[发明专利]大容量物联网通信系统及物物间实时通信的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种大容量物联网通信系统及物物间实时通信的实现方法。

背景技术

在现有技术中，物联网在智能照明、智能楼宇、智能家居、智能交通、环境监测、公共安全、城市管理、工业监控等各个行业，均有大量的实际应用，并带来了智能、方便、舒适的各种良好用户体念。

完整的物联网系统包括终端节点(端)、通信系统(管)、主控制器(云)。通信系统(物物、物与主机之间的通信系统)是实现物“联网”的基础和核心；物物联网后，才能实现物与物之间、物与主机之间的信息交互，最终实现物联网系统的智能化、自动化、实时的管控功能。

对于大多数的物联网应用场景，终端(物)的数量往往很巨大，动辄几百、甚至成千上万个。虽然，任意2点(物物、或物主)间的通信带宽需求，一股都不太；但随着终端节点数的增加，整个网络的总带宽需求一股会成几何级数增加。如何实时的保障，任意物之间、或任意物与主控制器之间的通信请求，是一种挑战。

我们以停车场智能照明与车辆引导系统为例，简单说明下该物联网通信系统中，具体的通信需求及通信实时性要求。

停车场智能照明与车辆引导系统，是将停车场的照明与车位管理、车辆引导等统一进行智能管理的一个系统，该系统一股包括：

1、车位检测器、人体红外探测、地磁感应器、车辆指引屏、LED照明灯等终端，分布在停车场中；数量一股在几千甚至数万个。2、主控制器、以及多个区域控制器，并经过物联网通信系统，将所有终端节点连接起来。

停车场物联网系统的通讯需求及实时性要求一股有：

1、车位检测器，将有无停车等信息上报给主控制器；主控制器分区域统计各区域、及总的停车数量，控制路口指引屏的显示和指引；该通信实时性要求较低，一股数秒内，完成一轮数据的统计和指引屏的刷新即可。

2、系统可自动根据感应到的人、或者车辆进出情况，实时的开启相关联的LED照明灯；该通信的实时性要求较高，一股需要在100ms左右完成；但相关联的物与物，一股都集中在某个特定区域内；区域的边缘交接处，有少量的关联通信需求。

不同的物联网系统中，其通信结构千差万别。一股来说，采用总线级联的方式，有利于扩展物联网通信系统的终端节点容量。这里先介绍下KNX通信系统的结构，这是一种典型的多级总线结构。

KNX通信系统，通过三级通信总线，实现了多达数万个终端设备与主控制器之间的通信；或者通过区域耦合器、线路耦合器，实现了任意终端之间的通信。

其一级总线，实现了主控制器，和任意区域耦合器之间通信的物理连接通道；二级总线，实现了区域耦合器与任意线路耦合器之间通信的物理连接通道；三级总线，实现了线路耦合器与任意终端之间通信的物理连接通道。任意终端与终端之间，均可以通过区域耦合器、线路耦合器的透传，实现物物通信；或者实现主控制器与任意终端之间的通信。

总线型通信方式中，由于各节点的负载驱动能力、节点间距离等限制，导致每级总线上的节点数受限(比如RS485总线，一股只能驱动32个负载)。虽然每级总线的节点数不多，但KNX通信系统，采用3级总线结构，极大的扩展了系统中总的终端节点数量。

这种多级通信结构，在智能楼宇等系统中有大量应用。但是，随着物联网技术的发展，以及应用需求往自动化、智慧化(通信需求更多的在物物之间，而不是主物之间)，以及实时性(更好的用户体念)，超大容量(多种传感器、多种受控设备共存)等方向发展，以KNX为代表的多级总线通信的系统结构，存在以下待改进点：

1、三级通信总线的结构，主物之间、物物之间的通信转发层级偏多，应进一步扁平化；比如，采用2级通信总线实现，省去大量的线路耦合器，降低系统设计成本。同时，扁平化后，任意终端之间、终端与主控制器之间的通信转接次数，也将减少，更有利于提高系统通信的实时性。

2、KNX通信系统，采用任意终端的主动触发事件的模式；若同时有多个终端需发出通信请求时，采用“CSMA/CD协议(载波监听多路访问/冲突检测)”来避免总线冲突。该协议方式，在总线上终端上报信息不频繁的应用场景比较有效。而在大型物联网系统中，特别是多个感应器可能同时受到同一个因素触发时，会存在突发的多个终端节点的通信请求；此时，冲突检测协议，将导致事件触发模式的延迟时间大幅度增加，无法达成实时通信的目标。

3、区域耦合器、线路耦合器，只承担信息透传和中继的功能；对所在区域的线路耦合器，或线路上的终端，没有起到管理、控制的作用。