大容量物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)及物物間實(shí)時通信的實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種大容量物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)及物物間實(shí)時通信的實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，物聯(lián)網(wǎng)在智能照明、智能樓宇、智能家居、智能交通、環(huán)境監(jiān)測、公共安全、城市管理、工業(yè)監(jiān)控等各個行業(yè)，均有大量的實(shí)際應(yīng)用，并帶來了智能、方便、舒適的各種良好用戶體念。
[0003]完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括終端節(jié)點(diǎn)(端)、通信系統(tǒng)(管)、主控制器(云)。通信系統(tǒng)(物物、物與主機(jī)之間的通信系統(tǒng))是實(shí)現(xiàn)物“聯(lián)網(wǎng)”的基礎(chǔ)和核心；物物聯(lián)網(wǎng)后，才能實(shí)現(xiàn)物與物之間、物與主機(jī)之間的信息交互，最終實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的智能化、自動化、實(shí)時的管控功能。
[0004]對于大多數(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，終端(物)的數(shù)量往往很巨大，動輒幾百、甚至成千上萬個。雖然，任意2點(diǎn)(物物、或物主)間的通信帶寬需求，一股都不太；但隨著終端節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，整個網(wǎng)絡(luò)的總帶寬需求一股會成幾何級數(shù)增加。如何實(shí)時的保障，任意物之間、或任意物與主控制器之間的通信請求，是一種挑戰(zhàn)。
[0005]我們以停車場智能照明與車輛引導(dǎo)系統(tǒng)為例，簡單說明下該物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)中，具體的通信需求及通信實(shí)時性要求。
[0006]停車場智能照明與車輛引導(dǎo)系統(tǒng)，是將停車場的照明與車位管理、車輛引導(dǎo)等統(tǒng)一進(jìn)行智能管理的一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)一股包括:
[0007]1、車位檢測器、人體紅外探測、地磁感應(yīng)器、車輛指引屏、LED照明燈等終端，分布在停車場中；數(shù)量一股在幾千甚至數(shù)萬個。2、主控制器、以及多個區(qū)域控制器，并經(jīng)過物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)，將所有終端節(jié)點(diǎn)連接起來。
[0008]停車場物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的通訊需求及實(shí)時性要求一股有:
[0009]1、車位檢測器，將有無停車等信息上報給主控制器；主控制器分區(qū)域統(tǒng)計各區(qū)域、及總的停車數(shù)量，控制路口指引屏的顯示和指引；該通信實(shí)時性要求較低，一股數(shù)秒內(nèi)，完成一輪數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和指引屏的刷新即可。
[0010]2、系統(tǒng)可自動根據(jù)感應(yīng)到的人、或者車輛進(jìn)出情況，實(shí)時的開啟相關(guān)聯(lián)的LED照明燈；該通信的實(shí)時性要求較高，一股需要在10ms左右完成；但相關(guān)聯(lián)的物與物，一股都集中在某個特定區(qū)域內(nèi)；區(qū)域的邊緣交接處，有少量的關(guān)聯(lián)通信需求。
[0011]不同的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，其通信結(jié)構(gòu)千差萬別。一股來說，采用總線級聯(lián)的方式，有利于擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)容量。這里先介紹下KNX通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，這是一種典型的多級總線結(jié)構(gòu)。
[0012]KNX通信系統(tǒng)，通過三級通信總線，實(shí)現(xiàn)了多達(dá)數(shù)萬個終端設(shè)備與主控制器之間的通信；或者通過區(qū)域耦合器、線路耦合器，實(shí)現(xiàn)了任意終端之間的通信。
[0013]其一級總線，實(shí)現(xiàn)了主控制器，和任意區(qū)域耦合器之間通信的物理連接通道；二級總線，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域耦合器與任意線路耦合器之間通信的物理連接通道；三級總線，實(shí)現(xiàn)了線路耦合器與任意終端之間通信的物理連接通道。任意終端與終端之間，均可以通過區(qū)域耦合器、線路耦合器的透傳，實(shí)現(xiàn)物物通信；或者實(shí)現(xiàn)主控制器與任意終端之間的通信。
[0014]總線型通信方式中，由于各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載驅(qū)動能力、節(jié)點(diǎn)間距離等限制，導(dǎo)致每級總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)受限(比如RS485總線，一股只能驅(qū)動32個負(fù)載)。雖然每級總線的節(jié)點(diǎn)數(shù)不多，但KNX通信系統(tǒng)，采用3級總線結(jié)構(gòu)，極大的擴(kuò)展了系統(tǒng)中總的終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量。
[0015]這種多級通信結(jié)構(gòu)，在智能樓宇等系統(tǒng)中有大量應(yīng)用。但是，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，以及應(yīng)用需求往自動化、智慧化(通信需求更多的在物物之間，而不是主物之間)，以及實(shí)時性(更好的用戶體念)，超大容量(多種傳感器、多種受控設(shè)備共存)等方向發(fā)展，以KNX為代表的多級總線通信的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，存在以下待改進(jìn)點(diǎn):
[0016]1、三級通信總線的結(jié)構(gòu)，主物之間、物物之間的通信轉(zhuǎn)發(fā)層級偏多，應(yīng)進(jìn)一步扁平化；比如，采用2級通信總線實(shí)現(xiàn)，省去大量的線路耦合器，降低系統(tǒng)設(shè)計成本。同時，扁平化后，任意終端之間、終端與主控制器之間的通信轉(zhuǎn)接次數(shù)，也將減少，更有利于提高系統(tǒng)通信的實(shí)時性。
[0017]2、KNX通信系統(tǒng)，采用任意終端的主動觸發(fā)事件的模式；若同時有多個終端需發(fā)出通信請求時，采用“CSMA/CD協(xié)議(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測)”來避免總線沖突。該協(xié)議方式，在總線上終端上報信息不頻繁的應(yīng)用場景比較有效。而在大型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，特別是多個感應(yīng)器可能同時受到同一個因素觸發(fā)時，會存在突發(fā)的多個終端節(jié)點(diǎn)的通信請求；此時，沖突檢測協(xié)議，將導(dǎo)致事件觸發(fā)模式的延遲時間大幅度增加，無法達(dá)成實(shí)時通信的目標(biāo)。
[0018]3、區(qū)域耦合器、線路耦合器，只承擔(dān)信息透傳和中繼的功能；對所在區(qū)域的線路耦合器，或線路上的終端，沒有起到管理、控制的作用。
[0019]還有一種“一主多從”的通信模式一一任何從節(jié)點(diǎn)，都不會無序的發(fā)送信息；所有的通信活動，都在主的控制和引導(dǎo)下完成的；該通信方式，所有從節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息的時隙受控，直接避免了總線通信沖突。而一主多從通信協(xié)議也具有其相應(yīng)的問題。
[0020]Modbus協(xié)議(“一主多從”的通信模式)，通過主節(jié)點(diǎn)控制總線的通信節(jié)奏，有效避免了總線沖突；但也存在一些待改進(jìn)點(diǎn):
[0021]1、從節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)之間的通信，需要通過主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行中轉(zhuǎn)，影響通信效率。
[0022]2、若從節(jié)點(diǎn)的數(shù)量過于龐大，那么，主節(jié)點(diǎn)對從節(jié)點(diǎn)的管控難度極大；同時主節(jié)點(diǎn)的中轉(zhuǎn)工作任務(wù)過重。這對主節(jié)點(diǎn)的CPU處理能力，以及總線通信速率的要求都將提高；否則將無法滿足系統(tǒng)實(shí)時性的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種二級總線通信系統(tǒng)，并且針對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中要求的物物之間實(shí)時通信需求提供具體的實(shí)現(xiàn)方法。
[0024]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0025]一種大容量物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)，包括主控制器、多條一級通信總線、與一級通信總線數(shù)量相同的區(qū)域控制器、多條二級通信總線和多個終端，所述主控制器與多條區(qū)域控制器通過一級通信總線連接，每個區(qū)域控制器下均連接多條二級通信總線，在每一個二級通信總線上均連接有多個終端。
[0026]一種基于權(quán)利要求1所述通信系統(tǒng)的物物間實(shí)時通信的實(shí)現(xiàn)方法，所述主控制器通過區(qū)域控制器轉(zhuǎn)發(fā)完成與任一終端之間的通信；同一條二級總線上的終端之間直接經(jīng)過該總線實(shí)現(xiàn)信息交互；同一區(qū)域控制器下、不同二級通信總線上的終端之間通過所述控制器轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)信息交互；不同區(qū)域控制器下的終端之間通過終端所對應(yīng)的區(qū)域控制器各自轉(zhuǎn)發(fā)后實(shí)現(xiàn)信息交互。
[0027]優(yōu)選地，區(qū)域控制器授權(quán)相應(yīng)各條二級通信總線上的任一終端為班長，通過班長進(jìn)行總線上的通信節(jié)奏控制。
[0028]優(yōu)選地，主控制器和任一終端節(jié)點(diǎn)直接通信時，繞過作為班長的終端，直接由區(qū)域控制器作為主控制器與終端節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)通道。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0030]本發(fā)明實(shí)施例中超大容量的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)，通過區(qū)域控制器直接下掛多條二級通信總線，在有效實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的層級扁平化的同時，大幅度提高了系統(tǒng)的終端接入數(shù)量；該通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)降低了通信系統(tǒng)成本，提高了主物、物物之間通信的實(shí)時性。通過區(qū)域控制器授權(quán)班長的模式，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域控制器下掛的多條總線，可以同時進(jìn)行總線通信，極大的提升了系統(tǒng)通信效率，有效的保障了物物、主物之間的通信實(shí)時性；另外，區(qū)域控制器通過授權(quán)管理的模式，也降低了自身的處理性能要求，降低了區(qū)域控制器模塊的成本。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明大容量物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合圖1和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0033]本發(fā)明提供一種二級總線構(gòu)成的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)，主要包括:
[0034]1、主控制器和多個區(qū)域控制器，通過一級通信總線實(shí)現(xiàn)相互通信?？紤]到區(qū)域控制器與主控制器、或區(qū)域控制器之間的通信量較大，一級通信總線，一股采用較高的通訊速率，比如10Mbps。在一級通信帶寬較高的前提下，一級總線上允許的區(qū)域控制器的數(shù)量，就可以進(jìn)一步擴(kuò)大，不必受KNX總線的定義約束；例如:采用Homeplug GP標(biāo)準(zhǔn)的電力線載波通信協(xié)議，總線上可實(shí)現(xiàn)255個節(jié)點(diǎn)共總線通信。
[0035]2、每個區(qū)域控制器，直接下掛多條二級通信總線；8卩:區(qū)域控制器下的終端節(jié)點(diǎn)，可通過不同的總線，直接和區(qū)域控制器通信，實(shí)現(xiàn)了整個通信系統(tǒng)的扁平化。相比于KNX的三級總線系統(tǒng)，本發(fā)明的通信系統(tǒng)，還減少了大量的線路控制器(耦合器)，降低了系統(tǒng)成本。區(qū)域控制器直接下掛多條總線的方式，在降低成本的同時，更簡化了系統(tǒng)通信層級:區(qū)域控制器可與下掛的任意終端節(jié)點(diǎn)直接通信對話。
[0036]終端節(jié)點(diǎn)間實(shí)時通信的實(shí)現(xiàn):
[0037]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的通信協(xié)議，在繼承主從通信系統(tǒng)模式(從節(jié)點(diǎn)的通信節(jié)奏由主節(jié)點(diǎn)控制)的基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)的扁平化，做了進(jìn)一步的發(fā)明和改進(jìn)，保障了主節(jié)點(diǎn)到任意終端、終端與終端之間的通信的實(shí)時性:
[0038]1、主控制器到任意終端之間的通信，通過區(qū)域控制器轉(zhuǎn)發(fā)一次即可完成。因通信層級的扁平化，極大的提高了主控制器與終端之間通信的實(shí)時性。
[0039]2、在同一條二級總線上的終端之間的通信，直接經(jīng)過該總線實(shí)現(xiàn)信息交互。區(qū)域控制器通過授權(quán)班長(管控總線內(nèi)的通信節(jié)奏)模式，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域控制器下的多條總線可并行開展終端之間的通信，有效提升了二級總線上的物物通信實(shí)時性。
[0040]本發(fā)明繼承了一主多從的通信模式，即終端(從節(jié)點(diǎn))的信息發(fā)送節(jié)奏，由主節(jié)點(diǎn)控制。本發(fā)明提供的二級總線結(jié)構(gòu)中，區(qū)域控制器，同時掌管多條二級通信總線。但是，如果由區(qū)域控制器，擔(dān)任多條二級通信總線的主節(jié)點(diǎn)，意味著區(qū)域控制器需同時組織