CN114599007A - 一种局域网与广域网联合的物联网高效通信系统及构建方法 - Google Patents

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Zhonghui Gaoxin Technology Shandong Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种局域网与广域网联合的物联网高效通信系统及构建方法，所述系统由局域网终端节点、网关和远程数据中心构成，其中所述局域网终端节点具有脚本编程功能，写入延时脚本与传感器数据采集脚本，通过串口连接传感器；所述网关由局域网的主站点与广域网通信设备连接构成并传输数据，二者都具有脚本编程功能；所述局域网的主站点写入使所有局域网终端节点执行脚本的脚本；所述广域网通信设备写入使局域网的主站点执行脚本的脚本，与远程服务器连接传输数据；所述远程数据中心定时发送使广域网通信设备执行脚本的指令。本发明通过“执行所有脚本”指令的层层传递，最终抵达每个局域网终端节点，使每个终端节点执行内部脚本，实现数据打包上传。

Description

一种局域网与广域网联合的物联网高效通信系统及构建方法
技术领域
本发明是属于物联网通信领域，具体涉及一种局域网与广域网联合的物联网高效通信系统及构建方法。
背景技术
采用局域网与广域网联合的物联网通讯系统是目前常见的物联网组网形式，通常采用一个LORA节点作为主站，多个LORA节点作为终端组成无线局域网，将LORA主站与4GDTU通过串口连接实现局域网数据上传至远程数据中心，既体现了LORA低功耗的优势，又避免了多个4G DTU消耗大量流量费的弊端。但目前这类组网方式下的数据采集模式是由远程数据中心通过4G DTU对每个LORA节点的传感器进行轮询，逐个获取传感器数据，即系统内各个LORA节点上挂载一个或多个具有唯一通信地址的设备，数据中心通过网关向每个LORA终端节点广播要采集的传感器的数据读取指令，相当于所有传感器都会收到这一指令，但只有自身地址与指令中的地址信息匹配的传感器会响应，因此LORA网络和4G网络与远程数据中心的通讯次数为传感器个数的2倍，且由于LORA网络是半双工传输方式，上行、下行的数据必须错时发送，因此远程数据中心在发送完一条数据采集指令后必须等到传感器数据上传完成才能发送下一个指令，指令在LORA网络中广播期间，也会唤醒其它无关终端节点，增加了数据中心数据采集的时间和通信设备的功耗。因此开发一种高效的物联网数据采集模式对于降低物联网系统功耗具有重要作用。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种局域网与广域网联合的物联网高效通信系统及构建方法，通过脚本编程配置实现高效快速的传感器信息批量采集。
技术方案：本发明提供一种局域网与广域网联合的物联网高效通信系统，包括局域网终端节点、网关和远程数据中心；所述局域网终端节点具有脚本编程功能，写入延时脚本与传感器数据采集脚本，通过串口连接传感器；网关由局域网的主站点与广域网通信设备连接构成并传输数据，二者都具有脚本编程功能；所述局域网的主站点写入使所有局域网终端节点执行脚本的脚本；所述广域网通信设备写入使局域网的主站点执行脚本的脚本，与远程服务器连接传输数据；所述远程数据中心定时发送使广域网通信设备执行脚本的指令。
进一步地，所述局域网是LORA网络或ZigBee网络或无线电台网络或蓝牙网络。
进一步地，所述广域网是2G网络或3G网络或4G网络或5G网络或NBIot网络或宽带网络。
进一步地，所述脚本编程功能包含“执行所有脚本”命令，设备接收到该命令后执行所有内部写入的脚本。
进一步地，所述广域网通信设备内写入的脚本为向局域网的主站发送“执行所有脚本”命令。
进一步地，所述局域网的主站点内写入的脚本为向各个子站发送“执行所有脚本”命令。
进一步地，所述局域网终端节点内写入的脚本为采集与其连接的各个传感器数据的采集指令。
基于相同的发明构思，本发明还提供一种局域网与广域网联合的物联网高效通信系统构建方法，包括以下步骤：
S1、在需要进行监测的区域安装好传感器，并将传感器与局域网子站连接进行通讯，局域网子站内写入延时指令与传感器数据采集指令，各个局域网子站的延时依次增加，各个局域网子站的目标节点设置为局域网主站；
S2、在所有局域网子站信号都能覆盖范围内设置广域网网关，广域网网关包含局域网主站与广域网DTU，局域网主站设置为广播模式与所有局域网子站通信，局域网主站内写入的脚本内容为使所有局域网子站执行各自内部的脚本，局域网主站与广域网DTU通过串口连接并透明传输数据，广域网DTU内写入的脚本内容为向串口发送执行所有脚本的指令；
S3、远程数据中心部署数据中心服务，并将步骤S2中的广域网DTU与所述数据中心服务连接进行数据透明传输；
S4、数据中心采集所有传感器数据时，向广域网DTU发送使广域网DTU执行内部脚本的指令，广域网DTU收到后执行内部脚本，通过串口向局域网主站发送一条使其执行内部脚本的指令，局域网主站收到后执行内部脚本，通过局域网网络给每个局域网子站发送使所有子站执行内部脚本的指令；
S5、每个局域网子站收到局域网主站发来的指令后，开始执行内部指令，先执行延时指令，再执行采集传感器数据的指令，每个局域网子站采集完成后将与其连接的所有传感器数据打包传回局域网主站，数据包进而通过局域网主站传输至广域网DTU，再进一步通过广域网网络传输到远程数据中心。
进一步地，所述步骤S5中每个局域网子站的延时是递增的，两个局域网子站延时的差大于单个局域网子站上传数据包所需的时间。
有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明远程服务器发送“执行所有脚本”的命令，通过广域网通信设备、局域网的主站点的层层传递，最终到达每个局域网终端节点，使各个局域网终端节点采集与其连接的传感器数据，并打包错时上传，从而提高系统通信效率，降低各个节点传输数据的时间和功耗。
附图说明
图1为局域网与广域网联合的物联网高效通信系统的硬件连接拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的是一种局域网与广域网联合的物联网高效通信系统，在网关处两个DTU上均配置相同的采集指令(内容是运行执行所有脚本)，每个局域网子站配置传感器脚本；云端发送采集指令至网关，使广域网DTU脚本启动，从而通过有线连接，使局域网主站脚本启动，从而使所有局域网子站执行自身脚本，采集传感器数据；每个局域网子站按照预先设定的延时采集传感器数据，依次错峰上报，此上报可以实现多个传感器数据打包上传，进一步节省了传输时间。
高效通信系统包括局域网终端节点、网关和远程数据中心；其中局域网终端节点具有脚本编程功能，写入延时脚本与传感器数据采集脚本，通过串口连接传感器；网关由局域网的主站点与广域网通信设备连接构成并传输数据，二者都具有脚本编程功能；局域网的主站点写入使所有局域网终端节点执行脚本的脚本；所述广域网通信设备写入使局域网的主站点执行脚本的脚本；广域网通信设备与远程服务器连接传输数据；远程数据中心定时发送使广域网通信设备执行脚本的指令。
局域网终端节点接收到执行脚本的指令后，采集与其连接的传感器数据并打成数据包，根据脚本设定的延时，等待相应的时间后上传。网关实现执行所有脚本的指令的传递；还能将局域网终端节点的数据透明传输到远程数据中心。远程数据中心实现向广域网DTU发送执行脚本指令的作用，并接收从局域网终端节点通过网关传回的传感器数据包。
本实施例中采用的4G DTU为成都众山科技有限公司生产的LTE659型号，LORA主站与LORA子站均为上述公司生产的ZSLR311型号，上述两个型号均支持脚本编程功能，脚本的作用为：(1)事先写入与其连接的传感器的数据读取指令，如modbus协议的上位机发送指令；(2)延迟执行数据采集的指令；(3)在采集到的多个设备数据之间插入分隔符。脚本编程还支持“执行所有脚本”(“STARTSHELL”指令，具体语法为“@C＝53544152545348454c4c”，“53544152545348454c4c”为“STARTSHELL”的HEX格式)的命令，当设备收到该指令后，就会执行内部写入的脚本。
基于相同的发明构思，本发明还提供一种局域网与广域网联合的物联网高效通信系统构建方法，包括以下步骤：
S1、在需要进行监测的区域安装好传感器，并将传感器与局域网子站连接进行通讯，局域网子站内写入延时指令与传感器数据采集指令，各个局域网子站的延时依次增加，各个局域网子站的目标节点设置为局域网主站；
S2、在所有局域网子站信号都能覆盖范围内设置广域网网关，广域网网关包含局域网主站与广域网DTU，局域网主站设置为广播模式与所有局域网子站通信，局域网主站内写入的脚本内容为使所有局域网子站执行各自内部的脚本，局域网主站与广域网DTU通过串口连接并透明传输数据，广域网DTU内写入的脚本内容为向串口发送执行所有脚本的指令；
S3、远程数据中心部署数据中心服务，并将步骤S2中的广域网DTU与所述数据中心服务连接进行数据透明传输；
S4、数据中心采集所有传感器数据时，向广域网DTU发送使广域网DTU执行内部脚本的指令，广域网DTU收到后执行内部脚本，通过串口向局域网主站发送一条使其执行内部脚本的指令，局域网主站收到后执行内部脚本，通过局域网网络给每个局域网子站发送使所有子站执行内部脚本的指令；
S5、每个局域网子站收到局域网主站发来的指令后，开始执行内部指令，先执行延时指令，再执行采集传感器数据的指令，每个局域网子站采集完成后将与其连接的所有传感器数据打包传回局域网主站，数据包进而通过局域网主站传输至广域网DTU，再进一步通过广域网网络传输到远程数据中心。本步骤中每个局域网子站的延时是递增。的，两个局域网子站延时的差大于单个局域网子站上传数据包所需的时间。
系统运行前，将所有传感器设定成不重复的通讯地址，LORA子站与传感器通过485总线连接，并在LORA子站内写入采集与其连接的传感器数据的指令，采集指令之间插入分隔字符；每个LORA子站第一个采集指令之前插入延迟执行指令，使每个LORA子站的采集行为错时发生，从而使采集的数据包的发送也是错时的，避免数据拥堵发生丢包的情况。
LORA主站与4G DTU通过232总线连接，LORA主站与LORA子站通过433MHz无线频段连接，4G DTU通过4G网络与远程数据中心连接，LORA主站与4G DTU内均配置“STARTSHELL”指令。
系统运行时，远程数据中心发送“STARTSHELL”指令给4G DTU，4G DTU收到后，执行内部配置的脚本，通过232串口向LORA主站发送“STARTSHELL”指令，LORA主站收到后，执行内部配置的脚本，通过LORA网络向所有LORA子站发送“STARTSHELL”指令，所有LORA子站收到后，开始执行内部配置的脚本，即先等待设定的延时，再依次采集各个传感器的数据，插入分隔符后依次通过LORA主站、4G DTU，最后上报给远程数据中心，所有LORA子站执行完脚本并发送完数据后，整个采集过程结束。
与传统的远程数据中心直接发送传感器数据采集指令进行轮询采集相比，利用本发明所述的技术方案中的远程数据中心只需发送一条“STARTSHELL”即可采集实现所有传感器数据采集，并且通信发生的次数大幅减少(减少了云端下行的通信次数，同一LORA子站下传感器数据打包发送，减少了数据发送次数)，且各个LORA子站的传感器数据采集可以同时进行，大大降低了采集所有传感器所需的时间，从而降低设备活跃时间，达到降低功耗的目的。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种局域网与广域网联合的物联网高效通信系统，其特征在于，包括局域网终端节点、网关和远程数据中心；所述局域网终端节点具有脚本编程功能，写入延时脚本与传感器数据采集脚本，通过串口连接传感器；所述网关由局域网的主站点与广域网通信设备连接构成并传输数据，二者都具有脚本编程功能；所述局域网的主站点写入使所有局域网终端节点执行本地脚本的脚本；所述广域网通信设备写入使局域网的主站点执行脚本的脚本，与远程服务器连接传输数据；所述远程数据中心定时发送使广域网通信设备执行脚本的指令。
2.根据权利要求1所述的一种局域网与广域网联合的物联网高效通信系统，其特征在于，所述局域网是LORA网络或ZigBee网络或无线电台网络或蓝牙网络。
3.根据权利要求1所述的一种局域网与广域网联合的物联网高效通信系统，其特征在于，所述广域网是2G网络或3G网络或4G网络或5G网络或NBIot网络或宽带网络。
4.根据权利要求1所述的一种局域网与广域网联合的物联网高效通信系统，其特征在于，所述脚本编程功能包含“执行所有脚本”命令，设备接收到该命令后执行所有内部写入的脚本。
5.根据权利要求1所述的一种局域网与广域网联合的物联网高效通信系统，其特征在于，所述广域网通信设备内写入的脚本为向局域网的主站发送“执行所有脚本”命令。
6.根据权利要求1所述的一种局域网与广域网联合的物联网高效通信系统，其特征在于，所述局域网的主站点内写入的脚本为向各个子站发送“执行所有脚本”命令。
7.根据权利要求1所述的一种局域网与广域网联合的物联网高效通信系统，其特征在于，所述局域网终端节点内写入的脚本为采集与其连接的各个传感器数据的采集指令。
8.一种采用如权利要求1-7任一所述系统的局域网与广域网联合的物联网高效通信系统构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在需要进行监测的区域安装好传感器，并将传感器与局域网子站连接进行通讯，局域网子站内写入延时指令与传感器数据采集指令，各个局域网子站的延时依次增加，各个局域网子站的目标节点设置为局域网主站；
S2、在所有局域网子站信号都能覆盖范围内设置广域网网关，广域网网关包含局域网主站与广域网DTU，局域网主站设置为广播模式与所有局域网子站通信，局域网主站内写入的脚本内容为使所有局域网子站执行各自内部的脚本，局域网主站与广域网DTU通过串口连接并透明传输数据，广域网DTU内写入的脚本内容为向串口发送执行所有脚本的指令；
S3、远程数据中心部署数据中心服务，并将步骤S2中的广域网DTU与所述数据中心服务连接进行数据透明传输；
S4、数据中心采集所有传感器数据时，向广域网DTU发送使广域网DTU执行内部脚本的指令，广域网DTU收到后执行内部脚本，通过串口向局域网主站发送一条使其执行内部脚本的指令，局域网主站收到后执行内部脚本，通过局域网网络给每个局域网子站发送使所有子站执行内部脚本的指令；
S5、每个局域网子站收到局域网主站发来的指令后，开始执行内部指令，先执行延时指令，再执行采集传感器数据的指令，每个局域网子站采集完成后将与其连接的所有传感器数据打包传回局域网主站，数据包进而通过局域网主站传输至广域网DTU，再进一步通过广域网网络传输到远程数据中心。
9.根据权利要求8所述的局域网与广域网联合的物联网高效通信系统构建方法，其特征在于，所述步骤S5中每个局域网子站的延时是递增的，两个局域网子站延时的差大于单个局域网子站上传数据包所需的时间。
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