CN111970346A - 物联网数据传输方法及系统 - Google Patents

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袁晓勇
罗雨涵
陆启振
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Abstract

本发明提供一种物联网数据传输方法及系统，所述物联网数据传输方法包括：定义报文结构；数据采集器收集其下辖设备的数据，并根据所述设备参数定义和所述数据参数定义对所述下辖设备的数据进行标识处理后根据第一规则组成综合报文；所述数据采集器根据第二规则将所述综合报文传送到云端服务器。本发明还提供一种离线设备历史数据的保存和恢复上传的物联网数据传输方法，以及物联网数据传输系统。本发明提供的技术方案，可有效的减少碎片数据传输，提高远程数据通信效率；同时能够满足一些下辖设备的即时上传的要求，提高云端服务器对下辖的物联网关键设备状态的监控响应速度；并有效的维护设备历史数据的完整性。

Description

物联网数据传输方法及系统
技术领域
本发明涉及一种物联网数据传输技术领域，尤其是涉及一种物联网数据传输方法及系统。
背景技术
目前的物联网行业中已有多种基于TCP/IP协议的通讯协议，例如消息队列遥测传输(Message Queuing Telemetry Transport，MQTT)、OPC技术(OLE for Process Control，OPC)等，OLE是指对象连接与嵌入(Object Linking and Embedding，OLE)。其中，OPC协议完整性较高，但其系统复杂、开发难度大、成本较高、协议及数据的解析开销较大，一般只用于工业集团各重要子部门间的工业物联网互联，不宜用于开放性的物联网。而MQTT协议，则只定义了消息传输的通讯格式，对于真正需使用到的用户负载数据格式则未作具体规范，主要应用于低带宽、不可靠网络环境下提供物联网通讯服务，其通讯数据较为碎片化，也并未提供维护离线数据完整性的实现方法。对于开放性的物联网而言，其云端服务器将面对数量众多的远端数据采集器所传输的海量数据。如果每个远端设备的数据都采取单独传输的方式的话，因远程互联网通讯本身存在一定的通讯延时，将导致此时的数据传输呈现数量多且碎片化的特点。这些大量的碎片化的数据将频繁与服务器之间建立通讯，导致云端服务器承受巨大的通讯压力，最终导致数据的响应速度受到很大的影响。从中分析可知，负载数据的通讯效率和解析效率，将极大的影响云端服务器的工作容量及服务质量。
发明内容
本发明提供一种物联网数据传输方法及系统，旨在解决物联网中数据采集器的数据传输问题，实现提升物联网数据传输服务质量。
为实现上述目的，本发明提供一种物联网数据传输方法，所述物联网数据传输方法包括：
定义报文结构，所述报文结构定义包括设备参数定义和数据参数定义；
数据采集器收集其下辖设备的数据，并根据所述设备参数定义和所述数据参数定义对所述下辖设备的数据进行标识处理后根据第一规则组成综合报文；
所述数据采集器根据第二规则将所述综合报文传送到云端服务器。
进一步地，所述设备参数包括所述下辖设备对应的下辖设备ID和设备状态；所述数据参数包括数据参数ID和参数数据。
进一步地，所述第一规则为：
判断所述下辖设备的设备故障标示、数据参数变化比例标示和数据参数上下限值标示；
当所述设备故障标示为无故障，且所述参数变化比例标示为零，且参数上下限值标示为零时，按照周期传输数据规则组成第一综合报文；
否则，按变化传输数据规则组成第二综合报文。
进一步地，所述第一综合报文包括一个第一综合报文头和多个第一子报文。
进一步地，所述第一综合报文头包括综合报文总长度、数据采集器ID、报文类型、报文序号、数据采集时间戳和第一子报文数量。
进一步地，所述第一子报文包括第一子报文长度、设备参数和数据参数。
进一步地，所述第二综合报文包括一个第二综合报文头和一个第二子报文。
进一步地，所述第二综合报文头包括综合报文总长度、数据采集器ID、报文类型、报文序号和数据采集时间戳。
进一步地，所述第二子报文包括第二子报文长度、设备参数和数据参数。
进一步地，所述第二规则为：
根据周期传输数据规则按指定的周期将所述第一综合报文传送至云端服务器；
根据变化传输数据规则将所述第二综合报文立即传送至云端服务器。
进一步地，所述云端服务器管理所述设备参数和数据参数并存储在设备配置文件中，所述云端服务器将所述设备配置文件同步至所述数据采集器。
本发明还提供一种物联网数据传输方法，包括：
当数据采集器离线时，所述数据采集器将继续采集其下辖设备的数据，并将采集到的数据以离线数据文件进行保存；
当所述数据采集器恢复联网时，所述数据采集器将所述离线数据文件上传至所述云端服务器。
进一步地，所述离线数据文件的存储规模达到预设的最大阈值时，所述数据采集器按时间比例减少采集其下辖设备的数据以缩小所述离线数据文件规模。
进一步地，当所述数据采集器恢复联网时，所述数据采集器将所述离线数据文件分割成数个小文件，然后以每个综合报文周期上传一个分割文件的方式上传至所述云端服务器；其中，所述综合报文周期是指数据采集器按指定的周期将所述综合报文上传至云端服务器的时间。
进一步地，所述离线数据文件的上传优先级低于所述综合报文的上传。
同时，本发明还提供一种物联网数据传输系统，所述物联网数据传输系统包括云端服务器、多个数据采集器及每个数据采集器的多个下辖设备，每个数据采集器通过网络与所述云端服务器连接，每个下辖设备与所述数据采集器连接，所述数据采集器用于收集其下辖设备的数据，并根据上述的物联网数据传输方法将数据上传至所述云端服务器。
进一步地，所述云端服务器设置和管理设备参数和数据参数，并将所述设备参数和数据参数存储在设备配置文件中，所述云端服务器将所述设备配置文件同步至所述数据采集器。
本发明提供的物联网数据传输方法及系统，通过在物联网数据采集器中对其下辖设备的数据进行设备参数及数据参数定义，并按照所述设备参数和数据参数组织成一个有序、高效的综合报文，按照定义的发送规则将综合报文数据包发送至云端服务器，可有效的减少碎片数据传输，提高远程数据通信效率；同时能够满足一些下辖设备的即时上传的要求，提高云端服务器对下辖的物联网关键设备状态的监控响应速度；此外本发明还提供一种离线设备历史数据的保存和恢复上传的物联网数据传输方法，可有效的维护设备历史数据的完整性。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的物联网数据传输方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的设备参数定义和数据参数定义示意图；
图3为本发明一实施例提供的第一综合报文的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的第二综合报文的结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的周期传输数据规则的数据传输示意图；
图6为本发明一实施例提供的变化传输数据规则的数据传输示意图；
图7为本发明一实施例提供的数据采集器离线和恢复上传的示意图；
图8为本发明一实施例提供的物联网数据传输系统的结构示意图。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1，本发明提供一种物联网数据传输方法，所述物联网数据传输方法包括：
步骤S1：定义报文结构，所述报文结构定义包括设备参数定义和数据参数定义；
步骤S2：数据采集器收集其下辖设备的数据，并根据所述设备参数定义和所述数据参数定义对所述下辖设备的数据进行标识处理后根据第一规则组成综合报文；
步骤S3：所述数据采集器根据第二规则将所述综合报文传送到云端服务器。
请结合参阅图1和图2，具体在本发明提供的一实施例中，数据采集器负责将其下辖设备的数据进行收集后上传至云端服务器，首先需要在云端服务器和数据采集器上定义报文结构，以实现数据采集器与云端服务器间的数据通信。所述报文结构定义包括设备参数定义和数据参数定义，所述云端服务器管理所述设备参数和数据参数并存储在设备配置文件中，所述云端服务器将所述设备配置文件同步至所述数据采集器。其中，所述设备参数包括所述下辖设备对应的设备ID和设备状态；所述数据参数包括数据参数ID和参数数据。具体如图2所示，例如在本发明一实施例中，数据采集器下辖3个设备，其设备ID分别为：0001、0002、0003，其中设备ID为0001的下辖设备中一共有5个数据参数，其数据参数ID分别为0001、0002、0003、0004、0005，每个数据参数的数据类型(即参数数据中的一种)分别为01、01、02、03、02(这里，01表示短整型数据、02表示长整型数据、03表示浮点型数据)。以此类推，设备ID为0002的设备具有2个数据参数，设备ID为0003的设备具有10个数据参数。所有的设备参数和数据参数均存储在所述设备配置文件中，所述设备配置文件分别存储在云端服务器和远端的数据采集器中，由云端服务器进行统一管理调配。
数据采集器收集其下辖设备的数据，并根据所述设备参数定义和所述数据参数定义对所述下辖设备的数据进行标识处理后根据第一规则组成综合报文；具体地，所述第一规则为：
判断所述下辖设备的设备故障标示、数据参数变化比例标示和数据参数上下限值标示；
当所述设备故障标示为无故障，且所述参数变化比例标示为零，且参数上下限值标示为零时，按照周期传输数据规则组成第一综合报文；
否则，按变化传输数据规则组成第二综合报文。
请参阅图3，具体地，所述第一综合报文包括一个第一综合报文头和多个第一子报文。所述第一综合报文头包括报文总长度、数据采集器ID、报文类型综合报文、报文序号、时间戳和子报文数。所述第一子报文包括多个子报文，例如子报文1长度、设备1状态、设备1ID和数据参数，子报文2长度、设备2状态、设备2ID和数据参数，……。数据采集器将其采集到的所有数据按其下辖设备进行分类并组织数据结构,每个下辖设备内的数据按其设备状态、设备ID及其数据参数编号顺序组织为一个子报文，该子报文存在一个可描述子报文长度、设备参数和数据参数，其中设备参数包括下辖设备ID和设备状态，设备状态包括在线或故障状态，将子报文长度和设备参数合在一起称为子报文头。子报文头与下辖设备的数据参数组成一个相对独立的下辖设备子报文，当数据采集器收集到多个下辖设备的数据时，每一个下辖设备均组成一个下辖设备子报文，多个下辖设备子报文共同组成第一子报文。如图3所示，第一子报文中包含了多个下辖设备子报文，第一子报文与所述第一综合报文头共同组成了第一综合报文。第一子报文与所述第一综合报文头构成一个完整的数据包，在添加循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)到数据包尾部后通过TCP/IP协议将此数据包发送到云端服务器中，云端服务器根据设备配置文件中的记录对接收到的数据进行解析处理。具体地，在第一综合报文中，第一综合报文头中的各描述字段的顺序不做硬性规范，可由协议应用者自行约定，某些字段可根据需要做部分增减调整。
在真实的物联网数据采集应用中，单个数据采集器可能下辖管理几十乃至上百个下辖设备。在本发明中，由于数据采集器可将下辖设备中所有的真实数据一次性传输到云端服务器中，避免了大量数据的碎片化传输现象，有效的降低了云端服务器的通讯压力。云端服务器能够以指定周期的方式可靠的得到所有设备的数据更新，避免了部分设备数据更新不完整的现象。
但是在采用了按周期传输数据规则的方法后，有些下辖设备的数据变化在云端服务器中会出现一定时间的滞后现象(为周期上传所致)。为解决这个问题，本发明在周期上传数据的基础上提出了一种变化传输数据规则，具体地，通过判断所述下辖设备的设备故障标示、数据参数变化比例标示和数据参数上下限值标示实现，当所述设备故障标示为无故障，且所述参数变化比例标示为零，且参数上下限值标示为零时，按照周期传输数据规则组成第一综合报文；否则，按变化传输数据规则组成第二综合报文。并根据周期传输数据规则按指定的周期将所述第一综合报文传送至云端服务器；根据变化传输数据规则将所述第二综合报文立即传送至云端服务器。
具体地，当数据采集器发现某些设备发生故障或数据参数发生变化幅度超过指定的比例或上/下限值时，则数据采集器立即将该设备的故障状态或所有超幅/超限数据按照第二综合报文立即上传到云端服务器中，这样可使云端服务器对远端设备实现较高的变化响应能力。
请参阅图4，第二综合报文的数据格式与第一综合报文类似，只是只有一个子报文，并且子报文中的每个数据参数前需携带一个数据参数ID，以指明数据参数的身份。
数据采集器每次执行变化传输数据规则上传后，会将最近一次上传的设备参数值保存下来，以作为下次上传操作的比对条件。
因设备发生故障或数据参数产生大幅度变化值的事件概率比较小，由此产生的碎片化数据传输也比较少，基本不会增加云端服务器的通讯压力。
请结合参阅图5和图6，图5为周期传输数据规则进行上传数据至云端服务器的数据传输示意图，指定上传的周期T根据周期传输数据规则将所述第一综合报文10传送至云端服务器；即每隔时间T即上传一次第一综合报文10，横轴为时间t。图6为变化传输数据规则进行上传数据至云端服务器的数据传输示意图，与周期传输数据规则不同，变化传输数据规则是当下辖设备有需要传输的第二综合报文20时，即时上传至云端服务器，无须等待传送周期，这样可使云端服务器对远端设备实现较高的变化响应能力。
请参阅图7，本发明还提供一种物联网数据传输方法，包括：
当数据采集器离线时，所述数据采集器将继续采集其下辖设备的数据，并将采集到的数据以离线数据文件30进行保存；
当所述数据采集器恢复联网时，所述数据采集器将所述离线数据文件30上传至所述云端服务器。
具体地，当数据采集器因意外原因导致无法与云端服务器通讯时，将继续离线采集其下辖设备的数据，并将采集到的数据存储到本地文件系统中，此时只存储周期传输数据，变化传输数据因失去服务器响应无实际意义而不予存储。因本地文件系统的存储容量空间有限，与通讯相关的报文头内容可不予存储，只存储数据总长度、采集时间戳和子报文中的数据内容。
因本地文件系统的存储容量空间有限，所以预先设定一个离线数据文件存储规模的最大阈值。当离线数据存储文件达到最大阈值时，所述数据采集器按时间比例减少采集其下辖设备的数据以缩小所述离线数据文件规模，具体地，数据采集器将处理离线数据文件，按时间顺序舍弃部分存储内容，将存储内容缩减至原离线数据存储文件规模的一半。例如原离线数据文件的数据存储编号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，缩减后剩余1、3、5、7、9。然后记录此缩减比例，并按此比例延长离线数据写入周期，从而实现等时、不中断的记录离线数据的功能。
当所述数据采集器恢复联网时，所述数据采集器将所述离线数据文件分割成数个小文件，然后以每个综合报文周期上传一个分割文件的方式上传至所述云端服务器；其中，所述综合报文周期是指数据采集器按指定的周期将所述综合报文上传至云端服务器的时间。具体地，当数据采集器恢复与云端服务器之间的通讯后，数据采集器把离线数据文件分割为多个较小容量的文件并上传到云端服务器中。分割文件的目的是防止因离线数据文件容量过大，直接上传可能会影响正常的设备数据报文传输。离线数据文件的分割容量，以分割后的文件能够在综合报文上传周期的一半时间内传输完为原则。分割文件的上传时机将固定选择在周期综合报文上传完成后执行，即周期性的综合报文传输优先于离线数据分割文件传输。
综上所述，本发明通过周期上传的方法不仅实现了云端服务器对远程设备的所有采集参数的覆盖监视，而且通过变化上传的方法实现了较高的设备事件响应能力，同时还通过离线数据保存和离线恢复上传的方法保证了历史数据的完整性。使得物联网系统平台在降低服务器通讯压力、提高设备事件快速响应能力以及提高数据完整性等方面均得到显著的改善提升。
请参阅图8，同时，本发明还提供一种物联网数据传输系统，所述物联网数据传输系统包括云端服务器100、多个数据采集器200及每个数据采集器200的多个下辖设备300，每个数据采集器200通过网络与所述云端服务器100连接，每个下辖设备300与所述数据采集器200连接，所述数据采集器200用于收集其下辖设备300的数据，并根据上述的物联网数据传输方法将数据上传至所述云端服务器。如图8所示的物联网数据传输系统的结构示意图中，具体在本发明一实施例中，云端服务器100通过网络分别与数据采集器1、数据采集器2、……、数据采集器m连接，m为自然数；数据采集器1分别与下辖设备11、下辖设备12、……、下辖设备1n1连接，数据采集器2分别与下辖设备21、下辖设备22、……、下辖设备2n1连接，……。所述云端服务器100设置和管理设备参数和数据参数，并将所述设备参数和数据参数存储在设备配置文件中，所述云端服务器100将所述设备配置文件同步至所述数据采集器200。所述数据采集器200用于收集其下辖设备300的数据，并根据上述的物联网数据传输方法将数据上传至所述云端服务器300。
相比于现有技术，本发明提供的物联网数据传输方法及系统，通过在物联网数据采集器中对其下辖设备的数据进行设备参数及数据参数定义，并按照所述设备参数和数据参数组织成一个有序、高效的综合报文，按照定义的发送规则将综合报文数据包发送至云端服务器，可有效的减少碎片数据传输，提高远程数据通信效率；同时能够满足一些下辖设备的即时上传的要求，提高云端服务器对下辖的物联网关键设备状态的监控响应速度；此外本发明还提供一种离线设备历史数据的保存和恢复上传的物联网数据传输方法，可有效的维护设备历史数据的完整性。本发明提出的技术方案，不仅可以应用在自定义的物联网通讯协议中，也可以应用于MQTT等现有的物联网协议中，具有广泛的通用性，对未来物联网技术的发展具有积极的意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种物联网数据传输方法，其特征在于，包括：
定义报文结构，所述报文结构定义包括设备参数定义和数据参数定义；
数据采集器收集其下辖设备的数据，并根据所述设备参数定义和所述数据参数定义对所述下辖设备的数据进行标识处理后根据第一规则组成综合报文；
所述数据采集器根据第二规则将所述综合报文传送到云端服务器。
2.根据权利要求1所述的物联网数据传输方法，其特征在于，所述设备参数包括所述下辖设备对应的下辖设备ID和设备状态；所述数据参数包括数据参数ID和参数数据。
3.根据权利要求1所述的物联网数据传输方法，其特征在于，所述第一规则为：
判断所述下辖设备的设备故障标示、数据参数变化比例标示和数据参数上下限值标示；
当所述设备故障标示为无故障，且所述参数变化比例标示为零，且参数上下限值标示为零时，按照周期传输数据规则组成第一综合报文；
否则，按变化传输数据规则组成第二综合报文。
4.根据权利要求3所述的物联网数据传输方法，其特征在于，所述第一综合报文包括一个第一综合报文头和多个第一子报文。
5.根据权利要求4所述的物联网数据传输方法，其特征在于，所述第一综合报文头包括综合报文总长度、数据采集器ID、报文类型、报文序号、数据采集时间戳和第一子报文数量。
6.根据权利要求4所述的物联网数据传输方法，其特征在于，所述第一子报文包括第一子报文长度、设备参数和数据参数。
7.根据权利要求3所述的物联网数据传输方法，其特征在于，所述第二综合报文包括一个第二综合报文头和一个第二子报文。
8.根据权利要求7所述的物联网数据传输方法，其特征在于，所述第二综合报文头包括综合报文总长度、数据采集器ID、报文类型、报文序号和数据采集时间戳。
9.根据权利要求7所述的物联网数据传输方法，其特征在于，所述第二子报文包括第二子报文长度、设备参数和数据参数。
10.根据权利要求3所述的物联网数据传输方法，其特征在于，所述第二规则为：
根据周期传输数据规则按指定的周期将所述第一综合报文传送至云端服务器；
根据变化传输数据规则将所述第二综合报文立即传送至云端服务器。
11.根据权利要求1所述的物联网数据传输方法，其特征在于，所述云端服务器管理所述设备参数和数据参数并存储在设备配置文件中，所述云端服务器将所述设备配置文件同步至所述数据采集器。
12.一种物联网数据传输方法，其特征在于，包括：
当数据采集器离线时，所述数据采集器将继续采集其下辖设备的数据，并将采集到的数据以离线数据文件进行保存；
当所述数据采集器恢复联网时，所述数据采集器将所述离线数据文件上传至所述云端服务器。
13.根据权利要求12所述的物联网数据传输方法，其特征在于，所述离线数据文件的存储规模达到预设的最大阈值时，所述数据采集器按时间比例减少采集其下辖设备的数据以缩小所述离线数据文件规模。
14.根据权利要求12所述的物联网数据传输方法，其特征在于，当所述数据采集器恢复联网时，所述数据采集器将所述离线数据文件分割成数个小文件，然后以每个综合报文周期上传一个分割文件的方式上传至所述云端服务器；其中，所述综合报文周期是指数据采集器按指定的周期将所述综合报文上传至云端服务器的时间。
15.根据权利要求14所述的物联网数据传输方法，其特征在于，所述离线数据文件的上传优先级低于所述综合报文的上传。
16.一种物联网数据传输系统，其特征在于，所述物联网数据传输系统包括云端服务器、多个数据采集器及每个数据采集器的多个下辖设备，每个数据采集器通过网络与所述云端服务器连接，每个下辖设备与所述数据采集器连接，所述数据采集器用于收集其下辖设备的数据，并根据如权利要求1至15任一项所述的物联网数据传输方法将数据上传至所述云端服务器。
17.根据权利要求16所述的物联网数据传输系统，其特征在于，所述云端服务器设置和管理设备参数和数据参数，并将所述设备参数和数据参数存储在设备配置文件中，所述云端服务器将所述设备配置文件同步至所述数据采集器。
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