CN109120693A - 一种基于区域中心站的物联网数据采集架构及其应用 - Google Patents

一种基于区域中心站的物联网数据采集架构及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于区域中心站的物联网数据采集架构及其应用，其中，卫星通过无线通信连接业务站，通过无线通信连接区域中心站；所述数据中心基于地面网络连接区域中心站和业务站；所述区域中心站通过地面网络或无线通信连接终端；通过地面网络连接数据中心；过无线通信连接卫星；通过地面网络连接用户端；所述用户端通过地面网络连接业务站和区域中心站；所述终端通过地面网络和/或无线通信连接区域中心站和传感器；所述传感器通过有线或无线方式连接终端；所述业务站通过无线通信连接卫星；通过地面网络连接用户端和数据中心。本发明能够实现高效传输采集数据、降低终端的功耗以及适用于多种应用环境。

Description

一种基于区域中心站的物联网数据采集架构及其应用
技术领域
本发明涉及物联网领域，尤其涉及一种基于区域中心站的物联网数据采集架构及其应用。
背景技术
物联网是在互联网的基础上，把所有物品通过传感器与通信网络连接起来，实现任何物品之间进行信息交换的网络概念。其中该物品被称作用户的终端。
物联网数据涉及到两种数据：业务数据和采集数据。业务数据是指用来设置和控制终端的数据，也指卫星下行发送的采集数据。采集数据是指传感器采集的数据，传感器会将这些数据先发送给终端，然后经过通信网络传输到数据中心，再由数据中心存储分发到各个用户的终端。通过传感器采集数据以及传输采集数据的过程，也被称为物联网数据采集过程。
现有的物联网数据采集***包括多个终端、传感器、地面通信网络或卫星通信网络、卫星和数据中心。传感器采集的数据，通过地面通信网络或卫星通信网络直接发送到卫星，然后由卫星送到数据中心，然后再由数据中心转发到各个用户的终端。
可以看出，现有的物联网数据采集***中，传感器采集的终端数据直接发到卫星，导致终端的功耗大。
而且，采集数据传输过程中面临多种应用环境，如在出现灾害事件或突发事件的情况下，地面移动通信网络或地面固定网络往往会出现问题或遭受损坏，无法确保在紧要的关头，提供可靠的传输数据保障；部分地区的地面移动通信网络经常出现间歇性故障，保障通信的可靠。
因此如何高效的传输采集数据、降低终端的功耗以及适用于多种应用环境，是目前物联网数据采集***迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种基于区域中心站的物联网数据采集架构及其应用，通过其能够实现高效传输采集数据、降低终端的功耗以及适用于多种应用环境。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
本发明提供一种基于区域中心站的物联网数据采集架构，其包括：卫星、数据中心、用户端、终端、传感器、业务站和区域中心站；
所述卫星通过无线通信连接业务站，通过无线通信连接区域中心站；
所述数据中心基于地面网络连接区域中心站和业务站；
所述区域中心站通过地面网络或无线通信连接终端；通过地面网络连接数据中心；通过无线通信连接卫星；通过地面网络连接用户端；
所述用户端通过地面网络连接业务站和区域中心站；
所述终端通过地面网络和/或无线通信连接区域中心站和传感器；
所述传感器通过有线或无线方式连接终端；
所述业务站通过无线通信连接卫星；通过地面网络连接用户端和数据中心。
更优选地，所述的基于区域中心站的物联网数据采集架构还包括：
与所述区域中心站连接的一个或多个协议终端。
更优选地，所述区域中心站和/或所述终端采用充电桩、太阳能充电或电池充电。
本发明还提供上述的一种基于区域中心站的物联网数据采集架构的应用，所述应用为一种采集数据传输方法，所述采集数据传输方法包括：
传感器采集到终端数据后，送入终端；
终端通过地面网络或无线通信方式将收集到的终端数据送入区域中心站；
区域中心站检测当前可用网络，如有地面网络，则将采集数据直接通过地面网络送入数据中心；如无地面网络，则当卫星经过区域中心站时，将采集数据通过无线通信发送到卫星；随后由卫星将采集数据发送到业务站，之后业务站将接收到的采集数据通过地面网络发送给数据中心，由数据中心提供给各个用户使用。
更优选地，所述数据采集方法还包括：
协议终端通过地面网络或无线通信方式将收集到的终端数据送入区域中心站。
本发明还提供上述的一种基于区域中心站的物联网数据采集架构的应用，所述应用为一种业务数据传输方法，所述业务数据传输方法包括：
用户端将针对每个终端的业务数据发送给区域中心站，然后区域中心站发送给对应的终端。
本发明还提供上述的一种基于区域中心站的物联网数据采集架构的应用，所述应用为一种业务数据传输方法，所述业务数据传输方法包括：
步骤S21，用户端检测可用网络，若有地面网络能连接到区域中心站，则执行步骤S22，即用户端将针对每个终端的业务数据发送至区域中心站，然后转入步骤S26；若没有地面网络能连接到区域中心站，则执行步骤S23；
步骤S23，用户端将针对每个终端的业务数据通过地面网络发送到业务站；
步骤S24，业务站通过无线通信将针对每个终端的业务数据发送到卫星；
步骤S25，卫星将针对每个终端的业务数据下发到区域中心站；
步骤S26，区域中心站接收到针对每个终端的业务数据后，转发给对应的终端。
由上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有如下技术效果：
1、本发明通过设置区域中心站连接终端，能够在单位采集区域内根据需求布置多个不同的终端，并能够统一监控管理多个终端，可以控制每个终端通信速率/采样频率等，多种采集频次和多种通信速率使得本发明能够满足多种应用场景。
2、通过设置区域中心站连接终端，终端数据会经区域中心站发到卫星，由此可以在一定区域内布置更多个终端设备，这样相对降低了单个终端的功耗。
3、区域中心站和终端可以采用太阳能充电或电池充电等多种供电方式，因此能够满足长时间工作需求和多种应用场景。
4、区域中心站可以与卫星、用户端、数据中心通信，这样能够减少终端的接口数量，降低了终端的复杂性。
5、本发明兼容地面通信网络和卫星通信网络，确保采集数据传输的可靠性，适应多种环境。
附图说明
图1为本发明的一种基于区域中心站的物联网数据采集架构；
图2为本发明的采集数据传输方法的实施流程图；
图3为本发明的业务数据传输方法的实施流程图。
附图中：
卫星1、数据中心2、区域中心站3、用户端4、终端5、传感器6、业务站7、协议终端8。
具体实施方式
以下将结合图1至图3对本发明的技术方案做进一步详细说明。
实施例一
本发明提供一种基于区域中心站的物联网数据采集架构，其结构如图1所示，包括：卫星1、数据中心2、区域中心站3、用户端4、终端5、传感器6、业务站7和协议终端8。
上述卫星1通过无线通信连接业务站7，并基于该连接接收业务站7送过来的用户业务数据以及将采集数据转发到业务站7；上述卫星1通过无线通信连接区域中心站3，并基于该连接接收区域中心站3发来的采集数据以及下发业务数据给区域中心站3。上述数据中心2基于地面网络连接区域中心站3和业务站7；并基于该连接接收业务站7和区域中心站3传来的采集数据。上述区域中心站3通过地面网络或无线通信连接终端5，并基于该连接接收终端5发过来的采集数据；通过地面网络连接数据中心2，并基于该连接将采集数据发送给数据中心2；通过无线通信连接卫星1，并基于该连接将采集数据、自身状态及终端状态数据发送给卫星1以及接收卫星1发送过来的业务数据；通过地面网络连接用户端4，并基于该连接将自身状态及终端状态数据发送给用户端4。上述用户端4通过地面网络连接业务站7和区域中心站3；并基于该连接将业务数据发送到业务站7和和区域中心站3，并接收从业务站7和区域中心站3过来的终端5和/或区域中心站3的状态数据。上述终端5通过地面网络和/或无线通信连接区域中心站3和传感器6；并基于该连接将传感器6传过来的采集数据、自身的状态数据发给区域中心站3；并接收从区域中心站3传过来的业务数据；根据业务数据控制上述传感器6的工作。上述传感器6连接终端5，将自身采集到的采集数据发送给终端5。上述业务站7通过无线通信连接卫星1；通过地面网络连接用户端4和数据中心2；基于上述地面网络接收用户端4和/或数据中心2发送过来的业务数据，并通过无线通信转发给卫星1；基于上述无线通信接收卫星1下发的业务数据，并发给用户端4；基于上述无线通信接收卫星1下发的采集数据，并基于上述地面网络发送给数据中心2。
各部分的连接关系和功能具体如下：
卫星1：卫星1连接业务站7和区域中心站3；卫星1负责接收业务站7通过无线通信发送过来的用户业务数据；负责接收区域中心站3通过无线通信发送过来的采集数据，并将采集数据通过无线通信转发到业务站7。卫星1通过无线通信下发业务数据给区域中心站3。
数据中心2：连接区域中心站3和业务站7；负责接收业务站7经地面网络过来的采集数据；负责接收区域中心站3经地面网络过来的采集数据。
区域中心站3：连接卫星1、数据中心2、用户端4、终端5以及其它的多个协议终端8；该区域中心站3的功能如下：
1)、负责接收终端5、协议终端8通过地面网络或无线通信发送过来的采集数据；
2)、负责将采集数据进行保存；负责在合适的时候将采集数据通过无线通信发送给卫星1，将采集数据通过地面网络发送给数据中心2；
3)、接收卫星1通过无线通信发送过来的业务数据；接收从用户端4通过地面网络发送过来的业务数据；
4)、将自身状态及终端状态数据通过地面网络发送给用户端4；将自身状态及终端状态数据通过无线通信发送给卫星1。
用户端4：连接业务站7和区域中心站3。该用户端4的功能如下：
1)通过地面网络将业务数据发送到业务站7；
2)通过地面网络将业务数据发送到区域中心站3；
3)通过地面网络接收从业务站7过来的终端5和/或区域中心站3的状态数据；
4)通过地面网络接收从区域中心站3过来的终端5和/或区域中心站3的状态数据。
终端5：连接区域中心站3和传感器6，该终端5的功能如下：
1)接收从传感器6传输过来的采集数据；
2)将传感器6传过来的采集数据通过地面网络/无线通信转发给区域中心站3；
3)接收从区域中心站3传过来的业务数据；
4)将自身的状态数据等通过地面网络/无线通信发送给区域中心站3。
5)根据业务数据控制传感器6的工作。
传感器6：通过有线或无线方式连接终端5。传感器6负责将自身采集到的采集数据发送给终端5。
业务站7：连接卫星1、用户端4和数据中心2。功能如下：
1)接收用户端4和/或数据中心2通过地面网络发送过来的业务数据，并通过无线通信发送给卫星1；
2)接收卫星1通过无线通信下发的采集数据，这些采集数据来源于区域中心站3发送给卫星1的采集数据，并将这些采集数据通过地面网络发送给数据中心；
3)接收卫星1通过无线通信下发的业务数据，将这些业务数据发送给用户端4。
协议终端8：多个协议终端8分别连接区域中心站3，可以通过无线通信或者地面网络连接，其发送的信号可以被区域中心站3接收和转发。
上述区域中心站3/终端5兼容接收其它物联网协议的信号(如Argos、LTE、Lora等其他物联网协议信号等)。
上述终端5可以接收一至多个物联网传感器所采集的数据。
上述区域中心站3/终端5具有多种供电方式，如充电桩/电池等，按照需求，户外的可以采用太阳能电池，户内的可以采用其它类型电池，尽可能提高工作时长。
上述区域中心站3和终端5可选择多种方式进行通信，终端5和区域中心站3均有网络检测功能，如果检测到地面网络，优先采用地面网络进行通信；如无地面网络，采用无线通信的方式。
上述终端5和区域中心站3具有多种通信速率，满足不同采集任务需求。
上述架构也可以没有协议终端8。
上述一种基于区域中心站的物联网数据采集架构的应用，包括如下两种数据的传输方法：采集数据传输方法和业务数据传输方法。
一、采集数据传输方法
采集数据传输方法是将传感器6采集数据传输到数据中心2的流程，该采集数据传输方法的步骤包括：
步骤S11，传感器6采集到终端数据后，送入终端5；
步骤S12，终端5和/或协议终端8检测当前可用网络，如有地面网络，执行步骤S13，即将收集到的终端数据通过地面网络送入区域中心站3，然后转入步骤S15；如无地面网络，执行步骤S14，即以无线通信的方式将收集到的终端数据发往区域中心站3，然后转入步骤S15；
步骤S15，区域中心站3接收到终端5和/或协议终端8传过来的采集数据。
步骤S16，区域中心站3检测当前可用网络，如有地面网络，则执行步骤S17，即将采集数据通过地面网络送入数据中心2，如无地面网络，则执行步骤S17。
步骤S18，等待卫星1经过区域中心站3上空时，将采集数据通过无线通信发送到卫星1。
步骤S19，卫星1经过业务站7上空时，将采集数据发送到业务站7。
步骤S20，业务站7将接收到的采集数据通过地面网络发送给数据中心2。
步骤S21，数据中心2把采集数据分发给各个用户使用。
二、业务数据传输方法
用户端4可以通过区域中心站3对终端5的通信速率、采样频率等业务数据进行配置，这些业务数据的传输可以通过如下两种业务数据的传输方法实现：
第一种业务数据传输方法：用户端4直接将针对每个终端5的业务数据发送给区域中心站3，然后区域中心站3发送给对应的终端5。
第二种业务数据传输方法，包括如下步骤：
步骤S21，用户端4检测可用网络，若有地面网络能连接到区域中心站3，则执行步骤S22，即用户端4将针对每个终端5的业务数据发送至区域中心站3，然后转入步骤S26；若没有地面网络能连接到区域中心站3，则执行步骤S23。
步骤S23，用户端4将针对每个终端5的业务数据通过地面网络发送到业务站7；
步骤S24，业务站7通过无线通信将针对每个终端5的业务数据发送到卫星1；
步骤S25，卫星1将针对每个终端5的业务数据下发到区域中心站3；
步骤S26，区域中心站3接收到针对每个终端5的业务数据后，转发给对应的终端5。
本方案中所用的无线通信可为射频通信，所用的地面网络可为互联网、3G、4G、5G、蓝牙等网络。
由上述可以看出，本发明通过设置区域中心站连接终端，能够在单位采集区域内根据需求布置多个不同的终端，并能够统一监控管理多个终端，可以控制每个终端通信速率/采样频率等，多种采集频次和多种通信速率使得本发明能够满足多种应用场景。而且，传感器终端数据会经区域中心站发到卫星，由此可以在一定区域内布置更多个终端设备，这样相对降低了单个终端的功耗。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (7)

1.一种基于区域中心站的物联网数据采集架构，其包括：卫星(1)、数据中心(2)、用户端(4)、终端(5)、传感器(6)和业务站(7)；其特征在于，所述基于区域中心站的物联网数据采集架构还包括：
区域中心站(3)；
所述卫星(1)通过无线通信连接业务站(7)，通过无线通信连接区域中心站(3)；
所述数据中心(2)基于地面网络连接区域中心站(3)和业务站(7)；
所述区域中心站(3)通过地面网络或无线通信连接终端(5)；通过地面网络连接数据中心(2)；通过无线通信连接卫星(1)；通过地面网络连接用户端(4)；
所述用户端(4)通过地面网络连接业务站(7)和区域中心站(3)；
所述终端(5)通过地面网络和/或无线通信连接区域中心站(3)和传感器(6)；
所述传感器(6)通过有线或无线方式连接终端(5)；
所述业务站(7)通过无线通信连接卫星(1)；通过地面网络连接用户端(4)和数据中心(2)。
2.根据权利要求1所述的一种基于区域中心站的物联网数据采集架构，其特征在于，所述的基于区域中心站的物联网数据采集架构还包括：
与所述区域中心站(3)连接的一个或多个协议终端(8)。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于区域中心站的物联网数据采集架构，其特征在于，
所述区域中心站(3)和/或所述终端(5)采用充电桩、太阳能充电或电池充电。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种基于区域中心站的物联网数据采集架构的应用，其特征在于，
所述应用为一种采集数据传输方法，所述采集数据传输方法包括：
传感器(6)采集到终端数据后，送入终端(5)；
终端(5)通过地面网络或无线通信方式将收集到的终端数据送入区域中心站(3)；
区域中心站(3)检测当前可用网络，如有地面网络，则将采集数据直接通过地面网络送入数据中心(2)；如无地面网络，则当卫星(1)经过区域中心站(3)时，将采集数据通过无线通信发送到卫星(1)；随后由卫星(1)将采集数据发送到业务站(7)，之后业务站(7)将接收到的采集数据通过地面网络发送给数据中心(2)，由数据中心(2)提供给各个用户使用。
5.根据权利要求4所述的一种基于区域中心站的物联网数据采集架构的应用，其特征在于，所述数据采集方法还包括：
协议终端(8)通过地面网络或无线通信方式将收集到的终端数据送入区域中心站(3)。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的一种基于区域中心站的物联网数据采集架构的应用，其特征在于，
所述应用为一种业务数据传输方法，所述业务数据传输方法包括：
用户端(4)将针对每个终端(5)的业务数据发送给区域中心站(3)，然后区域中心站(3)发送给对应的终端(5)。
7.根据权利要求1至3任意一项所述的一种基于区域中心站的物联网数据采集架构的应用，其特征在于，
所述应用为一种业务数据传输方法，所述业务数据传输方法包括：
步骤S21，用户端(4)检测可用网络，若有地面网络能连接到区域中心站(3)，则执行步骤S22，即用户端(4)将针对每个终端(5)的业务数据发送至区域中心站(3)，然后转入步骤S26；若没有地面网络能连接到区域中心站(3)，则执行步骤S23；
步骤S23，用户端(4)将针对每个终端(5)的业务数据通过地面网络发送到业务站(7)；
步骤S24，业务站(7)通过无线通信将针对每个终端(5)的业务数据发送到卫星(1)；
步骤S25，卫星(1)通过无线通信将针对每个终端(5)的业务数据下发到区域中心站(3)；
步骤S26，区域中心站(3)接收到针对每个终端(5)的业务数据后，转发给对应的终端(5)。
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