一种大规模无线电子标签系统的数据交付控制方法技术方案

大规模无线电子标签系统的数据交付控制方法，是一个低成本，超远传输距离，超低功耗，具有高业务实效性要求的，工作可靠的适用于物联网大规模无线电子标签系统实现物联网络数据高效传输的方法。本交付控制方法的发明专利技术通过实现多频协调工作，动态计算和预估频道的拥塞访问状况，实现大规模标签集群实时性数据传输的目标。该方法为类星型拓扑物联网大规模集群节点数据传输方法提供了一种详细并具有一定实用性和参考性的解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种大规模无线电子标签系统的数据交付控制方法
本专利技术涉及低功耗无线通信领域，还涉及物联网底层传感器信息控制指令信息采集以及物联网传输层节点数据传输控制领域。本专利技术特别涉及到大规模组网节点情况下，如何做到保证系统低功耗性要求下，实现对传感节点下行数据实现实时性交付和信道高效性传输问题。
技术介绍
随着物联网研究和应用的不断发展，人们的生活、生产各个领域产生了深刻影响。电子标签系统是物联网的一个具体应用，它可以运用在仓储库存管理，超市商品管理，档案管理，医疗病患管理等应用场景中，以实现精细化和智能化管理的目标。在这些应用领域，系统节点容量往往规模庞大，业务作业高效响应性要求高。低功耗无线传输技术是系统所解决的核心问题。低功耗无线传输技术按照信道访问控制方式可分为时分，码分，频分，统计异步时分等方式。大规模无线标签系统数据交付过程所涉及的关键技术问题如下：首先，由于无线信道的工作方式为半双工方式，节点访问信道过程具有排他性。多个节点在某段时间内对信道可能出现竞争式访问，这涉及到如何协调各节点对信道的访问控制，即如何实现节点对信道访问的异步推进的问题。其次，为节省标签节点功耗，标签节点采用周期性唤醒机制来实现接收和反馈作业任务，节点在唤醒周期内和网关单元进行通信。对于网关，如何获知特定标签已经处于唤醒周期，如何在其唤醒周期内传输其下行数据，这涉及到网关单元与标签节点在数据交付之前的同步问题。另外，大规模无线标签系统要满足数据交付的实时性，应当保证信道的使用效率，这也涉及到大规模标签系统的数据交付控制方法。目前，相关系统就上述的某个或若干方面提出了方案，如对于上述第[0004]条，一些系统采用时分复用信道方式，给组网内所有标签节点分配各自时间片，节点在各自时间片内与网关单元通信，从而解决多节点间对信道的访问碰撞问题；对于上述第[0005]条，一些系统采用醒来询问的方式和网关单元通信，不涉及网关对节点对信道的使用协调过程；一些系统通过引入多信道协同工作方式，对数据按一定规则进行分流处理，以实现减缓信道拥塞目的。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，通过多信道协同工作机制，动态评估信道使用情况，灵活配置通知多个标签唤醒，实现大规模标签系统数据高效传输和信道高效使用的目标。系统结构：本专利技术对应系统的硬件涉及有源电子标签节点，无线网关和计算机。这里的有源电子标签节点包含一个可以配置多个工作频道的无线收发单元；所述无线网关的无线特征，是指响应有源电子标签节点的无线收发单元，其至少包含2个收发单元，即用于发送通知标签唤醒的通知信号发送单元和用于传输业务数据的无线收发单元。所述计算机安装有与无线网关通信的业务中间件等软件实体。计算机和无线网关的连接，两者可以通过有线或是无线方式进行通信。无线网关和标签节点的相对位置可固定也可以变化，但要保证两种实体间处于通信范围内。其系统结构见附图1。系统运行描述：系统的标签节点在一般情况下处于睡眠态，标签节点周期性主动唤醒，对于传输至特定标签节点的数据，网关单元在目标标签唤醒周期内传输其数据至该标签；标签节点运行系统后首先进行组网通信，以加入网关所维护的网络下；标签组网完毕后，标签节点在在任务通知信道周期性地唤醒监听网关发送的通知信号，该信号配置目的标签唤醒系统后进行数据接收并授权访问业务数据传输信道，达到通知所述目的标签从网关单元取走任务数据的目的。网关与标签各种业务数据之间通过数据传输信道进行通信，见附图2，图3。所述实时性是指标签上下行数据的交付时延在小于对应标签节点的2倍睡眠周期大小范围内的业务数据下达。系统工作原理：这里以标签集群的某个标签节点(记为A)为例，叙述其从上电运行系统，到接收其任务数据的整个工作处理过程。(1)A运行系统后，首先进行组网操作，无线网关组网处理模块响应对应的组网过程；(2)A组网完毕后，隶属于无线网关所组建的网络节点；(3)A进入周期性睡眠/唤醒过程，此时A无线收发单元工作频道为监听信道；监听是否存在网关发送给其的唤醒通知信号；(4)A任务数据(记为a)下发至网关，网关执行所述数据交付控制策略将a交付至A.相关技术问题的处理：针对前述实现系统节点容量大规模的问题：本专利技术中的标签集群在监听唤醒通知，传输业务数据等2个工作逻辑中并行，2个过程对信道的使用都采用“按需使用”的方式，避免使用时分复用方式对节点容量产生的制约；网关主动通知标签节点唤醒，避免标签随机醒来主动发起唤醒报告而造成的信道高占空比，从而避免信道拥塞随节点容量成正比例影响的问题；本专利技术标签集群保证在通信范围内，单网关能管理上万个海量标签节点。针对前述低功耗的问题：本专利技术对应的节点无线收发单元发送功耗大于接收功耗，系统标签节点收发单元周期性唤醒接收通知信号，而非主动发送唤醒报告，极大地减少单节点能耗；网关根据信道访问情况控制标签的通知唤醒时机，避免信道拥塞导致标签节点的数据重传，减少唤醒时间，延长系统使用时间；标签节点大部分时间处于睡眠，保证电池使用效用性。针对前述实时性交付问题：任意时刻，特定标签产生上行数据，随之该节点将通过CSMA机制尽快的将该消息转发至网关；对于下行数据，网关根据信道访问预估评判，“尽快”的去唤醒目的标签，保证下行数据转发的实时性。CSMA(CarrierSenseMulti-Access)工作方式是指标签发送信号前先监听信道是否被占用，没有占用则发送信号，否则随机延时后再监听发送或延时再监听发送的过程。附图说明图1标签系统拓扑结构图图2标签节点工作原理示意图图3标签节点运行状态机图图4网关执行唤醒策略流程图图5标签唤醒过程处理流程图图1中，101表示上位软件系统，102和103分别为网关A和网关B；104、106分别为网关A管理的标签节点；108、110分别为网关B所管理的标签节点；105、107，分别为104标签节点和106标签节点所绑定的对象，如物品库位。图2中，201表示睡眠周期Tsi，202为唤醒通知等待接收时间片大小Tai，203为网关开始发送唤醒通知信号的时间点，204表示任务执行时间片Twi，205表示标签接收到自身节点唤醒通知信号的时间点。图3中，301表示启动状态，302表示组网状态，303表示监听状态，304表示监听超时事件，305表示睡眠周期，306表示睡眠超时事件，307表示任务执行完毕事件，308表示系统激活事件，309表示任务数据传输和任务执行过程。图4中，401表示开始状态，402表示产生影响因子Fa，Fb，Fc过程，403表示产生此次总信道预计评估值Rt过程，404表示Rt为执行信道可用否的输出判定过程，405为信道可用判定，406表示把标签A唤醒通知信号加入至唤醒队列，407表示信道不可用判定，408表示执行是否可进入下一次信道评估判定过程，409表示进入下一次评估判定。410为注释说明，说明402所示的各项影响因子，其中Fa为频道3当前占用因子；Fb为当前所有唤醒项预计对信道3的占用因子；Fc为当前预唤醒项(标签A)预计对信道3的占用因子。图5中，501表示开始状态，502表示唤醒过程状态，503表示醒来事件，504表示监听等待状态，505表示执行通知唤醒否的判定过程，506表示是判定结果，507表示激活标签节点，切换至业务数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大规模无线电子标签系统的数据交付控制方法，该数据交付控制方法使用2个相互独立的信道channelA和channelB，总体流程为：①网关收到标签A的下行数据a；②网关执行新一轮信道访问评估：_1)评估信道channelB当前的访问情况，生成拥塞因子Fa；_2)计算并评估当前唤醒队列中所有唤醒项在下一轮评估前对信道的访问影响情况，生成拥塞因子Fb；_3)评估此次唤醒A后对信道channelB的访问预计，生成拥塞因子Fc；_4)根据Fa，Fb，Fc，产生此次总信道预计评估Rt；③如果Rt归结可得“信道可用”，将A的唤醒通知信号加入唤醒队列；否则，等待进入下一轮信道评估。(上述第②、③步骤见附图4)。④A周期性唤醒后，接收到其通知信号后其无线收发单元切换至信道channelB执行数据传输过程，见附图5。

【技术特征摘要】
1.一种大规模无线电子标签系统的数据交付控制方法，该数据交付控制方法使用2个相互独立的信道channelA和channelB，总体流程为：①网关收到标签A的下行数据a；②网关执行新一轮信道访问评估：_1)评估信道channelB当前的访问情况，生成拥塞因子Fa；_2)计算并评估当前唤醒队列中所有唤醒项在下一轮评估前对信道的访问影响情况，生成拥塞因子Fb；_3)评估此次唤醒A后对信道channelB的访问预计，生成拥塞因子Fc；_4)根据Fa，Fb，Fc，产生此次总信道预计评估Rt；③如果Rt归结可得“信道可用”，将A的唤醒通知信号加入唤醒队列；否则，等待进入下一轮信道评估。(上述第②、③步骤见附图4)。④A周期性唤醒后，接收到其通知信号后其无线收发单元切换至信道channelB执行数据传输过程，见附图5。2.根据权利要求1，所述数据交付控制方法使用2个相互独立的信道channelA和channelB，分别传输唤醒通知信号和业务数据，唤醒通知信号用于通知标签唤醒后取走业务数据，在发送唤醒通知信号之前，对channelB信道执行评估过程。所述评估过程的结果决定网关发送目的标签唤醒通知信号的时机...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈应庄，白位杰，张启飞，涂超凡，
申请(专利权)人：宁波联盛信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33