CN110691404A - 一种多级链路数据上发和下发方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级链路数据上发方法,包括：获取周边链路设备发送的设备信息，设备信息包括链路设备的设备类型、设备ID、链路级数；根据排序元素和预设排序条件对符合上发要求的链路设备进行排序，排序元素包括链路设备的链路级数；根据排序结果确定数据上发时的目标上级设备的设备ID；根据目标上级设备的链路级数确定本设备的链路级数；数据上发时发送至目标上级设备。本发明有益效果在于：对于同时具备移动通讯模块和射频收发模块的设备，通过链路数据上发方式可降低设备耗电、延长使用寿命，同时避免设备因处于信号死角无法上传的情况发生；对于仅具备射频收发模块的设备，通过链路数据上传方式变相的增加了无线射频信号的信号距离范围。

Description

一种多级链路数据上发和下发方法

技术领域

本发明涉及数据通信领域，具体涉及一种多级链路数据上发和下发方法。

背景技术

当前较为公认的物联网基本架构包括三个逻辑层，即感知层、网络层、应用层。其中网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理***等组成，在物联网中起到信息传输的作用，该层主要用于对感知层和应用层之间的数据进行传递，它是连接感知层和应用层的桥梁。

现有的物联网设备通常采用独立电池供电，且通常通过两种方式将数据上传至服务器：第一种，直接上传方式：设备采用 GPRS通信模块、NB-IoT通信模块等移动通讯技术将数据直接传输至服务器；这种上传方式的优点是独立性强、即时性好，但缺点同样突出，比如通讯模块成本较高、耗电较多（NB-IoT模块虽然比 GPRS模块耗电少但成本更高），且设备对信号强度有一定要求，不能设置在信号死角位置。

为了降低设备成本、减少耗电、延长使用寿命，于是有了第二种，间接上传方式：设备采用无线射频技术将数据传输给附近的固定网关，再由固定网关通过GPRS或NB-IoT等方式将数据上传至服务器；由于无线射频收发模块相比GPRS通讯模块或其他移动通讯模块成本更低、耗电量更低，故这种上传方式可明显降低成本以及延长设备使用时间；当然这种方式也存在缺陷，由于设备依赖于固定网关才能上传数据，而固定网关需要额外取电又要考虑信号是否被建筑物影响，从而往往限定了其安装的位置；适用于设备集中度较高的场景，如果设备是类直线式的分布，相隔不远就要安装一个固定网关不划算。

随着物联网设备应用的不断扩宽，需求的变化，其应用场景也是变化多端，在某些特殊场景，可能两种方式都不适合。举个例子，该场景无法取电或者可以取电的位置很少，这就限制了固定网关的安装，如果该场景中全部采用具备移动通讯模块的设备成本又会很大，而且如果该场景环境比较复杂，部分地方信号差，移动通信模块可能无法正常上传数据。

发明内容

为避免背景技术的不足之处，本发明提供一种多级链路数据上发和下发方法，可结合两种上传方式的优点，整体上降低成本、降低功耗。

本发明提出的一种多级链路数据上发方法，包括：

获取周边链路设备发送的设备信息，设备信息包括链路设备的设备类型、设备ID、链路级数；

确定符合上发要求的链路设备；

根据排序元素和预设排序条件对符合上发要求的链路设备进行排序，排序元素包括链路设备的链路级数；

根据排序结果确定数据上发时的目标上级设备的设备ID；

根据目标上级设备的链路级数确定本设备的链路级数；

数据上发时发送至目标上级设备。

进一步的，根据排序元素和预设排序条件对符合上发要求的链路设备进行排序的步骤前，还包括：判断是否收到网关设备的设备信息，若是则确定网关设备为上传设备以及本设备的链路级数为1级，否则进入下一步骤。

一种优选方案，根据排序元素和预设排序条件对符合上发要求的链路设备进行排序的步骤包括：将链路级数由小到大以升序形式进行排序确定链路设备的设备ID的先后顺序。

进一步的，上发要求为链路设备的链路级数低于预设链路总级数。

另一种优选方案，根据排序元素和预设排序条件对符合上发要求的链路设备进行排序的步骤包括：

根据排序元素确定每种排序元素对应的权重值；

确定所有排序元素权重值相加后的总权重值；

将总权重值由大到小以降序形式进行排序确定链路设备的设备ID的先后顺序。

进一步的，设备信息还包括链路设备的设备电量以及链路1级设备的设备类型、设备ID、设备电量、信号强度；排序元素还包括链路设备的设备电量和本设备接收链路设备信号的信号强度以及链路1级设备的设备电量、信号强度。

进一步的，上发要求为链路设备的链路级数低于预设链路总级数、链路设备的设备电量高于预设电量值、本设备接收链路设备信号的信号强度高于预设强度值。

进一步的，在数据上发时发送至目标上级设备的步骤中，还包括：

当数据上发通信超时时，根据排序结果按顺序确定数据上发的下一个目标上级设备的设备ID；发送数据至该目标上级设备；数据发送完毕后根据该目标上级设备的链路级数重新确定本设备的链路级数。

本发明还提出的一种多级链路数据下发方法，包括：

接收下级链路设备的上发数据，上发数据包括该下级设备的设备ID、内容数据以及该内容数据所属的始发设备ID；

根据上发数据确定并保存下发链路信息，下发链路信息包括下级设备ID以及对应的始发设备ID；

接收上级链路设备的下发数据，下发数据包括命令数据以及该命令数据所属的目标设备ID；

确定存在与目标设备ID相同的始发设备ID的下发链路信息；

根据该下发链路信息确定目标设备ID对应的下级设备ID；

发送下发数据至对应的下级链路设备。

本发明还提出的一种通信设备，包括用于存储程序的存储器和用于执行所述程序的处理器，所述程序被处理器执行时实现如上任意一项所述方法的步骤。

本发明有益效果在于通过本发明方法，对于自身同时具备移动通讯模块和无线射频收发模块的设备来说，当附近存在链路网时，通过这种链路数据上传方式可将数据由耗电更高的移动通讯模块转变为耗电更低的无线射频收发模块来上传，降低耗电、延长设备使用寿命，同时还可以避免设备因处于信号死角无法上传的情况发生；对于自身仅具备无线射频收发模块的设备来说，通过这种链路数据上传方式变相的增加了无线射频信号的信号距离范围，从而变相的减少固定网关的数量。

附图说明

图1是实施例1多级链路数据上发方法的流程示意图。

图2是参考的设备多级链路分布示意图。

图3是实施例2多级链路数据下发方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

为了使人更好的了解本发明，在此对说明书中一些名词作出解释：

链路设备，本发明中的链路设备特指应用了本发明多级链路数据上发和下发方法的物联网设备。与网关类设备和中继类设备的功能不同，这类物联网设备的主要功能是具有某种特定的检测功能，且最终需要将检测数据上传至服务器，设备可以自己上传数据，也可以借助其他设备比如网关类设备上传数据。网关类设备的主要功能是接收这类无法直接上传数据至服务器的设备的数据并将该数据上传至服务器。中继类设备的主要功能是转发数据，当原本A设备的数据指定发送至B设备，但是因为距离过远的原因无法发送时，可借助中继类设备在两者之间转发数据。

链路级数，是本发明提出的一个新的概念，如果设备的数据可以自身上传或直接传输给网关设备，则设备确定自身的链路级数为1级，该设备也即链路1级设备；本发明中的链路设备因为采用了本发明的方法故而在对外广播时会附加上链路级数的信息，而现有的物联网设备是不具备。

实施例1，参照附图1-2，一种多级链路数据上发方法，适用于自身同时具备移动通讯模块和无线射频收发模块的设备或自身仅具备无线射频收发模块的设备，具体包括：

S101获取周边链路设备和网关设备发送的设备信息；链路设备的设备信息包括

链路设备的设备类型、设备ID、链路级数、设备电量以及链路1级设备的设备类型、设备ID、信号强度、设备电量；网关设备的设备信息包括设备类型、设备ID；本步骤中，本设备可以通过主动或被动两种方式获取设备信息，当本设备上电时主动广播要求附近的设备发送设备信息从而主动获取设备信息，当附近的设备根据定时心跳周期性的发送设备信息从而被动获取设备信息。

S102判断是否收到网关设备的设备信息，若是则进入步骤S103，否则进入步骤S104；本步骤中，如果收到网关设备的设备信息，则表明本设备可以直接将心跳数据直接传输给网关设备而不用再通过多级链路一步步上发数据，网关设备在链路中的优先级是最高的。

S103确定网关设备为上传设备并确定本设备的链路级数为1级。

S104判断是否收到符合上发要求的链路设备的设备信息，若是进入步骤S107，否则进入步骤S105；本步骤中如果本设备至少收到一个符合上发要求链路设备的设备信息，则表明本设备可以将心跳数据传输给别的链路设备，可以加入链路并通过多级链路上发数据；如果没有则表明附近没有适宜数据上发的链路设备；上发要求有3点：链路级数、设备电量、信号强度；首先，对于链路级数，要求链路设备的链路级数低于预设链路总级数，链路级数并不是越多越好，级数越多则意味着链路末端的数据上传至服务器所经过的设备越多，也意味着该数据上传所消耗的总电量越多，如果这种链路传输数据消耗的电量大于可本身上传数据设备上传数据时消耗的电量（如果有的话），则认为是不值得；预设链路总级数主要根据移动通讯模块与无线射频收发模块两者消耗电量的倍数值确定，本实施例中预设级数优选7至9级；其次，对于设备电量，要求链路设备的设备电量高于预设电量值，这好理解，设备电量低的链路设备应当尽量减少耗电以延长设备使用寿命；最后，对于信号强度，要求本设备接收链路设备的信号强度高于预设强度值，这是因为信号强度越低则设备之间通信消耗的电量越多。

S105判断本设备是否可以上传数据，若是进入步骤S106；本步骤中，如果本设备可以自己上传数据，则意味着自身可以直接将心跳数据直接传输给服务器，并作为链路中1级设备;设备判断自身可以上传数据需要满足两个条件，一是设备具备移动通信模块，二是可以与服务器连接。

S106确定本设备为上传设备以及本设备的链路级数为1级。

S107根据排序元素和预设排序条件对符合上发要求的链路设备进行排序；本步骤中排序元素包括三类，一类是链路设备的链路级数、设备电量，二类是本设备接收链路设备信号的信号强度，三类是链路1级设备设备电量、信号强度；本设备根据设备信息中的排序元素按照预设设定的条件进行排序，排序条件可以简单到仅包括链路级数一种排序元素，将链路级数由小到大以升序形式进行排序；也可以复杂到包括三类排序元素，计算每种排序元素对应的权重值并求得各权重值相加后的总权重值，然后将总权重值由大到小以降序形式进行排序，最终确定链路设备的设备ID的先后顺序。

S108根据排序结果确定数据上发时的目标上级设备的设备ID；本步骤中，排序结果中的第一位设备ID即可确定为本设备数据上发时的目标上级设备的设备ID。

S109根据目标上级设备的链路级数确定本设备的链路级数；本步骤中，将目标上级设备的链路级数加1，即可确定本设备的链路级数。

S110数据上发时发送至目标上级设备。

本实施例方法的主要原理是通过建立一个多级数据传输的链路，每个链路中的下级设备都可以通过无线射频收发模块将心跳数据上发给上级设备，上级设备再以同样的方式向上上发直到传输至链路中的1级设备，而1级设备可以通过将数据上传至固定网关由固定网关上传至服务器，也可以通过自身的通过GPRS通讯模块或其他移动通讯模块直接上传至服务器。对于自身同时具备移动通讯模块和无线射频收发模块的设备来说，当附近存在链路网时，通过这种链路数据上传方式可将数据由耗电更高的移动通讯模块转变为耗电更低的无线射频收发模块来上传，降低耗电、延长设备使用寿命，同时还可以避免设备因处于信号死角无法上传的情况发生；对于自身仅具备无线射频收发模块的设备来说，通过这种链路数据上传方式变相的增加了无线射频信号的信号距离范围，预设链路总级数越多则等效信号距离范围越大，从而变相的减少固定网关的数量。

以图2为例，假设其中的设备均无法自己上传数据，各设备随机间隔上电，在设备1上电前的其余设备，因为周边无有链路级数的设备存在，故不会加入链路上发数据；当设备1上电后，设备1接收到固定网关的信号，然后建立链路并将本设备的链路级数设定为1级；随后设备1最近的设备收到设备1的设备信息，加入链路并变为2级设备，就这样一步步的链路扩散开来。

当然，数据上发不可能一直不出问题，当设备数据上发时与目标上级设备的通信超时，则设备此时会根据排序结果按顺序确定数据上发的下一个目标上级设备的设备ID，然后将发送数据至该目标上级设备，在数据发送完毕后根据该目标上级设备的链路级数重新确定本设备的链路级数。举例来说，如果设备1突然故障了，设备7与设备1的通信超时，此时，设备7会根据排序结果按顺序将数据发送至确定的下一个目标上级设备也即设备8，数据上发给设备8后，设备7变为3级设备；随后设备8又根据排序结果按顺序将数据发送至确定的下一个目标上级设备也即设备9，数据上发给设备9后，设备8变为4级设备（当然设备8也可能上发设备7，情况类似）；随后设备9又将数据上发给设备7并变为5级设备，就这样循环直到预设链路总级数，各设备在信号范围内无可上发的设备，重新变回无级设备，等待设备1重新上线；如果设备7、8、9中存在可自身上传的设备，则该上传设备检测到信号范围内无可上发的设备后开始自己上传，其余两设备随后变为2级设备，如果一段时间后设备1重新上线，则重新回到原来的链路情况。

实施例2，参照附图2-3，不同于实施例1是解决数据链路传输中的上发问题，本实施例是解决链路中的下发问题，具体的，一种多级链路数据下发方法,包括：

S201接收下级链路设备的上发数据，上发数据包括该下级设备的设备ID、内容数据以及该内容数据所属的始发设备ID；本步骤中的内容数据即始发设备需要发送给服务器告知其特定信息的数据。

S202根据上发数据确定并保存下发链路信息，下发链路信息包括下级设备ID以及对应的始发设备ID；本步骤是关键步骤，根据上发数据中的信息确定下发链路信息，下发链路信息的主要目的是为了在后续服务器下发命令数据给始发设备时，使始发设备和服务器之间的中间设备可以根据该下发链路信息顺利地将命令数据下发下去。

S203接收上级链路设备的下发数据，下发数据包括命令数据以及该命令数据所属的目标设备ID。

S204判断下发数据的目标设备是否是本设备，若是则根据命令数据执行相应的命令，否则进入步骤S205。

S205确定存在与目标设备ID相同的始发设备ID的下发链路信息；本步骤中，设备根据目标设备ID在步骤S202中保存的下发链路信息中寻找同样的始发设备ID，从而进一步确定下级设备。

S206根据该下发链路信息确定目标设备ID对应的下级设备ID。

S207发送下发数据至对应的下级链路设备。

本实施例是从实施例1方法中延伸出的，根据实施例1方法，设备可以将心跳数据一步步传输给上级设备，最后上传至服务器，这种数据传输上发是单向的，但是服务器无法反过来将操作命令下发至链路中的某个设备，故本实施例方法通过是设备接收下级设备的数据时，记录下发链路信息，从而在接收到上级设备时根据下发链路信息找到对应的下级设备，从而解决多级链路数据传输中的下发问题，以图3及表1中的设备3为例。

表1

设备3的下级设备有设备4和设备6两个，而设备4的下级设备又有设备5，根据本实施例方法，当设备4、设备5、设备6始发上传的数据经过设备3时，设备3可分别记录下发链路信息：设备4ID-设备5ID、设备4ID-设备4ID、设备6ID-设备6ID；当设备3接收到它的上级设备即设备2的下发数据时，可解析数据确定该下发数据的目标设备是设备5，于是在下发链路信息找到“设备4ID-设备5ID”，确定目标设备5对应的下级设备4，然后将该下发数据发送至下级设备4；设备4以相同原理将下发数据发送至设备5，设备5解析下发数据确定该下发数据的目标是本设备，然后根据命令数据执行相应的命令，然后按数据上发的方法回复应答给服务器。

虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了描述，但是，本领域普通技术人员应当了解，可以不限于上述实施例的描述，在权利要求书的范围内，可作出形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种多级链路数据上发方法,其特征在于，包括：

获取周边链路设备发送的设备信息，所述设备信息包括链路设备的设备类型、设备ID、链路级数；

确定符合上发要求的链路设备；

根据排序元素和预设排序条件对符合上发要求的链路设备进行排序，所述排序元素包括链路设备的链路级数；

根据排序结果确定数据上发时的目标上级设备的设备ID；

根据目标上级设备的链路级数确定本设备的链路级数；

数据上发时发送至目标上级设备。

2.根据权利要求1所述的一种多级链路数据上发方法，其中，所述根据排序元素和预设排序条件对符合上发要求的链路设备进行排序的步骤前，还包括：判断是否收到网关设备的设备信息，若是则确定网关设备为上传设备以及本设备的链路级数为1级，否则进入下一步骤。

3.根据权利要求1所述的一种多级链路数据上发方法，其中，所述根据排序元素和预设排序条件对符合上发要求的链路设备进行排序的步骤包括：

将链路级数由小到大以升序形式进行排序确定链路设备的设备ID的先后顺序。

4.根据权利要求3所述的一种多级链路数据上发方法，其中，所述上发要求为链路设备的链路级数低于预设链路总级数。

5.根据权利要求1所述的一种多级链路数据上发方法，其中，所述根据排序元素和预设排序条件对符合上发要求的链路设备进行排序的步骤包括：

根据排序元素确定每种排序元素对应的权重值；

确定所有排序元素权重值相加后的总权重值；

将总权重值由大到小以降序形式进行排序确定链路设备的设备ID的先后顺序。

6.根据权利要求5所述的一种多级链路数据上发方法，其中，所述设备信息还包括链路设备的设备电量以及链路1级设备的设备类型、设备ID、设备电量、信号强度；所述排序元素还包括链路设备的设备电量和本设备接收链路设备信号的信号强度以及链路1级设备的设备电量、信号强度。

7.根据权利要求6所述的一种多级链路数据上发方法，其中，所述上发要求为链路设备的链路级数低于预设链路总级数、链路设备的设备电量高于预设电量值、本设备接收链路设备信号的信号强度高于预设强度值。

8.根据权利要求1所述的一种多级链路数据上发方法，其中，在所述数据上发时发送至目标上级设备的步骤中，还包括：

当数据上发通信超时时，根据排序结果按顺序确定数据上发的下一个目标上级设备的设备ID；

发送数据至该目标上级设备；

数据发送完毕后根据该目标上级设备的链路级数重新确定本设备的链路级数。

9.一种多级链路数据下发方法,其特征在于，包括：

接收下级链路设备的上发数据，上发数据包括该下级设备的设备ID、内容数据以及该内容数据所属的始发设备ID；

根据上发数据确定并保存下发链路信息，下发链路信息包括下级设备ID以及对应的始发设备ID；

接收上级链路设备的下发数据，下发数据包括命令数据以及该命令数据所属的目标设备ID；

确定存在与目标设备ID相同的始发设备ID的下发链路信息；

根据该下发链路信息确定目标设备ID对应的下级设备ID；

发送下发数据至对应的下级链路设备。

10.一种通信设备，包括用于存储程序的存储器和用于执行所述程序的处理器，其特征在于：所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-9任意一项所述方法的步骤。

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