一种传感器数据传输方法与流程

1.本发明涉及数据通讯技术领域，特别涉及一种传感器数据传输方法。


背景技术：

2.目前，传感器已广泛应用于智能家居、农业种植、环保监测和化工生产等 领域。在监测区域内大量的部署传感器，且通过无线传输的方式进行信息传递 就组成了无线传感器网络，这些传感器通常是通过无线传输的方式与网关进行 信号连接，然后网关再通过公共移动网络等方式连接服务器。
3.现有的传感器(也称为传感器节点)通常可以完成环境监测、目标发现、 位置识别等任务，此外还具有路由、转发、融合、存储其他节点信息等功能。 网关负责连接无线传感器网络和外部网络的通信，实现两种网络通信协议之间 的转换，发送控制命令到传感器网络内部节点，以及传送节点的信息到服务器。 服务器用于接收监测区域的数据，用户可远程访问服务器，从而获得监测区域 内监测目标的状态以及节点和设备的工作情况。
4.单个的传感器节点是由四个模块组成的：传感器模块、处理器模块、无线 通信模块和电源供给模块。传感器模块负责监测区域内的信息采集，并进行 ac/dc转换以供后续模块使用。处理器模块包括处理器和存储器，分别负责处理 节点控制和数据存储工作。无线通信模块负责节点之间的相互通信。电源模块 负责为传感器节点提供能量。这四大模块协同工作，保证节点的正常运行。
5.无线传感器节点需要进行数据的感知采集，为了保证数据采集和告警响应 的及时性，传统的方法是无线传感器节点始终处于连接状态，无线传感器节点 与网关之间的信号连接强度也是影响电池电力消耗的一个关键因素。即在无线 传感器节点与网关之间的信号连接强度较低时，由于存在丢包率较高的情况， 无线传感器节点往往需要无线通信模块更大功率的工作才能够完成相关信息交 互。
6.尤其是在智能家居的这一应用场景下，上述问题往往更为突出。用户在购 置无线传感器节点后，受限于自身的技术能力要求，难以对无线传感器节点进 行有效的维护，因此增加无线传感器节点的使用寿命十分有必要(用户受限于 房屋原始装修限制，难以为每个无线传感器节点均进行独立供电)。在这一应 用场景下，无线传感器节点通常是通过wifi或者蓝牙的方式与家用无线路由器 (网关)进行信息交互的，但是由于无线传感器节点并不是均处于网关信号覆 盖好的区域，对于位于信号覆盖不好的无线传感器节点而言，为保证信息的交 付质量，需要更高功率的工作才能够完成信息的发送，影响电池的使用寿命。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于解决现有的无线传感器节点在位于网关信号不好的区域 时需要发送大量数据，特别是在智能家居场景下无线传感器节点需要发送大量 数据的情况下，影响电池使用寿命的问题。
8.为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
9.一种传感器数据传输方法，其特征在于：无线传感器节点有上行数据传输 时，首先，判断是否需要即时上传？若不需要即时上传，将上行数据存入上行 缓存区；
10.若需要即时上传，判断无线传感器节点与第一网关的信号连接强度超过阈 值否？
11.如果第一网关的信号连接强度超过阈值，则向第一网关发起无线通讯连接 建立请求，建立与第一网关之间的无线通讯连接，所述无线传感器节点将上行 数据及上行缓存区的缓存数据合并为上行数据包发送至第一网关，所述第一网 关将上行数据包发送给服务器；
12.如果无线传感器节点与第一网关的信号连接强度低于阈值，则向第一网关 发起无线通讯连接建立请求，建立与第一网关之间的无线通讯连接，所述无线 传感器节点将上行数据整理为上行数据包发送至第一网关，所述第一网关将上 行数据包发送给服务器；第一网关向无线传感器节点发送第二网关是否在网信 息？若不在网，则无线传感器节点放弃本次发送，发起无线通讯连接断开过程； 若第二网关在网，向第二网关发起无线通讯建立请求，则无线传感器节点将上 行缓存区的数据通过第二网关发送至服务器。
13.一种传感器数据传输方法，其特征在于：无线传感器节点有上行数据传输 时，
14.首先，无线传感器节点判断与第一网关的信号连接强度是否超过阈值？
15.如果信号连接强度超过阈值，再判断上行数据是否需要即时传输？若不需 要，则将上行数据存入上行缓存区；若需要，则向第一网关发起无线通讯连接 建立请求，建立与第一网关之间的无线通讯连接，所述无线传感器节点将上行 数据及上行缓存区的缓存数据合并为上行数据包发送至第一网关；所述第一网 关将上行数据包发送给服务器；
16.如果无线传感器节点与第一网关的信号连接强度低于阈值，再判断上行数 据是否需要即时传输；若不需要，则将上行数据存入上行缓存区；若需要，则 向第一网关发起无线通讯连接建立请求，建立与第一网关之间的无线通讯连接， 所述无线传感器节点将上行数据整理为上行数据包发送至第一网关，所述第一 网关将上行数据包发送给服务器；第一网关向无线传感器节点发送第二网关是 否在网信息？若不在网，则无线传感器节点放弃本次发送，发起无线通讯连接 断开过程；接收到第二网关在网后，向第二网关发起无线通讯建立请求，无线 传感器节点将上行缓存区的数据通过第二网关发送至服务器。
17.作为优选方式，所述传感器数据传输方法，向第二网关发起无线通讯建立 请求后，判断无线传感器节点与第二网关的信号连接强度超过阈值否？若超过， 则无线传感器节点将上行缓存区的数据通过第二网关发送至服务器；若无线传 感器节点与第二网关的信号连接强度未超过阈值，则无线传感器节点放弃本次 发送，发起无线通讯连接断开过程。
18.作为优选方式，所述传感器数据传输方法，所述服务器收到第一个上行数 据包后，判断数据缓存区中是否有给该无线传感器节点的下行数据，如果没有， 则向所述第一网关发送下行数据空包；如果有，则将数据缓存区的下行数据包 发送至所述第一网关直至下行数据传输完成，最后一个下行数据包携带数据传 输完成标记；所述第一网关将下行数据发送给所述无线传感器节点。
19.作为优选方式，所述传感器数据传输方法，所述服务器如果有下行数据发 送时，判断该下行数据的目的无线传感器节点是否已建立无线通讯连接，若是， 则将所述下行数
据通过第一网关发送至目的无线传感器节点，若否，则将所述 下行数据缓存至数据缓存区。
20.作为优选方式，所述传感器数据传输方法，所述无线传感器节点收到下行 数据空包或带有数据传输完成标记的数据包之后，判断上行数据是否传输完 毕？如果是，则无线接入节点发起无线通讯连接断开过程。
21.作为优选方式，所述传感器数据传输方法，其特征在于：所述第一网关为 无线路由器，第二网关为移动智能终端。
22.作为优选方式，所述传感器数据传输方法，所述第二网关为智能手机。
23.作为优选方式，所述传感器数据传输方法，所述第一网关通过服务器反馈 的第二网关是否与服务器连接判断第二网关是否在网。
24.作为优选方式，所述传感器数据传输方法，其中，所述第一网关通过第二 网关是否与第一网关建立无线通讯连接判断第二网关是否在网。
25.作为优选方式，所述传感器数据传输方法，其中，所述无线传感器节点与 第一网关通过wifi信号建立无线通讯连接，与第二网关通过蓝牙信号建立无线 通讯连接。
26.作为优选方式，所述传感器数据传输方法，其中，所述第二网关为支持 2*2mimo-wifi技术的智能手机，所述无线传感器节点通过wifi信号分别与第一 网关和第二网关建立无线通讯连接。
27.本发明所述的传感器数据传输方法，在无线传感器节点产生上行数据后， 若其与第一网关的信号连接强度超过阈值，表明其完成信息的发送并不会浪费 太多的电力，但是频繁的建立和断开无线通讯连接会存在一定的浪费(毕竟每 次都需要认证)，因此需要判断上行数据的及时性。若需要及时传输，则正常 建立连接完成信息传输。若不需要及时传输则存入上行缓存区，等待下一次建 立连接后，合并进行发送，减少一次无线通讯连接的建立和断开的能量浪费。
28.若无线传感器节点所处的位置与第一网关的信号连接强度较低，如果让无 线传感器节点在低信号连接强度的情况下，发送较多的数据，则会严重影响电 池的使用寿命(无线传感器节点的无线模块要么加大功率，要么重复传输，才 保证在丢包率较高的情况的信息正常发送)。因此，本发明还是对上行数据进 行一个及时性的判断，如果确实比较急，为了保证正常工作，也就只能与第一 网关建立无线通讯连接，完成上行数据的信息发送。如果该上行数据不存在及 时性的要求，那么该上行数据也会存入到上行缓存区。在下一次与第一网关建 立无线通讯连接后，根据第一网关反馈的第二网关是否在网的消息，决定是否 将上行缓存区的数据通过第二网关上传，这样的方式就避免了无线传感器节点 勉强(在信号连接强度较低的情况下)发送大量数据(包括及时性的和非及时 性的)，仅需要勉强发送少量(及时性要求高的)的数据。确保电池的电力不 浪费。
29.然后，在第二网关在网后，无线传感器节点在与第二网关的信号连接强度 超过阈值后再进行大量数据的发送。虽然第二网关与无线传感器节点的连接强 度有多种情况，但是还是选择能量浪费最少的方式进行数据传输，减少电池电 力的消耗。避免了无线传感器节点需要在信号不好的情况下发送大量数据，影 响电池使用寿命的问题。
附图说明
30.图1是本发明所述一种传感器数据传输方法的上述数据传输控制方法流程 图；
31.图2是本发明所述一种传感器数据传输方法的下行数据传输控制方法流程 图；图3是本发明所述一种传感器数据传输方法的实施例二的上行数据传输控 制方法流程图。
具体实施方式
32.以下结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的举例说明，但并不能使 用该优选实施例来限定本发明的保护范围。
33.实施例一，本发明所述的一种传感器数据传输方法，其包括：无线传感器 节点有上行数据传输时，首先判断是否需要即时上传，如果不需要即时上传， 将上行数据存入上行缓存区；若需要即时上传，无线传感器节点判断与第一网 关的信号连接强度超过阈值否？若无线传感器节点判断与第一网关的信号连接 强度超过阈值，则向第一网关发起无线通讯连接建立请求，建立与第一网关之 间的无线通讯连接，所述无线传感器节点将上行数据及上行缓存区的暂存数据 合并为上行数据包发送至第一网关，所述第一网关将上行数据包发送给服务器； 如果无线传感器节点判断与第一网关的信号连接强度低于阈值后，建立与第一 网关之间的无线通讯连接，所述无线传感器节点将上行数据整理为上行数据包 发送至第一网关，所述第一网关将上行数据包发送给服务器；第一网关向无线 传感器节点发送第二网关是否在网信息？若不在网，则无线传感器节点放弃本 次发送，发起无线通讯连接断开过程；若第二网关在网，向第二网关发起无线 通讯建立请求，判断无线传感器节点与第二网关的信号连接强度超过阈值否？ 若超过，则无线传感器节点将上行缓存区的数据通过第二网关发送至服务器； 若无线传感器节点与第二网关的信号连接强度未超过阈值，则无线传感器节点 放弃本次发送，发起无线通讯连接断开过程。
34.参见图1，图中展示了本实施例所述的上行数据传输方法，其具体包括以下 步骤：
35.s11，开始，无线传感器节点有上行数据传输，进入下一步；
36.s12，判断是否需要即时上传？若不是，进入下一步；若是，进入步骤s14；
37.s13，将上行数据存入缓存上行数据缓存区中；
38.s14，判断与第一网关的信号连接强度是否超过阈值？若不是，进入步骤 s16，若是，进入步骤s15，
39.s15，判断上行缓存区的上行缓存数据是否为空？若是进入步骤s16，若不 是，进入步骤s115；
40.s16，向第一网关发起无线通讯连接建立请求，进入下一步；
41.s17，建立与第一网关之间的无线连接，进入下一步；
42.s18，无线传感器节点将上行数据打包发送至第一网关，进入下一步；
43.s19，第一网关将上行数据包发送至服务器，进入下一步；
44.s110,第一网关向无线传感器节点发送第二网关是否在网信息，判断第二 网关是否在网？若在网，进入下一步；若不是，进入步骤s114；
45.s111，向第二网关发起无线通讯连接建立请求，进入下一步；
46.s112，判断与第二网关的信号连接强度是否超过阈值？若是，进入下一步， 若不
是，进入步骤s114；
47.s113，将上行缓存区的缓存数据通过第二网关发送至服务器；
48.s114，放弃本次发送，发起无线通讯连接断开过程；
49.s115，向第一网关发起无线通讯连接建立请求，进入下一步；
50.s116，建立与第一网关之间的无线连接，进入下一步；
51.s117，无线传感器节点将上行数据以及上行缓存数据合并打包发送至第一 网关，进入下一步；
52.s118，第一网关将上行数据包发送至服务器。
53.具体使用时，在无线传感器节点选用的是通过wifi(在其他实施例中，无 线传感器节点就可以选用通过蓝牙、z igbee等方式，只要与第二网关对应即可) 分别与第一网关(本实施例中选用的是无线路由器)和第二网关(本实施例中 选用的是支持2*2mimo-wifi技术的智能手机，在其他实施例中，可以选用支持 蓝牙和wifi的智能手机)建立信号连接的光照强度传感器，主要用于采集室外 的光照强度。产生上行数据的逻辑为，在室内有人时(比如说有个开关，手动 开启)采集室外光照强度变化是否超过阈值，超过后及时向第一网关反馈。在 使用阶段，由于光照强度发生变化，无线传感器节点产生上行数据，此时其判 断与第一网关的信号连接强度超过阈值，表明其完成信息的发送并不会浪费太 多的电力，需要及时传输，则正常建立连接完成信息传输。
54.若判断不需要及时传输(即室内无人启动开关，当然这个具体的判断逻辑 很多，本领域技术人员可以根据实际情况设置)则存入上行缓存区，等待下一 次建立连接后，合并进行发送，减少一次无线通讯连接的建立和断开的能量浪 费。
55.需要说明的是服务器收到第一个上行数据包后，判断数据缓存区中是否有 给该无线传感器节点的下行数据，如果没有则向所述第一网关发送下行数据空 包，如果有则将数据缓存区的下行数据包发送至所述第一网关直至下行数据传 输完成，最后一个下行数据包携带数据传输完成标记；所述第一网关将下行数 据发送给所述无线传感器节点。所述无线传感器节点收到下行数据空包或带有 数据传输完成标记的数据包之后，如果上行数据传输完毕，则无线接入节点发 起无线通讯连接断开过程。
56.最好，当服务器有下行数据发送时，判断该下行数据的目的无线传感器节 点是否已建立无线通讯连接，若是，则将所述下行数据通过第一网关发送至目 的无线传感器节点，若否，则将所述下行数据缓存至数据缓存区。
57.最好，在下行数据的目的无线传感器节点是否已建立无线通讯连接后，判 断无线传感器节点所处的位置与第一网关的信号连接强度是否超过阈值？若信 号连接强度超过阈值，则将所述下行数据通过第一网关发送至目的无线传感器 节点，若信号连接强度较低、未超过阈值，则将所述下行数据缓存至数据缓存 区。如果让无线传感器节点在低信号连接强度的情况下，发送较多的数据，则 会严重影响电池的使用寿命(无线传感器节点的无线模块要么加大功率，要么 重复传输，才保证在丢包率较高的情况的信息正常发送)。
58.参见图2，图中展示了本实施例中下行数据一种较佳的传输方法，其具体 包括以下步骤：
59.s21，开始，服务器接收到传感器节点的第一个上行数据包时，进入下一步；
60.s22，判断下行缓存区是否有给该传感器节点的下行数据？若果没有，进入 下一步
s23，如果有，进入步骤s24；
61.s23，向第一网关发送下行数据空包；
62.s24，该传感器节点是否已经建立了无线通讯连接？如果是，进入步骤s25， 如果不是，进入步骤s26；
63.s25，判断与第一网关的信号连接强度是否超过阈值？若不是，进入步骤 s26；若果是，进入s27，
64.s26，将下行数据存入下行缓存区；
65.s27，将下行数据包发送至第一网关，进入下一步；
66.s28，判断是否为最后一个下行数据包？若是，进入下一步，若不是，进入 步骤s27；
67.s29，将最后下行数据包携带数据传输完成标记，进入下一步；
68.s210，第一网关将下行数据发送给无线传感器节点，进入下一步；
69.s211，判断是否收到下行数据空包或者携带数据传输完成标记的数据包？ 若是，进入下一步，若不是，进入s27
70.s212，判断上行数据是否传输完成？若是，进入下一步，如果不是，进入 s111或s118；
71.s213，发起无线通讯连接断开过程。
72.本实施例中，上行数据传输时，首先是对上行数据进行一个即时性的判断， 如果确实比较急，为了保证正常工作，也就只能与第一网关建立无线通讯连接， 完成信息的发送。如果该上行数据不存在即时性的要求，那么该上行数据也会 存入到上行缓存区。在下一次与第一网关建立无线通讯连接后，根据第一网关 反馈的第二网关是否在网的消息，决定是否将上行缓存区的数据通过第二网关 上传，这样的方式就避免了无线传感器节点勉强(在信号连接强度较低的情况 下)发送大量数据(包括及时性的和非及时性的)，仅需要勉强发送少量(及 时性要求高的)的数据。确保电池的电力不浪费。
73.需要说明的是，第一网关通过第二网关是否与第一网关建立无线通讯连接 判断第二网关是否在线。在其它实施例中，第一网关也可以通过服务器反馈的 第二网关是否与服务器连接判断第二网关是否在线，第二网关实际可以是与第 一网关wifi连接后，通过第一网关向服务器发送相关数据。在又一实施例中， 第二网关实际上也可以通过3g/4g/5g等方式直接与服务器建立无线通讯连接。
74.然后，在第二网关在网，且无线传感器节点在与第二网关的信号连接强度 超过阈值后再进行大量数据的发送。虽然第二网关与无线传感器节点的连接强 度有多种情况，但是还是选择能量浪费最少的方式进行数据传输，减少电池电 力的消耗。
75.实施例二，参见图3，图中展示了一种上行数据传输方法，其具体包括以下 步骤：
76.s1，开始，无线传感器节点有上行数据传输，进入下一步；
77.s2，判断与第一网关的信号连接强度是否超过阈值？若是，进入步骤s14， 若不是，进入下一步；
78.s3，判断是否需要即时上传？若不是，进入下一步；若是，进入步骤s5；
79.s4，将上行数据存入缓存上行数据缓存区中；
80.s5，向第一网关发起无线通讯连接建立请求，进入下一步；
81.s6，建立与第一网关之间的无线连接，进入下一步；
82.s7，无线传感器节点将上行数据打包发送至第一网关，进入下一步；
83.s8，第一网关将上行数据包发送至服务器，进入下一步；
84.s9,判断第二网关是否在网？若是，进入下一步；若不是，进入步骤s13；
85.s10，向第二网关发起无线通讯连接建立请求，进入下一步；
86.s11，判断与第二网关的信号连接强度是否超过阈值？若是，进入下一步， 若不是，进入步骤s13；
87.s12，将上行缓存区的缓存数据通过第二网关发送至服务器；
88.s13，放弃本次发送，发起无线通讯连接断开过程；
89.s14，判断是否需要即时上传？若不是，进入s4；若是，进入下一步；
90.s15，判断上行缓存区的上行缓存数据是否为空？若是，进入步骤s5，若不 是，进入下一步；
91.s16，向第一网关发起无线通讯连接建立请求，进入下一步；
92.s17，建立与第一网关之间的无线连接，进入下一步；
93.s18，无线传感器节点将上行数据以及上行缓存数据合并打包发送至第一网 关，进入下一步；
94.s19，第一网关将上行数据包发送至服务器。
95.本实施例中，当无线传感器节点有上行数据传输时，
96.首先，判断无线传感器节点与第一网关的信号连接强度超过阈值否？
97.如果超过阈值，然后，再判断上行数据是否需要即时传输，若不需要，则 将上行数据存入上行缓存区；若需要，则向第一网关发起无线通讯连接建立请 求，建立与第一网关之间的无线通讯连接，所述无线传感器节点将上行数据及 上行缓存区的暂存数据合并为上行数据包发送至第一网关；所述第一网关将上 行数据包发送给服务器；
98.如果无线传感器节点与第一网关的信号连接强度低于阈值，判断上行数据 是否需要即时传输，若不需要，则将上行数据存入上行缓存区；若需要，则向 第一网关发起无线通讯连接建立请求，建立与第一网关之间的无线通讯连接， 所述无线传感器节点将上行数据(不包括缓存去的缓存数据)整理为上行数据 包发送至第一网关；所述第一网关将上行数据包发送给服务器；第一网关向无 线传感器节点发送第二网关是否在网信息，当接收到第二网关在网后，向第二 网关发起无线通讯建立请求，若无线传感器节点与第二网关的信号连接强度超 过阈值，则无线传感器节点将上行缓存区的数据通过第二网关发送至服务器； 若无线传感器节点与第二网关的信号连接强度未超过阈值，则无线传感器节点 放弃本次发送，发起无线通讯连接断开过程。
99.因此，本发明所述的传感器数据传输方法，无论是在信号强弱的状态下， 对上行数据进行一个即时性的判断是必要的，如果确实比较急，为了保证正常 工作，也就只能与第一网关建立无线通讯连接，完成信息的发送。如果该上行 数据不存在即时性的要求，那么该上行数据也会存入到上行缓存区。在下一次 与第一网关建立无线通讯连接后，根据第一网关反馈的第二网关是否在网的消 息，决定是否将上行缓存区的数据通过第二网关上传，这样的方式就避免了无 线传感器节点勉强(在信号连接强度较低的情况下)发送大量数据(包括及时 性的和非及时性的)，仅需要勉强发送少量(及时性要求高的)的数据。确保 电池的电力不浪费。
100.以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本发明旨在提供一 种传感器数据传输方法，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定 的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，例如变换判断步骤的 顺序等，但都将落入本发明的保护范围之内。