CN117580167B - 一种基于风道全空气系统的无线频谱管理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于风道全空气系统的无线频谱管理方法及系统，方法包括：网关等待第一入网申请；边缘数据处理器向网关发出第一入网申请；网关的本地传输接收到第一入网申请，并判断发出第一入网申请的第一设备的合法性，判断合法后，将第一设备的信息发送至边缘数据处理器；边缘数据处理器获得信息，将边缘数据处理器的本地传输切换至第一本地业务信道，等待数据业务；将边缘数据处理器的远程传输切换至第一云业务信道，等待数据业务；网关与边缘数据处理器进行数据业务传输；本发明旨在提供一种基于风道全空气系统的无线频谱管理方法及系统，能够实现风道单元内各设备间信息共享及数据上云。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于风道全空气系统的无线频谱管理方法及系统。
背景技术
传统的风道单元中，包括外机，内机，风阀，温控器，空气质量管理装置等设备。由于各个设备的生产厂家不同，导致各个装置之间相互独立，各个设备之间的通讯需要通过IO口连接来传递开关信号，从而完成系统的控制。这种控制方式由于设备间无法充分实现信息共享，因而阻碍能效的提升及用户体验的改善。而且基于传统的设计限制，在建筑物构造初期，已按照传统的接线标准预埋好相应数量的供电及控制管线，没有更多的线路提供有线数据通信通道。传统的WIFI及移动网络技术在全屋信号覆盖上具有较大的缺陷，如地下室无信号，频谱资费较高等。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于风道全空气系统的无线频谱管理方法及系统，能够实现风道单元内各设备间信息共享及数据上云。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种基于风道全空气系统的无线频谱管理方法，包括下述步骤：
网关的本地传输工作在第一控制信道，并在多个第一控制信道之间进行切换，等待第一入网申请；
边缘数据处理器的本地传输工作在第二控制信道，并在多个第二控制信道之间进行切换；边缘数据处理器的本地传输每切换一个频道，向网关发出第一入网申请；
网关的本地传输接收到第一入网申请，并判断发出第一入网申请的第一设备的合法性，判断合法后，将第一设备的第一通信地址、第一云业务信道和第一本地业务信道发送至边缘数据处理器；
边缘数据处理器的本地传输获得第一设备的第一通信地址、第一云业务信道和第一本地业务信道，将边缘数据处理器的本地传输切换至第一本地业务信道，等待数据业务；将边缘数据处理器的远程传输切换至第一云业务信道，等待数据业务；
网关的远程传输与边缘数据处理器的远程传输进行数据业务传输；
网关的本地传输等待第二入网申请；
设备数据采集器的本地传输工作在第三控制信道，并在多个第三控制信道之间进行切换；设备数据采集器的本地传输每切换一个频道，向网关发出第二入网申请；
网关的本地传输接收到第二入网申请，并判断发出第二入网申请的第二设备的合法性，判断合法后，将第二设备的第二通信地址和第二本地业务信发送至设备数据采集器；
设备数据采集器的本地传输获得第二设备的第二通信地址和第二本地业务信，将设备数据采集器的本地传输切换至第二本地业务信道，等待数据业务；
边缘数据处理器的本地传输与设备数据采集器的本地传输进行数据业务传输。
优选的，边缘数据处理器发出第一入网申请时，第一入网申请包括发出入网申请的设备的唯一标识；网关的本地传输接收到第一入网申请后，将入网申请的设备的唯一标识与数据库进行比对，判断入网申请的设备的唯一标识是否具有合法性，若合法则进行下一步骤，若不合法，则返回错误信号，网关重新等待第一入网申请。
优选的，边缘数据处理器发出第一入网申请时，具体包括：边缘数据处理器的本地传输在多个第二控制信道的切换速度大于网关的本地传输在多个第一控制信道的切换速度。
优选的，设备数据采集器发出第二入网申请时，具体包括：设备数据采集器的本地传输在多个第三控制信道的切换速度大于网关的本地传输在多个第一控制信道的切换速度。
优选的，设备数据采集器发出第二入网申请时，第二入网申请包括发出入网申请的设备的唯一标识；网关的本地传输接收到第二入网申请后，将入网申请的设备的唯一标识与数据库进行比对，判断入网申请的设备的唯一标识是否具有合法性，若合法则进行下一步骤，若不合法，则返回错误信号，网关重新等待第二入网申请。
优选的，网关与边缘数据处理器的设备通信帧以及网关与设备数据采集器的设备通信帧均还包括子网地址和设备；子网地址由网关从云平台获得，云平台根据每个设备所处的地理位置为每个设备配置子网地址；设备地址由网关分配获得。
优选的，在边缘数据处理器发生故障时，网关根据设备数据采集器发送入网申请的信号强度和信噪比，选择信号强度及信噪比最优的设备数据采集器作为新的边缘数据处理器。
一种基于风道全空气系统的无线频谱管理系统，包括网关、边缘数据处理器和设备数据采集器；
所述网关设置有一个，所述边缘数据处理器设置有多个，所述设备数据采集器设置有多个；
所述网关与多个所述边缘数据处理器通讯连接；
每个所述边缘数据处理器与多个所述设备数据采集器通讯连接，多个所述设备数据采集器采用不同的频率进行内部数据交互，每个所述边缘数据处理器与对应通讯连接的所述设备数据采集器组成一个风道单元，所述边缘处理器统一处理上云业务。
优选的，在风道单元中还包括内机、温控器、风阀和外机，所述内机与所述边缘数据处理器通讯连接，所述温控器、风阀和外机分别与对应的所述设备数据采集器通讯连接。
本发明的一个技术方案的有益效果：通过采用网关和边缘数据处理器作为双中心架构，充分利用局部区域频谱资源，同一风道单元的设备所处的区域相近，而且数据业务在内部完成交换，同一风道单元的数据业务经过边缘数据处理器处理后，由网关上报云平台，可以有效降低数据的吞吐量，提升通信效率。
附图说明
图1是本发明一个实施例流程的流程示意图；
图2是本发明一个实施例系统连接示意图；
图3是本发明一个实施例信道分布、控制信号和业务信道的示意图；
图4是本发明一个实施例控制信道入网的流程示意图。
其中：网关1、边缘数据处理器2、设备数据采集器3。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
参阅图1至图4所示，一种基于风道全空气系统的无线频谱管理方法，包括下述步骤：
网关的本地传输工作在第一控制信道，并在多个第一控制信道之间进行切换，等待第一入网申请；
边缘数据处理器的本地传输工作在第二控制信道，并在多个第二控制信道之间进行切换；边缘数据处理器的本地传输每切换一个频道，向网关发出第一入网申请；
网关的本地传输接收到第一入网申请，并判断发出第一入网申请的第一设备的合法性，判断合法后，将第一设备的第一通信地址、第一云业务信道和第一本地业务信道发送至边缘数据处理器；
边缘数据处理器的本地传输获得第一设备的第一通信地址、第一云业务信道和第一本地业务信道，将边缘数据处理器的本地传输切换至第一本地业务信道，等待数据业务；将边缘数据处理器的远程传输切换至第一云业务信道，等待数据业务；
网关的远程传输与边缘数据处理器的远程传输进行数据业务传输；
网关的本地传输等待第二入网申请；
设备数据采集器的本地传输工作在第三控制信道，并在多个第三控制信道之间进行切换；设备数据采集器的本地传输每切换一个频道，向网关发出第二入网申请；
网关的本地传输接收到第二入网申请，并判断发出第二入网申请的第二设备的合法性，判断合法后，将第二设备的第二通信地址和第二本地业务信发送至设备数据采集器；
设备数据采集器的本地传输获得第二设备的第二通信地址和第二本地业务信，将设备数据采集器的本地传输切换至第二本地业务信道，等待数据业务；
边缘数据处理器的本地传输与设备数据采集器的本地传输进行数据业务传输。
网关（1Gateway）包括本地传输（Local radio）和远程传输（Remote radio）；
边缘数据处理器（2Master Adapter）也包括本地传输（Local radio）和远程传输（Remote radio）；边缘数据处理器（2Master Adapter）；
设备数据采集器（3Slave Adapter）只包括本地传输（Local radio）。
边缘数据处理器的本地传输从网关的本地传输 获取第一云业务信道和第一本地业务信道，然后边缘数据处理器的远程传输通过第一云业务信道与网关的的远程传输通信。
设备数据采集器的本地传输只会从网关的本地传输获得第二本地业务信道，然后设备数据采集器的本地传输与边缘数据处理器的本地传输通信。
网关的本地传输一直跳频工作在控制信道上，网关的远程传输定频工作在云业务信道上。
边缘数据处理器入网阶段时，本地传输先跳频工作在第二控制信道上，接入网关的后进入正常业务阶段，本地传输定频工作在第一本地业务信道上，远程传输定频工作在第一云业务信道上。
设备数据采集器的本地传输先调频工作在第三控制信道上，接入网关后进入正常业务阶段，本地传输定频工作在第二本地业务信上。
本发明中，选取一段有效的通信频谱被划分为多个信道，这些信道分为第一控制信道、第二控制信道、第三控制信道和业务信道，业务信道包括第一云业务信道、第一本地业务信道和第二本地业务信道。控制信道用于设备入网，业务信道用于设备间业务数据通信，控制信道和业务信道均布于整个通信频谱频段内。在控制信道调频接入网关时，网关对入网申请进行评估，然后分配适当的通信频谱用于作为业务信道，与对应的边缘数据处理器或设备数据采集器进行通讯。
本发明中，通过采用网关和边缘数据处理器作为双中心架构，充分利用局部区域频谱资源，同一风道单元的设备所处的区域相近，而且数据业务在内部完成交换，同一风道单元的数据业务经过边缘数据处理器处理后，由网关上报云平台，可以有效降低数据的吞吐量，提升通信效率。
优选的，边缘数据处理器发出第一入网申请时，第一入网申请包括发出入网申请的设备的唯一标识；网关的本地传输接收到第一入网申请后，将入网申请的设备的唯一标识与数据库进行比对，判断入网申请的设备的唯一标识是否具有合法性，若合法则进行下一步骤，若不合法，则返回错误信号，网关重新等待第一入网申请。
同时，边缘数据处理器发出第一入网申请时，具体包括：边缘数据处理器的本地传输在多个第二控制信道的切换速度大于网关的本地传输在多个第一控制信道的切换速度。
在边缘数据处理器发出第一入网申请阶段，网关的跳频速度要慢于边缘数据处理器的跳频速度，保证边缘数据处理器在一定时间内必然能与网关在同一个频率工作。通过跳频进行入网申请，网关和边缘数据处理器可以在全频率范围内进行配对通信，可以选择到最优的频率范围进行后续的定频的业务通信。
具体地，设备数据采集器发出第二入网申请时，具体包括：设备数据采集器的本地传输在多个第三控制信道的切换速度大于网关的本地传输在多个第一控制信道的切换速度。
优选的，设备数据采集器发出第二入网申请时，第二入网申请包括发出入网申请的设备的唯一标识；网关的本地传输接收到第二入网申请后，将入网申请的设备的唯一标识与数据库进行比对，判断入网申请的设备的唯一标识是否具有合法性，若合法则进行下一步骤，若不合法，则返回错误信号，网关重新等待第二入网申请。
在设备数据采集器发出第二入网申请阶段，网关的跳频速度要慢于设备数据采集器的跳频速度，保证设备数据采集器在一定时间内必然能与网关在同一个频率工作。通过跳频进行入网申请，网关和设备数据采集器可以在全频率范围内进行配对通信，可以选择到最优的频率范围进行后续的定频的业务通信。
边缘数据处理器的本地传输在设备申请入网的阶段，工作于多个第二控制信道上，并在多个第二控制信道上进行快速随机切换；设备数据采集器的本地传输在设备申请入网的阶段，工作于多个第三控制信道上，并在多个第三控制信道上进行快速随机切换。
边缘数据处理器或设备数据采集器每切换一个新的控制信道，对应的边缘数据处理器或设备数据采集器会向网关发送一帧入网申请，入网申请内包含设备的唯一标识；网关若在当前的第一控制信道上收到入网申请，并确认设备的唯一标识合法后，回复入网申请的响应，在入网申请的响应对应的申请入网的设备的通信地址信息、云业务信道(remotechannel)和本地业务信道(local channel)。
云业务信道(remote channel)和本地业务信道(local channel)从业务信道中选择，在通信频谱资源充足情况下，不同的风道单元，会分配不同的本地业务信道，与同一个网关通信的边缘数据处理器Master Adapter会分配同一个云业务信道。网关可以根据控制信道获取的信号质量预估周边业务信道通信效果，选择合适的业务信道分配至边缘数据处理器的本地传输以获得更好的通信质量。各边缘处理器的云业务信道频谱分配需要基于网关在控制信道收到入网请求指令信号质量进行，优化环境对天线的影响。
具体地，网关与边缘数据处理器的设备通信帧以及网关与设备数据采集器的设备通信帧均还包括子网地址和设备；子网地址由网关从云平台获得；设备地址由网关分配获得。
云平台根据每个设备所处的地理位置为每个设备配置子网地址，从而避免有限的子网地址条件下临近的通信系统出现子网地址重复的情况。
由云平台统筹各网络的子网地址的管理及同风道单元下设备地址的管理相结合的方式，可以最大化地址编码效率，以最少的地址位实现频谱公用情况下的不同设备数据区分。
同一个网关下，不同的设备地址由网关独立分配，确保同一个风道单元下不同的设备具备不同地址；这种机制可以使通信地址尽可能短的条件下，有效避免不同风道单元的无线信号交叠区域出现设备地址重复而导致信息混乱的情况发生。
本发明中信道的接入方式采用TDMA接入方式，上下行信道采用相反的IQ调制方式，避免上行信道的设备监听到其他上行通信，而浪费处理器算力资源。设备在上行信道发送数据，采用随机延时及发射前监听方式（listen before transmit）。随机延时采用多级机制以应对不同的Qos需求。高等级延时范围[a,b]，低等级延时范围[c,d]，其中确保a<c，即高Qos需求的数据比低Qos需求的数据的随机延时要短，以保证高Qos业务有更高优先级传输。同时，b和d的值可以随着发送重试次数增加而减少，已确保数据实时性需求。
通过分级动态调整的随机延时接入方式，可以针对不同的Qos需求提供差异化的数据通信服务，确保关键数据传输优先级同时保障基本数据通信实时性。
优选的，在边缘数据处理器发生故障时，网关根据设备数据采集器发送入网申请的信号强度和信噪比，选择信号强度及信噪比最优的设备数据采集器作为新的边缘数据处理器。
本发明采用动态的边缘数据处理器设备配置，由于设备安装的位置及周边场景差异，同一个风道单元内的设备与网关通信效果各有差异，每一个风道单元的设备可以配置多个数据处理器等硬件设备，网关根据各个数据处理器的入网请求帧到达的信号强度及信噪比，动态指定信号强度及信噪比最优的数据处理器作为该风道单元的边缘数据处理器，以确保整个通信系统与云端数据通信的可靠性。
动态边缘数据处理器配置，可以最优化风道系统与网关的无线通信效果，同时提供故障弱化能力，当边缘数据处理器异常时，可以由其他具备边缘数据处理器硬件的设备数据采集器角色调整为边缘数据处理器，确保通信系统能继续稳定运行。
一种基于风道全空气系统的无线频谱管理系统，包括网关1、边缘数据处理器2和设备数据采集器3；
所述网关1设置有一个，所述边缘数据处理器2设置有多个，所述设备数据采集器3设置有多个；
所述网关1与多个所述边缘数据处理器2通讯连接；
每个所述边缘数据处理器2与多个所述设备数据采集器3通讯连接，多个所述设备数据采集器3采用不同的频率进行内部数据交互，每个所述边缘数据处理器2与对应通讯连接的所述设备数据采集器组成一个风道单元，所述边缘处理器2统一处理上云业务。
优选的，在风道单元中还包括内机、温控器、风阀和外机，所述内机与所述边缘数据处理器2通讯连接，所述温控器、风阀和外机分别与对应的所述设备数据采集器3通讯连接。
本系统采用两级中心架构，一级是以网关1为中心的架构，一级是以边缘数据处理器2为中心的架构。在一个建筑单元内，通过一个网关1作为一级架构，将所有需要上云的数据业务与云平台进行通讯；在建筑单元的各个风道单元内设置边缘数据处理器2作为另一级架构，同一风道单元内的其它设备通过设备数据采集器3与边缘数据处理器2通讯。同一风道单元内的信息交换通过边缘数据处理器2实现，而需要上云的数据经由边缘数据处理器2中转给到网关1再传输给云平台。边缘数据处理器2把对应的风道单元的相关数据进行汇总和整合，然后将需要上报的数据业务通过网关1上传至云平台，将需要本地共享的数据业务在各个设备数据采集器3之间进行分享。本地共享的数据业务在本地业务信道完成分享，上云的数据业务通过云业务信道发送给网关1然后再上传云平台，充分利用频谱无线局域网资源。设备数据采集器3用于作为本地的数据业务的接入单元。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于风道全空气系统的无线频谱管理方法，其特征在于，包括下述步骤：
网关的本地传输工作在第一控制信道，并在多个第一控制信道之间进行切换，等待第一入网申请；
边缘数据处理器的本地传输工作在第二控制信道，并在多个第二控制信道之间进行切换；边缘数据处理器的本地传输每切换一个频道，向网关发出第一入网申请；
网关的本地传输接收到第一入网申请，并判断发出第一入网申请的第一设备的合法性，判断合法后，将第一设备的第一通信地址、第一云业务信道和第一本地业务信道发送至边缘数据处理器；
边缘数据处理器的本地传输获得第一设备的第一通信地址、第一云业务信道和第一本地业务信道，将边缘数据处理器的本地传输切换至第一本地业务信道，等待数据业务；将边缘数据处理器的远程传输切换至第一云业务信道，等待数据业务；
网关的远程传输与边缘数据处理器的远程传输进行数据业务传输；
网关的本地传输等待第二入网申请；
设备数据采集器的本地传输工作在第三控制信道，并在多个第三控制信道之间进行切换；设备数据采集器的本地传输每切换一个频道，向网关发出第二入网申请；
网关的本地传输接收到第二入网申请，并判断发出第二入网申请的第二设备的合法性，判断合法后，将第二设备的第二通信地址和第二本地业务信发送至设备数据采集器；
设备数据采集器的本地传输获得第二设备的第二通信地址和第二本地业务信，将设备数据采集器的本地传输切换至第二本地业务信道，等待数据业务；
边缘数据处理器的本地传输与设备数据采集器的本地传输进行数据业务传输。
2.根据权利要求1所述的一种基于风道全空气系统的无线频谱管理方法，其特征在于，边缘数据处理器发出第一入网申请时，第一入网申请包括发出入网申请的设备的唯一标识；网关的本地传输接收到第一入网申请后，将入网申请的设备的唯一标识与数据库进行比对，判断入网申请的设备的唯一标识是否具有合法性，若合法则进行下一步骤，若不合法，则返回错误信号，网关重新等待第一入网申请。
3.根据权利要求2所述的一种基于风道全空气系统的无线频谱管理方法，其特征在于，边缘数据处理器发出第一入网申请时，具体包括：边缘数据处理器的本地传输在多个第二控制信道的切换速度大于网关的本地传输在多个第一控制信道的切换速度。
4.根据权利要求1所述的一种基于风道全空气系统的无线频谱管理方法，其特征在于，设备数据采集器发出第二入网申请时，具体包括：设备数据采集器的本地传输在多个第三控制信道的切换速度大于网关的本地传输在多个第一控制信道的切换速度。
5.根据权利要求4所述的一种基于风道全空气系统的无线频谱管理方法，其特征在于，设备数据采集器发出第二入网申请时，第二入网申请包括发出入网申请的设备的唯一标识；网关的本地传输接收到第二入网申请后，将入网申请的设备的唯一标识与数据库进行比对，判断入网申请的设备的唯一标识是否具有合法性，若合法则进行下一步骤，若不合法，则返回错误信号，网关重新等待第二入网申请。
6.根据权利要求1所述的一种基于风道全空气系统的无线频谱管理方法，其特征在于，网关与边缘数据处理器的设备通信帧以及网关与设备数据采集器的设备通信帧均还包括子网地址和设备；子网地址由网关从云平台获得，云平台根据每个设备所处的地理位置为每个设备配置子网地址；设备地址由网关分配获得。
7.根据权利要求1所述的一种基于风道全空气系统的无线频谱管理方法，其特征在于，在边缘数据处理器发生故障时，网关根据设备数据采集器发送入网申请的信号强度和信噪比，选择信号强度及信噪比最优的设备数据采集器作为新的边缘数据处理器。
8.一种基于风道全空气系统的无线频谱管理系统，其特征在于，包括网关、边缘数据处理器和设备数据采集器；
所述网关设置有一个，所述边缘数据处理器设置有多个，所述设备数据采集器设置有多个；
所述网关与多个所述边缘数据处理器通讯连接；
每个所述边缘数据处理器与多个所述设备数据采集器通讯连接，多个所述设备数据采集器采用不同的频率进行内部数据交互，每个所述边缘数据处理器与对应通讯连接的所述设备数据采集器组成一个风道单元，所述边缘处理器统一处理上云业务；
所述无线频谱管理系统应用于一种基于风道全空气系统的无线频谱管理方法，包括下述步骤：
网关的本地传输工作在第一控制信道，并在多个第一控制信道之间进行切换，等待第一入网申请；
边缘数据处理器的本地传输工作在第二控制信道，并在多个第二控制信道之间进行切换；边缘数据处理器的本地传输每切换一个频道，向网关发出第一入网申请；
网关的本地传输接收到第一入网申请，并判断发出第一入网申请的第一设备的合法性，判断合法后，将第一设备的第一通信地址、第一云业务信道和第一本地业务信道发送至边缘数据处理器；
边缘数据处理器的本地传输获得第一设备的第一通信地址、第一云业务信道和第一本地业务信道，将边缘数据处理器的本地传输切换至第一本地业务信道，等待数据业务；将边缘数据处理器的远程传输切换至第一云业务信道，等待数据业务；
网关的远程传输与边缘数据处理器的远程传输进行数据业务传输；
网关的本地传输等待第二入网申请；
设备数据采集器的本地传输工作在第三控制信道，并在多个第三控制信道之间进行切换；设备数据采集器的本地传输每切换一个频道，向网关发出第二入网申请；
网关的本地传输接收到第二入网申请，并判断发出第二入网申请的第二设备的合法性，判断合法后，将第二设备的第二通信地址和第二本地业务信发送至设备数据采集器；
设备数据采集器的本地传输获得第二设备的第二通信地址和第二本地业务信，将设备数据采集器的本地传输切换至第二本地业务信道，等待数据业务；
边缘数据处理器的本地传输与设备数据采集器的本地传输进行数据业务传输。
9.根据权利要求8所述的一种基于风道全空气系统的无线频谱管理系统，其特征在于，在风道单元中还包括内机、温控器、风阀和外机，所述内机与所述边缘数据处理器通讯连接，所述温控器、风阀和外机分别与对应的所述设备数据采集器通讯连接。
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2023
- 2023-11-29 CN CN202311624613.8A patent/CN117580167B/zh active Active
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