CN104981031B - Wi-Fi物联网异构实现方法及其架构 - Google Patents

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Abstract

一种Wi‐Fi物联网异构实现方法及架构，通过在Wi‐Fi物联网中设置至少一个基带速率可调的Wi‐Fi物联网桥接设备，该桥接设备采用时分的形式，分别以降基带速率方式与至少一个长距离物联网设备进行通信、以全基带速率方式与物联网中与互联网相连的全基带速率设备进行通信。本发明能够实现在由不同基带速率的Wi‐Fi物联网子网构成的异构Wi‐Fi物联网结构中数据的桥接和交换。

Description

Wi-Fi物联网异构实现方法及其架构
技术领域
本发明涉及的是一种物联网领域的技术，具体是一种Wi‐Fi物联网异构网络实现方法及其架构。
背景技术
物联网，即Internet Of Things(IoT)。物联网设备可以是各种信息传感器和控制器，也可以是各种智能化的家用电器。物联网设备通过多种方式接入互联网，形成的一个巨大网络，实现了互联网从人向物的延伸。
Wi‐Fi物联网接入方式是应用最广，成本最低，可扩展性最好的物联网接入方式之一。通常，Wi‐Fi物联网设备直接通过Wi‐Fi接入点(Wi‐Fi Access Point，也称Wi‐Fi热点或无线路由器)接入网络。但是，大部分的Wi‐Fi物联网设备功能较单一，数据交换量相对较小。很多时候，在Wi‐Fi物联网组网时，Wi‐Fi物联网设备间空间距离较大，设备分布密度较小(相互作中继设备不可能)，而且多数情况下这些设备数据速率要求较低。因此会造成在某些应用场景中，传统的Wi‐Fi链路传输物理距离达到或者超过极限的情况。又或者在Wi‐Fi物联网的覆盖空间中信道情况复杂时，对于较宽频带的高速率Wi‐Fi信号，相对较长的无线信道的多径时延或信道时变造成传统的Wi‐Fi链路数据传输效果不佳。
为解决上述问题，一般情况下，在Wi‐Fi物联网组网过程中，需额外为分散分布或信道状况差的Wi‐Fi物联网设备在合适的距离或位置配置数量可观的中继设备。但是这种解决方式会增大Wi‐Fi物联网的实现复杂度，大大增加网络成本和维护难度。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN202679655U公开(公告)日2013.01.16，公开了一种多频段异构物联网网关装置，它涉及无线数据通信领域，主控制单元1移植嵌入式Linux操作系统，系统中移植了多种物联网通信协议，支持IEEE802.15.4标准、IEEE802.15.4c标准、ISO/IEC18000‐4标准、ISO/IEC18000‐7标准。支持多频段，多种协议的物联网终端设备与广域IP通信网络以及移动通信网络的互联互通。相对于现有的一些无线传感器网络网关设备相比可同时支持多个频段、多种协议的感知设备数据接入；可提供多种物联网网络层接入方式，使用方便灵活，实现了物联网感知层多频段多协议感知设备接入物联网网络层，实现感知区域多频段节点设备与外部网络直接进行数据交换的目的。但该现有技术没有解决在单一协议的物联网中扩大覆盖范围的问题，实现复杂，成本较高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种Wi‐Fi物联网异构实现方法及其架构，在需要长距离布设低密度Wi‐Fi物联网设备时，采用降低了基带速率的Wi‐Fi物联网子网，以扩展该子网的信号有效覆盖范围，并通过Wi‐Fi物联网桥接设备与标准全速率的Wi‐Fi物联网的设备进行数据交换。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种Wi‐Fi物联网异构实现方法，通过在Wi‐Fi物联网中设置至少一个基带速率可调的Wi‐Fi物联网桥接设备，该桥接设备采用时分的形式，分别：1)以降基带速率方式与至少一个长距离物联网设备进行通信，2)以全基带速率方式与物联网中与互联网相连的全基带速率设备进行通信。
所述的桥接Wi‐Fi物联网设备，可以具备正常Wi‐Fi物联网设备功能，通过正常方式链接Wi‐Fi接入点，接入互联网。所述的桥接设备将来自长距离物联网设备的上行数据进行降基带速率的物理层解调和MAC层解析，并重新经过全基带速率的MAC层封装和物理层调制，以时分形式在不同的时隙内将该数据转发至全基带速率设备；桥接设备将来自全基带速率设备的下行数据进行全基带速率的物理层解调和MAC层解析，并重新进行降基带速率的MAC层封装和物理层调制后，以时分形式在不同的时隙内将该数据转发至长距离物联网设备。
所述的时分形式是指：桥接设备在两个不同基带速率的子网中，共享其MAC模块、基带模块及RF模块，因此需要在时间上分开处理不同基带速率链路上传输的数据；全基带速率与降基带速率的时隙比例为：视长距离物联网设备和桥接设备各自的数据速率需求而定。
所述的全基带速率设备包括但不限于：Wi‐Fi接入点，进行标准距离数据传输的物联网设备等。
所述的长距离物联网设备包括但不限于：分布距离较远的环境监测物联网装置、室外物联网照明设备等。
本发明涉及上述方法的异构物联网架构，包括：与物联网相连的具备全基带速率Wi‐Fi链路的无线路由器、与该无线路由器通过全基带速率无线连接的桥接设备和/或Wi‐Fi设备以及与所述的桥接设备通过降低基带速率无线连接的Wi‐Fi设备。
所述的桥接设备包括：时钟切换控制单元以及采样速率可调的MAC模块单元、数字调制解调基带单元、ADC/DAC及模拟基带模块，其中：时钟切换控制单元通过控制采样速率可调的MAC和各基带模块的工作采样速率，在不改变电路实现中任何物理层调制方式和MAC层协议细节的前提下实现桥接设备的可变基带速率。
所述的降低基带速率，优选是指降采样速率至标准全采样速率的1/2和1/4。
正常的全基带速率的Wi‐Fi设备，在无线信道上数据速率较低、调制阶数较小的时候，传输距离较大。因此，为了提高信号传输距离，而采用降基带速率的物联网子网，在小数据速率的基础上降基带速率最有意义。
如1Mbps全基带速率，经过降MAC模块和基带模块的采样速率至1/2(即0.5Mbps)，则实际基带速率相应降至1/2，信号带宽降至全基带速率时的1/2，对抗无线信道多径衰落的性能得到提高，可稳定传输数据的物理距离加大。
技术效果
与现有技术相比，本发明能够显著提高物联网覆盖范围，对抗恶劣信道条件，增强信号传输的稳定性；同时实现简单，不需要额外的装置，也不需要对现有物联网设备的电路实现做很大修改。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明桥接设备结构图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例的应用的Wi‐Fi异构物联网设备具备：
1)可调基带采样速率的基带模块；
2)支持低基带速率下较窄带宽的RF模块；
3)支持与Wi‐Fi物联网桥接器进行数字交换所定义的时分模式。
并且在该异构物联网中的Wi‐Fi物联网桥接器的设备支持以时分模式分别与全基带速率的Wi‐Fi接入点和低基带速率的Wi‐Fi物联网子网设备之间的数据交换。
如图1所示的异构Wi‐Fi物联网中，包括：两个低基带速率的Wi‐Fi物联网子网，其中w0和w4为Wi‐Fi物联网桥接设备。
根据Wi‐Fi物联网覆盖范围的不同，w1、w2、w3所构成的低基带速率的Wi‐Fi物联网子网采用半基带速率，覆盖较大范围；w5、w6、w7所构成的低基带速率的Wi‐Fi物联网子网采用1/4基带速率，以覆盖更大的范围。
在上述异构Wi‐Fi物联网中，Wi‐Fi物联网桥接设备w0和w4以时分的模式，与无线路由器P(在全基带速率Wi‐Fi链路上)和降基带速率的Wi‐Fi物联网子网设备间(在相应的降速率Wi‐Fi链路上)进行数据交换。Wi‐Fi物联网桥接设备w0和w4将接收到的各自的Wi‐Fi物联网子网设备的数据进行解调解析，并重新封装调制，在合适的时隙内发送给无线路由器P。
同样，Wi‐Fi物联网桥接设备w0和w4将无线路由器P要发送给其所桥接的Wi‐Fi物联网子网内的设备的数据包进行解调解析，重新封装调制后，以降低的基带速率转发给相应的Wi‐Fi物联网子网设备。
Wi‐Fi物联网桥接设备w0和w4同时可以作为正常的全基带速率Wi‐Fi物联网设备与Wi‐Fi接入点P交换数据。
无线路由器P还带有两个正常全基带速率Wi‐Fi物联网设备w8和w9。

Claims (6)

1.一种Wi-Fi物联网异构实现方法，其特征在于，通过在Wi-Fi物联网中设置至少一个基带速率可调的Wi-Fi物联网桥接设备，该桥接设备在两个不同基带速率的子网中，共享其MAC模块、基带模块及RF模块，并采用时分的形式，分别：1)以降基带速率方式与至少一个长距离物联网设备进行通信，2)以全基带速率方式与物联网中与互联网相连的全基带速率设备进行通信。
2.根据权利要求1所述的Wi-Fi物联网异构实现方法，其特征是，所述的桥接设备具备正常Wi-Fi物联网设备功能，通过正常方式链接Wi-Fi接入点，接入互联网。
3.根据权利要求1所述的Wi-Fi物联网异构实现方法，其特征是，所述的桥接设备将来自长距离物联网设备的上行数据进行降基带速率的物理层解调和MAC层解析，并重新经过全基带速率的MAC层封装和物理层调制，以时分形式在不同的时隙内将该数据转发至全基带速率设备；
所述的桥接设备将来自全基带速率设备的下行数据进行全基带速率的物理层解调和MAC层解析，并重新进行降基带速率的MAC层封装和物理层调制后，以时分形式在不同的时隙内将该数据转发至长距离物联网设备。
4.一种异构物联网架构，其特征在于，包括：与物联网相连的具备全基带速率Wi-Fi链路的无线路由器、与该无线路由器通过全基带速率无线连接的桥接设备和/或Wi-Fi设备以及与所述的桥接设备通过降低基带速率无线连接的Wi-Fi设备。
5.根据权利要求4所述的异构物联网架构，其特征是，所述的桥接设备包括：时钟切换控制单元以及采样速率可调的MAC模块单元、数字调制解调基带单元、ADC/DAC及模拟基带模块，其中：时钟切换控制单元通过控制采样速率可调的MAC和各基带模块的工作采样速率，在不改变电路实现中任何物理层调制方式和MAC层协议细节的前提下实现桥接设备的可变基带速率。
6.根据权利要求4所述的异构物联网架构，其特征是，所述的降低基带速率是指：降采样速率至标准全采样速率的1/2或1/4。
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