CN102625485A - 一种基于路灯检测网络的物联网接入平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于路灯检测网络的物联网接入平台，其技术特点是：由传感器层、接入层、传输层、数据管理层和应用层依次连接构成，传感器层包括路灯传感器节点和第三方传感器节点，接入层包括基站节点的自组网通讯接口、第三方传感器节点的自组网通讯接口和基站节点的软件接口，传输层包括具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点和不具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点，数据管理层由路灯检测系统服务器、数据中转服务器及第三方应用接口组成，应用层由路灯检测应用系统和第三方应用系统组成；传感器层、接入层、传输层和数据管理层之间通过无线通讯网络相连接。本发明能够将多个孤立的信息网络结合在一起，充分利用各个网络资源，降低使用的复杂度和成本。

Description

一种基于路灯检测网络的物联网接入平台

技术领域

本发明属于物联网技术领域，尤其是一种基于路灯检测网络的物联网接入平台。

背景技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其通过各种信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网本应该是一个开环的、泛在的网络系统，要求世界上物和物之间可以对话，但是，现阶段的物联网的应用主要为一些闭环系统，这是由于应用场景具有特殊性，这些感知类网络技术一般都应用在局部区域内，网与网之间无法通信，这样就构成了一个个信息孤岛，不是真正的全面互联互通、协同感知；此外，各类感知技术种类繁多，且采用不同的通信协议，根本无法实现互联互通。因此，物联网发展到今天，因为各行业的差异无法产生规模化效应，增加了使用复杂度与成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于路灯检测网络的物联网接入平台，通过该物联网平台将多个孤立的信息网络结合在一起，充分利用各个网络资源，降低使用的复杂度和成本。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于路灯检测网络的物联网接入平台，由传感器层、接入层、传输层、数据管理层和应用层依次连接构成，所述的传感器层包括路灯传感器节点和第三方传感器节点，所述的接入层包括基站节点的自组网通讯接口、第三方传感器节点的自组网通讯接口和基站节点的软件接口，所述的传输层包括具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点和不具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点，所述的数据管理层由路灯检测系统服务器、数据中转服务器以及数据中转服务器中的第三方应用接口组成，所述的应用层由路灯检测应用系统和第三方应用系统组成；所述的传感器层、接入层、传输层和数据管理层之间通过无线通讯网络相连接。

而且，所述的路灯传感器节点安装在路灯上，所述的基站节点被安装在路灯杆上，所述的第三方传感器节点安装在能够与基站节点进行无线通讯的任意位置上。

而且，所述的无线通讯网络采用自主协议网络或3G/WAN网络。

而且，所述的自主协议网络由基站节点和传感器节点连接构成，各个基站节点之间构成蜂窝状网络进行通讯和传递数据，一个基站节点和若干传感器节点之间构成星形网络，各个传感器节点会自动寻找离它最近的基站节点进行通讯。

而且，所述的自主协议网络采用的是一种多跳、自动寻径、局部短地址映射的通讯协议。

而且，所述的自主协议网络为网状网多通道型拓扑结构，具有内置冗余保证机制：如果一条通道发生故障，基站节点将通过单跳或多跳方式自动路由到下一个通道，最终找到目标基站节点将数据上传到路灯检测服务器。

而且，所述的具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点由3G上网模块、中央处理器模块、存储器模块、自组网通讯模块和电源构成，电源模块与3G上网模块、中央处理器模块、存储器模块、自组网通讯模块相连接为其供电，中央处理器模块分别与3G上网模块、存储器模块及自组网通讯模块相连接实现相应的通讯及存储功能。

而且，所述的不具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点由3G上网模块、中央处理器模块、存储器模块和电源构成，电源模块与3G上网模块、中央处理器模块、存储器模块相连接为其供电，中央处理器模块分别与3G上网模块及存储器模块相连接实现相应的通讯及存储功能。

而且，所述的路灯传感器节点包括传感器模块、中央处理器模块、无线通讯模块和电池，电池与传感器模块、中央处理器模块、无线通讯模块相连接为其供电，中央处理器模块与传感器模块、无线通讯模块相连接实现与基站节点的自组网通讯模块的通讯功能。

而且，所述的第三方传感器节点由自组网通讯模块、第三方传感器连接构成，第三方传感器通过自组网通讯模块与基站节点的自组网通讯模块相连接实现相应的通讯功能。

本发明的优点和积极效果是：

1、本物联网接入平台通过在路灯上安装路灯基站网关实现广域接入互联网，按照一个城市平均十万个路灯，全国几百万个路灯计算，如果在每个路灯上安装一个无线基站网关，全国将有几百万个无线网关基站，而每个基站网关的价格只是同类功能有线基站网关价格的万分之一，是一种最有效的经济方式。

2、本物联网接入平台提供一个开放式平台，充分利用开放协议和接入接口，可满足第三方任何传感器检测需求的应用，例如在农业生产过程中，可以将农业土地湿度检测传感器、氮浓缩量检测传感器、土壤PH值检测传感器等千上万个带传感器的设备组成网状网络，利用各种传感器收集有关田地的土地湿度、氮浓缩量和土壤的PH值等，将经过计算的数据传输到它相应的设备，并通过网络将其返回到一个中央数据采集设备。本物联网接入平台还可以在环境监测和保护领域发挥重要的作用，利用该技术可以对污染源，特别是各工厂废水，废气的排放口进行实时监测控制，在每个排放口安装相应感应器，完成样本的采集、分析和最终的流量测定，就目前的环境来说，污染源的数量大的惊人，仅北京地区的排污口就有几万个；接入接口功能还可用于对数据收集、处理和分析，决定是否需要或何时需要用户操作：无线感应器应用实例包括恶劣环境下的检测，诸如涉及危险的火和化学物质的现场、监测和维护正在旋转的机器等等。

3、本物联网接入平台使用的传感器终端轻便接入，便于管理。在需要用来测定农田的湿度情况、排污口的污染情况时，只需使用一个火柴盒大小的传感器检测节点将第三方通讯接口嵌入其内，用埋放或其他方法放在路灯基站节点(基站网关)附近允许范围内，通过无线通讯网络很快被系统识别并管理！系统能够自动识别新接入检测节点的节点号，物理位置、第三方机构名称，并实时地将新节点信息展现给应用客户端，而展现在大家面前这些鲜活的信息竟然没有一个字靠人工录入，而是通过无线通讯网络自动上传到应用系统中来！管理人员真正做到足不出户便可以实时洞察全局，轻松管理。

4、本发明设计合理，通过该物联网平台将多个孤立的信息网络结合在一起，充分利用各个网络资源，降低使用的复杂度和成本，具有以下特点：(1)具备广域接入能力，(2)终端轻便接入，具有感知接入层；(3)具有接入接口和开放协议，(4)实现对接入终端的自动化管理。

附图说明

图1是本发明的网络拓扑图；

图2是本发明的系统连接图；

图3是接入层基站节点的软件接口示意图；

图4是自主协议网络所使用的通讯协议示意图；

图5是自主协议网络拓扑图；

图6、图7、图8是自主协议网络的内置冗余保证机制处理步骤示意图；

图9是具有3G/WAN网络功能的基站节点的电路方框图；

图10是不具有3G/WAN网络功能的基站节点的电路方框图；

图11是基站节点和路灯传感器节点的连接示意图；

图12是基站节点和第三方传感器节点的连接示意图；

图13是第三方应用系统与数据中转服务器中的第三方应用接口的连接示意图。

图中，1-1、1-2、1-3、1-4、1-5和1-6：路灯传感器节点，2：路灯，3-1、3-2、3-4和3-6：不具有3G/WAN网络功能的基站节点，3-3和3-5：具有3G/WAN网络功能的基站节点，4-1、4-2、4-3和4-4：第三方传感器节点，5-1和5-3：数据中转服务器，5-2：路灯检测服务器，6：3G/WAN网络，7-1：第三方应用数据库，7-2：路灯检测数据库，7-3：第三方应用数据库，8：路灯检测应用系统，9-1和9-2：第三方应用系统。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种基于路灯检测网络的物联网接入平台，如图1及图2所示，由传感器层、接入层、传输层、数据管理层和应用层依次连接构成。传感器层包括路灯传感器节点和第三方传感器节点，路灯传感器节点安装在路灯上用于对路灯的检测，第三方传感器节点安装在能够与基站节点进行无线通讯的任意位置。接入层包括基站节点的自组网通讯接口、第三方传感器节点的自组网通讯接口和基站节点的软件接口，基站节点的软件接口包括接入第三方数据的协议格式、数据存储机制、数据转发机制。传输层包括具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点和不具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点，上述基站节点被安装在路旁的路灯杆上，其中，具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点担任双重任务：既担任自组网任务又担任数据发送服务器任务，而不具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点只担任自组网任务。数据管理层由路灯检测系统服务器、数据中转服务器以及数据中转服务器中的第三方应用接口组成。路灯检测服务器实现和基站节点的双向数据传送以及对路灯检测应用系统的请求响应：一方面路灯检测服务器向基站节点发送命令，再由基站节点转发命令到下一层的传感器节点，从而实现对路灯传感器节点的参数设置、休眠控制、数据获取、程序更新、状态检测等功能；另一方面路灯检测服务器接收基站节点上传的数据，并拆包解包、整理后保存到数据库。数据中转服务器数据担任数据分散储存和数据转发任务，可根据需要按照市区、郊县分别设置数据中转服务器，当基站节点将数据发送到数据中转服务时，同时将第三方标志也随同数据包一起发送到中转服务器，中转服务器根据其标识分别将数据发送到中转服务器中的第三方应用接口。应用层由路灯检测应用系统和第三方应用系统组成；其中，路灯检测应用系统实现对传感器节点、基站节点的初始化参数设置、基准参数设置、检测阈值设置、路灯状态数据查询、故障日志查询、程序更新、休眠时间控制等功能；第三方应用系统从数据中转服务器的第三方应用接口获取数据进行相关应用。

在本物联网接入平台中，传感器层、接入层、传输层和数据管理层之间通过无线通讯网络相连接实现相应的通讯功能，即：传输层的基站节点通过无线通讯网络与路灯传感器节点和第三方传感器节点相连接；基站节点通过无线通讯网络和路灯检测服务器和数据中转服务器进行双向通讯。该无线通讯网络可以采用自主协议网络，也可以采用3G/WAN网络实现的。应用层与数据管理层通过各自的应用系统相连接，实现相应的应用功能。

如图3所示，在采用自主协议网络进行通讯时，接入层软件接口提供第三方开放通讯协议，该开放通讯协议包括协议头和数据段，协议头由引导字、协议版本、目标地址、源地址、TTL、传感器标识、数据段长度等构成，其中，传感器标识用于标识传感器节点所属的第三方应用系统，以及中转服务器根据第三方传感器节点标志位发送数据到第三方应用接口；数据段长度字段用于约定携带第三方数据的长度，数据段用于按照协议头约定的数据段长度携带和储存第三方数据。

如图4所示，自主协议网络采用一种多跳、自动寻径、局部短地址映射的通讯协议，该通讯协议是针对无线通讯网络通讯而设计的一种短包通讯协议，相对于长包数据通讯其最大限度地节省了字节空间，有效提高了无线通讯网络通讯的准确率和减少丢包率。

如图5所示，自主协议网络由若干基站节点和若干传感器节点连接构成；各个基站节点之间构成蜂窝状网络进行通讯和传递数据，从而构成一个多通道网络，当一个基站节点和服务器通讯发生故障时，它会单跳或多跳到另外一个同3G/WAN网络相连接的基站节点，从而保证了无线通讯网络的稳定性和可靠性；一个基站节点和若干传感器节点之间构成星形网络，传感器节点会自动寻找离它最近的基站节点进行通讯，如果通讯阻断，它会自动寻找下一个离它最近的基站节点；任意时刻新增加的传感器节点都会被基站节点自动识别，并将传感器节点的编号、类型通过传输层、数据管理层实时反馈到应用层。

自主协议网络的拓扑结构为网状网多通道型，该网状网多通道型内置有冗余保证机制，即：如果一条通道发生故障，基站节点将通过单跳或多跳方式自动路由到下一个通道，最终找到目标基站节点将数据上传到路灯检测服务器，以保证系统的可靠、稳定。自主协议网络的冗余保证机制的处理过程如图6至图8所示，其处理过程为：步骤1、当传感器节点和基站节点发生通讯故障时，传感器节点可以找到另外一个离它最近的基站节点，如图6所示，当传感器节点4-1和基站节点3-2之间的无线通讯发生故障时，传感器节点4-1会自动寻找离它最近的下一个离它最近的节点3-1。步骤2：当基站节点和3G/WAN网络发生网络故障时，基站节点可以和另外一个基站节点发生通讯，并通过另外一个基站节点将数据最终发送给服务器，如图7所示，当传感器节点4-1沿着4-1 3-1 3-2 3-3 5-2的路线传送数据时，基站节点3-2到路灯检测服务器5-2之间的通讯发生故障，基站节点3-2会自动连接下一个具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点3-5。步骤3：通过具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点3-5与路灯检测服务器5-2进行通讯，如图8所示。与路灯检测服务器进行通讯的最终基站节点必须是具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点。

基站节点包括具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点和不具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点。如图9所示，具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点由3G上网模块、中央处理器模块、存储器模块、自组网通讯模块和电源构成，电源模块与3G上网模块、中央处理器模块、存储器模块、自组网通讯模块相连接为其供电，中央处理器模块分别与3G上网模块、存储器模块及自组网通讯模块相连接实现相应的通讯及存储功能。如图10所示，不具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点由3G上网模块、中央处理器模块、存储器模块和电源构成，电源模块与3G上网模块、中央处理器模块、存储器模块相连接为其供电，中央处理器模块分别与3G上网模块及存储器模块相连接实现相应的通讯及存储功能。

传感器节点包括不带自组网通讯模块的路灯传感器节点和带自组网通讯模块的第三方传感器节点两种。如图11所示，路灯传感器节点包括传感器模块、中央处理器模块、无线通讯模块和电池，电池与传感器模块、中央处理器模块、无线通讯模块相连接为其供电，中央处理器模块与传感器模块、无线通讯模块相连接实现与基站节点的自组网通讯模块的通讯功能。如图12所示，第三方传感器节点由自组网通讯模块、第三方传感器连接构成，第三方传感器通过自组网通讯模块与基站节点的自组网通讯模块相连接实现相应的通讯功能，基站节点的自组网通讯模块和第三方传感器节点的自组网通讯模块完全相同。

如图13所示，本物联网接入平台通过第三方应用接口与第三方应用系统相连接，第三方应用接口为中转服务器数据库中的一个物理表，数据中转服务器5-1将数据发送到第三方应用接口，第三方应用系统通过读取该物理表中的数据进行相关应用。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于路灯检测网络的物联网接入平台，其特征在于：由传感器层、接入层、传输层、数据管理层和应用层依次连接构成，所述的传感器层包括路灯传感器节点和第三方传感器节点，所述的接入层包括基站节点的自组网通讯接口、第三方传感器节点的自组网通讯接口和基站节点的软件接口，所述的传输层包括具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点和不具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点，所述的数据管理层由路灯检测系统服务器、数据中转服务器以及数据中转服务器中的第三方应用接口组成，所述的应用层由路灯检测应用系统和第三方应用系统组成；所述的传感器层、接入层、传输层和数据管理层之间通过无线通讯网络相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于路灯检测网络的物联网接入平台，其特征在于：所述的路灯传感器节点安装在路灯上，所述的基站节点被安装在路灯杆上，所述的第三方传感器节点安装在能够与基站节点进行无线通讯的任意位置上。

3.根据权利要求1所述的一种基于路灯检测网络的物联网接入平台，其特征在于：所述的无线通讯网络采用自主协议网络或3G/WAN网络。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于路灯检测网络的物联网接入平台，其特征在于：所述的自主协议网络由基站节点和传感器节点连接构成，各个基站节点之间构成蜂窝状网络进行通讯和传递数据，一个基站节点和若干传感器节点之间构成星形网络，各个传感器节点会自动寻找离它最近的基站节点进行通讯。

5.根据权利要求4所述的一种基于路灯检测网络的物联网接入平台，其特征在于：所述的自主协议网络采用的是一种多跳、自动寻径、局部短地址映射的通讯协议。

6.根据权利要求4所述的一种基于路灯检测网络的物联网接入平台，其特征在于：所述的自主协议网络为网状网多通道型拓扑结构，具有内置冗余保证机制：如果一条通道发生故障，基站节点将通过单跳或多跳方式自动路由到下一个通道，最终找到目标基站节点将数据上传到路灯检测服务器。

7.根据权利要求1所述的一种基于路灯检测网络的物联网接入平台，其特征在于：所述的具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点由3G上网模块、中央处理器模块、存储器模块、自组网通讯模块和电源构成，电源模块与3G上网模块、中央处理器模块、存储器模块、自组网通讯模块相连接为其供电，中央处理器模块分别与3G上网模块、存储器模块及自组网通讯模块相连接实现相应的通讯及存储功能。

8.根据权利要求1所述的一种基于路灯检测网络的物联网接入平台，其特征在于：所述的不具有3G/WAN网络通讯功能的基站节点由3G上网模块、中央处理器模块、存储器模块和电源构成，电源模块与3G上网模块、中央处理器模块、存储器模块相连接为其供电，中央处理器模块分别与3G上网模块及存储器模块相连接实现相应的通讯及存储功能。

9.根据权利要求1所述的一种基于路灯检测网络的物联网接入平台，其特征在于：所述的路灯传感器节点包括传感器模块、中央处理器模块、无线通讯模块和电池，电池与传感器模块、中央处理器模块、无线通讯模块相连接为其供电，中央处理器模块与传感器模块、无线通讯模块相连接实现与基站节点的自组网通讯模块的通讯功能。

10.根据权利要求1所述的一种基于路灯检测网络的物联网接入平台，其特征在于：所述的第三方传感器节点由自组网通讯模块、第三方传感器连接构成，第三方传感器通过自组网通讯模块与基站节点的自组网通讯模块相连接实现相应的通讯功能。

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