CN103249127B - 物联网节能数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种物联网节能数据传输方法，该物联网包括至少一个节点和至少一个网关。其中，节点采用周期循环模式，包括：工作阶段，工作阶段中节点触发功能模块工作，并且维持硬件时钟工作，经历了工作时间后，进入休眠阶段；休眠阶段，休眠阶段中节点关闭功能模块不工作，仅维持硬件时钟工作，经历了休眠时间后，进入工作阶段。网关采用持续工作模式，一直接收来自节点的报文，并对节点进行反馈控制。根据本发明实施例的物联网节能数据传输方法，可以使功耗能够最大限度的利用在数据的采集与发送等实质性工作上，而且还能动态调整休眠时间，使得节点功耗得到最高利用效率。

Description

物联网节能数据传输方法

技术领域

本发明属于物联网节点在省电模式下的可靠数据传输技术领域，具体涉及一种物联网节能数据传输方法。

背景技术

和传统的互联网相比，当今的物联网有其鲜明的特征。它是各种感知技术的广泛应用。当今的物联网上部署了海量的多种类型的传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息的内容和信息的格式各不同。传感器获得的数据具有实时性，即按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。

物联网节点一般是一些硬件条件极其受限的微型计算机，这些节点通常由8位处理器与很少量的存储器构成，运行在低功耗、易损耗的网络环境中。怎样在尽可能的降低节点的功耗的同时又保证数据采集的及时性和传输的可靠性，成为当今物联网领域的一个研究热点。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种物联网节能数据传输方法，该方法在降低物联网节点的功耗的同时又保证了数据采集的及时性和数据传输的可靠性。

本发明实施例的物联网节能数据传输方法，所述物联网中具有至少一个节点和至少一个网关，其中，所述节点采用周期循环模式，包括：工作阶段，所述工作阶段中所述节点触发功能模块工作，并且维持硬件时钟工作，经历了工作时间后，进入休眠阶段；休眠阶段，所述休眠阶段中所述节点关闭所述功能模块不工作，仅维持所述硬件时钟工作，经历了休眠时间后，进入所述工作阶段，所述网关采用持续工作模式，一直接收来自所述节点的报文，并对所述节点进行反馈控制。

优选地，所述休眠时间在预设最大休眠时间和预设最小休眠时间之间范围内取值。

优选地，所述节点的所述工作阶段进一步包括：所述节点进行开机初始化；所述节点中的所述功能模块采集数据，并所述节点向所述网关发送报文，所述报文包括所述数据和所述休眠时间。

优选地，还包括：所述网关监测来自所述节点的所述数据的波动程度，并根据所述波动程度的大小对所述节点的休眠时间进行反馈调整。

优选地，所述波动程度定义函数其中D表示当前工作阶段所述报文中的数据，D_last表示前一工作阶段所述报文中的数据，T_sleep表示当前工作阶段接收所述报文中的休眠时间。

优选地，所述反馈调整包括：当所述波动程度小于波动程度阈值时，所述网关判断延长所述节点的休眠时间，即所述网关向所述节点发送更新休眠时间，所述更新休眠时间大于当前的休眠时间，所述节点自下一工作阶段采用所述更新休眠时间；或者当所述波动程度大于波动程度阈值时，所述网关判断缩短所述节点的休眠时间，即所述网关向所述节点发送更新休眠时间，所述更新休眠时间小于当前的休眠时间，所述节点自下一工作阶段采用所述更新休眠时间。

优选地，其中，所述节点的工作阶段预设为三种状态：节点默认休眠状态S_normal，节点缩短休眠状态S_short和节点延长休眠状态S_extend，三种状态下所述节点向所述网关发送的报文中分别包括三种休眠时间：默认休眠阶段持续时间T_normal、最短休眠阶段持续时间T_short、最长休眠阶段持续时间T_extend，其中，所述网关中预设有初值为零的计数COUNT和计数阈值COUNT_MAX，当所述网关判断所述波动程度小于波动程度阈值时，则网关将COUNT变量自增1，如果COUNT已经达到COUNT_MAX的值，那么在节点不同状态下，网关做出以下处理：A1.如果所述节点当前处于S_extend状态，网关不会对节点做出任何调整；A2.如果所述节点当前处于S_normal状态，网关向节点发送休眠时间重设报文，将节点的休眠时间更新为最长休眠阶段持续时间T_extend，并且将该节点的状态标记为S_extend；A3.如果所述节点当前处于S_short状态，网关向节点发送休眠时间重设报文，将节点的休眠时间更新为正常休眠阶段持续时间T_normal，并且将节点的状态标记为S_normal，对COUNT变量清零，当所述网关判断所述波动程度大于波动程度阈值时，则网关将COUNT变量清零，那么在节点不同状态下，网关做出以下处理：A1.如果所述节点当前处于S_extend状态，网关向节点发送休眠时间重设报文，将节点的休眠时间更新为正常休眠阶段持续时间T_normal，并且将节点的状态标记为S_normal；A2.如果所述节点当前处于S_normal状态，网关向节点发送休眠时间重设报文，将节点的休眠时间更新为最短休眠阶段持续时间T_short，并且将该节点的状态标记为S_short；A3.如果所述节点当前处于S_short状态，网关不会对节点做出任何调整。

综上所述，根据本发明实施例的物联网节能数据传输方法，可以使功耗能够最大限度的利用在数据的采集与发送等实质性工作上，而且还能动态调整休眠时间，使得功耗得到最高利用效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的物联网节能数据传输方法的流程图；

图2是本发明实施例的物联网节能数据传输方法的示意图；

图3是本发明实施例的网关决定节点休眠时间算法原理图；

图4是本发明实施例的物联网节能数据传输方法的一般情况下节点与网关之间的交互示意图；

图5是本发明实施例的物联网节能数据传输方法的网关缩短节点的休眠时间示意图；

图6是本发明实施例的物联网节能数据传输方法的网关延长节点的休眠时间示意图；

图7是本发明实施例的物联网节能数据传输方法的节点将休眠时间设置为预设最小休眠时间示意图；

图8是采用传统交互方式的节点采集数据的示意图；

图9是采用传统交互方式的节点采集数据点连接成线的示意图；

图10是本发明实施例的物联网节能数据传输方法的节点采集数据情况的示意图；

图11是本发明实施例的物联网节能数据传输方法的节点采集数据点连接成线情况的示意图；

图12是数据出现较大波动情况的示意图；

图13是传统的节点采集较大波动情况数据的示意图；

图14是传统的节点采集较大波动情况数据点连接成线的示意图；

图15是本发明实施例的物联网节能数据传输方法的节点采集较大波动情况数据的示意图；

图16是本发明实施例的物联网节能数据传输方法的节点采集较大波动情况数据点连接成线的示意图；

图17是节点处于正常休眠时间时数据出现较大波动的示意图；

图18是传统的节点休眠的方式进行数据采集情况的示意图；

图19是传统的节点休眠的方式进行数据采集情况数据点连接成线的示意图；

图20是本发明实施例的数据出现较大波动的节点采集数据的示意图；

图21是本发明实施例的数据出现较大波动的节点采集数据点连接成线的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

一般地，物联网中具有至少一个节点和至少一个网关。如图1和图2所示，本发明实施例的物联网节能数据传输方法，具有如下特征：

A.节点采用工作阶段和休眠阶段交替的周期循环模式。在工作阶段中，节点触发功能模块工作，并且维持硬件时钟工作，经历了工作时间后，进入休眠阶段。在休眠阶段中，节点关闭功能模块不工作，仅维持硬件时钟工作，经历了休眠时间后，进入工作阶段。

在本发明的一个实施例中，工作阶段进一步包括：节点进行开机初始化，以及，节点中的功能模块采集数据，并从节点向网关发送报文，该报文包括采集到的数据和休眠时间。采集的数据可以为温度、湿度、流量、物位或者光照强度等数据信息。优选地，在一个工作阶段中，节点向网关发送报文的次数为多次。即：节点向第一遍发送完报文后，并不会停止工作，而是每隔一段时间（例如其值为1秒钟）就重复发送之前的报文，直到节点进入休眠阶段。如果整个工作阶段的工作阶段持续时间为N秒钟，开机初始化、功能模块采集数据和第一遍发送报文的时间占用a秒钟，那么节点就会在剩余的N-a秒种内重复发送N-a次报文，从而保证节点和网关之间的数据传输的可靠性。

B．网关采用持续工作模式，一直接收来自节点的报文，并对节点进行反馈控制。需要说明的是，由于一个网关通常与多个节点通讯，而多个节点工作阶段或休眠阶段并不一定同步，故网关无法采用“工作-休眠”交替的周期循环模式以节约网关处的，需要采用持续工作模式。

在本发明的一个优选实施例中，休眠时间在预设最大休眠时间和预设最小休眠时间之间范围内取值。具体地：休眠时间不宜太长，以免节点采样数据的频率过于稀疏，失去实时性和真实性，故需要小于预设最大休眠时间，休眠时间也不宜太短，以免节点未得到充分的休息，不仅不能起到节能效果，并且有可能因频繁启动关闭导致仪器寿命缩短。

在本发明的一个优选实施例中，还包括：网关监测来自节点的数据的波动程度，并根据波动程度的大小对节点的休眠时间进行反馈调整。具体地，网关接受来自节点的报文，对于报文中包含的采集数据，网关会做出相应的处理并递交给上层，而对于休眠时间，网关可以根据一定的算法计算波动程度并做出如下响应：当波动程度大于波动程度阈值时，网关判断缩短节点的休眠时间，或者，当波动程度小于波动程度阈值时，网关判断延长节点的休眠时间。这样，本发明的方法中的休眠时间动态可调，能够更好地进行节约能耗。

在本发明的一个实施例中，波动程度定义函数为其中D表示当前工作阶段报文中的数据，D_last表示前一工作阶段报文中的数据，T_sleep表示当前工作阶段接收报文中的休眠时间。需要说明的是，波动程度定义函数还可以是其他的形式，此处仅是出于示例，而非本发明的限制。当大于波动程度阈值时，网关向节点发送一个小于当前的休眠时间的更新休眠时间，节点自下一工作阶段采用更新休眠时间。当小于波动程度阈值时，网关向节点发送一个大于当前的休眠时间的更新休眠时间，节点自下一工作阶段采用更新休眠时间。需要说明的是，更新休眠时间同样在预设最大休眠时间和预设最小休眠时间之间范围内取值，不超出范围上下限。

在本发明的一个优选实施例中，网关决定节点休眠时间算法如下：

网关可以对收到的节点所采集的数据D进行记录，处理和分析。观察所采集数据的波动范围，根据所采集数据的波动来确定节点的T_sleep。在决定节点T_sleep的时候，网关的基本原则是：当D波动较大时，网关缩短节点的T_sleep以更为实时的跟踪节点采集的数据。但是考虑到节点的功耗而避免节点进入过于频繁发送报文的状态，节点T_sleep不能小于节点T_min-sleep。当D波动较小的时候，网关维持节点的T_sleep，当D长时间波动较小的时候，网关可以适当延长节点的T_sleep。但是节点的T_sleep不能无限制的被延长，因为这样可能会因为没有及时跟踪数据的变化而及时做出反应。

网关决定节点休眠时间算法描述如下：

1、网关在工作之初，对于每一个维持通信的节点，都要在本地初始化若干变量，这些变量可以根据具体情况的不同而人为设定。这些变量包括：

节点默认休眠时间T_default，

节点最短休眠时间T_short，

节点最长休眠时间T_extend，

数据波动范围阈值系数R_thres，

累积计数值COUNT，

累积计数上限COUNT_MAX。

同时，网关还要维护其他几个变量，包括：

上次采集得到数据D_last，

节点工作模式，分为节点默认休眠状态S_normal，节点缩短休眠状态S_short和节点延长休眠状态S_extend。三种状态下所述节点向所述网关发送的报文中分别包括三种休眠时间：默认休眠阶段持续时间T_normal、最短休眠阶段持续时间T_short、最长休眠阶段持续时间T_extend。

如果该算法使用C语言实现的话，可以使用一个结构体来标记每一个节点的状态，结构体中的每项就是以上提到的每个变量。

2、网关收到节点发来的数据包，读取其中的T_sleep和D。将读取到的D进行分析与处理，然后交给其他应用。之后，网关用本次读取到的D与本网关的D_last进行比较并得出结果Res，如果结果小于R_thres，则进入步骤3，如果结果大于R_thres，则进入步骤4。将读取的D与本网关D_last进行比较得出结果的方式如公式（1）所示：

$\mathrm{Res}=\frac{|D-D_{\mathrm{last}}|}{T_{\mathrm{sleep}}}---\left(1\right)$

取得Res的方式类似于数学中的求导概念，也就用一段时间数据变化的绝对值与这段时间的长度进行除法运算。如果一段时间内数据波动比较小或者比较平缓，那么相应的得出的Res就会比较小，反之，如果数据波动比较大的话，相应的Res也会变大。

3、步骤2计算所得的结果小于R_thres进入本步骤，说明数据波动范围在和接受范围之内，网关此时会将COUNT自增1。如果此时COUNT已经达到COUNT_MAX的值，那么在节点不同状态下，网关需要作出不同的处理：

如果节点处于S_extend状态，即使此时COUNT已经达到COUNT_MAX的值，也不会对节点做出任何调整。因为网关判断虽然延长了节点的休眠时间，但由于节点采集的数据变化表现平缓，所以也没有必要缩短节点休眠时间。为了节约节点能耗，可以继续保持节点的S_extend状态。

如果此节点处于S_normal状态，那么网关可以假设此节点所采集的数据在一段时间内不会发生太大波动。基于此，网关发送“休眠时间重设报文”，来延长节点的T_sleep，并且将该节点的状态标记为S_extend，使得该节点处于休眠时间延长状态。此时可以将节点对应的COUNT值清零，但是这并不是必须的。

如果此节点处于S_short，说明之前节点采集的数据出现了较大波动而被缩短了休眠时间。那么网关可以判断出最近一段时间节点采集的数据没有太大波动，那么节点也就没有必要再维持S_short状态，此时网关可以发送“休眠时间重设报文”来使得节点重新回复到S_normal状态，并且对COUNT变量清零。

4、步骤2计算所得的结果大于R_thres进入本步骤，说明数据波动范围超出了接受范围，这样的话网关需要对COUNT变量清零。在节点不同状态下，网关需要做出不同的处理：

如果此时节点处于S_extend状态，说明此时节点的休眠时间已经过长而影响了对于数据的实时采集，网关需要发送“休眠时间重设报文”来将节点重新设置为S_normal状态。

如果此时节点处于S_normal状态，同样说明此时节点的休眠时间已经过长而影响了对于数据的实时采集，网关需要发送“休眠时间重设报文”来将节点重新设置为S_short状态。

如果此时节点处于S_short状态，说明与之前一样，节点采集的数据还是持续性的出现较大波动，此时网关不需要调整节点的休眠状态，而应该维持节点较短的休眠时间来更为实时的采集数据。

综上所述，网关决定节点休眠时间的算法原理如图3所示。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面以物联网采集温度数据为例，说明在本发明实施例的物联网节能数据传输方法中节点与网关的交互流程。

在实际使用本发明的时候，需要首先根据实际情况分别设置好节点的休眠模式与工作模式所占用的时间以及“最短休眠时间”。如果休眠模式所占时间过长，那么可能网关通过节点接收的数据可能并不及时，如果休眠模式所占时间过短，那么有可能使得节点过于频繁的发送数据而并不节约能耗。如果工作模式所占时间过长，节点的能耗会随之上升，并且会过多发送无用的数据包，如果工作模式所占时间过短，就很难保证有充分的时间采集和发送数据，并且不能保证节点发送足够多的重复报文来保证数据传输可靠性。

（1）如图4所示，假设一个节点的休眠时间为300秒（即图中所示的5分钟），两次采集的温度分别为22℃与23℃。

（2）如图5所示，在连续的几个周期循环模式后，网关发现温度波动程度较大，为了更为实时的采集温度数据，网关决定缩短节点发送不同报文的间隔时间。节点收到更新休眠时间后，主动更改自己的休眠时间。在图中，节点休眠时间被更改为3分钟。

（3）如图6所示，为节约节点能耗，在很多实时性不强的情况下，网关可以延长节点的休眠时间。在图中，节点休眠时间被更改为7分钟。

（4）如图7所示，为节约能耗，防止节点频繁向网关发送报文，当节点收到的更新休眠时间小于节点的预设最小休眠时间时，节点可以将休眠时间设置为预设最小休眠时间，但不可能会更短。如图中所示，假设一个节点的预设最小休眠时间为3分钟，若收到一个更新休眠时间为2分钟的报文时，设置节点的休眠时间为预设最小休眠时间——3分钟。

以上实施例是从一般情况下来说明网关与节点之间的交互，并没有提及算法在这个交互过程中的影响。因为决定算法执行效果的变量很多，根据具体情况的不同在实现算法的时候需要对这些变量做出调整。实施网关决定节点休眠时间算法的时候，要根据具体情况来设置变量。

又举例来说：对于一般情况下24小时天气温度的检测，可以做出以下设置：

节点默认休眠时间T_default=300秒，即在默认情况下，节点每隔5分钟就开始发送温度数据。预设最小休眠时间T_short=75秒，这个值是节点默认休眠时间的1/4。预设最大休眠时间T_extend=1200秒，即节点最长可以每隔20分钟才开始检测并发送温度数据。

数据波动范围阈值系数R_thres=0.1%，根据公式可得，在T_sleep为300秒的时候，如果没有超过R_thres表示数据波动程度并不大。这也就是说，如果在5分钟内，如果温度变化在0.3℃的话，表示温度的变化波动程度比较平缓。

计数COUNT初始状态的值为0，预定计数值设定为4次，通过以上设定可知，节点在默认情况下每隔5分钟向网关发送报文。如果连续4次报文出现波动程度小于波动程度阈值，或者说连续4次报文没有出现波动程度大于波动程度阈值，那么网关会延长节点的休眠时间，但是休眠时间不会高于预设最大休眠时间。如果在5分钟之内，节点采集的数据波动超过了0.3℃，即波动程度大于波动程度阈值，并且计数COUNT达到4，那么网关就会缩短节点的休眠时间，但是休眠时间不会低于预设最小休眠时间。此后计数COUNT自动清零。预定计数值也可以设定为-4次，那么计数COUNT进行自减1操作，在此不再一一赘述。

当节点处于预设最大休眠时间状态时，即节点每隔20分钟向网关发送报文。此时网关维持数据波动范围阈值系数R_thres=0.1%不变，那么如果在20分钟内节点采集数据的波动程度没有超过1.2℃，网关认为节点采集的数据非常平缓，可以维持节点的预设最大休眠时间状态。

当节点处于预设最小休眠时间状态时，因为休眠时间的间隔为最小值，所以数据的波动相应也会变小。这里维持数据波动范围阈值系数R_thres=0.1%不变的话，在75秒内如果采集到的温度数据没有超过0.1℃（严格意义上来说是0.075℃），才能认为数据波动程度较为平缓。当接收到这样表示数据平缓的报文达到4个的时候，网关将节点的休眠时间延长，但是休眠时间不会高于预设最大休眠时间。

根据本发明实施例的物联网节能数据传输方法，可以使功耗能够最大限度的利用在数据的采集与发送等实质性工作上，而且还能动态调整休眠时间，使得节点功耗得到最高利用效率。

下面结合实验证明根据本发明实施例的物联网节能数据传输方法的有效性。

实验通过程序模块来模拟节点采集到的数据，此程序模块叫做返回数据模块。当节点中的程序需要采集数据时，便调用此返回数据模块。此时返回数据模块根据不同的实现来返回不同的数据。节点中的程序以此作为采集到的数据。

根据实验场景的不同，可以编写不同的返回数据模块。例如可以让此模块总是返回一个常量来模拟采集到的数据没有变化的情况，可以让此模块根据某种函数曲线返回变量来模拟采集到的数据出现波动时候的情况。

根据不同时间采集到的不同数据，可以绘制平面坐标图。其中横轴代表采集数据的时间，纵轴代表采集到的数据。

如图8所示，为采用传统交互方式的节点采集数据的示意图，如果采用传统的节点与网关的交互方式，即节点发送数据的频率是固定的，那么此时节点采集数据的情况如图8所示。将图8中节点得到的数据描绘的点连接成线，如图9所示。

同样地数据，如果根据本发明所描述的节点数据采集传输方法，那么节点采集数据的情况如图10所示，当数据平缓的时候，节点会延长数据采集的时间间隔，那么在同样的时间内，节点就会得到更多的休眠时间从而减少节点的功耗。将节点采集得到的数据连成线得到的图形如图11所示，当数据平缓的时候，采用本发明节点数据采集传输机制，将节点采集到的数据连成线所构成的图形与使用传统机制采集数据后所构成的图形基本一致，这样就可以在不丢失监测数据的同时延长节点的休眠时间，从而达到节约节点能耗的目的。

当数据出现较大波动的时候，此时模块将时间划分为三个阶段，第一阶段返回一个恒定值来模拟数据平缓的情景，第二阶段按照一个曲线返回值来模拟数据出现波动，第三个阶段重新返回一个新的恒定值来模拟数据再次恢复为平缓的情形，这样数据返回的结果如图12所示。那么在此情况下，按照传统的节点采集数据机制，节点采集数据的情况如图13所示，根据图13中的点连成线后得到的图形如图14所示。根据本发明实施例，节点采集数据的情况如图15示，将节点采集的数据连成线以后得出的图形如图16所示。

通过对比图13至图16可知，当数据平缓的时候，使用本发明实施例的节点数据传输方法，能够延长节点的休眠时间，在数据出现波动的时候，可以迅速调整休眠时间，从而做到了实时跟踪数据的变化，通过对比图14和图16的曲线可以发现，节点能够平衡能耗和数据采集的实时性。

如图17所示，为节点处于正常休眠时间时数据出现较大波动的示意图，当节点处于正常的休眠时间，而此时如果采集到的数据出现了较大波动，根据本发明实施例的描述，节点应该缩短其休眠时间以实时跟进数据的变化情况。如果按照传统节点休眠的方式进行数据采集，那么采集数据的情况如图18所示。将这些采集到的数据连成线之后得到的图形如图19所示。

由图19所示，在传统模式下，当数据出现较大波动的时候，节点无法实时跟踪数据的波动情况，反应非常迟缓，采集到的数据并不能反映数据变化的情况，甚至不能反映数据的最大值与最小值。

采用本发明的节点采集数据的情况如图20所示，将图20所示的数据连成线，得到的图形如图21所示。由图21所示，节点之前处于正常休眠模式，但是遇到数据出现波动的时候，节点缩短其休眠时间来实时跟踪数据的波动，将这些采集到的数据连成线，发现采集到的数据曲线平滑且能够反映数据波动的更多信息。当数据波动消失重新恢复平缓的时候，节点又会重新延长其休眠时间以达到节约能耗的目的。

根据本发明实施例的物联网节能数据传输方法，可以使功耗能够最大限度的利用在数据的采集与发送等实质性工作上，而且还能动态调整休眠时间，使得节点功耗得到最高利用效率。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种物联网节能数据传输方法，所述物联网中具有至少一个节点和至少一个网关，其特征在于，

所述节点采用周期循环模式，包括：

工作阶段，所述工作阶段中所述节点触发功能模块工作，并且维持硬件时钟工作，经历了工作时间后，进入休眠阶段；

休眠阶段，所述休眠阶段中所述节点关闭所述功能模块不工作，仅维持所述硬件时钟工作，经历了休眠时间后，进入所述工作阶段，所述网关采用持续工作模式，一直接收来自所述节点的报文，并对所述节点进行反馈控制，具体包括：所述网关监测来自所述节点的所述数据的波动程度，并根据所述波动程度的大小对所述节点的休眠时间进行反馈调整，其中，所述波动程度定义函数为其中D表示当前工作阶段所述报文中的数据，D_last表示前一工作阶段所述报文中的数据，T_sleep表示当前工作阶段接收所述报文中的休眠时间，其中，所述反馈调整包括：当所述波动程度小于波动程度阈值时，所述网关判断延长所述节点的休眠时间，即所述网关向所述节点发送更新休眠时间，所述更新休眠时间大于当前的休眠时间，所述节点自下一工作阶段采用所述更新休眠时间；或者当所述波动程度大于波动程度阈值时，所述网关判断缩短所述节点的休眠时间，即所述网关向所述节点发送更新休眠时间，所述更新休眠时间小于当前的休眠时间，所述节点自下一工作阶段采用所述更新休眠时间，

其中，所述节点的工作阶段预设为三种状态：节点默认休眠状态S_normal，节点缩短休眠状态S_short和节点延长休眠状态S_extend，三种状态下所述节点向所述网关发送的报文中分别包括三种休眠时间：默认休眠阶段持续时间T_normal、最短休眠阶段持续时间T_short、最长休眠阶段持续时间T_extend，

其中，所述网关中预设有初值为零的计数COUNT和计数阈值COUNT_MAX，

当所述网关判断所述波动程度小于波动程度阈值时，则网关将COUNT变量自增1，如果COUNT已经达到COUNT_MAX的值，那么在节点不同状态下，网关做出以下处理：

A1.如果所述节点当前处于S_extend状态，网关不会对节点做出任何调整；

A2.如果所述节点当前处于S_normal状态，网关向节点发送休眠时间重设报文，将节点的休眠时间更新为最长休眠阶段持续时间T_extend，并且将该节点的状态标记为S_extend；

A3.如果所述节点当前处于S_short状态，网关向节点发送休眠时间重设报文，将节点的休眠时间更新为正常休眠阶段持续时间T_normal，并且将节点的状态标记为S_normal，对COUNT变量清零，

当所述网关判断所述波动程度大于波动程度阈值时，则网关将COUNT变量清零，那么在节点不同状态下，网关做出以下处理：

A1.如果所述节点当前处于S_extend状态，网关向节点发送休眠时间重设报文，将节点的休眠时间更新为正常休眠阶段持续时间T_normal，并且将节点的状态标记为S_normal；

A2.如果所述节点当前处于S_normal状态，网关向节点发送休眠时间重设报文，将节点的休眠时间更新为最短休眠阶段持续时间T_short，并且将该节点的状态标记为S_short；

A3.如果所述节点当前处于S_short状态，网关不会对节点做出任何调整。

2.如权利要求1所述的物联网节能数据传输方法，其特征在于，所述休眠时间在预设最大休眠时间和预设最小休眠时间之间范围内取值。

3.如权利要求1所述的物联网节能数据传输方法，其特征在于，所述节点的所述工作阶段进一步包括：

所述节点进行开机初始化；

所述节点中的所述功能模块采集数据，并从所述节点向所述网关发送报文，所述报文包括所述数据和所述休眠时间。