CN117527453B - 一种物联网数据传输方法及网关设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及物联网技术领域，具体涉及一种物联网数据传输方法及网关设备，包括云端、智能网关以及多个采样单元；每个采样单元均包括功率通信模块与电池模块；所述智能网关包括与采样单元配合的第一通信模块以及与云端配合的第二通信模块。本发明通过多级跳转的方式转发至剩余电量最多的采样单元内，到达预定的数据上传时间后，将所有数据统一打包发送至智能网关，智能网关解包分类后上传至云服务器，以降低采样单元整体的功耗，同时对各采样单元的电池电量进行平衡。

Description

一种物联网数据传输方法及网关设备
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，具体涉及一种物联网数据传输方法及网关设备。
背景技术
现有的物联网系统包括前端的采样单元和网关设备，采样单元和与网关之间通过低功耗广域物联网（LPWAN）与网关设备实现通信，将采集的数据发送至网关设备；为了方便布置，各个采样单元大多为电池供电，对功耗较为敏感；同时，各采样单元独立分布于不同位置，其与网关之间的物理距离存在较大差异，这种差异导致各采样单元发送采样数据时的发射功率也存在较大差异，导致系统运行一段时间后，部分采样单元电量耗尽，部分采样单元还剩余较多电量的情况发生；此外，现有的采样单元均是独立与网关之间进行通信，采样单元的每一条数据需要发送时均需要以大功率工作状态发送至网关，工作频次和功率的提高，限制了采样单元整体功耗的控制。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种物联网数据传输方法及网关设备，能够对采样单元的电池模块的电量进行平衡。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种物联网数据传输方法，包括云端、智能网关以及多个采样单元；
每个采样单元均包括功率通信模块与电池模块；所述智能网关包括与采样单元配合的第一通信模块以及与云端配合的第二通信模块；
还包括以下步骤：
步骤S1、记录智能网关的位置信息以及每个采样单元的位置信息；
步骤S2、每个采样单元均把位置信息以及电池模块的电量信息上传至智能网关；智能网关将所有采样单元的位置信息发送至每个采样单元；
步骤S3、智能网关获得电量最大的采样单元Cn的位置信息；
步骤S4、智能网关将采样单元Cn的位置信息传输至待上传的采样单元C1；检测采样单元C1是否存储有实时数据D1；
若存储有实时数据D1并且n等于1，采样单元C1将实时数据D1以及电量信息F1传输至智能网关后返回至步骤S3；
若存储有实时数据D1并且n不等于1进入步骤A；
步骤A、测量采样单元C1与智能网关的距离L1，测量采样单元C1与采样单元Cn的距离L2；若L1大于L2进入步骤A1；若L1不大于L2进入步骤A2；
步骤A1、采样单元C1将实时数据D1以及电量信息F1传输至采样单元Cn，采样单元Cn将采样单元C1的实时数据D1、电量信息F1以及采样单元Cn的实时数据Dn、电量信息Fn共同传输至智能网关；
步骤A11、返回至步骤S3；
步骤A2、采样单元C1将实时数据D1以及电量信息F1传输至智能网关；
步骤A21、返回至步骤S3。
本发明进一步设置为，在步骤S4中，还包括检测采样单元C1是否存储有延时数据E1；
若存储有延时数据E1并且n等于1，采样单元C1将延时数据E1以及电量信息F1传输至智能网关后返回至步骤S3；
若存储有延时数据E1并且n不等于1进入步骤B1；
步骤B1、计算采样单元C1与其余采样单元的距离，获得与采样单元C1距离最近的目标采样单元；采样单元C1将延时数据E1以及电量信息F1传输至目标采样单元；
步骤B2、若目标采样单元为采样单元Cn进入步骤B31，若目标采样单元不是采样单元Cn进入步骤B41；
步骤B31、采样单元Cn将接收到的所有延时数据、所有电量信息以及采样单元Cn的延时数据En、电量信息Fn共同传输至智能网关；
步骤B32、返回至步骤S3；
步骤B41、计算目标采样单元与其余采样单元的距离，排除已经进行数据传输的采样单元之外，获得与旧的目标采样单元距离最近的新的目标采样单元；
步骤B42、旧的目标采样单元将接收到的所有延时数据、所有电量信息以及本身的延时数据、电量信息共同传输至新的目标采样单元；
步骤B43、将新的目标采样单元返回至步骤B2中。
本发明进一步设置为，所述功率通信模块包括低功率通信模块以及高功率通信模块。
本发明进一步设置为，在步骤A1中，采样单元C1通过低功率通信模块将实时数据D1以及电量信息F1传输至采样单元Cn，采样单元Cn通过高功率通信模块将采样单元C1的实时数据D1、电量信息F1以及采样单元Cn的实时数据Dn、电量信息Fn共同传输至智能网关。
本发明进一步设置为，在步骤A2中，采样单元C1首先通过低功率通信模块发送第一响应信号至智能网关，智能网关接收第一响应信号后向采样单元C1发送第二响应信号；
若采样单元C1能够接收到第二响应信号，采样单元C1通过低功率通信模块将实时数据D1以及电量信息F1传输至智能网关；
若采样单元C1不能接收到第二响应信号，采样单元C1通过高功率通信模块将实时数据D1以及电量信息F1传输至智能网关。
本发明进一步设置为，在步骤B1中，采样单元C1首先通过低功率通信模块发送第三响应信号至目标采样单元，目标采样单元接收第三响应信号后向采样单元C1发送第四响应信号；
若采样单元C1能够接收到第四响应信号，采样单元C1通过低功率通信模块将延时数据E1以及电量信息F1传输至目标采样单元；
若采样单元C1不能接收到第四响应信号，采样单元C1通过高功率通信模块将延时数据E1以及电量信息F1传输至目标采样单元。
本发明进一步设置为，在步骤B42中，旧的目标采样单元首先通过低功率通信模块发送第五响应信号至新的目标采样单元，新的目标采样单元接收第五响应信号后向旧的目标采样单元发送第六响应信号；
若旧的目标采样单元能够接收到第六响应信号，旧的目标采样单元通过低功率通信模块将接收到的所有延时数据、所有电量信息以及本身的延时数据、电量信息共同传输至新的目标采样单元；
若旧的目标采样单元不能接收到第六响应信号，旧的目标采样单元通过高功率通信模块将接收到的所有延时数据、所有电量信息以及本身的延时数据、电量信息共同传输至新的目标采样单元。
本发明进一步设置为，所述采样单元还包括第一处理模块以及第一存储模块。
本发明进一步设置为，所述智能网关还包括第二处理模块以及第二存储模块。
一种网关设备，包括物联网数据传输方法。
本发明的有益效果：本发明通过多级跳转的方式转发至剩余电量最多的采样单元内，到达预定的数据上传时间后，将所有数据统一打包发送至智能网关，智能网关解包分类后上传至云服务器，以降低采样单元整体的功耗，同时对各采样单元的电池电量进行平衡。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的原理图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
由图1可知，本实施例所述的一种物联网数据传输方法，包括云端、智能网关以及多个采样单元；
每个采样单元均包括功率通信模块与电池模块；所述智能网关包括与采样单元配合的第一通信模块以及与云端配合的第二通信模块；其中，第一通信模块与采样单元之间组成LPWAN网络，通过lora WAN协议进行通信；第二通信模块与云端之间通过WiFi协议、RS485等协议进行通信；
还包括以下步骤：
步骤S1、记录智能网关的位置信息以及每个采样单元的位置信息；其中，以智能网关的位置作为原点建立坐标系，每个采样单元位置信息记录为（x，y）；即可以通过勾股定理计算出每个采样单元之间的距离以及采样单元与智能网关之间的距离；
步骤S2、每个采样单元均把位置信息以及电池模块的电量信息上传至智能网关；智能网关将所有采样单元的位置信息发送至每个采样单元；在初次启动的时候，每个采样单元需要把位置信息以及当前的电量信息传输至智能网关，智能网关再将所有采样单元的位置信息发送至每个采样单元，也就是说每个采样单元都记录有其余采样单元的位置信息以及智能网关的位置信息；
步骤S3、智能网关获得电量最大的采样单元Cn的位置信息；其中采样单元Cn的位置信息能够根据采样单元的电量变化从而进行改变；
步骤S4、智能网关将采样单元Cn的位置信息传输至待上传的采样单元C1；检测采样单元C1是否存储有实时数据D1；其中，实时数据为需要实时上传的数据,如采样获得的物联网设备的实时运行状态数据；
若存储有实时数据D1并且n等于1，采样单元C1将实时数据D1以及电量信息F1传输至智能网关后返回至步骤S3；也就说当待上传的采样单元C1为电量最大的采样单元Cn的时候，采样单元C1直接将当前的实时数据D1以及当前的电量信息F1传输至智能网关；
若存储有实时数据D1并且n不等于1进入步骤A；此时表示待上传的采样单元C1不是电量最大的采样单元Cn；
步骤A、测量采样单元C1与智能网关的距离L1，测量采样单元C1与采样单元Cn的距离L2；若L1大于L2进入步骤A1；若L1不大于L2进入步骤A2；
步骤A1、采样单元C1将实时数据D1以及电量信息F1传输至采样单元Cn，采样单元Cn将采样单元C1的实时数据D1、电量信息F1以及采样单元Cn的实时数据Dn、电量信息Fn共同传输至智能网关；当采样单元C1与智能网关的距离L1大于测量采样单元C1与电量最大的采样单元Cn的距离L2的时候，采样单元C1首先将其实时数据D1以及其电量信息F1打包发送至电量最大的采样单元Cn中，电量最大的采样单元Cn将接收到的实时数据D1以及其电量信息F1与本身的实时数据Dn以及电量信息Fn进行打包，再共同发送至智能网关中；
通过上述设置，由于采样单元C1直接将实时数据D1以及电量信息F1发送至智能网关所需的电能，大于将实时数据D1以及电量信息F1发送至电量最大的采样单元Cn所需的电能；一方面可以降低剩余电量较低的采样单元C1的电量消耗；另一方面，利用电池剩余电量最多的采样单元Cn向智能网关进行发送，可以对电池剩余电量最多的采样单元Cn的电能进行消耗，降低各采样单元之间的电量差值，对各采样单元之间的电池电量进行平衡，以使各采样单元具有更加一致的电池更换周期，减轻维护负担；
步骤A11、返回至步骤S3；上传至智能网关后，智能网关重新判断当前电量最大的采样单元；
步骤A2、采样单元C1将实时数据D1以及电量信息F1传输至智能网关；由于相比于电池剩余电量最多的采样单元Cn，采样单元C1离智能网关的距离更近，采样单元C1可以以更低的功率与智能网关进行通信；相对于步骤A1中的数据传输方法，能够降低数据传输过程中的总能耗。
步骤A21、返回至步骤S3；上传至智能网关后，智能网关重新判断当前电量最大的采样单元。
本实施例所述的一种物联网数据传输方法，在步骤S4中，还包括检测采样单元C1是否存储有延时数据E1；其中延时数据为不需实时上传的数据,如采样获得的物联网设备的运行日志、采样单元的运行日志等数据；
若存储有延时数据E1并且n等于1，也就说当待上传的采样单元C1为电量最大的采样单元Cn的时候，采样单元C1直接将当前的延时数据E1以及当前的电量信息F1传输至智能网关后返回至步骤S3；
若存储有延时数据E1并且n不等于1进入步骤B1；此时表示待上传的采样单元C1不是电量最大的采样单元Cn；
步骤B1、计算采样单元C1与其余采样单元的距离，获得与采样单元C1距离最近的目标采样单元；采样单元C1将延时数据E1以及电量信息F1传输至目标采样单元；
步骤B2、若目标采样单元为采样单元Cn进入步骤B31，若与采样单元C1距离最近的目标采样单元为剩余电量最多的采样单元Cn，采样单元Cn将接收到的所有延时数据、所有电量信息以及采样单元Cn的延时数据En、电量信息Fn共同传输至智能网关；然后重新返回至步骤S3中计算当前电量最大的采样单元；
若目标采样单元不是采样单元Cn进入步骤B41；
步骤B41、计算目标采样单元与其余采样单元的距离，排除已经进行数据传输的采样单元之外，获得与旧的目标采样单元距离最近的新的目标采样单元；也就说，当上一轮获得的目标采样单元不是电量最大的采样单元Cn的时候，则重新以上一轮获得的目标采样单元作为起点，重新计算上一轮获得的目标采样单元与其余采样单元的距离，并且需要排出掉已经进行过数据传输交互的采样单元，从而获得一个新的目标采样单元；然后上一轮获得的目标采样单元将接收到的所有延时数据、所有电量信息以及本身的延时数据、电量信息共同传输至新的目标采样单元；再将该新的目标采样单元重新返回至步骤B2中，直至判断出新的目标采样单元为电量最大的采样单元Cn的时候，采样单元Cn将接收到的所有延时数据、所有电量信息以及采样单元Cn的延时数据En、电量信息Fn共同传输至智能网关；然后重新返回至步骤S3中计算当前电量最大的采样单元。
本实施例通过将时效性要求较弱的延时数据通过相邻采样单元进行中继传输，由于大部分相邻采样单元之间的距离小于采样单元与智能网关之间的距离，可以采用较低的功率进行数据的传输；同时，在数据传输过程中可以采集各采样单元的剩余电量情况，最后通过剩余电量最多的采样单元将数据包传输至智能网关，可以进一步对各采样单元的电池电量进行平衡，降低采样单元的电池维护频率。
本实施例所述的一种物联网数据传输方法，所述功率通信模块包括低功率通信模块以及高功率通信模块。
本实施例所述的一种物联网数据传输方法，在步骤A1中，采样单元C1通过低功率通信模块将实时数据D1以及电量信息F1传输至采样单元Cn，采样单元Cn通过高功率通信模块将采样单元C1的实时数据D1、电量信息F1以及采样单元Cn的实时数据Dn、电量信息Fn共同传输至智能网关。本实施例直接通过高功率通信模块将采样单元C1的实时数据D1与电量信息F1发送至智能网关所需的电能，大于通过低功率通信模块采样单元C1的实时数据D1与电量信息F1发送至电池当前剩余电量最多的采样单元Cn所需的电能；一方面通过低功率通信模块发送数据可以降低剩余电量较低的采样单元C1的电量消耗；另一方面，利用电池剩余电量最多的采样单元Cn的高功率通信模块对数据进行发送，可以对电池剩余电量最多的采样单元Cn的电能进行消耗，降低各采样单元之间的电量差值，对各采样单元之间的电池电量进行平衡，以使各采样单元具有更加一致的电池更换周期，减轻维护负担。
本实施例所述的一种物联网数据传输方法，在步骤A2中，采样单元C1首先通过低功率通信模块发送第一响应信号至智能网关，智能网关接收第一响应信号后向采样单元C1发送第二响应信号；具体地，可以设置为在5秒内采样单元C1是否能够接收到第二响应信号。
若采样单元C1能够接收到第二响应信号，采样单元C1通过低功率通信模块将实时数据D1以及电量信息F1传输至智能网关；
若采样单元C1不能接收到第二响应信号，采样单元C1通过高功率通信模块将实时数据D1以及电量信息F1传输至智能网关。
本实施例采用第一响应信号与第二响应信号尝试与智能网关进行通信，当确认采样单元C1与智能网关之间的距离较近时，可以用低功率通信模块代替高功率通信模块进行通信时，可以减少高功率通信模块的工作频次，达到降低能耗的目的。
本实施例所述的一种物联网数据传输方法，在步骤B1中，采样单元C1首先通过低功率通信模块发送第三响应信号至目标采样单元，目标采样单元接收第三响应信号后向采样单元C1发送第四响应信号；
若采样单元C1能够接收到第四响应信号，采样单元C1通过低功率通信模块将延时数据E1以及电量信息F1传输至目标采样单元；
若采样单元C1不能接收到第四响应信号，采样单元C1通过高功率通信模块将延时数据E1以及电量信息F1传输至目标采样单元。
本实施例采用第三响应信号与第四响应信号尝试与智能网关进行通信，用低功率通信模块代替高功率通信模块进行通信时，可以减少高功率通信模块的工作频次，达到降低能耗的目的。
本实施例所述的一种物联网数据传输方法，在步骤B42中，旧的目标采样单元首先通过低功率通信模块发送第五响应信号至新的目标采样单元，新的目标采样单元接收第五响应信号后向旧的目标采样单元发送第六响应信号；
若旧的目标采样单元能够接收到第六响应信号，旧的目标采样单元通过低功率通信模块将接收到的所有延时数据、所有电量信息以及本身的延时数据、电量信息共同传输至新的目标采样单元；
若旧的目标采样单元不能接收到第六响应信号，旧的目标采样单元通过高功率通信模块将接收到的所有延时数据、所有电量信息以及本身的延时数据、电量信息共同传输至新的目标采样单元。
本实施例采用第五响应信号与第六响应信号尝试与智能网关进行通信，用低功率通信模块代替高功率通信模块进行通信时，可以减少高功率通信模块的工作频次，达到降低能耗的目的。
本实施例所述的一种物联网数据传输方法，所述采样单元还包括第一处理模块以及第一存储模块。通过上述设置便于对各类信息进行存储以及计算。
本实施例所述的一种物联网数据传输方法，所述智能网关还包括第二处理模块以及第二存储模块。通过上述设置便于对各类信息进行存储以及计算。
本实施例所述的一种网关设备，包括物联网数据传输方法。本实施例通过将采样单元需要上传的数据分类，将时效性要求较低的数据以低功率通信模块转发至物理距离最近的采样单元，通过该采样单元作为中继，通过多级跳转的方式转发至剩余电量最多的采样单元内存储，到达预定的数据上传时间后，将所有数据统一打包发送至智能网关，智能网关解包分类后上传至云服务器，以降低采样单元整体的功耗，同时对各采样单元的电池电量进行平衡。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种物联网数据传输方法，其特征在于：包括云端、智能网关以及多个采样单元；
每个采样单元均包括功率通信模块与电池模块；所述智能网关包括与采样单元配合的第一通信模块以及与云端配合的第二通信模块；
还包括以下步骤：
步骤S1、记录智能网关的位置信息以及每个采样单元的位置信息；
步骤S2、每个采样单元均把位置信息以及电池模块的电量信息上传至智能网关；智能网关将所有采样单元的位置信息发送至每个采样单元；
步骤S3、智能网关获得电量最大的采样单元Cn的位置信息；
步骤S4、智能网关将采样单元Cn的位置信息传输至待上传的采样单元C1；检测采样单元C1是否存储有实时数据D1；
若存储有实时数据D1并且n等于1，采样单元C1将实时数据D1以及电量信息F1传输至智能网关后返回至步骤S3；
若存储有实时数据D1并且n不等于1进入步骤A；
步骤A、测量采样单元C1与智能网关的距离L1，测量采样单元C1与采样单元Cn的距离L2；若L1大于L2进入步骤A1；若L1不大于L2进入步骤A2；
步骤A1、采样单元C1将实时数据D1以及电量信息F1传输至采样单元Cn，采样单元Cn将采样单元C1的实时数据D1、电量信息F1以及采样单元Cn的实时数据Dn、电量信息Fn共同传输至智能网关；
步骤A11、返回至步骤S3；
步骤A2、采样单元C1将实时数据D1以及电量信息F1传输至智能网关；
步骤A21、返回至步骤S3。
2.根据权利要求1所述的一种物联网数据传输方法，其特征在于：在步骤S4中，还包括检测采样单元C1是否存储有延时数据E1；
若存储有延时数据E1并且n等于1，采样单元C1将延时数据E1以及电量信息F1传输至智能网关后返回至步骤S3；
若存储有延时数据E1并且n不等于1进入步骤B1；
步骤B1、计算采样单元C1与其余采样单元的距离，获得与采样单元C1距离最近的目标采样单元；采样单元C1将延时数据E1以及电量信息F1传输至目标采样单元；
步骤B2、若目标采样单元为采样单元Cn进入步骤B31，若目标采样单元不是采样单元Cn进入步骤B41；
步骤B31、采样单元Cn将接收到的所有延时数据、所有电量信息以及采样单元Cn的延时数据En、电量信息Fn共同传输至智能网关；
步骤B32、返回至步骤S3；
步骤B41、计算目标采样单元与其余采样单元的距离，排除已经进行数据传输的采样单元之外，获得与旧的目标采样单元距离最近的新的目标采样单元；
步骤B42、旧的目标采样单元将接收到的所有延时数据、所有电量信息以及本身的延时数据、电量信息共同传输至新的目标采样单元；
步骤B43、将新的目标采样单元返回至步骤B2中。
3.根据权利要求2所述的一种物联网数据传输方法，其特征在于：所述功率通信模块包括低功率通信模块以及高功率通信模块。
4.根据权利要求3所述的一种物联网数据传输方法，其特征在于：在步骤A1中，采样单元C1通过低功率通信模块将实时数据D1以及电量信息F1传输至采样单元Cn，采样单元Cn通过高功率通信模块将采样单元C1的实时数据D1、电量信息F1以及采样单元Cn的实时数据Dn、电量信息Fn共同传输至智能网关。
5.根据权利要求3所述的一种物联网数据传输方法，其特征在于：在步骤A2中，采样单元C1首先通过低功率通信模块发送第一响应信号至智能网关，智能网关接收第一响应信号后向采样单元C1发送第二响应信号；
若采样单元C1能够接收到第二响应信号，采样单元C1通过低功率通信模块将实时数据D1以及电量信息F1传输至智能网关；
若采样单元C1不能接收到第二响应信号，采样单元C1通过高功率通信模块将实时数据D1以及电量信息F1传输至智能网关。
6.根据权利要求3所述的一种物联网数据传输方法，其特征在于：在步骤B1中，采样单元C1首先通过低功率通信模块发送第三响应信号至目标采样单元，目标采样单元接收第三响应信号后向采样单元C1发送第四响应信号；
若采样单元C1能够接收到第四响应信号，采样单元C1通过低功率通信模块将延时数据E1以及电量信息F1传输至目标采样单元；
若采样单元C1不能接收到第四响应信号，采样单元C1通过高功率通信模块将延时数据E1以及电量信息F1传输至目标采样单元。
7.根据权利要求3所述的一种物联网数据传输方法，其特征在于：在步骤B42中，旧的目标采样单元首先通过低功率通信模块发送第五响应信号至新的目标采样单元，新的目标采样单元接收第五响应信号后向旧的目标采样单元发送第六响应信号；
若旧的目标采样单元能够接收到第六响应信号，旧的目标采样单元通过低功率通信模块将接收到的所有延时数据、所有电量信息以及本身的延时数据、电量信息共同传输至新的目标采样单元；
若旧的目标采样单元不能接收到第六响应信号，旧的目标采样单元通过高功率通信模块将接收到的所有延时数据、所有电量信息以及本身的延时数据、电量信息共同传输至新的目标采样单元。
8.根据权利要求1所述的一种物联网数据传输方法，其特征在于：所述采样单元还包括第一处理模块以及第一存储模块。
9.根据权利要求1所述的一种物联网数据传输方法，其特征在于：所述智能网关还包括第二处理模块以及第二存储模块。
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