物联网终端及基于服务器集中调度的物联网拥塞避免系统的制作方法

本发明涉及物联网技术领域，特别涉及一种物联网终端及基于服务器集中调度的物联网拥塞避免系统。

背景技术

在海量连接的物联网网络中，大量的数据根据所设定的模式周期性地回传到云端服务器。在传统的数据采样后立即上传的方案下，大量相同工作模式的物联网终端可能在同一时间向同一服务器发起连接，从而造成网络/服务器拥塞。

传统的拥塞避免方案一般基于成熟的传输层协议，比如tcp协议，防止过多的数据注入到网络中。tcp通过拥塞检测，并控制拥塞窗口，以取得尽可能高的传输吞吐率，同时避免网络拥塞。

然而，海量无协作个体的传输，虽然采用了传输层的拥塞控制，但是终究因为服务器端有限的带宽，使得单个个体的平均吞吐率较低。另外，在拥塞环境下，网络丢包重传带来的额外开销，使得物联网终端平均传输时间将大大的增加。这对降低物联网终端的功耗，特别是无线终端的功耗是极端不利的。这是因为无线终端的主要功率一般消耗于网络通信，特别是当功率放大器打开的上行传输。

技术实现要素：

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种物联网终端及基于服务器集中调度的物联网拥塞避免系统。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种物联网终端，包括：微控制器单元、通信单元、信号采集单元、掉电非易失性存储器和rtc中断唤醒器，其中，所述微控制器单元与所述通信单元、信号采集单元和掉电非易失性存储器双向连接，所述微控制器单元的输入端与所述rtc中断唤醒器的输出端连接；所述通信单元用于所述物联网终端与服务器之间的消息收发；所述微控制器单元用于负责所述物联网终端的控制、管理、数据收发和数据存储；所述信号采集单元用于采集传感器的信号；所述rtc中断唤醒器用于用于通过rtc中断，按照设置的时间唤醒处于深度休眠中的系统；所述掉电非易失性存储器用于存储运行现场数据、预设值的命令、当前的采样数据，其中，在采样阶段，所述物联网终端与外部的服务器不连接，所述物联网终端的本次采样的开始时间在上一次物联网终端连接服务器后获得，或者根据固定配置推导获得；当进入数据上传阶段时，所述物联网终端连接服务器，获得并执行命令，所述物联网终端的本次连接服务器时间时上一次物联网终端连接服务器后获得，设备在此阶段将上传数据，获得下一次采样时间和下一次连接服务器时间。

进一步，所述采样阶段的采样时间预先配置给所述物联网终端，其中，

(1)对规则的采样：将配置一次性设置到物联网终端，所述物联网终端根据配置设置rtc唤醒时间，周期性唤醒系统进行采样；

(2)对于不规则的采样：在物联网终端连接服务器时，动态设置下一次采样时间，物联网终端根据配置设置rtc，以唤醒系统进行下一次采样。

进一步，所述当前采样数据存储在掉电非易失性存储器,如flash存储器。

本发明实施例还提供一种基于服务器集中调度的物联网拥塞避免系统，包括：物联网终端和服务器，其中，

所述服务器用于存储整个物联网的状态，包括：总的终端数，每个终端的采样模式，调度物联网终端的连接和数据上传，并达到负载在时间上的均衡，避免多个物联网终端同时连接服务器，同时上传数据；

所述物联网终端在非工作状态时，处于深度睡眠的低功耗状态，与服务器的通信连接断开，采样按照规定的配置，通过rtc唤醒进行采样，然后存储在本地掉电非易失性存储器，采样完成后，所述物联网终端进入深度休眠状态，避免多个物联网终端同时上传；当系统达到预先设定的数据上传时间，所述物联网终端的rtc中断唤醒器再次唤醒整个系统，进行数据的上传，同时在通信的过程中获得下一次的数据采集时间和数据上传的时间。

进一步，所述服务器根据单所述物联网终端的采样时间以及实时性需求，调度该物联网终端的上传，在采样时间的基础上加上一个随机的时间量作为数据上传时间，即，

tt(n)＝ts(n)+δ(n)

其中，tt(n)为某个终端第n次数据上传时间，ts(n)为终端的第n次数据采样时间，δ(n)为一个随机变量，ts(n)由用户预先设置的。

根据本发明实施例的物联网终端及基于服务器集中调度的物联网拥塞避免系统，采用将采样与上传分离的方案，并且单个物联网终端的采样时间和上传时间通过服务器统一调度。通过这种集中协作的方式，从宏观上避免多个终端同时上传，从而尽可能提高上传的成功率，缩短网络通信的时间，以尽可能节省单个终端以及整个传感器网络的功耗。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的物联网终端的结构图；

图2为根据本发明实施例的基于服务器集中调度的物联网拥塞避免系统的结构图；

图3为根据本发明实施例的基于服务器集中调度的物联网拥塞避免系统的工作过程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的物联网终端，包括：微控制器单元100、通信单元200、信号采集单元300、掉电非易失性存储器400和rtc中断唤醒器500。具体的，微控制器单元100与通信单元200、信号采集单元300和掉电非易失性存储器400双向连接，微控制器单元100的输入端与rtc中断唤醒器500的输出端连接。

通信单元200用于物联网终端与服务器之间的消息收发。微控制器单元100用于负责物联网终端的控制、管理、数据收发和数据存储等工作。信号采集单元300用于采集传感器的信号。为了支持低功耗的深度休眠，以及采样与上传分离，rtc中断唤醒器500用于用于通过rtc中断，按照设置的时间唤醒处于深度休眠中的系统。掉电非易失性存储器400用于存储运行现场数据、预设值的命令、当前的采样数据。在本发明的一个实施例中，当次采样数据存储于掉电非易失性存储器，如flash存储器。

物联网终端的单次工作分成两个阶段：

在采样阶段，物联网终端与外部的服务器不连接，物联网终端的本次采样的开始时间在上一次物联网终端连接服务器后获得，或者根据固定配置推导获得。

在本发明的一个实施例中，由于数据采样取决于被监测对象的特性，因而其采样时间是可以预先确定，并预先配置给物联网终端，包括以下两种方式：

(1)对规则的采样：例如周期采样，将配置一次性设置到物联网终端，物联网终端根据配置设置rtc唤醒时间，周期性唤醒系统进行采样；

(2)对于不规则的采样：在物联网终端连接服务器时，动态设置下一次采样时间，物联网终端根据配置设置rtc，以唤醒系统进行下一次采样。

当进入数据上传阶段时，物联网终端连接服务器，获得并执行命令，物联网终端的本次连接服务器时间时上一次物联网终端连接服务器后获得，设备在此阶段将上传数据，获得下一次采样时间和下一次连接服务器时间。

如图2所示，本发明实施例还提出一种基于服务器集中调度的物联网拥塞避免系统，包括：物联网终端1和服务器2。

物联网下一次连接服务器时间则由服务器2根据物联网终端1的下一次采样时间以及对将来网络状况的预测来确定，并在本次物联网连接时进行设置。由于服务器2拥有整个物联网的状态，比如总的终端数，每个终端的采样模式等，因此可以比较精确地调度物联网终端1的连接以及数据上传，并达到负载在时间上的均衡，尽可能避免多个物联网终端1同时连接服务器2，同时上传数据。

物联网终端1在非工作状态时，处于深度睡眠的低功耗状态，与服务器的通信连接断开，，以尽可能地降低功耗。物联网终端1采样按照规定的配置，通过rtc唤醒进行采样，然后存储在本地掉电非易失性存储器。预定的配置可以是长时间的固定配置，或者是短时间的，相邻上次连接服务器时，服务器动态设置的。在数据的采样过程中，物联网终端不使能通信。采样完成后，物联网终端进入深度休眠状态，避免多个物联网终端同时上传；当系统达到预先设定的数据上传时间，物联网终端的rtc中断唤醒器再次唤醒整个系统，进行数据的上传，同时在通信的过程中获得下一次的数据采集时间和数据上传的时间。如此不停重复下去，如图3所示。

参考图3，在服务器端，服务器2根据单个终端的采样时间以及实时性需求，尽量均匀地调度终端的上传，以达到平滑带宽的目的。本发明在采样时间的基础上加上一个随机的时间量当做其数据上传的时间，即：

tt(n)＝ts(n)+δ(n)

其中，tt(n)为某个终端第n次数据上传时间，ts(n)为终端的第n次数据采样时间，δ(n)为一个随机变量。其中ts(n)一般是用户预先设置的。

需要说明的是，上述方式只是出于示例的目的，还可以采用其他方式达到达到平滑带宽的目的，在此不再赘述。

根据本发明实施例的物联网终端及基于服务器集中调度的物联网拥塞避免系统，采用将采样与上传分离的方案，并且单个物联网终端的采样时间和上传时间通过服务器统一调度。通过这种集中协作的方式，从宏观上避免多个终端同时上传，从而尽可能提高上传的成功率，缩短网络通信的时间，以尽可能节省单个终端以及整个传感器网络的功耗。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。