专利名称：一种基于物联网的传感器数据传输方法
一种基于物联网的传感器数据传输方法技术领域
本发明属于物联网技术领域，涉及一种传感器数据传输方法，尤其是一种基于物联网的传感器数据传输方法。
背景技术：
物联网是在互联网的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、 记录和控制等要求。
无线传感器网络，即WSN,是英文Wireless Sensor Network的简写,是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。包括负责传感器数据采集的无线传感器节点设备、负责数据中继的路由设备和负责数据汇聚的网关设备。
Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。 它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。
当前关于物联网的应用越来越广泛，而作为物联网的主要感知设备的无线传感器节点也进入了大规模的商业应用，无线传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，主要用于收集、传播和处理传感信息。从网络功能上看，每个传感器节点兼顾传统网络节点的终端和传感器双重功能，除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理，同时与其他节点协作完成一些特定任务。
随着物联网中的无线传感器节点的应用，同时也带来了针对传感器管理和传感器数据传输效率的问题。传统的无线传感器节点采用传感器和通信节点集成在一起的设计， 一般在无线传感器节点上集成一到两种传感器，不具有外接传感器的接口，不具备外接传感器的管理功能；同时传感器的采样数据在无线传感器节点处不做任何处理，通过节点透明传输给传感网关设备。为节省功耗，无线传感器节点采用定时睡眠唤醒采集传感器数据的机制，这样勉励无法采集突发的需要应急处理的传感器数据的情况，造成传感器数据丢失。发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于物联网的传感器数据传输方法，该方法可以有效改善物联网传感器数据传输过程中的实时性和安全性的问题， 使其成为一种安全，易于管理，实时性高的数据传输方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的
这种基于物联网的传感器数据传输方法，使用传感器+无线传感器节点+传感网关作为组成模式，传感器作为传感数据采集层，无线传感器节点和传感网关作为传感数据传输层，待机状态下无线传感器节点进入睡眠模式以节约功耗；通过传感数据采集层与传输层分离的机制，通过SBZ协议的处理，实现传感器作为数据采集端通过发送唤醒数据帧的方法唤醒睡眠中的无线传感器节点，同时恢复传感节点和传感网关通讯链路，无线传感器节点对收到的传感器数据按照传感器总线类型进行分类，然后暂存到传感节点的存储区中，等待传感节点和传感网关通讯链路恢复正常后发送。上述传感器总线类型有RS-232串口、RS-485串口、SPI、I2C、模拟接口。进一步，上述传感器+无线传感器节点+传感网关作为组成模式为传感器与无线传感节点通过多种总线方式连接，包括RS-232串口、RS-485串口、SPI、I2C、模拟接口，通过SBZ协议构成传感数据采集通道；无线传感节点与传感网关通过ZIGBEE无线通讯协议建立通讯链路。上述数据传输分为三种模式 I)正常接收数据模式无线传感节点处于正常工作模式下，传感器通过总线接口向传感节点发送传感数据，传感节点接收到传感器数据后，按照传感器类型、总线类型、无线传感节点工作模式、数据索引填充入SBZ协议的相应字段中，然后按照ZIGBEE协议内容打包通过传感节点和传感网关之间的无线链路发送给传感网关；2)轮询数据模式无线传感节点处于正常工作模式下，无线传感节点通过与传感器连接的总线接口轮询传感器，传感器收到传感节点信号后，通过总线接口向传感节点发送传感器数据，传感节点接收到传感器数据后，按照传感器类型、总线类型、传感节点工作模式、数据索引等数据填充入SBZ协议的相应字段中，然后按照ZIGBEE协议内容打包通过传感节点和传感网关之间的无线链路发送给传感网关；3)被动等待传感器唤醒模式无线传感节点处于休眠工作模式下，传感器在向无线传感节点发送传感器数据之前，先发送唤醒帧，将无线传感节点从休眠状态下唤醒，切换到正常工作模式，之后传感器通过总线接口向无线传感节点发送传感器数据，无线传感节点接收到传感器数据后，按照传感器类型、总线类型、传感节点工作模式、数据索引等数据填充入SBZ协议的相应字段中，然后存储入缓冲区中，等待无线传感节点和传感网关之间的无线链路恢复工作，待无线链路正常工作后，按照ZIGBEE协议内容打包通过传感节点和传感网关之间的无线链路发送给传感网关。进一步，传感网关正常工作模式下，通过ZIGBEE无线链路接收传感节点发送的SBZ协议传感器数据，按照SBZ协议格式要求进行解析，得到完整的传感器数据，然后本地存储或者转发。上述在通过ZIGBEE链路传输前采用SBZ协议对传感器数据进行封装，SBZ协议的报文格式和数据字段如下SBZ报文格式
STX [CMD [τ Ρ [lND [MOD |数据段 |SUM fETX其中，STX为开始标志ΕΗ1 ；ΕΤΧ为结束标志FFH ；CMD为命令的ASC II码；TYP为总线类型；IND为数据索引；M0D为传感节点工作模式；SUM为累加和校验。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果
I)采用传感节点与传感器分离的机制，传感节点可以按实际需求配置多种总线接口的传感器。传感节点可以工作在休眠模式下，平均功耗比正常工作模式功耗减小90%以上。当传感器需要上报数据时由传感器先发送唤醒帧，唤醒传感节点后，再发送传感器数据，相比传统的无线传感节点将传感节点和传感器的一体设计，既扩展了总线接口，又降低了功耗。
2)采用SBZ协议，通过协议中的CMD字段和TYP字段实现同传感节点连接的传感器的集中分类管理，通过协议中的IND字段对数据段进行索引号码标识实现数据索引功能，保证传感器数据的可靠传输。现有的无线传感节点一般不具备这种传感器管理和数据索引功能。
3)具备主动模式、被动模式和唤醒模式三种工作模式，可以根据现场工作环境需要配置不同的工作模式，增加传感节点的适应性。现有的传感节点一般只具备与主动模式类似的单一功能，无法适应多样工作环境的要求。
图I为本发明的传感器数据传输系统构成图2为本发明传感器数据操作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述
本发明基于物联网的传感器数据传输方法，使用传感器101+无线传感器节点 102+传感网关103作为组成模式，传感器101作为传感数据采集层，无线传感器节点102和传感网关103作为传感数据传输层，待机状态下无线传感器节点102进入睡眠模式以节约功耗；通过传感数据采集层与传输层分离的机制，通过SBZ协议的处理，实现传感器作为数据采集端通过发送唤醒数据帧的方法唤醒睡眠中的无线传感器节点，同时恢复传感节点和传感网关通讯链路，无线传感器节点对收到的传感器数据按照传感器总线类型进行分类， 然后暂存到传感节点的存储区中，等待传感节点和传感网关通讯链路恢复正常后发送。
所述SBZ协议,是英文Sensor Before Zigbee的简写,是本发明自定义的数据传输协议，在ZIGBEE协议之前定义的一种基于物联网的数据传输层协议，可以适用于多种类型的传感器总线类型，有RS-232串口、RS-485串口、SPI、I2C、模拟接口等。
图I为传感器数据传输系统构成图，包括单独的传感器101、接收传感器数据的传感节点102、以及与传感节点建立无线通讯链路的传感网关103。传感器101与传感节点 102可以通过多种总线方式连接，包括RS-232串口、RS-485串口、SPI、I2C、模拟接口，通过 SBZ协议构成传感数据采集通道。传感节点102与传感网关103通过ZIGBEE无线通讯协议建立通讯链路。
其中传感器101作为传感数据采集来源，一般根据传感器类型不同具有多种接口，通过总线将传感数据发送给传感节点。
传感节点102作为接收传感器数据的接收方和传感数据处理平台，负责把传感器发送的数据按总线接口类型进行分类，进行SBZ协议的封装处理，最后将经过SBZ协议封装的传感器数据通过ZIGBEE协议发送给传感网关。传感网关103负责与传感节点之间的数据收发，汇总各传感节点上传的传感器数据，并根据需要和平台服务器通信。以下结合附图对该方法的各步骤进行详细描述I、图2为传感器数据操作流程图，其可分为三种类型的操作模式。步骤201为正常接收数据模式，如图2 (a):传感节点处于正常工作模式下，传感器通过总线接口向传感节点发送传感数据，传感节点接收到传感器数据后，按照传感器类型、总线类型、传感节点工作模式、数据索引等数据填充入SBZ协议的相应字段中，然后按照ZIGBEE协议内容打包通过传感节点和传感网关之间的无线链路发送给传感网关。步骤202为轮询数据模式，如图2 (b):传感节点处于正常工作模式下，传感节点通过与传感器连接的总线接口轮询传感器，传感器收到传感节点信号后，通过总线接口向传感节点发送传感器数据，传感节点接收到传感器数据后，按照传感器类型、总线类型、传感节点工作模式、数据索引等数据填充入SBZ协议的相应字段中，然后按照ZIGBEE协议内容打包通过传感节点和传感网关之间的无线链路发送给传感网关。步骤203为被动等待传感器唤醒模式，如图2 (C):传感节点处于休眠工作模式下，传感器在向传感节点发送传感器数据之前，先发送唤醒帧，将传感节点从休眠状态下唤醒，切换到正常工作模式，之后传感器通过总线接口向传感节点发送传感器数据，传感节点接收到传感器数据后，按照传感器类型、总线类型、传感节点工作模式、数据索引等数据填充入SBZ协议的相应字段中，然后存储入缓冲区中，等待传感节点和传感网关之间的无线链路恢复工作，待无线链路正常工作后，按照ZIGBEE协议内容打包通过传感节点和传感网关之间的无线链路发送给传感网关。传感网关正常工作模式下，通过ZIGBEE无线链路接收传感节点发送的SBZ协议传感器数据，按照SBZ协议格式要求进行解析，得到完整的传感器数据，然后本地存储或者转发。2、为了保证传感器数据传输的安全及时可靠，在通过ZIGBEE链路传输前采用SBZ协议对传感器数据进行封装，SBZ协议的报文格式和数据字段如下所示SBZ报文格式
权利要求
1.一种基于物联网的传感器数据传输方法，其特征在于使用传感器(101) +无线传感器节点(102) +传感网关(103)作为组成模式，传感器作为传感数据采集层，无线传感器节点和传感网关作为传感数据传输层，待机状态下无线传感器节点进入睡眠模式以节约功耗；通过传感数据采集层与传输层分离的机制，通过SBZ协议的处理，实现传感器作为数据采集端通过发送唤醒数据帧的方法唤醒睡眠中的无线传感器节点，同时恢复传感节点和传感网关通讯链路，无线传感器节点对收到的传感器数据按照传感器总线类型进行分类，然后暂存到传感节点的存储区中，等待传感节点和传感网关通讯链路恢复正常后发送。
2.根据权利要求I所述的基于物联网的传感器数据传输方法，其特征在于所述传感器总线类型有RS-232串口、RS-485串口、SPI、I2C、模拟接口。
3.根据权利要求I所述的基于物联网的传感器数据传输方法，其特征在于所述传感器+无线传感器节点+传感网关作为组成模式为传感器(101)与无线传感节点(102)通过多种总线方式连接，包括RS-232串口、RS-485串口、 SPI、I2C、模拟接口，通过SBZ协议构成传感数据采集通道；无线传感节点(102)与传感网关 (103)通过ZIGBEE无线通讯协议建立通讯链路。
4.根据权利要求I所述的基于物联网的传感器数据传输方法，其特征在于所述数据传输分为三种模式O正常接收数据模式无线传感节点处于正常工作模式下，传感器通过总线接口向传感节点发送传感数据，传感节点接收到传感器数据后，按照传感器类型、总线类型、无线传感节点工作模式、数据索引填充入SBZ协议的相应字段中，然后按照ZIGBEE协议内容打包通过传感节点和传感网关之间的无线链路发送给传感网关；2)轮询数据模式无线传感节点处于正常工作模式下，无线传感节点通过与传感器连接的总线接口轮询传感器，传感器收到传感节点信号后，通过总线接口向传感节点发送传感器数据，传感节点接收到传感器数据后，按照传感器类型、总线类型、传感节点工作模式、 数据索引等数据填充入SBZ协议的相应字段中，然后按照ZIGBEE协议内容打包通过传感节点和传感网关之间的无线链路发送给传感网关；3)被动等待传感器唤醒模式无线传感节点处于休眠工作模式下，传感器在向无线传感节点发送传感器数据之前，先发送唤醒帧，将无线传感节点从休眠状态下唤醒，切换到正常工作模式，之后传感器通过总线接口向无线传感节点发送传感器数据，无线传感节点接收到传感器数据后，按照传感器类型、总线类型、传感节点工作模式、数据索引等数据填充入SBZ协议的相应字段中，然后存储入缓冲区中，等待无线传感节点和传感网关之间的无线链路恢复工作，待无线链路正常工作后，按照ZIGBEE协议内容打包通过传感节点和传感网关之间的无线链路发送给传感网关。
5.根据权利要求4所述的基于物联网的传感器数据传输方法，其特征在于传感网关正常工作模式下，通过ZIGBEE无线链路接收传感节点发送的SBZ协议传感器数据，按照SBZ 协议格式要求进行解析，得到完整的传感器数据，然后本地存储或者转发。
6.根据权利要求4所述的基于物联网的传感器数据传输方法，其特征在于在通过 ZIGBEE链路传输前采用SBZ协议对传感器数据进行封装，SBZ协议的报文格式和数据字段如下SBZ报文格式
全文摘要
本发明公开了一种基于物联网的传感器数据传输方法，使用传感器+无线传感器节点+传感网关作为组成模式，待机状态下无线传感器节点进入睡眠模式以节约功耗；通过传感数据采集层与传输层分离的机制，通过SBZ协议的处理，实现传感器作为数据采集端通过发送唤醒数据帧的方法唤醒睡眠中的无线传感器节点，同时恢复传感节点和传感网关通讯链路，无线传感器节点对收到的传感器数据按照传感器总线类型进行分类，然后暂存到传感节点的存储区中，等待传感节点和传感网关通讯链路恢复正常后发送。该方法可以有效改善物联网传感器数据传输过程中的实时性和安全性的问题，使其成为一种安全，易于管理，实时性高的数据传输方法。
文档编号H04W28/06GK102984758SQ201210571468
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者马三元, 谢昆, 曹江 申请人:西安大唐电信有限公司