是指至少包含语音通信系统，如固定电话和移动通信，这些都依赖于通信运营商，但若出现重大灾害性事故，那么通信可能会受到严重影响而被中断。2013年10月，宁波余姚发生大范围水灾，城区80%以上被淹部分乡镇也受灾严重，通信、供电、供水等基本瘫痪，作为维护社会稳定并承担部分救灾职能的公安部门的通信也被中断，同时公安部门的警用无线通信集群系统（即对讲机系统，这种系统建设成本高且使用成本也比较高）因为手台（即对讲机）耗电比较大而很快无法使用（正常情况下一块电板只能使用几个小时，而一个手台最多配两块），因此，在上级部门增援之前，整个余姚公安的救灾等行动没有得到有效的组织，几本处于像无头苍蝇的非常涣散盲目的状态。这种情况下就需要一种不依赖于运营商耗电少的备份移动通信网，而ZigBee网络的上述特点和优点则可以用于方便快捷的构建应急网络，而且有关研究表明ZigBee网络也可以用于语音通信，数据通信则不用说是任何网络的一个最基本功能，因此适合用来构建这样一种移动通信网。
技术实现思路
本专利技术要解决现有的移动通信网使用受到电力等外部因素的严重制约及成本较高的问题。为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种移动通信网构建方法，在利用ZigBee技术实现联网的灵活性、方便性、安全性等基础上，实现一种备用的语音和/或通信网，从而可以以较低的成本开展移动通信应用。本专利技术的一种移动通信网构建方法，以ZigBee网络为基础在其上至少实现了一种语音或数据通信功能，具体方案是：该ZigBee网络包括基站、中继、移动终端三类节点，基站节点只有一个设备类型为ZC（ZigBee网络协调器）、中继节点设备类型为ZR（ZigBee网络路由器）、移动终端节点设备类型为ZED（ZigBee网络终端设备）。其中中继节点是非必须具有的节点类型，只有在分布范围较大有可能超出所用ZigBee设备的正常传输距离时或被阻挡等情况下或者接入移动终端较多时才会用到。一般的ZigBee模块传输距离为70-100米，采用功率放大的增强型ZigBee模块通信距离最大可达3000米以上，以上距离为可视距离，实际应用中真正的传输距离会因为各种环境因素干扰如被建筑物、自然地形阻挡而缩短，如果距离超出实际可传输距离，那么就需要中继。另外一个节点若接入的其它节点太多，对于通信也会有一定的影响，因此要控制允许接入的节点数量，如果基站节点可能接入的终端节点较多，则要将其中一部分分配给中继节点。为了确保安全不让不被许可的设备加入该ZigBee网络以及让被许可的设备通过确定可靠的节点入网（一般为基站节点，需要经中继节点加入的则为中继节点，这样可以固定和简化网络拓扑结构），事先可对所有节点进行设置。一是设置统一的个域网标识符（PAN ID），此移动通信网内所有的设备（包括可能要入网的设备）全部设置同一个建立或加入网路的PAN ID。二是在基站节点及中继节点中设置一个允许加入的设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动通信网构建方法，其特征在于：采用ZigBee技术联网，网络包括基站、中继、移动终端三类节点，基站节点设备类型为ZC、中继节点设备类型为ZR、移动终端节点设备类型为ZED，其中中继节点非必须具有的节点，移动终端节点入网需通过身份认证；每一个基站节点与所属中继和移动终端节点构成一个树形拓扑结构且最大深度不超过2、若无中继节点则构成一个星形拓扑结构，如果基站节点超过一个则构成一个簇树形拓扑结构，并且可在基站节点之间再另行建立高速网络，或者还将此高速网络范围延伸至全部或部分中继节点；至少实现了一种语音或数据通信功能。

【技术特征摘要】
1.一种移动通信网构建方法，其特征在于：
采用ZigBee技术联网，网络包括基站、中继、移动终端三类节点，基站节点设备类型为ZC、中继节点设备类型为ZR、移动终端节点设备类型为ZED，其中中继节点非必须具有的节点，移动终端节点入网需通过身份认证；
每一个基站节点与所属中继和移动终端节点构成一个树形拓扑结构且最大深度不超过2、若无中继节点则构成一个星形拓扑结构，如果基站节点超过一个则构成一个簇树形拓扑结构，并且可在基站节点之间再另行建立高速网络，或者还将此高速网络范围延伸至全部或部分中继节点；
至少实现了一种语音或数据通信功能。
2.根据权利要求1所述的移动通信网构建方法，其特征在于在通信功能方面实现以下任意一种或多种通信功能：
一是类似于手机的全双工语音通信功能；
二是类似于对讲机的半双工语音通信功能；
三是类似于手机短信的数据通信功能或将其中的数据拓展到数据文件；
四是广播和/或组播模式的数据通...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪龙，
申请(专利权)人：宁波保税区攀峒信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33