CN111510891B - 认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法、设备及存储设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种认知WIFI与LPWA互操作的物联网通信方法、设备及存储设备;其方法包括:传感器网络层将多个主节点的传感器数据发送至异构通信平台;异构通信平台对每个主节点的当前通信环境进行认知,并根据认知结果选择一种数据通信方式;异构通信平台将网关与对应主节点之间的通讯方式切换为选择的数据通信方式,并根据预设的通信协议进行通信。本发明的有益效果是:将LPWA低功耗广域通信方式和短距离无线传输技术WIFI结合起来,通过对不同通信环境的通信要求进行认知,然后对WIFI与LPWA进行有目标选择和切换,在保持高定位精度的同时又可以延伸定位信号的覆盖范围,提高了现有技术物联网通信的效果,扩大了物联网的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及物联网通信技术领域,尤其涉及一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法、设备及存储设备。
背景技术
LPWA为一种低功耗广域通信技术,包含NB-IoT、LoRa以及Sigfox等,其弥补了蜂窝通信技术的高功耗与高成本,又补齐了WiFi、蓝牙、zigbee等技术在传输距离和接入量上的限制。
物联网通信需求变化多端,仅依靠传统的WiFi、蓝牙、zigbee等技术已经无法满足日益变化的物联网通信,因此,如何将LPWA与传统的通信方式进行结合,并根据具体的通信需求和环境进行相应的切换是一个丞待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法、设备及存储设备,一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法,应用于物联网通信系统中,所述物联网通信系统包括异构通信平台和传感器网络层;所述传感器网络层包括多个用于采集数据的传感器,每个传感器为一个主节点;所述异构通信平台包括网关;其特征在于:
所述网关具备双模通讯方式,分别为WIFI模式通讯和LPWA模式通讯;
所述一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法,具体包括:
S101:传感器网络层将多个主节点的传感器数据发送至异构通信平台;
S102:异构通信平台对每个主节点的当前通信环境进行认知,并根据认知结果选择一种数据通信方式;所述数据通信方式包括WIFI通信和LPWA通信;其中,LPWA通信为NB-IoT、LoRa或者Sigfox中的一种;
S103:异构通信平台将网关与对应主节点之间的通讯方式切换为选择的数据通信方式,并根据预设的通信协议进行通信。
通过以上技术方案,将LPWA低功耗广域通信方式和短距离无线传输技术WiFi结合起来,形成一种WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法,通过对不同通信环境的通信要求进行认知,然后对WiFi与LPWA进行有目标选择和切换,在保持高定位精度的同时又可以延伸定位信号的覆盖范围,提高了现有技术物联网通信的效果,扩大了物联网的应用范围。
进一步对,步骤S101中,异构通信平台根据主节点的通信距离和丢包率对主节点的当前通信环境进行认知,具体包括:
判断所述通信距离是否大于或者等于WIFI模式的最大通信距离;若是,则选择LPWA模式通信;否则:分别在WIFI模式和LPWA模式下通信T(预设值)秒钟,并计算WIFI模式和LPWA模式下的丢包率pWIFI和pLPWA;
其中丢包率计算公式如下:
上式中,NED为k模式下的主节点尝试发送至网关的包总数,Rcei为k模式下,网关成功接收到的包总数;k代表WIFI或者LPWA;
若pWIFI≥pLPWA,则选择LPWA模式通信,否则,选择WIFI模式通信。
首先根据通信距离将WIFI和LPWA通信进行初步划分,若通信距离在WIFI的最大通讯距离之内,则代表两种通讯模式均可选择,则根据丢包率的大小来选择一种最合适的通讯模式,如此一来,便可以在通信环境的基础上有目的的切换WIFI和LPWA通信模式。
进一步地,异构通信平台对主节点的当前通信环境进行认知之前,异构通信平台初始化主节点的节点编号,具体包括:
S201:异构通信平台打开WIFI热点并接收主节点的连接请求;
S202:主节点均与所述异构通信平台成功连接后,异构通信平台按照IP地址搜索主节点;
S203:主节点接收到搜索指令后,与本地IP进行比较;若相同,则发送注册指令至异构通信平台,并将IP的第三节的最后两位作为其节点编号;
S204:异构通信平台接收到主节点的注册指令后,记录该主节点的节点编号。
在异构通信平台和主节点组成的局域网中,主节点的IP是异构通信平台动态分配的。在经过一定时间后,主节点的IP会再一次重新分配,那么主节点的IP就有可能变动,从而使得异构通信平台上存储的传感器类型信息与主节点不匹配。如果使用固定IP,那么当异构通信平台上WIFI的信息修改过后,每一个主节点都要做修改,会有很大的工作量,所以给每一个主节点都进行编号,以解决上述问题。
进一步地,异构通信平台对主节点的当前通信环境进行认知之前,异构通信平台初始化主节点的通信密码,具体包括:
S301:异构通信平台随机生成一个密码;
S302:异构通信平台按照所述节点编号遍历所有在线的主节点,将包含新密码的密码修改指令发送给各在线的主节点;
S303:主节点收到密码修改指令后,修改本地密码,在之后的通信中使用此密码作为通信密码。
进一步地,主节点密码修改完成后,发送一条密码修改应答信号至所述异构通信平台,报告其通信密码已经初始化完成。
进一步地,步骤S103中,预设的通信协议的数据帧格式依次包括:节点编号和通信密码;所述节点编号,用于搜索主节点;所述通信密码,用于保障数据传输安全。
进一步地,所述异构通信平台还包括外部存储器,用于存储主节点传输的传感器数据,以防止掉电情况下的数据丢失。
一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储指令及数据用于实现一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法。
一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信设备,包括:处理器及所述存储设备;所述处理器加载并执行所述存储设备中的指令及数据用于实现一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是:
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明实施例中一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法流程示意图;
图2是本发明实施例中物联网通信系统示意图;
图3是本发明实施例中硬件设备工作的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法、设备及存储设备。
请参考图1,图1是本发明实施例中一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法;应用于如图2所示的物联网通信系统中,所述物联网通信系统包括异构通信平台和传感器网络层;
所述物联网通信系统还包括广域网层;所述广域网层包括服务器和数据库,所有的传感器数据最终都会传输到这一层;
所述传感器网络层包括多个用于采集数据的传感器,每个传感器为一个主节点;所述异构通信平台包括网关;所述网关具备双模通讯方式,分别为WIFI模式通讯和LPWA模式通讯,两种模式均采用现有的通讯模块;
所述一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法,具体包括如下步骤:
S101:传感器网络层将多个主节点的传感器数据发送至异构通信平台;
S102:异构通信平台对每个主节点的当前通信环境进行认知,并根据认知结果选择一种数据通信方式;所述数据通信方式包括WIFI通信和LPWA通信;其中,LPWA通信为NB-IoT、LoRa或者Sigfox中的一种;
S103:异构通信平台将网关与对应主节点之间的通讯方式切换为选择的数据通信方式,并根据预设的通信协议进行通信。
异构通信平台根据主节点的通信距离和丢包率对主节点的当前通信环境进行认知,具体包括:
判断所述通信距离是否大于或者等于WIFI模式的最大通信距离;若是,则选择LPWA模式通信;否则:
分别在WIFI模式和LPWA模式下通信T秒钟,并计算WIFI模式和LPWA模式下的丢包率pWIFI和pLPWA;
其中丢包率计算公式如下:
上式中,NED为k模式下的主节点尝试发送至网关的所有包总数,Rcei为k模式下,网关成功接收到的包总数,k代表WIFI或者LPWA;
若pWIFI≥pLPWA,则选择LPWA模式通信,否则,选择WIFI模式通信。
异构通信平台对主节点的当前通信环境进行认知之前,异构通信平台初始化主节点的节点编号,具体包括:
S201:异构通信平台打开WIFI热点并接收主节点的连接请求;
S202:主节点均与所述异构通信平台成功连接后,异构通信平台按照IP地址搜索主节点;
S203:主节点接收到搜索指令后,与本地IP进行比较;若相同,则发送注册指令至异构通信平台,并将IP的第三节的最后两位作为自己的节点编号;
S204:异构通信平台接收到主节点的注册指令后,记录该主节点的节点编号,在之后的通信中直接使用所述节点编号访问主节点,不再使用IP地址。每次开机之后均初始化依次节点编号,以便于增加或者减少主节点。
异构通信平台对主节点的当前通信环境进行认知之前,异构通信平台初始化主节点的通信密码,具体包括:
S301:异构通信平台随机生成一个密码;
S302:异构通信平台按照所述节点编号遍历所有在线的主节点,将包含新密码的密码修改指令发送给各在线的主节点;
S303:主节点收到密码修改指令后,修改本地密码,在之后的通信中使用此密码作为通信密码。
主节点密码修改完成后,发送一条密码修改应答信号至所述异构通信平台,报告其通信密码已经初始化完成。
所述异构通信平台还包括外部存储器,用于存储主节点传输的传感器数据,以防止掉电情况下的数据丢失。
步骤S103中,预设的通信协议的数据帧格式依次包括:帧头、分隔符、节点编号、分隔符、通信密码、分隔符、主节点数据和帧尾;
所述帧头用于表示一帧新的数据;
所述分隔符,用于分割数据;
所述节点编号,用于搜索主节点,只有主节点的节点编号与数据流中的节点编号匹配时,数据才会被处理;
所述密码,用于保障数据传输安全,只有密码短与网关本地密码匹配时,网关才接受数据,以防止恶意网络攻击。
请参见图3,图3是本发明实施例的硬件设备工作示意图,所述硬件设备具体包括:一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信设备301、处理器302及存储设备303。
一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信设备301:所述一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信设备301实现所述一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法。
处理器302:所述处理器302加载并执行所述存储设备303中的指令及数据用于实现所述一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法。
计算机可读存储介质303:所述计算机可读存储介质303存储指令及数据;所述存储设备303用于实现所述一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法。
本发明的有益效果是:本发明将LPWA低功耗广域通信方式和短距离无线传输技术WiFi结合起来,形成一种WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法,通过对不同通信环境的通信要求进行认知,然后对WiFi与LPWA进行有目标选择和切换,在保持高定位精度的同时又可以延伸定位信号的覆盖范围,提高了现有技术物联网通信的效果,扩大了物联网的应用范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法,应用于物联网通信系统中,所述物联网通信系统包括异构通信平台和传感器网络层;所述传感器网络层包括多个用于采集数据的传感器,每个传感器为一个主节点;所述异构通信平台包括网关;其特征在于:
所述网关具备双模通讯方式,分别为WIFI模式通讯和LPWA模式通讯;
所述一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法,具体包括如下步骤:
S101:传感器网络层将多个主节点的传感器数据发送至异构通信平台;
S102:异构通信平台对每个主节点的当前通信环境进行认知,并根据认知结果选择一种数据通信方式;所述数据通信方式包括WIFI通信和LPWA通信;其中,LPWA通信为NB-IoT、LoRa或者Sigfox中的一种;
S103:异构通信平台将网关与对应主节点之间的通讯方式切换为选择的数据通信方式,并根据预设的通信协议进行通信;
步骤S102中,异构通信平台根据主节点的通信距离和丢包率对主节点的当前通信环境进行认知,具体包括:
判断所述通信距离是否大于或者等于WIFI模式的最大通信距离;若是,则选择LPWA模式通信;否则:
分别在WIFI模式和LPWA模式下通信T秒钟,并计算WIFI模式和LPWA模式下的丢包率pWIFI和pLPWA;
其中丢包率计算公式如下:
上式中,NED为k模式下的主节点尝试发送至网关的包总数,Rcei为k模式下,网关成功接收到的包总数;k代表WIFI或者LPWA;
若pWIFI≥pLPWA,则选择LPWA模式通信,否则,选择WIFI模式通信。
2.如权利要求1所述的一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法,其特征在于:异构通信平台对主节点的当前通信环境进行认知之前,异构通信平台初始化主节点的节点编号,具体包括:
S201:异构通信平台打开WIFI热点并接收主节点的连接请求;
S202:主节点均与所述异构通信平台成功连接后,异构通信平台按照IP地址搜索主节点;
S203:主节点接收到搜索指令后,与本地IP进行比较;若相同,则发送注册指令至异构通信平台,并将IP的第三节的最后两位作为其节点编号;
S204:异构通信平台接收到主节点的注册指令后,记录该主节点的节点编号。
3.如权利要求2所述的一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法,其特征在于:异构通信平台对主节点的当前通信环境进行认知之前,异构通信平台初始化主节点的通信密码,具体包括:
S301:异构通信平台随机生成一个密码;
S302:异构通信平台按照所述节点编号遍历所有在线的主节点,将包含新密码的密码修改指令发送给各在线的主节点;
S303:主节点收到密码修改指令后,修改本地密码,在之后的通信中使用此密码作为通信密码。
4.如权利要求3所述的一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法,其特征在于:主节点密码修改完成后,发送一条密码修改应答信号至所述异构通信平台,报告其通信密码已经初始化完成。
5.如权利要求4所述的一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法,其特征在于:步骤S103中,预设的通信协议的数据帧格式依次包括:节点编号和通信密码;所述节点编号,用于搜索主节点;所述通信密码,用于保障数据传输安全。
6.如权利要求1所述的一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法,其特征在于:所述异构通信平台还包括外部存储器,用于存储主节点传输的传感器数据。
7.一种计算机可读存储介质,其特征在于:所述计算机可读存储介质存储指令及数据用于实现权利要求1~6所述的任意一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法。
8.一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信设备,其特征在于:包括:处理器及存储设备;所述处理器加载并执行存储设备中的指令及数据用于实现权利要求1~6所述的任意一种认知WiFi与LPWA互操作的物联网通信方法。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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