专利名称：一种实现终端采集数据的系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种物联网终端采集的系统，尤其是一种实现终端采集数据的系统及方法，属于物联网的技术领域。
背景技术：
连接传感器的物联网终端/网关(以下统称为物联网终端)的功耗问题一直是非常值得研究和关注的方面，因为物联网终端可能需要在无外部供电情况下运行足够的时间，因此其自身的功耗问题非常重要，直接影响其工作性能。同时，物联网终端可能会应用在不同的应用场景之下，这对其本身的应用灵活性以及匹配不同应用场景的工作模式提出了较高要求，而现有技术无法能够通过对工作模式的管理来尽量地适应各种丰富和复杂的应用场景。 如图I所示，物联网终端2 —方面连接一个或多个传感器1，另一方面物联网终端2与2G/3G蜂窝网络连接，实现将各个传感器I所采集的数据发送给应用系统4，应用系统4根据物联网终端2上报的采集数据实现对应的业务逻辑控制。因此，对于该物联网终端2而言，一方面要实现对传感器I的数据采集，另一方面需要实现将所采集数据通过网络3传送到应用系统4，即主要包括数据采集和数据传送这两部分的控制和管理功能。目前，大部分传感器的应用主要是指传感器需要通过指令方式来触发执行采集的对象以完成数据采集的动作，如目前环境监测等绝大部分应用的传感器也都是基于这样的方式。而不同的应用场景则需要物联网终端2通过不同的工作模式来实现与传感器I及应用系统4的信息交互。目前常用的物联网终端所能支持的典型的两种工作模式及所支持的应用场景举例如下
如图2所示，第一工作模式针对如下应用场景I :需要依据应用系统4的采集指令实现通过物联网终2端和相关传感器I实时采集数据并实时上报的功能；
如图3所示，第二工作模式针对如下应用场景2 :需要由物联网终端2和相关传感器I实现周期上报实时采集数据的功能；
同时，往往在实际应用时，应用系统4需要周期性获取所采集的数据信息(统称为周期性采集上报功能)，因此这就要求物联网终端2和传感器I需要周期性采集并上报相关数据信息。而目前的技术应用均是在上报周期到达时，由物联网终端2将所各个采集时间点所采集获取得到的数据信息上报给应用系统4。物联网终端2的应用场景多种多样，现有技术中所述通用型的物联网终端2因其本身对工作模式的支持往往固化在物联网终端2本身，即物联网终端2本身只支持对固定几种工作模式的支持，而使得较难去适应不同应用场景更多的实际需求。同时，随着物联网应用的普及，所述的物联网终端2会得到大量的应用，因此需要提升物联网终端2对多种多样应用场景的灵活支持能力及其通用性。此外，很多情况下的应用场景需要物联网终端能2够支持较好的功耗特性，举例如下很多环保监测中使用到的上述物联网终端需要在野外无外部供电情况下由内部电池自供电实现应用。这就需要提升物联网终端的功耗特性。现有技术方法的缺点如下
1、物联网终端2自身对各种工作模式的支持比较固化，无法通过自身有效地扩展以支持针对不同场景的应用；
2、物联网终端2无法支持通过与应用系统4的有效协同，来实现对不同应用场景的灵活支持。3、物联网终端2对各个采集点的数据信息依照上报时钟进行全量传送，这会直接影响物联网终端的功耗特性。
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从上述现有技术的应用方法来看，目前的物联网终端2较难适应不同的应用场景，物联网终端2的通用性较差，与应用系统4协同实现对各种应用场景的支持能力较弱；物联网终端2缺乏通过与应用系统4的有效协同来实现对多种工作模式的灵活管理和转换，以及缺乏更为灵活地、扩展式地工作模式支持功能。同时，由于在周期性采集上报过程中对各个采集点的数据上报均依照全量发送，则会增加无线接口的数据交互量，而直接降低物联网终端的功耗能力。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种实现终端采集数据的系统及方法，能够降低物联网终端的功耗，增强其应用于不同场景的适应能力。按照本发明提供的技术方案，所述实现终端采集数据的系统，包括用于采集传感器检测数据的物联网终端，所述物联网终端与应用系统通过网络匹配连接；应用系统能向物联网终端发送工作模式协同信息，以使得物联网终端在接收到工作模式协同信息后调整到与所述工作模式协同信息对应的工作模式，物联网终端在所述工作模式下对应采集数据并将所述数据传输到应用系统。所述将物联网终端与应用系统间匹配连接的网络包括无线网络或有线网络。所述无线网络为蜂窝网络、无线局域网络或无线广域网络。所述物联网终端将采集的数据以增量方式传输到应用系统。所述工作模式协同信息包括工作模式的控制信息、传感器的标识信息及采集的起始时间。所述物联网终端包括传感器通信功能模块、网络侧通信功能模块、采集时钟、通信时钟及模式应用模块，所述模式应用模块包括模式管理模块、第一工作模式模块、第二工作模式模块、第三工作模式模块及第四工作模式模块；第一工作模式模块、第二工作模式模块、第三工作模式模块及第四工作模式模块均与模式管理模块相连。所述物联网终端内的第三工作模式模块或第四工作模式模块处于有效工作状态时，物联网终端能存储采集的传感器数据信息；并将所述存储的传感器数据信息以增量方式传输到应用系统。一种实现物联网终端采集数据的方法，所述采集数据的方法包括如下步骤a、物联网终端与应用系统匹配连接，应用系统向物联网终端发送所需的工作模式协同信息；
b、物联网终端接收所述工作模式协同信息，并根据所述工作模式协同信息调整物联网终端的工作模式，以使得物联网终端的工作模式与接收到的工作模式协同信息对应；
C、物联网终端根据所述工作模式的要求采集数据，并将所述数据传输到应用系统。所述物联网终端以增量方式将数据传输到应用系统。所述物联网终端包括传感器通信功能模块、网络侧通信功能模块、采集时钟、通信时钟及模式应用模块，所述模式应用模块包括模式管理模块、第一工作模式模块、第二工作模式模块、第三工作模式模块及第四工作模式模块；第一工作模式模块、第二工作模式模块、第三工作模式模块及第四工作模式模块均与模式管理模块相连。
本发明的优点实现物联网终端灵活有效的模式应用，实现其应用的通用特性；实现物联网终端可扩展性的模式应用，扩展了物联网终端的应用场景，增强了应用灵活性；通过增量方式上报周期采集点采集的数据信息，可以显著减少物联网终端网络接口的发送数据量，并进而降低其功耗，提升物联网终端功耗性能。
图I是现有物联网终端采集数据系统的结构框图。图2是第一种工作模式下物联网终端的工作流程图。图3是第二种工作模式下物联网终端的工作流程图。图4是本发明第三种工作模式下物联网终端的工作流程图。图5是本发明第四种工作模式下物联网终端的工作流程图。图6为本发明物联网终端的结构框图。图7为本发明的结构框图。图8为本发明的工作流程图。附图标记说明1_传感器、2-物联网终端、3-网络、4-应用系统、5-模式应用模块、6-模式管理模块、7-第一工作模式模块、8-第二工作模式模块、9-第三工作模式模块、10-第四工作模式模块、11-传感器通信功能模块、12-采集时钟、13-通信时钟及14-网络侧通信功能模块。
具体实施例方式下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。如图7所示为了能够使得物联网终端2能够适应不同的工作环境，满足多种多样应用场景的工作要求，本发明实现物联网终端2采集数据的系统包括用于采集传感器I检测数据的物联网终端2，所述物联网终端2与应用系统4通过网络3匹配连接；应用系统4能向物联网终端2发送工作模式协同信息，以使得物联网终端2在接收到工作模式协同信息后调整到与所述工作模式协同信息对应的工作模式，物联网终端2在所述工作模式下对应采集数据并将所述数据传输到应用系统4。具体地，应用系统4为根据物联网终端2传输的采集数据进行相应操作控制的系统，应用系统4可以采用与现有系统一致的结构；物联网终端2与应用系统4的连接方式包括无线方式或有线方式，所述无线网络为蜂窝网络、无线局域网络或无线广域网络；具体地，可以为2G网络、2. 5G网络、2. 75G网络、3G网络、3. 5G网络、3. 9G网络、GSM网络、GPRS> EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution)、UMTS (Universal MobileTelecommunications System)、HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)、HSUPA(high speed uplink packet access)、HSPA+(HSPA Evolution)、CDMA-lX(Code DivisionMultiple Access I times Radio Transmission Technology)>CDMA2000 (Code DivisionMultiple Access 2000)、EVDO RevA (Evolution-Data Optimized Reversion A)、EVDORevB(Evolution-Data Optimized Reversion B) > Wimax (Worldwide Interoperabilityfor Microwave Access)、或 WiFi (Wireless Fidelity)中的任意一种，当然也可以米用其他的无线通信方式，此处不再一一列举。应用系统4能根据物联网终端2所在的工作环境及相应的工作要求，向物联网终端2发送工作模式协同信息，以调整物联网终端2的工作模式，所述物联网终端2的工作模式中包括物联网终端2对传感器I检测数据的采样起始时间、采样终止时间，采样频率以及物联网终端2向应用系统4发送检测数据的方式等信息。为了降低物联网终端2向应用系统4传输采集数据时的功耗，本发明物联网终端2采用增 量方式向应用系统4发送数据。如图6所示为本发明物联网终端2的结构框图，所述物联网终端2包括传感器通信功能模块11、网络侧通信功能模块14、采集时钟12、通信时钟13及模式应用模块5，所述模式应用模块5包括模式管理模块6、第一工作模式模块7、第二工作模式模块8、第三工作模式模块9及第四工作模式模块10 ;第一工作模式模块7、第二工作模式模块8、第三工作模式模块9及第四工作模式模块10均与模式管理模块6相连。物联网终端2利用传感器通信功能模块11对传感器I检测的数据进行采样，利用网络侧通信功能模块14来实现与应用系统4间的通信连接，通过采样时钟12来调节采样时的频率等，利用通信时钟13与应用系统4进行通信及同步；网络侧通信功能模块14根据物联网终端2与应用系统4间采用的匹配连接方式相对应一致。本发明实施例中物联网终端2包括四个工作模式，分别为第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式及第四工作模式，物联网终端2也可以根据实际的需要采用更多的工作模式。当物联网终端2通过网络侧通信功能模块14接收到工作模式协同信息后，模式管理模块6根据工作模式协同信息中的控制信息确定应用系统4要求物联网终端2工作在对应的模式状态；然后模式管理模块6根据对工作模式协同信息中的控制信息使得物联网终端2进入对应的模式状态。在进入对应的模式状态后，物联网终端2依据所在模式状态中要求的采样等信息进行工作。当处于第三工作模式或第四工作模式时，物联网终端2能够存储采集到的数据，以便将数据发送到应用系统4 ;此时，物联网终端2需要设置存储器。本发明实施例中，应用系统4发送的四个工作模式状态的工作模式协同信息形式分别为
当要求进入第一工作模式时，工作模式协同信息为Cl:Sn:Ts ;当要求进入第二工作模式时，工作模式协同信息为C2:Sn:TS:Tp:Te ;当要求进入第三工作模式时，工作模式协同信息为C3:Sn:Ts:Tp:Tn ;当要求进入第四工作模式时，工作模式协同信息为C4:Sn:Ts:Tp:Tn:Te。需要说明的是，其中Cl为第一工作模式的控制信息，C2为第二工作模式的控制信息；C3为第三工作模式的控制信息；C4为第四工作模式的控制信息；Sn为与物联网终端2连接的传感器标识信息；Ts为采集的起始时间，‘I’表示从当前时刻开始；Tp为采集周期；Te为采集终止时间，‘0’表示不终止；Τη为上报网络的时间。依据上述协同信息的机制，可以实现通过物联网终端2实现对各种类型应用模式的支持，从而能支持所述物联网终端2的应用通用特性。如图2所示当物联网终端2处于第一工作模式时，需要依据应用系统4的采集指令实现通过物联网终端2和相关传感器I实时采集数据并实时上报的功能。具体地，物联网终端2的工作步骤为步骤slO、物联网终端2启动开始工作；步骤sll、物联网终端2采集传感器I的数据；步骤sl2、物联网终端2将采集的数据传输到应用系统4内，直至步骤sl3结束，完成一个周期的工作。如图3所示，当物联网终端2处于第二工作模式时，需要由物联网终端2和相 关传感器I实现周期上报实时采集数据的功能。具体地物联网终端2的工作步骤为步骤s20、物联网终端2启动开始工作；步骤s21、物联网终端2采集传感器I的数据；步骤s22、物联网终端2将采集的数据传输到应用系统4内，上述采集、上报传输的步骤周期性地进行。如图4所示当物联网终端2处于第三工作模式时，需要由物联网终端2和相关传感器I实现依据应用系统4的指令实时采集一定时间段内的数据并上报；其中需要物联网终端2将传感器I采集传送过来的数据进行本地存储，以备在时钟到达时一并发送给应用系统4。具体地，物联网终端2的工作步骤为步骤s30、物联网终端2启动开始工作；步骤s31、物联网终端2采集传感器I的数据并存储；步骤s32、步骤s33为采集不同时刻传感器I的数据并存储，步骤s34、物联网终端2将采集的数据上传到应用系统4内，步骤s35、工作结束。如图5所示当物联网终端2处于第四工作模式时，需要由物联网终端2和相关传感器I实现依据应用系统4的指令实时采集一定时间段内的数据并周期上报。其中需要物联网终端2将传感器I采集传送过来的数据进行本地存储，以备在周期时钟到达时一并发送给应用系统4。具体地物联网终端2的工作步骤为步骤s40、物联网终端2启动开始工作；步骤s41、步骤s42、步骤s43均为物联网终端2采集传感器I的数据并进行本地存储；步骤s44、为物联网终端2将本地存储的数据传输到应用系统4内；其中，物联网终端2为周期性地采集并上报。如图8所示上述结构的实现物联网终端2采集数据的方法包括如下步骤
a、物联网终端2与应用系统4匹配连接，应用系统4向物联网终端2发送所需的工作模式协同信息；
b、物联网终端2接收所述工作模式协同信息，并根据所述工作模式协同信息调整物联网终端2的工作模式，以使得物联网终端2的工作模式与接收到的工作模式协同信息对应；
C、物联网终端2根据所述工作模式的要求采集数据，并将所述数据传输到应用系统4。具体步骤为步骤SlOO、物联网终端2与应用系统4开启工作；步骤sllO、物联网终端2接收到应用系统4关于工作模式应用的工作模式协同信息；当物联网终端2应用到一个新的场景时，根据新的应用需求，需要初始化或者调整其应用模式属性，应用系统4需要依据不同的应用场景及需求来调整物联网终端2到某一新的工作模式；因此物联网终端2将首先收到由应用系统发送4的有关工作模式协同信息；
步骤sl20、物联网终端2解析收到的工作模式协同信息，根据工作模式协同信息判断需要进入何种工作模式；物联网终端2依据前述定义的工作模式协同信息，正确解析其所收到的工作模式指令要求；根据指令要求，物联网终端2进入到各个工作模式状态中，并依据所解析得到的该模式下的各个标识信息来实现对应的采集控制和信息上报功能。步骤sl30、物联网终端2根据解析的工作模式协同信息进入第一工作模式；
步骤sl40、物联网终端2根据解析的工作模式协同信息进入第二工作模式；
步骤sl50、当物联网终端2进入第一工作模式后，确定对应的传感器I及采集的起始时
间； 步骤sl60、物联网终端2根据解析的工作模式协同信息进入第三工作模式；
步骤sl70、物联网终端2根据解析的工作模式协同信息进入第四工作模式；
步骤s 180、当物联网终端2进入第二工作模式后，确定对应的传感器I及采集起始和终止时间、采集周期；
步骤sl90、当物联网终端2进入第三工作模式后，确定对应的传感器I及采集起始时间、采集周期和向应用系统4上报时间；
步骤s200、当物联网终端2进入第四工作模式后，确定对应的传感器I及采集起始和终止时间、采集周期和向应用系统4上报时间；
步骤s210、物联网终端2依据工作模式协同信息进行采集和上报。步骤s220、物联网终端2的工作过程结束。这里需要说明的是对于第三工作模式和第四工作模式而言，其中需要物联网终端2将传感器I采集传送过来的数据进行本地存储，以备在时钟到达时一并发送给应用系统4。针对上述过程，本发明采用增量发送方式来实现上述存储发送的过程，具体说明举例如下
由于第三工作模式和第四工作模式均是本地存储了各个周期采集点的数据，一次上报周期内各个采集点采集的数据信息包括Dl，D2,…，Dn；
其中Dl是第一次在Ts时刻采集点采集的数据信息；Dn是向网络上报数据的时刻Tn到来前最后一次采集的数据。依据上述信息，在Tn时刻物联网终端2向网络上报的信息则是D1，D2_D1，…，Dn-Dl0其中除了起始量之外，其他数值如以‘0’为首位则表示增量为负值，如以‘I’为首位则表示增量为正值。在一段周期时间内的数据采集量往往不会有很大的变化，因此采用上述方法可以显著减少物联网终端2网络接口的发送数据量，并进而降低其功耗，提升功率使用效率。本发明实现物联网终端2灵活有效的模式应用，实现其应用的通用特性；实现物联网终端2可扩展性的模式应用，扩展了物联网终端2的应用场景，增强了应用灵活性；通过增量方式上报周期采集点采集的数据信息，可以显著减少物联网终端2网络接口的发送数据量，并进而降低其功耗，提升物联网终端2功耗特性。
权利要求
1.一种实现终端采集数据的系统，其特征是包括用于采集传感器(I)检测数据的物联网终端(2)，所述物联网终端(2)与应用系统(4)通过网络(3)匹配连接；应用系统(4)能向物联网终端(2)发送工作模式协同信息，以使得物联网终端(2)在接收到工作模式协同信息后调整到与所述工作模式协同信息对应的工作模式，物联网终端(2)在所述工作模式下对应采集数据并将所述数据传输到应用系统(4 )。
2.根据权利要求I所述的实现终端采集数据的系统，其特征是所述将物联网终端(2)与应用系统(4)间匹配连接的网络(3)包括无线网络或有线网络。
3.根据权利要求2所述的实现终端采集数据的系统，其特征是所述无线网络为蜂窝网络、无线局域网络或无线广域网络。
4.根据权利要求I所述的实现终端采集数据的系统，其特征是所述物联网终端(2)将采集的数据以增量方式传输到应用系统(4)。
5.根据权利要求I所述的实现终端采集数据的系统，其特征是所述工作模式协同信息包括工作模式的控制信息、传感器的标识信息及采集的起始时间。
6.根据权利要求I所述的实现终端采集数据的系统，其特征是所述物联网终端(2)包括传感器通信功能模块(11 )、网络侧通信功能模块(14)、采集时钟(12)、通信时钟(13)及模式应用模块(5),所述模式应用模块(5)包括模式管理模块(6)、第一工作模式模块(7)、第二工作模式模块(8)、第三工作模式模块(9)及第四工作模式模块(10);第一工作模式模块(7)、第二工作模式模块(8)、第三工作模式模块(9)及第四工作模式模块(10)均与模式管理模块(6)相连。
7.根据权利要求6所述的实现终端采集数据的系统，其特征是所述物联网终端(2)内的第三工作模式模块(9)或第四工作模式模块(10)处于有效工作状态时，物联网终端(2)能存储采集的传感器数据信息；并将所述存储的传感器数据信息以增量方式传输到应用系统⑷。
8.一种实现终端采集数据的方法，其特征是，所述采集数据的方法包括如下步骤 (a)、物联网终端(2)与应用系统(4)匹配连接，应用系统(4)向物联网终端(2)发送所需的工作模式协同信息； (b)、物联网终端(2)接收所述工作模式协同信息，并根据所述工作模式协同信息调整物联网终端(2)的工作模式，以使得物联网终端(2)的工作模式与接收到的工作模式协同信息对应； (C)、物联网终端(2)根据所述工作模式的要求采集数据，并将所述数据传输到应用系统⑷。
9.根据权利要求8所述实现终端采集数据的方法，其特征是所述物联网终端(2)以增量方式将数据传输到应用系统(4 )。
10.根据权利要求8所述实现终端采集数据的方法，其特征是所述物联网终端(2)包括传感器通信功能模块(11)、网络侧通信功能模块(14)、采集时钟(12)、通信时钟(13)及模式应用模块(5),所述模式应用模块(5)包括模式管理模块(6)、第一工作模式模块(7)、第二工作模式模块(8)、第三工作模式模块(9)及第四工作模式模块(10);第一工作模式模块(7)、第二工作模式模块(8)、第三工作模式模块(9)及第四工作模式模块(10)均与模式管理模块(6)相连。
全文摘要
本发明涉及一种实现终端采集数据的系统及方法，其包括用于采集传感器检测数据的物联网终端，所述物联网终端与应用系统通过网络匹配连接；应用系统能向物联网终端发送工作模式协同信息，以使得物联网终端在接收到工作模式协同信息后调整到与所述工作模式协同信息对应的工作模式，物联网终端在所述工作模式下对应采集数据并将所述数据传输到应用系统。本发明实现物联网终端灵活有效的模式应用，实现其应用的通用特性；实现物联网终端可扩展性的模式应用，扩展了物联网终端的应用场景，增强了应用灵活性；通过增量方式上报周期采集点采集的数据信息，可以显著减少物联网终端网络接口的发送数据量，并进而降低其功耗，提升物联网终端功耗特性。
文档编号H04W84/18GK102843718SQ20121034458
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者奚加荣 申请人:无锡创灵科技有限公司