CN105282690A - Ism低速物联网通信系统及其通信方法 - Google Patents

Ism低速物联网通信系统及其通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种ISM低速物联网通信系统及其通信方法，所述系统包括ISM授权中心、ISM频段选取模块、上下信道子载波自适应选择模块、UNB通信模块400；所述方法包括终端在需要发送信息的时候，并将终端的无线节点和基站无线节点通过ISM低速物联网通信系统进行组网等步骤；本发明终端不必始终连接到基站，终端和基站之间也不需要再时间或者频率上进行同步。

Description

ISM低速物联网通信系统及其通信方法
技术领域
本发明属于数字电视和无线通信技术领域。具体涉及一种ISM低速物联网通信系统及其通信方法。
背景技术
现有的无线物联网通信系统，近距离的几米十几米范畴的，主要是用到的ZIGBEE，WIFI技术，稍远一点的只能是移动运营商的技术。的确，从目前的情况来看，移动运营商可以信心满满。他们的2G、3G网络是目前物联网的主要承载网。
但是，现在的移动网络要连接的是人，不是物体。物体的互联需要一张专门的无线互联网。
为什么？因为人和物体对连接的频度要求不一样。我们的手机需要永远在线，随时可以拨打和接收、更新微博、下载邮件。而物联网的对象却很少需要联网。车辆或货柜的GPS跟踪器每天也许只需要发送一次自己的位置。智能仪表可能每隔一周才把数据回传给公司。从自动售货机到监控摄像头的许多内置传感器只会在出问题的时候才传输数据。这些都意味着M2M模块的连接频度要远远低于人的联络
在电力短缺和频谱昂贵的今天，用传统的无线网络承载这些设备毫无意义。其一需要长期收费，运营成本高；其二，接入终端数量有限，单蜂窝接入终端数量在1000左右，传输距离也比较近，移动运营商建设成本较高。而现在的物联网，需要接入大量的传感设备，而信息传输量相对较小。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述不足提供一种ISM低速物联网通信系统及其通信方法。
一种ISM低速物联网通信系统，包括以下部分：ISM授权中心100，用于授权ISM频段；ISM频段选取模块200，用于选取一个ISM频段；上下信道子载波自适应选择模块300，用于将一个ISM频段分解为多个子载波，终端在要进行通信的时候，选择一个子载波来发送信息；UNB通信模块400，用于实现终端与基站之间的通信。
所述的ISM低速物联网通信系统的通信方法为：
001，终端2在需要发送信息的时候，并将终端2的无线节点和基站1无线节点通过ISM低速物联网通信系统进行组网；
002，判断上述组网是否成功，如果是则转下一步，如果否则返回上一步继续组网的步骤；
003，将需要的ISM频段录入ISM频段选取模块200的配置文件，并通过无线节点将配置文件发送至ISM授权中心100；
004，ISM授权中心100读取配置文件并载入配置文件内的信息，查看配置文件内所需要的ISM频段是否需要授权，并将是否需要授权的信息作为数据包通过无线节点告知ISM频段选取模块200；
005，如果配置文件内所需要的ISM频段需要授权，则通过ISM频段选取模块200更换需要的ISM频段，并返回重复003和004的步骤，直到选到不需要授权的ISM频段；如果配置文件内所需要的ISM频段不需要授权，则转下一步；
006，ISM频段选取模块200选择一个无需授权的ISM频段，将整个频段分解为多个子载波，终端2在要进行通信的时候，上下信道子载波自适应选择模块300自动选择要进行数据发送的子载波，终端2发送信息后，在同一个子载波上等待基站1通过UNB通信模块400发送到终端2的信息；
007，终端2在进行信息发送之前，先选择一个子载波，检测是否有其它终端2在进行信息发送，如果有，就选择下一个子载波，如果没有，就使用这个子载波进行信息发送。
优选的，所述终端2在2-10个不同的子载波上传输相同的信息。
优选的，所述每个子载波带宽的范围为5Hz到500Hz。
本发明的优点有：终端不必始终连接到基站，终端和基站之间也不需要再时间或者频率上进行同步。利用了超窄带(UltraNarrowBand，UNB)技术，提供具有数公里以上的信号覆盖范围，可以解决数公里以上的物联网通信需求，从而降低终端硬体设备和网路的成本，且通信终端功耗低，满足无电源环境用纽扣电池供电的环境。在超窄带上进行资料传输，并且采用跳频演算法来降低干扰、以增强安全性。
附图说明
图1为本发明通信系统的结构示意图。
图2为工作示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明：
一种ISM低速物联网通信系统，包括以下部分：ISM授权中心100，用于授权ISM频段；ISM频段选取模块200，用于选取一个ISM频段；上下信道子载波自适应选择模块300，用于将一个ISM频段分解为多个子载波，终端在要进行通信的时候，选择一个子载波来发送信息；UNB通信模块400，用于实现终端与基站之间的通信。
所述的ISM低速物联网通信系统的通信方法为：
001，终端2在需要发送信息的时候，并将终端2的无线节点和基站1无线节点通过ISM低速物联网通信系统进行组网；
002，判断上述组网是否成功，如果是则转下一步，如果否则返回上一步继续组网的步骤；
003，将需要的ISM频段录入ISM频段选取模块200的配置文件，并通过无线节点将配置文件发送至ISM授权中心100；
004，ISM授权中心100读取配置文件并载入配置文件内的信息，查看配置文件内所需要的ISM频段是否需要授权，并将是否需要授权的信息作为数据包通过无线节点告知ISM频段选取模块200；
005，如果配置文件内所需要的ISM频段需要授权，则通过ISM频段选取模块200更换需要的ISM频段，并返回重复003和004的步骤，直到选到不需要授权的ISM频段；如果配置文件内所需要的ISM频段不需要授权，则转下一步；
006，ISM频段选取模块200选择一个无需授权的ISM频段，将整个频段分解为多个子载波，终端2在要进行通信的时候，上下信道子载波自适应选择模块300自动选择要进行数据发送的子载波，终端2发送信息后，在同一个子载波上等待基站1通过UNB通信模块400发送到终端2的信息；
007，终端2在进行信息发送之前，先选择一个子载波，检测是否有其它终端2在进行信息发送，如果有，就选择下一个子载波，如果没有，就使用这个子载波进行信息发送。
优选的，所述终端2在2-10个不同的子载波上传输相同的信息。
优选的，所述每个子载波带宽的范围为5Hz到500Hz。
在M2M通信中，大量存在的是小信息的采集和发送，比如智能电表、环境信息采集、农业和渔业信息采集等，都是小信息量的采集和发送，一般的数据量在12字节以下，而且，采集的时间间隔在30分钟到一周不等。在M2M中，这样的终端大约占80％左右。鉴于此，有必要构造一个小信息量、通信成本非常便宜、终端通信模块成本非常低、可以使用普通电池提供供电并且工作时间可以达到5年甚至是10年的M2M通信系统。
对于这样的M2M通信系统，采用超窄带技术是合适的选择。因为噪声是与带宽成比例的。1MHz带宽的噪声是100Hz带宽的噪声的10000倍。超窄带技术在规定的距离上(比如室内5km，室外20-30km)，只需要非常小的功率就可以完成，与此同时，传输的速率也是非常低的。采用DBPSK调制，100Hz的带宽，传输速率可以达到100bps，非常适合低数据率的M2M网络。
在频谱的使用上，可以采用现有的ISM频谱，不必申请新的频谱，因此没有额外的费用，可以实现大规模的部署。
针对以上技术中存在的缺陷，本发明利用物联网来提供一种合适的、低成本低功耗的地面数字电视双向化的解决方案。
我们建立了一种新的传输结构，这种结构能够解决上述的问题。这种结构的基本点是将一段频谱分解为许多的超窄带载波，采用终端自动选择FDMA(TAS-FDMA，TerminalAutoSelectionFDMA)方式来给各个终端分配超窄带载波来发送信息。在终端与基站之间不需要进行时间和频率同步。但是，保证各个终端在发送信息的时候，只有最低的碰撞的可能性。同时实现终端通信模块的简单和廉价。
利用超窄带的概念，我们将一段频谱，比如200KHz的频谱，分解为许多的子载波，比如，每个子载波100Hz。这样，就可以分解为2000个子载波。如图2.
当一个终端需要发送信息的时候，就自动选择一个子载波进行发送，这里称之为终端自动选择FDMA(TAS-FDMA，TerminalAutoSelectionFDMA)。在终端自动选择FDMA(TAS-FDMA，TerminalAutoSelectionFDMA)中，子载波的选择有许多的方式，这些方式的目标就是要保证许多的终端要发送信息的时候，只有最低的碰撞的可能性。
降低各个终端之间因为共享子载波而形成碰撞的可能性的方法就是在各个子载波下，实际发送信息使用的频谱比子载波占有的频谱要低。在进行双向通信的时候，可以采用定时的方式，就是在终端在发送上行信息后，在一个固定的窗口接收下行信息，延迟与周期是固定的。网络在一个终端的接收窗口内发送下行信息。网络来决定是那个基站来发送这个下行信息。
对于下行通信，也可以采用广播的方式进行。
对于基站，必须同时监听整个子载波上(比如200KHz的子载波上)的所有子载波上(比如2000个100Hz的子载波)的上行信息。在上述的方式四中，还要能够识别某个子载波(比如100Hz的子载波)上由于子载波共享可能产生的同时来自多个终端的上行信息。因此，基站必须有强大的功能。在实现架构上，与终端通信模块是类似的。但是，在CPU的选择上，必须采用功能强大的处理器，比如IntelAtomD5251.8G处理器等等。
给各个终端分配一个子载波选择的序列，各个终端按照这个序列来选取要进行发送的子载波。比如说，给定一个序列，1,3,8,12,200，............，1149，中断就按照这个序列来选择要进行发送的子载波，到最后一个子载波，比如1149，下一个要进行发送的子载波就是1.这样周而复始。这种方式的特点是，多个终端在时间上可以共享一个子载波，因为，在现实中，M2M终端在发送信息的时候，往往是30分钟到一周或更长的时间只是发送一次信息，因此，这种方式是完全可行的。而且，在每个蜂窝下的终端数量可以很多，比如每个终端30分钟发送一次信息，发送一次信息需要2秒钟，那么，如果有2000个子载波，在最好的情况下，每个蜂窝下，每个子载波可以容纳900个终端，整个蜂窝就可以容纳1800000个终端。而且不需要进行同步等额外的开销。
与此同时，终端在载波选择上，为了降低可能的碰撞，在选择一个子载波后，可以检测是否有其它终端在进行信息发送，如果有，就选择下一个子载波，如果没有，就使用这个子载波进行信息发送。

Claims (4)

1.一种ISM低速物联网通信系统，其特征在于包括以下部分：ISM授权中心(100)，用于授权ISM频段；ISM频段选取模块(200)，用于选取一个ISM频段；上下信道子载波自适应选择模块(300)，用于将一个ISM频段分解为多个子载波，终端在要进行通信的时候，选择一个子载波来发送信息；UNB通信模块(400)，用于实现终端与基站之间的通信。
2.根据权利要求1所述的ISM低速物联网通信系统，其通信方法为：
001，终端(2)在需要发送信息的时候，并将终端(2)的无线节点和基站(1)无线节点通过ISM低速物联网通信系统进行组网；
002，判断上述组网是否成功，如果是则转下一步，如果否则返回上一步继续组网的步骤；
003，将需要的ISM频段录入ISM频段选取模块(200)的配置文件，并通过无线节点将配置文件发送至ISM授权中心(100)；
004，ISM授权中心(100)读取配置文件并载入配置文件内的信息，查看配置文件内所需要的ISM频段是否需要授权，并将是否需要授权的信息作为数据包通过无线节点告知ISM频段选取模块(200)；
005，如果配置文件内所需要的ISM频段需要授权，则通过ISM频段选取模块(200)更换需要的ISM频段，并返回重复003和004的步骤，直到选到不需要授权的ISM频段；如果配置文件内所需要的ISM频段不需要授权，则转下一步；
006，ISM频段选取模块(200)选择一个无需授权的ISM频段，将整个频段分解为多个子载波，终端(2)在要进行通信的时候，上下信道子载波自适应选择模块(300)自动选择要进行数据发送的子载波，终端(2)发送信息后，在同一个子载波上等待基站(1)通过UNB通信模块(400)发送到终端(2)的信息；
007，终端(2)在进行信息发送之前，先选择一个子载波，检测是否有其它终端(2)在进行信息发送，如果有，就选择下一个子载波，如果没有，就使用这个子载波进行信息发送。
3.根据权利要求2所述一种ISM低速物联网通信方法，其特征在于所述终端(2)在2-10个不同的子载波上传输相同的信息。
4.根据权利要求2或3所述一种ISM低速物联网通信方法，其特征在于所述每个子载波带宽的范围为5Hz到500Hz。
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