一种物联网中设备通信的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明适用于物联网【技术领域】，提供一种物联网中设备通信的方法及系统，所述方法包括：主设备和从设备通过预定的物联网协议连接通信，预定的物联网协议的层次结构包括物理层、数据链路层及应用层；物理层采用EIA标准RS-485制定的有线、无线或者混合有线和无线方式；数据链路层定义数据包的结构和含义，定义各通信设备的通信地址并协调总线上的多个设备共用总线，建立包传输机制，实现介质存取控制协议，根据GB/T9469和ISO8802-2标准的定义建立数据传输和管理两种服务；应用层包括OAS和低层访问接口，OAS工作在低层访问接口之上。通过本发明可解决现有物联网中设备通信标准不统一的问题。
【专利说明】一种物联网中设备通信的方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明属于物联网【技术领域】，尤其涉及一种物联网中设备通信的方法及系统。
【背景技术】
[0002]物联网(The Internet of Things)是指通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
[0003]在物联网中，一个系统通常以一个中央控制单元为基础(主设备)，它与若干个从设备通过有线或无线方式连接。然而，各设备之间通信的协议标准千差万别，尤其是短距离无线传输中，缺乏统一的标准，比较广泛使用的有RFID、Zigbee、蓝牙等，严重影响了各局域物联网之间设备的互联和通信。
【发明内容】
[0004]本发明实施例的目的在于提供一种物联网中设备通信的方法，以解决现有物联网中设备通信标准不统一的问题。
[0005]本发明实施例是这样实现的，一种物联网中设备通信的方法，所述方法包括:
[0006]主设备和从设备通过预定的物联网协议连接通信，所述预定的物联网协议的层次结构包括物理层、数据链路层及应用层；
[0007]所述物理层采用电子工业协会EIA标准RS-485制定的有线方式、无线方式或者混合有线和无线方式；
[0008]所述数据链路层定义数据包的结构和含义，定义各通信设备的通信地址并协调总线上的多个设备共用总线，建立包传输机制，实现介质存取控制协议，根据GB/T9469和IS08802-2标准的定义建立数据传输和管理两种服务；
[0009]所述应用层包括OAS和低层访问接口，OAS工作在低层访问接口之上。
[0010]本发明实施例的另一目的在于提供一种物联网中设备通信的系统，所述系统包括主设备和从设备，
[0011]所述主设备和从设备通过预定的物联网协议连接通信，所述预定的物联网协议的层次结构包括物理层、数据链路层及应用层；
[0012]所述物理层采用电子工业协会EIA标准RS-485制定的有线方式、无线方式或者混合有线和无线方式；
[0013]所述数据链路层定义数据包的结构和含义，定义各通信设备的通信地址并协调总线上的多个设备共用总线，建立包传输机制，实现介质存取控制协议，根据GB/T9469和IS08802-2标准的定义建立数据传输和管理两种服务；
[0014]所述应用层包括OAS和低层访问接口，OAS工作在低层访问接口之上。
[0015]本发明实施例通过一种新的物联网协议实现物联网中主设备和从设备之间的通信，所述物联网协议的层次结构基于IS0/0SI参考模型，包括物理层、数据链路层及应用层，通过该物联网协议可解决国内物联网中设备通信标准不统一的问题，使得物联网中设备通信更满足开放性、可靠性、安全性、高效率、低成本、易实现、易移植等要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是本发明实施例一提供的物联网中设备通信系统的网络架构图图；
[0018]图2为本发明实施例一提供的总线使用中继器连接设备的示例图；
[0019]图3是本发明实施例二提供的物联网中设备通信方法的实现流程图；
[0020]图4是本发明实施例二提供的应用层设备模型的示意图。
【具体实施方式】
[0021]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0022]为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0023]实施例一:
[0024]图1示出了本发明实施例一提供的物联网系统，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
`[0025]所述物联网系统包括主设备I和至少一个从设备2，还可以包括中继器3，采用物联网协议建立主设备和从设备之间的连接；所述物联网系统可以采用星型或树型网络等拓扑结构，各从设备2之间不进行通信。
[0026]例如:一个主机作为主设备，射频识别(RFID)、红外传感器、全球定位系统、激光扫描仪等多个不同种类的从设备，0-3中继器3，采用所述物联网协议建立主设备和从设备之间的连接组成的物联网系统。
[0027]主设备I接收从设备2发送过来的数据，控制从设备2执行指定的动作；
[0028]从设备2向主设备I发送数据，执行主设备I传输过来的动作指令；
[0029]中继器3在主设备发送指定的动作指令给从设备时，用于接收主设备或者上一个中继器发送至此的指定的动作指令，并转发给下一个中继器或者从设备；在从设备发送数据给主设备时，用于接收从设备或者上一个中继器发送至此的指定的动作指令，并转发给下一个中继器或者主设备。
[0030]优选的是，可以采用中继器3增加主设备和从设备之间的总线长度或增加所述物联网中从设备的个数；
[0031]主设备和从设备之间的通信采用的所述物联网协议的层次结构基于IS0/0SI参考模型，并对物理层、数据链路层和应用层做了修改，所述物联网协议包括:
[0032]物理层采用EIA标准RS-485制定的有线方式、无线方式或者混合有线和无线方式；采用RS-485制定的屏蔽双绞线，其特性阻抗在100 Ω到220 Ω之间，电缆电容(导体间)应该< 60pF/m，导线横截面积应> 0.22m2 ；
[0033]优选的是，采用RS-485制定的屏蔽双绞线，可以在主设备和从设备之间增加0-3个中继器；如果数据传输速率< 57.6kbps且采用握手式总线，则允许的最大拓扑如下:
[0034]I个中继器:主设备和从设备之间的最远距离2.4km,从设备的最多个数为62个(如图2所示)；
[0035]2个中继器:主设备和从设备之间的最远距离3.6km，从设备的最多个数为92个；
[0036]3个中继器:主设备和从设备之间的最远距离4.8km，从设备的最多个数为122个。
[0037]数据链路层定义数据包的结构和含义，定义各通信设备的通信地址并协调总线上的多个设备共用总线，建立包传输机制，实现介质存取控制协议，根据GB/T9469和IS08802-2标准的定义建立数据传输和管理两种服务；该层定义如下两种数据传输服务:发送并接收应答(Ask)，此服务允许用户给单个远程设备发送信息并要求应答；仅发送(Send)，此服务允许用户给单个远程设备或同时给全部远程设备发送信息，不需要应答。
[0038]本实施例一对数据包的结构和定义时，第一个字节定义为控制域，所述控制域用于描述数据包的基本属性；所述基本属性具体包括数据包的通信模式、传输方向、地址长度；地址域的长度由控制域中地址长度3-0位确定，最大支持15字节地址，低字节在前，高字节在后，具备长地址设备可用于短地址网络，只需校验地址域内相应的长度；并且，所述地址长度可以动态改变，对网络容量适应力强；。
[0039]主设备向从设备发送指定的动作指令时，发送的数据包称为下行包；本实施例一对所述数据包的控制域做如下处理:
[0040]下行包中所述控制域的·传输方向标志置为1，从设备仅接收所述控制域中传输方向控制域为I的数据包；下行包的所述控制域的地址长度字段填写地址长度，地址域填写允许接受的从设备地址。当发送广播消息时，下行包的所述控制域的地址长度字段填写0，地址域填写为空；所述发送广播消息方式中地址长度为0，避免了传统上使用连续多字节全F或全O地址而造成时钟同步困难，并采用16位CRC对通信数据进行校验，确保数据传输的正确性。
[0041]从设备向主设备发送数据时，发送的数据包称为上行包；本实施例一对所述数据包的控制域做如下处理:
[0042]上行包中所述控制域中的传输方向标志置为0，主设备仅接收所述控制域中的传输方向标志为O的数据包。上行包的所述控制域中的地址长度字段填写从设备的地址长度，地址域填写发送数据的从设备地址。
[0043]应用层包括OAS和低层访问接口，OAS工作在低层访问接口之上；具体地，
[0044]0AS,描述设备对象的各种属性和操作，建立统一的数据访问规则和解析方式，实现设备间信息的互通；
[0045]低层访问接口，对下层协议进行封装，向OAS提供需要应答的数据传输和不需要应答的数据传输两项服务，以提供可靠的数据传输。
[0046]本实施例一中所述OAS中描述的属性包括厂商名称、设备型号、设备地址、端点数目、控制参数数目、通信描述符、控制参数和端点描述等属性；基于上述建立的所述属性，可以建立统一的数据访问规则方法和解析方式，实现所述属性数据的操作。
[0047]本实施例一的所述物联网协议中的应用层中的低层访问接口，用于对下层协议进行封装，向OAS提供需要应答的数据传输和不需要应答的数据传输两项服务，提供可靠的数据传输，具体地，
[0048]除可以使用本实施例一中所述物联网协议中的数据链路层作为低层外，还可以使用其他物联网通信网络中的数据链路层作为低层，只需低层访问接口对其它物联网的通信网络中的数据链路层接口进行适配，进行传输协议封装，如TCP/IP，USB或RF协议的封装
坐寸ο
[0049]本实施例采用物联网协议实现了主机和射频识别(RFID)、红外传感器、全球定位系统、激光扫描仪等多个不同种类的从设备采用EIA标准RS-485制定的有线方式建立互联，各从设备之间不进行通信；并根据各从设备的情况，定义了 15字节内的动态编址；并根据从设备和主设备的距离，适当添加中继器或者不添加。当主设备向从设备发送指定的动作指令时，数据包中的传输方向标志置为1，地址域填写允许接收的从设备地址；当是主设备向从设备广播时，数据包中的传输方向标志置为1，地址长度为O ;当从设备向主设备发送数据时，数据包中的传输方向标志置为O。同时，本物联网协议支持其它物联网通信的传输协议进行封装，对所述其它物联网通信协议的接口进行适配，实现不同物联网传输协议之间的有效通信。
[0050]实施例二:
[0051]图2示出了本发明实施例二提供的物联网中设备通信的方法，具体步骤详述如下:
[0052]1.主设备和从设备采用预定的物联网协议建立连接。
[0053]所述预定的物联网协议的层次结构包括物理层、数据链路层及应用层；
[0054]所述物理层采用电子工业协会EIA标准RS-485制定的有线方式、无线方式或者混合有线和无线方式；
[0055]所述数据链路层定义数据包的结构和含义，定义各通信设备的通信地址并协调总线上的多个设备共用总线，建立包传输机制，实现介质存取控制协议，根据GB/T9469和IS08802-2标准的定义建立数据传输和管理两种服务；
[0056]所述应用层包括OAS和低层访问接口，OAS工作在低层访问接口之上。
[0057]2.从设备发送数据给主设备，主设备接收从设备发送过来的数据。
[0058]从设备将自身信息和采集数据作为数据发送给主设备，所述数据包括厂商名称、设备型号、设备地址、端点数目、控制参数数目、通信描述符、控制参数和端点描述等信息。
[0059]3.主设备控制从设备执行指定的动作，从设备执行主设备指定的动作指令。
[0060]物联网中，收集到从设备发送过来的数据后，进行分析处理，可以实时地控制从设备进行需要的动作。例如:当局域物联网中存在大量传感器时，我们可以留下必要的和采集数据较优的传感器节点，关掉多余的传感器节点，减少不必要的功耗和延长传感器节点的寿命。
[0061]主设备和从设备之间的通信采用一种物联网协议，所述物联网协议的层次结构基于IS0/0SI参考模型，并对物理层、数据链路层和应用层做了修改，所述物联网协议包括:
[0062]物理层采用EIA标准RS-485制定的有线方式、无线方式或者混合有线和无线方式；
[0063]数据链路层定义数据包的结构和含义，定义各通信设备的通信地址并协调总线上的多个设备共用总线，建立包传输机制，实现介质存取控制协议，根据GB/T9469和IS08802-2标准的定义建立数据传输和管理两种服务；
[0064]应用层由OAS和低层访问接口两个实体组成，OAS建立对象描述模型，用于描述设备对象的各种属性和操作，并建立统一的数据访问规则和解析方式，使设备间信息互通。OAS工作在低层访问接口之上，由低层访问接口对下层协议进行封装，向OAS提供需要应答的数据传输和不需要应答的数据传输两项服务，以提供可靠的数据传输。这样，应用层除使用本测控对象访问协议定义的数据链路层作为低层外，也可以使用其他通信网络作为低层，只需要低层访问接口对其接口进行适配，还可以对目前广泛应用的各种传输协议进行封装，如TCP/IP，USB，RF等，从而扩大OAS的应用范围。MOAP网络中，从设备是采集数据或输出控制信号的装置。从设备中包含厂商名称、设备型号、设备地址、端点数目、控制参数数目、通信描述符、控制参数、端点描述等信息，设备模型如图4所示。
[0065]本实施例二中，所述物联网协议中的物理层采用EIA标准RS-485制定的总线和接□。
[0066]优选的是，所述从设备和主设备之间可以通过中继技术延长通信距离，例如添加可以适用于EIA标准RS-485制定的总线的中继器。
[0067]优选的是，所述物联网协议中的物理层所述物联网协议的物理层可采用星型结构或者树型结构的网络拓扑结构，各从设备之间不进行通信。
[0068]优选的是，在本实施例二中，所述物联网协议的数据链路层的数据包，包括控制域、地址域和数据域等。具体地，
[0069]地址域支持8bit?120bit的可变编址；整个数据包采用16位的CRC校验；根据需要,可以对数据包进行加密。
[0070]本实施例二中，所述物联网协议的应用层中的0AS，实现对设备对象的属性进行描述，包括厂商名称、设备型号、设备地址、端点数目、控制参数数目、通信描述符、控制参数和端点描述等属性；建立统一的数据访问规则方法和解析方式，确保实现所主设备和从设备的有效通信。
[0071 ] 本实施例二中，所述物联网协议中的应用层中的低层访问接口对下层协议进行封装，向OAS提供需要应答的数据传输和不需要应答的数据传输两项服务，提供可靠的数据传输，具体地，
[0072]所述低层访问接口对其它物联网的通信网络中的传输协议封装，如TCP/IP，USB或RF协议的封装等。
[0073]本实施例通过采用所述物联网协议建立主设备和从设备的连接，实现从设备向主设备传输数据和主设备控制从设备执行指定的动作。所述物联网协议实现了物联网中通信协议的标准化，实现了物联网中各异构从设备的和主设备的互联和通信；优选的是，所述物联网协议还实现了各从设备的通信地址动态可变，支持8bit?120bit范围内的编址；同时，所述物联网协议采用16位CRC校验，必要时，可对数据包进行加密，实现数据包的可靠传输。
[0074]综上所述，本发明实施例在实现各异构的从设备和主设备之间采用统一的物联网协议标准建立连接并实现有效通信外，还包括以下有益效果:以应用层为核心，应用层可工作在物理层、数据链路层以及网络层之上。通过建立统一的设备对象描述模型，使得对设备属性或操作的访问标准化，有利于系统集成。数据包中协议开销低。通信地址长度动态可变，最小支持8bit编址，最大支持120bit编址，对网络容量适应力强。具有广播通信方式，该方式下地址长度为O，避免传统上使用连续多字节全F或全O地址而造成时钟同步困难。采用16位CRC对通信数据进行校验，保证数据传输的正确性。除必须的最小配置外，根据应用需求可以建立任意的服务子集，有效的控制实现成本。数据通信可选择安装加密保护。
[0075]本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括R0M/RAM、磁盘、光盘等。
[0076]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，然而性能或用途相同，都应当视为属于由本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
【权利要求】
1.一种物联网中设备通信的方法，其特征在于，所述方法包括: 主设备和从设备通过预定的物联网协议连接通信，所述预定的物联网协议的层次结构包括物理层、数据链路层及应用层； 所述物理层采用电子工业协会EIA标准RS-485制定的有线方式、无线方式或者混合有线和无线方式； 所述数据链路层定义数据包的结构和含义，定义各通信设备的通信地址并协调总线上的多个设备共用总线，建立包传输机制，实现介质存取控制协议，根据GB/T9469和IS08802-2标准的定义建立数据传输和管理两种服务； 所述应用层包括对象访问协议OAS和低层访问接口，OAS工作在低层访问接口之上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述OAS描述设备对象的各种属性和操作，建立统一的数据访问规则和解析方式，实现设备间信息的互通； 所述低层访问接口对下层协议进行封装，向OAS提供需要应答的数据传输和不需要应答的数据传输两项服务，以保证数据传输的可靠性。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述由主设备传输至从设备的数据包为下行数据包，由从设备传输至主设备的数据包为上行数据包； 下行数据包中传输方向标志位MTS置为1，从设备仅接收MTS为I的数据包，下行数据包的地址域中指定被请求的从设备地址，控制字的ADDL字段指定地址长度，当发送广播消息时，地址域为空，ADDL设 置为O ; 上行数据包中MTS置为0，主设备仅接收MTS为O的数据包，上行数据包的地址域设置为发起应答的从设备地址，地址长度为相应下行数据包中指定的地址长度。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，主从设备在接收到数据包后，采用16位循环冗余校验码CRC对接收到的数据进行校验。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定的物联网协议的物理层采用星型结构或者树型结构的网络拓扑结构，各从设备之间不进行通信。
6.一种物联网中设备通信的系统，所述系统包括主设备和从设备，其特征在于， 所述主设备和从设备通过预定的物联网协议连接通信，所述预定的物联网协议的层次结构包括物理层、数据链路层及应用层； 所述物理层采用电子工业协会EIA标准RS-485制定的有线方式、无线方式或者混合有线和无线方式； 所述数据链路层定义数据包的结构和含义，定义各通信设备的通信地址并协调总线上的多个设备共用总线，建立包传输机制，实现介质存取控制协议，根据GB/T9469和IS08802-2标准的定义建立数据传输和管理两种服务； 所述应用层包括OAS和低层访问接口，OAS工作在低层访问接口之上。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述对象访问测控对象用于协议描述设备对象的各种属性和操作，建立统一的数据访问规则和解析方式，实现设备间信息的互通； 所述低层访问接口用于对下层协议进行封装，向OAS提供需要应答的数据传输和不需要应答的数据传输两项服务，以保证数据传输的可靠性。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述由主设备传输至从设备的数据包为下行数据包，由从设备传输至主设备的数据包为上行数据包；下行数据包中传输方向标志位MTS置为1，从设备仅接收MTS为I的数据包，下行数据包的地址域中指定被请求的从设备地址，控制字的ADDL字段指定地址长度，当发送广播消息时，地址域为空，ADDL设置为O ; 上行数据包中MTS置为O，主设备仅接收MTS为O的数据包，上行数据包的地址域设置为发起应答的从设备地址，地址长度为相应下行数据包中指定的地址长度。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，主从设备还用于在接收到数据包后，采用16位循环冗余校验码CRC对接收到的数据进行校验。
10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述预定的物联网协议的物理层采用星型结构或者树型结构的网络拓 扑结构，各从设备之间不进行通信。
【文档编号】H04L12/28GK103581228SQ201210260809
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月26日 优先权日:2012年7月26日
【发明者】曾吉康 申请人:深圳市生基科技有限公司