CN106973421A - 基于汇聚节点的食品安全物联网通信***和方法 - Google Patents

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郑立荣
安晋静
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Abstract

基于汇聚节点的食品安全物联网通信***，包括广域网络层和传感器网络层,所述广域网络层包括一个服务器和至少一个汇聚节点,所述传感器网络层包括一个汇聚节点和至少一个传感器节点,所述汇聚节点收集所述传感器节点发来的数据，将此数据组织成符合TCP/IP通信协议规范的帧并通过WiFi通信服务发送给所述服务器，接收来自所述服务器的命令并根据相应的命令执行操作。本发明通过汇聚节点及移除传统固定网关的方式，将广域网和传感器网络融为一体，使得广域网和传感器网络更紧密地结合在了一起。

Description

基于汇聚节点的食品安全物联网通信***和方法
技术领域
本发明涉及物联网通信领域，尤其涉及基于汇聚节点的食品安全物联网通信***和方法。
背景技术
传感网络通常根据网络中不同设备的特点和作用划分为多层结构，一般为双层或三层，区别在于传感器层和服务器层之间是否以网关相连。双层传感网络的特点是传感器层直接与服务器层连接，不必经过网关。一般而言，节点数在几十个至几百个之间的小型传感网络由于拓扑结构简单、数据传输量少，通常会采用这种结构。在双层结构中，所有传感设备位于同一层，以有线方式（USB、以太网等）或无线方式（WiFi等）与服务器进行通信，例如为传感器配备一个以太网接口，再通过局域网连接到服务器上。这种结构比较适合基于RFID技术的传感网络。
由于无需网关，双层网络具有容易搭建、配置简单的优点，但***效率极易受到传感器层的设备性能的限制。另外，当节点数不断增加，传感网络的规模逐渐扩大，或节点不断移动，传感网络对灵活性的要求越来越高时，双层结构还会显现出它在管理方面存在的缺陷。
为了方便管理，节点数在几千或几万以上的大型传感网络一般选择三层结构。三层结构在服务器层和传感器层之间添加了一层网关，传感器或其他物联网节点先以有线方式连接至中间层的网关，再由网关连接至服务器。其好处是每一个单独的节点无需配备接口卡，而且可以连接到距离更远的服务器上，扩大了传感网络的工作范围。例如在中间层使用价格便宜的“USB-以太网”设备，则各种各样的传感节点都能用USB接线与集线器连接，再接入以太网。同时，集线器还能通过USB接线对节点供电，解决了节点的功耗问题。
但是在实际食品安全的生产、加工、运输过程中，现有技术存在着传感数目众多、无线干扰较强、节点移动范围大、涉及通信***多等技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的问题，提供基于汇聚节点的食品安全物联网通信***和方法。
上述目的是通过以下技术方案来实现：
基于汇聚节点的食品安全物联网通信***，包括广域网络层和传感器网络层；
所述广域网络层包括一个服务器和至少一个汇聚节点，所述服务器和所述汇聚节点之间通过TCP/IP通信连接；
所述传感器网络层包括一个汇聚节点和至少一个传感器节点，所述汇聚节点与所述传感器节点之间通过无线网通信连接。
进一步地，所述广域网络层还包括广域接入网层，所述广域接入网层上应用多网络接口。
进一步地，所述传感器节点包括传感器模块、中央处理器模块、无线通信模块和电源模块。
进一步地，所述无线通信模块采用ZigBee通信模块。
基于汇聚节点的食品安全物联网通信方法，包括以下步骤：
a.在整个全局网络中，为所述服务器定义一个单独的IP,用于接收数据；
b.所述服务器向所述汇聚节点发送启动汇聚节点命令；
c.所述汇聚节点接收所步骤b中启动命令并反馈启动确认；
d.所述服务器接收步骤c中反馈启动确认后，发送配置汇聚节点命令；
e.所述汇聚节点接收步骤d中配置命令并反馈配置确认；
f.所述服务器收到步骤e中配置确认后，向所述汇聚节点发布启动上传命令；
g.所述汇聚节点收到步骤f中上传命令后反馈启动上传确认，并向所述服务器传输传感器节点的数据和状态信息。
进一步地，所述步骤g具体为：
所述传感器节点将采集到的传感器数据帧通过无线网传送至所述汇聚节点，所述汇聚节点将接收到的传感器数据帧预存储；待收到所述服务器启动上传命令后，反馈上传确认并将预存储的传感器数据帧组织成符合TCP/IP通信协议规范的帧，通过WiFi通信服务发送给所述服务器。
有益效果
整个***是基于一项新兴的双层、双方向的无线网络技术：1）一个广域网层，它由一台服务器以及许多汇聚节点组成；2）一个传感器网络层，包括一个汇聚节点和许多传感器节点。与传统的方案相比，该方案通过汇聚节点及移除固定网关的方式，将广域网和传感器网络融为一体，使得广域网和传感器网络更紧密地结合在了一起。可减少中继节点数目，降低成本，加快网络部署，有助于实现异构***之间平滑切换。汇聚节点不仅充当传感器网络层中仅有的协调者，同时也作为广域网层中一个独立的传感器节点。
附图说明
图1为本发明所述基于汇聚节点的食品安全物联网通信***和方法的通信流程图；
图2为本发明所述基于汇聚节点的食品安全物联网通信***的传感器节点结构图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一
基于汇聚节点的食品安全物联网通信***，包括广域网络层和传感器网络层；所述广域网络层包括一个服务器和至少一个汇聚节点；所述传感器网络层包括一个汇聚节点和至少一个传感器节点；所述广域网络层还包括广域接入网层，所述广域接入网层上应用多网络接口。
如图1，本方案中所述传感器节点包括传感器模块、中央处理器模块、无线通信模块和电源模块，其中所述传感器模块可以是温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光敏传感器等，可以精确的采集食品及食品流通环节的相关数据。
本方案中所述汇聚节点包括相应的无线设备和服务器组，这些设备和服务器组由企业自行搭建，其与传感节点之间的通信由于传感器网络的特殊性，可以利用的技术包括RFID，ZigBee，WiFi或者其他自定义的通信技术。收集传感器节点发来的数据，将所述传感器节点数据组织成符合协议规范的帧并通过GPRS或者WiFi通信服务发送给所述服务器。接收来自服务器的命令并根据相应的命令执行操作。
本方案中所述广域接入网层，装备了多个网络接口，这样有利于根据当前的环境灵活的选择入网的接口，有效的实现了异构网络的互联。如通过WiFi将无线传感网与Internet连接。各种网络互连；如短程网络与远程网络互连：如无线传感网、RFID网络与3G网络、卫星通信的互连；有线网络与无线网络互连：如GPRS、3G网络、蓝牙网络与PSTN（Public Switched Telephone Network）、ATM（Asynchronous Transfer Mode）、互联网的不连；不同拓扑结构网络互连：如星形拓扑结构、移动自组织网络、网格网络、簇树形网络。
实施例二
如图2所示为基于汇聚节点的食品安全物联网通信方法的消息流程图，服务器和汇聚节点之间事先通过下行链路消息建立握手过程，具体步骤如下：在整个全局网络中，为所述服务器定义一个单独的IP,用于接收数据；首先服务器向所述汇聚节点发送启动汇聚节点命令；所述汇聚节点接收启动命令并反馈启动确认；所述服务器接收启动确认后，发送配置汇聚节点命令；所述汇聚节点接收配置命令并反馈配置确认；所述服务器收到配置确认后，向所述汇聚节点发布启动上传命令。然后服务器等待汇聚节点通过上行链路传输数据和节点状态信息，具体步骤如下：所述汇聚节点收到上传命令后反馈启动上传确认，并向所述服务器传输传感器节点的数据和状态信息。具体的，所述传感器节点将采集到的传感器数据帧通过无线网传送至所述汇聚节点，所述汇聚节点将接收到的传感器数据帧预存储；待收到所述服务器启动上传命令后，反馈上传确认并将预存储的传感器数据帧组织成符合TCP/IP通信协议规范的帧，通过WiFi通信服务发送给所述服务器。
上述步骤中，汇聚节点与传感器节点之间利用RFID，ZigBee，WiFi或者其他自定义的通信技术。汇聚节点与服务器之间利用标准TCP/IP通信技术。
以上所述仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于汇聚节点的食品安全物联网通信***，其特征在于，包括广域网络层和传感器网络层；
所述广域网络层包括一个服务器和至少一个汇聚节点，所述服务器和所述汇聚节点之间通过TCP/IP通信连接；
所述传感器网络层包括一个汇聚节点和至少一个传感器节点，所述汇聚节点与所述传感器节点之间通过无线网通信连接。
2.根据权利要求1所述的基于汇聚节点的食品安全物联网通信***，其特征在于：所述广域网络层还包括广域接入网层，所述广域接入网层上应用多网络接口。
3.根据权利要求1所述的基于汇聚节点的食品安全物联网通信***，其特征在于：所述传感器节点包括传感器模块、中央处理器模块、无线通信模块和电源模块。
4.根据权利要求3所述的基于汇聚节点的食品安全物联网通信***，其特征在于：所述无线通信模块采用ZigBee通信模块。
5.基于汇聚节点的食品安全物联网通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.在整个全局网络中，为所述服务器定义一个单独的IP,用于接收数据；
b.所述服务器向所述汇聚节点发送启动汇聚节点命令；
c.所述汇聚节点接收所步骤b中启动命令并反馈启动确认；
d.所述服务器接收步骤c中反馈启动确认后，发送配置汇聚节点命令；
e.所述汇聚节点接收步骤d中配置命令并反馈配置确认；
f.所述服务器收到步骤e中配置确认后，向所述汇聚节点发布启动上传命令；
g.所述汇聚节点收到步骤f中上传命令后反馈启动上传确认，并向所述服务器传输传感器节点的数据和状态信息。
6.根据权利要求5所述的基于汇聚节点的食品安全物联网通信方法，其特征在于，所述步骤g具体为：
所述传感器节点将采集到的传感器数据帧通过无线网传送至所述汇聚节点，所述汇聚节点将接收到的传感器数据帧预存储；待收到所述服务器启动上传命令后，反馈上传确认并将预存储的传感器数据帧组织成符合TCP/IP通信协议规范的帧，通过WiFi通信服务发送给所述服务器。
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