CN115514457A - 无线物联网控制信道通信方法、系统、设备及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了无线物联网控制信道通信方法、系统、设备及介质，传感器节点被激活向汇聚节点发送控制信道请求帧；汇聚节点在接收到传感器节点发送的控制信道请求帧后，向传感器节点发送控制信道应答帧或者控制信道应答终帧，或者继续处于等待接收状态；当汇聚节点需要回复的内容大于一帧的长度时，前N‑1帧发送控制信道应答帧，最后一帧发送控制信道应答终帧，控制信道应答帧中包含控制信道应答帧总数、编号和重传信息中的一种或多种；传感器节点重复接收到控制信道应答帧，直至传感器节点成功接收到控制信道应答终帧后，回复综合控制信道确认帧；发送端接收到综合控制信道确认帧后，重传所有接收失败的控制信道应答帧，直至满足预设条件。

Description

无线物联网控制信道通信方法、系统、设备及介质
技术领域
本发明属于无线物联网技术领域，具体涉及一种无线物联网控制信道通信方法、系统、设备及介质。
背景技术
现有的电力设备传感器微功率无线接入网通信协议定义了星型拓扑结构(图1)和双向通信链路(图2)，均包括汇聚节点和传感器节点，具体的，微功率传感器为终端数据来源，微功率传感器对于功率要求很高，通信方法必须要考虑降低功率开销；汇聚节点支持简单的边缘计算；汇聚节点可以对传感器发送反馈信息；汇聚节点和传感器节点之间采用LoRa/WiFi/Bluetooth/Zigbee等技术连接。
控制信道应答帧(RSP)为在控制信道中传输的一种帧的类型，其功能主要为接收端在接收到控制信道请求帧后，根据控制信道请求帧的传感器类型字段向控制信道配置信息请求与响应过程如图3所示。
传感器节点在固定的配置时隙被激活向汇聚节点发送控制信道请求帧，然后进入等待接收状态，长度为等待回复周期(Wait_Cycle)。
汇聚节点在正确接收到传感器节点发送的控制信道请求帧后与白名单中的传感器节点地址进行匹配。若匹配成功，则汇聚节点向传感器节点发送控制信道应答帧或者控制信道应答终帧；若匹配不成功，则汇聚节点继续处于等待接收状态。
当汇聚节点需要回复的内容大于一帧的长度时，则连续发送多帧，前N-1帧发送控制信道应答帧(RSP)，发送间隔为连续帧发送间隔(Transmission_Interval)，最后一帧发送控制信道应答终帧(RSP_END)。
传感器节点每成功接收到一个控制信道应答帧(RSP)后，进入下一个等待回复周期(Wait_Cycle)，等待接收下一帧。
传感器节点成功接收到控制信道应答终帧(RSP_END)后，回复控制信道确认帧(ACK)。
发送端进行控制信息的回复。
上述技术方案的问题在于由于现在对于RSP没有任何反馈，发送方只能假设所有RSP都已经发送成功。由于无线信道的不稳定性，这个假设显然是不合实际的。现有协议中并没有定义一个或者多个RSP传输失败后传感器应该如何动作。
但是如果针对每一个RSP进行反馈，不仅延长了通信过程，还会消耗传感器的电量，不利于无线低功耗传感器的正常工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线物联网控制信道通信方法、系统、设备及介质，以克服现有技术存在的缺陷，本发明不增加传感器节点反馈开销而可以更好的确认控制信道应答帧接收情况。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
无线物联网控制信道通信方法，包括：
传感器节点在固定的配置时隙被激活向汇聚节点发送控制信道请求帧，然后进入等待接收状态，长度为等待回复周期；
汇聚节点在正确接收到传感器节点发送的控制信道请求帧后，汇聚节点向传感器节点发送控制信道应答帧或者控制信道应答终帧，或者汇聚节点继续处于等待接收状态；
当汇聚节点需要回复的内容大于一帧的长度时，则连续发送N帧，前N-1帧发送控制信道应答帧，发送间隔为连续帧发送间隔，最后一帧发送控制信道应答终帧，控制信道应答帧中包含控制信道应答帧总数、编号和重传信息中的一种或多种；
传感器节点每接收到一个控制信道应答帧后，进入下一个等待回复周期，等待接收下一帧；直至传感器节点接收到控制信道应答终帧后，回复综合控制信道确认帧；
发送端接收到综合控制信道确认帧后，重传所有接收失败的控制信道应答帧，直至满足预设条件。
进一步地，汇聚节点在正确接收到传感器节点发送的控制信道请求帧后与白名单中的传感器节点地址进行匹配；若匹配成功，则汇聚节点向传感器节点发送控制信道应答帧或者控制信道应答终帧；若匹配不成功，则汇聚节点继续处于等待接收状态。
进一步地，所述综合控制信道确认帧包含控制信道应答帧接收失败信息和/或控制信道应答帧总数。
进一步地，所述预设条件为：所有控制信道应答帧发送成功或者重传达到最大设计次数。
无线物联网控制信道通信系统，包括：
控制信道请求帧发送模块：用于传感器节点在固定的配置时隙被激活向汇聚节点发送控制信道请求帧，然后进入等待接收状态，长度为等待回复周期；
汇聚节点响应模块：用于汇聚节点在正确接收到传感器节点发送的控制信道请求帧后，汇聚节点向传感器节点发送控制信道应答帧或者控制信道应答终帧，或者汇聚节点继续处于等待接收状态；
控制信道应答帧发送模块：用于当汇聚节点需要回复的内容大于一帧的长度时，则连续发送N帧，前N-1帧发送控制信道应答帧，发送间隔为连续帧发送间隔，最后一帧发送控制信道应答终帧，控制信道应答帧中包含控制信道应答帧总数、编号和重传信息中的一种或多种；
控制信道应答帧接收模块：用于在传感器节点每接收到一个控制信道应答帧后，进入下一个等待回复周期，等待接收下一帧；直至传感器节点接收到控制信道应答终帧后，回复综合控制信道确认帧；
重传模块：用于在发送端接收到综合控制信道确认帧后，重传所有接收失败的控制信道应答帧，直至满足预设条件。
进一步地，汇聚节点在正确接收到传感器节点发送的控制信道请求帧后与白名单中的传感器节点地址进行匹配；若匹配成功，则汇聚节点向传感器节点发送控制信道应答帧或者控制信道应答终帧；若匹配不成功，则汇聚节点继续处于等待接收状态。
进一步地，所述综合控制信道确认帧包含控制信道应答帧接收失败信息和/或控制信道应答帧总数。
进一步地，所述预设条件为：所有控制信道应答帧发送成功或者重传达到最大设计次数。
一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述无线物联网控制信道通信方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述无线物联网控制信道通信方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明不增加传感器节点反馈开销而达到确认控制信道应答帧接收情况的有益效果。假设RSP总数为8，不用本发明时需要有8个反馈，使用本发明只需要利用现有的1个反馈即可完成通信，节省的空口开销达到88％。因此本发明充分利用了现有通信机制，提高了系统的通信效率。
附图说明
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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为电力设备传感器微功率无线接入网星型拓扑结构图；
图2为电力设备传感器微功率无线接入双向通信链路图；
图3为控制信道请求与应答过程示意图；
图4为本发明提出的控制信道请求与应答过程。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
参见图4，本发明包括多个实施例如下。
实施例1RSP中包含RSP总数和编号
当汇聚节点需要回复的内容大于一帧的长度时，则连续发送多帧，前N-1帧发送控制信道应答帧(RSP)，发送间隔为连续帧发送间隔(Transmission_Interval)，最后一帧发送控制信道应答终帧(RSP_END)。RSP中包含RSP总数和编号。
传感器节点每接收到一个控制信道应答帧(RSP)后，进入下一个等待回复周期(Wait_Cycle)，等待接收下一帧。
传感器节点接收到控制信道应答终帧(RSP_END)后，回复综合控制信道确认帧(综合ACK)。综合ACK包含信息指示哪些RSP接收失败和RSP总数。
发送端接收到综合ACK后,重传所有接收失败的RSP。整个过程重复直到所有RSP发送成功或者重传达到最大次数。
发送端进行控制信息的回复。
表1实施例1RSP配置
Figure BDA0003887593540000061
Figure BDA0003887593540000071
控制信道确认帧(综合ACK)格式如表2。
表2实施例1综合ACK格式
Figure BDA0003887593540000072
在数据里包含1个字节的RSP总数(总数和RSP包含的一致)。RSP总数后续的比特为0代表RSP接收失败，为1代表RSP接收成功。读取数字以RSP总数为准。
假如RSP总数为8。第一个和第三个没有收到，控制信道确认帧里数据1个字节的RSP总数为0X00001000(可以是第一个字节)。后续8个比特为0X01011111。
假如RSP总数为4。第一个和第三个没有收到，控制信道确认帧里数据1个字节的RSP总数为0X00000100(可以是第一个字节)。后续8个比特为0X0101YYYY。Y代表0或者1。因为总数为4，Y代表的信息接收方不会再读取。
发送端接收到综合ACK后,重传第一个和第三个RSP加一个新的RSP_END。此时新的RSP总数为2，启用新的编号。新的综合ACK反馈接收成功，流程结束。
实施例2：RSP中包含RSP重传标识和编号
当汇聚节点需要回复的内容大于一帧的长度时，则连续发送多帧，前N-1帧发送控制信道应答帧(RSP)，发送间隔为连续帧发送间隔(Transmission_Interval)，最后一帧发送控制信道应答终帧(RSP_END)。RSP中包含RSP重传标识和编号。重传表示为0，表示是初始传输。重传标识不为0，表示是重传。进一步的，可以表示是第几次重传。
传感器节点每接收到一个控制信道应答帧(RSP)后，进入下一个等待回复周期(Wait_Cycle)，等待接收下一帧。
传感器节点接收到控制信道应答终帧(RSP_END)后，回复综合控制信道确认帧(综合ACK)。综合ACK包含信息指示哪些RSP接收失败和RSP总数。虽然RSP中没有包含RSP总数，但是由于传感器节点从发送了REQ之后到接收到RSP_END的时间可以计算出RSP总数(例如从发送了REQ之后到接收到RSP_END的时间是N个等待回复周期，RSP总数就是N-1)。
发送端接收到综合ACK后,重传所有接收失败的RSP。整个过程重复直到所有RSP发送成功或者重传达到最大次数。
发送端进行控制信息的回复。
表3实施例2RSP配置
Figure BDA0003887593540000091
控制信道确认帧(综合ACK)格式如表2。
在数据里包含1个字节的RSP总数(总数自己计算可得)。RSP总数后续的比特为0代表RSP接收失败，为1代表RSP接收成功。读取数字以RSP总数为准。
假如RSP总数为8。第一个和第三个没有收到，控制信道确认帧里数据1个字节的RSP总数为0X00001000(可以是第一个字节)。后续8个比特为0X01011111。
假如RSP总数为4。第一个和第三个没有收到，控制信道确认帧里数据1个字节的RSP总数为0X00000100(可以是第一个字节)。后续8个比特为0X0101YYYY。Y代表0或者1。因为总数为4，Y代表的信息接收方不会再读取。
发送端接收到综合ACK后,重传第一个和第三个RSP加一个新的RSP_END。不启用新的编号。新的综合ACK反馈接收成功，流程结束。
实施例3RSP中只包含编号
当汇聚节点需要回复的内容大于一帧的长度时，则连续发送多帧，前N-1帧发送控制信道应答帧(RSP)，发送间隔为连续帧发送间隔(Transmission_Interval)，最后一帧发送控制信道应答终帧(RSP_END)。RSP中包含编号。
传感器节点每接收到一个控制信道应答帧(RSP)后，进入下一个等待回复周期(Wait_Cycle)，等待接收下一帧。
传感器节点接收到控制信道应答终帧(RSP_END)后，回复综合控制信道确认帧(综合ACK)。综合ACK包含信息指示哪些RSP接收失败和RSP总数。
发送端接收到综合ACK后,重传所有接收失败的RSP。整个过程重复直到所有RSP发送成功或者重传达到最大次数。
发送端进行控制信息的回复。
表4实施例3RSP配置
Figure BDA0003887593540000101
Figure BDA0003887593540000111
控制信道确认帧(综合ACK)格式如表2。
在数据里包含1个字节的RSP总数(总数和RSP包含的一致)。RSP总数后续的比特为0代表RSP接收失败，为1代表RSP接收成功。读取数字以RSP总数为准。
假如RSP总数为8。第一个和第三个没有收到，控制信道确认帧里数据1个字节的RSP总数为0X00001000(可以是第一个字节)。后续8个比特为0X01011111。
假如RSP总数为4。第一个和第三个没有收到，控制信道确认帧里数据1个字节的RSP总数为0X00000100(可以是第一个字节)。后续8个比特为0X0101YYYY。Y代表0或者1。因为总数为4，Y代表的信息接收方不会再读取。
发送端接收到综合ACK后,重传第一个和第三个RSP加一个新的RSP_END。此时新的RSP总数为2，启用新的编号。新的综合ACK反馈接收成功，流程结束。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.无线物联网控制信道通信方法，其特征在于，包括：
传感器节点在固定的配置时隙被激活向汇聚节点发送控制信道请求帧，然后进入等待接收状态，长度为等待回复周期；
汇聚节点在正确接收到传感器节点发送的控制信道请求帧后，汇聚节点向传感器节点发送控制信道应答帧或者控制信道应答终帧，或者汇聚节点继续处于等待接收状态；
当汇聚节点需要回复的内容大于一帧的长度时，则连续发送N帧，前N-1帧发送控制信道应答帧，发送间隔为连续帧发送间隔，最后一帧发送控制信道应答终帧，控制信道应答帧中包含控制信道应答帧总数、编号和重传信息中的一种或多种；
传感器节点每接收到一个控制信道应答帧后，进入下一个等待回复周期，等待接收下一帧；直至传感器节点接收到控制信道应答终帧后，回复综合控制信道确认帧；
发送端接收到综合控制信道确认帧后，重传所有接收失败的控制信道应答帧，直至满足预设条件。
2.根据权利要求1所述的无线物联网控制信道通信方法，其特征在于，汇聚节点在正确接收到传感器节点发送的控制信道请求帧后与白名单中的传感器节点地址进行匹配；若匹配成功，则汇聚节点向传感器节点发送控制信道应答帧或者控制信道应答终帧；若匹配不成功，则汇聚节点继续处于等待接收状态。
3.根据权利要求1所述的无线物联网控制信道通信方法，其特征在于，所述综合控制信道确认帧包含控制信道应答帧接收失败信息和/或控制信道应答帧总数。
4.根据权利要求1所述的无线物联网控制信道通信方法，其特征在于，所述预设条件为：所有控制信道应答帧发送成功或者重传达到最大设计次数。
5.无线物联网控制信道通信系统，其特征在于，包括：
控制信道请求帧发送模块：用于传感器节点在固定的配置时隙被激活向汇聚节点发送控制信道请求帧，然后进入等待接收状态，长度为等待回复周期；
汇聚节点响应模块：用于汇聚节点在正确接收到传感器节点发送的控制信道请求帧后，汇聚节点向传感器节点发送控制信道应答帧或者控制信道应答终帧，或者汇聚节点继续处于等待接收状态；
控制信道应答帧发送模块：用于当汇聚节点需要回复的内容大于一帧的长度时，则连续发送N帧，前N-1帧发送控制信道应答帧，发送间隔为连续帧发送间隔，最后一帧发送控制信道应答终帧，控制信道应答帧中包含控制信道应答帧总数、编号和重传信息中的一种或多种；
控制信道应答帧接收模块：用于在传感器节点每接收到一个控制信道应答帧后，进入下一个等待回复周期，等待接收下一帧；直至传感器节点接收到控制信道应答终帧后，回复综合控制信道确认帧；
重传模块：用于在发送端接收到综合控制信道确认帧后，重传所有接收失败的控制信道应答帧，直至满足预设条件。
6.根据权利要求5所述的无线物联网控制信道通信系统，其特征在于，汇聚节点在正确接收到传感器节点发送的控制信道请求帧后与白名单中的传感器节点地址进行匹配；若匹配成功，则汇聚节点向传感器节点发送控制信道应答帧或者控制信道应答终帧；若匹配不成功，则汇聚节点继续处于等待接收状态。
7.根据权利要求5所述的无线物联网控制信道通信系统，其特征在于，所述综合控制信道确认帧包含控制信道应答帧接收失败信息和/或控制信道应答帧总数。
8.根据权利要求5所述的无线物联网控制信道通信系统，其特征在于，所述预设条件为：所有控制信道应答帧发送成功或者重传达到最大设计次数。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述无线物联网控制信道通信方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述无线物联网控制信道通信方法的步骤。
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