CN107343004B - 一种低成本的物联网节点无线组网系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本的物联网节点无线组网系统及控制方法，包括：云平台、客户端、智能节点和若干智能终端；智能节点给所有智能终端发送问询数据包，接收智能终端返回的智能终端ID并滤除或转发给云平台，智能终端组网后还将客户端下发的控制命令下传给智能终端；云平台存储所有智能终端的ID信息以及其对应的验证服务密码；客户端作为物联网节点无线组网系统的远程控制端，同时作为智能终端验证码信息的密码输入口；本发明有益效果：可实现智能节点与智能终端的适配性，当建筑内安装或者新安装设备时直接安装即可，不需拆卸已安装设备进行升级。

Description

一种低成本的物联网节点无线组网系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种建筑用电设备物联网系统，尤其涉及一种低成本的物联网节点无线组网系统及控制方法。

背景技术

智能家居及其产品有着广泛的市场前景和巨大的社会经济效益，近年来受到广泛的欢迎，智能家居的无线组网方法主要有Wifi、Zigbee等。

发明专利号(2010101760174)提出了一种电气物联网系统，实现了智能建筑中设备的新的管控方法，其中的物联网智能节点是解决智能家居技术的核心，其中无线组网方案选用免申请段的433MHZ无线通信技术，433MHZ无线通信技术具有低成本、低功耗、穿透能力强、通信效率高等优点，采用433MHZ无线组网的智能节点在智能建筑和智能家居中得到了广泛的应用。但是433MHZ无线通信技术不像蓝牙、Zigbee、Wifi等有成熟的底层通信协议，在实际应用中遇到了一些问题，433MHZ在物理层没有防冲突规避机制，在信息同时反馈时会导致无法正常通信，建筑物中格局复杂使得433MHZ在多次穿透后信号薄弱导致无法正常通信，智能节点下面智能终端模块管理混乱等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种低成本的物联网节点无线组网系统及控制方法，通过节点广播命令结合云平台认证的方法实现智能终端模块的信息注册和认证，为解决433MHZ无线通信在物理层没有防冲突机制的问题，在智能终端模块反馈信息时加入软件延时算法完成冲突规避功能，同时为了解决问题智能终端与智能节点之间障碍物遮挡无法通信的问题，采用动态路由中继方法完成障碍物规避中继通信功能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低成本的物联网节点无线组网系统，包括：云平台、客户端、智能节点和若干智能终端；所述若干智能终端分别与智能节点通信，所述智能节点与云平台通信，所述云平台与客户端通信；

所述智能节点给所有智能终端发送问询数据包，接收智能终端返回的智能终端ID并滤除或转发给云平台，智能终端组网后还将客户端下发的控制命令下传给智能终端；

所述云平台存储所有智能终端的ID信息以及其对应的验证服务密码；

所述客户端作为物联网节点无线组网系统的远程控制端，同时作为智能终端验证码信息的密码输入口；

云平台接收到智能节点对比后的智能终端模块信息，云平台向客户端发送智能终端验证服务密码信息，验证服务密码输入正确后，将此智能终端自组织到此智能节点中去，并将智能终端信息存到云平台中；否则，判断该智能终端的ID信息不属于该智能节点。

进一步地，所述智能节点在自身Flash中开辟两块存储区域，云平台认证后属于该智能节点名下的智能终端ID存入第一存储区域，认证未通过的智能终端ID存入第二存储区域。

进一步地，智能节点每次收到智能终端发送的命令后，首先提取智能终端智能终端ID号与智能节点存储区域进行对比：

若智能终端ID属于第一存储区域，则上发到云平台；若智能终端ID属于第二存储区域，则丢掉不发；若智能终端ID不属于现有的两个存储区域，则为新加入的设备，发送注册包给云平台要求认证，根据认证结果将智能终端ID号加入第一存储区域或者第二存储区域。

进一步地，在所述智能终端上设置自组织按钮，当智能终端与智能节点无法正常通信时，长按所述自组织按钮，则智能终端自动发送三次自组织数据包。

进一步地，所述问题智能终端每次发送的自组织数据包首先转发给其余所有智能终端，每一个智能终端接收到转发的自组织数据包后，判断此自组织数据包是否本智能终端已经转发，如果未转发则延续转发，否则丢弃掉；直至所有可接到转发自组织数据包的智能终端均转发后自动停止转发；

上述过程重复设定次数，确定出自组织数据包发送至智能节点的最优路径。

进一步地，所述智能终端具有唯一的ID序列号和覆盖涂层的验证服务密码，并且在其硬件上有标识可查，唯一的ID序列号在出厂时将录入云平台供后期自组织时完成ID信息的对比注册。

一种低成本的物联网节点无线组网控制方法，包括：

智能节点上电后广播发送问询数据包，智能终端收到广播命令后经过延时算法将自身状态反馈给智能节点；

智能节点收到智能终端发送的命令后，提取智能终端智能终端ID号进行云平台认证；

云平台认证后属于该智能节点名下的智能终端ID存入智能节点第一存储区域，认证未通过的智能终端ID存入智能节点第二存储区域；云平台将未识别的智能终端智能终端ID发送至客户端，客户端根据收到的信息确认是否为自己的设备；

智能节点每次收到智能终端发送的命令后，首先提取智能终端智能终端ID号与智能节点存储区域进行对比：

客户端通过云平台向智能节点发送控制命令，最终控制智能终端。

进一步地，所述延时算法具体为：智能终端收到广播查询指令进入中断后，立即建立一个虚拟零时刻并开始计时，根据智能终端ID号中的第1位和最后一位计算发送时间，当计时器到达发送时间时将自身状态反馈给智能节点。

进一步地，进行云平台验证的具体方法为：

智能节点将收到的智能终端ID与云平台中存储的所有出厂智能终端ID进行对比，对比成功者给客户端发送输入智能终端验证码信息，验证码信息输入正确后，智能终端ID属于所述智能节点，云平台认证通过；否则，认证不通过，下次再收到此智能终端ID信息，智能节点将自动过滤，不再上传给云平台。

进一步地，当智能终端与智能节点之间有障碍物无法完成正常通信时，所述智能终端向其余智能终端转发自组织数据包；

每一个智能终端接收到转发的自组织数据包后，判断此自组织数据包是否本智能终端已经转发，如果未转发则延续转发，否则丢弃掉；

直至所有可接到转发自组织数据包的智能终端均转发后自动停止转发；

智能节点每次收到所述自组织数据包后，取速度最快的三条路线进行积分计算；

上述过程重复设定次数，将所述三条路线的每一次的积分值相加，分值最高者为最优路径。

本发明有益效果：

(1)可实现智能节点与智能终端的适配性，当建筑内安装或者新安装设备时直接安装即可，不需拆卸已安装设备进行升级。

(2)当建筑内物体改变布局发生阻挡时，可寻找最优路径，将其他智能终端作为转发设备进行命令的转发实现控制。

(3)安装建筑用电物联网系统时若采用本发明，可减少节点的试用，避免资源的不合理浪费。

附图说明

图1是本发明低成本的物联网节点无线组网控制系统的自组织流程图；

图2是本发明问题智能终端最优路径规划流程图；

图3是本发明智能节点设备注册流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明公开了一种低成本的物联网节点无线组网系统，包括云平台、客户端、智能节点和若干智能终端；云平台是整个建筑用电物联网系统的数据存储控制中心；客户端是整个系统验证中心，用户输入将正确的验证码信息来验证自己的设备；智能节点是整个系统的信息传输中枢，将收到的智能终端信息上传给云平台，同时转发云平台的控制信息给智能终端；智能终端是整个系统的执行部分，去操作最低层的设备。

智能终端可以包括智能插座、智能开关、智能传感器、智能报警模块和窗帘控制模块等，是整个建筑用电物联网系统最底层的控制设备；智能终端接收智能节点通过433MHZ广播的问询数据包，并将自身ID和状态反馈给智能节点，同时完成最终对设备的智能控制。

智能节点是整个建筑用电物联网系统的信息转发中枢，通过433MHZ广播给所有智能终端发送问询数据包，接收智能终端反回的智能终端ID并滤除或转发给云平台，智能终端组网后还将客户端下发的控制命令下传给智能终端，是整个建筑用电物联网系统的核心。

智能节点利用1kB的内部Flash做为智能终端ID信息存储区域，掉电后不丢失，恢复出厂设置后清空。

智能节点的存储区包括：本智能节点ID信息存储区和非本智能节点信息存储区，本智能节点存储ID存储信息存储区存储经过用户验证的智能终端ID信息，而非本节点ID信息存储区存放为存储到云平台中的ID信息。

云平台是整个建筑用电物联网系统的信息存储与处理中心，所有出厂的智能终端ID信息和其想对应的验证密码都存储到云平台；智能节点将收到的智能终端ID与云平台中存储的所有出厂智能终端ID进行对比，对比成功者给客户端发送输入智能终端验证码信息，验证码信息输入正确后云平台控制智能节点将此ID信息存储到智能节点的FLASH中的属于本节点的智能终端ID存储区域(第一存储区)中，也就是将此智能终端自组织到此智能节点中去；如果云平台没有对比到相对应的ID信息则将此ID的信息存储到智能节点的FLASH中的非本节点的智能终端ID存储区域(第二存储区)中，下次再收到此ID信息智能节点将自动过滤，不用再次将此ID信息上传给云平台，提高了整个系统的运行效率。

如图2所示，节点每次收到智能终端模块发送的命令后，首先提取智能终端ID号和存储区域对比，若属于第一存储区则上发到云平台，若属于第二存储区则丢掉不发，如果ID号不属于现有2个区域，则为新加入的设备，则发送注册包给云平台要求确认，根据确认结果将ID号加入第一存储区或者第二存储区中；

客户端是整个建筑用电物联网系统的远程控制端和智能终端验证信息密码输入口，客户端通过手机APP或个人PC对设备进行远程操控，在本发明中的另一个重要任务是将智能终端的验证服务密码输入确认来达到将智能终端的ID信息自组织到相应的智能节点中去同时滤除非本智能节点的ID信息。

智能节点和智能终端均具有无线收发器，通过发射和接收433MHZ频率段信号进行信号传递。智能终端具有唯一的ID序列号和覆盖涂层的验证服务密码，并且在其硬件上有标识可查，唯一的ID序列号在出厂时将录入云平台供后期自组织时完成ID信息的对比注册，验证服务密码是为了进一步验证用户所购买设备并完成其在智能节点的Flash区本地节点ID信息的录入，同时为后期更换新设备提供了便捷。

智能节点接收到已识别设备ID后不动作，接收到未识别设备ID后上报至云平台后推送至客户端，用户可根据说明书判断推送至的终端设备是否为自己购买的设备。

若为自己购买的设备则点击确认加入白名单，在云端数据库和智能结点的Flash中加入此设备ID，以实现将来对此设备的控制。若不是自己的设备，则点击邻居设备加入黑名单，在云端数据库和智能节点中加入此设备ID，再次收到此ID的智能设备将不再上报。

进一步地，为了解决不同智能终端接收到问询数据包时可能同时反馈给智能节点造成不能正常反馈信息的问题，提出了一种基于不同智能终端ID的逻辑延时算法。

反馈信息包括智能终端ID、状态和其数据包类型等。

问询数据包为一段固定数据，节点上电后首先扫描设备存储区域，如果发现该区域为空(例如一个未使用的新节点、或者节点恢复出厂设置)，则发送广播查询命令，即分设备分期自动发送问询数据包，为保证通讯畅通，每类设备的问询数据包相隔时间为10分钟

当智能终端接收到自己设备类型的问询数据包时，由于智能节点等设备不能同时接收数据，延时一段时间后，所有智能终端接收到自己设备的问询数据包后将数据包自己的ID、状态、数据包类型等信息发送至智能节点，延时时间t＝t₀*ID(t₀为设备可接受数据的最小时间间隔，参考值30ms)；

逻辑延时算法为智能终端收到广播查询指令进入中断后，立即建立一个虚拟零时刻并开始计时，根据智能终端ID号中的第1位(智能终端模块类型)和最后一位(ID号尾号)计算发送时间，当计时器到达发送时间时将指令发出。该功能利用同一节点范围同一类别的智能终端模块尾号几乎不可能相同这一特性，通过合理的逻辑延时避免冲突。

进一步地，为了解决若某个问题智能终端被物体阻挡无法与智能节点正常通信的问题，在智能终端上设置一个自组织按钮，当无法正常通信时可长按问题智能终端的自组织按钮，可自动发送三次自组织数据包。

问题智能终端是指当智能终端与智能节点之间有障碍物无法完成正常同信时的智能终端。

问题智能终端自动发送的数据包包括问题智能终端ID、状态和数据包类型等，与正常智能终端数据包的本质区别是正常数据包直接转发给智能节点，而问题数据包需要转发给所有的智能终端再转发给智能节点，转发给所有其他智能终端的目的是想通过相应算法计算出最优路径。

如图3所示，问题智能终端自组织最优路径规划包括问题智能终端、所有要转发经过的智能终端、智能节点、云平台和客户端等；自组织数据包包括问题智能终端ID，数据包类型等。

其他所有的智能终端设备接收到自组织数据包后将发送转发数据包，转发数据包包括问题智能终端ID、本地智能终端ID、数据包类型。

其他所有的智能终端接到转发数据包后判断此数据包是否本智能终端已经转发，如果未转发将延继续转发转发信号，此时转发信号包括问题终端ID、转发一次终端ID、本地终端ID、数据包类型等；如果智能终端判断已经转发，则丢掉转发数据包，直至所有可接到转发数据包的智能终端均转发后将自动停止转发，此过程共重复三次。

智能节点收每次收到问题智能终端的转发数据包后取速度最快的三条路线进行积分计算，三次转发后将三次积分值相加分值最高者为最优路径，具体积分数值如下：

智能节点将转发智能终端ID及问题智能终端ID存入Flash中，然后向问题智能终端发送自组织命令数据包，其包括转发终端1ID、转发终端2ID……问题智能终端ID、数据包类型等；

所有智能终端设备接到自组织命令数据包后如果转发终端1ID为自己ID则去掉自己的ID继续转发数据包，如果不是则丢掉数据包，直至数据包发送至问题智能终端；

问题智能终端根据自组织命令数据记录数据传播路径，并根据路径上报自组织状态数据包，上报过程与下发过程相同。

智能节点接到自组织状态数据包后上报云平台存入此设备，否则客户端报错，再次按下自组织按钮重复以上过程；

云平台可以根据最初的智能终端模块注册信息通过逻辑判断完成最佳路由的规划并完成网络自组织。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种低成本的物联网节点无线组网系统，其特征在于，包括：云平台、客户端、智能节点和若干智能终端；

所述智能节点给所有智能终端发送问询数据包，接收智能终端返回的智能终端ID并滤除或转发给云平台，智能终端组网后还将客户端下发的控制命令下传给智能终端；

所述云平台存储所有智能终端的ID信息以及其对应的验证服务密码；

所述客户端作为物联网节点无线组网系统的远程控制端，同时作为智能终端验证码信息的密码输入口；

智能节点将接收到的智能终端ID与云平台内部存储的智能终端的ID信息进行对比，如果两者匹配，则向客户端发送输入智能终端验证服务密码信息，验证服务密码输入正确后，将此智能终端自组织到此智能节点中去；否则，判断该智能终端的ID信息不属于该智能节点。

2.如权利要求1所述的一种低成本的物联网节点无线组网系统，其特征在于，所述智能节点在自身Flash中开辟两块存储区域，云平台认证后属于该智能节点名下的智能终端ID存入第一存储区域，认证未通过的智能终端ID存入第二存储区域。

3.如权利要求2所述的一种低成本的物联网节点无线组网系统，其特征在于，智能节点每次收到智能终端发送的命令后，首先提取智能终端ID号与智能节点存储区域进行对比：

若智能终端ID属于第一存储区域，则上发到云平台；若智能终端ID属于第二存储区域，则丢掉不发；若智能终端ID不属于现有的两个存储区域，则为新加入的设备，发送注册包给云平台要求认证，根据认证结果将智能终端ID号加入中第一存储区域或者第二存储区域。

4.如权利要求1所述的一种低成本的物联网节点无线组网系统，其特征在于，在所述智能终端上设置自组织按钮，当智能终端与智能节点无法正常通信时，长按所述自组织按钮，智能终端自动发送三次自组织数据包。

5.如权利要求4所述的一种低成本的物联网节点无线组网系统，其特征在于，所述智能终端每次发送的自组织数据包首先转发给其余所有智能终端，每一个智能终端接收到转发的自组织数据包后，判断此自组织数据包是否本智能终端已经转发，如果未转发则延续转发，否则丢弃掉；直至所有可接到转发自组织数据包的智能终端均转发后自动停止转发；

重复设定次数，确定出自组织数据包发送至智能节点的最优路径。

6.如权利要求1所述的一种低成本的物联网节点无线组网系统，其特征在于，所述智能终端具有唯一的ID序列号和覆盖涂层的验证服务密码，并且在其硬件上有标识可查，唯一的ID序列号在出厂时将录入云平台供后期自组织时完成ID信息的对比注册。

7.一种低成本的物联网节点无线组网控制方法，其特征在于，包括：

智能节点上电后广播发送问询数据包，智能终端收到广播查询指令后经过延时算法将自身状态反馈给智能节点；

智能节点收到智能终端发送的命令后，提取智能终端智能终端ID号进行云平台认证；

云平台认证后属于该智能节点名下的智能终端ID存入智能节点第一存储区域，认证未通过的智能终端ID存入智能节点第二存储区域；云平台将未识别的智能终端智能终端ID发送至客户端，客户端根据收到的信息确认是否为自己的设备；

智能节点每次收到智能终端发送的命令后，首先提取智能终端智能终端ID号与智能节点存储区域进行对比：

客户端通过云平台向智能节点发送控制命令，最终控制智能终端；

当智能终端与智能节点之间有障碍物无法完成正常通信时，所述智能终端向其余智能终端转发自组织数据包；

所述延时算法具体为：智能终端收到广播查询指令进入中断后，立即建立一个虚拟零时刻并开始计时，根据智能终端ID号中的第1位和最后一位计算发送时间，当计时器到达发送时间时将自身状态反馈给智能节点。

8.如权利要求7所述的一种低成本的物联网节点无线组网控制方法，其特征在于，进行云平台验证的具体方法为：

智能节点将收到的智能终端ID与云平台中存储的所有出厂智能终端ID进行对比，对比成功者给客户端发送输入智能终端验证码信息，验证码信息输入正确后，智能终端ID属于所述智能节点，云平台认证通过；否则，认证不通过，下次再收到此智能终端ID信息，智能节点将自动过滤，不再上传给云平台。

9.如权利要求7所述的一种低成本的物联网节点无线组网控制方法，其特征在于，当智能终端与智能节点之间有障碍物无法完成正常通信时，所述智能终端向其余智能终端转发自组织数据包；

每一个智能终端接收到转发的自组织数据包后，判断此自组织数据包是否本智能终端已经转发，如果未转发则延续转发，否则丢弃掉；

直至所有可接到转发自组织数据包的智能终端均转发后自动停止转发；

智能节点每次收到所述自组织数据包后，取速度最快的三条路线进行积分计算；

重复设定次数，将所述三条路线的每一次的积分值相加，分值最高者为最优路径。