CN109327552B - 一种基于NB-IoT的智慧路灯数据传输管理方法 - Google Patents

一种基于NB-IoT的智慧路灯数据传输管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于NB‑IoT的智慧路灯数据传输管理方法，属于数据传输管理领域。该方法包括：1)在数据采集模块，根据数据长度对路灯终端传感器上传的数据信息进行分类，包括小容量数据信息和大容量数据信息；2)在数据缓存模块，根据NB‑IoT网络信号质量以及NB‑IoT最大传输单元设计数据信息分片、重组策略，对数据信息进行分片、重组处理；3)在数据传输模块，采用时间片轮询方法对小容量数据信息和分片数据信息进行传输。本发明能够在NB‑IoT网络应用中充分利用网络带宽资源，提高网络使用效率，保证重要数据信息传输的优先性。

Description

一种基于NB-IoT的智慧路灯数据传输管理方法
技术领域
本发明属于数据传输管理领域，涉及一种基于NB-IoT的智慧路灯数据传输管理方法。
背景技术
2016年6月NB-IoT标准的确定引起了业界空前关注，NB-IoT通信技术的发展也得到了各大运营商的支持。对于同一基站NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，可以提供现有无线技术50-100倍的接入数量，并且覆盖强度相对于现有通信网络提升20dB增益，相当于覆盖范围增强了百倍。但是NB-IoT网络传输速率低，只能够聚焦小容量数据信息的有效传输，特别在智慧路灯系统应用中，要通过NB-IoT网络实现对路灯终端监控数据信息的传输，比如语音、图片等大容量数据信息，还没有有效的实施方案，本发明特别针对智慧路灯系统中传感器上传的大容量数据信息，设计可变大小分片策略，并针对小容量数据信息提出与大容量数据信息的重组方法以及针对重组数据信息采用动态改变分片数量的控制策略，对重组数据信息进行动态分片，以优化NB-IoT网络分包数量及数据长度，保证重要数据信息的传输优先级，实现数据信息及时、可靠传输。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于NB-IoT的智慧路灯数据传输管理策略，通过设计可变大小分片策略以及动态分片策略，实现在智慧路灯系统应用中通过NB-IoT远程通信网络对大容量数据信息以及重要数据信息的有效、及时、可靠传输。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于NB-IoT的智慧路灯数据传输管理方法，包括以下步骤：
S1：在物联网技术领域的智慧路灯应用系统中，数据采集模块对路灯终端传感器上传的数据信息进行采集；
S2：根据数据信息长度，以NB-IoT最大传输单元为阈值把步骤S1中数据采集模块采集的数据信息划分为两种类型，包括小容量数据信息和大容量数据信息；
S3：对步骤S2中所述小容量数据信息，根据时延属性把数据信息分为时延要求高的数据信息和时延要求低的数据信息；
S4：对步骤S2中所述大容量数据信息，根据NB-IoT网络信号质量以及NB-IoT最大传输单元设计可变大小分片策略；
S5：根据步骤S4中设计的可变大小分片策略，采用分割指示信息标识方法在大容量数据信息分割位进行标识；
S6：对步骤S5被标识的大容量数据信息，在数据分割位对数据信息进行分片处理；
S7：缓存模块中，对即将传输的大容量数据信息和时延要求高的数据信息出现变化的小容量数据信息进行重组，并采用动态改变分片数量的控制策略对重组数据进行动态分片处理；
S8：当小容量数据信息中时延要求较高的数据信息没有变化时，传输模块采用时间片轮询方法对步骤S6、S7中经过分片处理的数据信息以及小容量数据信息进行传输。
进一步，步骤S1中，所述路灯终端传感器上传的数据信息包括电气参数、环境参数、人流车流数据、语音和图片等。
步骤S2中，所述小容量数据信息包括电气参数、环境参数、人流和车流等数据信息；所述大容量数据信息包括语音和图片等数据信息。
进一步，步骤S3中，所述时延要求高的数据信息包括人流和车流等数据信息；所述时延要求低的数据信息包括电气参数和环境参数等数据信息。
进一步，所述步骤S4具体包括：在NB-IoT网络中，实时读取NB-IoT网络信号质量值，通过网络信号质量值预测网络实时传输速率Vrt，当NB-IoT网络传输速率达到理论峰值Vmax时，每一次传输数据信息字节数为最大传输单元U；当NB-IoT网络实时传输速率Vrt小于理论峰值传输速率Vmax时，求出网络实时传输速率与理论峰值传输速率之间的比值ξi，作为分片策略的可变大小因子，其中i代表第i个分片数据信息，根据可变大小因子确定每个分片数据信息传输字节数U′。
进一步，步骤S5中，所述分割指示信息标识方法具体包括以下步骤：
S51：NB-IoT最大传输单元为U，理论峰值传输速率为Vmax，NB-IoT网络实时传输速率为Vrt，则分片策略可变大小因子ξi为：
Figure BDA0001893755510000021
S52：要保证每个分片数据信息传输可靠性，由步骤S51计算得出的可变大小因子，得出每次传输分片数据信息字节数为U′为：
U′＝ξiU
S53：对于大容量数据信息原始数据长度Sld，当Sld大于U′时，以U′为单位，在数据信息的分割位上进行分割信息的标识，当
Figure BDA0001893755510000022
可得，对于大容量数据信息原始数据Sld分片数量为N。
进一步，步骤S6中，所述在数据分割位对数据信息进行分片处理具体为：根据数据标识的分割指示信息，在指定分割位把大容量数据信息分割成N个分片数据信息。
进一步，步骤S7中，在进行大容量数据信息的传输以及小容量数据信息中数据信息时延要求较高的数据信息变化时，为了能够实现对时延需求高的数据信息的及时优先传输，把小容量数据信息添加到即将传输的大容量分片数据信息中，对小容量数据信息和大容量数据信息进行重组，并对重组数据采用动态改变分片数量的控制策略，实现对重组数据的动态分片；所述动态分片处理具体包括以下步骤：
S71：即将传输大容量数据信息的第i个分片数据信息时，判断小容量数据信息中时延要求较高的数据信息是否出现变化，如果是，执行步骤S72；
S72：确定小容量数据信息原始数据长度Ssd；
S73：把小容量数据信息添加到即将传输的第i个分片数据信息中，实现对小容量数据信息和大容量数据信息的重组，则重组的数据信息数据长度为Sfd，Sfd取值为：
Figure BDA0001893755510000031
S74：令i＝1，对于重组的数据信息长度Sfd，当Sfd大于U′时，以U′为单位，在数据信息的字节位上进行分割信息的标识，当
Figure BDA0001893755510000032
可得，对于重组数据Sfd分片数量为N′。
进一步，步骤S8中，所述时间片轮循方法具体为：对小容量数据信息和大容量数据信息的传输分别预设时间值T1和T2作为传输周期，对小容量数据信息的传输时间达到预设时间值T1时再对大容量数据信息进行传输，传输时间达到预设时间值T2时再对小容量数据信息进行传输。
本发明的有益效果在于：本发明提出的数据传输管理策略基于NB-IoT通信技术，增强智慧路灯系统应用中远程通信网络架构的稳定性、可靠性，本发明采用的可变大小分片策略以及动态改变分片数量的控制策略，并且实现了不同类型数据信息的重组，达到对大容量数据信息以及重要数据信息的有效、可靠、及时传输的目的，能够在NB-IoT网络应用中充分利用网络带宽资源，提高网络使用效率的同时，保证重要数据信息的传输优先级。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明所述基于NB-IoT的智慧路灯数据传输管理方法的整体流程图；
图2为本发明可变大小分片策略执行流程图；
图3为本发明分割指示信息标识方法示意图；
图4为本发明数据重组过程示意图；
图5为本发明动态分片执行流程图；
图6为本发明数据传输流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为本发明所述基于NB-IoT的智慧路灯数据传输管理策略整体框架图，如图1所示，首先采集模块采集路灯终端传感器上传的数据信息，按数据长度，以NB-IoT最大传输单元为阈值把采集的数据信息分为两类，其中，类型一小容量数据信息包括电气参数、环境参数、人流车流等数据信息，类型二大容量数据信息包括语音、图片等。其次在缓存模块，针对大容量数据信息的传输，根据NB-IoT网络信号质量以及NB-IoT最大传输单元设计可变大小分片策略，特别针对在缓存模块中即将传输的大容量数据信息以及小容量数据信息中时延要求高的数据信息变化时，将小容量数据信息添加到即将传输的分片数据信息中，与大容量数据信息进行重组，并对重组数据信息采用动态改变分片数量的控制策略进行动态分片处理。最后在传输模块中，采用时间片轮询的方法对两种类型的数据信息进行传输。下面将对每一部分进行详细的阐述：
1)数据信息类型划分阶段
在数据采集模块中，根据数据信息长度，以NB-IoT最大传输单元为阈值，把路灯终端传感器上传的数据信息划分为两种类型，其中，类型一小容量数据信息包括电气参数、环境参数、人流、车流等数据信息，类型二大容量数据信息包括语音、图片等，特别的针对小容量数据信息，根据数据信息时延属性把数据信息划分为时延要求高的数据信息和时延要求低的数据信息。
2)数据分片与重组阶段
智慧路灯系统应用中，路灯终端通过网络摄像机对语音、图片等大容量数据信息的采集实现监控功能。参照图2，针对网络摄像机采集的大容量数据信息，在NB-IoT最大传输单元范围内，实现对一个分片数据信息可靠传输，要对分片数量以及分片数据长度进行合理优化，先根据NB-IoT网络信号质量值预测实时传输速率，再结合NB-IoT最大传输单元U，设计可变大小分片策略，可变大小分片策略具体步骤如下：
S1：设定NB-IoT网络属性值，包括最大传输单元U以及峰值传输速率Vmax；
S2：获取NB-IoT网络实时传输速率Vrt；
S3：确定分片策略可变大小因子
Figure BDA0001893755510000051
S4：确定每次传输数据信息字节数U′＝ξiU；
S5：对于大容量数据信息原始数据长度Sld，当Sld大于U′时，以U′为单位，在数据信息的字节位上进行分割信息的标识，当
Figure BDA0001893755510000052
可得，对于大容量数据信息Sld分片数量为N。
参照图3，针对大容量数据信息长度Sld大于NB-IoT最大传输单元U时，根据设计的可变大小分片策略，用分割信息标识法对数据信息在分割位进行标识，其中ξi根据NB-IoT实时传输速率变化而变化，当ξi不同时每次传输数据信息字节数U′也不同，根据可变大小分片策略以U′为单位在指定分割位对数据信息进行标识，并把数据信息分割为N个分片数据信息。
假设即将传输N个分片数据信息中第i个分片数据信息时，小容量数据信息中对时延要求高的数据信息出现变化，需要对小容量数据信息中时延要求高的数据信息进行及时传输，参照图4，将小容量数据信息添加到第i个分片数据信息中与大容量数据信息进行重组，数据重组之后令i＝1，再对重组的数据信息进行分片处理，实现对时延需求高的重要数据信息及时优先传输。
参照图5，对重组数据采用动态改变分片数量的控制策略，实现重组数据数量动态分片处理。动态分片执行步骤如下：
S1：即将传输大容量分片数据信息的第i个分片数据信息；
S2：判断小容量数据信息中时延要求较高的数据信息是否出现变化，如果是执行步骤S3；
S3：确定小容量数据信息原始数据长度Ssd；
S4：把小容量数据信息添加到大容量数据信息的第i个分片数据信息中，对小容量数据信息和大容量数据信息进行重组，则重组的数据信息数据长度为Sfd，Sfd取值为：
Figure BDA0001893755510000053
S5：令i＝1，对于重组的数据信息长度Sfd，当Sfd大于U′时，以U′为单位，在数据信息的字节位上进行分割信息的标识，当
Figure BDA0001893755510000061
可得，对于重组数据信息Sfd分片数量为N′。
3)数据传输阶段
参照图6，在传输模块中，传输的数据信息主要包括小容量数据信息、大容量数据信息的分片数据以及小容量数据信息与大容量数据信息重组数据信息的分片数据信息，数据信息传输流程如下：
S1：对于大容量数据信息，采用可变大小分片策略对原始数据进行分片处理；
S2：在即将对分片数据信息进行传输时，判断小容量数据信息中时延要求高的数据信息是否出现变化，如果是，进行步骤S3，否则进行步骤S5；
S3：对小容量数据信息和大容量数据信息进行重组，并进行步骤S4；
S4：采用动态改变分片数量的控制策略，对重组数据信息进行动态分片处理，并进行步骤S5；
S5：采用时间片轮询的方法对分片处理得到的数据信息进行传输，传输时间达到预设的时间值进行步骤S6；
S6：采用时间片轮询方法对小容量数据信息进行传输，传输时间到达预设的时间值返回步骤S1。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种基于NB-IoT的智慧路灯数据传输管理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：在物联网技术领域的智慧路灯应用系统中，数据采集模块对路灯终端传感器上传的数据信息进行采集；
S2：根据数据信息长度，以NB-IoT最大传输单元为阈值把步骤S1中数据采集模块采集的数据信息划分为两种类型，包括小容量数据信息和大容量数据信息；
S3：对步骤S2中所述小容量数据信息，根据时延属性把数据信息分为时延要求高的数据信息和时延要求低的数据信息；
S4：对步骤S2中所述大容量数据信息，根据NB-IoT网络信号质量以及NB-IoT最大传输单元设计可变大小分片策略；
S5：根据步骤S4中设计的可变大小分片策略，采用分割指示信息标识方法在大容量数据信息分割位进行标识；
S6：对步骤S5被标识的大容量数据信息，在数据分割位对数据信息进行分片处理；
S7：缓存模块中，对即将传输的大容量数据信息和时延要求高的数据信息出现变化的小容量数据信息进行重组，并采用动态改变分片数量的控制策略对重组数据进行动态分片处理；
S8：当小容量数据信息中时延要求较高的数据信息没有变化时，传输模块采用时间片轮询方法对步骤S6、S7中经过分片处理的数据信息以及小容量数据信息进行传输。
2.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的智慧路灯数据传输管理方法，其特征在于，步骤S2中，所述小容量数据信息包括电气参数、环境参数、人流和车流数据；所述大容量数据信息包括语音和图片。
3.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的智慧路灯数据传输管理方法，其特征在于，步骤S3中，所述时延要求高的数据信息包括人流和车流；所述时延要求低的数据信息包括电气参数和环境参数。
4.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的智慧路灯数据传输管理方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：在NB-IoT网络中，实时读取NB-IoT网络信号质量值，通过网络信号质量值预测网络实时传输速率Vrt，当NB-IoT网络传输速率达到理论峰值Vmax时，每一次传输数据信息字节数为最大传输单元U；当NB-IoT网络实时传输速率Vrt小于理论峰值传输速率Vmax时，求出网络实时传输速率与理论峰值传输速率之间的比值ξi，作为分片策略的可变大小因子，其中i代表第i个分片数据信息，根据可变大小因子确定每个分片数据信息传输字节数U′。
5.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的智慧路灯数据传输管理方法，其特征在于，步骤S5中，所述分割指示信息标识方法具体包括以下步骤：
S51：NB-IoT最大传输单元为U，理论峰值传输速率为Vmax，NB-IoT网络实时传输速率为Vrt，则分片策略可变大小因子ξi为：
Figure FDA0002882483810000021
S52：要保证每个分片数据信息传输可靠性，由步骤S51计算得出的可变大小因子，得出每次传输分片数据信息字节数为U′为：
U′＝ξiU
S53：对于大容量数据信息原始数据长度Sld，当Sld大于U′时，以U′为单位，在数据信息的分割位上进行分割信息的标识，当
Figure FDA0002882483810000022
可得，对于大容量数据信息原始数据Sld分片数量为N。
6.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的智慧路灯数据传输管理方法，其特征在于，步骤S6中，所述在数据分割位对数据信息进行分片处理具体为：根据数据标识的分割指示信息，在指定分割位把大容量数据信息分割成N个分片数据信息。
7.根据权利要求5所述的基于NB-IoT的智慧路灯数据传输管理方法，其特征在于，步骤S7中，所述动态分片处理具体包括以下步骤：
S71：即将传输大容量数据信息的第i个分片数据信息时，判断小容量数据信息中时延要求较高的数据信息是否出现变化，如果是，执行步骤S72；
S72：确定小容量数据信息原始数据长度Ssd；
S73：把小容量数据信息添加到即将传输的第i个分片数据信息中，实现对小容量数据信息和大容量数据信息的重组，则重组的数据信息数据长度为Sfd，Sfd取值为：
Figure FDA0002882483810000023
S74：令i＝1，对于重组的数据信息长度Sfd，当Sfd大于U′时，以U′为单位，在数据信息的字节位上进行分割信息的标识，当
Figure FDA0002882483810000024
可得，对于重组数据Sfd分片数量为N′。
8.根据权利要求7所述的基于NB-IoT的智慧路灯数据传输管理方法，其特征在于，步骤S8中，所述时间片轮询方法具体为：对小容量数据信息和大容量数据信息的传输分别预设时间值T1和T2作为传输周期，对小容量数据信息的传输时间达到预设时间值T1时再对大容量数据信息进行传输，传输时间达到预设时间值T2时再对小容量数据信息进行传输。
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