CN102595608B - 物联网频段分配方法及物联网接入网关 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种物联网频段分配方法及物联网接入网关。其中方法包括：物联网接入网关在其射频识别能力所确定的最大频段范围内检测感知延伸层可用的空闲频段；所述物联网接入网关从物联网业务支撑平台获取所述感知延伸层中有业务传输需求的节点的数据传输特性；所述物联网接入网关根据所述数据传输特性为所述节点分配所述空闲频段。本发明通过先确定空闲频段然后根据有业务传输需求的节点的数据传输特性分配所述空闲频段，克服了现有技术中由于随意接入ISM频段而造成的不同无线信号之间的干扰，从而保证了通信质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种物联网频段分配方法及物联网接入网关，属于物联网通信技术领域。
背景技术
物联网(Internet of Things，简称：IOT)是一种将传感器与传感器网络技术、通信网与互联网技术、智能运算技术等融为一体，以实现全面感知、可靠传送、智能处理为特征的连接物理世界的网络。现有物联网的基本架构如图1所示，主要包括：感知延伸层、网络层和应用层。其中：
感知延伸层位于物联网架构的底层，实现面向应用环境的数据感知、收集、处理与传输，主要包括物联网接入网关、物联网终端，以及末梢网络，其中的物联网终端例如可以包括条码终端、射频标识(Radio FrequencyIdentification，简称：RFID)终端和零售终端等。
网络层主要通过无线、有线的接入网提供物联网业务的网络接入和网络处理控制能力，并提供物联网业务层的支撑能力，具体包括物联网业务支撑平台、电信网、互联网和行业专网等；
应用层主要提供物联网行业应用、个人和家庭相关业务和应用，主要通过物联网应用服务器实现。
然而，现有技术在为感知延伸层中的各种终端分配物联网频段时并没有考虑多种无线通信技术之间的协同。例如，感知延伸层中所涉及的各终端之间的短距离无线通信技术主要有RFID、蓝牙、IEEE 802.11等，这些技术使用的无线频段例如为工业科学医疗(Industrial Scientific Medical，简称：ISM)频段，由于ISM频段为非授权频段，终端只需要遵守一定的发射功率便可免费接入使用，由于接入时并不知道所使用的频点是否已经被其他无线信号占用，因此会加剧不同无线信号之间的干扰。
发明内容
本发明提供一种物联网频段分配方法及物联网接入网关，用以克服感知延伸层中不同无线信号之间的干扰。
本发明一方面提供一种物联网频段分配方法，其中，包括：
物联网接入网关在其射频识别能力所确定的最大频段范围内检测感知延伸层可用的空闲频段；
从物联网业务支撑平台获取所述感知延伸层中有业务传输需求的节点的数据传输特性；
根据所述数据传输特性为所述节点分配所述空闲频段。
本发明另一方面提供一种物联网接入网关，其中，包括：
检测模块，用于在物联网接入网关的射频识别能力所确定的最大频段范围内检测感知延伸层可用的空闲频段；
获取模块，用于从物联网业务支撑平台获取所述感知延伸层中有业务传输需求的节点的数据传输特性；
分配模块，用于根据获取模块获取的所述数据传输特性为所述节点分配由检测模块检测到的所述空闲频段。
本发明通过先检测出空闲频段然后根据有业务传输需求的节点的数据传输特性分配所述空闲频段，克服了现有技术中由于随意接入无线频段而造成的不同无线信号之间的干扰，从而保证了通信质量。
附图说明
图1为现有物联网的架构示意图；
图2为本发明物联网频段分配方法实施例的流程图；
图3为图2所示方法中的步骤110的具体流程图；
图4为图3所示方法中的举例频谱图；
图5为图2所示方法中的步骤130的具体流程图；
图6为图5所示方法中所述各结点的连接关系示意图；
图7为本发明所述空闲子频段的举例示意图；
图8为本发明所述物联网接入网关实施例的结构示意图；
图9为图8所示检测模块10的具体结构示意图；
图10为图8所示分配模块30的具体结构示意图。
具体实施方式
图2为本发明物联网频段分配方法实施例的流程图，如图所示，包括如下步骤：
步骤110，物联网接入网关在其射频识别能力所确定的最大频段范围内检测感知延伸层可用的空闲频段。
其中，所述物联网接入网关是工作在感知延伸层的设备，用于实现数据的网关交换；所述空闲频段是没有被占用的频段，具体的空闲频段的检测过程将在后续内容进行详细介绍。
具体地，触发所述物联网接入网关开始检测所述空闲频段可以有多种方式：一种方式是预先设定的检测触发时刻，可以是周期性地，也是可是非周期性的，所述物联网接入网关当预设的检测触发时刻到达时开始检测所述空闲频段；另一种方式是由物联网业务支撑平台根据业务传输的需要发出频段检测指令，所述物联网接入网关当接收到由物联网业务支撑平台发来的频段检测指令时开始检测所述空闲频段。
步骤120，所述物联网接入网关从物联网业务支撑平台获取所述感知延伸层中有业务传输需求的节点的数据传输特性。
其中，所述数据传输特性例如包括数据流量特性和数据延时特性等，如果数据流量特性表明该节点的数据传输需要较大的带宽，则将在后续步骤中为该节点分配较宽的空闲子频段；如果数据延时特性表明该节点的数据传输不能容忍较大延时时，则将在后续步骤中优先为该节点分配空闲子频段；所述物联网业务支撑平台是位于网络层中用于提供各种业务支撑的设备，因此知道某项业务需要由哪些节点参与业务传输，另外，所述物联网业务支撑平台中还保存有感知延伸层中各节点的注册信息，因此也知道各节点的数据传输特性。
步骤130，所述物联网接入网关根据所述数据传输特性为所述节点分配所述空闲频段。具体过程将在后续内容进行介绍。
本实施例所述方法通过先检测出空闲频段然后根据有业务传输需求的节点的数据传输特性分配所述空闲频段，克服了现有技术中由于随意接入无线频段而造成的不同无线信号之间的干扰，从而保证了通信质量。
以下参照图3，详细说明上述步骤110所述空闲频段的具体检测过程，如图所示，包括如下步骤：
步骤111，物联网接入网关在所述最大频段范围内检测无线射频信号。
其中，所述最大频段范围是指物联网接入网关能够检测到的最大的频段范围，由物联网接入网关的射频识别能力确定。例如为图4所示的f1到f2的频段范围表示所述物联网接入网关的最大频段范围；所述无线射频信号不仅包括物联网中各节点发出的无线射频信号，也包括基于其他通信技术的无线射频信号，具体可以采用能量检测、匹配滤波检测、循环平稳特征检测等方式检测到所述无线射频信号。
此处需要说明的是，所述最大频段范围待检测频段可以包括ISM频段和开放的非ISM频段，也就是说，本实施例不仅可以使用现有物联网的ISM频段，而且也可以使用其他的开放的非ISM频段。通过扩展可用的频段范围，可以为感知延伸层提供更多的可用资源，克服了现有ISM频段资源短缺的限制，提高了频谱资源的利用率。
步骤112，所述物联网接入网关根据所述无线射频信号查找频谱空洞，并对所述频谱空洞进行无线场景分析，得到场景分析结果；
其中，所述频谱空洞是指没有被有用信号占用的频段，例如在图4中检索到一个频谱空洞A和一个频谱空洞B。
具体地，所述无线场景分析包括流量分析、噪声分析和干扰分析。其中，流量分析是指曾经占用该频谱空洞的业务流量属于哪种类型，如果属于连续型的流量，则表明该频谱空洞只是短暂的空闲，很可能很快就被后续流量所占用，因此不建议选取该频谱空洞作为空闲频段，以避免冲突；如果属于间断型的流量，则表明该频谱空洞在一段相对长的时间内都将是空闲的，因此发生冲突的可能性较小，该频谱空洞可以作为备选的空闲频段。
所述噪声分析是指分析该频谱空洞的噪声水平，如背景噪声的水平，如果分析出的噪声水平超过了感知延伸层的容忍程度，则不选用该频谱空洞；所述干扰分析是指分析除物联网以外的其他网络的有用信号对感知延伸层的影响，如果分析出的干扰超过了感知延伸层的容忍程度，则不选用该频谱空洞。
步骤113，所述物联网接入网关根据所述场景分析结果估计信道容量。
其中，所述信道容量是指信道的传输能力，只与信噪比有关，与传输哪些业务流量没有直接的关系，因此，具体可以根据所述噪声分析和干扰分析的分析结果估计所述信道容量。
步骤114，所述物联网接入网关根据所述场景分析结果及所述信道容量从所述频谱空洞中确定出所述空闲频段。
例如，假设通过流量分析得知图4中的频谱空洞A对应的业务流量属于间断型流量，通过噪声分析和干扰分析得知该频谱空洞对应的噪声水平较低、干扰较小，而且信道容量也满足要求，因此将其选为所述感知延伸层可用的空闲频段；而频谱空洞B不能完全满足上述要求，因此不被选为空闲频段。
以下参照图5，详细说明上述步骤130所述空闲频段的具体分配过程，如图所示，包括如下步骤：
步骤131，所述物联网接入网关根据所述节点的数据传输特性，从所述空闲频段中选择适用于该节点的空闲子频段。
如图6所示，所述感知延伸层中包含如下几种节点：独立节点s3，能够直接与物联网接入网关进行无线通信，例如图1中所示的条码终端等；网关节点s4，物联网接入网关的空口接口模块从逻辑上讲，也可以视为一种节点；汇聚节点s2，在末梢网络中处于根节点的地位，实现末梢网络中的各节点与s4的通信连接；感知节点s5，通过各种传感器及短距离无线通信技术感知实际的物体；中继节点s1，实现s5与s2之间的通信连接；其中，s1、s2和s5共同构成图1所示的末梢网络。
其中，上述各节点中，只有汇聚节点s2、独立节点s3和网关节点s4才需要对所述空闲频段进行占用，一个节点并不占用整个空闲频段，而是只占用其中的一个空闲子频段。所述空闲子频段是指所述空闲频段中用于分给一个节点使用的一部分频段，如图7所示，空闲子频段A2被分配给汇聚节点s2，空闲子频段A3被分配给独立节点s3，空闲子频段A3被分配给网关节点s4。
步骤132，所述物联网接入网关在所述空闲子频段中选择指定工作频点。
具体地，所述指定工作频点例如可以为所述空闲子频段的中心频点。
步骤133，所述物联网接入网关将所述节点的空中接口的工作频点设定为所述指定工作频点。
具体地，将上述汇聚节点s2、独立节点s3和网关节点s4的空中接口设定为相应的指定工作频点。
图8为本发明所述物联网接入网关实施例的结构示意图，用以实现上述方法，如图所示，该物联网接入网关包括：检测模块10、获取模块20和分配模块30，其工作原理如下：
由检测模块10在物联网接入网关的射频识别能力所确定的最大频段范围内检测感知延伸层可用的空闲频段；获取模块20从物联网业务支撑平台获取所述感知延伸层中有业务传输需求的节点的数据传输特性；分配模块30根据获取模块20获取的所述数据传输特性为所述节点分配由检测模块10检测到的所述空闲频段。
其中，所述空闲频段是没有被占用的频段，具体地，如图9所示，该检测模块10通过检测单元11在所述最大频段范围内检测预设的待检测频段中的无线射频信号，其中，所述最大频段范围可以包括ISM频段和开放的非ISM频段，以提高频谱资源的利用率，具体的举例可参见图4及其相关说明；
然后由查找单元12根据检测单元11检测到的所述无线射频信号查找频谱空洞，并对所述频谱空洞进行无线场景分析，得到场景分析结果，该无线场景分析具体包括流量分析、噪声分析和干扰分析；此后由估计单元13根据所述场景分析结果估计信道容量，具体可以根据所述噪声分析和干扰分析的分析结果估计所述信道容量；
此后由确定单元14根据查找单元12得到的所述场景分析结果及估计单元13得到的所述信道容量从所述频谱空洞中确定出所述空闲频段。
如图10所示，所述分配模块30包括：频段选择单元31、频点选择单元32和频点设定单元33，其工作原理如下：
频段选择单元31根据获取模块20获取的所述节点的数据传输特性，从所述空闲频段中选择适用于该节点的空闲子频段，具体的举例可参见图6及其相关说明；然后由频点选择单元32在频段选择单元31选择的所述空闲子频段中选择指定工作频点，具体地，所述指定工作频点例如可以为所述空闲子频段的中心频点；最后由频点设定单元33将所述节点的空中接口的工作频点设定为频点选择单元选择的所述指定工作频点。
本实施例所述物联网接入网关通过先检测出空闲频段然后根据有业务传输需求的节点的数据传输特性分配所述空闲频段，克服了现有技术中由于随意接入无线频段而造成的不同无线信号之间的干扰，从而保证了通信质量。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种物联网频段分配方法，其特征在于，包括：
物联网接入网关在其射频识别能力所确定的最大频段范围内检测感知延伸层可用的空闲频段；
所述物联网接入网关从物联网业务支撑平台获取所述感知延伸层中有业务传输需求的节点的数据传输特性；
所述物联网接入网关根据所述数据传输特性为所述节点分配所述空闲频段；
其中，所述物联网接入网关在其射频识别能力所确定的最大频段范围内检测感知延伸层可用的空闲频段包括：物联网接入网关在所述最大频段范围内检测无线射频信号；根据所述无线射频信号查找频谱空洞，并对所述频谱空洞进行无线场景分析，得到场景分析结果；根据所述场景分析结果估计信道容量；根据所述场景分析结果及所述信道容量从所述频谱空洞中确定出所述空闲频段。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行无线场景分析包括：进行流量分析、噪声分析和干扰分析。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述估计信道容量包括：根据所述噪声分析和干扰分析的分析结果估计所述信道容量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为所述节点分配所述空闲频段包括：
根据所述节点的数据传输特性从所述空闲频段中选择适用于该节点的空闲子频段；
在所述空闲子频段中选择指定工作频点；
将所述节点的空中接口的工作频点设定为所述指定工作频点。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述节点的数据传输特性从所述空闲频段中选择适用于该节点的空闲子频段包括：根据所述节点的数据流量特性和数据延时特性从所述空闲频段中选择适用于该节点的空闲子频段。
6.根据权利要求3～5中任一项所述的方法，其特征在于：所述最大频段范围包括工业科学医疗ISM频段和开放的非ISM频段。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物联网接入网关在其射频识别能力所确定的最大频段范围内检测感知延伸层可用的空闲频段包括：所述物联网接入网关当预设的检测触发时刻到达时开始检测所述空闲频段；或者当接收到由物联网业务支撑平台发来的频段检测指令时开始检测所述空闲频段。
8.一种物联网接入网关，其特征在于，包括：
检测模块，用于在物联网接入网关的射频识别能力所确定的最大频段范围内检测感知延伸层可用的空闲频段；
获取模块，用于从物联网业务支撑平台获取所述感知延伸层中有业务传输需求的节点的数据传输特性；
分配模块，用于根据获取模块获取的所述数据传输特性为所述节点分配由检测模块检测到的所述空闲频段；
其中，所述检测模块包括：检测单元，用于在所述最大频段范围内检测无线射频信号；查找单元，用于根据检测单元检测到的所述无线射频信号查找频谱空洞，并对所述频谱空洞进行无线场景分析，得到场景分析结果；估计单元，用于根据所述场景分析结果估计信道容量；确定单元，用于根据查找单元得到的所述场景分析结果及估计单元得到的所述信道容量从所述频谱空洞中确定出所述空闲频段。
9.根据权利要求8所述的物联网接入网关，其特征在于，所述分配模块包括：
频段选择单元，用于根据获取模块获取的所述节点的数据传输特性，从所述空闲频段中选择适用于该节点的空闲子频段；
频点选择单元，用于在频段选择单元选择的所述空闲子频段中选择指定工作频点；
频点设定单元，用于将所述节点的空中接口的工作频点设定为频点选择单元选择的所述指定工作频点。
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