CN111787431A - 一种双模组网通讯技术集抄系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无线组网集抄系统中的一种双模组网通讯技术集抄系统及其实现方法，在通信网络中，相互通信的两个节点之间分别通过蓝牙MESH网络通道、470MHz无线网络通道连接，数据发起方同时将数据分别通过蓝牙MESH网络通道和470MHz无线网络通道发出，数据接收方对先接收到的数据进行数据处理并向数据发起方发送应答信号，并直接过滤后接收到的数据，并向数据发起方发送应答信号。本发明采用双模通信方式，既保证了通信的可靠性，又能增加节点的交互能力，两种通信技术相辅相成，充分发挥它们的特性，提高效率。

Description

一种双模组网通讯技术集抄系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及无线组网集抄系统，具体的说，是涉及一种双模组网通讯技术集抄系统及其实现方法。

背景技术

现在的集抄系统中，越来越多的设备开始使用无线协议来进行通讯，无线有着即插即用、免布线等等一系列的好处。但是各种模式的无线通讯方式的优缺点也较为明显。例如：（1）电力线载波集抄系统技术成熟，但是容易受到外界干扰；（2）GPRS方式集抄系统免于布线、通信距离远，但是其成本高、功耗大；（3）Zigbee方式集抄系统采用mesh组网，便于自动维护、功耗低，但是其速率低、交互性差；（4）低功耗蓝牙广泛应用于智能型手机和平板、医疗和健身、智能家庭以及穿戴式装置市场，其通过GATT协议用户可以利用支持BLE的手持设备与附近的蓝牙外设进行直接交互。 但BLE协议不支持mesh网络，通信距离短，可同时连接的设备数量少（一般少于10个）。

蓝牙技术开始全面支持Mesh网状网络后，全新的Mesh功能提供多对多设备传输，并特别提高构建大范围网络覆盖的通信效能，适用于整个物联网市场，包括消费领域和工业领域。但由于技术使用的是2.4GHz频段，其通信距离一般小于100米，穿墙能力也较弱，节点间的稳定通信距离一般要求在50米内。

470MHz由于传输距离最远可达数千米，穿墙能力强、设计简单、功耗低、可快速组网、覆盖范围广、没有使用授权限制，适合用于楼宇、商场、小区等对距离要求高的场所。但是由于手机不支持470Hz无线通信，单一使用这种通信方式的设备不能与手机直接交互，不方便调试。另外，由于使用蓝牙通信的设备众多，470Hz无线没有使用授权限制，它们都容易受到干扰，单一使用一种通信方式可能会因为受干扰而降低使用体验。

上述缺陷，值得解决。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种双模组网通讯技术集抄系统及其实现方法。

本发明技术方案如下所述：

一方面，一种双模组网通讯技术集抄系统，包括设备云/后台系统、网关及若干个智能硬件，所述设备云/后台系统与所述网关进行通信，其特征在于，还包括中心节点和若干个子节点，所述中心节点与所述网关连接，每个所述子节点分别与对应的所述智能硬件连接；

所述中心节点和所述子节点相互通信形成通信网络，所述通信网络包括蓝牙MESH网络和470MHz无线网络，相互通信的所述中心节点与所述子节点之间分别通过蓝牙MESH网络通道、470MHz无线网络通道连接，相互通信的两个所述子节点之间分别通过蓝牙MESH网络通道、470MHz无线网络通道连接。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述设备云/后台系统、所述网关、所述中心节点以及所述子节点均分别与智能终端无线连接。

另一方面，一种双模组网通讯技术集抄系统的实现方法，其特征在于，在通信网络中，数据发起方向数据接收方发送数据时，数据发起方同时将数据分别通过蓝牙MESH网络通道和470MHz无线网络通道发出，数据接收方对先接收到的数据进行数据处理并向数据发起方发送应答信号，数据接收方直接过滤后接收到的数据，并向数据发起方发送应答信号。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明采用蓝牙MESH和470MHz的双模通信方式，既解决蓝牙单模通信距离短、穿墙能力差等问题，又能解决单模470通信速度慢、与智能终端直接交互的问题,不能与手机进行交互的缺陷，既保证了通信的可靠性，又能增加节点的交互能力，两种通信技术相辅相成，充分发挥它们的特性，提高效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的组网流程图。

图3为本发明中通信网络的拓扑图。

图4为中心节点的数据传输流程图。

图5为子节点的数据传输流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

如图1所示，一种双模组网通讯技术集抄系统，包括设备云/后台系统、网关及若干个智能硬件，设备云/后台系统与网关进行通信。还包括中心节点和若干个子节点，中心节点与网关连接，每个子节点分别与对应的智能硬件（包括仪表、灯具等）连接。其中，中心节点负责档案管理和与网关进行通信，子节点负责与智能硬件通信。

设备云/后台系统、网关、中心节点以及子节点均分别与智能终端（手机等蓝牙设备）无线连接。优选的，设备云/后台系统和网关均通过GPRS/4G与智能终端连接，中心节点和子节点均通过蓝牙与智能终端连接，用户可以实时的监控每个环节的信息，手机使用蓝牙直接连接中心节点或者子节点进行状态查询和参数设置操作，保证通信的实时性和提高工作效率。

优选的，中心节点对应的网络模块直插式的固定在网关上，中心节点对应的网络模块与网关之间通过有线TTL串口接口，协商通讯协议相互通讯连接；子节点对应的网络模块直插式的固定在智能硬件上，子节点对应的网络模块直插式的固定在智能硬件上。子节点通过串口或485通信接口与智能硬件连接。

如图2所示，中心节点和子节点相互通信形成通信网络，通信网络包括蓝牙MESH网络和470MHz无线网络，相互通信的中心节点与子节点之间分别通过蓝牙MESH网络通道、470MHz无线网络通道连接，相互通信的两个子节点之间分别通过蓝牙MESH网络通道、470MHz无线网络通道连接。每个节点（中心节点和子节点）均支持BLE协议，并加入蓝牙MESH网络和470MHz无线网络。

本发明中的通信网络包括了一个中心节点和多个子节点，其中每个节点都可以与手机等蓝牙设备进行直接连接通信，实现对节点参数的查询和设置，进而实现本地近距离手机通信；还可以手机等蓝牙设备与其中一个节点通信，该节点再通过蓝牙和470对其他节点进行抄表操作，其解决无线集抄系统在网关与表计之间的通信问题。

通信网络整体上分为应用层和网络层：在通信网络的应用层中，蓝牙MESH网络和470MHz无线网络共用数据接口；在通信网络的其他网络层中，蓝牙MESH网络和470MHz无线网络分别自带各自对应的网络层协议，各自维护自己的网络。

蓝牙MESH网络基于低功耗蓝牙架构，其承载层包括广播承载层和GATT承载层，并负责在低功耗蓝牙广播数据包内收发蓝牙mesh数据包。通过GATT连接来传输代理PDU，PDU的大小根据低功耗蓝牙属性协议（ATT）的最大传输单元（MTU）进行动态设置，完整的蓝牙mesh消息封装在代理PDU或多段消息的各个段中，借此来容纳较长的蓝牙mesh消息。

优选的，470MHz无线网络自组形成星型网络、树形网络或者MESH 网状网络，网络的具体构架由中心节点确定。

优选的，蓝牙MESH网络单独配置数据加密功能；或，蓝牙MESH网络和470MHz无线网络均配置数据加密功能，保证数据传输的安全性。

上述的双模组网通讯技术集抄系统的实现过程为：在通信网络中，数据发起方（称为源节点）向数据接收方（称为目标节点）发送数据时，数据发起方同时将同一帧数据分别通过蓝牙MESH网络通道和470MHz无线网络通道发出，数据将在自己所在的网络进行转发，数据分别从两个网络传输到达目标节点，且到达顺序有先有后。数据接收方（目标节点）对先接收到的数据进行数据处理并向数据发起方（源节点）发送应答信号；后到的数据不被处理，数据接收方（目标节点）直接过滤后接收到的数据，并经由该通道向数据发起方（源节点）发送应答信号。源节点只要在任意一个网络通道上接收到目标节点的应答则认为数据传输完成，否则如果超时限未收到应答则可根据需求决定是否需要重发。

如图3所示，在进行网络通信前，先对集抄系统中所有节点进行组网，允许拥有相同入网密钥的中心节点和子节点入网，形成完整的通信网络。

在组网前，对中心节点和每个子节点进行入网配置，包括Mac地址、短地址以及组网密钥的配置。组网成功的前提是主节点和子节点拥有相同的入网密钥，并且确保每个模块的Mac地址和短地址都是唯一的。

如图4、图5所示，中心节点和子节点之间数据传输的过程中，中心节点接收到抄读命令后的实现流程为：

1、中心节点在接收到抄读命令后，通过蓝牙MESH网络通道和470MHz无线网络通道分别下发抄读指令，并等待子节点返回数据。具体的，中心节点分别通过蓝牙MESH网络通道和470MHz无线网络通道与子节点通信，并分别通过蓝牙MESH网络通道和470MHz无线网络通道接收子节点返回的数据：

（1）若先通过蓝牙MESH网络通道接收到返回数据，则直接将接收的数据长传至网关或发送至移动终端，并在后通过470MHz无线网络通道接收数据时直接过滤；

（2）若先通过470MHz无线网络通道接收到返回数据，则直接将接收的数据长传至网关或发送至移动终端，并在后通过蓝牙MESH网络通道接收数据时直接过滤。

优选的，中心节点向子节点下发抄读指令后，被用户自定义等待时间，等待期间用户也可以设置是否重发，直到等待超时，返回抄表失败。

2、子节点分别通过蓝牙MESH网络通道和470MHz无线网络通道接收中心节点发送的抄读指令，并将数据透传至智能硬件的串口或者其他通信接口，并等待智能设备返回数据：

若子节点在规定时间内接收到智能硬件返回的数据，则将该数据分别通过蓝牙MESH网络通道和470MHz无线网络通道发送至中心节点；

若子节点在规定时间没有收到智能硬件返回的数据，则分别通过蓝牙MESH网络通道和470MHz无线网络通道向中心节点发送抄表失败结果。

优选的，数据发起方向数据接收方发送数据前，还包括对数据进行加密的步骤。

本发明具有以下优势：

1、本发明硬件简洁，成本低。整个系统中各个节点模块采用直插式，与计量表通过串口或者485通信，波特率范围广，可自定义。

2、本发明高速传输、交互性强。蓝牙传输速率最大可以达1M，搭载蓝牙通信的智能设备多，可以跟蓝牙节点进行直接通信。

3、本发明通信稳定。采用蓝牙MESH网络通道和470MHz无线网络通道的双通道同时进行通信，蓝牙使用MESH组网，增加或者减少节点时可自动维护网络，降低维护成本；当节点安装距离较远，蓝牙通信受到影响时，可以使用470MHz无线网络通道进行通信，增加通信的可靠性。

4、低功耗系统：蓝牙mesh是基于BLE协议运行的，其功耗低；另外。470MHz通信模块也属于微功率通信模块，功耗低。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双模组网通讯技术集抄系统，包括设备云/后台系统、网关及若干个智能硬件，所述设备云/后台系统与所述网关进行通信，其特征在于，还包括中心节点和若干个子节点，所述中心节点与所述网关连接，每个所述子节点分别与对应的所述智能硬件连接；

所述中心节点和所述子节点相互通信形成通信网络，所述通信网络包括蓝牙MESH网络和470MHz无线网络，相互通信的所述中心节点与所述子节点之间分别通过蓝牙MESH网络通道、470MHz无线网络通道连接，相互通信的两个所述子节点之间分别通过蓝牙MESH网络通道、470MHz无线网络通道连接。

2.根据权利要求1所述的双模组网通讯技术集抄系统，其特征在于，在所述通信网络的应用层中，所述蓝牙MESH网络和所述470MHz无线网络共用数据接口；在所述通信网络的其他层中，所述蓝牙MESH网络和所述470MHz无线网络分别自带各自对应的网络层协议。

3.根据权利要求1所述的双模组网通讯技术集抄系统，其特征在于，所述蓝牙MESH网络单独配置数据加密功能；

或，所述蓝牙MESH网络和所述470MHz无线网络均配置数据加密功能。

4.根据权利要求1所述的双模组网通讯技术集抄系统，其特征在于，所述设备云/后台系统、所述网关、所述中心节点以及所述子节点均分别与智能终端无线连接。

5.根据权利要求1所述的双模组网通讯技术集抄系统，其特征在于，所述中心节点对应的网络模块直插式的固定在所述网关上，所述子节点对应的网络模块直插式的固定在所述智能硬件上。

6.根据权利要求5所述的双模组网通讯技术集抄系统，其特征在于，所述子节点通过串口或485通信接口与所述智能硬件连接。

7.一种如权利要求1-6任意一项所述双模组网通讯技术集抄系统的实现方法，其特征在于，在通信网络中，数据发起方向数据接收方发送数据时，数据发起方同时将数据分别通过蓝牙MESH网络通道和470MHz无线网络通道发出，数据接收方对先接收到的数据进行数据处理并向数据发起方发送应答信号，数据接收方直接过滤后接收到的数据，并向数据发起方发送应答信号。

8.根据权利要求7所述的双模组网通讯技术集抄系统的实现方法，其特征在于，在进行网络通信前，先对集抄系统中所有节点进行组网，允许拥有相同入网密钥的中心节点和子节点入网，形成完整的通信网络。

9.根据权利要求8所述的双模组网通讯技术集抄系统的实现方法，其特征在于，在组网前，对中心节点和每个子节点进行入网配置，包括Mac地址、短地址以及组网密钥的配置。

10.根据权利要求7所述的双模组网通讯技术集抄系统的实现方法，其特征在于，数据发起方向数据接收方发送数据前，还包括对数据进行加密的步骤。

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