CN106027189B - 一种实现提供物联网设备消息时间戳的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现提供物联网设备消息时间戳的方法及系统，方法包括步骤：在物联网设备与网管系统之间通过网络连接一时间戳网关；时间戳网关计算得到物联网设备与时间戳网关之间的时延；时间戳网关建立和存储物联网设备与时延的对应关系；时间戳网关接收到物联网设备发送的物联网设备消息，产生接收时刻；在对应关系中查找对应于物联网设备的时延，将接收时刻减去时延，生成物联网设备发送物联网设备消息的时间戳信息；时间戳网关将接收到的物联网设备消息和生成的时间戳信息传输至网管系统。本发明中的时间戳的主要功能实现在时间戳网关，对物联网设备没有特别要求；基于具体的时间戳偏差范围的要求，可以选择合适的时延计算机制。

Description

一种实现提供物联网设备消息时间戳的方法及系统

技术领域

本发明属于物联网领域，尤其涉及一种实现提供物联网设备消息时间戳的方法及系统。

背景技术

物联网已在各种传统行业(非传统通信行业)中得到迅猛发展。物联网中所连接的设备的一些状态和属性需要定期或不定期的上报。传统行业没有像传统通信行业一样，有完善的网络通信协议和标准，包括对时间戳的生成和使用。在很多情况下，物联网设备产生的状态/信息本身并不带有时间戳。在很多应用场景下，网管系统或监控软件(以下统称网管系统)需要了解物联网设备的消息的产生或发生时刻。

一种实现方式是在消息传输至网管系统的路径中的某个功能实体(为便于描述，以下统称时间戳网关)生成时间戳信息，例如基于接收到消息的时刻来组成时间戳信息。并将该信息连同消息本身一起传给网管系统。如图1所示。具体实现时网管系统可以集成时间戳网关的功能。

这种方式生成的时间戳信息与消息实际产生时刻存在偏差。偏差主要由网络传输时延、途径的每个设备的处理时延等组成。采用不同传输路径的不同消息，其网络传输时延、途径设备数量、每个设备的处理时延可能均不同，因而不同的消息，采用上述方式得到的时间戳信息，与其实际产生时刻的偏差大小也将不同。

还有一种实现方式是在产生消息的物联网设备上添加功能实体(为方便描述，以下统称时间戳终端)，此时无需时间戳网关这样的功能实体。具体实现上，时间戳终端可以集成到物联网设备中。时间戳终端的功能是在接收到物联网设备产生的消息时生成时间戳信息并封装，如图2所示。

这种实现方式可以大大减小第一种方式的时间偏差问题，但对物联网设备而言引入了额外的功能(对应有成本和功耗)。在一定精度要求下，需要硬件有能力提供时间戳，这会进一步提高设备成本。物联网设备数量非常庞大，这种实现方式要求每个物联网设备均具备此功能，提高了物联网的整体部署成本和功耗。

发明内容

本发明为解决现有技术的不足，提供了一种实现提供物联网设备消息时间戳的方法及系统，本发明中时间戳网关生成时间戳与原始时刻的偏差来自于时延的测试精度，与具体的时延测试算法有关。

为实现上述技术效果，本发明公开了一种实现提供物联网设备消息时间戳的方法，包括步骤：

在物联网设备与网管系统之间通过网络连接一时间戳网关；

时间戳网关计算得到物联网设备与时间戳网关之间的时延；

时间戳网关建立和存储物联网设备与时延的对应关系；

时间戳网关接收到物联网设备发送的物联网设备消息，产生接收时刻；在所述对应关系中查找对应于所述物联网设备的时延，将接收时刻减去时延，生成所述物联网设备发送所述物联网设备消息的时间戳信息；

时间戳网关将接收到的所述物联网设备消息和生成的所述时间戳信息传输至网管系统。

所述实现提供物联网设备消息时间戳的方法进一步的改进在于，通过以下方法计算物联网设备与时间戳网关之间的时延：

物联网设备在事先约定的发送时刻，发送测试消息给时间戳网关；

时间戳网关接收到所述测试消息并记录接收所述测试消息的接收时刻，以所述接收时刻减去所述发送时刻，得到所述物联网设备与所述时间戳网关之间的时延。。

所述实现提供物联网设备消息时间戳的方法进一步的改进在于，所述测试消息中包含物联网设备的设备信息，建立和存储物联网设备与时延的对应关系为建立和存储物联网设备的设备信息与时延之间的一一对应的对应关系。

所述实现提供物联网设备消息时间戳的方法进一步的改进在于，所述物联网设备消息中包含物联网设备的设备信息，所述时间戳网关基于所述物联网设备的设备信息在所述对应关系中查找对应的时延。

所述实现提供物联网设备消息时间戳的方法进一步的改进在于，时间戳网关将接收到的所述物联网设备消息和生成的所述时间戳信息封装到数据包中，所述数据包的封装格式支持所述网管系统解析出所述物联网设备消息及所述时间戳信息。

本发明还公开了一种实现提供物联网设备消息时间戳的系统，在物联网设备与网管系统之间通过网络连接一时间戳网关，所述时间戳网关包括：

消息接收单元，与所述物联网设备连接，用于接收物联网设备发送的物联网设备消息；

时延计算单元，与所述消息接收单元连接，用于计算物联网设备与时间戳网关之间的时延；

存储单元，与所述时延计算单元连接，用于建立和存储物联网设备与时延的对应关系；

时间戳生成单元，与所述消息接收单元和所述存储单元连接，用于在接收到物联网设备发送的物联网设备消息后，产生接收时刻；在所述对应关系中查找对应于所述物联网设备的时延，将接收时刻减去时延，生成所述物联网设备发送所述物联网设备消息的时间戳信息；

输出单元，与所述时间戳生成单元及所述网管系统连接，用于将接收到的所述物联网设备消息和生成的所述时间戳信息传输至网管系统。

所述实现提供物联网设备消息时间戳的系统进一步的改进在于，所述时延计算单元集成于时间戳网关以外的网络实体，并将计算的物联网设备与时间戳网关的时延配置给时间戳网关中的所述存储单元，建立和存储物联网设备与时延的对应关系。

所述实现提供物联网设备消息时间戳的系统进一步的改进在于，所述时间戳网关集成于所述网管系统中。

所述实现提供物联网设备消息时间戳的系统进一步的改进在于，所述物联网设备消息中包含物联网设备的设备信息，所述物联网设备与所述时延的对应关系为所述物联网设备的设备信息与所述时延的一一对应的对应关系。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

1.时间戳的主要功能实现在时间戳网关，对物联网设备没有特别要求：

a)在物联网设备规模应用时，降低了整体方案的成本和功耗；

b)现有物联网设备无需硬件改动，只需软件升级支持时延计算机制；

2.时延计算和补偿机制：

a)校正时间戳偏差；

b)基于具体的时间戳偏差范围的要求，可以选择合适的时延计算机制。

附图说明

图1为现有的基于网关接收时间生成时间戳的实现机制示意图。

图2为现有的在物联网设备生成消息的时间戳信息的实现机制示意图。

图3为本发明一种实现提供物联网设备消息时间戳的方法的实现机制示意图。

图4为本发明一种实现物联网设备消息时间戳的系统的功能模块示意图。

图5为本发明一种实现提供物联网设备消息时间戳的方法的流程图。

图6为本发明一种实现提供物联网设备消息时间戳的方法中的时延计算机制的较佳实施方式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

首先，参阅图3和图4所示，本发明一种实现提供物联网设备消息时间戳的方法及系统主要是在物联网设备11与网管系统12之间通过网络连接一时间戳网关13，该时间戳网关13可为某个功能实体，也可集成到网管系统12中。

结合图4所示，时间戳网关13主要由一消息接收单元131、一时延计算单元132、一存储单元133、一时间戳生成单元134及一输出单元135组成。

其中，消息接收单元131与物联网设备11通过网络连接，用于接收物联网设备11发送的物联网设备消息，该物联网设备消息包含物联网设备的状态消息(状态消息指物联网设备的当前状态，如停复机、故障报修等)和物联网设备的设备信息(设备信息指设备的ID信息，如出厂号、型号等)

时延计算单元132与消息接收单元131连接，用于计算物联网设备11与时间戳网关13之间的时延。该时延计算单元132可以是物联网网关13的一部分，也可以集成于时间戳网关13以外的网络实体；若时延计算单元132集成于时间戳网关13以外的网络实体，则将计算的物联网设备与时间戳网关的时延配置给时间戳网关。本发明采用预先计算出物联网设备11与时间戳网关13之间的时延(即物联网设备消息的时延)的方法，可以为后续接收到的物联网设备消息服务，克服物联网设备消息的发送时刻与接收时刻之间的偏差。

存储单元133与时延计算单元132连接，用于建立物联网设备与时延的对应关系，并进行存储。其中，物联网设备消息中包含物联网设备的设备信息，物联网设备与时延的对应关系为物联网设备的设备信息与时延的一一对应的对应关系。若时延计算单元132集成于时间戳网关13以外的网络实体，则将计算的物联网设备与时间戳网关的时延配置给存储单元133，建立物联网设备与时延的对应关系。本发明创新性地在时间戳网关13中建立和存储物联网设备与时延的对应关系，并配合适当的时延计算机制，可使时间戳网关13在接收到物联网设备消息时，快速、准确地计算出该物联网设备信息的发送时刻，且物联网设备无需硬件改动，成本低、功耗低。

时间戳生成单元134与存储单元133连接，用于在接收到物联网设备11发送的物联网设备消息后，产生接收时刻(即时间戳网关的当前时刻)；在前述对应关系中查找对应于物联网设备的时延，将接收时刻减去时延，生成物联网设备发送物联网设备消息的时间戳信息。

输出单元135与消息接收单元131、时间戳生成单元134及网管系统12连接，用于将接收到的物联网设备消息和生成的时间戳信息传输至网管系统12。输出单元135首先将接收到的物联网设备消息和生成的时间戳信息封装到数据包中，该数据包的封装格式支持网管系统12解析出物联网设备消息及时间戳信息；然后，通过匹配的网络协议将包含物联网设备消息和时间戳信息的数据包网络传输给网管系统12。实现为物联网设备消息赋予时间戳信息。

配合图5所示，本发明一种实现提供物联网设备消息时间戳的方法，具体包括如下步骤：

S001.在物联网设备与网管系统之间通过网络连接一时间戳网关；

S002.时间戳网关计算得到物联网设备与时间戳网关之间的时延；

S003.时间戳网关建立和存储物联网设备与时延的对应关系；

S004.时间戳网关接收到物联网设备发送的物联网设备消息，产生接收时刻；在对应关系中查找对应于物联网设备的时延，将接收时刻减去时延，生成物联网设备发送物联网设备消息的时间戳信息；

S005.时间戳网关将接收到的物联网设备消息和生成的时间戳信息传输至网管系统。

其中，物联网设备消息中包含物联网设备的设备信息，时间戳网关基于物联网设备的设备信息在对应关系中查找对应的时延。

结合图3所示的具体实施方式，以两个物联网设备为例，具体说明本发明一种实现提供物联网设备消息时间戳的方法的实现机制，参见如下：

1.物联网设备生成物联网设备消息，该物联网设备未包含时间戳信息。

2.时间戳网关或另一个网络实体计算物联网设备与时间戳网关之间的时延；

a)若是另一个网络实体计算，则将物联网设备和时延的对应关系配置到时间戳网关。

3.时间戳网关获得物联网设备与时延的对应关系。

4.时间戳网关接收到物联网设备生成的物联网设备消息时：

a)生成时间戳网关接收到该物联网设备消息的接收时刻；

b)解析该物联网设备消息，在对应关系中查找对应的时延；

c)将接收时刻减去时延，生成该物联网设备消息的时间戳信息。

5.时间戳网关将物联网设备消息和时间戳信息传输给网管系统；

a)可以将物联网设备消息和时间戳信息封装在一个数据包中，其封装格式支持网管系统解析出物联网设备消息和时间戳信息；

b)可以将物联网设备消息和时间戳信息封装在不同的数据包中。其封装格式支持网管系统解析出物联网设备消息和时间戳信息。

6.网管系统接收并得到物联网设备消息及其时间戳信息。

本发明中时间戳网关生成时间戳信息与物联网设备生成物联网设备信息的原始时刻的偏差来自于时延的测试精度，与具体的时延测试算法有关。因此，本发明给出了一种精确计算时延的时延计算机制，并结合该时延计算机制说明如何实现在物联网设备消息中赋值时间戳，具体参见图6所示。

为便于描述，物联网设备1在时刻X生成消息1；物联网设备2在时刻Y生成消息2；时间戳网关分别在时刻X1和Y1接收到消息1和消息2。

1.物联网设备与时间戳网关之间的一种时延计算机制：

a)物联网设备在事先约定的发送时刻R，发送测试消息给时间戳网关，测试消息中包含物联网设备的设备信息；

b)时间戳网关在接收时刻S接收到该测试消息，计算时延＝发送时刻S–接收时刻R。

2.通过步骤1：

a)时间戳网关保存物联网设备1与时延Tx的对应关系

b)时间戳网关保存物联网设备2与时延Ty的对应关系

3.物联网设备1将设备1信息和消息1按照LWM2M协议封装，发给时间戳网关

4.物联网设备2将设备2信息和消息2按照LWM2M协议封装，发给时间戳网关

5.时间戳网关接收到相应的数据包之后：

a)基于设备1信息查找到Tx

b)基于设备2信息查找到Ty

c)生成消息1的时间戳等于：X’＝X1–Tx

d)生成消息2的时间戳等于：Y’＝Y1–Ty

6.时间戳网关进行封装：

a)将时间戳X’、设备1信息和消息1封装到TCP数据包

b)将时间戳Y’、设备2信息和消息封装到TCP数据包

c)进一步的，时间戳网管可以将这上述信息封装到同一个TCP数据包中，提高封装效率

7.时间戳网关通过TCP连接将TCP数据包发送给网管系统

本发明在现有两类实现方式的基础上进行了优化和创新：

1.时间戳的主要功能实现在时间戳网关，对物联网设备没有特别要求：

a)在物联网设备规模应用时，降低了整体方案的成本和功耗；

b)现有物联网设备无需硬件改动，只需软件升级支持时延计算机制；

2.时延计算和补偿机制：

a)校正时间戳偏差；

b)基于具体的时间戳偏差范围的要求，可以选择合适的时延计算机制。

以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种实现提供物联网设备消息时间戳的方法，其特征在于，包括步骤：

在物联网设备与网管系统之间通过网络连接一时间戳网关；

时间戳网关计算得到物联网设备与时间戳网关之间的时延；

时间戳网关建立和存储物联网设备与时延的对应关系；

时间戳网关接收到物联网设备发送的物联网设备消息，产生接收时刻；在所述对应关系中查找对应于所述物联网设备的时延，将接收时刻减去时延，生成所述物联网设备发送所述物联网设备消息的时间戳信息；

时间戳网关将接收到的所述物联网设备消息和生成的所述时间戳信息传输至网管系统；

其中，通过以下方法计算物联网设备与时间戳网关之间的时延：

物联网设备在事先约定的发送时刻，发送测试消息给时间戳网关；

时间戳网关接收到所述测试消息并记录接收所述测试消息的接收时刻，以所述接收时刻减去所述发送时刻，得到所述物联网设备与所述时间戳网关之间的时延。

2.如权利要求1所述的实现提供物联网设备消息时间戳的方法，其特征在于：所述测试消息中包含物联网设备的设备信息，建立和存储物联网设备与时延的对应关系为建立和存储物联网设备的设备信息与时延之间的一一对应的对应关系。

3.如权利要求2所述的实现提供物联网设备消息时间戳的方法，其特征在于：所述物联网设备消息中包含物联网设备的设备信息，所述时间戳网关基于所述物联网设备的设备信息在所述对应关系中查找对应的时延。

4.如权利要求1～3中任一项所述的实现提供物联网设备消息时间戳的方法，其特征在于：时间戳网关将接收到的所述物联网设备消息和生成的所述时间戳信息封装到数据包中，所述数据包的封装格式支持所述网管系统解析出所述物联网设备消息及所述时间戳信息。

5.一种实现提供物联网设备消息时间戳的系统，其特征在于，在物联网设备与网管系统之间通过网络连接一时间戳网关，所述时间戳网关包括：

消息接收单元，与所述物联网设备连接，用于接收物联网设备发送的物联网设备消息；

时延计算单元，与所述消息接收单元连接，用于计算物联网设备与时间戳网关之间的时延；

存储单元，与所述时延计算单元连接，用于建立和存储物联网设备与时延的对应关系；

时间戳生成单元，与所述消息接收单元和所述存储单元连接，用于在接收到物联网设备发送的物联网设备消息后，产生接收时刻；在所述对应关系中查找对应于所述物联网设备的时延，将接收时刻减去时延，生成所述物联网设备发送所述物联网设备消息的时间戳信息；

输出单元，与所述时间戳生成单元及所述网管系统连接，用于将接收到的所述物联网设备消息和生成的所述时间戳信息传输至网管系统；

其中，通过以下方法计算物联网设备与时间戳网关之间的时延：

物联网设备在事先约定的发送时刻，发送测试消息给时间戳网关；

时间戳网关接收到所述测试消息并记录接收所述测试消息的接收时刻，以所述接收时刻减去所述发送时刻，得到所述物联网设备与所述时间戳网关之间的时延。

6.如权利要求5所述的实现提供物联网设备消息时间戳的系统，其特征在于：所述时延计算单元集成于时间戳网关以外的网络实体，并将计算的物联网设备与时间戳网关的时延配置给时间戳网关中的所述存储单元，建立和存储物联网设备与时延的对应关系。

7.如权利要求5所述的实现提供物联网设备消息时间戳的系统，其特征在于：所述时间戳网关集成于所述网管系统中。

8.如权利要求5所述的实现提供物联网设备消息时间戳的系统，其特征在于：所述物联网设备消息中包含物联网设备的设备信息，所述物联网设备与所述时延的对应关系为所述物联网设备的设备信息与所述时延的一一对应的对应关系。