基于代理設備的低功耗物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種無線通信領域的技術，具體是一種基于代理設備的低功耗物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)方法，用于W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)中長數(shù)據(jù)周期的W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備通過W1-Fi代理物聯(lián)網(wǎng)設備、經(jīng)W1- Fi接入點、與互聯(lián)網(wǎng)服務器進行低功耗的數(shù)據(jù)交換。
【背景技術】
[0002]物聯(lián)網(wǎng)，即Internet Of Things (1T)。物聯(lián)網(wǎng)設備可以是各種信息傳感器和控制器，也可以是各種智能化的家用電器。物聯(lián)網(wǎng)設備通過多種方式接入互聯(lián)網(wǎng)，形成的一個巨大網(wǎng)絡，實現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)從人向物的延伸。
[0003]W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)接入方式是應用最廣，成本最低，可擴展性最好的物聯(lián)網(wǎng)接入方式之一。通常，W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)設備直接通過W1- Fi接入點(AP，Access Point，也稱為W1-Fi熱點或無線路由器)接入網(wǎng)絡，與互聯(lián)網(wǎng)服務器進行數(shù)據(jù)交換。
[0004]然而，大部分的W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備功能較單一，數(shù)據(jù)交換量不大，而且，很多時候，W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備產(chǎn)生數(shù)據(jù)和需要與互聯(lián)網(wǎng)服務器交換數(shù)據(jù)包的周期很長，如數(shù)小時乃至數(shù)天。假設，長數(shù)據(jù)周期W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備與服務器經(jīng)IP層鏈路進行數(shù)據(jù)交換，一般有以下兩種方式:1) 一直維持該設備經(jīng)W1- Fi接入點與服務器之間的IP層鏈路，需要持續(xù)發(fā)包以維持該鏈路，防止超時斷開；2)在每次需要交換數(shù)據(jù)包時，經(jīng)W1-Fi接入點重新與互聯(lián)網(wǎng)服務器建立IP層及以上鏈路。
[0005]對于一般靠電池設備供給能量的長數(shù)據(jù)周期的W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備來說，以上兩種方式將大部分的數(shù)據(jù)交換和設備能量用在了非有效數(shù)據(jù)的交換，在冗余數(shù)據(jù)上消耗了太多能量，是不合理的。因此，長數(shù)據(jù)周期的W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備需要一種新的管理方式，以適應應用中的低功耗需求。
[0006]而且，雖然W1- Fi接入點可以對休眠設備的數(shù)據(jù)進行緩存，等待休眠設備醒來時再進行發(fā)送，但是若W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模較大，W1- Fi接入點的緩存管理負擔也會較大，并在超過一定時間后W1- Fi接入點會丟棄緩存數(shù)據(jù)。
[0007]經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN104206001A公開(公告)日2014.12.10，公開了一種用于無線局域網(wǎng)(WLAN)的接入點，可以更好地管理休眠W1-Fi設備的緩存數(shù)據(jù)傳輸，降低休眠設備的數(shù)據(jù)傳輸功耗。
[0008]中國專利文獻號CN103546909A公開(公告)日2014.01.29，公開了一種WLAN網(wǎng)絡中基于802.1lu協(xié)議的終端節(jié)能功耗管理方法，該技術中終端STA只處于激活狀態(tài)或睡眠狀態(tài)，AP為接入終端STA緩存數(shù)據(jù)，AP和終端STA之間通過802.1lu協(xié)議中的GAS信令進行信息交換，一次傳輸周期內有緩存數(shù)據(jù)的終端STA都能獲取一次接收數(shù)據(jù)的機會。
[0009]但以上兩種技術試圖基于802.11協(xié)議族，來進行局部的省電優(yōu)化，有以下兩個問題:
[0010]a)低功耗物聯(lián)網(wǎng)設備仍然需要和處于云端的服務器建立和保持IP層的連接關系，這會消耗電池供電設備寶貴的能量。
[0011]b)以上兩種技術中休眠W1- Fi設備受限于802.11協(xié)議要求，醒來的周期必須在正常W1-Fi鏈接可處理范圍內，如數(shù)秒至數(shù)分鐘，為了維持此W1-Fi連接，也要消耗長數(shù)據(jù)周期電池供電的W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備的能量。總之，以上兩種技術沒有針對長數(shù)據(jù)周期的W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)設備的特點沒有將處于云端的服務器和其他W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)設備考慮進來進行系統(tǒng)性優(yōu)化。
【發(fā)明內容】
[0012]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提出一種基于代理設備的低功耗物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)方法，通過代理設備來實現(xiàn)長數(shù)據(jù)周期的W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備經(jīng)W1-Fi接入點、與互聯(lián)網(wǎng)服務器之間數(shù)據(jù)交換，并且不必對W1- Fi接入點進行任何改造。
[0013]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0014]本發(fā)明涉及一種基于W1-Fi代理設備的低功耗物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)方法，首先將代理設備與至少一個W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)設備預先建立低功耗W1- Fi MAC層鏈接，當W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)設備需要與互聯(lián)網(wǎng)服務器(如物聯(lián)網(wǎng)云端服務器)進行數(shù)據(jù)交換時，將數(shù)據(jù)加載于MAC層定義的包載荷(payload)結構中，通過所述低功耗W1-Fi MAC層鏈接與代理設備進行數(shù)據(jù)預交換，并在預交換完成后進入低功耗休眠狀態(tài)(關閉無線收發(fā)部分等)，并由代理設備將預交換收到的數(shù)據(jù)通過MAC層包載荷中指定的IP地址和高層協(xié)議(如TCP)，經(jīng)IP層及以上鏈路轉發(fā)給互聯(lián)網(wǎng)服務器。
[0015]所述的W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)設備僅與代理設備建立低功耗W1- Fi MAC層鏈接，沒有普通W1-Fi鏈接IP層及以上的鏈路，因為該鏈接執(zhí)行的是私有協(xié)議，可根據(jù)需要設置一個很大的最大蘇醒周期(如數(shù)百小時)，可以保證在長數(shù)據(jù)周期W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備的休眠中，該低功耗W1- Fi MAC層鏈接不會斷開，該低功耗W1- Fi MAC層鏈接通過常規(guī)標準W1- FiMAC層鏈接的認證加密建立得到或通過非標準私有定義的MAC層鏈接建立得到。
[0016]所述的代理設備使用標準的802.11協(xié)議連接W1-Fi接入點從而連接到互聯(lián)網(wǎng)服務器。
[0017]所述的MAC層包載荷包括:數(shù)據(jù)部分以及封裝于其外部的載荷頭(服務器IP地址和高層協(xié)議類型)，其中:數(shù)據(jù)部分包括數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)體和休眠標志，代理設備根據(jù)MAC層包載荷中的IP地址決定轉發(fā)數(shù)據(jù)的路徑，根據(jù)高層協(xié)議類型決定高層的鏈路。
[0018]所述的數(shù)據(jù)部分加載傳感器測量數(shù)據(jù)、設備休眠啟動/結束信號、控制命令、控制命令回復、事件通知等多種數(shù)據(jù)，并可根據(jù)應用場景具體定義。
[0019]所述的代理設備通過以下方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉發(fā):
[0020]I)代理設備通過不間斷發(fā)包的方式始終保持至互聯(lián)網(wǎng)服務器的IP層及以上鏈路，當代理設備接收到來自W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)設備的預交換數(shù)據(jù)后，直接在上述鏈路中轉發(fā)預交換數(shù)據(jù)至互聯(lián)網(wǎng)服務器；
[0021]2)當代理設備接收到來自W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備的預交換數(shù)據(jù)后，重新建立與互聯(lián)網(wǎng)服務器的鏈路連接(如重建經(jīng)W1-Fi接入點至服務器的IP層及以上鏈路)，然后在上述鏈路中轉發(fā)預交換數(shù)據(jù)至互聯(lián)網(wǎng)服務器。
[0022]3)當互聯(lián)網(wǎng)服務器有互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通過鏈路(經(jīng)W1-Fi接入點)發(fā)送至W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備時，當該W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)設備處于低功耗休眠狀態(tài)時，則通過代理設備作為數(shù)據(jù)接收端對上述數(shù)據(jù)進行緩存，并在W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備的當前低功耗休眠狀態(tài)結束后，在之前建立的低功耗W1-Fi MAC層鏈接上傳輸緩存的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。
[0023]所述的代理設備與W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)設備可以通過以下方式實現(xiàn)對低功耗休眠狀態(tài)的跟蹤，具體為:
[0024]A)當W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備即將進入低功耗休眠狀態(tài)時，在發(fā)送的MAC包載荷中加載向代理設備發(fā)送的休眠啟動信號；
[0025]B)當W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)設備退出低功耗休眠狀態(tài)并需要在之前建立的低功耗W1- FiMAC層鏈接上傳輸數(shù)據(jù)時，在發(fā)送的MAC包載荷中加載并發(fā)送休眠結束信號；
[0026]C)代理設備周期性地監(jiān)聽上述休眠啟動信號和休眠結束信號，并相應啟動該代理設備與互聯(lián)網(wǎng)服務器的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)緩存過程或預交換數(shù)據(jù)轉發(fā)過程。
[0027]當W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)設備休眠結束，準備傳輸數(shù)據(jù)時，如休眠時間未超過低功耗W1-Fi MAC層鏈接的最大蘇醒周期，則該設備與物聯(lián)網(wǎng)代理設備的低功耗W1-Fi MAC層鏈接未斷開，可直接在原低功耗W1- Fi MAC層鏈接進行數(shù)據(jù)預交換；
[0028]當休眠時間超過低功耗W1-Fi MAC層鏈接設置的最大蘇醒周期，則該設備與物聯(lián)網(wǎng)代理設備的低功耗W1- Fi MAC層鏈接已經(jīng)斷開，需要先按上述的低功耗W1-Fi MAC層鏈接建立的過程建立該鏈接，再在低功耗W1-Fi MAC層鏈接上進行數(shù)據(jù)預交換。
[0029]為了達到最優(yōu)的低功耗模式，該連接的最大蘇醒周期可以根據(jù)應用場景，設置為一個合適的時間，盡量減少低功耗W1-Fi MAC層連接的重建。
[0030]所述的W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)設備的低功耗休眠狀態(tài)采用但不限于數(shù)小時、數(shù)天或數(shù)月，該低功耗休眠狀態(tài)的結束可以是周期性的，如設置家庭溫度監(jiān)控網(wǎng)絡的W1-Fi溫度傳感器每4小時采集一次當前溫度；也可以是非周期性的，如W1- Fi照明開關被用戶觸碰。
[0031]優(yōu)選情況下，當長數(shù)據(jù)周期W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備需要進行自身軟件更新時
[0032]i)利用所述低功耗W1-Fi MAC層鏈接，通過代理設備從互聯(lián)網(wǎng)服務器獲得更新軟件；
[0033]ii)ff1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備經(jīng)過與AP的正常W1-Fi鏈接連接到互聯(lián)網(wǎng)服務器，并獲得更新軟件。
[0034]所述的W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備包括但不限于:W1-Fi溫度傳感器、W1-Fi濕度傳感器等W1-Fi傳感設備和數(shù)據(jù)采集設備，W1-Fi照明開關、W1-Fi采暖(地暖)開關等開關設備。
[0035]所述的代理設備包括但不限于:帶電力線供電的W1-Fi照明設備、W1-Fi插座等有充足供電的W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)設備。
【附圖說明】
[0036]圖1為實施例結構示意圖。
[0037]圖2為MAC層包載荷結構示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0039]如圖1所示，本實施例涉及一種低功耗物聯(lián)網(wǎng)架構，包括:代理設備、W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)設備以及與之通過無線連接的互聯(lián)網(wǎng)服務器，其中:代理設備內設有緩沖存儲器。
[0040]所述的代理設備和W1- Fi物聯(lián)網(wǎng)設備支持低功耗W1- Fi鏈接、可以支持數(shù)據(jù)傳輸?shù)某L間隔時間的功能，可以與長數(shù)據(jù)周期的W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備進行數(shù)據(jù)交換。
[0001]所述的物聯(lián)網(wǎng)代理設備不限于具備額外完整的W1-Fi物聯(lián)網(wǎng)設備功能，可以