WEN技術在電梯物聯網中的應用

曹石

摘 要 電梯物聯網系統的可靠運行需要成熟穩定的網絡結構和可靠的數據傳輸機制的支持。本文主要以電梯物聯網傳感層為對象，介紹傳感層網絡的結構及網絡中各角色的作用；介紹傳感層數據傳輸機制，包括數據傳輸方式及數據包路由原則。

關鍵詞 物聯網；WEN；無線傳感器

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0077-01

現有的電梯物聯網，傳感層網絡一般采用單點方式，即一臺電梯為一個網絡，采用的網絡一般為GPRS，成本較高，且對物聯網服務器提出更高要求，因為需要為每臺電梯創建一個連接，這對服務器硬件和部署架構要求很高，不適合推廣應用。

本文提出的電梯物聯網傳感層網絡結構運用分布式設計方法，采用WEN電梯專用無線技術，以區域為單位組建無線局域網，將數據集中到數據匯總單元，這種網絡結構一方面方便擴展，另一方面大大提高了性價比。

1 電梯物聯網網絡結構

1.1 網絡結構

電梯物聯網傳感層局域網網絡結構的設計原則為“分散控制、集中管理”。網絡形式包含有線和無線通訊方式。網絡結構設計的出發點是高性價比和高可靠性，設計思路是傳感層構建局域網，將數據集合到數據匯總單元。采用WEN技術組建傳感層無線網絡。

電梯主控制器作為數據采集的對象，數據采集單元包括有線通訊單元和射頻傳輸單元，數據采集單元與電梯主控制器通訊方式采用多種有線通訊方式，采集到的數據經射頻傳輸單元投遞到WEN無線網絡中，經一級或者多級數據中繼單元到達數據匯總單元，如圖1所示。

圖1 電梯物聯網傳感層網絡結構

WEN無線網絡是傳感層局域網的核心，WEN結構包括物理層、MAC層、網絡層，4～7層統一為應用支持層。物理層負責將數據包轉換為射頻位，或者將射頻位轉換為數據包。MAC層主要提供網絡標識和通過發信標方式進行網絡探測，MAC層還提供點對點階躍確認。網絡層主要負責構建網狀網，包括在WEN網絡中廣播數據包、決定單播數據的路由鏈路、保證點對點數據通訊的可靠性。應用層負責根據程序中指定的地址或者組號決定數據包的發送和接收。

1.2 網絡角色

電梯物聯網中WEN無線局域網網絡角色按其功能劃分主要分為：網絡創建單元、數據匯總單元、數據中繼單元、數據采集單元。

網絡創建單元負責WEN網絡的創建和激活，有且只有網絡創建單元能激活WEN網絡，網絡創建成功之后，網絡創建單元即可離開網絡。

數據匯總單元作負責網絡的維持、網絡管理及數據匯總，起著連接Internet和局域網的功能。來自物聯網服務器的任何數據都必須先經過數據匯總單元，由數據匯總單元檢索目標地址，然后通過WEN網絡投遞到目標節點。

數據中繼單元功能比較單一，負責數據路由轉發，將來自父節點的數據包通過最優路由鏈路投遞給數據匯總單元。

數據采集單元負責采集電梯主控制器數據，采集方式可通過協議，也可通過干觸點。采集的數據通過射頻傳輸單元投遞到數據匯總單元。通常，數據采集單元只被動接收，當物聯網平臺有數據請求時，才返回數據，但在電梯發生故障時，數據采集單元會主動向數據匯總單元發送異常請求數據包，告知物聯網平臺現場電梯出現故障。

2 數據傳輸機制

無線網絡的核心關注點在于如何在節點之間數據進行可靠性傳輸。WEN網絡能自動規劃最優路由保證節點之間數據交互。WEN網絡采用標準的數據傳輸機制，包括三方面：1）數據請求；2）數據確認；3）數據指示。

數據請求由原始節點發起，數據確認是數據請求的直接結果，原始節點每次發送數據請求都會接收到一個數據確認包來指示請求的成功或者失敗；數據指示到達時間確沒有確定值。數據請求可從多處產生，包括有響應機制的單播、無響應機制的單播、廣播、組播。

2.1 數據傳輸方式

WEN網絡數據傳輸方式主要有單播、組播、廣播。

單播主要用于點對點通訊，如果點對點通訊被響應，單播將會重復嘗試3次以確定最終的路由，在此過程中，如果路由被破壞，比如受電磁波干擾、障礙物阻擋或者惡劣天氣影響等，則新的路由偵測機制將會被激活。

廣播是單點對網絡中所有點的通訊方式，只要接收節點與其父節點的距離在發送節點指定的射頻半徑之內。廣播通訊方式采用數據包接力方式，指定廣播半徑之內的節點都執行數據包接收、地址判斷、數據投遞，也就是說一個數據包會多次到達同一個節點，如果廣播頻率較快，容易造成網絡阻塞。

組播是廣播的特殊情況，它是指定一組節點的廣播，任何其他節點收到組播數據之后都被將數據包丟棄，如果一個節點想特定的組發送組播數據，數據包會到達指定組標識的節點。

2.2 數據包路由

WEN網絡采用網絡網結構，數據包在點到點之間傳輸首先需要路由偵測去尋找路由鏈路，源節點可經過多級階躍到達指定目標節點，如果在路由偵測過程中出現路由鏈路受損，比如受障礙物阻擋、供電異常等情況下，路由鏈路將會自動重新規劃路由偵測直至找到新的路由鏈路為止。

在路由鏈路上，用路由損耗指示每一級階躍的能量。源節點向各個方向廣播數據，每經過一級，路由損耗累加一次，如此便能確定每一條鏈路的路由損耗，找到最小的即可鎖定最佳路由鏈路。

3 結束語

電梯物聯網傳感層網絡結構各式各樣，但都圍繞單點結構展開，單點網絡結構弊端較多，從實用的角度分析，其昂貴的方案價格讓客戶望而卻步，單點結構造成數據傳輸機制的單一，而且如要實現廣播通訊方式，勢必在應用層就需要投入大量的流量費用，而且沒法對廣播進行二次控制。本文提出的電梯物聯網傳感層分布式網絡結構能彌補單點結構的缺點，另外分布式結構決定了可采用WEN無線技術，采用多種數據傳輸方式，外加最優路由鏈路原則，能構建高性價比的電梯物聯網系統，具有一定的推廣價值。

參考文獻

[1]王雪.無線傳感器網絡測量系統[M].北京：機械工業出版社，2007：212.

[2]CarmanDW，KruusPS，MattBJ.Constraintsandapproachesfordistributedsensornetworksecurity[R].NAILabs，2005.endprint

摘 要 電梯物聯網系統的可靠運行需要成熟穩定的網絡結構和可靠的數據傳輸機制的支持。本文主要以電梯物聯網傳感層為對象，介紹傳感層網絡的結構及網絡中各角色的作用；介紹傳感層數據傳輸機制，包括數據傳輸方式及數據包路由原則。

關鍵詞 物聯網；WEN；無線傳感器

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0077-01

現有的電梯物聯網，傳感層網絡一般采用單點方式，即一臺電梯為一個網絡，采用的網絡一般為GPRS，成本較高，且對物聯網服務器提出更高要求，因為需要為每臺電梯創建一個連接，這對服務器硬件和部署架構要求很高，不適合推廣應用。

本文提出的電梯物聯網傳感層網絡結構運用分布式設計方法，采用WEN電梯專用無線技術，以區域為單位組建無線局域網，將數據集中到數據匯總單元，這種網絡結構一方面方便擴展，另一方面大大提高了性價比。

1 電梯物聯網網絡結構

1.1 網絡結構

電梯物聯網傳感層局域網網絡結構的設計原則為“分散控制、集中管理”。網絡形式包含有線和無線通訊方式。網絡結構設計的出發點是高性價比和高可靠性，設計思路是傳感層構建局域網，將數據集合到數據匯總單元。采用WEN技術組建傳感層無線網絡。

電梯主控制器作為數據采集的對象，數據采集單元包括有線通訊單元和射頻傳輸單元，數據采集單元與電梯主控制器通訊方式采用多種有線通訊方式，采集到的數據經射頻傳輸單元投遞到WEN無線網絡中，經一級或者多級數據中繼單元到達數據匯總單元，如圖1所示。

圖1 電梯物聯網傳感層網絡結構

WEN無線網絡是傳感層局域網的核心，WEN結構包括物理層、MAC層、網絡層，4～7層統一為應用支持層。物理層負責將數據包轉換為射頻位，或者將射頻位轉換為數據包。MAC層主要提供網絡標識和通過發信標方式進行網絡探測，MAC層還提供點對點階躍確認。網絡層主要負責構建網狀網，包括在WEN網絡中廣播數據包、決定單播數據的路由鏈路、保證點對點數據通訊的可靠性。應用層負責根據程序中指定的地址或者組號決定數據包的發送和接收。

1.2 網絡角色

電梯物聯網中WEN無線局域網網絡角色按其功能劃分主要分為：網絡創建單元、數據匯總單元、數據中繼單元、數據采集單元。

網絡創建單元負責WEN網絡的創建和激活，有且只有網絡創建單元能激活WEN網絡，網絡創建成功之后，網絡創建單元即可離開網絡。

數據匯總單元作負責網絡的維持、網絡管理及數據匯總，起著連接Internet和局域網的功能。來自物聯網服務器的任何數據都必須先經過數據匯總單元，由數據匯總單元檢索目標地址，然后通過WEN網絡投遞到目標節點。

數據中繼單元功能比較單一，負責數據路由轉發，將來自父節點的數據包通過最優路由鏈路投遞給數據匯總單元。

數據采集單元負責采集電梯主控制器數據，采集方式可通過協議，也可通過干觸點。采集的數據通過射頻傳輸單元投遞到數據匯總單元。通常，數據采集單元只被動接收，當物聯網平臺有數據請求時，才返回數據，但在電梯發生故障時，數據采集單元會主動向數據匯總單元發送異常請求數據包，告知物聯網平臺現場電梯出現故障。

2 數據傳輸機制

無線網絡的核心關注點在于如何在節點之間數據進行可靠性傳輸。WEN網絡能自動規劃最優路由保證節點之間數據交互。WEN網絡采用標準的數據傳輸機制，包括三方面：1）數據請求；2）數據確認；3）數據指示。

數據請求由原始節點發起，數據確認是數據請求的直接結果，原始節點每次發送數據請求都會接收到一個數據確認包來指示請求的成功或者失敗；數據指示到達時間確沒有確定值。數據請求可從多處產生，包括有響應機制的單播、無響應機制的單播、廣播、組播。

2.1 數據傳輸方式

WEN網絡數據傳輸方式主要有單播、組播、廣播。

單播主要用于點對點通訊，如果點對點通訊被響應，單播將會重復嘗試3次以確定最終的路由，在此過程中，如果路由被破壞，比如受電磁波干擾、障礙物阻擋或者惡劣天氣影響等，則新的路由偵測機制將會被激活。

廣播是單點對網絡中所有點的通訊方式，只要接收節點與其父節點的距離在發送節點指定的射頻半徑之內。廣播通訊方式采用數據包接力方式，指定廣播半徑之內的節點都執行數據包接收、地址判斷、數據投遞，也就是說一個數據包會多次到達同一個節點，如果廣播頻率較快，容易造成網絡阻塞。

組播是廣播的特殊情況，它是指定一組節點的廣播，任何其他節點收到組播數據之后都被將數據包丟棄，如果一個節點想特定的組發送組播數據，數據包會到達指定組標識的節點。

2.2 數據包路由

WEN網絡采用網絡網結構，數據包在點到點之間傳輸首先需要路由偵測去尋找路由鏈路，源節點可經過多級階躍到達指定目標節點，如果在路由偵測過程中出現路由鏈路受損，比如受障礙物阻擋、供電異常等情況下，路由鏈路將會自動重新規劃路由偵測直至找到新的路由鏈路為止。

在路由鏈路上，用路由損耗指示每一級階躍的能量。源節點向各個方向廣播數據，每經過一級，路由損耗累加一次，如此便能確定每一條鏈路的路由損耗，找到最小的即可鎖定最佳路由鏈路。

3 結束語

電梯物聯網傳感層網絡結構各式各樣，但都圍繞單點結構展開，單點網絡結構弊端較多，從實用的角度分析，其昂貴的方案價格讓客戶望而卻步，單點結構造成數據傳輸機制的單一，而且如要實現廣播通訊方式，勢必在應用層就需要投入大量的流量費用，而且沒法對廣播進行二次控制。本文提出的電梯物聯網傳感層分布式網絡結構能彌補單點結構的缺點，另外分布式結構決定了可采用WEN無線技術，采用多種數據傳輸方式，外加最優路由鏈路原則，能構建高性價比的電梯物聯網系統，具有一定的推廣價值。

參考文獻

[1]王雪.無線傳感器網絡測量系統[M].北京：機械工業出版社，2007：212.

[2]CarmanDW，KruusPS，MattBJ.Constraintsandapproachesfordistributedsensornetworksecurity[R].NAILabs，2005.endprint

摘 要 電梯物聯網系統的可靠運行需要成熟穩定的網絡結構和可靠的數據傳輸機制的支持。本文主要以電梯物聯網傳感層為對象，介紹傳感層網絡的結構及網絡中各角色的作用；介紹傳感層數據傳輸機制，包括數據傳輸方式及數據包路由原則。

關鍵詞 物聯網；WEN；無線傳感器

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0077-01

現有的電梯物聯網，傳感層網絡一般采用單點方式，即一臺電梯為一個網絡，采用的網絡一般為GPRS，成本較高，且對物聯網服務器提出更高要求，因為需要為每臺電梯創建一個連接，這對服務器硬件和部署架構要求很高，不適合推廣應用。

本文提出的電梯物聯網傳感層網絡結構運用分布式設計方法，采用WEN電梯專用無線技術，以區域為單位組建無線局域網，將數據集中到數據匯總單元，這種網絡結構一方面方便擴展，另一方面大大提高了性價比。

1 電梯物聯網網絡結構

1.1 網絡結構

電梯物聯網傳感層局域網網絡結構的設計原則為“分散控制、集中管理”。網絡形式包含有線和無線通訊方式。網絡結構設計的出發點是高性價比和高可靠性，設計思路是傳感層構建局域網，將數據集合到數據匯總單元。采用WEN技術組建傳感層無線網絡。

電梯主控制器作為數據采集的對象，數據采集單元包括有線通訊單元和射頻傳輸單元，數據采集單元與電梯主控制器通訊方式采用多種有線通訊方式，采集到的數據經射頻傳輸單元投遞到WEN無線網絡中，經一級或者多級數據中繼單元到達數據匯總單元，如圖1所示。

圖1 電梯物聯網傳感層網絡結構

WEN無線網絡是傳感層局域網的核心，WEN結構包括物理層、MAC層、網絡層，4～7層統一為應用支持層。物理層負責將數據包轉換為射頻位，或者將射頻位轉換為數據包。MAC層主要提供網絡標識和通過發信標方式進行網絡探測，MAC層還提供點對點階躍確認。網絡層主要負責構建網狀網，包括在WEN網絡中廣播數據包、決定單播數據的路由鏈路、保證點對點數據通訊的可靠性。應用層負責根據程序中指定的地址或者組號決定數據包的發送和接收。

1.2 網絡角色

電梯物聯網中WEN無線局域網網絡角色按其功能劃分主要分為：網絡創建單元、數據匯總單元、數據中繼單元、數據采集單元。

網絡創建單元負責WEN網絡的創建和激活，有且只有網絡創建單元能激活WEN網絡，網絡創建成功之后，網絡創建單元即可離開網絡。

數據匯總單元作負責網絡的維持、網絡管理及數據匯總，起著連接Internet和局域網的功能。來自物聯網服務器的任何數據都必須先經過數據匯總單元，由數據匯總單元檢索目標地址，然后通過WEN網絡投遞到目標節點。

數據中繼單元功能比較單一，負責數據路由轉發，將來自父節點的數據包通過最優路由鏈路投遞給數據匯總單元。

數據采集單元負責采集電梯主控制器數據，采集方式可通過協議，也可通過干觸點。采集的數據通過射頻傳輸單元投遞到數據匯總單元。通常，數據采集單元只被動接收，當物聯網平臺有數據請求時，才返回數據，但在電梯發生故障時，數據采集單元會主動向數據匯總單元發送異常請求數據包，告知物聯網平臺現場電梯出現故障。

2 數據傳輸機制

無線網絡的核心關注點在于如何在節點之間數據進行可靠性傳輸。WEN網絡能自動規劃最優路由保證節點之間數據交互。WEN網絡采用標準的數據傳輸機制，包括三方面：1）數據請求；2）數據確認；3）數據指示。

數據請求由原始節點發起，數據確認是數據請求的直接結果，原始節點每次發送數據請求都會接收到一個數據確認包來指示請求的成功或者失敗；數據指示到達時間確沒有確定值。數據請求可從多處產生，包括有響應機制的單播、無響應機制的單播、廣播、組播。

2.1 數據傳輸方式

WEN網絡數據傳輸方式主要有單播、組播、廣播。

單播主要用于點對點通訊，如果點對點通訊被響應，單播將會重復嘗試3次以確定最終的路由，在此過程中，如果路由被破壞，比如受電磁波干擾、障礙物阻擋或者惡劣天氣影響等，則新的路由偵測機制將會被激活。

廣播是單點對網絡中所有點的通訊方式，只要接收節點與其父節點的距離在發送節點指定的射頻半徑之內。廣播通訊方式采用數據包接力方式，指定廣播半徑之內的節點都執行數據包接收、地址判斷、數據投遞，也就是說一個數據包會多次到達同一個節點，如果廣播頻率較快，容易造成網絡阻塞。

組播是廣播的特殊情況，它是指定一組節點的廣播，任何其他節點收到組播數據之后都被將數據包丟棄，如果一個節點想特定的組發送組播數據，數據包會到達指定組標識的節點。

2.2 數據包路由

WEN網絡采用網絡網結構，數據包在點到點之間傳輸首先需要路由偵測去尋找路由鏈路，源節點可經過多級階躍到達指定目標節點，如果在路由偵測過程中出現路由鏈路受損，比如受障礙物阻擋、供電異常等情況下，路由鏈路將會自動重新規劃路由偵測直至找到新的路由鏈路為止。

在路由鏈路上，用路由損耗指示每一級階躍的能量。源節點向各個方向廣播數據，每經過一級，路由損耗累加一次，如此便能確定每一條鏈路的路由損耗，找到最小的即可鎖定最佳路由鏈路。

3 結束語

電梯物聯網傳感層網絡結構各式各樣，但都圍繞單點結構展開，單點網絡結構弊端較多，從實用的角度分析，其昂貴的方案價格讓客戶望而卻步，單點結構造成數據傳輸機制的單一，而且如要實現廣播通訊方式，勢必在應用層就需要投入大量的流量費用，而且沒法對廣播進行二次控制。本文提出的電梯物聯網傳感層分布式網絡結構能彌補單點結構的缺點，另外分布式結構決定了可采用WEN無線技術，采用多種數據傳輸方式，外加最優路由鏈路原則，能構建高性價比的電梯物聯網系統，具有一定的推廣價值。

參考文獻

[1]王雪.無線傳感器網絡測量系統[M].北京：機械工業出版社，2007：212.

[2]CarmanDW，KruusPS，MattBJ.Constraintsandapproachesfordistributedsensornetworksecurity[R].NAILabs，2005.endprint