一种基于智能物联网设备软件算法的无线自适应通信方法与流程

1.本发明涉及物联网应用的技术领域，尤其涉及一种基于智能物联网设备软件算法的无线自适应通信方法。


背景技术：

2.物联网技术应用于社会经济发展的各个领域，引发和带动了社会生产力、生产方式和生活方式的深刻变革。通信技术作为物联网的重要组成部分，能将物联网感知到的信息数据在不同的终端之间进行高效传输和交换，实现信息资源的互通和共享，依据现有通信形式划分，通信技术分为有线通信和无线通信，鉴于物联网应用场景的广泛性，目前应用较多的是无线通信技术，例如nb-iot、蓝牙、lora、zigbee、wi-fi等。
3.随着物联网接入的设备数量增多，接入的无线通信方式多样，物联网通信体系中逐渐形成了多种无线通信方式共存的局面。因此，为满足不同应用场景下多种异构网络的需求，物联网终端需使用接口丰富的高性能cpu，但传统的一种无线通信模式需要一套通信硬件和软件相匹配，目前的cpu芯片无法支持众多的无线通信接口，各通信接口之间不能共存，影响各设备之间的互联互通和互操作性。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明解决的技术问题是：传统无法满足不同应用场景下多种异构网络的需求，无线通信模式需要一套通信硬件和软件相匹配，目前的cpu芯片无法支持众多的无线通信接口，各通信接口之间不能共存，影响各设备之间的互联互通和互操作性。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：采集各个无线接口的硬件接口信息，选择同一种电平供电和串口通讯，得到可操作的无线模组；分别整理各模组之间的at指令流程，并将无线模组信息存储于内存中，并利用匹配算法模型与所述at指令相匹配；将所述at指令发送至at指令识别模块，若收到正确回复则继续逐级发送所述at指令，识别其所属通信模块；初始化所述通信模块，并进行数据的收发。
8.作为本发明所述的基于智能物联网设备软件算法的无线自适应通信方法的一种优选方案，其中：所述各个模组之间的at指令流程包括，定义nb-iot at流程为：at、at 1、at 2、
…
、at 10；定义loraat流程为：at、at 11、at 12、
…
、at 20；定义wi-fi at流程为：at、at 21、at 22、
…
、at 30；定义zigbee at流程为：at、at 31、at 32、
…
、at 40；
…
定义第n种模块at流程为：at、at n01、at n02、
…
、at nxx；其中，n、xx为不同模块at指令整理个数。
9.作为本发明所述的基于智能物联网设备软件算法的无线自适应通信方法的一种优选方案，其中：所述匹配算法模型包括，
[0010][0011]
其中，r
(n)
(k)表示自相关函数，表示匹配函数，表示样本特征值。
[0012]
作为本发明所述的基于智能物联网设备软件算法的无线自适应通信方法的一种优选方案，其中：所述自相关函数r
(n)
(k)包括，
[0013][0014]
其中，k为正整数。
[0015]
作为本发明所述的基于智能物联网设备软件算法的无线自适应通信方法的一种优选方案，其中：计算所述at指令发送链路的可使用的概率包括，
[0016]
定义所述链路可使用状态时长平均值和不可用状态时长平均值为x1和x2，所述概率为：
[0017][0018]
其中，p表示可使用概率。
[0019]
作为本发明所述的基于智能物联网设备软件算法的无线自适应通信方法的一种优选方案，其中：所述at识别模块中的识别算法模型包括弹性匹配算法模型、人工神经网络算法模型、支持向量机算法模型以及主成分分析算法模型。
[0020]
作为本发明所述的基于智能物联网设备软件算法的无线自适应通信方法的一种优选方案，其中：所述通信模组包括模组nb-iot、模组lora、模组wi-fi、模组zigbee。
[0021]
作为本发明所述的基于智能物联网设备软件算法的无线自适应通信方法的一种优选方案，其中：还包括，根据最佳匹配优先原则发送at 1，看是否收到正确回复，若收到正确回复，继续发送at 2，若收到正确回复，则识别到模组nb-iot，记录下识别到所述模组nb-iot；若规定时间内无收到正确回复，根据最佳匹配优先原则发送at 11，若收到正确回复，则识别模组为lora；后面处理则同所述模组nb-iot一致，若at 11也无收到回复，则结束运行，查明是否为at流程整理错误；若at 1无收到正确回复，则根据最佳匹配优先原则继续发送at 21识别所述模组wi-fi，根据最佳匹配优先原则发送at 31识别zibee模组。
[0022]
本发明的有益效果：针对物联网应用场景中cpu通信接口资源短缺问题，提出了多种无线通讯方式自适应算法，采用at指令识别多种无线通信模块，转变了传统的一种无线通信需配置一套硬件和软件的设计思路，节约了生产成本，简化了现场运维。
附图说明
[0023]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0024]
图1为本发明一个实施例提供的一种基于智能物联网设备软件算法的无线自适应
通信方法的基本流程示意图
[0025]
图2为本发明一个实施例提供的一种基于智能物联网设备软件算法的无线自适应通信方法的模拟实验网络拓扑结构示意图。
具体实施方式
[0026]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
[0027]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0028]
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0029]
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0030]
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0031]
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0032]
实施例1
[0033]
参照图1，为本发明的一个实施例，提供了一种基于智能物联网设备软件算法的无线自适应通信方法，包括：
[0034]
s1：采集各个无线接口的硬件接口信息，选择同一种电平供电和串口通讯，得到可操作的无线模组；
[0035]
需要说明的是，选择同一种电平供电和串口通讯：可选择ttl串口接口实现cpu与模组通讯，保证硬件可以操作无线模组。
[0036]
s2：分别整理各模组之间的at指令流程，并将无线模组信息存储于结构体中，并利用匹配算法模型与at指令相匹配；
[0037]
需要说明的是，通信模组包括模组nb-iot、模组lora、模组wi-fi、模组zigbee等无线模组。
[0038]
各个模组之间的at指令流程包括：
[0039]
定义nb-iot at流程为：at、at 1、at 2、
…
、at 10；
[0040]
定义lora at流程为：at、at 11、at 12、
…
、at 20；
[0041]
定义wi-fi at流程为：at、at 21、at 22、
…
、at 30；
[0042]
定义zigbee at流程为：at、at 31、at 32、
…
、at 40。
[0043]
…
[0044]
定义第n种模块at流程为：at、at n01、at n02、
…
、at nxx；
[0045]
其中n、xx为不同模块at指令整理个数。
[0046]
具体的，自适应at识别首先进行模型匹配，获得当前最可能的无线通信方式，进行发送at指令，若回复正确，筛选出下一步最匹配指令，直至发送完成，识别到模块，若运行过程，模块已更换修改，可继续增加一个样本经行算法更新，选择最佳匹配模块经行at指令配置。
[0047]
进一步的，匹配算法模型包括：
[0048][0049]
其中，r
(n)
(k)表示自相关函数，表示匹配函数，表示样本特征值。
[0050]
其中，自相关函数r
(n)
(k)包括：
[0051][0052]
其中，k为正整数。
[0053]
s3：将at指令发送至at指令识别模块，若收到正确回复则继续逐级发送at指令，识别其所属通信模块；
[0054]
需要说明的是，at识别模块中的识别算法模型包括弹性匹配算法模型、人工神经网络算法模型、支持向量机算法模型以及主成分分析算法模型。
[0055]
具体的，利用弹性匹配算法模型计算得出的多个相似度均小于预设定的阈值时，说明弹性匹配算法模型与当前识别模块场景不匹配，此时切换至人工神经网络算法模型，当利用人工神经网络算法模型计算得出的多个相似度中其中一个相似度大于预设定的阈值时，说明弹性匹配算法模型与当前识别模块场景匹配，则人工神经网络算法模型对当前at指令进行识别，识别其所属通信模块，，实现了at指令与当前通信模块的自适应匹配，提高识别的精确度。
[0056]
进一步的，发送at识别模块，查看是否接收正确回复，否则无模块，结束运行，若回复正确则进行下一步：
[0057]
根据最佳匹配优先原则发送at 1，看是否收到正确回复，若收到正确回复，继续发送at 2，若收到正确回复，则识别到模组nb-iot，记录下识别到所述模组nb-iot；
[0058]
若规定时间内无收到正确回复，根据最佳匹配优先原则发送at 11，若收到正确回复，则识别模组为lora；
[0059]
后面处理则同所述模组nb-iot一致，若at 11也无收到回复，则结束运行，查明是否为at流程整理错误；
[0060]
若at 1无收到正确回复，则根据最佳匹配优先原则继续发送at 21识别所述模组
wi-fi，根据最佳匹配优先原则发送at 31识别zibee模组。
[0061]
s4：初始化通信模块，并进行数据的收发。
[0062]
需要说明的是，计算at指令发送链路的可使用的概率包括：
[0063]
定义链路可使用状态时长平均值和不可用状态时长平均值为x1和x2，概率为：
[0064][0065]
其中，p表示可使用概率。
[0066]
具体的，p可用来衡量此算法对模块的识别效率值，p趋近1表示能识别且对模块识别效率极高，p趋近0表示对模块识别效率极低或者未能成功识别。
[0067]
本发明针对物联网应用场景中cpu通信接口资源短缺问题，提出了多种无线通讯方式自适应算法；采用at指令识别多种无线通信模块，转变了传统的一种无线通信需配置一套硬件和软件的设计思路，节约了生产成本，简化了现场运维。
[0068]
实施例2
[0069]
参照图2为本发明另一个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种基于智能物联网设备软件算法的无线自适应通信方法的验证测试，为对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例采用传统技术方案与本发明方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。
[0070]
模拟过程的网络拓扑图如图2所示，定义每个数据流都是无线类型，无线通道的传输速率为2mbps，其中，实时业务cbr第一类应用和第二类应用数据包大小分别为16bytes和100bytes，第三类应用即非实时业务ftp数据包大小为500bytes，超帧长度为16ms，自适应机制、dcf机制和pcf机制的仿真参数如表1～4所示：
[0071]
表1：自适应机制仿真参数设置表。
[0072][0073]
表2：每个站点的配置参数表。
[0074][0075][0076]
表3：dcf仿真参数设置表。
[0077]
slottime20μsrtsthreshold0bytessifs10μsmpdu length1024bytespifs30μsrts length20bytesdifs50μscts length16bytescwmin31ack length16bytes
cwmax1023bandwidth2mbpsccatime10μspreamblelength144bitheaderlength48bits
ꢀꢀ
[0078]
表4：pcf仿真参数设置表。
[0079]
slottime20μsbeacon length20bytessifs10μscf-poll length16bytespifs30μscf-null length16bytesdifs50μscf-end length10bytesbandwidth2mbps
ꢀꢀ
[0080]
其仿真实验结果如表5示：
[0081]
表5：实验结果对比表。
[0082]
实验样本传统方法本发明方法生产成本高低时延15ms0.8ms识别效率83％96％
[0083]
从上表可知，本发明方法相较于传统方法有较好的鲁棒性。
[0084]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。