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    WEN技術(shù)在電梯物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

    2014-06-26 20:48:25曹石
    新媒體研究 2014年10期
    關(guān)鍵詞:無線傳感器物聯(lián)網(wǎng)

    曹石

    摘 要 電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可靠運行需要成熟穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和可靠的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制的支持。本文主要以電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層為對象,介紹傳感層網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)中各角色的作用;介紹傳感層數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制,包括數(shù)據(jù)傳輸方式及數(shù)據(jù)包路由原則。

    關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng);WEN;無線傳感器

    中圖分類號:TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)10-0077-01

    現(xiàn)有的電梯物聯(lián)網(wǎng),傳感層網(wǎng)絡(luò)一般采用單點方式,即一臺電梯為一個網(wǎng)絡(luò),采用的網(wǎng)絡(luò)一般為GPRS,成本較高,且對物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器提出更高要求,因為需要為每臺電梯創(chuàng)建一個連接,這對服務(wù)器硬件和部署架構(gòu)要求很高,不適合推廣應(yīng)用。

    本文提出的電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)運用分布式設(shè)計方法,采用WEN電梯專用無線技術(shù),以區(qū)域為單位組建無線局域網(wǎng),將數(shù)據(jù)集中到數(shù)據(jù)匯總單元,這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一方面方便擴(kuò)展,另一方面大大提高了性價比。

    1 電梯物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則為“分散控制、集中管理”。網(wǎng)絡(luò)形式包含有線和無線通訊方式。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計的出發(fā)點是高性價比和高可靠性,設(shè)計思路是傳感層構(gòu)建局域網(wǎng),將數(shù)據(jù)集合到數(shù)據(jù)匯總單元。采用WEN技術(shù)組建傳感層無線網(wǎng)絡(luò)。

    電梯主控制器作為數(shù)據(jù)采集的對象,數(shù)據(jù)采集單元包括有線通訊單元和射頻傳輸單元,數(shù)據(jù)采集單元與電梯主控制器通訊方式采用多種有線通訊方式,采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)射頻傳輸單元投遞到WEN無線網(wǎng)絡(luò)中,經(jīng)一級或者多級數(shù)據(jù)中繼單元到達(dá)數(shù)據(jù)匯總單元,如圖1所示。

    圖1 電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    WEN無線網(wǎng)絡(luò)是傳感層局域網(wǎng)的核心,WEN結(jié)構(gòu)包括物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層,4~7層統(tǒng)一為應(yīng)用支持層。物理層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為射頻位,或者將射頻位轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)包。MAC層主要提供網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識和通過發(fā)信標(biāo)方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)探測,MAC層還提供點對點階躍確認(rèn)。網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)構(gòu)建網(wǎng)狀網(wǎng),包括在WEN網(wǎng)絡(luò)中廣播數(shù)據(jù)包、決定單播數(shù)據(jù)的路由鏈路、保證點對點數(shù)據(jù)通訊的可靠性。應(yīng)用層負(fù)責(zé)根據(jù)程序中指定的地址或者組號決定數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收。

    1.2 網(wǎng)絡(luò)角色

    電梯物聯(lián)網(wǎng)中WEN無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)角色按其功能劃分主要分為:網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建單元、數(shù)據(jù)匯總單元、數(shù)據(jù)中繼單元、數(shù)據(jù)采集單元。

    網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建單元負(fù)責(zé)WEN網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建和激活,有且只有網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建單元能激活WEN網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建成功之后,網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建單元即可離開網(wǎng)絡(luò)。

    數(shù)據(jù)匯總單元作負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的維持、網(wǎng)絡(luò)管理及數(shù)據(jù)匯總,起著連接Internet和局域網(wǎng)的功能。來自物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的任何數(shù)據(jù)都必須先經(jīng)過數(shù)據(jù)匯總單元,由數(shù)據(jù)匯總單元檢索目標(biāo)地址,然后通過WEN網(wǎng)絡(luò)投遞到目標(biāo)節(jié)點。

    數(shù)據(jù)中繼單元功能比較單一,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)路由轉(zhuǎn)發(fā),將來自父節(jié)點的數(shù)據(jù)包通過最優(yōu)路由鏈路投遞給數(shù)據(jù)匯總單元。

    數(shù)據(jù)采集單元負(fù)責(zé)采集電梯主控制器數(shù)據(jù),采集方式可通過協(xié)議,也可通過干觸點。采集的數(shù)據(jù)通過射頻傳輸單元投遞到數(shù)據(jù)匯總單元。通常,數(shù)據(jù)采集單元只被動接收,當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)平臺有數(shù)據(jù)請求時,才返回數(shù)據(jù),但在電梯發(fā)生故障時,數(shù)據(jù)采集單元會主動向數(shù)據(jù)匯總單元發(fā)送異常請求數(shù)據(jù)包,告知物聯(lián)網(wǎng)平臺現(xiàn)場電梯出現(xiàn)故障。

    2 數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制

    無線網(wǎng)絡(luò)的核心關(guān)注點在于如何在節(jié)點之間數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性傳輸。WEN網(wǎng)絡(luò)能自動規(guī)劃最優(yōu)路由保證節(jié)點之間數(shù)據(jù)交互。WEN網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制,包括三方面:1)數(shù)據(jù)請求;2)數(shù)據(jù)確認(rèn);3)數(shù)據(jù)指示。

    數(shù)據(jù)請求由原始節(jié)點發(fā)起,數(shù)據(jù)確認(rèn)是數(shù)據(jù)請求的直接結(jié)果,原始節(jié)點每次發(fā)送數(shù)據(jù)請求都會接收到一個數(shù)據(jù)確認(rèn)包來指示請求的成功或者失??;數(shù)據(jù)指示到達(dá)時間確沒有確定值。數(shù)據(jù)請求可從多處產(chǎn)生,包括有響應(yīng)機(jī)制的單播、無響應(yīng)機(jī)制的單播、廣播、組播。

    2.1 數(shù)據(jù)傳輸方式

    WEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方式主要有單播、組播、廣播。

    單播主要用于點對點通訊,如果點對點通訊被響應(yīng),單播將會重復(fù)嘗試3次以確定最終的路由,在此過程中,如果路由被破壞,比如受電磁波干擾、障礙物阻擋或者惡劣天氣影響等,則新的路由偵測機(jī)制將會被激活。

    廣播是單點對網(wǎng)絡(luò)中所有點的通訊方式,只要接收節(jié)點與其父節(jié)點的距離在發(fā)送節(jié)點指定的射頻半徑之內(nèi)。廣播通訊方式采用數(shù)據(jù)包接力方式,指定廣播半徑之內(nèi)的節(jié)點都執(zhí)行數(shù)據(jù)包接收、地址判斷、數(shù)據(jù)投遞,也就是說一個數(shù)據(jù)包會多次到達(dá)同一個節(jié)點,如果廣播頻率較快,容易造成網(wǎng)絡(luò)阻塞。

    組播是廣播的特殊情況,它是指定一組節(jié)點的廣播,任何其他節(jié)點收到組播數(shù)據(jù)之后都被將數(shù)據(jù)包丟棄,如果一個節(jié)點想特定的組發(fā)送組播數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)包會到達(dá)指定組標(biāo)識的節(jié)點。

    2.2 數(shù)據(jù)包路由

    WEN網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)包在點到點之間傳輸首先需要路由偵測去尋找路由鏈路,源節(jié)點可經(jīng)過多級階躍到達(dá)指定目標(biāo)節(jié)點,如果在路由偵測過程中出現(xiàn)路由鏈路受損,比如受障礙物阻擋、供電異常等情況下,路由鏈路將會自動重新規(guī)劃路由偵測直至找到新的路由鏈路為止。

    在路由鏈路上,用路由損耗指示每一級階躍的能量。源節(jié)點向各個方向廣播數(shù)據(jù),每經(jīng)過一級,路由損耗累加一次,如此便能確定每一條鏈路的路由損耗,找到最小的即可鎖定最佳路由鏈路。

    3 結(jié)束語

    電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各式各樣,但都圍繞單點結(jié)構(gòu)展開,單點網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)弊端較多,從實用的角度分析,其昂貴的方案價格讓客戶望而卻步,單點結(jié)構(gòu)造成數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制的單一,而且如要實現(xiàn)廣播通訊方式,勢必在應(yīng)用層就需要投入大量的流量費用,而且沒法對廣播進(jìn)行二次控制。本文提出的電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能彌補(bǔ)單點結(jié)構(gòu)的缺點,另外分布式結(jié)構(gòu)決定了可采用WEN無線技術(shù),采用多種數(shù)據(jù)傳輸方式,外加最優(yōu)路由鏈路原則,能構(gòu)建高性價比的電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),具有一定的推廣價值。

    參考文獻(xiàn)

    [1]王雪.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007:212.

    [2]CarmanDW,KruusPS,MattBJ.Constraintsandapproachesfordistributedsensornetworksecurity[R].NAILabs,2005.endprint

    摘 要 電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可靠運行需要成熟穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和可靠的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制的支持。本文主要以電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層為對象,介紹傳感層網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)中各角色的作用;介紹傳感層數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制,包括數(shù)據(jù)傳輸方式及數(shù)據(jù)包路由原則。

    關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng);WEN;無線傳感器

    中圖分類號:TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)10-0077-01

    現(xiàn)有的電梯物聯(lián)網(wǎng),傳感層網(wǎng)絡(luò)一般采用單點方式,即一臺電梯為一個網(wǎng)絡(luò),采用的網(wǎng)絡(luò)一般為GPRS,成本較高,且對物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器提出更高要求,因為需要為每臺電梯創(chuàng)建一個連接,這對服務(wù)器硬件和部署架構(gòu)要求很高,不適合推廣應(yīng)用。

    本文提出的電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)運用分布式設(shè)計方法,采用WEN電梯專用無線技術(shù),以區(qū)域為單位組建無線局域網(wǎng),將數(shù)據(jù)集中到數(shù)據(jù)匯總單元,這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一方面方便擴(kuò)展,另一方面大大提高了性價比。

    1 電梯物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則為“分散控制、集中管理”。網(wǎng)絡(luò)形式包含有線和無線通訊方式。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計的出發(fā)點是高性價比和高可靠性,設(shè)計思路是傳感層構(gòu)建局域網(wǎng),將數(shù)據(jù)集合到數(shù)據(jù)匯總單元。采用WEN技術(shù)組建傳感層無線網(wǎng)絡(luò)。

    電梯主控制器作為數(shù)據(jù)采集的對象,數(shù)據(jù)采集單元包括有線通訊單元和射頻傳輸單元,數(shù)據(jù)采集單元與電梯主控制器通訊方式采用多種有線通訊方式,采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)射頻傳輸單元投遞到WEN無線網(wǎng)絡(luò)中,經(jīng)一級或者多級數(shù)據(jù)中繼單元到達(dá)數(shù)據(jù)匯總單元,如圖1所示。

    圖1 電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    WEN無線網(wǎng)絡(luò)是傳感層局域網(wǎng)的核心,WEN結(jié)構(gòu)包括物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層,4~7層統(tǒng)一為應(yīng)用支持層。物理層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為射頻位,或者將射頻位轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)包。MAC層主要提供網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識和通過發(fā)信標(biāo)方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)探測,MAC層還提供點對點階躍確認(rèn)。網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)構(gòu)建網(wǎng)狀網(wǎng),包括在WEN網(wǎng)絡(luò)中廣播數(shù)據(jù)包、決定單播數(shù)據(jù)的路由鏈路、保證點對點數(shù)據(jù)通訊的可靠性。應(yīng)用層負(fù)責(zé)根據(jù)程序中指定的地址或者組號決定數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收。

    1.2 網(wǎng)絡(luò)角色

    電梯物聯(lián)網(wǎng)中WEN無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)角色按其功能劃分主要分為:網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建單元、數(shù)據(jù)匯總單元、數(shù)據(jù)中繼單元、數(shù)據(jù)采集單元。

    網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建單元負(fù)責(zé)WEN網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建和激活,有且只有網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建單元能激活WEN網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建成功之后,網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建單元即可離開網(wǎng)絡(luò)。

    數(shù)據(jù)匯總單元作負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的維持、網(wǎng)絡(luò)管理及數(shù)據(jù)匯總,起著連接Internet和局域網(wǎng)的功能。來自物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的任何數(shù)據(jù)都必須先經(jīng)過數(shù)據(jù)匯總單元,由數(shù)據(jù)匯總單元檢索目標(biāo)地址,然后通過WEN網(wǎng)絡(luò)投遞到目標(biāo)節(jié)點。

    數(shù)據(jù)中繼單元功能比較單一,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)路由轉(zhuǎn)發(fā),將來自父節(jié)點的數(shù)據(jù)包通過最優(yōu)路由鏈路投遞給數(shù)據(jù)匯總單元。

    數(shù)據(jù)采集單元負(fù)責(zé)采集電梯主控制器數(shù)據(jù),采集方式可通過協(xié)議,也可通過干觸點。采集的數(shù)據(jù)通過射頻傳輸單元投遞到數(shù)據(jù)匯總單元。通常,數(shù)據(jù)采集單元只被動接收,當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)平臺有數(shù)據(jù)請求時,才返回數(shù)據(jù),但在電梯發(fā)生故障時,數(shù)據(jù)采集單元會主動向數(shù)據(jù)匯總單元發(fā)送異常請求數(shù)據(jù)包,告知物聯(lián)網(wǎng)平臺現(xiàn)場電梯出現(xiàn)故障。

    2 數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制

    無線網(wǎng)絡(luò)的核心關(guān)注點在于如何在節(jié)點之間數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性傳輸。WEN網(wǎng)絡(luò)能自動規(guī)劃最優(yōu)路由保證節(jié)點之間數(shù)據(jù)交互。WEN網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制,包括三方面:1)數(shù)據(jù)請求;2)數(shù)據(jù)確認(rèn);3)數(shù)據(jù)指示。

    數(shù)據(jù)請求由原始節(jié)點發(fā)起,數(shù)據(jù)確認(rèn)是數(shù)據(jù)請求的直接結(jié)果,原始節(jié)點每次發(fā)送數(shù)據(jù)請求都會接收到一個數(shù)據(jù)確認(rèn)包來指示請求的成功或者失?。粩?shù)據(jù)指示到達(dá)時間確沒有確定值。數(shù)據(jù)請求可從多處產(chǎn)生,包括有響應(yīng)機(jī)制的單播、無響應(yīng)機(jī)制的單播、廣播、組播。

    2.1 數(shù)據(jù)傳輸方式

    WEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方式主要有單播、組播、廣播。

    單播主要用于點對點通訊,如果點對點通訊被響應(yīng),單播將會重復(fù)嘗試3次以確定最終的路由,在此過程中,如果路由被破壞,比如受電磁波干擾、障礙物阻擋或者惡劣天氣影響等,則新的路由偵測機(jī)制將會被激活。

    廣播是單點對網(wǎng)絡(luò)中所有點的通訊方式,只要接收節(jié)點與其父節(jié)點的距離在發(fā)送節(jié)點指定的射頻半徑之內(nèi)。廣播通訊方式采用數(shù)據(jù)包接力方式,指定廣播半徑之內(nèi)的節(jié)點都執(zhí)行數(shù)據(jù)包接收、地址判斷、數(shù)據(jù)投遞,也就是說一個數(shù)據(jù)包會多次到達(dá)同一個節(jié)點,如果廣播頻率較快,容易造成網(wǎng)絡(luò)阻塞。

    組播是廣播的特殊情況,它是指定一組節(jié)點的廣播,任何其他節(jié)點收到組播數(shù)據(jù)之后都被將數(shù)據(jù)包丟棄,如果一個節(jié)點想特定的組發(fā)送組播數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)包會到達(dá)指定組標(biāo)識的節(jié)點。

    2.2 數(shù)據(jù)包路由

    WEN網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)包在點到點之間傳輸首先需要路由偵測去尋找路由鏈路,源節(jié)點可經(jīng)過多級階躍到達(dá)指定目標(biāo)節(jié)點,如果在路由偵測過程中出現(xiàn)路由鏈路受損,比如受障礙物阻擋、供電異常等情況下,路由鏈路將會自動重新規(guī)劃路由偵測直至找到新的路由鏈路為止。

    在路由鏈路上,用路由損耗指示每一級階躍的能量。源節(jié)點向各個方向廣播數(shù)據(jù),每經(jīng)過一級,路由損耗累加一次,如此便能確定每一條鏈路的路由損耗,找到最小的即可鎖定最佳路由鏈路。

    3 結(jié)束語

    電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各式各樣,但都圍繞單點結(jié)構(gòu)展開,單點網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)弊端較多,從實用的角度分析,其昂貴的方案價格讓客戶望而卻步,單點結(jié)構(gòu)造成數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制的單一,而且如要實現(xiàn)廣播通訊方式,勢必在應(yīng)用層就需要投入大量的流量費用,而且沒法對廣播進(jìn)行二次控制。本文提出的電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能彌補(bǔ)單點結(jié)構(gòu)的缺點,另外分布式結(jié)構(gòu)決定了可采用WEN無線技術(shù),采用多種數(shù)據(jù)傳輸方式,外加最優(yōu)路由鏈路原則,能構(gòu)建高性價比的電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),具有一定的推廣價值。

    參考文獻(xiàn)

    [1]王雪.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007:212.

    [2]CarmanDW,KruusPS,MattBJ.Constraintsandapproachesfordistributedsensornetworksecurity[R].NAILabs,2005.endprint

    摘 要 電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可靠運行需要成熟穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和可靠的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制的支持。本文主要以電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層為對象,介紹傳感層網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)中各角色的作用;介紹傳感層數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制,包括數(shù)據(jù)傳輸方式及數(shù)據(jù)包路由原則。

    關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng);WEN;無線傳感器

    中圖分類號:TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)10-0077-01

    現(xiàn)有的電梯物聯(lián)網(wǎng),傳感層網(wǎng)絡(luò)一般采用單點方式,即一臺電梯為一個網(wǎng)絡(luò),采用的網(wǎng)絡(luò)一般為GPRS,成本較高,且對物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器提出更高要求,因為需要為每臺電梯創(chuàng)建一個連接,這對服務(wù)器硬件和部署架構(gòu)要求很高,不適合推廣應(yīng)用。

    本文提出的電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)運用分布式設(shè)計方法,采用WEN電梯專用無線技術(shù),以區(qū)域為單位組建無線局域網(wǎng),將數(shù)據(jù)集中到數(shù)據(jù)匯總單元,這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一方面方便擴(kuò)展,另一方面大大提高了性價比。

    1 電梯物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則為“分散控制、集中管理”。網(wǎng)絡(luò)形式包含有線和無線通訊方式。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計的出發(fā)點是高性價比和高可靠性,設(shè)計思路是傳感層構(gòu)建局域網(wǎng),將數(shù)據(jù)集合到數(shù)據(jù)匯總單元。采用WEN技術(shù)組建傳感層無線網(wǎng)絡(luò)。

    電梯主控制器作為數(shù)據(jù)采集的對象,數(shù)據(jù)采集單元包括有線通訊單元和射頻傳輸單元,數(shù)據(jù)采集單元與電梯主控制器通訊方式采用多種有線通訊方式,采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)射頻傳輸單元投遞到WEN無線網(wǎng)絡(luò)中,經(jīng)一級或者多級數(shù)據(jù)中繼單元到達(dá)數(shù)據(jù)匯總單元,如圖1所示。

    圖1 電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    WEN無線網(wǎng)絡(luò)是傳感層局域網(wǎng)的核心,WEN結(jié)構(gòu)包括物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層,4~7層統(tǒng)一為應(yīng)用支持層。物理層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為射頻位,或者將射頻位轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)包。MAC層主要提供網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識和通過發(fā)信標(biāo)方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)探測,MAC層還提供點對點階躍確認(rèn)。網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)構(gòu)建網(wǎng)狀網(wǎng),包括在WEN網(wǎng)絡(luò)中廣播數(shù)據(jù)包、決定單播數(shù)據(jù)的路由鏈路、保證點對點數(shù)據(jù)通訊的可靠性。應(yīng)用層負(fù)責(zé)根據(jù)程序中指定的地址或者組號決定數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收。

    1.2 網(wǎng)絡(luò)角色

    電梯物聯(lián)網(wǎng)中WEN無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)角色按其功能劃分主要分為:網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建單元、數(shù)據(jù)匯總單元、數(shù)據(jù)中繼單元、數(shù)據(jù)采集單元。

    網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建單元負(fù)責(zé)WEN網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建和激活,有且只有網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建單元能激活WEN網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建成功之后,網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建單元即可離開網(wǎng)絡(luò)。

    數(shù)據(jù)匯總單元作負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的維持、網(wǎng)絡(luò)管理及數(shù)據(jù)匯總,起著連接Internet和局域網(wǎng)的功能。來自物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的任何數(shù)據(jù)都必須先經(jīng)過數(shù)據(jù)匯總單元,由數(shù)據(jù)匯總單元檢索目標(biāo)地址,然后通過WEN網(wǎng)絡(luò)投遞到目標(biāo)節(jié)點。

    數(shù)據(jù)中繼單元功能比較單一,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)路由轉(zhuǎn)發(fā),將來自父節(jié)點的數(shù)據(jù)包通過最優(yōu)路由鏈路投遞給數(shù)據(jù)匯總單元。

    數(shù)據(jù)采集單元負(fù)責(zé)采集電梯主控制器數(shù)據(jù),采集方式可通過協(xié)議,也可通過干觸點。采集的數(shù)據(jù)通過射頻傳輸單元投遞到數(shù)據(jù)匯總單元。通常,數(shù)據(jù)采集單元只被動接收,當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)平臺有數(shù)據(jù)請求時,才返回數(shù)據(jù),但在電梯發(fā)生故障時,數(shù)據(jù)采集單元會主動向數(shù)據(jù)匯總單元發(fā)送異常請求數(shù)據(jù)包,告知物聯(lián)網(wǎng)平臺現(xiàn)場電梯出現(xiàn)故障。

    2 數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制

    無線網(wǎng)絡(luò)的核心關(guān)注點在于如何在節(jié)點之間數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性傳輸。WEN網(wǎng)絡(luò)能自動規(guī)劃最優(yōu)路由保證節(jié)點之間數(shù)據(jù)交互。WEN網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制,包括三方面:1)數(shù)據(jù)請求;2)數(shù)據(jù)確認(rèn);3)數(shù)據(jù)指示。

    數(shù)據(jù)請求由原始節(jié)點發(fā)起,數(shù)據(jù)確認(rèn)是數(shù)據(jù)請求的直接結(jié)果,原始節(jié)點每次發(fā)送數(shù)據(jù)請求都會接收到一個數(shù)據(jù)確認(rèn)包來指示請求的成功或者失?。粩?shù)據(jù)指示到達(dá)時間確沒有確定值。數(shù)據(jù)請求可從多處產(chǎn)生,包括有響應(yīng)機(jī)制的單播、無響應(yīng)機(jī)制的單播、廣播、組播。

    2.1 數(shù)據(jù)傳輸方式

    WEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方式主要有單播、組播、廣播。

    單播主要用于點對點通訊,如果點對點通訊被響應(yīng),單播將會重復(fù)嘗試3次以確定最終的路由,在此過程中,如果路由被破壞,比如受電磁波干擾、障礙物阻擋或者惡劣天氣影響等,則新的路由偵測機(jī)制將會被激活。

    廣播是單點對網(wǎng)絡(luò)中所有點的通訊方式,只要接收節(jié)點與其父節(jié)點的距離在發(fā)送節(jié)點指定的射頻半徑之內(nèi)。廣播通訊方式采用數(shù)據(jù)包接力方式,指定廣播半徑之內(nèi)的節(jié)點都執(zhí)行數(shù)據(jù)包接收、地址判斷、數(shù)據(jù)投遞,也就是說一個數(shù)據(jù)包會多次到達(dá)同一個節(jié)點,如果廣播頻率較快,容易造成網(wǎng)絡(luò)阻塞。

    組播是廣播的特殊情況,它是指定一組節(jié)點的廣播,任何其他節(jié)點收到組播數(shù)據(jù)之后都被將數(shù)據(jù)包丟棄,如果一個節(jié)點想特定的組發(fā)送組播數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)包會到達(dá)指定組標(biāo)識的節(jié)點。

    2.2 數(shù)據(jù)包路由

    WEN網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)包在點到點之間傳輸首先需要路由偵測去尋找路由鏈路,源節(jié)點可經(jīng)過多級階躍到達(dá)指定目標(biāo)節(jié)點,如果在路由偵測過程中出現(xiàn)路由鏈路受損,比如受障礙物阻擋、供電異常等情況下,路由鏈路將會自動重新規(guī)劃路由偵測直至找到新的路由鏈路為止。

    在路由鏈路上,用路由損耗指示每一級階躍的能量。源節(jié)點向各個方向廣播數(shù)據(jù),每經(jīng)過一級,路由損耗累加一次,如此便能確定每一條鏈路的路由損耗,找到最小的即可鎖定最佳路由鏈路。

    3 結(jié)束語

    電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各式各樣,但都圍繞單點結(jié)構(gòu)展開,單點網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)弊端較多,從實用的角度分析,其昂貴的方案價格讓客戶望而卻步,單點結(jié)構(gòu)造成數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制的單一,而且如要實現(xiàn)廣播通訊方式,勢必在應(yīng)用層就需要投入大量的流量費用,而且沒法對廣播進(jìn)行二次控制。本文提出的電梯物聯(lián)網(wǎng)傳感層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能彌補(bǔ)單點結(jié)構(gòu)的缺點,另外分布式結(jié)構(gòu)決定了可采用WEN無線技術(shù),采用多種數(shù)據(jù)傳輸方式,外加最優(yōu)路由鏈路原則,能構(gòu)建高性價比的電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),具有一定的推廣價值。

    參考文獻(xiàn)

    [1]王雪.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007:212.

    [2]CarmanDW,KruusPS,MattBJ.Constraintsandapproachesfordistributedsensornetworksecurity[R].NAILabs,2005.endprint

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