CN107071697A - 一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统，包括体征数据采集的穿戴设备、基站、云服务器，所述穿戴设备中包括显示模块、2.4G射频芯片、低功耗处理器CPU、运动传感器、蓝牙BLE模块、温度传感器、心率血压传感器、纽扣电池，LED指示灯；所述穿戴设备采用广播‑响应的方式等待基站的响应信息，穿戴设备与基站进行彼此认证校验之后，将会切换到由基站确定的频道上进行点到点的快速数据传输模式，穿戴设备的广播符合蓝牙BLE的广播规范要求，穿戴设备的广播中主要包含设备的地址，电池电量，设备名称等设备相关信息。本发明能快速将采集在穿戴设备中的数据非常快速的传输到基站中，基站再将该数据传输到服务器上，数据可靠完整，而且能够自动进行完整的数据同步功能，工作可靠稳定，功耗低。

Description

一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统
【技术领域】
本发明涉及穿戴设备和基站系统数据交互的技术领域，特别是结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统的技术领域。
【背景技术】
当前穿戴设备采集的数据传输到服务器主要由两种方式。
第一种穿戴设备将采集到的各种数据存储在设备内部的存储器中，用户最终需要将该设备通过BLE或者其他通信方式连接到智能手机或者电脑，将数据读出再将数据分析展现或者再次传输到服务器进行存储或分析。此方案的弊端是需要人为参与数据的读取及操控，而且数据传输基于现有的无线数据传输协议，无法实现短时间内传输大批量数据。
第二种穿戴设备集成3G/4G/2G或者wifi等无线网络模块，将采集到的数据实时传输到服务器。此方案的弊端是设备的成本高，功耗高，不适合长期使用。
为了实现穿戴设备实时在线，能实现穿戴设备采集数据的完整快速传输，但同时又能保证穿戴设备的便携以及低功耗特性，从而研究此套穿戴设备数据同步系统。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统，当佩戴者经过预先安装好的基站附近时，能快速将暂存在穿戴设备中的数据非常快速的传输到基站中，基站再将该数据传输到服务器上，数据可靠完整，而且能够自动进行完整的数据采集算法的开启，同步等功能。
为实现上述目的，本发明提出了一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统，包括体征数据采集的穿戴设备、基站、云服务器，所述穿戴设备中包括显示模块、2.4G射频芯片、低功耗处理器CPU、加速度传感器、蓝牙BLE模块、温度传感器、心率血压传感器、纽扣电池，LED指示灯；所述基站包括若干硬件设备，硬件设备包括以太网接口、数据存储设备、LED指示灯、2.4G射频芯片、低功耗处理器CPU、3G/4G网络接口、wifi网络接口和电源；所述穿戴设备采用广播-响应的方式等待基站的响应信息，穿戴设备与基站进行彼此认证校验之后，将会切换到由基站确定的频道上进行点到点的快速数据传输模式，穿戴设备的广播符合蓝牙BLE的广播规范要求，符合BLE规范的任何设备都能识别该广播类型，穿戴设备的广播中主要包含设备的地址，电池电量，设备名称等设备相关信息；所述穿戴设备与基站之间的每次数据传输都需要进行设备的认证校验，保证系统可靠；所述基站与云服务器之间通过3G/4G/2G，wifi或者以太网连接，实时进行数据上传及相关控制命令的接收；所述基站根据穿戴设备的激活时间来判断佩戴者进入区域的时间，穿戴设备的暂存数据存在内部RAM或者FLASH中，数据的组织方式以激活时间为起点，根据固定的间隔设置自增的index序列标记不同时刻的采集数据；云服务器再根据激活时间及该index值推算每个时间点采集的数据值。
作为优选，所述穿戴设备的广播类型及广播内容会根据不同的时刻及状态进行切换。
作为优选，所述基站读取穿戴设备的暂存数据过程中，穿戴设备会根据自身与基站之间的无线信号强弱及无线信号质量选择不同的数据包长度和传输速率，用于提高数据传输的可靠性。
作为优选，所述基站会每隔固定间隔，或者在与穿戴设备数据传输连续多次出错的情况下，查询整个无线频段中各个频道的噪声情况，选择最优的频道，在下次需要数据传输的时候选用。
作为优选，所述穿戴设备可以根据运动传感器检测设备的震动情况判断该设备是否处于佩戴状态，如果不处于佩戴状态，将会关闭相关的传感器和算法，并将设备设置为睡眠状态；如果检测到处于佩戴状态则启动相关的传感器和算法，最大限度优化电源的续航时间。
作为优选，所述穿戴设备被激活之后，穿戴设备会实时更新包含到当前时间点的最近的十分钟内数据到广播中，数据通过支持BLE功能的设备扫描该广播信号获得，广播中数据的更新不影响穿戴设备中的暂存数据的完整性。
作为优选，所述一个区域内存在的多个基站，且这些基站的信号覆盖区域重叠，不同的基站与穿戴设备数据同步时根据信号冲突情况选择不同的频道进行数据操作。
本发明的有益效果：
1、本系统能最大限度的降低穿戴设备的成本与功耗，使得穿戴设备可以连续工作一年以上。
2、本系统能够实现快速的数据同步过程，每个基站每秒可以同步超过100个穿戴设备一整天所采集的数据。
3、最大限度的考虑环境的干扰情况，使数据同步过程更加稳定可靠。
4，穿戴设备与基站同步过程中，通过彼此的认证校验机制，保证系统可靠不被入侵。
5，穿戴设备通过支持BLE的广播包，用户可以通过支持BLE的智能手机就可以获取穿戴设备的基本状态和信息。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统的穿戴设备组成模块图；
图2是本发明一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统的基站硬件设备组成模块图；
图3是本发明一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统的单基站与穿戴设备交互示意图；
图4是本发明一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统的多基站与穿戴设备交互示意图；
图5是本发明一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统的穿戴设备工作流程图；
图6是本发明一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统的穿戴设备数据通讯流程图；
图7是本发明一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统的基站工作流程图；
图8是本发明一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统的基站与穿戴设备通讯流程图。
附图标记：1-穿戴设备、2-基站。
【具体实施方式】
参阅图1～图8，本发明，包括体征数据采集的穿戴设备1、基站2、云服务器，所述穿戴设备1中包括显示模块、2.4G射频芯片、低功耗处理器CPU、运动传感器、蓝牙BLE模块、温度传感器、心率血压传感器、纽扣电池，LED指示灯；所述基站2包括若干硬件设备，硬件设备包括以太网接口、数据存储设备、LED指示灯、2.4G射频芯片、低功耗处理器CPU、3G/4G网络接口、wifi网络接口和电源；所述穿戴设备1数据交互方式采用广播-响应的方式等待基站的响应信息，穿戴设备1与基站2进行彼此认证校验之后，将会切换到由基站2确定的频道上进行点到点的快速数据传输模式，，穿戴设备1的广播符合蓝牙BLE的广播规范要求，符合BLE规范的任何设备都能识别该广播类型，，穿戴设备的广播中主要包含设备的地址，电池电量，设备名称等设备相关信息；所述穿戴设备1与基站2之间的每次数据传输都需要进行设备的认证校验，保证系统可靠；所述基站2与云服务器之间通过3G/4G/2G，wifi或者以太网连接，实时进行数据上传及相关控制命令的接收；所述基站2根据穿戴设备1的激活时间来判断佩戴者进入区域的时间，穿戴设备1的暂存数据存在内部RAM或者FLASH中，数据的组织方式以激活时间为起点，根据固定的间隔设置自增的index序列标记不同时刻的采集数据；云服务器再根据激活时间及该index值推算每个时间点采集的数据值。
所述穿戴设备1的广播类型及广播内容会根据不同的时刻及状态进行切换。所述基站2读取穿戴设备的暂存数据过程中，穿戴设备1会根据自身与基站2之间的无线信号强弱及无线信号质量选择不同的数据包长度和传输速率，用于提高数据传输的可靠性。所述基站2会每隔固定间隔，或者在与穿戴设备1数据传输连续多次出错的情况下，查询整个无线频段中各个频道的噪声情况，选择最优的频道，在下次需要数据传输的时候选用。所述穿戴设备1可以根据运动传感器检测设备的震动情况判断该设备是否处于佩戴状态，如果不处于佩戴状态，将会关闭相关的传感器和算法，并将设备设置为睡眠状态；如果处于佩戴状态则启动相关的传感器和算法，最大限度优化电源的续航时间。所述穿戴设备1被激活之后，穿戴设备1会实时更新包含到当前时间点的最近的十分钟内数据，该数据可以通过支持BLE功能的设备读取，但不影响穿戴设备1中的数据完整性，这样可以使用简单的方式就可以获取穿戴设备1中最近的数据状况。所述一个区域内存在的多个基站2，且这些基站2的信号覆盖区域重叠，不同的基站2与穿戴设备1数据同步时根据信号冲突情况选择不同的频道进行数据操作。
本实例包括穿戴类设备实现的功能，设计规范，穿戴设备1与基站2系统的数据交互，基站2系统本身，基站2系统与平台服务器通信方式，平台服务器本身。
本发明工作过程：
本发明一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统在工作过程中，系统中主要包括体征数据采集的穿戴设备1，穿戴设备1数据收集及传输到服务器的基站2。根据实际产品及所需采集数据的需要，穿戴设备1可以配备不同的传感器来实现不同的数据采集功能。
实际的使用过程中，需要事先将基站2安装在人员进出必经区域，如园区的门口，必经的过道等。基站2上电之后，一直处于扫描状态，扫描附近是否有合法的穿戴设备1发送的广播信号。穿戴设备1刚上电时或者每日0点时，将会初始化整个设备的状态及清除整个暂存数据的存储空间，同时配置2.4G的射频芯片，广播通用广播包(每秒2-5次根据性能需要可以配置)，穿戴设备1的广播包兼容BLE的广播频段及广播包格式，使得正常的支持BLE的手机及设备能够识别该广播内容。当佩戴有穿戴设备1的人员第一次进入区域时，经过基站2附近时，基站2将会激活该穿戴设备1，激活过程中，主要完成的工作包括：设置穿戴设备1的系统时间，启动穿戴设备1的各种传感器数据采集算法，穿戴设备1将该时间设定为数据采集算法的起始时间，基站2记录该穿戴设备的物理地址及设置的系统时间并传输服务器。在此之后，穿戴设备1将广播包的类型修改为已激活，该广播包中则会包含是否有暂存数据需要传输标志。在佩戴有穿戴设备1的人员在园区活动一段时间之后，下次再经过基站2设备附近时，如果穿戴设备1广播的已激活状态广播中标志有暂存数据需要传输，如果基站2扫描到该种类型的广播，基站2将会发送数据请求包，穿戴设备1确认基站2的数据请求包合法之后，将返回确认包，之后，基站2与穿戴设备1将会切换到一个基站2预先的频道上，设置更大的数据包长度，更快的数据传输模式，进行点对点的快速数据传输，穿戴设备1的暂存数据传输结束之后，基站2与穿戴设备1分别切换到正常的扫描与广播模式。之后，基站2再将数据进行打包处理发送给服务器端进行进一步处理。
基站2正常工作模式的时候，一直处于扫描状态，任何在基站2信号范围覆盖内的穿戴设备1都会被基站2扫描到，如果基站2与穿戴设备1数据认证通过并且穿戴设备1的广播包中标志设备中存在需同步数据之后，基站2与穿戴设备1将会切换到高速数据同步模式，直到数据同步结束后再返回正常的工作模式。
当穿戴设备1节点属于两个或者多个基站2设备共同覆盖区域时，穿戴设备1发出的广播信号将会被多个基站2同时收到，同样每个基站2认证穿戴设备1的广播信号合法后，将会发送数据请求包，穿戴设备1只选择信号较强的基站2的数据请求包进行响应，后续的数据同步也将和这个基站2完成同步。
本发明，主要用在对功耗非常敏感的穿戴设备，同时需要对采集佩戴者的各种包括运动量，运动类型，体温，心率血压等数据快速批量传输的领域。当佩戴者经过预先安装好的基站附近时，能快速将暂存在穿戴设备中的数据非常快速的传输到基站中，基站再将该数据传输到服务器上，从而实现穿戴设备采集数据的完整传输。
该套系统可以解决穿戴设备采集的数据能够可靠完整的，并且在无需任何人为参与的情况下进行完整的数据采集算法的开启，同步等功能。通过该套系统，能够最大限度的扩展穿戴设备的续航能力，降低整套设备方案的成本，增加便携性体验等。穿戴设备只需单节纽扣电池可以使得设备连续使用的续航时间长达一年以上。通过该套系统的方案设计，只需要在区域的关键节点根据实际场景安装一个或者多个基站，就可以实现多达每秒数百到数千个穿戴设备数据的完整数据同步。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统，其特征在于：包括体征数据采集的穿戴设备(1)、基站(2)、云服务器，所述穿戴设备(1)中包括显示模块、2.4G射频芯片、低功耗处理器CPU、运动传感器、蓝牙BLE模块、温度传感器、心率血压传感器、纽扣电池，LED指示灯；所述基站(2)包括若干硬件设备，硬件设备包括以太网接口、数据存储设备、LED指示灯、2.4G射频芯片、低功耗处理器CPU、3G/4G网络接口、wifi网络接口和电源；所述穿戴设备(1)数据交互方式采用广播-响应的方式等待基站的响应信息，穿戴设备(1)与基站(2)进行彼此认证校验之后，将会切换到由基站(2)确定的频道上进行点到点的快速数据传输模式，穿戴设备(1)的广播符合蓝牙BLE的广播规范要求，符合BLE规范的任何设备都能识别该广播类型，穿戴设备的广播中主要包含设备的地址，电池电量，设备名称等设备相关信息；所述穿戴设备(1)与基站(2)之间的每次数据传输都需要进行设备的认证校验，保证系统可靠；所述基站(2)与云服务器之间通过3G/4G/2G，wifi或者以太网连接，实时进行数据上传及相关控制命令的接收；所述基站(2)根据穿戴设备(1)的激活时间来判断佩戴者进入区域的时间，激活操作的同时也给穿戴设备(1)进行授时操作，穿戴设备(1)的暂存数据存在内部RAM或者FLASH中，数据的组织方式以激活时间为起点，根据固定的间隔设置自增的index序列标记不同时刻的采集数据；云服务器再根据激活时间及该index值推算每个时间段内采集的数据值。
2.如权利要求1所述的一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统，其特征在于：所述穿戴设备(1)的广播类型及广播内容会根据不同的时刻及状态进行切换。
3.如权利要求1所述的一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统，其特征在于：所述基站(2)读取穿戴设备的暂存数据过程中，穿戴设备(1)会根据自身与基站(2)之间的无线信号强弱及无线信号质量选择不同的数据包长度和传输速率，用于提高数据传输的可靠性。
4.如权利要求1所述的一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统，其特征在于：所述基站(2)会每隔固定间隔，或者在与穿戴设备(1)数据传输连续多次出错的情况下，查询整个无线频段中各个频道的噪声情况，选择最优的频道，在下次需要数据传输的时候选用。
5.如权利要求1所述的一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统，其特征在于：所述穿戴设备(1)可以根据运动传感器检测设备的震动情况判断该设备是否处于佩戴状态，如果不处于佩戴状态，将会关闭相关的传感器和算法，并将设备设置为睡眠状态；如果检测到处于佩戴状态则启动相关的传感器和算法，最大限度优化电源的续航时间。
6.如权利要求1所述的一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统，其特征在于：所述穿戴设备(1)被激活之后，穿戴设备(1)会实时更新包含到当前时间点的最近的十分钟内数据到广播中，数据通过支持BLE功能的设备扫描该广播信号获得，广播中数据的更新不影响穿戴设备中的暂存数据的完整性。
7.如权利要求1所述的一种结合穿戴类设备的基站数据暂存及快速数据同步系统，其特征在于：所述一个区域内存在的多个基站(2)，且这些基站(2)的信号覆盖区域重叠，不同的基站(2)与穿戴设备(1)数据同步时根据信号冲突情况选择不同的频道进行数据操作。
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