专利名称：一种双路连接m2m系统、终端及其连接方法
技术领域：
本发明涉及物联网技术中的M2M (Machine-to-Machine，机器到机器)系统，还涉及该系统中的M2M终端及其连接的方法。
背景技术：
随着物联网技术的不断发展，提出了 M2M的概念，是一种以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与服务。它通过在机器内部嵌入无线通信模块，以无线通信等为接入手段，为客户提供综合的信息化解决方案，以满足客户对监控、指挥调度、数据采集和测量等方面的信息化需求。M2M网元一般包括M2M终端、M2M平台和M2M应用业务平台。其中M2M终端具有底层数据采集和无线传输功能，遵循一定的协议格式；M2M平台为应用服务客户提供统一的 M2M终端管理、终端设备鉴权和接入方式鉴权，支持多种网络接入方式，提供标准化的接口， 使得数据传输简单直接；M2M应用业务平台为应用服务客户提供各类M2M应用服务业务， 包括个人、家庭、行业三大类应用。M2M的应用增加了对无线通信质量、流量、故障的检测及报警，保证了终端设备的长期有效运行，并且封装了物联网协议，改变了现有系统的网络结构，构造了一个覆盖范围更广、通信效率更高、容错性更好的智能监控系统。因此M2M系统的设计与实现已经成为相关领域的研究热点问题。但是目前的M2M终端一般采用单路连接模式，当网络堵塞或信号不好时，会造成采集数据无法上传等现象，同时M2M平台要接收所有M2M终端的实时数据，当终端过多或数据量过大时，会造成接收延迟和回复慢等现象。所有问题反应到系统应用端，就是数据更新不及时、终端断线和失控，从而限制了智能网络监控系统的功能和应用。上述问题亟待解决。
发明内容
本发明针对现有技术上存在的不足，提供一种双路连接的M2M系统，同时提供相应的M2M终端及其建立双路连接的方法，从而保证网络运行稳定、连接可靠、始终在线并具有断线重连功能。为了实现上述发明目的，本发明是通过如下的技术方案来实现
一种双路连接M2M系统，包括M2M终端、M2M平台和应用系统，其特征在于，在M2M终端与M2M平台和应用系统之间分别建立连接，两路连接基于不同的协议；其中一路连接实现 M2M终端与M2M平台之间的数据交互，M2M平台再通过互联网与应用系统建立数据传输通道；另一路连接实现M2M终端和应用系统之间的直接数据交互。
一种双路连接M2M终端，包括电源模块、时钟模块、工况采集模块和无线通信模块，其特征在于，还包括协议栈模块1和协议栈模块2，所述无线通信模块具有双连接功能， 其中连接1通过协议栈模块1与M2M平台建立数据交互通道，连接2通过协议栈模块2与应用系统建立数据交互通道。上述双路连接M2M终端建立双路连接的方法，其特征在于包括如下步骤 步骤201 终端上电；
步骤202 系统初始化，配置运行参数，并启动无线通信模块；
步骤203 根据时钟提供的时间基准，当循环周期到时，采集各路工况，处理相关数据； 步骤204 判断协议栈模块1与M2M平台的连接1是否在线，如果当前处于连接状态， 转到步骤212，否则进行步骤205 ；
步骤205 利用协议栈模块1，连接M2M平台；
步骤206 判断连接1是否连上，如果连接上，进入步骤207，否则转到步骤208 ； 步骤207 注册、登录M2M平台；
步骤208 连接1的重连次数累加1，此参数用于终端断线重连处理的判断； 步骤209 判断终端是否成功注册、登录M2M平台，如果成功，进行步骤211，否则转到步骤 210 ；
步骤210 断开与M2M平台的连接1 ；
步骤211 将连接1的重连次数清零；
步骤212 终端根据协议要求，向M2M平台发送数据；
步骤213 判断协议栈模块2与应用系统的连接2是否在线，如果当前处于连接状态， 转到步骤218，否则进行步骤214 ；
步骤214 利用协议栈模块2，连接应用系统；
步骤215 判断连接2是否连上，如果连接上，进入步骤216，否则转到步骤217 ； 步骤216 将连接2的重连次数清零； 步骤217 将连接2的重连次数累加1 ； 步骤218 终端根据协议要求，向应用系统发送数据；
步骤219 判断上述连接1和连接2的重连次数是否大于设定值，如果大于设定值，进入步骤220，否则返回步骤203 ；
步骤220 进行终端的断线重连处理。本发明具有如下有益效果
1、本发明的双路连接M2M系统及双路连接M2M终端，实现了终端同时与M2M平台和应用系统建立数据交互通道，增强了无线通信的可靠性，实现了采集信息的冗余备份和及时更新；
2、本发明的双路连接M2M终端在连接过程中具有始终在线和断线重连的功能，最大限度的保证与M2M平台和应用系统的连接，减少终端失控状态的发生；
3、本发明的双路连接M2M终端与M2M平台的连接，增加了对无线通信质量、流量、故障的检测及报警，保证了终端长期有效运行。
图1为本发明双路连接M2M系统及终端的结构框图； 图2为本发明双路连接M2M终端建立双路连接的流程图3为本发明双路连接M2M终端两路连接都断开的重连过程流程图； 图4为本发明终端一路连接断开的重连过程流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例来详细说明本发明。如图1所示，双路连接M2M系统包括M2M终端101、M2M平台112和应用系统113。 M2M终端101为双路连接M2M终端，包括电源模块102、时钟模块103、工况采集模块104和无线通信模块109，还包括协议栈模块1和协议栈模块2。无线通信模块109具有双连接功能，其中连接1通过协议栈模块1与M2M平台112建立数据交互通道，连接2通过协议栈模块2与应用系统113建立数据交互通道。这样，整个系统在M2M终端101与M2M平台112 和应用系统113之间分别建立起了连接，两路连接基于不同的协议。其中一路连接实现了 M2M终端101与M2M平台112之间的数据交互，M2M平台112再通过互联网与应用系统建立数据传输通道；另一路连接实现M2M终端101和应用系统113之间的直接数据交互。电源模块102作为终端正常运行的供电设备，可以采用普通的开关电源或稳压电源，满足时钟模块103、工况采集模块104和无线通信模块109的电源范围即可。时钟模块 103用作系统的计时基准，提供控制周期、等待重连时间的计量，可用微处理器内部自带的时钟源或实时时钟芯片(如DS1302等)实现。工况采集模块104包括模拟量模块105、数字量模块106、串口 107和CAN总线108等多种模块，通用性强，针对一般的被控对象和终端本身都能提供电压、电流、触点和通讯数据等工作状态信息的实时监测。无线通信模块109通过运营商提供的2G或3G网络，利用网络能支持的数据传输方式，与M2M平台112和应用系统113分别建立无线通信网络，实现将终端101采集的工况数据发送给应用系统113，用于数据的分析、存储、统计和显示，同时终端101也能接收来自 M2M平台112和应用系统113的指令，用于运行参数的设置和被控对象的远程操作。无线通信模块109要求带有多连接功能，本具体实施例中采用SIM900A模块，它是SIMCom推出的一款SMT封装、双频GSM/GPRS模块，可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输，最多可以建立七路TCP/IP连接。本实施例正是利用无线通信模块SIM900A建立两路连接，连接1实现M2M终端101与M2M平台112之间的数据交互，连接2实现M2M终端101与应用系统113之间的数据交互，两路连接基于不同的协议。协议栈模块1要求满足运营商所制订的无线机器通信协议，并据此设计其结构、 报文、加密和封装形式，实现M2M终端在M2M平台的注册、登录、连接检测、数据透传和远程控制等数据交互。在本实施例中，协议栈模块1封装了协议规定的报文格式、加密算法和校验算法，以库文件和函数接口的形式加载到系统中。连接1还能够处理与M2M平台交互过程中的应答，通信过程中的异常与重发等问题，同时要保证通信和数据的安全性。M2M平台具有监控终端通信故障和流量等作用，同时还能通过互联网与应用系统建立数据传输通道，将终端的上传数据转发到应用系统，或将应用系统的指令转发给终端。
协议栈模块2要求满足应用系统113所能接收的协议，此协议应根据应用系统113 所能实现的数据处理、信息统计和远程控制等功能而制订，根据与应用系统113之间传输数据的类型、标志和数量而设计。在本实施例中，协议栈模块2封装了包括信息头、数据长度、标志位、信息内容、校验码和结束符在内的数据包格式，将工况采集模块104和时钟模块103等信息发送到应用系统113，同时还能接收和解析来自应用系统113的参数配置、IP 和端口号的修改、远程控制等指令，从而实现终端101与应用系统113之间直接的数据交互，不再通过M2M平台转发，实现应用系统的远程监控作用。能够保证双路连接建立的前提是终端内无线通信模块109的正常启动、初始化设置及其工作状态。在本实施例中，SIM900A的正常启动包括模块的上电、开机、搜寻网络；初始化设置包括模式、回显、提示、启动多IP连接等运行参数的设置；工作状态包括查询当前网络信号质量、查询通话状态、查询当前连接状态等，因为要成功连接上多个IP，模块的连接状态要为IP STATUS,即获得本地IP地址。正常启动无线通信模块109后，就可以进行终端与M2M平台112和应用系统113 的双路连接。在此过程中，要注意连接1和连接2的差异，充分利用协议栈模块1和协议栈模块2提供的接口函数，同时还应考虑连不上时的处理方法。参见图2，M2M终端启动并建立双路连接的方法包括如下步骤
步骤201 终端上电；
步骤202 系统初始化，配置运行参数，并启动无线通信模块；
步骤203 根据时钟提供的时间基准，当循环周期到时，采集各路工况，包括模拟量、数字量、串口和CAN总线，处理相关数据；
步骤204 判断协议栈模块1与M2M平台的连接1是否在线，如果当前处于连接状态， 转到步骤212，否则进行步骤205 ；
步骤205 利用协议栈模块1，连接M2M平台；
步骤206 判断连接1是否连上，如果连接上，进入步骤207，否则转到步骤208 ； 步骤207 注册、登录M2M平台；
步骤208 连接1的重连次数累加1，此参数用于终端断线重连处理的判断； 步骤209 判断终端是否成功注册、登录M2M平台，如果成功，进行步骤211，否则转到步骤 210 ；
步骤210 断开与M2M平台的连接1 ；
步骤211 将连接1的重连次数清零；
步骤212 终端根据协议要求，向M2M平台发送数据；
步骤213 判断协议栈模块2与应用系统的连接2是否在线，如果当前处于连接状态， 转到步骤218，否则进行步骤214 ；
步骤214 利用协议栈模块2，连接应用系统；
步骤215 判断连接2是否连上，如果连接上，进入步骤216，否则转到步骤217 ； 步骤216 将连接2的重连次数清零； 步骤217 将连接2的重连次数累加1 ； 步骤218 终端根据协议要求，向应用系统发送数据；
步骤219 判断上述连接1和连接2的重连次数是否大于设定值，如果大于设定值，进入步骤220，否则返回步骤203 ；
步骤220 进行终端的断线重连处理。要保证终端建立的双路连接始终在线，必须处理好断线重连的问题。在本实施例中，采取如下方法若两路连接都断线，则查询无线通信模块的工作状态，并重新进行双路连接，当重连次数超过设定值时，重启无线通信模块，参见图3，双连接都断开的重连过程开始于步骤301，结束于步骤306
步骤301 判断双路连接是否都断线，如果连接1和连接2都处于断开状态，则进行步骤302，否则转到步骤306，结束此流程；
步骤302:查询当前的无线通信模块是否正常工作，并已经附着在运营商提供的网络上，如果是，进行步骤303，否则转到步骤305 ；
步骤303 终端尝试重新连接M2M平台和应用系统，建立连接1和连接2，并累加重连次
数；
步骤304 判断重连次数是否超过设定值，如果超过，则进行步骤305，否则转到步骤
306 ；
步骤305 重新启动无线通信模块； 步骤306 结束。若只有一路连接断线，另一路连接始终保持在线，则重启无线通信模块达到设定次数后，为了不影响已在线连接的数据传输，将停止断线那路连接的重连，使其变为等待重连状态，等到设定的时间段后，再重新之前的流程，参见图4，一路连接断开的重连过程开始于步骤401，结束于步骤407
步骤401 判断是否只有一路连接断线，而另一路连接始终在线，如果是，则进行步骤 402，否则转到步骤407，结束此流程；
步骤402 重新连接已经断开的那路连接，并累加重连次数；
步骤403 判断重连次数是否超过设定值，如果超过，则进行步骤404，否则转到步骤
407 ；
步骤404 重新启动无线通信模块，并累加重启次数；
步骤405 判断无线通信模块的重启次数是否超过设定值，如果超过，则进行步骤406， 否则转到步骤407 ；
步骤406 停止已断开那路连接的重连，等待设定的时间段后再动作； 步骤407 结束。
权利要求
1.一种双路连接M2M系统，包括M2M终端、M2M平台和应用系统，其特征在于，在M2M终端与M2M平台和应用系统之间分别建立连接，两路连接基于不同的协议；其中一路连接实现M2M终端与M2M平台之间的数据交互，M2M平台再通过互联网与应用系统建立数据传输通道；另一路连接实现M2M终端和应用系统之间的直接数据交互。
2.一种双路连接M2M终端，包括电源模块(102)、时钟模块(103)、工况采集模块(104) 和无线通信模块(109)，其特征在于，还包括协议栈模块1 (110)和协议栈模块2 (111)，所述无线通信模块(109)具有双连接功能，其中连接1通过协议栈模块1 (110)与M2M平台(112)建立数据交互通道，连接2通过协议栈模块2(111)与应用系统(113)建立数据交互通道。
3.根据权利要求2所述的双路连接M2M终端，其特征在于，所述工况采集模块(104)包括模拟量模块(105)、数字量模块(106)、串口(107)和CAN总线(108)，用于实时监测被控对象和终端的工作状态信息。
4.根据权利要求2所述的双路连接M2M终端，其特征在于，所述无线通信模块(109) 通过运营商提供的2G或3G网络，利用网络能支持的数据传输方式，与M2M平台(112)和应用系统(113)分别建立无线通信网络，实现将终端(101)采集的工况数据发送给应用系统(113)，用于数据的分析、存储、统计和显示，同时终端(101)也能接收来自M2M平台(112)和应用系统(113)的指令，用于运行参数的设置和被控对象的远程操作。
5.根据权利要求2所述的双路连接M2M终端，其特征在于，所述协议栈模块1(110) 根据运营商所制订的无线机器通信协议来设计其结构、报文、加密和封装形式，实现终端 (101)与M2M平台(112)的数据交互。
6.根据权利要求2所述的双路连接M2M终端，其特征在于，所述协议栈模块2(111)根据与应用系统(113)之间传输数据的类型、标志和数量而设计，实现终端(101)与应用系统 (113)的数据交互。
7.权利要求2所述的双路连接M2M终端建立双路连接的方法，其特征在于包括如下步骤步骤201 终端(101)上电；步骤202 系统初始化，配置运行参数，并启动无线通信模块(109)； 步骤203 根据时钟(103)提供的时间基准，当循环周期到时，采集各路工况，处理相关数据；步骤204 判断协议栈模块1 (110)与M2M平台(112)的连接1是否在线，如果当前处于连接状态，转到步骤212，否则进行步骤205 ；步骤205 利用协议栈模块1 (110 )，连接M2M平台(112 )；步骤206 判断连接1是否连上，如果连接上，进入步骤207，否则转到步骤208 ；步骤207 注册、登录M2M平台(112)；步骤208 连接1的重连次数累加1，此参数用于终端断线重连处理的判断； 步骤209 判断终端(101)是否成功注册、登录M2M平台(112)，如果成功，进行步骤 211，否则转到步骤210 ；步骤210 断开与M2M平台(112)的连接1 ； 步骤211 将连接1的重连次数清零；步骤212 终端(101)根据协议要求，向M2M平台(112)发送数据； 步骤213 判断协议栈模块2(111)与应用系统(113)的连接2是否在线，如果当前处于连接状态，转到步骤218，否则进行步骤214 ；步骤214 利用协议栈模块2(111 )，连接应用系统(113); 步骤215 判断连接2是否连上，如果连接上，进入步骤216，否则转到步骤217 ； 步骤216 将连接2的重连次数清零； 步骤217 将连接2的重连次数累加1 ；步骤218 终端(101)根据协议要求，向应用系统(113)发送数据； 步骤219 判断上述连接1和连接2的重连次数是否大于设定值，如果大于设定值，进入步骤220，否则返回步骤203 ；步骤220 进行终端(101)的断线重连处理。
8.根据权利要求7所述双路连接M2M终端建立双路连接的方法，其特征在于，所述断线重连的处理过程为若两路连接都断线，则查询无线通信模块(109)的工作状态，并重新进行双路连接，当重连次数超过设定值时，重启无线通信模块(109);若只有一路连接断线，另一路连接始终保持在线，则重启无线通信模块(109)，达到设定次数后，为了不影响已在线连接的数据传输，将停止断线那路连接的重连，使其变为等待重连状态，等到设定的时间段后，再重新之前的流程。
9.根据权利要求8所述双路连接M2M终端建立双路连接的方法，其特征在于，两路连接都断线的重连步骤如下步骤301 判断双路连接是否都断线，如果连接1和连接2都处于断开状态，则进行步骤302，否则转到步骤306，结束此流程；步骤302 查询当前的无线通信模块(109)是否正常工作，并已经附着在运营商提供的网络上，如果是，进行步骤303，否则转到步骤305 ；步骤303 终端(101)尝试重新连接M2M平台(112)和应用系统(113)，建立连接1和连接2，并累加重连次数；步骤304 判断重连次数是否超过设定值，如果超过，则进行步骤305，否则转到步骤·306 ；步骤305 重新启动无线通信模块(109)； 步骤306 结束。
10.根据权利要求8所述双路连接M2M终端建立双路连接的方法，其特征在于，一路连接断线的重连步骤如下步骤401 判断是否只有一路连接断线，而另一路连接始终在线，如果是，则进行步骤 402，否则转到步骤407，结束此流程；步骤402 重新连接已经断开的那路连接，并累加重连次数；步骤403 判断重连次数是否超过设定值，如果超过，则进行步骤404，否则转到步骤·407 ；步骤404 重新启动无线通信模块(109)，并累加重启次数；步骤405 判断无线通信模块(109)的重启次数是否超过设定值，如果超过，则进行步骤406，否则转到步骤407 ；步骤406 停止已断开那路连接的重连，等待设定的时间段后再动作； 步骤407 结束。
全文摘要
本发明公开了一种双路连接M2M系统，包括M2M终端、M2M平台和应用系统，在M2M终端与M2M平台和应用系统之间分别建立连接，两路连接基于不同的协议；其中一路连接实现M2M终端与M2M平台之间的数据交互，M2M平台再通过互联网与应用系统建立数据传输通道；另一路连接实现M2M终端和应用系统之间的直接数据交互。本发明还公开了双路连接M2M终端及其连接方法。本发明的M2M系统及终端具有双路连接特征，增强了无线通信的可靠性，实现了采集信息的冗余备份和及时更新；断线重连措施，最大限度地保证了连接在线，减少终端失控状态的发生。
文档编号H04W80/00GK102368873SQ20111027435
公开日2012年3月7日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者仰燕兰, 任峥峥, 叶桦, 周一航, 孙晓洁 申请人:东南大学