CN115150432B - 一种物联网组网系统及其通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种物联网组网系统及其通信方法，该物联网组网系统包括：K个单位的物联网组网子系统，所述物联网组网子系统包括：物联终端节点层、物联局域网路由层、云端服务器层、工业设备层；物联局域网路由层还和云端服务器层通信连接；物联终端节点层的物联局域网包括J个分节点和L个公开节点，物联局域网内的所有节点、物联局域网路由层的总节点均设置LORA模块；同一物联局域网内的所有节点均通过LORA模块以定向传输的方式进行通信，不同单位的物联局域网通过各自的公开节点以透明传输的方式进行通信。本发明能保证传感器数据可信度高，输出控制信息安全性高，为区块链溯源的应用直接提供可靠的物联网数据。

Description

一种物联网组网系统及其通信方法
技术领域
本发明涉及物联网通信技术领域，具体涉及一种物联网组网系统及其通信方法。
背景技术
物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。物联网技术已经广泛应用于各行各业。而且已经出现了物联网与区块链结合的技术应用研究，当然并没有得到普及。
ERP是企业资源计划的简称，是对企业的人、财、物、信息等所有资源进行优化管理的信息技术，如今的ERP系统已经涵盖了几乎企业所有的业务，比如有生产资源计划、制造、财务、销售、采购、质量管理，实验室管理，业务流程管理，产品数据管理，存货、分销与运输管理，人力资源管理和定期报告系统等等。ERP甚至已经从供应链范围去优化企业的资源，是基于网络经济时代的新一代信息系统。
区块链技术是一种分布式数据存储、点对点传输、加密算法等综合多个计算机技术的新型应用技术。区块链的不可篡改的技术特性为产品溯源提很好的技术支撑。
但是目前物联网的组网方式存在缺陷，主要表现在：提供的传感器数据可信度存在质疑，输出控制存在安全漏洞，并且无线通信的数据完整性没有保障。此外，目前组网是每个应用（每个企业）都独立布网，没有做到网与网的连接，这样不能相互证明数据的真实性，也不利于大数据的深入应用。还有，ERP应用与物联网、智能设备连接的层次多使用ISA-95架构，这导致层次较多，数据获取不及时，及可信度同样容易遭受质疑。这两方面的结合，最终导致为区块链提供产品溯源的原始数据的公信力也存在着质疑。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的数据采集与控制外设的效率与安全性都受影响，原始数据存在公信力质疑的不足的问题，提供了一种物联网组网系统及其通信方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种物联网组网系统包括：K个单位的物联网组网子系统，所述物联网组网子系统包括：物联终端节点层、物联局域网路由层、云端服务器层、工业设备层；物联终端节点层、工业设备层均和物联局域网路由层通信连接，物联局域网路由层还和云端服务器层通信连接；物联终端节点层的物联局域网包括J个分节点和L个公开节点，物联局域网内的所有节点、物联局域网路由层的总节点均部署LORA模块；同一物联局域网内的所有节点均通过LORA模块以定向传输的方式进行通信，不同单位的物联局域网通过各自的公开节点以透明传输的方式进行通信；其中，定向传输的方式为依据目的节点的地址和信道进行通信，透明传输的方式为采用物码校验码将传感信息进行编码后再进行通信。
优选地，物联局域网路由层的物联网路由总节点和云端服务器层的云端服务器均部署ERP系统，所述ERP系统用于向物联局域网的分节点输出即时采集传感器数据、工业设备或者测量仪器的相关数据的指令，并根据采集的数据值触发对应的规则，所述ERP系统还用于发出控制外部设备指令。
优选地，物联局域网的分节点包括安全节点和非公开节点， 所述安全节点通过LORA模块与其他分节点进行定向传输通信连接，所述安全节点还通过互联网和物联网路由总节点通信连接， 所述安全节点为具有非对称加密运算能力的边缘计算机，所述非公开节点通过LORA模块与其他节点定向传输通信，所述非公开节点为单片机。
优选地，物联局域网的公开节点安装至少2个LORA模块，其中一个LORA模块用于和同一个物联局域网内的分节点进行定向传输通信连接，另一个用于和不同单位的物联局域网的公开节点进行透明传输通信连接。
优选地，物联局域网路由层的物联网路由总节点采用具有非对称加密运算能力的边缘计算机，物联网路由总节点还连接用户终端和外设。
一种物联网组网系统的通信方法包括：物联局域网的节点之间的通信方法，所述的节点，包括总节点、安全节点、非公开节点、公开节点，具体步骤包括：
步骤S101，读本地配置文件；
步骤S102，判断节点的信息接收端口是否接收到信息；若是，则执行步骤S103；
步骤S103，对接收的信息进行解码，并根据解码结果对信息进行校验；若校验成功，则执行步骤S104；若校验失败，则回复发送节点请求重发；
步骤S104，根据解码结果判断当前节点是否是信息的最终目的节点；若是，则执行步骤S106；若否，则执行步骤S105；
步骤S105，读取当前节点单元的配置文件，获取下一个接收信息的节点的LORA地址与信道，并将信息转发给下一个节点，实现了信息转播；重复步骤S105，直至将信息发送至目的节点；
步骤S106，根据解码结果判断接收的信息是否包括采集数据命令；若是，则获取与该最终目的节点连接的传感器的传感信息，并对传感信息格式化；若否，则执行步骤S107；
步骤S107，判断接收的信息是存储数据命令，还是控制外设命令；若是存储数据命令，则执行步骤S108；若是控制外设命令，则执行步骤S109；
步骤S108，将存储数据写入最终目的节点的数据库；
步骤S109，判断最终目的节点是否为安全节点，若是，则执行步骤S110；若否，则执行步骤S111；
步骤S110，对信息进行非对称加密的信息验签处理，判断验签结果是否正确，若正确，则执行步骤S111；若不正确，则信息发送结束；
步骤S111，根据接收到的控制外设命令，输出外设控制信号，控制与最终目的节点连接的外设。
优选地，物联局域网的节点之间的通信方法还包括：定时获取与节点连接的传感器的传感信息，具体步骤包括：读取配置文件，判断物联局域网的节点的哪个传感器到了该获取数据的时间，若某个传感器到了预设获取数据的时间，则节点主动获取传感器的传感信息，并将传感信息编码成预设格式，再根据配置文件规定的发送列表，将传感信息发送至目的节点，等待目的节点返回信息，判断是否被完整接收。
优选地，预设格式为接收的地址+接收的信道+目的信息+物码校验码+主体内容；其中，接收的地址与接收的信道为当前节点发送给下一个节点的LORA地址与信道；目的地址与目的信道为该信息的最终目的节点的LORA地址与信道；目的信息为目的地址+目的信道或者目的地节点编号。
优选地，将待发送信息编码成预设格式之前还包括生成物码校验码，具体步骤包括：
步骤S201，将待发送信息，转换为16进制的字节串；
步骤S202，判断转换后的字节串的长度是否大于预设发送长度；若是，则执行步骤S203；若否，则执行步骤S204；
步骤S203，对转换后的字节串进行数据切片；
步骤S204，计算待发送字节串的长度，得到16进制物码校验码的头两位；
步骤S205，计算待发送字节串的CRC校验码，得到16进制物码校验码的后四位；
步骤S206，将16进制校验码的头两位和后四位进行组合得到完整物码校验码。
优选地，对接收的信息进行解码包括：从接收的信息中分别提取出目的地址、目的信道、物码校验码和主体内容。
优选地，根据解码结果对信息进行校验的步骤包括：
步骤S301，从已接收的信息中取出物码校验码与主体内容；
步骤S302，计算已接收的信息的主体内容的总长值，将总长值与物码校验码头两位比较；若二者相等，则执行步骤S303；若二者不相等，则向发送节点返回收到不完整信息的结果，结束校验；
步骤S303，根据已接收的信息的主体内容，计算CRC校验码，即物码校验码的后四位；
步骤S304，将计算的物码校验码的后四位，与从已接收的信息中提取的物码校验码后四位进行比较；若二者相等，则向发送节点返回收到完整信息的结果；若二者不相等，则向发送节点返回收到不完整信息的结果，验证结束。
优选地，所述的通信方法包括：物联局域网路由层的物联网路由总节点发送信息，具体步骤包括：
步骤S401，物联网路由总节点收到来自客户端的控制信息，或者该总节点的ERP系统根据触发规则触发产生采集信息或控制信息；
步骤S402，读取配置文件信息；
步骤S403，判断是否为访问物联终端节点层，若是，则进入步骤S404；否则，则进入步骤S407；
步骤S404，判断待发送的采集或者控制信息是否要加密签名；若是，则执行步骤S405；若否，则执行步骤S406；
步骤S405，使用非对称加密的数字签名技术对待发送的采集或控制信息进行数字签名，数字签名后的采集或控制信息作为主体内容；
步骤S406，将主体内容按照预设格式进行编码，并通过总节点的LORA模块将编码后的信息发送至物联终端节点层；
步骤S407，物联网路由总节点将待发送的采集或者控制信息发送至目的设备。
优选地，物联网路由总节点将信息上传至云端服务器后还包括：云端服务器的ERP系统判断接收的信息是否包括触发规则；若有，则触发对应的规则。
优选地，所述的通信方法还包括：云服务器发送信息，具体步骤包括：若物联网路由总节点有固定IP，则云服务器的ERP系统通过TCP通信与物联网路由总节点进行主动连接，进行指令发送；若没有固定IP，则云服务器将待发送的指令写入待执行指令列表中，物联网路由总节点按照预设周期向云服务器轮询，寻找需要发送的指令。
本发明相对于现有技术具有如下优点：
本发明由于每个单位的物联局域网均包括分节点和公开节点，不同单位的物联局域网通过各自的公开节点以透明传输的方式进行通信，这样就能保证传感器数据可信度高，输出控制信息安全性高。不同单位的物联局域网通过各自的公开节点以透明传输的方式进行通信，这样可以把本物联网的数据信息发送给其他相邻的物联网，也可以接收来自相邻的物联网的数据信息，其好处就是所有不同的物联局域网都可以通过公开节点进行数据互通。而且物联局域网内的所有节点、物联局域网路由层的总节点均设置LORA模块，这种无线组网方式，可以在任何没有网络信号的环境下使用，实现了物联网与设备、不同物联网之间的连接与数据举证，为区块链溯源的应用直接提供可靠的物联网数据。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的物联网组网系统的架构图。
图2为本发明的物联网组网系统的结构图。
图3为本发明的物联网路由总节点的结构图。
图4为本发明的安全节点的结构图。
图5为本发明的非公开节点的结构图。
图6为本发明的公开节点的结构图。
图7为本发明的信息校验方法的示意性流程图。
图8为本发明实施例提供的抓取数据命令的用户使用界面图。
图9为本发明生成校验码的示意性流程图。
图10为本发明的物联网路由总节点发送数据采集与输出控制的示意性流程图。
图11为本发明实施例提供的节点用户设置界面图。
图12为本发明实施例提供的传感器设置触发逻辑的用户界面图。
图13为本发明实施例提供的根据传感器数据触发生成的采购订单的用户界面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的物联网组网系统的架构图。如图1所示，一种物联网组网系统包括：K个单位的物联网组网子系统，所述物联网组网子系统包括：物联终端节点层、物联局域网路由层、云端服务器层、工业设备层；物联终端节点层、工业设备层均和物联局域网网路由层的总节点通信连接，物联局域网路由层的总节点还和云端服务器层通信连接。其中，定向传输的方式为依据目的节点的地址和信道进行通信，透明传输的方式为采用物码校验码将传感信息进行编码后再进行通信。
本申请使得不同企业的物联网由公共节点相连，可以为产品溯源提供可信的证据链条。每个LORA节点可以自由实现数据获取或远程控制，而且路由节点之间可以进行有序协同工作。本发明提供的无线组网方式，可以在任何没有网络信号的环境下使用，实现了物联网与设备、不同物联网之间的连接与数据举证，为区块链溯源的应用直接提供可靠的物联网数据。
物联终端节点层包括J个分节点和L个公开节点，其中分节点又包括若干个安全节点与若干个无特殊安全要求的非公开节点；安全节点采取非对称加密的数字验签算法，用于输出控制重要的外部设备；物联终端节点层的所有节点、物联局域网路由层的总节点均设置LORA模块；同一物联局域网内的所有节点均通过LORA模块以定向传输的方式进行通信，不同单位的物联局域网通过各自的公开节点以透明传输的方式进行通信。
需要说明的是，图1展示了2个单位的物联网组网子系统，2个单位分别A公司和B公司。其各自的物联局域网分别叫做A网和B网。图1示出了A网的非公开节点A1、非公开节点A2、…非公开节点AM…非公开节点AN，以及B网的非公开节点B1、非公开节点B2、…非公开节点BM…非公开节点BN。
参见图2，本发明的节点包括：总节点，安全节点，非公开节点，公开节点。所述总节点，即所述的物联局域网路由层的总节点；所述安全节点，即物联终端节点层的安全节点；所述非公开节点，即物联终端节点层的非公开节点；所述公开节点，即物联终端节点层的公开节点。
同一物联局域网内的所有节点均通过LORA模块以定向传输的方式的通信，这样无需连接互联网即可把物联网局域网内部的各个节点无线方式连接起来。定向传输就是使用“地址+信道”呼叫的方式进行通信，这需要为每个节点设置地址与信道。物联局域网的节点通过LORA定向传输数据包的完整格式是“接收的地址+接收的信道+目的地址+目的信道+物码校验码+主体内容”。而透明传输的格式则为“物码校验码+主体内容”。“接收的地址+接收的信道”为信息头，用十六进制的字节型定义。“接收的地址+接收的信道”是直接接收的节点地址。“目的地址+目的信道”是信息包最终达到的节点地址，接收时节点据此来判断本节点是不是信息包的最终目的地，若不是则进行转发。“物码校验码”是校验信息包完整性的编码。需要发送的主体信息，比如读到文件，或从传感器获取的信息，也转为十六进制的字节型。物联网局域网内部节点的通信都是双向的，因此每个节点均可以定向传输向某节点或者总节点发送信息，也可以接收来自某节点或总节点的信息。物联网局域网内部的数据发送类似手机信号基站，信号可以中转（接力）。定向传输可以避免信号相撞，并且网络拓扑形式可以多样。每个节点之间的距离根据节点所用LORA的功率来确定，比如LORA能够达到5公里发射接收范围的，节点之间距离就应当小于5公里。本方案的物联网用LORA组网，相比wifi、zigbee、蓝牙等局域网无线技术，以及2g/3g/4g无线通信技术，LORA具有传输距离远、终端功耗低、容量大、电池寿命长等优点，能最大程度地实现更长距离通信与更低功耗。因此本方案选用LORA组物联网。
在本实施例，每个单位的物联局域网包括M个公开节点，M≥1，公开节点是一个物联局域网与另一个物联局域网进行公开通信的节点。公开节点不进行外设控制。不同单位的物联局域网通过各自的公开节点以透明传输的方式进行通信。物联局域网的公开节点安装至少2个LORA模块，其中一个LORA模块用于和同一个物联局域网的分节点通信连接，另一个用于和不同单位的物联局域网的公开节点通信连接。这样每个公开节点既可以与物联局域网内部的节点通信，也可以与外部不同的物联局域网公开节点进行通信。而不同物联局域网的公开节点之间的通信采用透明传输的方式，他们的地址与信道都相同，这也是本方案的技术特点。这样可以把本物联网的数据信息发送给其他相邻的物联网，也可以接收来自相邻的物联网的数据信息，做到不同公司、不同场景的物联网数据相互印证。在实际应用中可以使得不同企业（单位）或者个体的物联局域网相连，不同企业或者个体可以自主决定是否需要或哪些数据可以被共享、被取证。每个物联局域网可以设置若干个公开节点，一般能满足指定的物理区域（或物理装备）的所监控的数据取证即可，当然需要关键取数据的物理位置（或设备）就应当设置一个公开节点，便于高效取数据。
在本实施例，物联局域网路由层的物联网路由总节点和云端服务器层的云端服务器均部署ERP系统，所述ERP系统用于向物联局域网的分节点输出即时采集传感器数据、工业设备或者测量仪器的相关数据的指令，并根据采集的数据值触发对应的规则，所述ERP系统还用于发出控制外部设备指令。物联网路由总节点由于具有了ERP系统与数据库，实际上就可以直接作为服务器来使用（因此用户甚至可以不需要云服务器）。ERP系统直接获取物联网数据、智能设备数据，这样便可以实现各种需要的管理意图，所有的数据通路都实现打通，所以是“全数网”。云端服务器也部署了ERP系统，所有物联网中的各种传感数据就可以通过物联网路由总节点写入云端服务器的ERP系统和数据库。云端服务器的ERP系统和数据库包括了物联网路由总节点的所有数据库表与功能，物联网路由总节点的数据库结构与ERP功能可以按需要安装部署。本申请的物联局域网路由层的物联网路由总节点和云端服务器层的云端服务器均设置用于ERP系统统，使得管理层的ERP系统直接与物理层的物联网、智能设备、测量仪器连接起来，不需要其他网关、采集器，可以直接从传感器与设备底层获取数据，并可以通过ERP直接向设备层发出操作指令。
在本实施例，物联局域网的分节点包括若干个安全节点和非公开节点， 所述安全节点和非公开节点均通过LORA模块与其他分节点进行通信。所述安全节点还通过互联网和物联网路由总节点通信连接，并为具有非对称加密运算能力的边缘计算机。一个物联局域网的应用，可以部署若干个安全节点，其主要在控制一些重要外设时使用。所述非公开节点为单片机，不具有非对称加密运算能力。物联局域网的所有分节点连接各种传感器（或连接智能装备），并可以实现对外部设备的输出控制。所述非公开节点单元通过LORA与其他节点进行定向传输通信。一个物联局域网的应用，可以拥有若干个非公开节点单元。传感器可以为温湿度传感器、PH值传感器等。物联网路由总节点采用有计算能力的边缘计算机，并部署ERP系统，使得ERP系统可以直接代替上位机，进行更多的管理数据处理，提高了工作效率。该物联网路由总节点通过WIFI网络或网线，并通过MODBUS-TCP通信协议与PLC、智能设备、智能仪器连接，获取设备加工数据与读取仪器数据。
更进一步地，图3为本发明的物联网组网系统装置的总节点的结构图。参见图3，所述总节点包括：
301：定向传输LORA单元，LORA模块的工作方式设置为定向传输，用于物联局域网信息的内部定向传输，包括信息发送与信息接收。
302：串口通信单元，是利用串口实现与其他外设的进行通信功能的单元。
303：输出控制单元，用于根据输出指令，进行外设控制的单元。
304：TCP通信单元，用于与智能设备、云服务器，或与安全节点进行通信的单元。
305：ERP系统数据单元，是总节点的软件系统部分，用于实现ERP系统的各种相关业务，并点向其他节点发送控制信息命令。实施例，信息格式为：“接收的地址+接收的信道+目的地址+目的信道+物码校验码+主体内容”。在本实施例，主体内容格式为“作业类型+作业内容”。实施例，作业类型为A是存储命令；作业类型B是控制外设命令，作业类型C是采集数据命令。
306：存储器与处理器单元，用于存储软件系统与数据，并执行本总节点的上述功能。
更进一步地，图4为本发明的物联网组网系统装置的安全节点的结构图。参见图4，所述安全节点包括：
401：定向传输LORA单元，LORA模块的工作方式设置为定向传输，用于物联局域网信息的内部定向传输，包括信息发送与信息接收。
402：串口通信单元，是利用串口实现与其他外设的进行通信功能的单元。
403：输出控制单元，用于根据输出指令，进行外设控制的单元。
404：TCP通信单元，用于与智能设备、云服务器，或与安全节点进行通信的单元。
405：非对称加密单元，用于对其他节点发来的加密信息进行验签，并可以对数据先加密再发送的单元。
406：存储器与处理器单元，用于存储软件系统与数据，并执行本安全节点的上述功能。
图5为本发明的物联网组网系统装置的非公开节的结构图。参见图5，所述非公开节点包括：
501：定向传输LORA单元，LORA模块的工作方式设置为定向传输，用于物联局域网信息的内部定向传输，包括信息发送与信息接收。
502：串口通信单元，用于与外设的串口通信，获取外设数据的单元。
503：输出控制单元，用于处理接收到总节点发送来的控制信息，输出控制信号，实现对外设的控制的单元。
504：数据处理单元，用于数据发送编码、数据接收解码，并进行其他业务处理的单元。
505：存储器与处理器单元，用于存储软件系统与数据，并执行本非公开节点单元的上述功能。
图6为本发明的公开节点的结构图。参见图6，所述公开节点包括：
601：透明传输单元，LORA模块设置为透明传输工作方式，用于与其他相邻物联局域网的通信，包括信息发送与信息接收，实现不同物联局域网之间的相互通信功能。优选地，公开节点单元不具有外设控制功能。
602：定向传输LORA单元，用于物联局域网信息的内部定向传输，包括信息发送与信息接收。与601单元配合，实现不同物联局域网之间的相互通信功能。
603：串口通信单元，用于与外设的串口通信，获取外设数据的单元。
604：数据处理单元，用于数据发送编码、数据接收解码，并进行其他业务处理的单元。
605：存储器与处理器单元，用于存储软件系统与数据，并执行本公开节点单元的上述功能。
在本实施例，物联网路由总节点也安装有LORA模块，通过LORA模块与各个分节点进行通信。而物联网路由总节点接入互联网的方式可以通过网线或者WIFI方式接入，从而实现物联局域网与云端服务器（数据库）的通信。物联局域网路由层的物联网路由总节点采用具有边缘计算能力的微处理设备，物联网路由总节点还连接用户终端和外设。用户终端可以为手机、iPad和个人PC，在此不做具体限定。用户可以通过个人PC或手机等直接访问物联网路由总节点的数据，也可以通过个人PC与手机访问互联网云端服务器。每个互联网云端服务器可以与一个或多个物联网路由总节点相连。访问方式是物联网路由总节点作为客户端，互联网云服务器作为服务端。客户端与服务器通信采用TCP通信。外设可以为各种传感器、智能装备。物联网路由总节点可以直接进行数据处理、存储等操作。
在本实施例，工业设备层，是工业智能制造设备、智能测试仪器的物理层。其中，工业设备、测试仪器与本申请的总节点通过MODBUS TCP通信。更进一步，工业设备的RS232、RS485接口可以用串口服务器转为MODBUS TCP通信，直接用WIFI连接，这样的通信网络建设方便、经济、高效。
一种物联网组网系统的通信方法包括：物联局域网的节点之间的通信方法，这里所述的节点，包括总节点、安全节点、非公开节点、公开节点，具体步骤包括：
步骤S101，读本地配置文件；物联局域网节点内置的服务程序。启动运行时，都先读本地配置文件。其中，本地配置文件包括：节点编号、重复发送次数、定时发送的时间、每次发送的最大字节数、定向发送的节点列表（地址+信道）、传感器号、数据名等。接下来，进入接收与发送循环。
步骤S102，判断节点的信息接收端口（连接LORA的串口）是否接收到信息；若是，则执行步骤S103； 若不是，则执行步骤S111。
步骤S103，对接收的信息进行解码，并根据解码结果对信息进行校验；若校验成功，则执行步骤S104；若校验失败，则回复发送节点请求重发；
在本实施例，对接收的信息进行解码包括：把接收的１６进制字节串转码为JSON格式的信息，并从中分别提取出目的地址、目的信道、校验码和主体内容。图7为本发明的对信息进行校验的示意性流程图。如图7所示，根据解码结果对信息进行校验的步骤包括：
步骤S301，从已接收的信息中解码取出校验码与主体内容；已接收的信息为１６进制字节串，再转为JSON格式。
步骤S302，计算已接收的信息的主体内容的总长（16进制），将总长值与校验码头两位比较；若二者相等，则执行步骤S303；若二者不相等，则向发送节点返回收到不完整信息的结果，结束校验；
步骤S303，根据已接收的信息的主体内容，计算CRC16校验码，得到校验码的后四位；
步骤S304，将计算得到的校验码的后四位，与从已接收的信息中提取的校验码后四位进行比较；若二者相等，则向发送节点返回收到完整信息的结果；若二者不相等，则向发送节点返回收到不完整信息的结果，验证结束。
步骤S104，根据解码结果判断当前节点是否是信息的最终目的节点；若是，则执行步骤S106；若否，则执行步骤S105；具体地，根据信息中的“目的地址+目的信道”，判断当前节点是否是信息的最终目的节点。
步骤S105，读取当前节点单元的配置文件，获取下一个接收信息的节点的LORA地址与信道，并将信息转发给下一个节点，实现了信息转播；重复步骤S101，直至将信息发送至目的节点。具体地，根据本节点的配置文件里的发送列表，获取下一个接收信息的节点的LORA地址与信道，逐一发送给列表中的节点。
步骤S106，根据解码结果判断接收的信息是否包括采集数据命令；若是，则获取与该最终目的节点连接的传感器的传感信息，并对传感信息格式化；若否，则执行步骤S107；具体地，从主体内容中解码出信息类型B，则是控制外设命令，然后根据主体内容中给定的外设接口（含时间等其他控制需要的相关信息），输出控制信号。
具体地，步骤S106包括：解码主体内容，得到“作业类型+作业内容”。若得作业类型为A，则是存储命令（通常是总节点执行存储命令），此时执行步骤S108；若得到作业类型B，则是控制外设命令，此时执行步骤S109。若得到作业类型C，则是采集数据命令。
更进一步，是根据主体内容解码出是否为抓取数据命令（采集数据命令），若从主体内容中解码出信息作业类型C，对应的，则是采集数据命令的作业内容。其中，抓取数据命令的格式是传感器号+数据名。如果是抓取数据命令，则根据抓紧信息命令的传感器编号，获取对应传感器的数据。获取数据后，进入步骤S112。采集数据的命令是由用户终端（PC或手机）通过与物联局域网总节点ERP或者云端服务器ERP发出的。其中，抓取数据命令的用户使用界面参考图8。进一步地，对获取的信息进行格式化，并发送出去。之后则重新进入步骤S101循环。
步骤S107，判断接收的信息是存储数据命令，还是控制外设命令；若是存储数据命令，则执行步骤S108；若是控制外设命令，则执行步骤S109；具体地，从主体内容中解码出信息类型B，则是控制外设命令，然后根据主体内容中给定的外设接口（含时间等其他控制需要的相关信息），输出控制信号。
步骤S108，将存储数据写入最终目的节点的数据库。
步骤S109，判断最终目的节点是否为安全节点，若是，则执行步骤S110；若否，则执行步骤S111；
步骤S110，对信息进行非对称加密的信息验签处理，判断验签结果是否正确，若正确，则执行步骤S110；若不正确，则本次信息发送结束，并次执行步骤S101，进入下一个循环周期。
步骤S111，根据接收到的控制外设命令，输出外设控制信号，控制与最终目的节点连接的外设。之后，则再次执行步骤S101，进入下一个循环周期。
步骤S112，定时获取与节点连接的传感器的传感信息，具体步骤包括：读取配置文件，判断物联局域网的节点的哪个传感器到了该获取数据的时间，若某个传感器到了预设获取数据的时间，则节点执行获取传感器数据的命令，获取数据后，进入步骤S112。
步骤S113，将传感信息编码成预设格式，再根据配置文件规定的发送列表，将传感信息发送出去。之后，则再次执行步骤S101，进入下一个循环周期。在本实施例，预设格式为接收的地址+接收的信道+目的地址+目的信道+物码校验码+主体内容；其中，接收的地址与接收的信道为当前节点（含总节点、安全节点、非公开节点）发送给下一个节点（含总节点、安全节点、非公开节点、公开节点）的LORA地址与信道；目的地址与目的信道为该信息的最终目标节点的LORA地址与信道。
在本实施例，将待发送信息编码成预设格式之前还包括生成校验码，图9为本发明的生成校验码的示意性流程图。生成校验码的具体步骤包括：
步骤S201，将待发送信息转换为16进制的字节串；
步骤S202，判断转换后的字节串的长度是否大于预设发送长度；若是，则执行步骤S203；若否，则执行步骤S204；在本实施例，预设发送长度为64字节。
步骤S203，对转换后的字节串进行数据切片；切片的长度为固定发送长度。
步骤S204，计算待发送字节串（原信息或经过切片处理的信息）的长度，得到16进制校验码的头两位；
步骤S205，计算待发送字节串的CRC16校验码，得到16进制物码校验码的后四位。
步骤S206，将16进制校验码的头两位和后四位进行组合得到完整校验码。
在本实施例，对接收的信息进行解码包括：从接收的信息中分别提取出目的地址、目的信道、校验码和主体内容。
在本实施例，所述的通信方法包括：物联局域网路由层的物联网路由总节点发送数据采集或外设控制信息。图12为本发明的物联网路由总节点发送信息的示意性流程图，包括：
步骤S401，物联网路由总节点收到来自客户端（用户）的控制信息（数据采集或输出控制），或者该总节点的ERP系统数据触发规则，触发采集信息或输出控制信息，则执行步骤S402。触发规则可以是直接控制智能设备的动作，或终端传感器数据采集，或者是生成管理数据（比如设备故障预警、配件采购、销售策略等）等。
步骤S402，读取配置文件信息。
其中，物联网路由总节点在服务程序运行前，也先把配置信息写入配置文件，在本实施例，配置信息包括：总节点的数据库用户与密码、总节点的IP地址与端口。物联局域网各个节点信息与访问云端ERP数据库所需要的参数，都存储在总节点的ERP数据库中，并可以进行加密存储，这样更安全。实施例，节点用户设置界面如图12。
步骤S403，判断是否为访问物联网终端层，若是，则进入步骤S404；否则，则进入步骤S407。
步骤S404，判断待发送的信息是否要加密签名；若是，则执行步骤S405；若否，则执行步骤S406；
步骤S405，使用非对称加密的数字签名技术对待发送的信息进行数字签名，数字签名后的信息作为主体内容；
步骤S406，将主体内容按照预设格式进行编码，编码后，通过总节点的定向传输LORA单元，向物联终端节点层的发送信息。实施例，信息编码的预设格式为：接收的地址+接收的信道+目的地址+目的信道+物码校验码+主体内容。主体内容的格式为：作业类型+作业内容。参考本实施例前面的描述。
步骤S407，通过TCP通信接口单元，发送采集数据或者控制外设信息至目的设备。
在本实施例，所述的通信方法包括：物联局域网路由层的物联网路由总节点接收信息，具体步骤包括两方面：一方面物联终端节点层的各个节点，对发往总节点的信息，一路转发，直到信息到达总节点为止。总节点收到信息，对接收的信息进行解码，处理过程参见图7与本实施例前面所述，结果写入该物联网路由总节点的数据库和\或上传至云端服务器；另一方面，工业设备层与总节点通过TCP协议通信。
在本实施例，物联网路由总节点与云端服务器的数据通信，使用TCP协议，总节点作为客户端，服务器作为服务端，由总节点主动发起连接。
在本实施例，物联网路由总节点将信息上传至云端服务器后还包括：云端服务器的ERP系统判断接收的信息是否包括触发规则；若有，则触发对应的规则。触发规则可以是直接控制某台智能设备的动作，也可以是生成管理数据（比如设备故障预警、配件采购、销售策略等），图12是配置节点的抓紧数据与控制外设的设置界面。例如，某物联局域网节点传感器监测的钾含量低，此时云端ERP系统根据系统设置的采购规则，触发一张采购订单，如图12是触发采购订单设置，图13是根据触发规则生成的采购订单。实现物联网与管理系统的彻底融合，打通智能生产（制造）的所有环境。云端ERP系统也可以直接向隶属该服务器的网络下的所有物联局域网节点发送指令（即云端指令），比如控制水阀、喷雾、数控机床等等。
因此，本申请可以实现实时抓取物联网传感器的终端数据，比如电压电流值、温湿度、PH值、各种水质监测、地理位置信息、现场图片、设备运行记录等，是实现数字孪生的一种直接的方式，可以为元宇宙或者游戏提供大量的真实场景数据（理论上是任何地方的任何数据），从而丰富了数据孪生的应用。
在本实施例，所述的通信方法还包括：云服务器发送信息，具体步骤包括：
若物联网路由总节点有固定IP，则云服务器的ERP系统通过TCP通信与物联网路由总节点进行主动连接，进行指令发送；若没有固定IP，则云服务器将待发送的指令写入待执行指令列表中，物联网路由总节点按照预设周期向云服务器轮询，寻找需要发送的指令。其中，服务器只作为服务端使用，不主动发起TCP通信。
综上，本发明通过LORA模块、单片机、边缘计算机进行特殊的组网，使得物联网直接与ERP相连，并可直接接收ERP指令，这样也打破ISA95多层次框架。同时本发明提供了一种信息校验方式，保障了信息传输的正确性。并且，本发明对重要的控制外设指令，进行了数据加密签名。并发明了一种信息校验方法，确保信息传输的完整性。本发明直接在边缘计算机部署ERP系统，并且用户界面用XML格式定义，这就为对接任何ERP系统提供了标准的数据结构。具体地，本发明具有以下有益效果及优点：
（1）通过本发明实现了数据采集、信息的安全传输、安全输出控制外设信号、灵活连接物联网、设备与云端服务器。
（2）本发明直接把物联网、智能设备、智能仪器与ERP系统、与云服务器连接起来，比ISA95多层次框架更高效。
（3）本发明的信息验证方法，为物联网的信息提供了可靠的信息传输方式。
（4）本发明提供的无线组网方式，可以在任何没有网络信号的环境下使用，实现了物联网与设备、不同物联网之间的连接与数据举证。为区块链溯源的应用直接提供可靠的物联网数据。
（5）边缘计算机嵌入ERP，使得ERP直接代替上位机，进行更多的管理数据处理。提高了工作效率。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种物联网组网系统，其特征在于，包括：K个单位的物联网组网子系统，所述物联网组网子系统包括：物联终端节点层、物联局域网路由层、云端服务器层、工业设备层；物联终端节点层、工业设备层均和物联局域网路由层通信连接，物联局域网路由层还和云端服务器层通信连接；
物联终端节点层的物联局域网包括J个分节点和L个公开节点，物联局域网内的所有节点、物联局域网路由层的总节点均部署LORA模块；
同一物联局域网内的所有节点均通过LORA模块以定向传输的方式进行通信，不同单位的物联局域网通过各自的公开节点以透明传输的方式进行通信；
其中，定向传输的方式为依据目的节点的地址和信道进行通信，透明传输的方式为采用物码校验码将传感信息进行编码后再进行通信；
将传感信息编码成预设格式之前还包括生成物码校验码，具体步骤包括：
步骤S201，将传感信息，转换为16进制的字节串；
步骤S202，判断转换后的字节串的长度是否大于预设发送长度；若是，则执行步骤S203；若否，则执行步骤S204；
步骤S203，对转换后的字节串进行数据切片；
步骤S204，计算待发送字节串的长度，得到16进制物码校验码的头两位；
步骤S205，计算待发送字节串的CRC校验码，得到16进制物码校验码的后四位；
步骤S206，将16进制物码校验码的头两位和后四位进行组合得到完整物码校验码。
2.根据权利要求1所述的物联网组网系统，其特征在于，物联局域网路由层的物联网路由总节点和云端服务器层的云端服务器均部署ERP系统，所述ERP系统用于向物联局域网的分节点输出即时采集传感器数据、工业设备或者测量仪器的相关数据的指令，并根据采集的数据值触发对应的规则，所述ERP系统还用于发出控制外部设备指令。
3.根据权利要求1所述的物联网组网系统，其特征在于，物联局域网的分节点包括安全节点和非公开节点， 所述安全节点通过LORA模块与其他分节点进行定向传输通信连接，所述安全节点还通过互联网和物联网路由总节点通信连接， 所述安全节点为具有非对称加密运算能力的边缘计算机，所述非公开节点通过LORA模块与其他节点定向传输通信，所述非公开节点为单片机。
4.根据权利要求3所述的物联网组网系统，其特征在于，物联局域网的公开节点安装至少2个LORA模块，其中一个LORA模块用于和同一个物联局域网内的分节点进行定向传输通信连接，另一个用于和不同单位的物联局域网的公开节点进行透明传输通信连接。
5.根据权利要求1所述的物联网组网系统，其特征在于，包括：物联局域网路由层的物联网路由总节点采用具有非对称加密运算能力的边缘计算机，物联网路由总节点还连接用户终端和外设。
6.一种物联网组网系统的通信方法，其特征在于，包括：物联局域网的节点之间的通信方法，所述的节点，包括总节点、安全节点、非公开节点、公开节点，具体步骤包括：
步骤S101，读本地配置文件；
步骤S102，判断节点的信息接收端口是否接收到信息；若是，则执行步骤S103；
步骤S103，对接收的信息进行解码，并根据解码结果对信息进行校验；若校验成功，则执行步骤S104；若校验失败，则回复发送节点请求重发；
步骤S104，根据解码结果判断当前节点是否是信息的最终目的节点；若是，则执行步骤S106；若否，则执行步骤S105；
步骤S105，读取当前节点单元的配置文件，获取下一个接收信息的节点的LORA地址与信道，并将信息转发给下一个节点，实现了信息转播；重复步骤S105，直至将信息发送至目的节点；
步骤S106，根据解码结果判断接收的信息是否包括采集数据命令；若是，则获取与该最终目的节点连接的传感器的传感信息，并对传感信息格式化；若否，则执行步骤S107；
步骤S107，判断接收的信息是存储数据命令，还是控制外设命令；若是存储数据命令，则执行步骤S108；若是控制外设命令，则执行步骤S109；
步骤S108，将存储数据写入最终目的节点的数据库；
步骤S109，判断最终目的节点是否为安全节点，若是，则执行步骤S110；若否，则执行步骤S111；
步骤S110，对信息进行非对称加密的信息验签处理，判断验签结果是否正确，若正确，则执行步骤S111；若不正确，则信息发送结束；
步骤S111，根据接收到的控制外设命令，输出外设控制信号，控制与最终目的节点连接的外设。
7.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，物联局域网的节点之间的通信方法还包括：定时获取与节点连接的传感器的传感信息，具体步骤包括：
读取配置文件，判断物联局域网的节点的哪个传感器到了该获取数据的时间，若某个传感器到了预设获取数据的时间，则节点主动获取传感器的传感信息，并将传感信息编码成预设格式，再根据配置文件规定的发送列表，将传感信息发送至目的节点，等待目的节点返回信息，判断是否被完整接收。
8.根据权利要求7所述的通信方法，其特征在于，预设格式为接收的地址+接收的信道+目的信息+物码校验码+主体内容；其中，接收的地址与接收的信道为当前节点发送给下一个节点的LORA地址与信道；目的地址与目的信道为该信息的最终目的节点的LORA地址与信道；目的信息为目的地址+目的信道或者目的地节点编号。
9.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，对接收的信息进行解码包括：从接收的信息中分别提取出目的地址、目的信道、物码校验码和主体内容。
10.根据权利要求9所述的通信方法，其特征在于，根据解码结果对信息进行校验的步骤包括：
步骤S301，从已接收的信息中取出物码校验码与主体内容；
步骤S302，计算已接收的信息的主体内容的总长值，将总长值与物码校验码头两位比较；若二者相等，则执行步骤S303；若二者不相等，则向发送节点返回收到不完整信息的结果，结束校验；
步骤S303，根据已接收的信息的主体内容，计算CRC校验码，即物码校验码的后四位；
步骤S304，将计算的物码校验码的后四位，与从已接收的信息中提取的物码校验码后四位进行比较；若二者相等，则向发送节点返回收到完整信息的结果；若二者不相等，则向发送节点返回收到不完整信息的结果，验证结束。
11.根据权利要求8所述的通信方法，其特征在于，包括：物联局域网路由层的物联网路由总节点发送信息，具体步骤包括：
步骤S401，物联网路由总节点收到来自客户端的控制信息，或者该总节点的ERP系统根据触发规则触发产生采集信息或控制信息；
步骤S402，读取配置文件信息；
步骤S403，判断是否为访问物联终端节点层，若是，则进入步骤S404；否则，则进入步骤S407；
步骤S404，判断待发送的采集或者控制信息是否要加密签名；若是，则执行步骤S405；若否，则执行步骤S406；
步骤S405，使用非对称加密的数字签名技术对待发送的采集或控制信息进行数字签名，数字签名后的采集或控制信息作为主体内容；
步骤S406，将主体内容按照预设格式进行编码，并通过总节点的LORA模块将编码后的信息发送至物联终端节点层；
步骤S407，物联网路由总节点将待发送的采集或者控制信息发送至目的设备。
12.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，物联网路由总节点将信息上传至云端服务器后还包括：云端服务器的ERP系统判断接收的信息是否包括触发规则；若有，则触发对应的规则。
13.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，还包括：云服务器发送信息，具体步骤包括：若物联网路由总节点有固定IP，则云服务器的ERP系统通过TCP通信与物联网路由总节点进行主动连接，进行指令发送；若没有固定IP，则云服务器将待发送的指令写入待执行指令列表中，物联网路由总节点按照预设周期向云服务器轮询，寻找需要发送的指令。
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