CN113726910B - 一种物联网设备的分群系统和资料通信方法 - Google Patents

Abstract

一种物联网设备的分群系统和资料通信方法，通信控制技术领域，包括基站和物联网设备；所述物联网设备位于基站的覆盖范围内；所述物联网设备包括：周期性物联网设备和非周期性物联网设备；基站对其的覆盖范围内的所有物联网设备进行分群得到不同的群组，每个群组中，有且只有一个聚合器，且该群组中的所有物联网设备只能通过聚合器与基站进行通信。本方案将物联网设备装置分组并且运用资料聚合的方案，减少随机存取过程中装置的冲突率和接入延迟，同时考虑到周期性和突发性资料来临时的条件不同，将物连装置分成两种类别，提升整体系统利用率。

Description

一种物联网设备的分群系统和资料通信方法

技术领域

本发明属于通信控制技术领域，特别涉及一种物联网设备的分群系统和资料通信方法。

背景技术

物联网(IoT)泛指一种连结实体物件的万物互联的网络概念，包括机器、车辆、建筑及许多其他种类的物联网设备，这些联网的物联网设备能在家里、公司、公共空间等场所提供各种新型服务，并将跨越许多产业。在广域物联网方面，现存的蜂巢式网络成为具吸引力的平台，将可满足持续不断成长的联网需求，据统计目前蜂巢式网络服务全球超过 70亿个联网物联网设备，几乎所有大都市、市郊、以及郊外地区都广泛布建，覆盖范围遍及各区，便利性高的蜂巢式网络设计让物联网设备能随时随地，可靠地存取各种应用服务。新型LTE 窄频技术可以服务于 5G ，3GPP 标准的 Release 13加入一系列针对物联网做最佳化传输的新窄频技术，这些统称 LTE IoT 的技术能把 LTE 传统传输流程简化，以便能更有效率地支援资料传输率较低的应用。

针对5G 大量通讯设备，已经确定的关键挑战之一是需要增强 LTE 和LTE-A 随机存取信道的运行，在当前存在大量设备的情况下，请求访问系统的机制将遭受到严重的拥塞和超载。

为解决大量设备进行无线接入的情况，若要能有效减少拥塞和过载的情况，可以透过基站覆盖范围内进行有效的分群技术，结合基站与聚合器之间进行有效的协调，再基于物联网设备内资料的特性做分析，以确保重要资料在时间内做有效的传输，并降低资料延迟时间，达到无线电资源的有效利用，使提升系统整体效能。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种物联网设备的分群系统和资料通信方法。

本发明的另一目的，在于提供一种物联网设备的资料通信方法。

为了达到上述目的，本发明采取了以下的技术方案。

一种物联网设备的分群系统，包括基站和物联网设备；所述物联网设备位于基站的覆盖范围内；

所述物联网设备包括：周期性物联网设备和非周期性物联网设备；

所述周期性物联网设备，周期性的更新资料，并在固定的周期将资料上传；

所述非周期性物联网设备，传送资料的时间为不固定的，当有资料产生或有变动时才进行资料的更新；

基站对其的覆盖范围内的所有物联网设备进行分群得到不同的群组，每个群组中，有且只有一个聚合器，且该群组中的所有物联网设备只能通过聚合器与基站进行通信。

基于上述分群系统的一种物联网设备的资料通信方法，包括以下步骤：

步骤S1，基站对其的覆盖范围内的所有物联网设备进行分群得到不同的群组，每个群组中，有且只有一个聚合器，且该群组中的所有物联网设备只能通过聚合器与基站进行通信。

步骤S2，当聚合器收到所属群组中物联网设备的资料时，聚合器会依据物联网设备的种类判断该资料是否为非周期性资料：如果该物联网设备为非周期性物联网设备，则将该资料判断为非周期性资料，聚合器会根据目前的状况将非周期性资料做最快的传输；

步骤S3，当聚合器收到所属群组中物联网设备的周期性资料时，聚合器将会把资料放置轮询缓冲数据序列内，等待轮询时再一并做传输。

进一步，步骤S1，包括以下步骤：

步骤S1a，基站计算每个物联网设备的β值；

基站根据每个物联网设备的讯号与干扰噪声比值，即SINR值，找出为最佳的SINRa,d值，再乘上每个物联网设备所剩余的电量Power a,d，得出数值β，并将β值为作为基站确定聚合器的依据；

β值计算方式如下：

βa,d = Powera,d × SINRa,d；其中，

Power a,d 代表物联网设备d在群组a里面所剩余的电量；

SINR a,d代表物联网设备d在群组a里面受到的SINR值，SINR a,d的计算方式为：

；其中，

Pa,d,c为物联网设备d在群组a底下从基站c所收到的功率大小；cl 表示其他邻近的干扰基站，Pa,d,cl代表从其他邻近的干扰基站所收到的功率大小，Pa,d,cl的计算方式和Pa,d,c的计算方式相同；No表示噪声；

Pa,d,c的计算方式为：

Pa,d,c = Pc * Gd,c；其中，

Pc 表示基站c中的传输功率大小，Gd,c 则为物联网设备d与基站c 之间的通道增益；

步骤S1b，基站根据各个物联网设备回传的β值，选出最大的做为第一个聚合器;

步骤S1c，被选为聚合器的物联网设备将会发送信标给与其邻近的其他物联网设备，以选出与其附近的物联网设备组成一群组；由此聚合器所组成的群组即为第一个群组；

步骤S1d，当第一个群组已经达到最大数量上限，或是附近没有物联网设备回传信标时，基站将会再依据步骤S1b~步骤S1c，选出下一个聚合器组成第二个群组，依此方式直到所有的物联网设备都已经分成数个不同的群组。

进一步，步骤S2，包括以下内容：

聚合器根据非周期性资料的可容忍延迟时间做判断，进行步骤S2a或步骤S2b：

步骤S2a，若是此笔资料的可容忍延迟时间大于下次此聚合器的轮询时间，计算此非周期性资料产生的概率和阈值P值；如果此非周期性资料产生的概率小于P值，则聚合器将资料放到等待轮询时传送的轮询缓冲数据序列内，等待轮询时再一起传送；否则，由聚合器发起随机存取，透过竞争的方式传送此笔非周期性资料，在聚合器内有一计时器，此计时器会在非周期性资料到达聚合器时开始做计算，若在此计时时间到达之前，有新的非周期资料送达聚合器，则这些资料可以在发起随机程序时一并传送；

P值，包括两部分：第一部分为轮询缓冲数据序列的容量大小，用R表示轮询缓冲数据序列的总容量，用r表示轮询缓冲数据序列的剩余容量；第二部分为资料进入时间点到轮询时间点的时间间隔，用T表示此群组的轮询周期，用∆t 表示此群组下个轮询时间点和资料进入时间点的差值；

r≠0时，；

r＝0时，P＝0；

考虑到轮询缓冲数据序列具有空间限制，当r为0时，表示此时的轮询缓冲数据序列已经没有多余的容量用于存放发性资料，因此，r＝0时，P＝0；其中，α为一个介于0~1的变量，平衡轮询缓冲数据序列的容量和时间差之间的权重；

步骤S2b，若此笔资料的可容忍延迟时间没有大于下次此聚合器的轮询时间，由聚合器发起随机存取，透过竞争的方式传送此笔非周期性资料，在聚合器内有一计时器，此计时器会在非周期性资料到达聚合器时开始做计算，若在此计时时间到达之前，有新的非周期资料送达聚合器，则这些资料可以在发起随机程序时一并传送。

进一步，步骤S2b，如果在随机存取时，资料传输失败，且此笔资料尚未超出它的可容忍延迟时间，则将再一次发出随机存取程序进行传输，如此直到资料成功传输，或超过此笔资料的可容忍延迟时间为止；

如果在随机存取期间内，资料传输失败，且此笔资料已经超出它的可容忍延迟时间，则非周期性资料的实时性不复存在，因此，聚合器将会把资料放置轮询缓冲数据序列内，等待轮询时再一并做传输。

面对物联网设备的大量装置连线需求，在传统网络中高碰撞率和访问延迟是两大需要面对的难题，为了解决此类问题，本方案将物联网设备装置分组并且运用资料聚合的方案，减少随机存取过程中装置的冲突率和接入延迟，同时考虑到周期性和非周期性资料来临时的条件不同，将物连装置分成两种类别，针对产生资料的方式为周期性、可预测的装置，通过基站的周期轮询，基于免竞争的方式，减少因信令造成核网拥塞和碰撞的机会，此外对于突发性的紧急资料，保留传统随机存取的模式，再针对特殊情况下去做调整，提升整体系统利用率。

此外在针对非周期性资料整合的部分，通过将多笔资料间做整合传送，可以减少发起随机存取的次数，以减轻控制信令的消耗，并且降低传输的等待时间。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是聚合器对非周期性资料发起随机存取的第一种情况示意图；

图3是聚合器对非周期性资料发起随机存取的第二种情况示意图；

图4是超出可容忍延迟时间的第一种情况示意图；

图5是超出可容忍延迟时间的第二种情况示意图；

图6是轮询时的第一种情况示意图；

图7是轮询时的第二种情况示意图；

图8是轮询缓冲数据序列超载的示意图；

图9是不同轮询缓冲数据序列容量对于丢失率的影响的统计图；

图10是聚合器吞吐量统计图；

图11是随机访问吞吐量统计图；

图12是丢失率统计图；

图13是延迟时间统计图；

图14是丢包率统计图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

一种物联网设备的分群系统，如图1所示，包括基站和物联网设备；所述物联网设备位于基站的覆盖范围内；

所述物联网设备包括：周期性物联网设备和非周期性物联网设备。

所述周期性物联网设备，周期性的更新资料，并在固定的周期将资料上传，如：智慧家电、监视系统、感测物联网设备等；

所述非周期性物联网设备，传送资料的时间为不固定的，当有资料产生或有变动时才进行资料的更新，此类物联网设备例如：公共安全物联网设备、消防或防灾系统等。

基站对其的覆盖范围内的所有物联网设备进行分群得到不同的群组，每个群组中，有且只有一个聚合器，且该群组中的所有物联网设备只能通过聚合器与基站进行通信。

分群的主要目的为减少因为要连线的物联网设备过多，让基站产生信令风暴，产生大量信令涌入进而导致可连线的物联网设备数量的下降。

根据物联网设备的位置，对物联网设备进行分群，

根据通道质量以及所剩余的电量，确定聚合器。

一种物联网设备的资料通信方法，包括以下步骤：

步骤S1，基站对其的覆盖范围内的所有物联网设备进行分群得到不同的群组，每个群组中，有且只有一个聚合器，且该群组中的所有物联网设备只能通过聚合器与基站进行通信。

步骤S1a，基站计算每个物联网设备的β值；

基站根据每个物联网设备的讯号与干扰噪声比值，即SINR(Signal-to-interference-plus-noise-ratio)值，找出为最佳的SINR a,d值，再乘上每个物联网设备所剩余的电量Power a,d，得出数值β，并将β值为作为基站确定聚合器的依据；

β值计算方式如下：

βa,d = Powera,d × SINRa,d；其中，

Power a,d 代表物联网设备d在群组a里面所剩余的电量；

SINR a,d代表物联网设备d在群组a里面受到的SINR值，SINR a,d的计算方式为：

；其中，

Pa,d,c为物联网设备d在群组a底下从基站c所收到的功率大小；cl 表示其他邻近的干扰基站，Pa,d,cl代表从其他邻近的干扰基站所收到的功率大小，Pa,d,cl的计算方式和Pa,d,c的计算方式相同；No表示噪声；

Pa,d,c的计算方式为：

Pa,d,c = Pc * Gd,c；其中，

Pc 表示基站c中的传输功率大小，Gd,c 则为物联网设备d与基站c 之间的通道增益，此增益会受到路径损耗(path loss)、天线增益(antenna gain)的影响。

步骤S1b，基站根据各个物联网设备回传的β值，选出最大的做为第一个聚合器;

步骤S1c，被选为聚合器的物联网设备将会发送信标（beacon）给与其邻近的其他物联网设备，以选出与其附近的物联网设备组成一群组；由此聚合器所组成的群组即为第一个群组；

步骤S1d，当第一个群组已经达到最大数量上限，或是附近没有物联网设备回传信标（beacon）时，基站将会再依据步骤S1b~步骤S1c，选出下一个聚合器组成第二个群组，依此方式直到所有的物联网设备都已经分成数个不同的群组。

步骤S2，当聚合器收到所属群组中物联网设备的资料时，聚合器会依据物联网设备的种类判断该资料是否为非周期性资料：如果该物联网设备为非周期性物联网设备，则将该资料判断为非周期性资料，聚合器会根据目前的状况将非周期性资料做最快的传输。

聚合器根据非周期性资料的可容忍延迟时间做判断，进行步骤S2a或步骤S2b：

步骤S2a，若是此笔资料的可容忍延迟时间大于下次此聚合器的轮询（polling）时间，计算此非周期性资料产生的概率和阈值P值；如果此非周期性资料产生的概率小于P值，则聚合器将资料放到等待轮询时传送的轮询缓冲数据序列（buffer）内，等待轮询时再一起传送；否则，由聚合器发起随机存取，透过竞争的方式传送此笔非周期性资料，在聚合器内有一计时器，此计时器会在非周期性资料到达聚合器时开始做计算，若在此计时时间到达之前，有新的非周期资料送达聚合器，则这些资料可以在发起随机程序时一并传送。

此非周期性资料产生的概率：例如，当非周期性资料遵循泊松分布时，非周期性资料产生的概率，为；其中，m为平均发生的次数，x为实际发生的次数，e为自然常数。

P值，包括两部分：第一部分为轮询缓冲数据序列的容量大小，用R表示轮询缓冲数据序列的总容量，用r表示轮询缓冲数据序列的剩余容量；第二部分为资料进入时间点到轮询时间点的时间间隔，用T表示此群组的轮询周期，用∆t 表示此群组下个轮询时间点和资料进入时间点的差值。

r≠0时，；

r＝0时，P＝0；

考虑到轮询缓冲数据序列具有空间限制，当r为0时，表示此时的轮询缓冲数据序列已经没有多余的容量用于存放发性资料，因此，r＝0时，P＝0；其中，α为一个介于0~1的变量（0＜α＜1），α的目的是为了计算轮询缓冲数据序列的容量和时间差之间的权重计算，以此来区分个别因数对于资料遗失产生的影响。

P值主要用来判别是否要将资料放置于轮询缓冲数据序列内。因为轮询缓冲数据序列的容量有上限，若资料量过大，将会产生轮询缓冲数据序列超负荷的情况，无法再放进资料，此时将导致新产生的周期性资料的遗失或是要放到轮询缓冲数据序列做传送的非周期性资料的遗失。同时，P值也考虑了资料进入时间点，当资料进入时间点约接近下个轮询时间点，∆t越小，（T-∆t）越大，则表示轮询缓冲数据序列越接近完成态，接收其他资料的可能性越低。

例如，在应用场景二（见后文描述）中，非周期性资料，传送失败，且此笔资料已经超出它的可容忍延迟时间，把资料放置轮询缓冲数据序列内，等待轮询时再一并做传输。此时，若轮询缓冲数据序列的剩余容量不足，将导致资料的丢包。

另外，在应用场景三（见后文描述）中，可容忍延迟时间大于下次此聚合器的轮询时间，此时，若轮询缓冲数据序列的剩余容量不足，此非周期性资料无法由轮询传送，将由聚合器发起随机存取，传送此资料。

此方式可以确保资料在可容忍延迟时间内传送完成。

步骤S2b，此笔资料的可容忍延迟时间没有大于下次此聚合器的轮询（polling）时间，由聚合器发起随机存取，透过竞争的方式传送此笔非周期性资料，在聚合器内有一计时器，此计时器会在非周期性资料到达聚合器时开始做计算，若在此计时时间到达之前，有新的非周期资料送达聚合器，则这些资料可以在发起随机程序时一并传送。

如果在随机存取时，资料传送失败，且此笔资料尚未超出它的可容忍延迟时间，则将再一次发出随机存取程序进行传输，如此直到资料成功传输，或超过此笔资料的可容忍延迟时间为止。

如果在随机存取期间内，资料传送失败，且此笔资料已经超出它的可容忍延迟时间，则非周期性资料的实时性不复存在，因此，聚合器将会把资料放置轮询缓冲数据序列内，等待轮询时再一并做传输。

步骤S3，当聚合器收到所属群组中物联网设备的周期性资料时，聚合器将会把资料放置轮询缓冲数据序列内，等待轮询时再一并做传输。

应用场景1：聚合器对非周期性资料发起随机存取。

针对各个聚合器内产生的非周期性资料，将统一由各个群组的聚合器 发出随机存取程序，各个聚合器之间会通过随机存取的方式向基站争取传输资料的机会，当资料无法成功传送，针对失败的非周期性资料，若此笔资料尚未超出它的可容忍延迟时间，则将再一次发出随机存取程序进行传输，如此直到资料成功传输，或超过此笔资料的可容忍延迟时间为止。

针对非周期性资料的传输，因在发起随机程序的过程会消耗时间资源，在聚合器内有一计时器，此计时器会在非周期性资料到达聚合器时开始做计算，若在此计时时间到达之前，有新的非周期资料送达聚合器，则这些资料可以在发起随机程序时一并传送，此外，若在随机存取失败的过程中，有新的一笔非周期性资料到达，则聚合器将会在下一次发起随机存取时一并传送所有非周期性的资料。

如图2所示，当有一非周期性资料1到达聚合器，聚合器会在此资料的可容忍延迟时间内，进行随机存取，竞争传送资料的机会。

如图3所示，聚合器对非周期性资料1进行随机存取时，若在此期间，有一笔新的非周期性资料2来，则聚合器在随机存取竞争到资源之后，可以将两笔资料一并做传送。

应用场景2：经过多次的失败传送，此非周期性资料已经超过可容忍延迟时间，停止发起随机存取，将资料放到轮询缓冲数据序列（polling buffer）一起传送。

当聚合器发起随机存取程序时，各聚合器间以及基站下物联网设备之间可能产生碰撞，导致传输的失败，若资料传输失败导致此时间已经超过此笔资料的可容忍延迟时间，则此笔资料将被视为已经失去及时的效用，则此时聚合器将停止尝试随机存取的过程，将此笔超过可容忍延迟时间的资料放到轮询缓冲数据序列内，等待轮询时间到达后再传送此笔资料。

如图4所示，资料1到达聚合器，先触发应用场景1做随机存取，当此非周期性资料做随机存取的时间过长，超越此笔资料的可容忍延迟时间，则将资料1放置轮询缓冲数据序列内，等待轮询时传送。

如图5所示，若此时非周期性资料2还未到达它的可容忍延迟时间，则资料 2 还是可以继续进行随机存取的尝试，在可容忍延迟时间内争取将资料传送出去。

应用场景3：在非周期性资料来时，此资料的可容忍延迟时间比下起群集下次轮询时间还要大，直接将此资料放到轮询缓冲数据序列内，等待轮询时一起传送，以节省聚合器发起随机存取所消耗的资源。

基站周期针对各群组的聚合器进行轮询，轮询的目的为让物联网设备通过免竞争的方式传送资料，让资料可以在一定的周期做更新，此外通过轮询的方式也可以避免装置间因为竞争的失败导致资料的遗失。

针对非周期性资料和轮询缓冲数据序列之间的关系主要分成两种：当一笔非周期性资料进到聚合器，聚合器判定此非周期性资料的可容忍延迟时间大于下次轮询时间时，此笔资料将会被放入轮询缓冲数据序列内等待 轮询时再一起传送。通过轮询时传送不但可以确保资料在可容忍延迟时间内可以立即送达，也可以避免掉发起随机存取程序的失败率，另一种情况为，当此笔资料通过随机存取的程序进行传送，但因竞争的失败导致此笔资料的时间大于可容忍延迟时间，则会将此笔资料放到轮询缓冲数据序列，等到轮询时再传送。

如图6所示，若有一资料1来到聚合器时，此时已经很接近轮询的时间，并且资料1的可容忍延迟时间大于轮询时间，则资料1将被放置轮询缓冲数据序列做传送。

应用场景4：轮询缓冲数据序列超载。

在各聚合器内有一轮询缓冲数据序列为专门存放在轮询时要传送的资料，此轮询缓冲数据序列内的资料除了周期性资料以外，还可能包含有非周期性的资料，因为轮询缓冲数据序列的容量有一上限，因此若资料量过大，将会产生轮询缓冲数据序列超过负荷，无法再放进资料的情况，则进行随机存取程序做资料的传输。

如图8所示，在存放轮询资料的轮询缓冲数据序列已经无法再放入资料时，若有非周期性资料1来临，由聚合器发起随机存取，传送此笔资料。

在本系统架构下，有数百个物联网设备要进行连线传输，当物联网设备数量众多时，必须将这些物联网设备分成数个群组，以降低信令的产生，并在群组中选出一个聚合器，依据群组内的周期性物联网设备以及非周期性物联网设备各自所产生的周期性资料和非周期性资料来做传送的区别。

本方案通过协调资料之间的排程，有效提升了系统吞吐量，让系统维持在最佳状态，提升整体效能。

使用MATLAB程式语言设计模拟环境，通过模拟结果对效能进行比较。

在本次模拟中，在一个群组中，基站的频宽为10MHz，周期性装置为500个，周期性装置产生的资料以32、64、128 bytes均匀分布，周期性物联网设备在基站覆盖区域均匀分布；非周期性物联网设备的数量在100~500个之间，其产生的资料为32~200 bytes之间，轮询周期为2秒，群组数量最多为30个，每次模拟的时间为10分钟。经过压缩的资料上行传输速率为每秒0.8Mbps。非周期性资料的产生时间遵循泊松分布（λ=0.5）。

首先，考察聚合器内的轮询缓冲数据序列容量对于丢失率的影响，如图9所示，当聚合器内的轮询缓冲数据序列容量在8000 bytes~20000 bytes之间时，随着轮询缓冲数据序列容量的增长，丢失率逐渐降低；随着非周期性物联网设备的数量的增加，丢失率上升。当轮询缓冲数据序列容量在13000 bytes，丢失率回落到可容忍的区间内。兼顾成本，将轮询缓冲数据序列容量定为13000 bytes。

其次，考察未加入P值计算和加入P值计算，对于聚合器的封包吞吐量的影响。对于未加入P值计算和加入P值计算这两种情境下，聚合器的封包吞吐量差距并不明显。如图10所示，两条线基本重合，差距大概在1Kbps左右。

再次，考察未加入P值计算和加入P值计算，对于随机访问吞吐量的影响。如图11所示，加入P值计算后，聚合器会判别是否要发起随机存取传送资料，而未加入P值计算是直接将资料放置于轮询缓冲数据序列而不作判断。在有P的条件下，随机存取所得到的吞吐量，比未加入P值的情况大出10Kbps。传统的随机存取，随着设备数量的增加，由于多笔资料的竞争关系，会导致其随机存取的吞吐量难以同步增加。

然后，考察未加入P值计算和加入P值计算，对于丢失率的影响。从图12可见，P值的折线图，是随着设备数量的增加而减小。未加入P值计算的情况下，其P值相当于1，其随着设备数量的增加，丢包率不断增加。而在加入P值计算的情况下，因为有P值判断的情况，对于轮询缓冲数据序列是否有空做出判别，从而使得其随着设备数量的增加，丢包率不断降低。

接着，考察未加入P值计算和加入P值计算，对于平均封包延迟时间的影响。因为在非周期性资料的随机存取时，此时，如有新的资料进来，聚合器会针对这些资料一并传送。在非周期性物联网设备的数量越多时，发生一起传送的情况就会越多。从图13中可见，加入P值计算之后，将会针对非周期性资料做最合适的传输，因此，在此情境下的平均延迟时间相较于未加入P值计算的短；在未加入P值计算的情境下，当非周期性物联网设备的数量来到400~500个时，其平均延迟时间将会大于1秒。传统的随机存取方式，在非周期性物联网设备的数量来到200个时，其延迟时间就已经大于1秒。因此，加入P值计算后可以大幅缩短延迟时间。

最后，考察未加入P值计算和加入P值计算，对于丢包率的影响。从图14中可见，随着非周期性物联网设备的增加，加入P值计算的情况和没有加入P值计算的情况相比，丢包率之差大于5%，可见，在加入P值计算后，非周期性物联网设备的数目越多，效果越好。

综上，在加入P值计算后，通过剩余容量来考虑传送资料的方式，增大了随机存取所得到的吞吐量，减少非周期性资料的丢包率，并降低非周期性资料的平均延迟时间。此外，针对非周期性资料整合的部分，将多笔资料做整合传送，减少聚合器发起随机存取的次数，从而减轻控制信令的消耗，并降低传输的等待时间。

另外，需要补充的的是：周期性资料的丢包，为本领域的固有不足和缺陷，并非本方案的研究对象，可以提升轮询缓冲数据序列容量或者采用公开号为CN104601521A的中国专利的方案。同时，随机存取程序包括非竞争式随机存取程序及竞争式随机存取程序，此应为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种物联网设备的资料通信方法，其特征在于，其基于一种物联网设备的分群系统，该分群系统包括基站和物联网设备；所述物联网设备位于基站的覆盖范围内；

所述物联网设备包括：周期性物联网设备和非周期性物联网设备；

所述周期性物联网设备，周期性的更新资料，并在固定的周期将资料上传；

所述非周期性物联网设备，传送资料的时间为不固定的，当有资料产生或有变动时才进行资料的更新；

基站对其的覆盖范围内的所有物联网设备进行分群得到不同的群组，每个群组中，有且只有一个聚合器，且该群组中的所有物联网设备只能通过聚合器与基站进行通信；

一种物联网设备的资料通信方法，包括以下步骤：

步骤S1，基站对其的覆盖范围内的所有物联网设备进行分群得到不同的群组，每个群组中，有且只有一个聚合器，且该群组中的所有物联网设备只能通过聚合器与基站进行通信；

步骤S2，当聚合器收到所属群组中物联网设备的资料时，聚合器会依据物联网设备的种类判断该资料是否为非周期性资料：如果该物联网设备为非周期性物联网设备，则将该资料判断为非周期性资料，聚合器会根据目前的状况将非周期性资料做最快的传输；

步骤S2，包括以下内容：

聚合器根据非周期性资料的可容忍延迟时间做判断，进行步骤S2a或步骤S2b：

步骤S2a，若是此笔资料的可容忍延迟时间大于下次此聚合器的轮询时间，计算此非周期性资料产生的概率和阈值P值；如果此非周期性资料产生的概率小于P值，则聚合器将资料放到等待轮询时传送的轮询缓冲数据序列内，等待轮询时再一起传送；否则，由聚合器发起随机存取，透过竞争的方式传送此笔非周期性资料，在聚合器内有一计时器，此计时器会在非周期性资料到达聚合器时开始做计算，若在此计时时间到达之前，有新的非周期资料送达聚合器，则这些资料可以在发起随机程序时一并传送；

P值，包括两部分：第一部分为轮询缓冲数据序列的容量大小，用R表示轮询缓冲数据序列的总容量，用r表示轮询缓冲数据序列的剩余容量；第二部分为资料进入时间点到轮询时间点的时间间隔，用T表示此群组的轮询周期，用∆t 表示此群组下个轮询时间点和资料进入时间点的差值；

r≠0时，；

r＝0时，P＝0；

考虑到轮询缓冲数据序列具有空间限制，当r为0时，表示此时的轮询缓冲数据序列已经没有多余的容量用于存放发性资料，因此，r＝0时，P＝0；其中，α为一个介于0~1的变量，平衡轮询缓冲数据序列的容量和时间差之间的权重；

步骤S2b，若此笔资料的可容忍延迟时间没有大于下次此聚合器的轮询时间，由聚合器发起随机存取，透过竞争的方式传送此笔非周期性资料，在聚合器内有一计时器，此计时器会在非周期性资料到达聚合器时开始做计算，若在此计时时间到达之前，有新的非周期资料送达聚合器，则这些资料可以在发起随机程序时一并传送；

步骤S3，当聚合器收到所属群组中物联网设备的周期性资料时，聚合器将会把资料放置轮询缓冲数据序列内，等待轮询时再一并做传输。

2.根据权利要求1所述的一种物联网设备的资料通信方法，其特征在于，步骤S1，包括以下步骤：

步骤S1a，基站计算每个物联网设备的β值；

基站根据每个物联网设备的讯号与干扰噪声比值，即SINR值，找出为最佳的SINR a,d值，再乘上每个物联网设备所剩余的电量Power a,d，得出数值β，并将β值为作为基站确定聚合器的依据；

β值计算方式如下：

βa,d = Powera,d × SINRa,d；其中，

Power a,d 代表物联网设备d在群组a里面所剩余的电量；

SINR a,d代表物联网设备d在群组a里面受到的SINR值，SINR a,d的计算方式为：

；其中，

Pa,d,c为物联网设备d在群组a底下从基站c所收到的功率大小；cl 表示其他邻近的干扰基站，Pa,d,cl代表从其他邻近的干扰基站所收到的功率大小，Pa,d,cl的计算方式和Pa,d,c的计算方式相同；No表示噪声；

Pa,d,c的计算方式为：

Pa,d,c = Pc * Gd,c；其中，

Pc 表示基站c中的传输功率大小，Gd,c 则为物联网设备d与基站c 之间的通道增益；

步骤S1b，基站根据各个物联网设备回传的β值，选出最大的做为第一个聚合器;

步骤S1c，被选为聚合器的物联网设备将会发送信标给与其邻近的其他物联网设备，以选出与其附近的物联网设备组成一群组；由此聚合器所组成的群组即为第一个群组；

步骤S1d，当第一个群组已经达到最大数量上限，或是附近没有物联网设备回传信标时，基站将会再依据步骤S1b~步骤S1c，选出下一个聚合器组成第二个群组，依此方式直到所有的物联网设备都已经分成不同的群组。

3.根据权利要求1所述的一种物联网设备的资料通信方法，其特征在于，步骤S2b，如果在随机存取时，资料传送失败，且此笔资料尚未超出它的可容忍延迟时间，则将再一次发出随机存取程序进行传输，如此直到资料成功传输，或超过此笔资料的可容忍延迟时间为止；

如果在随机存取期间内，资料传送失败，且此笔资料已经超出它的可容忍延迟时间，则非周期性资料的实时性不复存在，因此，聚合器将会把资料放置轮询缓冲数据序列内，等待轮询时再一并做传输。