CN105007587B - 一种具有网络选择功能的多网络覆盖设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有网络选择功能的多网络覆盖设备及覆盖方法，所述设备包括核心处理模块、无线通信模块和能量供应模块；所述核心处理模块，其用于控制多网络覆盖设备与其他网络设备实现自组网，组网完成当有数据要发送时，根据待传输数据的属性，选择相应的通信方式进行数据传输；所述无线通信模块，其用于提供多种无线通信方式，供核心处理模块进行组网时和数据传输时进行选择；所述能量供应模块，其用于为所述多网络覆盖设备提供能量供应。本发明提高了复杂环境中网络的生存能力、扩展能力和可靠性，减少了网络中各种设备的数量，方便了网络的管理，降低了设备的投入成本。

Description

一种具有网络选择功能的多网络覆盖设备及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种具有网络选择功能的多网络覆盖设备及方法。

背景技术

无线自组织网络起源于20世纪70年代的美国军事研究领域，适用于没有基础设施的场合、通信设施不足需要临时搭建一个通信网络的场合和组建生存性很强的后备网络的场景中。随着无线自组织网络在军事、环境监测、智能家居和商业领域应用不断扩大和深入，无线自组织网络设备在种类和数量上都有了大幅度增长。由于自组织网络种类繁多，如何实现多种类型网络间灵活组网，选择合适的方式进行数据传输，提高网络的利用率也越来越重要。

通常人们会针对不同的通信方式，研制不同的网络设备，虽然能在某个特定网络中能满足单一网络覆盖的需求，但是也存在很多弊端。第一，由于自组织网络组网方式各异，传输速率也有极大的差别，某种特定通信方式的网络设备并不能满足复杂纷繁的网络需求。第二，虽然可以在一个网络中加入多种不同设备来实现多种网络覆盖，但是由于设备众多，不但给网络管理带来了极大的麻烦，而且也无法保障网络的稳定性。第三，现有的一些多种网络设备在某一时刻只支持一种通信方式，也无法根据需要动态选择合适的通信方式进行数据传输。

在一些应用场景中，往往需要对一个区域进行全方位的监测，当监测设备种类不一，数量较多时，如何使该区域所有设备得到真实、可靠的数据，避免由于部分关键节点失效导致信息孤岛，成为问题的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供具有网络选择功能的多网络覆盖设备及方法。

本发明是提供一种具有网络选择功能的多网络覆盖设备及方法，为了达到以下目的：

第一个目的：解决现有网络设备支持的网络单一，无法满足多网络覆盖问题。通过本设备，可以满足多种无线网络的覆盖，使网络能够容纳更多种无线网络。

第二个目的：解决无法根据发送数据的属性选择合适网络传输的问题。该设备能够采集一定数据并根据数据的属性选择一种合适的网络传输数据，而不是盲目地改变自己的通信方式适应已有网络。

第三个目的：通过选择合适类型的网络发送数据，使数据在带宽满足的情况下，花费最小的代价完成数据传输，减少数据发送的功耗，提高网络的生命周期。最终达到用合适的网络传输合适数据的目的。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有网络选择功能的多网络覆盖设备，包括核心处理模块、无线通信模块和能量供应模块；所述核心处理模块，其用于控制多网络覆盖设备与其他网络设备实现自组网，组网完成当有数据要发送时，根据待传输数据的属性，选择相应的通信方式进行数据传输；所述无线通信模块，其用于提供多种无线通信方式，实现多种无线通信方式的接入，供核心处理模块进行组网时和数据传输时进行选择；所述能量供应模块，其用于为所述多网络覆盖设备提供能量供应，能量供应模块为设备提供能量供应，同时动态监测电量的使用情况。

本发明的有益效果是：本发明所述设备可以随机组网，并且能够在不同类型的网络中选择合适的网络进行数据传输，保证了设备间以合适网络方式顺畅连接、有效交互，实现多种异构网络的自组网和不同通信方式选择功能，提高了复杂环境中网络的生存能力、扩展能力和可靠性，减少了网络中各种设备的数量，方便了网络的管理，降低了设备的投入成本。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述核心处理模块包括存储器、处理器、网络切换模块和数据处理模块；所述存储器，其用于存储网络切换策略；所述处理器，其用于根据待发送数据的属性信息结合预先存储的网络切换策略选择相应的通信方式，并产生相应的切换命令发送至网络切换模块；所述网络切换模块，其用于根据接收的网络切换命令切换至相应的无线通信方式；所述数据处理模块，当有数据发送时，发送控制数据，进行自组网，组网完成将待发送的数据的属性信息发送至处理器，还用于通过已选的无线通信方式进行数据传输。

采用上述进一步方案的有益效果是：根据待发送数据的属性信息结合预先存储的网络切换策略选择相应的通信方式，根据待发送数据的属性不同，选择不同的网络进行传输，网络中多个设备可以彼此使用不同的网络，每跳通信无需使用相同的网络，多种网络通信彼此共存。

进一步，所述数据的属性信息包括数据的类型和数据的大小，所述网络切换策略为根据数据类型和数据的大小匹配相应的网络。

采用上述进一步方案的有益效果是：用最合适的网络传输合适的数据，减少了数据传输代价。

进一步，所述数据处理模块为通用数据层，所述通用数据层用于在接收数据时，屏蔽掉数据中与协议相关的部分，提取数据中的有效部分，并存储在存储器中；需要发送数据时，将待发送数据的属性信息发送至处理器，将待发送数据封装成相应是数据格式通过相应的通信方式发送。

采用上述进一步方案的有益效果是：通用数据层能对不同网络承载的数据进行统一的标准化处理，使得该层的数据与具体的通信方式无关。

进一步，所述处理器还用于通过检测邻居表监测所述多网络覆盖设备是否处于孤立状态，如果处于孤立状态则通过已有无线网络数据传输至远端服务平台。

采用上述进一步方案的有益效果是：使区域内所有设备得到真实、可靠的数据，避免由于部分关键节点失效导致信息孤岛，有效解决信息孤岛的问题。

进一步，所述无线通信模块至少包括Zigbee通信模块、蓝牙通信模块和WIFI通信模块。

采用上述进一步方案的有益效果是：通信方式包括Wi-Fi通信方式、Zigbee通信方式、蓝牙4.0等通信方式，同时为其他智能设备提供了多种接入方式，方便其他设备的入网，提高了网络的扩展性。

进一步，所述能量供应模块采用电池供电和/或太阳能供电。

采用上述进一步方案的有益效果是：可有效防止节点过早失效，且节约能源。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有网络选择功能的多网络覆盖方法，利用权利要求上述技术方案所述多网络覆盖设备，包括如下步骤：开启无线通信模块，提供多种无线通信方式，实现多种无线通信方式的接入，供核心处理模块进行组网时和数据传输时进行选择；通过核心处理模块控制与其他网络设备实现自组网，组网完成当有数据要发送时，根据待传输数据的属性，选择相应的通信方式进行数据传输。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，实现自组网的具体步骤如下：设备启动，无线通信模块开启，通过低宽带网络将控制数据广播出去；各网络设备根据接收到的控制数据生成相应的网络路由，动态更新路由，实现自组网；

组网后需要发送数据时，具体步骤如下：根据待发送数据的属性信息结合预先存储的网络切换策略选择相应的通信方式，并根据切换命令切换至相应的无线通信方式；通过已选的无线通信方式进行数据传输。

进一步，上述技术方案还包括在接收数据时，屏蔽掉数据中与协议相关的部分，提取数据中的有效部分，并存储在存储器中；需要发送数据时，将待发送的数据属性信息发送至处理器，将待发送数据封装成相应是数据格式通过相应的通信方式发送；还包括在发送数据前，通过检测邻居表监测所述多网络覆盖设备是否处于孤立状态，如果处于孤立状态则通过已有无线网络数据传输至远端服务平台。

附图说明

图1为本发明一种具有网络选择功能的多网络覆盖设备示意图；

图2为本发明一种具有网络选择功能的多网络覆盖方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种具有网络选择功能的多网络覆盖设备，包括核心处理模块、无线通信模块和能量供应模块；所述核心处理模块，其用于控制多网络覆盖设备与其他网络设备实现自组网，组网完成当有数据要发送时，根据待传输数据的属性，选择相应的通信方式进行数据传输；所述无线通信模块，其用于提供多种无线通信方式，实现多种无线通信方式的接入，供核心处理模块进行组网时和数据传输时进行选择；所述能量供应模块，其用于为所述多网络覆盖设备提供能量供应，能量供应模块为设备提供能量供应，同时动态监测电量的使用情况。

具体地，所述核心处理模块包括存储器、处理器、网络切换模块和数据处理模块；所述存储器，其用于存储网络切换策略；所述处理器，其用于根据待发送数据的属性信息结合预先存储的网络切换策略选择相应的通信方式，并产生相应的切换命令发送至网络切换模块；所述网络切换模块，其用于根据接收的网络切换命令切换至相应的无线通信方式；所述数据处理模块，当有数据发送时，发送控制数据，进行自组网，组网完成将待发送的数据的属性信息发送至处理器，还用于通过已选的无线通信方式进行数据传输。处理器和存储器为设备提供运算和存储功能，采用通用的嵌入式处理器即可满足设备要求。网络切换模块提供多网络间切换策略，通过该模块能实现设备切换至不同通信方式进行数据传输，详细的切换策略以下会详细介绍。能量供应模块为设备提供能量供应，同时动态监测电量的使用情况，作为网络切换的一个重要指标。

所述数据处理模块为通用数据层，所述通用数据层用于在接收数据时，屏蔽掉数据中与协议相关的部分，提取数据中的有效部分，并存储在存储器中；需要发送数据时，将待发送数据的属性信息发送至处理器，将待发送数据封装成相应是数据格式通过相应的通信方式发送。通用数据层对不同网络承载的数据进行统一的标准化处理，使得该层的数据与具体的通信方式无关。通用数据层发送数据时能够根据选择策略自动选择一种合适的网络通信方式传输数据。

所述处理器还用于通过检测邻居表监测所述多网络覆盖设备是否处于孤立状态，如果处于孤立状态则通过已有无线网络数据传输至远端服务平台。

所述无线通信模块至少包括Zigbee通信模块、蓝牙通信模块和WIFI通信模块，可以根据各自相应的通信方式进行组网。其他无线模块(如TD-SCDMA通信模块)，也可以连接到核心处理模块，进行网络扩展。其他无线通信模块中的一些网络通信作为数据传输的手段，当设备发现没有邻居设备与之进行数据交换，会尝试改变通信方式，如果各种方式都无法发现邻居设备，并且持续一定的时间后，则判定该设备成为信息孤岛，便会开启该网络通信方式，将自身采集的数据上传至服务平台。

Wi-Fi模块、Zigbee模块和蓝牙模块通过USB与设备进行连接，通过串口与设备进行数据交换，并通过这三种方式形成自组织网络。以上各种通信模块分别为设备提供相应的网络通信方式，系统会根据网络切换模块的决策选择相应的无线通信模块。同时设备还提供了存储卡扩展卡槽，为数据存储提供了良好支持。

所述能量供应模块采用电池供电和/或太阳能供电。可有效防止节点过早失效，且节约能源。

一种具有网络选择功能的多网络覆盖方法，包括如下步骤：开启无线通信模块，提供多种无线通信方式，实现多种无线通信方式的接入，供核心处理模块进行组网时和数据传输时进行选择；通过核心处理模块控制与其他网络设备实现自组网，组网完成当有数据要发送时，根据待传输数据的属性，选择相应的通信方式进行数据传输。

具体包含以下过程：

第一过程：设备启动，无线通信模块打开自身相应的网络并开启接收功能。这样设备的通信模块可以通过自身具备的网络通信方式接收相应类型数据。

第二过程：设备通过一种低带宽网络(如Zigbee等)将控制数据(如电量、邻居节点、Sink节点、跳数、网络负载等)广播出去，此时控制数据主要用于各网络间的组网和路由发现。

第三过程：各个设备根据接收到的控制数据生成相应网络的路由，并动态更新路由。至此各类型网络都具有相应的网络拓扑，形成多网络覆盖。后期其他设备的加入，节点也会按着1-3步加入网络，形成节点间的自组织网络。

第四过程：当设备接收到数据时，将数据交给通用数据层，在通用数据层提取数据中有效部分，并将与协议相关的部分屏蔽；当有数据需要发给其他设备时，通用数据层按图2网络选择过程进行数据发送操作，针对不同的通信方式，将数据封装成相应的通信数据格式，如果数据较短则尝试将多条数据拼接成一包进行发送，如果数据较大则尝试将一包数据拆分成多条进行发送。

上述技术方案还包括在发送数据前，通过检测邻居表监测所述多网络覆盖设备是否处于孤立状态，如果处于孤立状态则通过已有无线网络数据传输至远端服务平台。

网络切换功能作为设备的一项重要功能，是根据数据的属性信息(数据类型和数据大小等)进行综合评估，选择一种合适的网络进行数据传输。下面结合图2对数据传输过程中网络选择过程进行介绍：

1.设备通用数据层判断有无数据发送，如果没有，则仅仅执行定时更新路由；否则执行2；

2.如果有数据需要发送，设备会检测自身是否为信息孤岛，如果没有发现周围设备或无其他终端设备，并持续一定时间后，则选择通过其他方式如TD-SCDMA，将数据传输至远端平台；否则执行3。

3.通用数据层根据数据的属性(如数据类型、数据大小)、自身情况和网络情况进行数据发送。

网络中的数据分成两种类型，一种是控制数据，该类型数据包含设备间路由更新所需信息和控制命令，该种类型数据比较小，一般采用低带宽网络(带宽小于250kbps)传输(如Zigbee等)即可。另一种是业务数据，该类数据就是网络主要承载的数据，包括用户所需的各种数据，如温湿度，位置信息，视频数据等。由于各种数据大小差别很大，这就需要在发送前选择一种合适的网络进行传输。较小的数据采用低带宽网络传输，中等数据采用中等带宽网络(带宽范围为250kbps～1Mbps，如蓝牙等)传输，较大的数据量采用高带宽网络(带宽范围大于1Mbps，如Wi-Fi)传输，设备之间可以通过各种网络形成自组织网络，实现设备间数据通信和数据共享。

和现有技术相比，本发明的优势在于：

1、提出了一种多网络覆盖设备，可以根据需要添加无线网络通信模块，满足了多种组网方式不同的无线设备同时接入网络的需求。

2、设备中通用数据层能够屏蔽不同网络协议间的差异，满足了数据融合、数据传播和其他应用需求。

3、设备间可以通过各种无线网络形成自组织网络，不需要基础设施的支持，设备间便可以自动形成网络，设备既可以使用服务也可以作为服务提供者。

4、该设备能够根据控制信息和应用数据选择不同的网络通信方式进行数据传输，用最合适的网络传输合适的数据，减少了数据传输代价。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有网络选择功能的多网络覆盖设备，其特征在于，包括核心处理模块、无线通信模块和能量供应模块；

所述核心处理模块，其用于控制多网络覆盖设备与其他网络设备实现自组网，组网完成当有数据要发送时，根据待传输数据的属性，选择相应的通信方式进行数据传输；

所述无线通信模块，其用于提供多种无线通信方式，实现多种无线通信方式的接入，供核心处理模块进行组网时和数据传输时进行选择；

所述能量供应模块，其用于为所述多网络覆盖设备提供能量供应，同时动态监测电量的使用情况；

所述核心处理模块包括存储器、处理器、网络切换模块和数据处理模块；

所述存储器，其用于存储网络切换策略；

所述处理器，其用于根据待发送数据的属性信息结合预先存储的网络切换策略选择相应的通信方式，并产生相应的切换命令发送至网络切换模块；

所述网络切换模块，其用于根据接收的网络切换命令切换至相应的无线通信方式；

所述数据处理模块，当有数据发送时，发送控制数据，进行自组网，组网完成将待发送数据的属性信息发送至处理器，还用于通过已选的无线通信方式进行数据传输；

所述数据处理模块为通用数据层，所述通用数据层用于在接收数据时，屏蔽掉数据中与协议相关的部分，提取数据中的有效部分，并存储在存储器中；需要发送数据时，将待发送数据的属性信息发送至处理器，将待发送数据封装成相应是数据格式通过相应的通信方式发送。

2.根据权利要求1所述一种具有网络选择功能的多网络覆盖设备，其特征在于，所述待发送数据的属性信息包括数据的类型和数据的大小，所述网络切换策略为根据数据类型和数据的大小匹配相应的网络。

3.根据权利要求1所述一种具有网络选择功能的多网络覆盖设备，其特征在于，所述处理器还用于通过检测邻居表监测所述多网络覆盖设备是否处于孤立状态，如果处于孤立状态则通过已有无线网络数据传输至远端服务平台。

4.根据权利要求1所述一种具有网络选择功能的多网络覆盖设备，其特征在于，所述无线通信模块至少包括Z i gbee通信模块、蓝牙通信模块和WI F I通信模块。

5.根据权利要求1所述一种具有网络选择功能的多网络覆盖设备，其特征在于，所述能量供应模块采用电池供电和/或太阳能供电。

6.一种具有网络选择功能的多网络覆盖方法，其特征在于，利用权利要求1-5任一项所述多网络覆盖设备，包括如下步骤：

开启无线通信模块，提供多种无线通信方式，实现多种无线通信方式的接入，供核心处理模块进行组网时和数据传输时进行选择；

通过核心处理模块控制与其他网络设备实现自组网，组网完成当有数据要发送时，根据待传输数据的属性，选择相应的通信方式进行数据传输。

7.根据权利要求6所述一种具有网络选择功能的多网络覆盖方法，其特征在于，

实现自组网的具体步骤如下：设备启动，无线通信模块开启，通过低宽带网络将控制数据广播出去；各网络设备根据接收到的控制数据生成相应的网络路由，动态更新路由，实现自组网；

组网后需要发送数据时，具体步骤如下：根据待发送数据的属性信息结合预先存储的网络切换策略选择相应的通信方式，并根据切换命令切换至相应的无线通信方式；通过已选的无线通信方式进行数据传输。