[发明专利]一种工业物联网低功耗通信装置及系统

说明书

本发明涉及一种工业物联网低功耗通信装置及系统，工业物联网低功耗通信装置主要包括传感器子单元、数据传输子单元、数据通信子单元、数据处理子单元、能量供应子单元、数据存储子单元。其中数据传输子单元解决传感器节点选举簇首时没有考虑节点剩余能量问题，数据通信子单元用于对节点通信方式的选择。本发明提供的工业物联网低功耗通信装置，主要采用了一种改进的低功耗自适应集簇分层型协议作为工业物联网低功耗通信协议，弥补了传感器节点过早凋亡的问题，提高了节点的生存时间、降低了能量消耗。

技术领域

本发明涉及工业物联网领域，特别涉及一种工业物联网低功耗通信装置及系统。

背景技术

随着信息化与工业化技术深度融合，实现产品全生命周期管理的智能制造技术，是下一代制造业发展的重要方向。无线传感器具有部署灵活、部署成本较低、能够较方便的感知环境和监测信息等特点，被广泛工业物联网领域接受和应用。由于存在工业环境强干扰性以及数据感知的实时性等需求，传统无线传感器网络的路由机制无法满足工业应用对于数据传输的实时性、可靠性以及节能性的要求，设计满足工业物联网要求的低功耗通信协议，已成为工业物联网领域研究的热点问题。

一般的物联网通信协议主要分为平面型协议和层次型，平面型通信协议自组织算法大多比较复杂，及对于网络拓扑结构动态变化反应比较慢等而不适合在大规模的网络中使用；层次型协议的扩展性好，适合大规模网络，但是簇首的选举方法对整个网络的寿命起关键性作用，直接影响整个网络的存活时间。

发明内容

针对工业物联网底层多采用传感器采集数据，而传感器采用电池供电，能量十分有限，以及由于常用通信协议的缺点和不足会加快节点的死亡的问题。为了解决上述问题，本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，由于协议在进行簇头选举时没有考虑节点剩余能量问题，这会导致如果节点能量在很少的情况下被选举为簇头，会加快节点死亡，导致网络瘫痪。基于上述问题，设定若剩余能量少于初始能量的1/n时，就不再被选为簇首。针对该协议的通信方式采用单跳的方式进行，可能会增加节点的能量消耗，这里采用单跳和多跳相结合的方式，即采用最短距离的概念进行改进设计。有效提高了传感器节点能量的有效利用率。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种工业物联网低功耗通信装置及系统，包括：

低功耗通信装置，用于通过传感器采集生产线设备状态数据并通过选择传感器节点耗能最小的路径对生产线设备状态数据进行处理，并将处理后的生产线设备状态数据发送给数据获取与处理装置；

数据获取与处理装置，用于完成生产线设备状态数据的订阅与接收，储存并发送给信息显示装置；

信息显示装置，用于去除生产线设备状态数据中的冗余数据，并显示去冗余后的生产线设备状态数据的变化曲线，给出生产线设备的健康状态结果。

所述低功耗通信装置，包括：

能量供应子单元，用于为传感器子单元提供能量；

传感器子单元，用于生产线设备状态数据的感知和采集；

数据传输子单元，用于根据生产线设备状态数据确定传感器节点被选为簇首节点的条件，以增加传感器节点的存活时间；

数据通信子单元，用于根据生产线设备状态数据以及簇首节点确定簇首节点和基站间的通信方式即路径；

数据处理子单元，用于在数据通信子单元确定的路径下，进行簇内节点的生产线设备状态数据融合以及簇间的生产线设备状态数据融合；

数据存储子单元，用于存储数据处理子单元处理后的生产线设备状态数据并发送给数据获取与处理装置。

所述选择簇首节点的条件为：若节点剩余能量少于节点初始能量的1/n时，就不再被选为簇首节点,通过测试，找到在一定时间和周期内，传感器节点存活量最多的n值,使能量的利用率最高。