CN110138672A - 一种物联网数据传输方法及系统 - Google Patents

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刘志华
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Abstract

本发明涉及物联网数据传输技术领域，具体为一种物联网数据传输方法及系统，该方法包括以下步骤：S1：主节点向与其直接连接的下一级子节点传输数据包；各级子节点在完成数据接收后向与其直接连接的下一级子节点传输数据包；S2：主节点计算完成数据接收的子节点的数量占比，并在数量占比达到占比预设值后向未完成数据接收的各级子节点传输数据包。待传输数据为升级数据，各级子节点接收完毕升级数据后进行版本升级。本发明提供的一种物联网数据传输方法及系统，能够解决物联网设备全网分发数据给网络带来的网络拥堵、数据丢失等问题，提高网络的数据传输效率。

Description

一种物联网数据传输方法及系统
技术领域
本发明涉及物联网数据传输技术领域，具体为一种物联网数据传输方法及系统。
背景技术
随着网络通信技术的飞速发展，为物联网技术的发展提供了有利契机，物联网(Internet of Things，IoT)由具有异构特征的许多设备(比如传感器、智能手机和嵌入式系统等)组成，在物联网中，除了需要传输各个设备的工作数据外，常常还会有一些需要向网内所有设备传输的内部控制数据，例如配置参数数据、更新固件数据等，传输这些内部控制数据时往往需要占用整个网络，现有技术中尚未有针对这些数据传输的优化方法，而是整体同时进行数据传输，这对于数量较少的物联网网络不会有太大的影响，但是对于节点较多的网络，则会给网络带来很多问题。
以固件升级为例，随着物联网技术的广泛应用，对物联网网络中的设备进行全网升级的需求也就越来越频繁。现有技术中在进行全网升级的过程中，各个节点的设备是同时进行升级的，如果有大量的设备同时进行升级数据的传输以及升级操作，则会给网络带来的网络拥堵，造成升级数据包丢失等问题，使网络有较大的波动，升级容易受时间和网络负荷的影响而导致不能及时升级或升级失败的问题。
发明内容
本发明意在提供一种物联网数据传输方法及一种物联网数据传输系统，能够解决物联网设备全网分发数据给网络带来的网络拥堵、数据丢失等问题，提高网络的数据传输效率。
为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：
一种物联网数据传输方法，包括以下步骤：
S1：主节点向与其直接连接的下一级子节点传输数据包；各级子节点在完成数据接收后向与其直接连接的下一级子节点传输数据包；
S2：主节点计算完成数据接收的子节点的数量占比，并在数量占比达到占比预设值后向未完成数据接收的各级子节点传输数据包。
本发明的技术方案，通过使用逐级数据传输的方式并且主节点可以根据整个网络的数据传输进度进行越级传输，进而调控整体传输进度，解决了物联网中树状网络所有设备同时进行数据传输给网络带来的网络拥堵、数据包传输途中丢失等问题，提高了整个网络的数据传输效率；同时不会发生所有节点都在传输内部控制数据的情况，可以保证在数据传输过程中节点对外的可用性。
进一步，所述S1具体包括：
主节点广播待传输数据信息；
以主节点为当前节点，执行以下步骤：
S100：当前节点向与其直接连接的下一级子节点广播数据请求的避让时间窗口；
S200：下一级子节点在避让时间窗口内的随机时间向当前节点发送数据传输请求；
S300：当前节点接收并根据数据传输请求广播数据包；
S400：下一级子节点监听当前节点的广播数据包，若没有监听到数据包，则发送数据传输请求，若监听到数据包则对数据包进行判断，若数据包为自己请求的数据，则接收数据包并请求下一数据包，若数据包为其他子节点请求的数据则等待下一个避让时间窗口；
S500：接收完所有的数据包后的下一级子节点以自己为当前节点重复执行S100到S500直至当前节点为最末级的子节点。
通过避让时间窗口，让各个子节点在避让窗口的随机时间进行数据请求，可以进一步降低网络碰撞的概率，通过当前节点进行数据包的广播，可以同时向多个子节点发送数据包，提高数据传输效率。
进一步，待传输数据为升级数据，各级子节点接收完毕升级数据后进行版本升级。
在进行设备升级时，通过使用这种树状网络结构，逐级传输升级数据，然后进行升级，一方面可以避免集中升级造成网络拥堵，影响数据传输，提高升级效率，另一方面可以避免同时升级造成的服务中断，保证可用性。
进一步，S2具体包括：
各级子节点向主节点发送数据接收进度；
主节点根据各级子节点的数据接收进度判断已完成数据传输的子节点的数量占比是否达到占比预设值，若是，则发送越级传输单播；
未完成数据传输的各级子节点接收到越级传输单播后向主节点发送数据传输请求，主节点根据数据传输请求回复数据。
主节点根据已完成数据传输的子节点的数量占比就可以得到当前网络总体的数据传输进度，当完成一定比例的子节点后，由主节点来承担剩余子节点的数据传输工作，可以协助加快数据传输更新的速度，减少子节点的占用。
进一步，各级子节点将已经接收的数据包的数量与待传输数据的总的数据包数量的比值作为数据接收进度，各级子节点在数据接收进度每达到预设百分比的倍数时向主节点发送数据接收进度。通过数据包的数量来计算数据接收进度，按照固定的百分比间隔来发送数据接收进度，可以减少数据发送量。
进一步，越级传输单播包含避让时间窗口，未完成数据传输的各级子节点在避让时间窗口内的随机时间向主节点发送数据传输请求。通过避让时间窗口，减少网络碰撞，提高网络数据传输效率。
进一步，所述占比预设值为60％。60％代表着一半以上的设备完成了数据传输，在60％的子节点完成数据传输后再由主节点进行越级数据传输，既可以保证网络内大多数的设备完成数据传输，又可以降低子节点传输数据的占用，可以有效的提高数据传输效率。
进一步，所述待传输数据信息包括数据包大小、数据包数量和校验信息。
各个子节点根据数据包的大小、数量和校验信息来生成数据传输请求，校验数据或计算数据接收进度。
进一步，主节点广播待传输数据信息时执行以下步骤：
主节点根据当前网络接入的各级子节点的数量计算广播时间间隔；
主节点按照计算出的广播时间间隔来广播待传输数据信息。
根据子节点的数量来计算广播的时间间隔，既可以保证节点可以监听到广播数据，又尽可能减少广播的次数，降低信道的占用和功耗开销。
进一步，本发明的另一目的在于提供一种物联网数据传输系统，包括主节点和多级子节点，所述主节点能够向与其直接连接的下一级子节点传输数据包，各级子节点在接收完所有数据后能够向与其直接连接的下一级子节点传输数据包，各级子节点还能够向主节点发送数据接收进度，所述主节点还用于根据数据接收进度计算已完成数据传输的子节点的数量的占比并在占比达到占比预设值后向未完成数据传输的各级子节点传输数据包。
上述方案通过使用逐级数据传输的方式，解决了物联网中树状网络所有设备同时进行数据传输给网络带来的网络拥堵、数据包传输途中丢失等问题，提高了整个网络的数据传输效率。同时可以保证在数据传输过程中节点对外的可用性。
附图说明
图1为本发明一种物联网数据传输系统实施例中的网络结构图；
图2为本发明一种物联网数据传输方法实施例中具体示例的网络结构图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
如图1所示，本实施例一种物联网数据传输方法使用了图1所示的树形网络架构，该网络包括一个主节点和两级子节点，分别用子节点和次子节点表示，该方法包括以下步骤：
S1：主节点向与其直接连接的下一级子节点传输数据包；各级子节点在完成数据接收后向与其直接连接的下一级子节点传输数据包；
S2：主节点计算完成数据接收的子节点的数量占比，并在数量占比达到占比预设值后向未完成数据接收的各级子节点传输数据包。
S1具体包括：
S1-1：主节点广播待传输数据信息；待传输数据信息包括数据包大小、数据包数量和校验信息；
主节点广播待传输数据信息时执行以下步骤：
本实施例中，主节点根据当前网络接入的各级子节点的数量计算广播时间间隔；在本申请的其他实施例中，主节点按照预设的时间间隔进行广播。根据子节点的数量来计算广播的时间间隔，既可以保证节点可以监听到广播数据，又尽可能减少广播的次数，降低信道的占用和功耗开销。
主节点按照计算出的广播时间间隔来广播待传输数据信息。
S1-2：以主节点为当前节点，执行以下步骤：
S100：当前节点向与其直接连接的下一级子节点广播数据请求的避让时间窗口；
S200：下一级子节点在避让时间窗口内的随机时间向当前节点发送数据传输请求；
S300：当前节点接收并根据数据传输请求广播数据包；
S400：下一级子节点监听当前节点的广播数据包，若没有监听到数据包，则发送数据传输请求，若监听到数据包则对数据包进行判断，若数据包为自己请求的数据，则接收数据包并请求下一数据包，若数据包为其他子节点请求的数据则等待下一个避让时间窗口；
S500：接收完所有的数据包后的下一级子节点以自己为当前节点重复执行S100到S500直至当前节点为最末级的子节点。
S2具体包括：
S2-1：各级子节点向主节点发送数据接收进度；本实施例中，各级子节点将已经接收的数据包的数量与待传输数据的总的数据包数量的比值作为数据接收进度，各级子节点在数据接收进度每达到预设百分比的倍数时向主节点发送数据接收进度，本实施例中，预设百分比为5％，即子节点每接收到5％的数据包就向主节点发送一次数据接收进度。
S2-2：主节点根据各级子节点的数据接收进度判断已完成数据传输的子节点的数量占比是否达到占比预设值，若是，则发送越级传输单播；本实施例中，占比预设值为60％，越级传输单播包含避让时间窗口。
S2-3：未完成数据传输的各级子节点接收到越级传输单播后在避让时间窗口内的随机时间向主节点发送数据传输请求，主节点根据数据传输请求回复数据。
本实施例中，上述方法应用在物联网设备升级方面，即待传输数据为升级数据。各级子节点接收完毕升级数据后进行版本升级。在进行设备升级时，通过使用这种树状网络结构，逐级传输升级数据，然后进行升级，一方面可以避免集中升级造成网络拥堵，影响数据传输，提高升级效率，另一方面可以避免同时升级造成的服务中断，保证可用性。
本实施例还提供一种物联网数据传输系统，该系统采用树状网络结构，该系统包括主节点和多级子节点，所述主节点能够向与其直接连接的下一级子节点传输数据包，各级子节点在接收完所有数据后能够向与其直接连接的下一级子节点传输数据包，各级子节点还能够向主节点发送数据接收进度，所述主节点还用于根据数据接收进度计算已完成数据传输的子节点的数量的占比并在占比达到占比预设值后向未完成数据传输的各级子节点传输数据包。
本实施例中，以一种PLC网络中的树状网络设备进行固件升级为例，如图2所示，该网络共有三级节点，主节点为CCO，主节点CCO的子节点为PCO1、PCO2…PCOn和STAm，PCO1的子节点为STA11、STA12…STA1n，PCOn的子节点为STAn1、STAn2…STAnn。
首先CCO根据网络规模，即连接的PCO和STA的数量，计算广播时间间隔，然后按照计算出的时间间隔广播升级数据信息，在本申请的其他实施例中也可以按照预设的时间间隔进行广播。升级数据信息包含数据包的大小、数据包的数量、版本信息和校验信息。
各个PCO和各个STA监听CCO广播的升级数据信息。
CCO启动与之直连的节点设备，即PCO1、PCO2…PCOn和STAm，启动主动报文包含避让时间窗口大小，与CCO直连的PCO1、PCO2…PCOn和STAm在避让时间窗口内的随机时间向CCO发送数据传输请求并以避让时间窗口大小作为时间窗口启动下一次请求的定时器。COO在接收数据传输请求后会向所有直连子节点广播回复数据。某一子节点如果在定时器时间窗口内接收到自己请求的数据会请求下一块缺失数据；如果在定时器时间窗口内监听到其它节点的请求数据会重置定时器以等待下一次时间窗口，从而避免请求竞争；如果在定时器时间窗口内没有接收到升级数据会请求当前缺失数据包。
当接收完毕数据后，子节点设备根据接收的升级包进行版本升级，当与CCO直连的PCO1、PCO2…PCOn和STAm升级完成后。PCO1、PCO2…PCOn广播升级数据信息，次子节点STA11、STA12…STA1n在避让时间窗口内随机向PCO1请求升级数据；次子节点STAn1、STAn2…STAnn在避让时间窗口内随机向PCOn请求升级数据。次子节点STA11、STA12…STAnn收到数据包后，启动升级。
当每个PCO和STA数据接收进度每达到5％的整数倍时，会主动向CCO数据接收进度，数据接收进度可以代表各个节点设备的升级进度。当全网已经完成数据传输且升级成功的子节点数量占60％以上时，CCO开始定期发单播邀请未完成数据接收和升级的STA主动向CCO请求升级数据包，该单播中包含避让时间窗口。未完成数据接收和升级的STA在避让时间窗口内随机向CCO发送数据传输请求。CCO根据数据传输请求单播发送升级数据包。STA收到所有数据包后，启动升级。
以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种物联网数据传输方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：主节点向与其直接连接的下一级子节点传输数据包；各级子节点在完成数据接收后向与其直接连接的下一级子节点传输数据包；
S2：主节点计算完成数据接收的子节点的数量占比，并在数量占比达到占比预设值后向未完成数据接收的各级子节点传输数据包。
2.根据权利要求1所述的一种物联网数据传输方法，其特征在于：所述S1具体包括：
主节点广播待传输数据信息；
以主节点为当前节点，执行以下步骤：
S100：当前节点向与其直接连接的下一级子节点广播数据请求的避让时间窗口；
S200：下一级子节点在避让时间窗口内的随机时间向当前节点发送数据传输请求；
S300：当前节点接收并根据数据传输请求广播数据包；
S400：下一级子节点监听当前节点的广播数据包，若没有监听到数据包，则发送数据传输请求，若监听到数据包则对数据包进行判断，若数据包为自己请求的数据，则接收数据包并请求下一数据包，若数据包为其他子节点请求的数据则等待下一个避让时间窗口；
S500：接收完所有的数据包后的下一级子节点以自己为当前节点重复执行S100到S500直至当前节点为最末级的子节点。
3.根据权利要求2所述的一种物联网数据传输方法，其特征在于：待传输数据为升级数据，各级子节点接收完毕升级数据后进行版本升级。
4.根据权利要求1所述的一种物联网数据传输方法，其特征在于：S2具体包括：
各级子节点向主节点发送数据接收进度；
主节点根据各级子节点的数据接收进度判断已完成数据传输的子节点的数量占比是否达到占比预设值，若是，则发送越级传输单播；
未完成数据传输的各级子节点接收到越级传输单播后向主节点发送数据传输请求，主节点根据数据传输请求回复数据。
5.根据权利要求4所述的一种物联网数据传输方法，其特征在于：各级子节点将已经接收的数据包的数量与待传输数据的总的数据包数量的比值作为数据接收进度，各级子节点在数据接收进度每达到预设百分比的倍数时向主节点发送数据接收进度。
6.根据权利要求4所述的一种物联网数据传输方法，其特征在于：越级传输单播包含避让时间窗口，未完成数据传输的各级子节点在避让时间窗口内的随机时间向主节点发送数据传输请求。
7.根据权利要求4所述的一种物联网数据传输方法，其特征在于：所述占比预设值为60％。
8.根据权利要求2所述的一种物联网数据传输方法，其特征在于：所述待传输数据信息包括数据包大小、数据包数量和校验信息。
9.根据权利要求3所述的一种物联网数据传输方法，其特征在于：主节点广播待传输数据信息时执行以下步骤：
主节点根据当前网络接入的各级子节点的数量计算广播时间间隔；
主节点按照计算出的广播时间间隔来广播待传输数据信息。
10.一种物联网数据传输系统，包括主节点和多级子节点，其特征在于：所述主节点能够向与其直接连接的下一级子节点传输数据包，各级子节点在接收完所有数据后能够向与其直接连接的下一级子节点传输数据包，各级子节点还能够向主节点发送数据接收进度，所述主节点还用于根据数据接收进度计算已完成数据传输的子节点的数量的占比并在占比达到占比预设值后向未完成数据传输的各级子节点传输数据包。
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