基于代理设备的低功耗物联网实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种无线通信领域的技术，具体是一种基于代理设备的低功耗物联网实现方法，用于W1-Fi物联网中长数据周期的W1-Fi物联网设备通过W1-Fi代理物联网设备、经W1- Fi接入点、与互联网服务器进行低功耗的数据交换。
【背景技术】
[0002]物联网，即Internet Of Things (1T)。物联网设备可以是各种信息传感器和控制器，也可以是各种智能化的家用电器。物联网设备通过多种方式接入互联网，形成的一个巨大网络，实现了互联网从人向物的延伸。
[0003]W1- Fi物联网接入方式是应用最广，成本最低，可扩展性最好的物联网接入方式之一。通常，W1- Fi物联网设备直接通过W1- Fi接入点(AP，Access Point，也称为W1-Fi热点或无线路由器)接入网络，与互联网服务器进行数据交换。
[0004]然而，大部分的W1-Fi物联网设备功能较单一，数据交换量不大，而且，很多时候，W1-Fi物联网设备产生数据和需要与互联网服务器交换数据包的周期很长，如数小时乃至数天。假设，长数据周期W1-Fi物联网设备与服务器经IP层链路进行数据交换，一般有以下两种方式:1) 一直维持该设备经W1- Fi接入点与服务器之间的IP层链路，需要持续发包以维持该链路，防止超时断开；2)在每次需要交换数据包时，经W1-Fi接入点重新与互联网服务器建立IP层及以上链路。
[0005]对于一般靠电池设备供给能量的长数据周期的W1-Fi物联网设备来说，以上两种方式将大部分的数据交换和设备能量用在了非有效数据的交换，在冗余数据上消耗了太多能量，是不合理的。因此，长数据周期的W1-Fi物联网设备需要一种新的管理方式，以适应应用中的低功耗需求。
[0006]而且，虽然W1- Fi接入点可以对休眠设备的数据进行缓存，等待休眠设备醒来时再进行发送，但是若W1- Fi物联网规模较大，W1- Fi接入点的缓存管理负担也会较大，并在超过一定时间后W1- Fi接入点会丢弃缓存数据。
[0007]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104206001A公开(公告)日2014.12.10，公开了一种用于无线局域网(WLAN)的接入点，可以更好地管理休眠W1-Fi设备的缓存数据传输，降低休眠设备的数据传输功耗。
[0008]中国专利文献号CN103546909A公开(公告)日2014.01.29，公开了一种WLAN网络中基于802.1lu协议的终端节能功耗管理方法，该技术中终端STA只处于激活状态或睡眠状态，AP为接入终端STA缓存数据，AP和终端STA之间通过802.1lu协议中的GAS信令进行信息交换，一次传输周期内有缓存数据的终端STA都能获取一次接收数据的机会。
[0009]但以上两种技术试图基于802.11协议族，来进行局部的省电优化，有以下两个问题:
[0010]a)低功耗物联网设备仍然需要和处于云端的服务器建立和保持IP层的连接关系，这会消耗电池供电设备宝贵的能量。
[0011]b)以上两种技术中休眠W1- Fi设备受限于802.11协议要求，醒来的周期必须在正常W1-Fi链接可处理范围内，如数秒至数分钟，为了维持此W1-Fi连接，也要消耗长数据周期电池供电的W1-Fi物联网设备的能量。总之，以上两种技术没有针对长数据周期的W1- Fi物联网设备的特点没有将处于云端的服务器和其他W1- Fi物联网设备考虑进来进行系统性优化。
【发明内容】
[0012]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于代理设备的低功耗物联网实现方法，通过代理设备来实现长数据周期的W1-Fi物联网设备经W1-Fi接入点、与互联网服务器之间数据交换，并且不必对W1- Fi接入点进行任何改造。
[0013]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0014]本发明涉及一种基于W1-Fi代理设备的低功耗物联网实现方法，首先将代理设备与至少一个W1- Fi物联网设备预先建立低功耗W1- Fi MAC层链接，当W1- Fi物联网设备需要与互联网服务器(如物联网云端服务器)进行数据交换时，将数据加载于MAC层定义的包载荷(payload)结构中，通过所述低功耗W1-Fi MAC层链接与代理设备进行数据预交换，并在预交换完成后进入低功耗休眠状态(关闭无线收发部分等)，并由代理设备将预交换收到的数据通过MAC层包载荷中指定的IP地址和高层协议(如TCP)，经IP层及以上链路转发给互联网服务器。
[0015]所述的W1- Fi物联网设备仅与代理设备建立低功耗W1- Fi MAC层链接，没有普通W1-Fi链接IP层及以上的链路，因为该链接执行的是私有协议，可根据需要设置一个很大的最大苏醒周期(如数百小时)，可以保证在长数据周期W1-Fi物联网设备的休眠中，该低功耗W1- Fi MAC层链接不会断开，该低功耗W1- Fi MAC层链接通过常规标准W1- FiMAC层链接的认证加密建立得到或通过非标准私有定义的MAC层链接建立得到。
[0016]所述的代理设备使用标准的802.11协议连接W1-Fi接入点从而连接到互联网服务器。
[0017]所述的MAC层包载荷包括:数据部分以及封装于其外部的载荷头(服务器IP地址和高层协议类型)，其中:数据部分包括数据类型、数据体和休眠标志，代理设备根据MAC层包载荷中的IP地址决定转发数据的路径，根据高层协议类型决定高层的链路。
[0018]所述的数据部分加载传感器测量数据、设备休眠启动/结束信号、控制命令、控制命令回复、事件通知等多种数据，并可根据应用场景具体定义。
[0019]所述的代理设备通过以下方式实现数据的转发:
[0020]I)代理设备通过不间断发包的方式始终保持至互联网服务器的IP层及以上链路，当代理设备接收到来自W1- Fi物联网设备的预交换数据后，直接在上述链路中转发预交换数据至互联网服务器；
[0021]2)当代理设备接收到来自W1-Fi物联网设备的预交换数据后，重新建立与互联网服务器的链路连接(如重建经W1-Fi接入点至服务器的IP层及以上链路)，然后在上述链路中转发预交换数据至互联网服务器。
[0022]3)当互联网服务器有互联网数据通过链路(经W1-Fi接入点)发送至W1-Fi物联网设备时，当该W1- Fi物联网设备处于低功耗休眠状态时，则通过代理设备作为数据接收端对上述数据进行缓存，并在W1-Fi物联网设备的当前低功耗休眠状态结束后，在之前建立的低功耗W1-Fi MAC层链接上传输缓存的互联网数据。
[0023]所述的代理设备与W1- Fi物联网设备可以通过以下方式实现对低功耗休眠状态的跟踪，具体为:
[0024]A)当W1-Fi物联网设备即将进入低功耗休眠状态时，在发送的MAC包载荷中加载向代理设备发送的休眠启动信号；
[0025]B)当W1- Fi物联网设备退出低功耗休眠状态并需要在之前建立的低功耗W1- FiMAC层链接上传输数据时，在发送的MAC包载荷中加载并发送休眠结束信号；
[0026]C)代理设备周期性地监听上述休眠启动信号和休眠结束信号，并相应启动该代理设备与互联网服务器的互联网数据缓存过程或预交换数据转发过程。
[0027]当W1- Fi物联网设备休眠结束，准备传输数据时，如休眠时间未超过低功耗W1-Fi MAC层链接的最大苏醒周期，则该设备与物联网代理设备的低功耗W1-Fi MAC层链接未断开，可直接在原低功耗W1- Fi MAC层链接进行数据预交换；
[0028]当休眠时间超过低功耗W1-Fi MAC层链接设置的最大苏醒周期，则该设备与物联网代理设备的低功耗W1- Fi MAC层链接已经断开，需要先按上述的低功耗W1-Fi MAC层链接建立的过程建立该链接，再在低功耗W1-Fi MAC层链接上进行数据预交换。
[0029]为了达到最优的低功耗模式，该连接的最大苏醒周期可以根据应用场景，设置为一个合适的时间，尽量减少低功耗W1-Fi MAC层连接的重建。
[0030]所述的W1- Fi物联网设备的低功耗休眠状态采用但不限于数小时、数天或数月，该低功耗休眠状态的结束可以是周期性的，如设置家庭温度监控网络的W1-Fi温度传感器每4小时采集一次当前温度；也可以是非周期性的，如W1- Fi照明开关被用户触碰。
[0031]优选情况下，当长数据周期W1-Fi物联网设备需要进行自身软件更新时
[0032]i)利用所述低功耗W1-Fi MAC层链接，通过代理设备从互联网服务器获得更新软件；
[0033]ii)ff1-Fi物联网设备经过与AP的正常W1-Fi链接连接到互联网服务器，并获得更新软件。
[0034]所述的W1-Fi物联网设备包括但不限于:W1-Fi温度传感器、W1-Fi湿度传感器等W1-Fi传感设备和数据采集设备，W1-Fi照明开关、W1-Fi采暖(地暖)开关等开关设备。
[0035]所述的代理设备包括但不限于:带电力线供电的W1-Fi照明设备、W1-Fi插座等有充足供电的W1- Fi物联网设备。
【附图说明】
[0036]图1为实施例结构示意图。
[0037]图2为MAC层包载荷结构示意图。
【具体实施方式】
[0038]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
[0039]如图1所示，本实施例涉及一种低功耗物联网架构，包括:代理设备、W1- Fi物联网设备以及与之通过无线连接的互联网服务器，其中:代理设备内设有缓冲存储器。
[0040]所述的代理设备和W1- Fi物联网设备支持低功耗W1- Fi链接、可以支持数据传输的超长间隔时间的功能，可以与长数据周期的W1-Fi物联网设备进行数据交换。
[0001]所述的物联网代理设备不限于具备额外完整的W1-Fi物联网设备功能，可以