一种智能建筑应用的低延迟节点物联网及其通信方法

摘要

本申请实施例提供一种智能建筑应用的低延迟节点物联网，包括：管理服务器、物联网网关，以及，与物联网网关直接通信连接的多个传感器节点；对于所述多个传感器节点中的当前传感器节点，所述当前传感器节点用于将采集到的数据通过与所述当前传感器节点直接通信连接的物联网网关发送至所述管理服务器，或者接收第一传感器节点发送的数据，将接收到的数据通过与所述当前传感器节点直接通信连接的物联网网关发送至所述管理服务器，或者将采集到的数据和/或接收到的数据发送至第二传感器节点，由所述第二传感器节点将所述采集到的数据和/或接收到的数据通过与所述第二传感器节点直接通信连接的物联网网关发送至所述管理服务器。

说明书

技术领域

本申请涉及智能建筑技术领域，尤其涉及一种智能建筑应用的低延迟节点物联网及其通信方法。

背景技术

智能建筑是以物联网为信息传输媒介，并且以各类型传感器和各种类型的自动化功能系统作为硬件基础，在建筑物的供暖、空调、照明、通风净化等方面实现智能化的远程状态监测和自动控制，满足人们的个性化、舒适化的需求，并且符合绿色节能的大趋势，同时减少面向建筑设施的繁琐的人机交互和手动操作过程，降低建筑维护的成本。

现有技术中，智能建筑通过物联网网关实现传感器节点的数据上报，物联网网关可以支持同时与多个传感器节点展开多路并行的通信，但是一个物联网网关能够支持的并行路数相比于智能建筑中传感器节点的数量来说是非常有限的。因此，物联网网关一般都处于满负载状态，而大部分传感器节点要经过一定时长的等待状态才能与物联网网关建立连接并执行数据传输；传感器节点会向物联网网关发出接入请求，然后轮候等待物联网网关的回应；在收到回应后，节点与物联网网关建立起通信连接，完成通信之后，节点释放该路通信连接供其他传感器节点建立通信连接，这样就导致物联网通信具有比较大的延迟。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种智能建筑应用的低延迟节点物联网及其通信方法，来降低物联网通信的延迟，使得传感器节点采集的数据能及时上报至智能建筑的管理服务器。

基于上述目的，在本申请的第一个方面，提出了一种智能建筑应用的低延迟节点物联网，包括：

管理服务器、与所述管理服务器通信连接的多个物联网网关，以及，与每个物联网网关直接通信连接的多个传感器节点；

对于所述多个传感器节点中的当前传感器节点，所述当前传感器节点用于将采集到的数据通过与所述当前传感器节点直接通信连接的物联网网关发送至所述管理服务器，或者接收第一传感器节点发送的数据，将接收到的数据通过与所述当前传感器节点直接通信连接的物联网网关发送至所述管理服务器，或者将采集到的数据和/或接收到的数据发送至第二传感器节点，由所述第二传感器节点将所述采集到的数据和/或接收到的数据通过与所述第二传感器节点直接通信连接的物联网网关发送至所述管理服务器，以令所述管理服务器根据接收到数据对智能建筑进行调控。

在一些实施例中，所述物联网网关，包括：

接入请求接收模块，用于接收与所述物联网网关直接通信连接的传感器节点发送的接入请求，并对对应的传感器节点进行回应；

缓存模块，用于对接收到的与所述物联网网关直接通信连接的传感器节点发送的数据进行缓存；

数据转发模块，用于将所述缓存模块中缓存的数据转发至所述管理服务器。

在一些实施例中，所述缓存模块，具体用于按照接收到与所述物联网网关直接通信连接的传感器节点发送的数据的先后顺序对接收到的数据进行缓存。

在一些实施例中，所述物联网网关，还包括：

无线信号发射模块，用于向所述预设范围内发射无线信号，以令与所述物联网网关直接通信连接的传感器节点通过所述无线信号建立与所述物联网网关的通信连接。

在一些实施例中，所述当前传感器节点，包括：

数据采集模块，用于采集对应类型的数据；

数据发送模块，用于向与所述当前传感器节点直接通信连接的物联网网关或者所述第二传感器节点发送数据；

数据接收模块，用于接收所述第一传感器节点发送的数据。

在一些实施例中，所述当前传感器节点，还包括：

电源模块，用于向所述数据采集模块、所述数据发送模块和所述数据接收模块供电。

在一些实施例中，所述传感器节点包括温度传感器节点、湿度传感器节点、光照度传感器节点、空气质量传感器节点和噪声传感器节点。

基于上述目的，在本申请的第二个方面，还提出了一种智能建筑应用的低延迟节点物联网的通信方法，包括：

确定当前传感器节点的允许延迟时间T和与物联网网关建立通信连接的概率阈值P₀；

确定所述当前传感器节点与前n跳物联网网关建立通信连接的概率P_i(T)，其中i＝2，3……n；

对所述当前传感器节点与前n跳物联网网关建立通信连接的概率P_i(T)进行累加，得到与物联网网关建立通信连接的当前概率P(T)；

判断所述当前概率P(T)的值是否大于所述概率阈值P₀，当所述当前概率P(T)的值大于所述概率阈值P₀时，根据跳数n的取值控制所述当前传感器节点与n跳范围内的物联网网关建立通信连接。

在一些实施例中，还包括：

当所述当前概率P(T)的值小于或等于所述概率阈值P₀时，确定所述当前传感器节点与第n+1跳物联网网关建立通信连接的概率P_n+1(T)；

将所述当前概率P(T)与概率P_n+1(T)相加，生成新的当前概率P(T)’，判断所述新的当前概率P(T)’的值是否大于所述概率阈值P₀。

在一些实施例中，还包括：

确定所述当前传感器节点与前1跳物联网网关建立通信连接的概率P₁(T)，判断概率P₁(T)的值是否大于所述概率阈值P₀。

本申请实施例提出了一种智能建筑应用的低延迟节点物联网及其通信方法，其中低延迟节点物联网包括：管理服务器、与所述管理服务器通信连接的多个物联网网关，以及，与每个物联网网关直接通信连接的多个传感器节点；对于所述多个传感器节点中的当前传感器节点，所述当前传感器节点用于将采集到的数据通过与所述当前传感器节点直接通信连接的物联网网关发送至所述管理服务器，或者接收第一传感器节点发送的数据，将接收到的数据通过与所述当前传感器节点直接通信连接的物联网网关发送至所述管理服务器，或者将采集到的数据和/或接收到的数据发送至第二传感器节点，由所述第二传感器节点将所述采集到的数据和/或接收到的数据通过与所述第二传感器节点直接通信连接的物联网网关发送至所述管理服务器，以令所述管理服务器根据接收到数据对智能建筑进行调控。本申请实施例的智能建筑应用的低延迟节点物联网及其通信方法，能够有效降低物联网通信的延迟，使得传感器节点采集的数据能及时上报至智能建筑的管理服务器。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请实施例的智能建筑应用的低延迟节点物联网的功能结构示意图；

图2是本申请实施例的智能建筑应用的低延迟节点物联网的物联网网关的组成结构示意图；

图3是本申请实施例的智能建筑应用的低延迟节点物联网的传感器节点的组成结构示意图；

图4是本申请实施例的智能建筑应用的低延迟节点物联网的通信方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，是本申请实施例的智能建筑应用的低延迟节点物联网的功能结构示意图。从图1中可以看出，本申请实施例的智能建筑应用的低延迟节点物联网，包括：

管理服务器101、与所述管理服务器101通信连接的多个物联网网关102(如图中所示的物联网网关1、物联网网关2、物联网网关n等)，以及，与每个物联网网关102直接通信连接的多个传感器节点103(如图中所示的传感器节点21、传感器节点21、传感器节点2n等)。由于多个传感器节点103在数据传输过程中的功能相同，他们的区别仅在于采集数据的类型不同，因此以多个传感器节点103中的一个(即当前传感器节点)为例，对本申请技术方案中的传感器节点的功能进行描述。

具体地，对于所述多个传感器节点103中的当前传感器节点，该传感器节点可以是与任一物联网网关102直接通信连接的传感器节点103，所述当前传感器节点用于采集与自身类型对应的数据，并将采集到的数据通过与所述当前传感器节点直接通信连接的物联网网关102发送至所述管理服务器101。在本实施例中，所述当前传感器节点包括温度传感器节点、湿度传感器节点、光照度传感器节点、空气质量传感器节点和噪声传感器节点，即所述当前传感器节点可以是温度传感器节点、湿度传感器节点、光照度传感器节点、空气质量传感器节点和噪声传感器节点中的任意一类，例如，所述当前传感器节点为温度传感器节点，则其采集到的数据为温度数据。

通常情况下，传感器节点103均匀分布在智能建筑中，并且物联网网关102也均匀分布智能建筑中，每个物联网网关102具有一定的无线通信覆盖范围，并且覆盖一定数量的传感器节点103，可以与该范围内的传感器节点103直接通信连接。多个物联网网关102共同覆盖智能建筑的平面区域。

物联网网关102可以支持同时与多个传感器节103点展开多路并行的通信，但是一个物联网网关102能够支持的并行路数相比于智能建筑中传感器节点103的数量来说是非常有限的，因此，物联网关102一般都处于满负载状态，而大部分传感器节点103要经过一定时长的等待状态才能与物联网网关102建立连接并进行数据传输。传感器节点103会向物联网网关102发出接入请求，然后轮候等待物联网网关102的回应，只有物联网网关102的并行路数并非满负载状态时，才能允许传感器节点103接入(即传输数据)。因此，当其他传感器节点不能接入覆盖自身的物联网网关102时，可以向当前传感器节点发送需要上报给管理服务器101的数据，为了区分其他传感器节点和当前传感器节点，以其他传感器节点中的一个，即下文中的第一传感器节点为例，对本申请的技术方案进行说明。此时，当前传感器节点可以用于接收第一传感器节点发送的数据，将接收到的数据通过与所述当前传感器节点直接通信连接的物联网网关发送至所述管理服务器。在此过程中，第一传感器节点可以先向当前传感器节点发送一个数据传输请求，当前传感器节点在接收到该数据传输请求后，可以先向与自身直接通信连接的物联网网关发送接入请求，再得到与自身直接通信连接的物联网网关的回应后，向第一传感器节点发送请求通过信息，并建立与第一传感器节点的连接通道，接收第一传感器节点发送的需要上报给管理服务器101的数据，并将接收到的数据发送至与自身直接通信连接的物联网网关。

当然，与当前传感器节点直接通信连接的物联网网关也存在满负载状态，因此，当当前传感器节点需要向管理服务器101上报数据，并且与当前传感器节点直接通信连接的物联网网关处于满负载状态时，此时，当前传感器节点还用于或者将采集到的数据和/或接收到的数据发送至第二传感器节点，由所述第二传感器节点将所述采集到的数据和/或接收到的数据通过与所述第二传感器节点直接通信连接的物联网网关发送至所述管理服务器，这里的第二传感器节点为区别于第一传感器节点的任一传感器节点。同理，当前传感器节点可以先向第二传感器节点发送一个数据传输请求，第二传感器节点在接收到该数据传输请求后，可以先向与自身直接通信连接的物联网网关发送接入请求，再得到与自身直接通信连接的物联网网关的回应后，向当前传感器节点发送请求通过信息，并建立与当前传感器节点的连接通道，接收当前传感器节点发送的需要上报给管理服务器101的数据，并将接收到的数据发送至与自身直接通信连接的物联网网关。

所述管理服务器101在接收到当前传感器节点和/或第二传感器节点上报的数据后，可以根据接收到数据对智能建筑进行调控。例如，温度传感器采集到的温度数据与预设的标准值或者标准阈值相比偏高，则可以控制对应位置处的温度控制设备，使得该位置处的温度降低。

本申请实施例的智能建筑应用的低延迟节点物联网，能够有效降低物联网通信的延迟，使得传感器节点采集的数据能及时上报至智能建筑的管理服务器。

如图2所示，是本申请实施例的智能建筑应用的低延迟节点物联网的物联网网关的组成结构示意图。从图2中可以看出，本申请实施例中的物联网网关102，可以包括：

接入请求接收模块1021，用于接收与所述物联网网关102直接通信连接的传感器节点103发送的接入请求，并对对应的传感器节点进行回应。

具体地，物联网网关102可以支持同时与多个传感器节103点展开多路并行的通信，但是一个物联网网关102能够支持的并行路数相比于智能建筑中传感器节点103的数量来说是非常有限的，因此，物联网关102一般都处于满负载状态，而大部分传感器节点103要经过一定时长的等待状态才能与物联网网关102建立连接并进行数据传输。传感器节点103会向物联网网关102发出接入请求，然后轮候等待物联网网关102的回应，只有物联网网关102的并行路数并非满负载状态时，才能允许传感器节点103接入(即传输数据)。

缓存模块1022，用于对接收到的与所述物联网网关直接通信连接的传感器节点发送的数据进行缓存。

具体地，在所述物联网网关接收到传感器节点103发送的数据后，根据接收到数据的先后顺序对于接收到的数据进行缓存。

数据转发模块1023，用于将所述缓存模块中缓存的数据转发至所述管理服务器。

在本实施例中，所述物联网网关102通常包括多个接入请求接收模块1021和一个数据转发模块1023，即所述物联网网关102可以同时接收多个传感器节点103发送的数据，但是只能通过一个数据转发模块1023与所述管理服务器101通信连接，因此，所述缓存模块1022要在所述物联网网关接收到传感器节点103发送的数据后，根据接收到数据的先后顺序对于接收到的数据进行缓存，并由所述数据转发模块1023按照缓存顺序将缓存的数据发送至所述管理服务器101。

此外，本申请实施例的物联网网关102还包括无线信号发射模块1024，用于向所述预设范围内发射无线信号，以令与所述物联网网关102直接通信连接的传感器节点103通过所述无线信号建立与所述物联网网关102的通信连接。

如图3所示，是本申请实施例的智能建筑应用的低延迟节点物联网的传感器节点的组成结构示意图。以上述实施例中的当前传感器节点为例，本申请实施例的当前传感器节点103，可以包括：

数据采集模块1031，用于采集对应类型的数据。

具体地，所述数据采集模块1031采集到的数据的类型与传感器节点103的类型相同，例如，传感器节点103为温度传感器节点，则其采集到的数据为温度数据。

数据发送模块1032，用于向与所述当前传感器节点直接通信连接的物联网网关102或者所述第二传感器节点发送数据。

具体地，当前传感器节点需要向管理服务器上报数据时，可以先向与自身直接通信连接的物联网网关发送接入请求，再得到与自身直接通信连接的物联网网关的回应后，将采集到的数据和/或接收到的数据发送至与自身直接通信连接的物联网网关。

当然，与当前传感器节点直接通信连接的物联网网关也存在满负载状态，因此，当当前传感器节点需要向管理服务器上报数据，并且与当前传感器节点直接通信连接的物联网网关处于满负载状态时，此时，当前传感器节点还用于或者将采集到的数据和/或接收到的数据发送至第二传感器节点，由所述第二传感器节点将所述采集到的数据和/或接收到的数据通过与所述第二传感器节点直接通信连接的物联网网关发送至所述管理服务器。

数据接收模块1033，用于接收所述第一传感器节点发送的数据。

电源模块1034，用于向所述数据采集模块、所述数据发送模块和所述数据接收模块供电。

本申请实施例的智能建筑应用的低延迟节点物联网，能够取得与上述实施例相类似的技术效果，这里不再赘述。

如图4所示，是本申请实施例的智能建筑应用的低延迟节点物联网的通信方法的流程图。本实施例的智能建筑应用的低延迟节点物联网的通信方法，可以包括一下步骤：

S401：确定当前传感器节点的允许延迟时间T和与物联网网关建立通信连接的概率阈值P₀。

S402：确定所述当前传感器节点与前n跳物联网网关建立通信连接的概率P_i(T)，其中i＝2，3……n。

S403：对所述当前传感器节点与前n跳物联网网关建立通信连接的概率P_i(T)进行累加，得到与物联网网关建立通信连接的当前概率P(T)。

S404：判断所述当前概率P(T)的值是否大于所述概率阈值P₀，当所述当前概率P(T)的值大于所述概率阈值P₀时，根据跳数n的取值控制所述当前传感器节点与n跳范围内的物联网网关建立通信连接。

本申请实施例的智能建筑应用的低延迟节点物联网的通信方法是基于上述实施例的智能建筑应用的低延迟节点物联网。由于传感器节点可以直接连接物联网网关，即一跳连接到物联网网关。一个传感器节点也可以连接到其它的传感器节点(即以其它传感器节点作为中转节点)，经过一级或者多级中转节点的中转，连接到物联网网关，即多跳连接到物联网网关。同时，物联网网关可以支持同时与多个传感器节点展开多路并行的通信，但是一个物联网网关能够支持的并行路数相比于智能建筑中传感器节点的数量来说是非常有限的。因此，物联网网关一般都处于满负载状态，而大部分传感器节点要经过一定时长的等待状态才能与物联网网关建立连接并执行数据传输；传感器节点会向物联网网关发出接入请求，然后轮候等待物联网网关的回应；在收到回应后，节点与物联网网关建立起通信连接，完成通信之后，节点释放该路通信连接供其他传感器节点建立通信连接。这样就导致物联网通信具有比较大的延迟。

当然，传感器节点除了通过一跳直接连接到物联网网关以外，也可以通过多跳中转节点连接到其它的一个或者更多的物联网网关，并且向这些多跳中转后连接的物联网网关发出接入请求。传感器节点与中转节点之间的通信延迟很小，基本可以忽略。这样传感器节点将自身数据发出的延迟主要取决于与某个物联网网关建立通信连接所需要的等待时间。

因此，在本实施例中，假设预计延迟时间为T，在T时间内一个传感器节点与距离其为i跳物联网网关建立通信连接的概率表示为P_i(T)，其中i＝2，3……，显然T时间越长则该概率值越高，T时间越短则该概率值越低；这样，对于一个传感器节点来说，允许与N跳范围内的物联网网关通信连接，则在延迟时间T内其与其中某个网关建立通信连接的总概率为：

P(T)＝P₁(T)+P₂(T)+P₃(T)...+P_n(T)，其中n为小于N的正整数。

显然，n的数值越大，传感器节点能够建立通信连接的物联网网关的数量越多，则延迟越有可能降低。

这样，本发明针对每一个传感器节点，设定概率P₀，并设定期望的延迟时间T；对应该期望延迟时间T的概率P(T)必须大于P₀，然后当概率P(T)大于P₀时，根据最终的n值，控制该传感器节点与n跳范围内的物联网网关建立通信连接。

本申请实施例的本申请实施例的智能建筑应用的低延迟节点物联网的通信方法，能够有效降低物联网通信的延迟，使得传感器节点采集的数据能及时上报至智能建筑的管理服务器。

此外，作为本申请方法的一个可选实施例，在上述实施例中，还包括：

当所述当前概率P(T)的值小于或等于所述概率阈值P₀时，确定所述当前传感器节点与第n+1跳物联网网关建立通信连接的概率P_n+1(T)；

将所述当前概率P(T)与概率P_n+1(T)相加，生成新的当前概率P(T)’，判断所述新的当前概率P(T)’的值是否大于所述概率阈值P₀，若大于所述概率阈值P₀，则将根据最终的n+1值，控制该传感器节点与n+1跳范围内的物联网网关建立通信连接。

此外，在一些实施例中，还包括：

确定所述当前传感器节点与前1跳物联网网关建立通信连接的概率P₁(T)，判断概率P₁(T)的值是否大于所述概率阈值P₀，即先判断与所述当前传感器节点直接通信连接的物联网网关是否处于满负载状态，并当与所述当前传感器节点直接通信连接的物联网网关处于满负载状态时，才进一步根据上述公式P(T)＝P₁(T)+P₂(T)+P₃(T)...+P_n(T)计算当所述当前概率P(T)的值。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。