一種用于ZigBee網(wǎng)絡的探測分析裝置的制造方法
【技術領域】
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[0001]本發(fā)明屬于ZigBee組網(wǎng)技術分析領域，涉及一種用于ZigBee網(wǎng)絡的探測分析裝置，能夠自動探測周圍的ZigBee無線網(wǎng)絡，并分析該網(wǎng)絡拓撲結構、各層通信數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡運行情況。
【背景技術】
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[0002]ZigBee譯為〃紫蜂〃，是一種新興的短距離、低功耗的無線通信技術，用于傳感控制應用(Sensor and Control)，由IEEE 802.15工作組中提出，并由其TG4工作組制定規(guī)范。ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，該名稱(又稱紫蜂協(xié)議)來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網(wǎng)絡；其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率，主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。該協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡層(NWK)、應用層(APL)等，其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標準的規(guī)定。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的、低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術，它通過協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點等設備身份組成一個無線的網(wǎng)絡來工作，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽谩?br>[0003]目前ZigBee技術廣泛應用于智能電網(wǎng)、智能交通、智能家居、工業(yè)自動化、智能建筑、公共安全、環(huán)境保護等領域，例如中國專利201520085106.6公開的一種基于ZigBee無線控制的便攜式智能家居系統(tǒng)，中國專利201510173214.3公開的一種ZigBee網(wǎng)絡中的農(nóng)業(yè)機器人無線遙控系統(tǒng)，中國專利2015100980000.4公開的一種ZigBee遙控器遠程控制方法，中國專利201520148212.4公開的一種基于ZigBee的石油地震勘探數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，中國專利201520098855.2公開的一種基于ZigBee網(wǎng)絡的貨運車輛超限超載快速檢測系統(tǒng)等等。但在現(xiàn)有的眾多ZigBee應用中，均存在著某個節(jié)點損壞或帶病工作難于及早發(fā)現(xiàn)、難以定位等問題，因此本發(fā)明設計一種新型的用于ZigBee網(wǎng)絡的探測分析裝置，無需接入正在使用的ZigBee網(wǎng)絡，即可實現(xiàn)查看ZigBee網(wǎng)絡結構、幫助維護人員發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中有問題的節(jié)點等功能，同時能夠為教學人員研究ZigBee網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸情況提供直觀運行界面。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術存在的缺點，尋求設計一種用于ZigBee網(wǎng)絡的探測分析裝置，能夠獲取ZigBee網(wǎng)絡在各種應用場景下的運行信息，通過分析高空中ZigBee網(wǎng)絡電波、計算電波中數(shù)據(jù)信息、分析其攜帶的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，然后在計算機屏幕上繪制出網(wǎng)絡結構，并顯示出網(wǎng)絡中各層協(xié)議數(shù)據(jù)。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的用于ZigBee網(wǎng)絡的探測分析裝置主體結構包括數(shù)據(jù)采集裝置和主機，數(shù)據(jù)采集裝置中安裝設置有相互電信息連接的數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)傳輸單元，主機中安裝設置有相互電信息連接的通信單元、ZigBee數(shù)據(jù)分析單元、拓撲結構繪制單元、MAC幀頭繪制單元、NWK幀段繪制單元和幀視圖保存單元；數(shù)據(jù)采集裝置放置在ZigBee網(wǎng)絡附近100米以內(nèi)，通過數(shù)據(jù)采集單元以無線方式收集空中電波，再根據(jù)預設程序過濾并篩選出符合ZigBee協(xié)議的數(shù)據(jù)并通過數(shù)據(jù)傳輸單元傳送給主機；主機中的通信單元接收數(shù)據(jù)后進行校驗和拆分，形成一幀ZigBee數(shù)據(jù)傳輸至ZigBee數(shù)據(jù)分析單元，ZigBee數(shù)據(jù)分析單元將每幀ZigBee數(shù)據(jù)進行智能分析，并根據(jù)分析結果分別調(diào)用拓撲結構繪制單元、MAC幀頭繪制單元和NWK幀段繪制單元，以繪制出使用ZigBee網(wǎng)絡的設備和設備間通信鏈路的幀視圖，再以文件的形式保存在幀視圖保存單元中便于查看分析，實現(xiàn)對ZigBee網(wǎng)絡的探測分析。
[0006]進一步的，所述各單元的功能作用和原理是:
[0007]數(shù)據(jù)采集單元:是以能探測空中電磁波的芯片為中心載體，內(nèi)置有預設的過濾篩選程序，用于完成空中電波的收集、過濾和篩選出符合ZigBee網(wǎng)絡格式的數(shù)據(jù)，并傳送至數(shù)據(jù)傳輸單元中；
[0008]數(shù)據(jù)傳輸單元:用于將數(shù)據(jù)采集單元采集傳送的符合ZigBee協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸至運行在主機上的通信單元中；
[0009]通信單元:用于將接受的符合ZigBee協(xié)議的數(shù)據(jù)進行校驗和拆分，并形成一幀ZigBee數(shù)據(jù)傳輸至ZigBee數(shù)據(jù)分析單元中進行分析；
[0010]ZigBee數(shù)據(jù)分析單元:按照ZigBee協(xié)議各層標準將傳送來的每幀ZigBee數(shù)據(jù)進行智能分析，具體包括計算幀類型、計算目的地址模式和源地址模式、計算通信模式、根據(jù)幀類型進一步過濾非法數(shù)據(jù)、將幀數(shù)據(jù)存入MAC幀數(shù)據(jù)棧、創(chuàng)建后續(xù)單元可用的時間幀頭、MAC幀頭、計算MAC幀載荷長度、MAC幀載荷段和創(chuàng)建鏈路質(zhì)量段，再調(diào)用拓撲結構繪制單元及根據(jù)幀類型分別調(diào)用MAC幀頭繪制單元和NWK幀段繪制單元；
[0011]拓撲結構繪制單元:獲取ZigBee數(shù)據(jù)分析單元傳遞的幀數(shù)據(jù)，計算通訊設備類型、源地址、目的地址和通信源PAN ID，繪制出通訊設備和通訊設備之間的通信鏈路；
[0012]MAC幀頭繪制單元:被ZigBee數(shù)據(jù)分析單元調(diào)用，從幀數(shù)據(jù)桟中提取MAC幀數(shù)據(jù)并分別繪制出時間頭、MAC頭、MAC地址、幀載荷和LQI鏈路質(zhì)量；
[0013]NWK幀段繪制單元:當幀類型為數(shù)據(jù)幀時被ZigBee數(shù)據(jù)分析單元調(diào)用，從幀數(shù)據(jù)棧中提取NWK幀段數(shù)據(jù)并分別繪制出NWK幀序號、NWK幀控制頭幀、NWK地址信息和NWK幀載荷；
[0014]幀視圖保存單元:用于將拓撲結構繪制單元繪制的設備及之間通信鏈路圖、MAC幀頭繪制單元和NWK幀段繪制單元繪制的幀視圖以文件形式保存至硬盤上，以便于再次打開進行顯示分析。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，所涉及的探測分析裝置與所要探測的ZigBee網(wǎng)絡沒有直接物理接觸，而是通過分析空中電磁波獲得其運行狀況，并分析出ZigBee網(wǎng)絡的各層通信數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡結構；該系統(tǒng)設計科學，原理可靠，自動化程度高，運行穩(wěn)定，操作方便，便于推廣應用。
【附圖說明】
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[0016]圖1為本發(fā)明涉及的探測分析裝置的結構原理模塊示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明涉及的探測分析裝置的運行流程示意框圖。
[0018]圖3為本發(fā)明中涉及的拓撲結構繪制單元的算法流程示意框圖。
【具體實施方式】
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[0019]下面結合附圖并通過實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施方式。
[0020]實施例1:
[0021]本實施例中涉及的用于ZigBee網(wǎng)絡的探測分析裝置主體結構包括數(shù)據(jù)采集裝置1和主機2，數(shù)據(jù)采集裝置1中安裝設置有相互電信息連接的數(shù)據(jù)采集單元3和數(shù)據(jù)傳輸單元4，主機2中安裝設置有相互電信息連接的通信單元5、ZigBee數(shù)據(jù)分析單元6、拓撲結構繪制單元7、MAC幀頭繪制單元8、NWK幀段