[发明专利]物联网通信系统及其构建方法

说明书

本发明涉及物联网领域，提供一种物联网通信系统及其构建方法。物联网通信系统包括：第一层网络和第二层网络；所述第一层网络为中心网关与簇头节点构建的以所述中心网关为根节点的多跳网络；所述第二层网络为所述簇头节点与终端节点构建的点对多点的单跳蜂窝网络；所述簇头节点是根据预设规则从所述终端节点中选举产生的，用于汇聚和转发所述终端节点发送的数据。本发明在终端节点组网初始化过程中，根据预设规则选举簇头节点，保证第一层网络的中心网关到簇头节点的多跳级数尽可能少，降低端到端的时延，提高网络的吞吐量和网络传输效率。第二层网络是点对多点的单跳蜂窝网络，可满足大量终端节点高频次并发数据传输时低时延的通信需求。

技术领域

本发明涉及物联网领域，具体地涉及一种物联网通信系统以及该物联网通信系统的构建方法。

背景技术

随着物联网的发展，对无线物联网通信的需求越来越广。目前的低功耗广域网络(LPWAN)组网结构主要是点对多点单跳星型网络，由中心节点(网关)对终端节点进行无线资源接纳、调度，不利于规模组网，当有大量的物联网节点时难以满足高频次、低时延的通信需求。例如，采用Zigbee技术的个人区域网络(PAN)的组网结构主要是具有多跳特征的树型网络或网状网络，基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，具有较强的组网能力；但在多跳树形组网中所有终端节点都采用CSMA数据传输机制，从中心节点到终端节点的多跳传输时延大，当多个终端节点在短时间内频繁上传数据时，时延较大，网络传输效率严重降低。再例如，采用LoRa物联网技术的组网结构，LoRa网关采用频分多址方式(不支持码分多址)，当多个终端用户并发传输数据时效率较低；而且，LoRa终端采用载波侦听冲突检测的MAC层接入机制，可满足终端用户低频次的数据传输要求，但终端用户高频次上传数据时的时延较大，网络传输效率大大降低。

发明内容

本发明实施方式的目的是提供一种物联网通信系统及其构建方法，以满足大量终端节点高频次数据传输时低时延的通信需求，有利于大规模组网，提高网络传输效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种物联网通信系统，包括：第一层网络和第二层网络；所述第一层网络为中心网关与簇头节点构建的以所述中心网关为根节点的多跳网络；所述第二层网络为所述簇头节点与终端节点构建的点对多点的单跳蜂窝网络；所述簇头节点是根据预设规则从所述终端节点中选举产生的，用于汇聚和转发所述终端节点发送的数据。

进一步地，所述终端节点与所述簇头节点之间采用时分多址、频分多址、码分多址及其组合方式并发传输数据。

本发明还提供上述物联网通信系统的构建方法，所述物联网通信系统的第一层网络和第二层网络通过以下方式构建：

S1)所述中心网关广播同步消息，对所述终端节点进行同步校准；

S2)所述中心网关广播建网消息，根据所述终端节点的响应消息判断所述终端节点的合法性，并对合法的终端节点进行入网登记；

S3)所述中心网关根据所有的终端节点的响应消息，获知各终端节点之间的连接关系，构建所述中心网关与各终端节点的网络树状拓扑图；

S4)所述中心网关根据所述网络树状拓扑图和所述预设规则从各终端节点中选举出簇头节点，完成所述第一层网络和所述第二层网络的构建。

进一步地，步骤S1)所述中心网关广播同步消息，对所述终端节点进行同步校准，包括：

所述中心网关广播同步消息，所述终端节点接收所述同步消息后向邻近的终端节点广播所述同步消息，直到所有的终端节点都接收到所述同步消息，完成所有的终端节点的同步校准。

进一步地，步骤S2)包括：