CN114513412A - 物联网外设即插即用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种物联网外设即插即用系统，属于物联网技术领域。本发明包括即插即用终端、网关和云服务器，网关负责对外设的识别和控制，云服务器则负责最上层的物联网应用。且网关上配置了外设脚本库以及自适应的外设调度器，能为即插即用终端上插入的外设自动生成其配置和控制所需的命令。即插即用终端在收到这些命令后，通过统一的外设接口生成满足外设时序和电气特性的物理控制信号。同时，外设输出数据以及反馈信号也会由即插即用终端统一封装上传，最终形成控制闭环。本发明中物联网终端的功能可以通过拔插外设的操作完成，提升了物联网的部署便捷性；且非定制的外设也可以在插即用终端上实现即插即用，有效降低了物联网部署成本。

Description

物联网外设即插即用系统
技术领域
本发明属于物联网技术领域，具体涉及一种物联网外设即插即用系统。
背景技术
物联网(Internet of Things，IoT)通过广泛部署具有嵌入式识别、传感和驱动功能的空间分布设备，将互联网和Web等应用扩展到物理领域。通过适当的信息和通信技术将数字世界和物理实体连接起来，从而实现一个全新的应用和服务类别—“万物互联”。目前，物联网技术飞速发展，在工业、智慧城市和智慧医疗等多个领域取得了广泛应用。依靠5G网络的发展，物联网应用几乎可以毫无延迟地实时收集、分析和管理数据，实现进一步的技术创新。物联网浪潮将为整个工业的各个阶段和各个领域带来巨大改变。目前，不仅有大量国内外学者在物联网领域进行了广泛的研究，还有众多国内外大型互联网公司和厂商纷纷进军物联网行业，带动物联网发展、延伸到生产、工作、生活的方方面面。但随之而来的是物联网应用场景与开发技术越发碎片化，这给物联网应用开发带来了诸多困难。在现有技术框架下，物联网的开发和维护都需要面临繁琐的技术过程，阻碍了物联网设备的快速发展和大规模部署。
发明内容
本发明提供了一种物联网外设即插即用系统，以用于实现物联网系统的外设的即插即用，降低物联网系统的部署成本。
本发明采用的技术方案为：
一种物联网外设即插即用系统，包括即插即用终端、网关和云服务器；
所述插即用终端，包括统一外设接口、外设ID配置器、外设插槽和通信接口，所述外设 ID配置器用于供用户输入外设ID，外设插槽用于向外设提供物理接口，所述通信接口用于插即用终端与接网关之间的网络连接，所述统一外设接口用于实现网关和插入插即用终端的外设之间的全双工通信；
所述网关包括外设编排库、统一外设描述语言编排解析单元、外设输出解码单元和通信接口，网关的通信接口用于其与插即用终端的网络连接，所述外设编排库用于描述不同外设的引脚配置和控制逻辑，并采用统一外设描述语言编写；所述统一外设描述语言编排解析单元基于插即用终端发送的外设ID号，在所述外设编排库中匹配对应的外设编排文件，并对匹配到的外设编排文件进行解析，将其中的描述语句转换为二进制的控制比特流再发送给即插即用终端；所述外设输出解码单元基于外设ID匹配对应的数据格式，并对外设通过即用终端转发的数据包进行解析处理；
所述网关还通过互联网接入云服务器；
所述云服务器用于接收网关上传的数据包，所述数据包载荷来自外设，且云服务定期对网关上的外设编排库进行同步更新。
进一步的，所述统一外设接口包括引脚配置单元、输入信号生成单元和外设输出编码单元；其中，引脚配置单元，用于在网关所发送的控制指令下为插入的外设配置每个引脚的连接模式和电气特性；连接模式包括控制信号的连接模式和数据信号的连接模式；数据信号的连接模式指：基于预设的映射关系，在预置的通信协议核集合中匹配对应引脚对应的数据通信协议核；输入信号生成单元，用于解析网关发送的控制指令，并根据引脚配置单元配置的数据通信协议核，产生访问目标外设所需的特定物理信号，所述特定物理信号包括数据和控制信号；外设输出编码单元，基于引脚配置单元配置的数据通信协议核，按照指定的数据封装格式对外设输出进行数据封装，并将得到的数据包并上传到网关；其中，外设输包括数据输出和状态输出。
进一步的，所述外设ID配置器设置为外设ID号拨码器，在将外设插入到即插即用终端前，通过所述外设ID号拨码器输入对应的外设ID，且每种外设对应一个外设ID。
进一步的，所述外设插槽设置有多个插槽，每个插槽用于一个外设的插入，当外设菜如一个空的插槽时，该插槽的电源连接会闭合并触发即插即用终端发送外设ID号给网关；当从即插即用终端的外设插槽拔出外设时，当前插槽的电源连接会断开，并触发即插即用终端向网关发送外设移除通知消息，以使得网关移除该外设的控制。
进一步的，所述网关还包括外设调度器，所述外设调度器用于协调所有外设的调度频率，对于传感器类的外设，根据外设返回的感知结果的变化程度自适应调整外设的调度频率(工作频率)。
本发明提供的技术方案至少带来如下有益效果：
本发明现有繁琐的物联网开发过程转换为简单的外设(物联网终端的外围设备，即物联网感知装置)插拔工作方式，物联网设备(即物联网终端)的功能可以通过拔插外设这样简单的操作完成，类似USB设备在电脑上应用一样，提升了物联网的部署便捷性；同时，面临新需求时，用户不再需要委托专业人员耗费数周至数月进行开发，仅需根据需求购买相应的外设并插入原有的物联网设备即可，有效降低了物联网部署成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的物联网外设即插即用系统的基本结构示意图；
图2为本发明实施例提供的物联网外设即插即用系统的各装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中，物联网外设即插即用系统的即插即用终端使用步骤示意图；
图4为本发明实施例中，即插即用终端的统一外设交互接口的引脚配置单元采用的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
物联网系统通常由云服务器、网关、以及物联网设备构成，其中，物联网设备作为系统末端的功能单元，负责环境数据的采集(比如：温度、湿度检测)以及动作执行(比如：控制路灯开关，LED显示等)。网关则负责物联网设备的远程控制，比如工作状态切换(开机、关机)，工作参数修改，固件升级等工作。云服务器则负责最后的物联网应用比如大数据、信息管理等等。在物联网系统中，物联网终端是数量最多也是最重要的部分，就像神经末梢一样深入应用的各个角落。为了实现相应的功能，物联网设备通常配有一组定制的外设(例如传感器，驱动电机)，并通过微控制器对其进行控制。为此，定制终端功能就需要定制化为其部署外设，同时定制化编写固件控制这些外设工作。物联网系统开发周期长，成本、门槛高。并且，面对日益增长的应用需求，物联网设备需要快速迭代以更新功能，这就需要物联网设备在较短的开发周期内完成功能外设的更新。
在当前的物联网应用开发架构中，物联网设备的外设的更新基本都与其硬件和软件修改紧密耦合。由于不同的外设具有完全不同的控制逻辑、数据结构、接口特性、信号时序，在实际操作中，开发人员可能需要重新构建系统固件，重新定义硬件连接，甚至制作新的印刷电路板(PCB)。上述操作具有较强的专业性和较高的技术门槛，在实际需求产生时，应用需求方往往需要委托专业人员开发，这不仅会带来长达几周到几个月的等待时间，后续设备的维系与升级也无法由需求方独立完成。目前虽然有模块化物联网终端的解决方案，通过外设的即插即用更新功能，但这些方案中的物联网终端和外设采用的是定制模式，并非商用现货 (Commercial Off-The-Shelf,COTS)。当新需求产生时，上述现有方案首先需要对外设和终端进行定制化设计才能实现所谓的即插即用，没有从根本上解决物联网设备定制化开发困难的问题。即物联网设备在开发、维护、功能升级等操作上较高的技术门槛和开发成本极大地阻碍了物联网的进一步发展。
针对上述问题，本发明实施例提供了一种物联网外设即插即用系统，包括云服务器、网关和即插即用终端，如图1所示，其中，即插即用终端用于接入各类外设(如COTS外设)。为了实现COTS外设在即插即用终端上的即插即用，本发明实施例在网关上配置了外设编排库(每一类(或每一款)外设对应一个外设编排文件)，能为即插即用终端上插入的外设自动生成其配置和控制所需的命令。即插即用终端在收到这些命令后，通过配置的统一的外设接口生成满足外设时序和电气特性的物理控制信号。同时，外设输出的数据以及反馈信号也会由即插即用终端统一封装后上传至网关，通过网关发送至云服务器，最终形成控制闭环。所述云服务器基于外设上传的数据执行配置的物联网应用，以及对网关上配置的外设编排库进行定期更新。本发明实施例通过所部署的即插即用系统实现了COTS外设在物联网设备上的即插即用，用户可直接购买现成的非定制外设并插入在物联网终端(即插即用终端)上即可完成其功能更新，类似搭建乐高积木一样简单。
参见图2，作为一种可能的实现方式，本发明实施例提供的物联网外设即插即用系统包括即插即用终端、网关和云服务器三个实体部分，各实体部分的具体配置如下：
即插即用终端：在物联网应用场景中，部署的即插即用终端是通过电池或电线供电的。即插即用终端会接收网关的控制指令并依据指令进行相应的操作。该即插即用终端包括统一的外设接口和外设即插即用板。即插即用终端能够同时兼容一组物联网外围设备，支持多种外设的即插即用。即插即用终端包含一个微处理器或者是兼容的ASIC(专用集成处理电路)，具备简单的逻辑运算能力。其中，外围设备包括传感器芯片和存储模块，能够提供几乎所有的IoT应用功能。现有的商用外设通常包含核心芯片以及外围工作电路，芯片和外围电路之间能够通过UART、I2C和SPI等数字通信协议进行通信。
网关：网关能够通过有线或无线的通信方式去控制即插即用终端上接入的各类外围设备。网关既可以通过下行链路向各个即插即用终端发送控制指令，又能获取到即插即用装置发送到上行链路的外围设备的感知数据。此外，网关通过互联网接入云服务器，云服务器能从网络上下载提前定义好的外设编排文件，也能将采集到的外设数据上传至网络。
云服务器：云服务器上包含最新的外设编排库，会定期更新到网关上。即云服务会定期对网关上的外设编排库进行同步更新。其中，外设编排文件采用统一的外设描述语言编写，其编程难度远低于C++，Python等现有的编程语言。开发者/用户以及厂商都可以开发COTS 器件的脚本并上传至云服务器，从而不断丰富云服务器上的脚本库。最终通过云服务器实现所有网关上脚本库的同步更新。
本发明实施例的核心思想是将物联网外设的控制从单个即插即用终端转移到其数据网关上，从而去除外设和终端之间的软硬件耦合。对于新添加到物联网系统中的新外围设备也可以快速实现自动识别和访问，而不需要应用开发人员或用户进行太多的干预。
插即用终端是物联网系统的功能末端，可通过插入不同的外设来实现相应的功能，作为一种可能的实现方式，所述插即用终端包括四个部分，分别为：
(1)统一外设交互接口(Unified Peripheral Interaction Interface，UPI)。对于适应各种外设的即插即用终端，统一外设交互接口起着处理板载外设所有输入和输出晶体管逻辑门(TTL) 信号的重要作用。为此，它集成了三个单元，即引脚配置单元、输入信号生成单元和外设输出编码单元。其中，引脚配置单元，用于在网关所发送的控制指令下为插入的外设配置每个引脚的连接模式和电气特性(电气特性包括推挽模式和开漏模式，每种模式又分为输入和输出两种)；连接模式包括控制信号的连接模式和数据信号的连接模式；数据信号的连接模式指：基于预设的映射关系，在预置的通信协议核集合中匹配对应引脚对应(传输数据的引脚)的数据通信协议核；输入信号生成单元，用于解析网关发送的控制指令，并根据引脚配置单元配置的数据通信协议核，产生访问目标外设所需的特定物理信号，所述特定物理信号包括数据和控制信号；外设输出编码单元，基于引脚配置单元配置的数据通信协议核，按照指定的数据封装格式对外设输出进行数据封装并上传到网关；其中，外设输包括数据输出和状态输出。
优选的，网关发送的控制指令的数据字段包括：目标外设的引脚地址，操作类型，以及输入给外设的数据或用来控制引脚电平的控制位。外设输出编码单元进行数据封装时，采用的数据格式的字段包括：状态/数据，引脚地址和终端设备地址。
优选的，引脚配置单元包括通用输入输出口电路、第一多路复用器和数据通信协议核集合，通过配置通用输入输出口电路的使能信号来配置不同引脚的工作模式，并通过网关发出的控制指令控制多路复用器从数据通信协议核集合中为通用输入输出口电路的输入或输出引脚配置匹配的数据通信协议核。
优选的，输入信号生成单元包括串行输入并行输出的移位寄存器、第二多路复用器和锁存器；其中，所述移位寄存器用于解析网关发送的控制指令，并将控制指令中的目标外设的引脚地址输出到引脚配置单元的第一多路复用器；以及将控制指令中的操作类型，输入给外设的数据或控制位输出到第二多路复用器；对于数据，第二多路复用器根据操作类型匹配对应的数据通信协议核，该数据通信协议核用于生成数据信号并输出到第一多路复用器；对于控制位，第二多路复用器根据操作类型匹配对应的锁存器，该锁存器用于生成控制信号并输出到第一多路复用器；所述第一多路复用器根据控制指令中的目标外设的引脚地址在通用输入输出口电路中匹配到对应的目标引脚，向目标外设发送生成的数据信号和控制信号。
(2)外设ID配置器，用于用户基于预配置的ID输入方式，输入当前待插入外设的外设 ID，本发明实施例中，一种或一类外围设备对应于一个ID号，以外设ID作为外设编排文件的索引，以便于在网关的外设编排库中匹配到对应的外设编排文件。
优选的，本发明实施例中，将外设ID配置器设置为外设ID号拨码器。在终端用户将新的外设插入到即插即用终端之前，需要将拨码器拨成该外设对应的ID号，一种或一类外围设备对应于一个ID号，所以系统可以通过ID号方便快速的获取到当前外设的相关信息。本发明实施例中，给定了一个预定义的ID号空间，由m(大于1的正整数)个十六进制拨号开关组成，理论上可以支持16m种不同的外设。
(3)外设插槽。一个即插即用终端能够提供一组外设插槽来容纳外设。当新的外设插入空槽时，该槽的电源连接会闭合并触发即插即用终端发送外设ID号给网关。类似地，当从即插即用终端上删除外设时，网关也会收到通知，并移除相应外设的控制。
优选的，所述外设插槽作为外设的物理接口，包括多个插槽，每个插槽包括一定数量的引脚，且各插槽内的引脚采用指定间距排列；以及通过并入串出移位寄存器记录每个插槽的使用状态(如通过高低电平来表征是否被使用)和用户通过外设ID号拨码器输入的外设ID 并作为当前记录的外设ID数据(用于表征用户在哪个插槽上插入了ID为多少的外设，即表征外设所在插槽和输入的外设ID)，该并入串出移位寄存器再在时钟信号的驱动下串行输出该外设ID数据至网关，网关根据外设ID数据在本地的外设编排库中匹配对应的外设配置和逻辑控制，从而实现对外设的工作模式控制，以及获取相关的工作参数。
(4)通信接口。传统的有线和无线通信方式(例如以太网、WiFi、LoRa和NBIoT等)都可以被应用到系统当中，以连接网关和即插即用终端。
其中，外设ID配置器、外设插槽和通信接口构成外设即插即用板。
网关是负责协调系统中所有部署在即插即用终端上的外设的接入，为一种可能的实现方式，其包括以下4个部分，分别为：
(1)外设编排库。网关保存了一个外设编排文件的本地库，用于描述现有商用外围设备的引脚配置和控制逻辑，采用统一外设描述语言编写(UPDL)。外设编排文件可以直接通过互联网从公共库下载。
(2)统一外设描述语言编排解析(USP)单元。当从即插即用终端接收到一个外设ID号时，网关在本地外设编排库中查找到相应的外设编排文件，USP单元对匹配的外设编排文件进行解析，将其中的描述语句转换为二进制的控制比特流再将其发送给即插即用终端。该控制比特流包括外设的配置和控制逻辑，其中，配置包括物理接口(物理连接和电气特性)和工作特性(采样率、精度等)。再将当前外设的配置和控制逻辑并发送给即插即用终端。
(3)外设输出解码(POD)单元。POD单元首先从统一外设描述语言脚本解析部分获取外设的数据格式，然后从接收的数据包中恢复外设的输出(即数据和状态信息)。
(4)通信接口。用于与插即用终端有线和/或无线的网络连接。
如图3所示，本发明实施例提供的物联网外设即插即用系统在使用时的具体操作包：第一步，在即插即用终端上拨入新外设的ID；第二步，把新外设插到即插即用终端上。整个操作平均仅需9秒即可完成对终端的功能更新。其基本工作原理为：即插即用终端检测到外设芯片的插入会立马将拨入的外设ID上传至网关。网关上建立有外设控制的外设编排库，该库中包含各类外设的控制脚本且与各种外设的ID一一对应。网关在接收到上传的外设ID后，基于该外设ID从外设编排库中寻找匹配该ID的外设编排文件。为了实现对各类外设的统一控制，基于预配置的统一的外设描述语言编写脚本文件，内容包含外设的接口配置(物理连接和电气性质)以及其逻辑控制。根据对外设编排内容的解析，网关就能自动下发命令对外设进行配置和控制，从而实现相应物联网设备的功能更新。
此外，为了进一步优化物联网系统的总体网络带宽的利用率，本发明实施例中的网关还包括自适应外围设备调度(APS)单元(即外设调度器)，该APS单元协调对所有外围设备的访问，并向相应的即插即用终端发出控制指令。更具体地说，APS单元根据外围设备返回数据的变化率，自适应地调整其访问频率，从而针对特定的物联网应用程序优化总体网络带宽的利用率。
作为一种可能的实现方式，本发明实施例中，即插即用终端的统一外设交互接口的引脚配置单元采用如图4所示的通用输入输出口(GPIO)电路，其包括两条支路，其中一条支路包括一个P-MOS场效应管和一个N-MOS场效应管，以及两个三态逻辑门，该P-MOS场效应管的内置上拉电阻标记为Ri，并将两个三态逻辑门(TSL)的使能信号分别标记为EN1和EN2；通用输入输出口电路的另一条支路包括两个相同的场效应管N-MOS，以及一个三态逻辑门，两个场效应管N-MOS的使能信号分别标记为EN4和EN5，且使能信号为EN4的场效应管N-MOS还包括一个上拉电阻RPU，使能信号为EN5的场效应管N-MOS还包括一个下拉电阻RPD。图4中，CPKs表示预置的数据通信协议核集合，该数据通信协议核集合的数据通信协议包括但不限于：I2C(Inter-Integrated Circuit)、RS485、USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter)、1-Wire、SPI(Serial Peripheral Interface)。可以通过对图4中的5个使能信号(EN)的编程控制来配置不同引脚的电气特性，具体配置如表1所示：
表1
Figure BDA0003447188870000081
作为一种可能的实现方式，本发明实施例中，网关的外设调度器采用的调度方式为：
首先检测物外设类型，对于存储类型或执行类型的外设，采用固定的调度频率访问外设；对于传感器类外设，则基于外设返回的感知数据的变化程度配置其工作频率：若变化程度大于或等于预置的变化阈值，则采用调度频率A；否则采用调度频率B，其中，调度频率A大于调度频率B。
进一步的，本发明实施例中，采用传感器返回数据的二阶导数来表征外设返回的感知数据的变化程度。由于外设对物理量的采样上离散的，因此，其某一时刻(C)返回数据的二阶导数(SC)可由时刻C的前K个最近的历史采样数据计算得到：
Figure BDA0003447188870000082
其中，C≥K，且K≥3，Dj代表前K个最近的历史采样数据的第j个数值，fj表示第第j个数值的采样频率。需要说明的是，对于最开始的K-1个采样数据，则直接采用预设的初始工作频率获取。
以此为基础，建立如下的计算公式以动态调节外设的实时调度频率：
Figure BDA0003447188870000083
其中，fi c表示第i个外围设备在C时刻的实时调度频率，
Figure BDA0003447188870000085
表示物联网终端接入的第i个外围设备在C时刻返回的采集数据的二阶导数，
Figure BDA0003447188870000086
和
Figure BDA0003447188870000087
分别表示当前K个最近的历史采样数据的二阶导数的最小值和最大值，fi min和fi max分别表示预置的第i个外围设备的最小和最调度频率。
本发明现有繁琐的物联网开发过程转换为简单的外设插拔工作方式，物联网感知设备的功能可以通过拔插外设这样简单的操作完成，类似USB设备在电脑上应用一样，提升了物联网的部署便捷性；同时，面临新需求时，用户不再需要委托专业人员耗费数周至数月进行开发，仅需根据需求购买相应的外设(物联网感知设备)并插入原有的物联网设备即可，有效降低了物联网部署成本。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.物联网外设即插即用系统，其特征在于，包括即插即用终端、网关和云服务器；
所述插即用终端，包括统一外设接口、外设ID配置器、外设插槽和通信接口，所述外设ID配置器用于供用户输入外设ID，外设插槽用于向外设提供物理接口，所述通信接口用于插即用终端与接网关之间的网络连接，所述统一外设接口用于实现网关和插入插即用终端的外设之间的全双工通信；
所述网关包括外设编排库、统一外设描述语言编排解析单元、外设输出解码单元和通信接口，网关的通信接口用于其与插即用终端的网络连接，所述外设编排库用于描述不同外设的引脚配置和控制逻辑，并采用统一外设描述语言编写；所述统一外设描述语言编排解析单元基于插即用终端发送的外设ID号，在所述外设编排库中匹配对应的外设编排文件，并对匹配到的外设编排文件进行解析，将其中的描述语句转换为二进制的控制比特流再发送给即插即用终端；所述外设输出解码单元基于外设ID匹配对应的数据格式，并对外设通过即用终端转发的数据包进行解析处理；
所述网关还通过互联网接入云服务器；
所述云服务器用于接收网关上传的数据包，所述数据包载荷来自外设，且云服务定期对网关上的外设编排库进行同步更新。
2.如权利要求1所述的物联网外设即插即用系统，其特征在于，所述统一外设接口包括引脚配置单元、输入信号生成单元和外设输出编码单元；其中，引脚配置单元，用于在网关所发送的控制指令下为插入的外设配置每个引脚的连接模式和电气特性；连接模式包括控制信号的连接模式和数据信号的连接模式；数据信号的连接模式指：基于预设的映射关系，在预置的通信协议核集合中匹配对应引脚对应的数据通信协议核；输入信号生成单元，用于解析网关发送的控制指令，并根据引脚配置单元配置的数据通信协议核，产生访问目标外设所需的特定物理信号，所述特定物理信号包括数据和控制信号；外设输出编码单元，基于引脚配置单元配置的数据通信协议核，按照指定的数据封装格式对外设输出进行数据封装，并将得到的数据包并上传到网关；其中，外设输包括数据输出和状态输出。
3.如权利要求1所述的物联网外设即插即用系统，其特征在于，所述外设ID配置器设置为外设ID号拨码器，在将外设插入到即插即用终端前，通过所述外设ID号拨码器输入对应的外设ID，且每种外设对应一个外设ID。
4.如权利要求1所述的物联网外设即插即用系统，其特征在于，所述外设插槽设置有多个插槽，每个插槽用于一个外设的插入，当外设菜如一个空的插槽时，该插槽的电源连接会闭合并触发即插即用终端发送外设ID号给网关；当从即插即用终端的外设插槽拔出外设时，当前插槽的电源连接会断开，并触发即插即用终端向网关发送外设移除通知消息，以使得网关移除该外设的控制。
5.如权利要求1所述的物联网外设即插即用系统，其特征在于，所述网关还包括外设调度器，所述外设调度器用于协调所有外设的调度频率，对于传感器类的外设，根据外设返回的感知结果的变化程度自适应调整外设的调度频率。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013178174A1 (zh) * 2012-11-12 2013-12-05 中兴通讯股份有限公司 实现终端设备即插即用管理的能力开放平台、方法及网关
CN104052759A (zh) * 2013-03-11 2014-09-17 中国科学院计算技术研究所 一种物联网即加即用技术的实现系统
CN106672724A (zh) * 2016-12-21 2017-05-17 浙江大学 基于can总线的便携式电梯安全性能监测系统
CN111064627A (zh) * 2020-01-15 2020-04-24 江苏方天电力技术有限公司 一种电力物联终端即插即用管理系统
US20200323030A1 (en) * 2019-04-02 2020-10-08 Elear Solutions Tech Private Limited Method and system for managing a private, decentralized, secure, ip-based peer-to-peer mesh overlay network
CN111988417A (zh) * 2020-08-28 2020-11-24 电子科技大学 物理网终端的通信控制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013178174A1 (zh) * 2012-11-12 2013-12-05 中兴通讯股份有限公司 实现终端设备即插即用管理的能力开放平台、方法及网关
CN104052759A (zh) * 2013-03-11 2014-09-17 中国科学院计算技术研究所 一种物联网即加即用技术的实现系统
CN106672724A (zh) * 2016-12-21 2017-05-17 浙江大学 基于can总线的便携式电梯安全性能监测系统
US20200323030A1 (en) * 2019-04-02 2020-10-08 Elear Solutions Tech Private Limited Method and system for managing a private, decentralized, secure, ip-based peer-to-peer mesh overlay network
CN111064627A (zh) * 2020-01-15 2020-04-24 江苏方天电力技术有限公司 一种电力物联终端即插即用管理系统
CN111988417A (zh) * 2020-08-28 2020-11-24 电子科技大学 物理网终端的通信控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SONGFAN LI: "Internet-of-microchips: direct radio-to-bus communication with SPI backscatter", 《PROCEEDINGS OF THE 26TH ACM ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE ON MOBILE》 *

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