CN110062347A - 一种低功耗数据主动上报方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了低功耗数据主动上报方法及系统，包括：S10、低功耗节点自动醒来判断是否有数据发送请求，若是，执行S20；若否，执行S60；S20、低功耗节点将待上报数据发送至路由节点；S30、低功耗节点在待上报数据发送后t秒，进入数据接收窗口，并判断是否有数据接收请求，若是，执行S40；若否，执行S50；S40、低功耗节点接收路由节点发送的配置数据，并执行S60；S50、低功耗节点判断是否超时，若是，执行S60；若否，执行S30；S60、低功耗节点进入休眠状态。本发明采用主动上报+接收窗口实现上报数据及双向通信，在主动上报后t秒时刻开始，开放接收窗口，用于信息交互，其余时间处于休眠状态，兼顾低功耗特性及数据交互实际需求。

Description

一种低功耗数据主动上报方法及系统

技术领域

本发明涉及低功耗数据传输技术领域，尤其涉及一种低功耗数据主动上报方法。

背景技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。信息技术由最初的人与人通信向物与物通信的方式转变，最终向着万物互联的方向前进。针对物联网的发展需求，许多低功耗物联网无线通信技术应运而生。低功耗物联网无线通信技术很多，主要分为两类：一类是以Zigbee、WiFi、蓝牙为代表的短距离通信技术；另一类是以LoRa和NB-IoT为代表的长距离通信技术。

现有的IoT传感器(传感器节点、低功耗节点)接入技术，针对实际运行场景中设计了不同的工作模式，虽然可以基本满足需求，但是还存在如下问题：(1)并不能很好地解决功耗与下行通信延时的问题，虽然兼顾了节能与下行通信延时，但是存在很大概率的误触发，造成功耗的增加；(2)没有专门针对低功耗物联网做优化的传感器接入技术。物联网中的路由节点与传感器节点组成的星型结构网络中，路由节点接市电，无低功耗要求，传感器节点电池供电，需要考虑低功耗，可以针对这个特点对传感器的接入技术进行优化。

目前，低功耗节点在有数据发送请求的时候，主动打开发射器，将数据发送给路由节点，数据发送完成后，关闭发射器，重新进入休眠状态，继续等待下一次数据发送请求，这种主动上报模式是一种单向的通信方式(如图 1所示)，只能由低功耗节点主动发起，路由节点保持接收状态，最大的好处就是实现起来简单，消耗的功耗低，系统开销小，但不能满足数据双向交互的实际需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种低功耗数据主动上报方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：根据本发明的一方面，提供一种低功耗数据主动上报方法，具体包括步骤：

S10、低功耗节点自动醒来判断是否有数据发送请求，若是，则执行步骤S20；若否，则执行步骤S60；

S20、所述低功耗节点将待上报数据发送至路由节点；

S30、所述低功耗节点在所述待上报数据发送后t秒，进入数据接收窗口，并判断是否有数据接收请求，若是，则执行步骤S40；若否，则执行步骤S50；

S40、所述低功耗节点接收所述路由节点发送的配置数据，并执行步骤 S60；

S50、所述低功耗节点判断是否超时，若是，则执行步骤S60；若否，则执行步骤S30；

S60、所述低功耗节点进入休眠状态。

优选的，所述数据发送请求是所述低功耗节点主动发起的，所述数据接收请求是所述路由节点发起的。

优选的，所述低功耗节点将待上报数据发送至路由节点后即刻进入休眠状态，并在t秒后进入数据接收窗口，并判断是否有数据接收请求。

优选的，所述低功耗节点和路由节点之间采用异频进行通信，所述低功耗节点接收配置数据的接收频点为486MHz以后，所述低功耗节点发送待上报数据的发送频点为470～510MHz。

优选的，S30、所述低功耗节点在所述待上报数据发送后t秒，进入数据接收窗口，并判断是否有数据接收请求，具体包括步骤：

S310、所述低功耗节点侦听并判断空中信号的场强是否大于设定阈值，若是，则执行步骤S320；若否，则执行步骤S60；所述空中信号包括前导码、帧分隔符、帧长、信道索引、标准识别号、帧头校验码、物理层载荷和帧校验序列；

S320、接收并判断解析是否有前导码，若否，则执行步骤S60；若是，则执行步骤S330；

S330、接收并判断解析帧分隔符、信道索引、标准识别号、帧头校验码是否匹配，若否，则执行步骤S50，若是，则执行步骤S40。

优选的，所述前导码被所述低功耗节点或路由节点用来对接收信号进行码片和码元同步；所述帧分隔符用来指示SHR的结束和PHR数据的开始；所述帧长为1字节长度，表示长度为PSDU中包含的字节数加上3个字节；所述信道索引为所述路由节点指定发送所述配置数据的无线信道号，所述信道索引的公式为：所述信道索引＝信道组号*2+信道号；所述标准识别号为1 字节长度，范围为1～99的BCS码；所述帧头校验码为1字节长度，为物理层数据包PHR前面3个字节异或运算结果；所述物理层载荷具有可变的长度，负责传送所述物理层数据包里的数据；所述帧校验序列的长度为16比特，包含了一个16比特CRC-ITU的序列。

优选的，所述低功耗节点和所述路由节点之间采用异速进行通信，所述低功耗节点向所述路由节点发送所述待上报数据的速率为10Kbps，所述路由节点向所述低功耗节点发送所述配置数据的速率为25Kbps。

本发明还提供一种计算机可读的存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述的低功耗数据主动上报方法。

本发明还提供一种低功耗数据主动上报装置，其特征在于，包括处理器及存储器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述处理器执行如上述的低功耗数据主动上报方法。

本发明还提供一种低功耗数据主动上报系统，包括路由节点、与所述路由节点进行无线通信的低功耗节点；所述低功耗节点包括低功耗数据主动上报装置；其中，所述低功耗数据主动上报装置包括处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述处理器执行如上述的低功耗数据主动上报方法。

实施本发明低功耗数据主动上报方法及系统的技术方案，具有如下优点或有益效果：本发明采用主动上报+接收窗口实现上报数据及双向通信，在主动上报后t秒时刻开始，开放接收窗口，用于信息交互，其余时间处于休眠状态，兼顾低功耗特性及数据交互实际需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：

图1是现有技术主动上报的工作流程示意图；

图2是本发明低功耗数据主动上报方法实施例的工作流程示意图

图3是本发明低功耗数据主动上报方法实施例的流程示意图；

图4是本发明低功耗数据主动上报方法实施例的空中信号示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种示例性实施例，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的装置和方法的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

电力物联网中的IoT低功耗网络，是由路由节点和低功耗节点(即IoT 传感器，又称物联网传感器，低功耗传感器)组成的星型结构网络，其中，路由节点自身没有低功耗要求，低功耗节点需要具备低功耗性能，并且一个路由节点连接传感器节点的数量有限，路由节点具备长发数据的特性。因此，设计了本发明的低功耗节点的主动上报+窗口机制，使得尽可能由路由节点来承担二者无线通信过程中能量的消耗，低功耗节点尽量少能量消耗。

实施例一：

如图2-4示出了本发明实施例提供的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，实施例仅是一个特例，并不表明本发明就这样一种实现方式。本发明低功耗数据主动上报方法，具体包括步骤：

S10、低功耗节点自动醒来判断是否有数据发送请求，若是，则执行步骤S20；若否，则执行步骤S60；具体的，所述数据发送请求是低功耗节点主动发起的，即在低功耗节点有待上报数据时，主动发起数据发送请求；

S20、低功耗节点将待上报数据发送至路由节点；

S30、低功耗节点在待上报数据发送后t秒，进入数据接收窗口，并判断是否有数据接收请求，若是，则执行步骤S40；若否，则执行步骤S50；具体的，所述数据接收请求是所述路由节点发起的，即路由节点有配置数据要发送给低功耗节点时才启动，如没有，则不发送数据接收请求；

同时，低功耗节点将待上报数据发送至路由节点后即刻进入休眠状态，并在t秒后进入数据接收窗口，并判断是否有数据接收请求。具体的，t秒可以是0.5-2秒，如0.5秒、1秒、1.5秒、2秒等等，具体数值在此不做限制。

S40、低功耗节点接收路由节点发送的配置数据，并执行步骤S60；

S50、低功耗节点判断是否超时，若是，则执行步骤S60；若否，则执行步骤S30；

S60、低功耗节点进入休眠状态。

在前导码等待模式下，如果产生前导码中断则继续将数据接收完整，如果在3ms内等待不到前导码中断则继续休眠，在产生前导码中断的情况下，在25.6ms之内一定要解析帧分隔符、信道索引、标准识别号、帧头校验码匹配，否则继续进入休眠状态。

在本实施例中，所述低功耗节点和所述路由节点之间采用异频进行通信，所述低功耗节点接收配置数据的接收频点为486MHz以后，所述低功耗节点发送所述待上报数据的发送频点为470～510MHz。

在本实施例中，S30、低功耗节点在待上报数据发送后t秒，进入数据接收窗口，并判断是否有数据接收请求，具体包括步骤：

S310、低功耗节点侦听并判断空中信号的场强是否大于设定阈值，若是，则执行步骤S320；若否，则执行步骤S60；

S320、接收并判断解析是否有前导码，若否，则执行步骤S60；若是，则执行步骤S330；具体的，所述前导码为0xAAAAAAAA；

S330、接收并判断解析帧分隔符、信道索引、标准识别号、帧头校验码是否匹配，若否，则执行步骤S50，若是，则执行步骤S40。具体的，解析出序号和标准识别号后，首先对标准识别号进行核对，是否和自己的标准识别号一致，如果不一致表明不是和自己通信。

如图2-4所示，所述空中信号包括前导码、帧分隔符、帧长、信道索引、标准识别号、帧头校验码、物理层载荷和帧校验序列。具体的，前导码被收发信机用来对接收信号进行码片和码元同步，由80个字节组成，其序号为 010101……01B，即与帧分隔符相邻的比特为“1”；帧分隔符用来指示SHR 的结束和PHR数据的开始；帧长为1字节长度，表示长度为PSDU中包含的字节数加上3(即加上信道索引、标准识别号、帧头校验码所占的3个字节)；信道索引为路由节点指定发送数据的无线信道号，信道索引表示公式为：信道索引＝信道组号*2+信道号；标准识别号为1字节长度，范围为1～99的BCS 码，其中，01表示当前规范标准识别号，02～99保留；帧头校验码为1字节长度，为物理层数据包PHR前面3个字节(帧长、信道号、标准识别号)异或运算结果；物理层载荷具有可变的长度，负责传送物理层数据包里的数据，具体待传输数据均在物理层载荷内；帧校验序列的长度为16比特，包含了一个16比特CRC-ITU的序列，其数值是通过对PHR和物理层载荷计算得到的。

在本实施例中，解析出标准识别号后，首先对标准识别号进行核对，是否和自己的标准识别号一致，如果不一致表明不是和自己通信，则进入休眠状态。如果和自身标准识别号一致，则接收物理层载荷内的数据。

在本实施例中，为了最大限度的减少低功耗节点的电量消耗，特提出双向异速和双向异频的工作模式。低功耗节点和路由节点之间采用异频异速进行通信，由于互联互通协议定义的通讯速率为10K，路由节点要正常接收数据，低功耗节点向路由节点发送数据的速率需要满足互联互通的规范，所以，低功耗节点向路由节点发送待上报数据的速率为10Kbps，路由节点向低功耗节点发送配置数据的速率为25Kbps；这样可以尽量减少低功耗节点在侦听阶段等待空中数据的时间，同时也减少了正常数据接收的时间，减少电量消耗。由于低功耗节点采用的是场强判断，提高速率带来的接收灵敏度减少的问题可以不用考虑。

同时，为了减少计量自动化本地通信MESH网络频繁的数据通信对低功耗节点的数据传输干扰影响，低功耗节点接收配置数据的接收频点为 486MHz以后；但是低功耗节点的发射频点需要满足互联互通规范才能够和路由节点正常通信，低功耗节点发送待上报数据的发送频点为470～510MHz。采用双向异频也可以减少低功耗节点相互干扰影响。

本发明采用主动上报+接收窗口实现数据上报及双向通信的融合，在主动上报后t秒时刻开始，开放一个接收窗口，用于信息的交互，其余时间处于休眠状态，兼顾主动上报的低功耗特性，也满足要求数据交互的实际需求。

主动上报机制具有以下优势：主动上报方式的低功耗节点，绝大多数时间都在休眠状态，只在有数据上报需求时，才启动发送，发送完成后便继续进入休眠状态，可最大程度地节省功耗，实现低功耗节点的长寿命目标。由于该方式通信延时较大，因此对实时通信要求不高的场景，适合使用主动上报方式。主动上报工作方式的低功耗节点，由于工作流程比较单一，实现起来比较容易。有数据发射请求时打开，发射完成后进入休眠状态，因此相比被动唤醒机制，主动上报机制更不易受外界数据干扰，从而增加额外的功耗。

实施例二：

本领域普通技术人员可以理解，实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读的存储介质中，存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被(如处理器)执行时，执行包括上述低功耗数据主动上报方法实施例的步骤，而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

实施例三：

本发明还提供一种低功耗数据主动上报装置实施例，包括处理器及存储器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行存储器存储的计算机程序，以使处理器执行上述低功耗数据主动上报方法实施例的步骤。

实施例四：

本发明还提供一种低功耗数据主动上报系统，包括路由节点、与路由节点进行无线通信的低功耗节点；低功耗节点包括低功耗数据主动上报装置；具体的，低功耗数据主动上报装置包括处理器及存储器；存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行存储器存储的计算机程序，以使处理器执行如上述低功耗数据主动上报方法实施例的步骤。

在阅读完下面将要描述的内容之后，本领域的技术人员应当明白，本文描述的各种特征可通过方法、数据处理系统或计算机程序产品来实现。因此，这些特征可不采用硬件的方式、全部采用软件的方式或者采用硬件和软件结合的方式来表现。此外，上述特征也可采用存储在一种或多种计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式来表现，该计算机可读存储介质中包含计算机可读程序代码段或者指令，其存储在存储介质中。可读存储介质被配置为存储各种类型的数据以支持在装置的操作。可读存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现。如静态硬盘、随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可编程只读存储器(PROM)、只读存储器(ROM)、光存储设备、磁存储设备、快闪存储器、磁盘或光盘和/或上述设备的组合。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低功耗数据主动上报方法，其特征在于，具体包括步骤：

S10、低功耗节点自动醒来判断是否有数据发送请求，若是，则执行步骤S20；若否，则执行步骤S60；

S20、所述低功耗节点将待上报数据发送至路由节点；

S30、所述低功耗节点在所述待上报数据发送后t秒，进入数据接收窗口，并判断是否有数据接收请求，若是，则执行步骤S40；若否，则执行步骤S50；

S40、所述低功耗节点接收所述路由节点发送的配置数据，并执行步骤S60；

S50、所述低功耗节点判断是否超时，若是，则执行步骤S60；若否，则执行步骤S30；

S60、所述低功耗节点进入休眠状态。

2.根据权利要求1所述的低功耗数据主动上报方法，其特征在于，所述数据发送请求是所述低功耗节点主动发起的，所述数据接收请求是所述路由节点发起的。

3.根据权利要求1所述的低功耗数据主动上报方法，其特征在于，所述低功耗节点将待上报数据发送至路由节点后即刻进入休眠状态，并在t秒后进入数据接收窗口，并判断是否有数据接收请求。

4.根据权利要求1所述的低功耗数据主动上报方法，其特征在于，所述低功耗节点和所述路由节点之间采用异频进行通信，所述低功耗节点接收配置数据的接收频点为486MHz以后，所述低功耗节点发送所述待上报数据的发送频点为470～510MHz。

5.根据权利要求4所述的低功耗数据主动上报方法，其特征在于，S30、所述低功耗节点在所述待上报数据发送后t秒，进入数据接收窗口，并判断是否有数据接收请求，具体包括步骤：

S310、所述低功耗节点侦听并判断空中信号的场强是否大于设定阈值，若是，则执行步骤S320；若否，则执行步骤S60；所述空中信号包括前导码、帧分隔符、帧长、信道索引、标准识别号、帧头校验码、物理层载荷和帧校验序列；

S320、接收并判断解析是否有前导码，若否，则执行步骤S60；若是，则执行步骤S330；

S330、接收并判断解析帧分隔符、信道索引、标准识别号、帧头校验码是否匹配，若否，则执行步骤S50，若是，则执行步骤S40。

6.根据权利要求5所述的低功耗数据主动上报方法，其特征在于，所述前导码被所述低功耗节点或路由节点用来对接收信号进行码片和码元同步；所述帧分隔符用来指示SHR的结束和PHR数据的开始；所述帧长为1字节长度，表示长度为PSDU中包含的字节数加上3个字节；所述信道索引为所述路由节点指定发送所述配置数据的无线信道号，所述信道索引的公式为：所述信道索引＝信道组号*2+信道号；所述标准识别号为1字节长度，范围为1～99的BCS码；所述帧头校验码为1字节长度，为物理层数据包PHR前面3个字节异或运算结果；所述物理层载荷具有可变的长度，负责传送所述物理层数据包里的数据；所述帧校验序列的长度为16比特，包含了一个16比特CRC-ITU的序列。

7.根据权利要求1-6任一项所述的低功耗数据主动上报方法，其特征在于，所述低功耗节点和所述路由节点之间采用异速进行通信，所述低功耗节点向所述路由节点发送所述待上报数据的速率为10Kbps，所述路由节点向所述低功耗节点发送所述配置数据的速率为25Kbps。

8.一种计算机可读的存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现权利要求1-7任一项所述的低功耗数据主动上报方法。

9.一种低功耗数据主动上报装置，其特征在于，包括处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述处理器执行如权利要求1-7任一项所述的低功耗数据主动上报方法。

10.一种低功耗数据主动上报系统，其特征在于，包括路由节点、与所述路由节点进行无线通信的低功耗节点；所述低功耗节点包括低功耗数据主动上报装置；

所述低功耗数据主动上报装置包括处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述处理器执行如权利要求1-7任一项所述的低功耗数据主动上报方法。