一種雙路連接m2m系統、終端及其連接方法
2023-05-20 09:41:06 2
專利名稱：一種雙路連接m2m系統、終端及其連接方法
技術領域：
本發明涉及物聯網技術中的M2M (Machine-to-Machine，機器到機器)系統，還涉及該系統中的M2M終端及其連接的方法。
背景技術：
隨著物聯網技術的不斷發展，提出了 M2M的概念，是一種以機器終端智能交互為核心的、網絡化的應用與服務。它通過在機器內部嵌入無線通信模塊，以無線通信等為接入手段，為客戶提供綜合的信息化解決方案，以滿足客戶對監控、指揮調度、數據採集和測量等方面的信息化需求。M2M網元一般包括M2M終端、M2M平臺和M2M應用業務平臺。其中M2M終端具有底層數據採集和無線傳輸功能，遵循一定的協議格式；M2M平臺為應用服務客戶提供統一的 M2M終端管理、終端設備鑑權和接入方式鑑權，支持多種網絡接入方式，提供標準化的接口， 使得數據傳輸簡單直接；M2M應用業務平臺為應用服務客戶提供各類M2M應用服務業務， 包括個人、家庭、行業三大類應用。M2M的應用增加了對無線通信質量、流量、故障的檢測及報警，保證了終端設備的長期有效運行，並且封裝了物聯網協議，改變了現有系統的網絡結構，構造了一個覆蓋範圍更廣、通信效率更高、容錯性更好的智能監控系統。因此M2M系統的設計與實現已經成為相關領域的研究熱點問題。但是目前的M2M終端一般採用單路連接模式，當網絡堵塞或信號不好時，會造成採集數據無法上傳等現象，同時M2M平臺要接收所有M2M終端的實時數據，當終端過多或數據量過大時，會造成接收延遲和回復慢等現象。所有問題反應到系統應用端，就是數據更新不及時、終端斷線和失控，從而限制了智能網絡監控系統的功能和應用。上述問題亟待解決。
發明內容
本發明針對現有技術上存在的不足，提供一種雙路連接的M2M系統，同時提供相應的M2M終端及其建立雙路連接的方法，從而保證網絡運行穩定、連接可靠、始終在線並具有斷線重連功能。為了實現上述發明目的，本發明是通過如下的技術方案來實現
一種雙路連接M2M系統，包括M2M終端、M2M平臺和應用系統，其特徵在於，在M2M終端與M2M平臺和應用系統之間分別建立連接，兩路連接基於不同的協議；其中一路連接實現 M2M終端與M2M平臺之間的數據交互，M2M平臺再通過網際網路與應用系統建立數據傳輸通道；另一路連接實現M2M終端和應用系統之間的直接數據交互。
一種雙路連接M2M終端，包括電源模塊、時鐘模塊、工況採集模塊和無線通信模塊，其特徵在於，還包括協議棧模塊1和協議棧模塊2，所述無線通信模塊具有雙連接功能， 其中連接1通過協議棧模塊1與M2M平臺建立數據交互通道，連接2通過協議棧模塊2與應用系統建立數據交互通道。上述雙路連接M2M終端建立雙路連接的方法，其特徵在於包括如下步驟 步驟201 終端上電；
步驟202 系統初始化，配置運行參數，並啟動無線通信模塊；
步驟203 根據時鐘提供的時間基準，當循環周期到時，採集各路工況，處理相關數據； 步驟204 判斷協議棧模塊1與M2M平臺的連接1是否在線，如果當前處於連接狀態， 轉到步驟212，否則進行步驟205 ；
步驟205 利用協議棧模塊1，連接M2M平臺；
步驟206 判斷連接1是否連上，如果連接上，進入步驟207，否則轉到步驟208 ； 步驟207 註冊、登錄M2M平臺；
步驟208 連接1的重連次數累加1，此參數用於終端斷線重連處理的判斷； 步驟209 判斷終端是否成功註冊、登錄M2M平臺，如果成功，進行步驟211，否則轉到步驟 210 ；
步驟210 斷開與M2M平臺的連接1 ；
步驟211 將連接1的重連次數清零；
步驟212 終端根據協議要求，向M2M平臺發送數據；
步驟213 判斷協議棧模塊2與應用系統的連接2是否在線，如果當前處於連接狀態， 轉到步驟218，否則進行步驟214 ；
步驟214 利用協議棧模塊2，連接應用系統；
步驟215 判斷連接2是否連上，如果連接上，進入步驟216，否則轉到步驟217 ； 步驟216 將連接2的重連次數清零； 步驟217 將連接2的重連次數累加1 ； 步驟218 終端根據協議要求，向應用系統發送數據；
步驟219 判斷上述連接1和連接2的重連次數是否大於設定值，如果大於設定值，進入步驟220，否則返回步驟203 ；
步驟220 進行終端的斷線重連處理。本發明具有如下有益效果
1、本發明的雙路連接M2M系統及雙路連接M2M終端，實現了終端同時與M2M平臺和應用系統建立數據交互通道，增強了無線通信的可靠性，實現了採集信息的冗餘備份和及時更新；
2、本發明的雙路連接M2M終端在連接過程中具有始終在線和斷線重連的功能，最大限度的保證與M2M平臺和應用系統的連接，減少終端失控狀態的發生；
3、本發明的雙路連接M2M終端與M2M平臺的連接，增加了對無線通信質量、流量、故障的檢測及報警，保證了終端長期有效運行。
圖1為本發明雙路連接M2M系統及終端的結構框圖； 圖2為本發明雙路連接M2M終端建立雙路連接的流程圖3為本發明雙路連接M2M終端兩路連接都斷開的重連過程流程圖； 圖4為本發明終端一路連接斷開的重連過程流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例來詳細說明本發明。如圖1所示，雙路連接M2M系統包括M2M終端101、M2M平臺112和應用系統113。 M2M終端101為雙路連接M2M終端，包括電源模塊102、時鐘模塊103、工況採集模塊104和無線通信模塊109，還包括協議棧模塊1和協議棧模塊2。無線通信模塊109具有雙連接功能，其中連接1通過協議棧模塊1與M2M平臺112建立數據交互通道，連接2通過協議棧模塊2與應用系統113建立數據交互通道。這樣，整個系統在M2M終端101與M2M平臺112 和應用系統113之間分別建立起了連接，兩路連接基於不同的協議。其中一路連接實現了 M2M終端101與M2M平臺112之間的數據交互，M2M平臺112再通過網際網路與應用系統建立數據傳輸通道；另一路連接實現M2M終端101和應用系統113之間的直接數據交互。電源模塊102作為終端正常運行的供電設備，可以採用普通的開關電源或穩壓電源，滿足時鐘模塊103、工況採集模塊104和無線通信模塊109的電源範圍即可。時鐘模塊 103用作系統的計時基準，提供控制周期、等待重連時間的計量，可用微處理器內部自帶的時鐘源或實時時鐘晶片(如DS1302等)實現。工況採集模塊104包括模擬量模塊105、數字量模塊106、串口 107和CAN總線108等多種模塊，通用性強，針對一般的被控對象和終端本身都能提供電壓、電流、觸點和通訊數據等工作狀態信息的實時監測。無線通信模塊109通過運營商提供的2G或3G網絡，利用網絡能支持的數據傳輸方式，與M2M平臺112和應用系統113分別建立無線通信網絡，實現將終端101採集的工況數據發送給應用系統113，用於數據的分析、存儲、統計和顯示，同時終端101也能接收來自 M2M平臺112和應用系統113的指令，用於運行參數的設置和被控對象的遠程操作。無線通信模塊109要求帶有多連接功能，本具體實施例中採用SIM900A模塊，它是SIMCom推出的一款SMT封裝、雙頻GSM/GPRS模塊，可以低功耗實現語音、SMS、數據和傳真信息的傳輸，最多可以建立七路TCP/IP連接。本實施例正是利用無線通信模塊SIM900A建立兩路連接，連接1實現M2M終端101與M2M平臺112之間的數據交互，連接2實現M2M終端101與應用系統113之間的數據交互，兩路連接基於不同的協議。協議棧模塊1要求滿足運營商所制訂的無線機器通信協議，並據此設計其結構、 報文、加密和封裝形式，實現M2M終端在M2M平臺的註冊、登錄、連接檢測、數據透傳和遠程控制等數據交互。在本實施例中，協議棧模塊1封裝了協議規定的報文格式、加密算法和校驗算法，以庫文件和函數接口的形式加載到系統中。連接1還能夠處理與M2M平臺交互過程中的應答，通信過程中的異常與重發等問題，同時要保證通信和數據的安全性。M2M平臺具有監控終端通信故障和流量等作用，同時還能通過網際網路與應用系統建立數據傳輸通道，將終端的上傳數據轉發到應用系統，或將應用系統的指令轉發給終端。
協議棧模塊2要求滿足應用系統113所能接收的協議，此協議應根據應用系統113 所能實現的數據處理、信息統計和遠程控制等功能而制訂，根據與應用系統113之間傳輸數據的類型、標誌和數量而設計。在本實施例中，協議棧模塊2封裝了包括信息頭、數據長度、標誌位、信息內容、校驗碼和結束符在內的數據包格式，將工況採集模塊104和時鐘模塊103等信息發送到應用系統113，同時還能接收和解析來自應用系統113的參數配置、IP 和埠號的修改、遠程控制等指令，從而實現終端101與應用系統113之間直接的數據交互，不再通過M2M平臺轉發，實現應用系統的遠程監控作用。能夠保證雙路連接建立的前提是終端內無線通信模塊109的正常啟動、初始化設置及其工作狀態。在本實施例中，SIM900A的正常啟動包括模塊的上電、開機、搜尋網絡；初始化設置包括模式、回顯、提示、啟動多IP連接等運行參數的設置；工作狀態包括查詢當前網絡信號質量、查詢通話狀態、查詢當前連接狀態等，因為要成功連接上多個IP，模塊的連接狀態要為IP STATUS,即獲得本地IP位址。正常啟動無線通信模塊109後，就可以進行終端與M2M平臺112和應用系統113 的雙路連接。在此過程中，要注意連接1和連接2的差異，充分利用協議棧模塊1和協議棧模塊2提供的接口函數，同時還應考慮連不上時的處理方法。參見圖2，M2M終端啟動並建立雙路連接的方法包括如下步驟
步驟201 終端上電；
步驟202 系統初始化，配置運行參數，並啟動無線通信模塊；
步驟203 根據時鐘提供的時間基準，當循環周期到時，採集各路工況，包括模擬量、數字量、串口和CAN總線，處理相關數據；
步驟204 判斷協議棧模塊1與M2M平臺的連接1是否在線，如果當前處於連接狀態， 轉到步驟212，否則進行步驟205 ；
步驟205 利用協議棧模塊1，連接M2M平臺；
步驟206 判斷連接1是否連上，如果連接上，進入步驟207，否則轉到步驟208 ； 步驟207 註冊、登錄M2M平臺；
步驟208 連接1的重連次數累加1，此參數用於終端斷線重連處理的判斷； 步驟209 判斷終端是否成功註冊、登錄M2M平臺，如果成功，進行步驟211，否則轉到步驟 210 ；
步驟210 斷開與M2M平臺的連接1 ；
步驟211 將連接1的重連次數清零；
步驟212 終端根據協議要求，向M2M平臺發送數據；
步驟213 判斷協議棧模塊2與應用系統的連接2是否在線，如果當前處於連接狀態， 轉到步驟218，否則進行步驟214 ；
步驟214 利用協議棧模塊2，連接應用系統；
步驟215 判斷連接2是否連上，如果連接上，進入步驟216，否則轉到步驟217 ； 步驟216 將連接2的重連次數清零； 步驟217 將連接2的重連次數累加1 ； 步驟218 終端根據協議要求，向應用系統發送數據；
步驟219 判斷上述連接1和連接2的重連次數是否大於設定值，如果大於設定值，進入步驟220，否則返回步驟203 ；
步驟220 進行終端的斷線重連處理。要保證終端建立的雙路連接始終在線，必須處理好斷線重連的問題。在本實施例中，採取如下方法若兩路連接都斷線，則查詢無線通信模塊的工作狀態，並重新進行雙路連接，當重連次數超過設定值時，重啟無線通信模塊，參見圖3，雙連接都斷開的重連過程開始於步驟301，結束於步驟306
步驟301 判斷雙路連接是否都斷線，如果連接1和連接2都處於斷開狀態，則進行步驟302，否則轉到步驟306，結束此流程；
步驟302:查詢當前的無線通信模塊是否正常工作，並已經附著在運營商提供的網絡上，如果是，進行步驟303，否則轉到步驟305 ；
步驟303 終端嘗試重新連接M2M平臺和應用系統，建立連接1和連接2，並累加重連次
數；
步驟304 判斷重連次數是否超過設定值，如果超過，則進行步驟305，否則轉到步驟
306 ；
步驟305 重新啟動無線通信模塊； 步驟306 結束。若只有一路連接斷線，另一路連接始終保持在線，則重啟無線通信模塊達到設定次數後，為了不影響已在線連接的數據傳輸，將停止斷線那路連接的重連，使其變為等待重連狀態，等到設定的時間段後，再重新之前的流程，參見圖4，一路連接斷開的重連過程開始於步驟401，結束於步驟407
步驟401 判斷是否只有一路連接斷線，而另一路連接始終在線，如果是，則進行步驟 402，否則轉到步驟407，結束此流程；
步驟402 重新連接已經斷開的那路連接，並累加重連次數；
步驟403 判斷重連次數是否超過設定值，如果超過，則進行步驟404，否則轉到步驟
407 ；
步驟404 重新啟動無線通信模塊，並累加重啟次數；
步驟405 判斷無線通信模塊的重啟次數是否超過設定值，如果超過，則進行步驟406， 否則轉到步驟407 ；
步驟406 停止已斷開那路連接的重連，等待設定的時間段後再動作； 步驟407 結束。
權利要求
1.一種雙路連接M2M系統，包括M2M終端、M2M平臺和應用系統，其特徵在於，在M2M終端與M2M平臺和應用系統之間分別建立連接，兩路連接基於不同的協議；其中一路連接實現M2M終端與M2M平臺之間的數據交互，M2M平臺再通過網際網路與應用系統建立數據傳輸通道；另一路連接實現M2M終端和應用系統之間的直接數據交互。
2.一種雙路連接M2M終端，包括電源模塊(102)、時鐘模塊(103)、工況採集模塊(104) 和無線通信模塊(109)，其特徵在於，還包括協議棧模塊1 (110)和協議棧模塊2 (111)，所述無線通信模塊(109)具有雙連接功能，其中連接1通過協議棧模塊1 (110)與M2M平臺(112)建立數據交互通道，連接2通過協議棧模塊2(111)與應用系統(113)建立數據交互通道。
3.根據權利要求2所述的雙路連接M2M終端，其特徵在於，所述工況採集模塊(104)包括模擬量模塊(105)、數字量模塊(106)、串口(107)和CAN總線(108)，用於實時監測被控對象和終端的工作狀態信息。
4.根據權利要求2所述的雙路連接M2M終端，其特徵在於，所述無線通信模塊(109) 通過運營商提供的2G或3G網絡，利用網絡能支持的數據傳輸方式，與M2M平臺(112)和應用系統(113)分別建立無線通信網絡，實現將終端(101)採集的工況數據發送給應用系統(113)，用於數據的分析、存儲、統計和顯示，同時終端(101)也能接收來自M2M平臺(112)和應用系統(113)的指令，用於運行參數的設置和被控對象的遠程操作。
5.根據權利要求2所述的雙路連接M2M終端，其特徵在於，所述協議棧模塊1(110) 根據運營商所制訂的無線機器通信協議來設計其結構、報文、加密和封裝形式，實現終端 (101)與M2M平臺(112)的數據交互。
6.根據權利要求2所述的雙路連接M2M終端，其特徵在於，所述協議棧模塊2(111)根據與應用系統(113)之間傳輸數據的類型、標誌和數量而設計，實現終端(101)與應用系統 (113)的數據交互。
7.權利要求2所述的雙路連接M2M終端建立雙路連接的方法，其特徵在於包括如下步驟步驟201 終端(101)上電；步驟202 系統初始化，配置運行參數，並啟動無線通信模塊(109)； 步驟203 根據時鐘(103)提供的時間基準，當循環周期到時，採集各路工況，處理相關數據；步驟204 判斷協議棧模塊1 (110)與M2M平臺(112)的連接1是否在線，如果當前處於連接狀態，轉到步驟212，否則進行步驟205 ；步驟205 利用協議棧模塊1 (110 )，連接M2M平臺(112 )；步驟206 判斷連接1是否連上，如果連接上，進入步驟207，否則轉到步驟208 ；步驟207 註冊、登錄M2M平臺(112)；步驟208 連接1的重連次數累加1，此參數用於終端斷線重連處理的判斷； 步驟209 判斷終端(101)是否成功註冊、登錄M2M平臺(112)，如果成功，進行步驟 211，否則轉到步驟210 ；步驟210 斷開與M2M平臺(112)的連接1 ； 步驟211 將連接1的重連次數清零；步驟212 終端(101)根據協議要求，向M2M平臺(112)發送數據； 步驟213 判斷協議棧模塊2(111)與應用系統(113)的連接2是否在線，如果當前處於連接狀態，轉到步驟218，否則進行步驟214 ；步驟214 利用協議棧模塊2(111 )，連接應用系統(113); 步驟215 判斷連接2是否連上，如果連接上，進入步驟216，否則轉到步驟217 ； 步驟216 將連接2的重連次數清零； 步驟217 將連接2的重連次數累加1 ；步驟218 終端(101)根據協議要求，向應用系統(113)發送數據； 步驟219 判斷上述連接1和連接2的重連次數是否大於設定值，如果大於設定值，進入步驟220，否則返回步驟203 ；步驟220 進行終端(101)的斷線重連處理。
8.根據權利要求7所述雙路連接M2M終端建立雙路連接的方法，其特徵在於，所述斷線重連的處理過程為若兩路連接都斷線，則查詢無線通信模塊(109)的工作狀態，並重新進行雙路連接，當重連次數超過設定值時，重啟無線通信模塊(109);若只有一路連接斷線，另一路連接始終保持在線，則重啟無線通信模塊(109)，達到設定次數後，為了不影響已在線連接的數據傳輸，將停止斷線那路連接的重連，使其變為等待重連狀態，等到設定的時間段後，再重新之前的流程。
9.根據權利要求8所述雙路連接M2M終端建立雙路連接的方法，其特徵在於，兩路連接都斷線的重連步驟如下步驟301 判斷雙路連接是否都斷線，如果連接1和連接2都處於斷開狀態，則進行步驟302，否則轉到步驟306，結束此流程；步驟302 查詢當前的無線通信模塊(109)是否正常工作，並已經附著在運營商提供的網絡上，如果是，進行步驟303，否則轉到步驟305 ；步驟303 終端(101)嘗試重新連接M2M平臺(112)和應用系統(113)，建立連接1和連接2，並累加重連次數；步驟304 判斷重連次數是否超過設定值，如果超過，則進行步驟305，否則轉到步驟·306 ；步驟305 重新啟動無線通信模塊(109)； 步驟306 結束。
10.根據權利要求8所述雙路連接M2M終端建立雙路連接的方法，其特徵在於，一路連接斷線的重連步驟如下步驟401 判斷是否只有一路連接斷線，而另一路連接始終在線，如果是，則進行步驟 402，否則轉到步驟407，結束此流程；步驟402 重新連接已經斷開的那路連接，並累加重連次數；步驟403 判斷重連次數是否超過設定值，如果超過，則進行步驟404，否則轉到步驟·407 ；步驟404 重新啟動無線通信模塊(109)，並累加重啟次數；步驟405 判斷無線通信模塊(109)的重啟次數是否超過設定值，如果超過，則進行步驟406，否則轉到步驟407 ；步驟406 停止已斷開那路連接的重連，等待設定的時間段後再動作； 步驟407 結束。
全文摘要
本發明公開了一種雙路連接M2M系統，包括M2M終端、M2M平臺和應用系統，在M2M終端與M2M平臺和應用系統之間分別建立連接，兩路連接基於不同的協議；其中一路連接實現M2M終端與M2M平臺之間的數據交互，M2M平臺再通過網際網路與應用系統建立數據傳輸通道；另一路連接實現M2M終端和應用系統之間的直接數據交互。本發明還公開了雙路連接M2M終端及其連接方法。本發明的M2M系統及終端具有雙路連接特徵，增強了無線通信的可靠性，實現了採集信息的冗餘備份和及時更新；斷線重連措施，最大限度地保證了連接在線，減少終端失控狀態的發生。
文檔編號H04W80/00GK102368873SQ20111027435
公開日2012年3月7日 申請日期2011年9月16日 優先權日2011年9月16日
發明者仰燕蘭, 任崢崢, 葉樺, 周一航, 孫曉潔 申請人:東南大學