CN111601330B - 一种基于地理位置的无线中继传输的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于地理位置的无线中继传输的方法和设备，该方法包括如下步骤：S1、上游从机无线设备获取自身的通信数据，包括地理位置数据和监测数据；S2、上游从机无线设备广播无线数据；S3、周边从机无线设备接收到广播的无线数据后获取自身的通信数据，基于地理位置数据分别计算自身以及与之广播通信的上游从机无线设备与主机无线设备的距离；S4、若周边从机无线设备距离主机无线设备距离较近，则周边从机无线设备携带接收的通信数据以及自身通信数据继续无线广播重复S3～S4直至通信数据传输至主机无线设备处，否则周边从机无线设备停止无线传输。与现有技术相比，本发明可提高偏远地带无线监控设备的部署效率和信息传播效率。

Description

一种基于地理位置的无线中继传输的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种无线信号传输技术领域，尤其是涉及一种基于地理位置的无线中继传输的方法及设备。

背景技术

物联网是利用无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物互联互通的网络。目前多数物联网设备基于运营商网络进行数据传输，由运营商的基站完成数据中继，然后在一些特殊的应用场合，物联网组网存在一些困难：

偏远和较老的交通线路需要监控道路健康状态建立运营商基站或者铺设电缆成本较高，同时由于偏远山区运营商支持较弱，实现物联网监控较复杂；

大江大河的上游段也多在西部和山区，电信网络覆盖也较差，而随着物联网的深入发展，对河流水质、流速等自然环境的变化监测也变得越来越重要；

现代化大型农业建设、森林监测需要更多的无线物联网传感器接入，高效低成本的解决通讯问题将大大促进第一产业的信息化建设；

传统的无损检测很难做到在线监测，随着如超声波检测等各种检测技术的小型化，在线监测将变得越来越成熟，解决长线路铁轨在线监测的无线通讯系统组网有助于对传统轨道线路的实时监测、健康档案建立和状态评估。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可提高偏远地带无线监控设备的部署效率和信息传播效率的基于地理位置的无线中继传输的方法和设备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于地理位置的无线中继传输的方法，该方法包括如下步骤：

S1、待数据传输的上游从机无线设备获取自身的通信数据，所述的通信数据包括地理位置数据和监测数据；

S2、上游从机无线设备广播无线数据；

S3、周边从机无线设备接收到广播的无线数据后获取自身的通信数据，基于地理位置数据分别计算自身以及与之广播通信的上游从机无线设备与主机无线设备的距离；

S4、若周边从机无线设备距离主机无线设备距离较近，则周边从机无线设备携带接收的通信数据以及自身通信数据继续无线广播重复S3～S4直至通信数据传输至主机无线设备处，否则周边从机无线设备停止无线传输。

优选地，所述的地理位置数据通过全球卫星定位系统获取或读取预先存储在设备中的地理位置数据。

优选地，各设备在无线广播数据过程中还携带自身固有的设备标识以及流转标识符。

优选地，在无线广播过程中，每经过一个设备广播出去的数据，其对应的流转标识符依次累加，所述的流转标识符通过时间戳进行流转标识。

优选地，在无线中继传输过程中，若离主机无线设备较近的周边从机无线设备发生损坏无法进行数据中继传输时，达到指定延时，该损坏的设备未向其接收数据的上游从机无线设备作出应答，则上游从机无线设备添加故障设备信息再次进行无线广播，距离主机无线设备次近的的周边从机无线设备进行无线信号中继传输。

优选地，在无线中继传输过程中还包括指定路径传输，具体为：主机无线设备设定传输路径，并广播至各从机无线设备，进而从机无线设备按照设定传输路径进行无线中继传输。

优选地，在无线中继传输过程中通过2.4G频段或433MHZ无线频段进行数据的传输。

一种基于地理位置的无线中继传输设备，该设备包括：

地址位置获取模块，用于获取设备的地理位置数据；

时间管理模块，用于时间的统一和数据传输过程中时间戳的生成；

无线信号传输模块，用于将获取的地理位置数据和待传输监测数据可进行无线传输；

处理模块，用于根据当前设备的地理位置数据和接收到的其他设备的地理位置数据确定是否继续进行数据广播传输，所述的处理模块分别连接地址位置获取模块、时间管理模块和无线信号传输模块；

电源模块，连接上述各模块，用于给提供电力支持。

优选地，所述的地址位置获取模块包括如下至少一种：

a、获取全球定位信息的卫星定位芯片；

b、预先存储地理位置数据的存储器。

优选地，所述的处理模块还用于在数据传输过程中将设备自身固有的设备标识以及流转标识符添加在数据包中进行数据传输。

优选地，所述的设备用于无线组网，其中至少一设备确定为主机无线设备，其余设备确定为从机无线设备。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明通过基于地理位置数据选择与主机无线设备最近的从机无线设备进行数据传输，实现传输路径的最短化，大大提高设备的传输效率；

(2)本发明传输过程中传输通过追踪设备标识以及流转标识符可以计算出各节点之间的传播时间，分析出故障节点的位置，发出节点设备的故障报警，及时进行技术维护；

(3)本发明主机无线设备设定传输路径，并广播至各从机无线设备，进而从机无线设备按照设定传输路径进行无线中继传输，此方式可以避免远端多个设备同时通过某一节点设备进行数据传输中继导致整个系统传输延迟加大；

(4)本发明为山区地质监测、河流水文监测、现代化农业监测、道路监测等物联网设备组网提供了一种高效的无线中继组网方案。

附图说明

图1为从机无线设备采用本发明基于地理位置的无线中继传输方法进行数据传输的流程图；

图2为主机无线设备采用本发明基于地理位置的无线中继传输方法进行数据传输的流程图；

图3为本发明基于地理位置的无线中继传输设备的结构示意图；

图4为本发明地理位置坐标换算的示意图；

图5为本发明一个优选实施例的基于地理位置的无线中继传输的路径示意图。

其中，a1为无线中继传输设备，a101为地理位置获取模块，a102时间管理模块，a103为无线信号传输模块，a104为处理模块，a105为电源模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。

实施例

如图1所示，本发明基于地理位置的无线中继传输方法的具体执行过程为：

在步骤s1中，待数据传输的上游从机无线设备获取自身的通信数据，所述的通信数据包括地理位置数据和监测数据，地理位置数据可以由全球卫星定位系统获取或者读取在设备内部的存储器中的位置数据；

在步骤s2中，上游从机无线设备将携带数据广播无线数据；

在步骤s3中，步骤s2中的上游从机无线设备在进行数据无线广播传输后，在无线传输距离范围内有多台周边从机无线设备接收到s2步骤中上游从机无线设备发送的包含有地理位置数据和监测数据的通信数据，这些接收到通信数据的多台设备将自己的地理位置数据和步骤中s2中上游从机无线设备传输来的地理位置数据进行与主机无线设备的地理位置数据进行三维地理位置距离计算，当计算到当前位置比s2中的位置远离主机时，执行步骤s4停止无线传输。当计算出当前位置距离主机位置更靠近主机时，则执行步骤s5携带前面各从机无线设备的数据和当前进行广播的从机无线设备的数据继续进行无线广播，直到主机无线设备最终接收到数据。在无线中继传输过程中通过2.4G频段或433MHZ无线频段进行数据的传输。

在步骤s1获取当前地理位置数据中，以GPS数据为例如图4进行示例说明。在步骤s301中可以通过GPS获取的数据有UTC世界统一时间数据、经纬度数据、高度等数据。通过步骤s302将经纬度数据换算成距离单位，再进行步骤s303的三维坐标计算各设备与主机的距离。

各设备在无线广播数据过程中还携带自身固有的设备标识以及流转标识符。每经过一个设备广播出去的数据，其对应的流转标识符依次累加，所述的流转标识符通过时间戳进行流转标识。从而可以计算出各节点之间的传播时间，分析出故障节点的位置，发出节点设备的故障报警，提高设备组网的可监控性。

不可避免的系统偶尔会存在故障的情况，因此，在无线中继传输过程中，若离主机无线设备较近的周边从机无线设备发生损坏无法进行数据中继传输时，达到指定延时，该损坏的设备未向其接收数据的上游从机无线设备作出应答，则上游从机无线设备添加故障设备信息再次进行无线广播，距离主机无线设备次近的的周边从机无线设备进行无线信号中继传输。

同时，在无线中继传输过程中还包括指定路径传输，具体为：主机无线设备设定传输路径，并广播至各从机无线设备，进而从机无线设备按照设定传输路径进行无线中继传输。此种情况主要是针对某一从机无线设备发生故障无法进行数据中继传输或通过某一从机无线设备进行数据中继传输的远端从机无线设备过多，导致该点传输量大，从而主机无线设备可以主动规划传输路径，有效避免远端多个设备同时通过某一节点设备进行数据传输中继导致整个系统传输延迟加大。

在图2中是本发明中主机无线设备广播自己位置的方法流程图，步骤s6主机无线设备启动，采用上述步骤s1的方法主机无线设备获取自己的地理位置数据，从而执行步骤s7广播主机位置给各从机，主机无线设备需要将自身的地理位置数据无线传送给所有从机无线设备，在主机无线设备无线覆盖范围内的从机无线设备执行步骤s8：从机无线设备收到主机无线设备信号后返回确认指令，并执行步骤s9：继续广播，并将传播序列加1，继续执行步骤s10：判断下一从机是否收到信息，是则继续执行步骤s9，否则停止无线传播s11并将当前序列号返回到主机无线设备，返回的过程遵循最短路径原则进行返回。

如图3所示，一种基于地理位置的无线中继传输设备a1，无线中继传输设备a1可以为物联网终端、数字广播终端、智能手机等，其具体形式不做限定。该无线中继传输设备a1包括：

地址位置获取模块，用于获取设备的地理位置数据；

时间管理模块a102，用于时间的统一和数据传输过程中时间戳的生成；

无线信号传输模块a103，用于将获取的地理位置数据和待传输监测数据可进行无线传输；

处理模块a104，用于根据当前设备的地理位置数据和接收到的其他设备的地理位置数据确定是否继续进行数据广播传输，所述的处理模块a104分别连接地址位置获取模块、时间管理模块a102和无线信号传输模块a103；

电源模块a105，连接上述各模块，用于给提供电力支持。

上述设备用于无线组网，其中至少一设备确定为主机无线设备，其余设备确定为从机无线设备。

其中，处理模块a104控制整个设备，诸如两设备间地理位置数据的转换、远近计算，分配内存，读取地理位置获取模块a101的地理位置数据与解码，获取时间管理模块a102的时间或将标准时间写入时间管理模块a102；将设备的状态数据、传感数据等通过无线信号模块进行发送；对电源模块a105进行状态监控，并在故障时进行逻辑分析进行无线信号模块进行报警发送；设置当前设备处理周边设备无线信号的优先级等。处理模块a104在检测到电源模块a105或地理位置获取模块a101存在故障时，应立刻获取时间管理模块a102数据，并通过无线信号模块将故障数据传输到周边设备，依次通过中继网络传输到主机进行故障报警。

地理位置获取模块a101可以包含GPS、BDS(北斗)卫星定位系统的一种或多种，开发人员亦可以将固定的设备的地理位置数据写入的设备的内存中而无需提供全球卫星定位系统获取位置数据，开发人员应该知道这种将位置数据写入设备内存中做法可能会因为地理位置环境的变化导致设备真实位置发生变化而影响系统链路的传播。处理模块a104通过定时通过时间管理模块a102获取当前设备位置数据，并进行存档，以便于收到无线中继信号立刻进行位置计算和中转。开发人员应该知道，实时的GPS信号需要强大的计算处理能力同时会产生过高的功耗，而诸如山区、河流上游等地段电力系统并不覆盖，常常布设的为物联网设备，而物联网设备的电力系统可能会容量较小，更换电源麻烦等问题，因此应该根据实际应用场景进行定时获取地理位置，以此减少系统功耗等目的。

时间管理模块a102可以采用集成式的时钟管理模块并搭配时间备用电池，主要为整个设备的日志记录、时间戳的生成、系统定时唤醒等做服务。

无线信号传输模块a103可以包含2.4G、433MHZ频段中的一种频段或两种频段，亦可以包含2.4G频段里的多种通讯协议。应该了解的是，无线电的传输距离和无线增益、天线类型等有很大的关系，所以在进行部署时应该充分考虑环境对传输距离的影响，以保证设备一台设备至少有两台设备可以连通。专业技术人员应理解无线电的通讯协议将影响传播数据的带宽，当然带宽和通讯距离也有一定的关系，无线电通讯协议并不影响本发明所述无线中继传输的方法。

电源模块a105为设备各模块提供电力支持，电源模块a105可以包括电源管理系统，一个或多个电源，如可以同时包含备用锂电池、风力发电系统、光伏发电系统。电源模块a105可以根据时间以及各电源状态进行优先的选择稳定的电力供应系统。

图5是基于地理位置的无线中继传输的路径示意图，整个系统由1-11个如图3所示的线中继传输设备a1组成通讯网络系统，现设定图5中设备1为主机无线设备，其他各设备2-11均为从机无线设备，从机无线设备2-11分别需要向主机无线设备1进行信息汇报。

假定10号设备开始进行无线广播，由于只有9号设备在它的无线传播范围内，所有10号直接通过链路910将数据传送给9号设备。9号设备在收到10号设备传来的数据后进行无线广播，此时7号和10号同时收到9号广播的无线数据，但是7号和10号设备分别进行了位置计算后，10号得出的结论是比9号距离主机远，所以10号不做响应；而7号计算出的结论是比9号距离主机更近，所以7号继续无线广播中继传输。以此类推，最终10号的信息将沿着10→910→9→79→7→67→6→46→4→14→1到达主机1并结束10号设备的信息传播。

根据图5中所示，可以直观的看出设备7、9、10、5、8、11的最短路径都经过6→46→4→14→1。此时主机1根据中转传输的标识符和各设备id可以分析出设备6和4的数据中转量较大，此时主机1通过广播传输路径优化指令。将设备7、9、10传送的数据在7号进行广播时，尽管由于6号设备比2号设备距离主机稍近一些，但是为了分担6号设备的数据传输量降低系统数据传输的延迟，7号设备的数据将通过链路27进行下一步的传输，即由7→27→2→23→3→13→1进行7、9、10设备的信息中转。由图5所见，由于3号比6号距离主机更近，所以主机在设定优化路径时只需设置2号和6号即可。设定如下：来自设备7号的数据广播6号不做处理，2号接收到7号的数据直接进行下一步广播。

不可避免的系统偶尔会存在故障的情况。现假设设备4号故障，6号设备在进行无线广播时，达到指定延时，设备4号仍旧没有答复，则6号设备重新进行一次数据无线广播，并携带4号无响应的信息码，此时3号收到6的无线广播数据，并检测到这段数据携带有4号无响应的数据，则3号中继6号传输来的无线数据。

在上述已经设定1号设备为主机，当1号设备对外发送自己的地理位置数据时，通过链路13和链路14传输给3号和4号设备。3号和4号则继续下一步无线中继传播。3号的无线信号会被2号和6号接收到，但由于6号设备先接收到4号设备的无线信号，所以6号对3号设备传输来的信号不做处理。此传播路径中，各设备优选的处理最快到达的无线信号进行处理。

上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (8)

1.一种基于地理位置的无线中继传输的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、待数据传输的上游从机无线设备获取自身的通信数据，所述的通信数据包括地理位置数据和监测数据；

S2、上游从机无线设备广播无线数据；

S3、周边从机无线设备接收到广播的无线数据后获取自身的通信数据，基于地理位置数据分别计算自身以及与之广播通信的上游从机无线设备与主机无线设备的距离；

S4、若周边从机无线设备距离主机无线设备距离较近，则周边从机无线设备携带接收的通信数据以及自身通信数据继续无线广播重复S3～S4直至通信数据传输至主机无线设备处，否则周边从机无线设备停止无线传输，

在无线中继传输过程中，若离主机无线设备较近的周边从机无线设备发生损坏无法进行数据中继传输时，达到指定延时，该损坏的设备未向其接收数据的上游从机无线设备作出应答，则上游从机无线设备添加故障设备信息再次进行无线广播，距离主机无线设备次近的周边从机无线设备进行无线信号中继传输，

在无线中继传输过程中还包括指定路径传输，具体为：主机无线设备设定传输路径，并广播至各从机无线设备，进而从机无线设备按照设定传输路径进行无线中继传输。

2.根据权利要求1所述的一种基于地理位置的无线中继传输的方法，其特征在于，所述的地理位置数据通过全球卫星定位系统获取或读取预先存储在设备中的地理位置数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于地理位置的无线中继传输的方法，其特征在于，各设备在无线广播数据过程中还携带自身固有的设备标识以及流转标识符，在无线广播过程中，每经过一个设备广播出去的数据，其对应的流转标识符依次累加，所述的流转标识符通过时间戳进行流转标识。

4.根据权利要求1所述的一种基于地理位置的无线中继传输的方法，其特征在于，在无线中继传输过程中通过2.4G频段或433MHZ无线频段进行数据的传输。

5.一种基于地理位置的无线中继传输设备，其特征在于，该设备包括：

地址位置获取模块(a101)，用于获取设备的地理位置数据；

时间管理模块(a102)，用于时间的统一和数据传输过程中时间戳的生成；

无线信号传输模块(a103)，用于将获取的地理位置数据和待传输监测数据可进行无线传输；

处理模块(a104)，用于根据当前设备的地理位置数据和接收到的其他设备的地理位置数据确定是否继续进行数据广播传输，所述的处理模块分别连接地址位置获取模块、时间管理模块和无线信号传输模块；

电源模块(a105)，连接上述各模块，用于给提供电力支持，

在无线中继传输过程中，若离主机无线设备较近的周边从机无线设备发生损坏无法进行数据中继传输时，达到指定延时，该损坏的设备未向其接收数据的上游从机无线设备作出应答，则上游从机无线设备添加故障设备信息再次进行无线广播，距离主机无线设备次近的周边从机无线设备进行无线信号中继传输，

在无线中继传输过程中还包括指定路径传输，具体为：主机无线设备设定传输路径，并广播至各从机无线设备，进而从机无线设备按照设定传输路径进行无线中继传输。

6.根据权利要求5所述的一种基于地理位置的无线中继传输设备，其特征在于，所述的地址位置获取模块(a101)包括如下至少一种：

a、获取全球定位信息的卫星定位芯片；

b、预先存储地理位置数据的存储器。

7.根据权利要求5所述的一种基于地理位置的无线中继传输设备，其特征在于，所述的处理模块(a104)还用于在数据传输过程中将设备自身固有的设备标识以及流转标识符添加在数据包中进行数据传输。

8.根据权利要求5所述的一种基于地理位置的无线中继传输设备，其特征在于，所述的设备用于无线组网，其中至少一设备确定为主机无线设备，其余设备确定为从机无线设备。