大規模無線電子標簽系統的數據交付控制方法，是一個低成本，超遠傳輸距離，超低功耗，具有高業務實效性要求的，工作可靠的適用于物聯網大規模無線電子標簽系統實現物聯網絡數據高效傳輸的方法。本交付控制方法的發明專利技術通過實現多頻協調工作，動態計算和預估頻道的擁塞訪問狀況，實現大規模標簽集群實時性數據傳輸的目標。該方法為類星型拓撲物聯網大規模集群節點數據傳輸方法提供了一種詳細并具有一定實用性和參考性的解決方案。
【技術實現步驟摘要】
一種大規模無線電子標簽系統的數據交付控制方法
本專利技術涉及低功耗無線通信領域，還涉及物聯網底層傳感器信息控制指令信息采集以及物聯網傳輸層節點數據傳輸控制領域。本專利技術特別涉及到大規模組網節點情況下，如何做到保證系統低功耗性要求下，實現對傳感節點下行數據實現實時性交付和信道高效性傳輸問題。
技術介紹
隨著物聯網研究和應用的不斷發展，人們的生活、生產各個領域產生了深刻影響。電子標簽系統是物聯網的一個具體應用，它可以運用在倉儲庫存管理，超市商品管理，檔案管理，醫療病患管理等應用場景中，以實現精細化和智能化管理的目標。在這些應用領域，系統節點容量往往規模龐大，業務作業高效響應性要求高。低功耗無線傳輸技術是系統所解決的核心問題。低功耗無線傳輸技術按照信道訪問控制方式可分為時分，碼分，頻分，統計異步時分等方式。大規模無線標簽系統數據交付過程所涉及的關鍵技術問題如下：首先，由于無線信道的工作方式為半雙工方式，節點訪問信道過程具有排他性。多個節點在某段時間內對信道可能出現競爭式訪問，這涉及到如何協調各節點對信道的訪問控制，即如何實現節點對信道訪問的異步推進的問題。其次，為節省標簽節點功耗，標簽節點采用周期性喚醒機制來實現接收和反饋作業任務，節點在喚醒周期內和網關單元進行通信。對于網關，如何獲知特定標簽已經處于喚醒周期，如何在其喚醒周期內傳輸其下行數據，這涉及到網關單元與標簽節點在數據交付之前的同步問題。另外，大規模無線標簽系統要滿足數據交付的實時性，應當保證信道的使用效率，這也涉及到大規模標簽系統的數據交付控制方法。目前，相關系統就上述的某個或若干方面提出了方案，如對于上述第[0004]條，一些系統采用時分復用信道方式，給組網內所有標簽節點分配各自時間片，節點在各自時間片內與網關單元通信，從而解決多節點間對信道的訪問碰撞問題；對于上述第[0005]條，一些系統采用醒來詢問的方式和網關單元通信，不涉及網關對節點對信道的使用協調過程；一些系統通過引入多信道協同工作方式，對數據按一定規則進行分流處理，以實現減緩信道擁塞目的。
技術實現思路
本專利技術針對上述問題，通過多信道協同工作機制，動態評估信道使用情況，靈活配置通知多個標簽喚醒，實現大規模標簽系統數據高效傳輸和信道高效使用的目標。系統結構：本專利技術對應系統的硬件涉及有源電子標簽節點，無線網關和計算機。這里的有源電子標簽節點包含一個可以配置多個工作頻道的無線收發單元；所述無線網關的無線特征，是指響應有源電子標簽節點的無線收發單元，其至少包含2個收發單元，即用于發送通知標簽喚醒的通知信號發送單元和用于傳輸業務數據的無線收發單元。所述計算機安裝有與無線網關通信的業務中間件等軟件實體。計算機和無線網關的連接，兩者可以通過有線或是無線方式進行通信。無線網關和標簽節點的相對位置可固定也可以變化，但要保證兩種實體間處于通信范圍內。其系統結構見附圖1。系統運行描述：系統的標簽節點在一般情況下處于睡眠態，標簽節點周期性主動喚醒，對于傳輸至特定標簽節點的數據，網關單元在目標標簽喚醒周期內傳輸其數據至該標簽；標簽節點運行系統后首先進行組網通信，以加入網關所維護的網絡下；標簽組網完畢后，標簽節點在在任務通知信道周期性地喚醒監聽網關發送的通知信號，該信號配置目的標簽喚醒系統后進行數據接收并授權訪問業務數據傳輸信道，達到通知所述目的標簽從網關單元取走任務數據的目的。網關與標簽各種業務數據之間通過數據傳輸信道進行通信，見附圖2，圖3。所述實時性是指標簽上下行數據的交付時延在小于對應標簽節點的2倍睡眠周期大小范圍內的業務數據下達。系統工作原理：這里以標簽集群的某個標簽節點(記為A)為例，敘述其從上電運行系統，到接收其任務數據的整個工作處理過程。(1)A運行系統后，首先進行組網操作，無線網關組網處理模塊響應對應的組網過程；(2)A組網完畢后，隸屬于無線網關所組建的網絡節點；(3)A進入周期性睡眠/喚醒過程，此時A無線收發單元工作頻道為監聽信道；監聽是否存在網關發送給其的喚醒通知信號；(4)A任務數據(記為a)下發至網關，網關執行所述數據交付控制策略將a交付至A.相關技術問題的處理：針對前述實現系統節點容量大規模的問題：本專利技術中的標簽集群在監聽喚醒通知，傳輸業務數據等2個工作邏輯中并行，2個過程對信道的使用都采用“按需使用”的方式，避免使用時分復用方式對節點容量產生的制約；網關主動通知標簽節點喚醒，避免標簽隨機醒來主動發起喚醒報告而造成的信道高占空比，從而避免信道擁塞隨節點容量成正比例影響的問題；本專利技術標簽集群保證在通信范圍內，單網關能管理上萬個海量標簽節點。針對前述低功耗的問題：本專利技術對應的節點無線收發單元發送功耗大于接收功耗，系統標簽節點收發單元周期性喚醒接收通知信號，而非主動發送喚醒報告，極大地減少單節點能耗；網關根據信道訪問情況控制標簽的通知喚醒時機，避免信道擁塞導致標簽節點的數據重傳，減少喚醒時間，延長系統使用時間；標簽節點大部分時間處于睡眠，保證電池使用效用性。針對前述實時性交付問題：任意時刻，特定標簽產生上行數據，隨之該節點將通過CSMA機制盡快的將該消息轉發至網關；對于下行數據，網關根據信道訪問預估評判，“盡快”的去喚醒目的標簽，保證下行數據轉發的實時性。CSMA(CarrierSenseMulti-Access)工作方式是指標簽發送信號前先監聽信道是否被占用，沒有占用則發送信號，否則隨機延時后再監聽發送或延時再監聽發送的過程。附圖說明圖1標簽系統拓撲結構圖圖2標簽節點工作原理示意圖圖3標簽節點運行狀態機圖圖4網關執行喚醒策略流程圖圖5標簽喚醒過程處理流程圖圖1中，101表示上位軟件系統，102和103分別為網關A和網關B；104、106分別為網關A管理的標簽節點；108、110分別為網關B所管理的標簽節點；105、107，分別為104標簽節點和106標簽節點所綁定的對象，如物品庫位。圖2中，201表示睡眠周期Tsi，202為喚醒通知等待接收時間片大小Tai，203為網關開始發送喚醒通知信號的時間點，204表示任務執行時間片Twi，205表示標簽接收到自身節點喚醒通知信號的時間點。圖3中，301表示啟動狀態，302表示組網狀態，303表示監聽狀態，304表示監聽超時事件，305表示睡眠周期，306表示睡眠超時事件，307表示任務執行完畢事件，308表示系統激活事件，309表示任務數據傳輸和任務執行過程。圖4中，401表示開始狀態，402表示產生影響因子Fa，Fb，Fc過程，403表示產生此次總信道預計評估值Rt過程，404表示Rt為執行信道可用否的輸出判定過程，405為信道可用判定，406表示把標簽A喚醒通知信號加入至喚醒隊列，407表示信道不可用判定，408表示執行是否可進入下一次信道評估判定過程，409表示進入下一次評估判定。410為注釋說明，說明402所示的各項影響因子，其中Fa為頻道3當前占用因子；Fb為當前所有喚醒項預計對信道3的占用因子；Fc為當前預喚醒項(標簽A)預計對信道3的占用因子。圖5中，501表示開始狀態，502表示喚醒過程狀態，503表示醒來事件，504表示監聽等待狀態，505表示執行通知喚醒否的判定過程，506表示是判定結果，507表示激活標簽節點，切換至業務數本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種大規模無線電子標簽系統的數據交付控制方法，該數據交付控制方法使用2個相互獨立的信道channelA和channelB，總體流程為：①網關收到標簽A的下行數據a；②網關執行新一輪信道訪問評估：_1)評估信道channelB當前的訪問情況，生成擁塞因子Fa；_2)計算并評估當前喚醒隊列中所有喚醒項在下一輪評估前對信道的訪問影響情況，生成擁塞因子Fb；_3)評估此次喚醒A后對信道channelB的訪問預計，生成擁塞因子Fc；_4)根據Fa，Fb，Fc，產生此次總信道預計評估Rt；③如果Rt歸結可得“信道可用”，將A的喚醒通知信號加入喚醒隊列；否則，等待進入下一輪信道評估。(上述第②、③步驟見附圖4)。④A周期性喚醒后，接收到其通知信號后其無線收發單元切換至信道channelB執行數據傳輸過程，見附圖5。
【技術特征摘要】
1.一種大規模無線電子標簽系統的數據交付控制方法，該數據交付控制方法使用2個相互獨立的信道channelA和channelB，總體流程為：①網關收到標簽A的下行數據a；②網關執行新一輪信道訪問評估：_1)評估信道channelB當前的訪問情況，生成擁塞因子Fa；_2)計算并評估當前喚醒隊列中所有喚醒項在下一輪評估前對信道的訪問影響情況，生成擁塞因子Fb；_3)評估此次喚醒A后對信道channelB的訪問預計，生成擁塞因子Fc；_4)根據Fa，Fb，Fc，產生此次總信道預計評估Rt；③如果Rt歸結可得“信道可用”，將A的喚醒通知信號加入喚醒隊列；否則，等待進入下一輪信道評估。(上述第②、③步驟見附圖4)。④A周期性喚醒后，接收到其通知信號后其無線收發單元切換至信道channelB執行數據傳輸過程，見附圖5。2.根據權利要求1，所述數據交付控制方法使用2個相互獨立的信道channelA和channelB，分別傳輸喚醒通知信號和業務數據，喚醒通知信號用于通知標簽喚醒后取走業務數據，在發送喚醒通知信號之前，對channelB信道執行評估過程。所述評估過程的結果決定網關發送目的標簽喚醒通知信號的時機...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳應莊，白位杰，張啟飛，涂超凡，
申請(專利權)人：寧波聯盛信息科技有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江,33
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