隨著國家《“十四五”信息通信行業發展規劃》和《物聯網新型基礎設施建設三年行動計劃（2021-2023年）》的政策出臺，物聯網的產業發展迎來了新一波浪潮。在農業、制造業、生態環境、智慧消防等場景下，以數字化轉型、智能化升級為動力，物聯網承載了各種感知終端數據傳輸的重任。

升哲科技：自研發Alpha/Alpha+協議

升哲科技從成立之處，就致力于物理世界的數據采集，從最早的藍牙信標（Beacon），到后來的IoT，再到后來的AIoT升級，均是圍繞著數據的收集、應用。在物聯網領域，升哲科技結合場景需求，先后推出了MAC層的自主協議，一是面向突發性業務的Alpha協議，二是面向突發性及周期性業務的Alpha+協議，并依托于自主協議，已經完成了從田間地頭到高樓大廈的應用項目落地。

Alpha/Alpha+協議對比

Alpha/Alpha+協議的網絡結構采用典型的星型拓撲，包含終端、基站、中繼器和服務平臺，其中中繼器為可選節點。服務平臺與基站之間采用4G、5G或以太網多種方式熱備連接通訊。

1、基站

業務匯聚點，主要負責空口數據采集、空口資源管理、時鐘同步、下級設備管理以及數據回傳至服務平臺，支持遠程固件升級、配置等功能。

2、終端/中繼器

數據透傳模塊，外接傳感器搜集業務數據。

• 雙向通信；
• 自主入網、配置；
• 可靠傳輸；
• 鏈路自適應，包括功率自適應和速率自適應。

Alpha協議

Alpha 協議支持終端進行上下行雙向通信，上行通信通常由定時心跳或者指定事件來驅動，而對于下行通信來說，只有當終端開啟接收窗口時基站才能與終端進行下行通信。

1、工作模式

根據不同的場景需求和時間同步原理，定義了 A、C、D、G、M等幾種工作模式。

2、上行策略

（1）碰撞檢測機制

終端在進行數據發送前進行信道碰撞檢測，對于密集部署的場景可以極大地提高網絡通信質量。

（2）閉環功率控制

針對固定部署的終端，基站可根據接收到的終端信號強度計算出功率調整值，然后通過下行數據傳遞給終端，終端修改功率等參數，降低系統內的自擾。

（3）上行確認

分為確認上行和非確認上行。確認上行，終端每發送一次數據均需要基站確認回復，適合對上行成功率敏感的場景。非確認上行，終端僅發送一次數據無需基站確認回復，適合頻繁周期上行不關心成功率的場景。

（4）選擇性回復

Alpha 協議設計了一種選擇性確認回復機制，以減少多次非確認上行帶來的額外冗余消耗。

3、下行策略

在下行策略上，Alpha協議通過基站選擇邏輯和下行緩存2種方式，解決基站下行擁塞、沖突、互干擾等問題。

4、安全機制

在安全機制上，通過加密密鑰、加密算法和幀號自增等手段，從根源上避免重放、破解、偽造或因攻擊而產生的大規模安全問題。

5、信道規劃

根據工信部的頻譜使用規定，對分配帶寬小的頻段，采用上下行同頻，對分配帶寬大的頻段，采用上下行異頻，盡最大可能提供網絡容量。例如470-510mhz頻段，其中470-490mhz按照200khz劃分出96個上行信道，500-510mhz按照200khz劃分出48個下行信道，490-500mhz為上下行隔離帶。同時Alpha協議設計了獨特的頻點掃描機制，終端會定時進行當前信道可用性檢測，當發現信道不可用時會觸發批量頻點掃描，根據基站確認回復情況自動切換到最優信道，實現終端對網絡信道計劃修改的自適應。

6、落地案例

依托Alpha協議，升哲科技在智慧城市、智慧消防領域，在學校、九小場所、老舊社區、工業、企業、文物古建、醫院、養老院等場景完成項目落地。例如在廣東省的深圳、珠海、汕尾等城市，通過Alpha協議，完成了應急業務實施。

?

Alpha+協議

Alpha+協議是升哲科技結合業務場景的需求，采用CDMA+FDMA機制，自主開發的一套Alpha增強協議，簡稱Alpha+協議。其具備如下幾個優勢：

·可靠性傳輸和及時傳輸

Alpha+協議通過對所有數據包進行確認，包括上行數據和下行數據。上行采用一對多的廣播確認機制，更為高效和低耗。如果發送方沒有收到確認，發送方立即開啟重傳機制。

·高資源利用率

Alpha+協議采用雙通道方案，設置專用信道和共享信道。共用信道采用CSMA/CA技術，滿足信令、突發警報等突發緊急業務的傳輸需求，由于系統在時域劃分時隙，信道的利用率是Alpha協議的2倍；專用信道是基站為終端分配專用資源，滿足周期和大數據的傳輸需求，可以100%避免沖突，除去開銷，時隙利用率最高可達80%，最大上行業務速率可達32kbps。

·支持大數據包傳輸

協議對大數據包進行分段后，在多個時隙傳輸，接收端將多個分段重新拼成完成的數據包，實現應用層數據包的透明傳輸。相比較LoRaWAN協議的最大數據包255Byte，大大擴展了應用場景，滿足工業、地質災害等場景中幾百到上千Byte數據傳輸的需求。

·低功耗支持

通過終端節點定時喚醒和發射功率動態調節，降低終端節點功耗。

·遠程固件升級

Alpha+協議具有下行廣播、組播能力，傳遞大文件給多個終端，可支持遠程升級終端設備固件。

·服務等級

Alpha+協議根據不同業務的緊急情況，將業務劃分為多個優先級，高優先級的業務擁有更多接入機會和優先發送的權力。

·多基站共存干擾避免

不同基站上下行采用分頻或不同的跳頻圖樣，實現相同區域的基站互不干擾。

·中繼傳輸

協議支持中繼傳輸，終端可以被配置成中繼器。

·信息備份

所有注冊的終端信息，分別在基站及云端進行備份，避免因為斷電或其他異常觸發設備重啟而導致的信息丟失。

1、工作模式

支持兩種工作模式模式：專用模式（D模式）和共享模式（S模式）。例如基站總計有8個信道，系統默認為4個共享信道，4個專用信道，比例可以根據應用求進行更改。

2、私網劃分

Beacon消息通過網絡ID進行加密，可以保證用戶的構建“私有”網絡，屏蔽使用該協議的其他網絡用戶。

3、入網注冊

終端開機后，在默認的下行頻點上搜索beacon。在成功接收beacon后，完成與基站的同步，完成同步后，終端在共享信道上發起入網注冊過程，基站將為終端分配網絡臨時標識，用于后續空口通信使用，為終端分配專用時隙資源。

4、上行信道跳頻

上行信道跳頻僅適用于共享信道。多基站共存時，通過使用不同的跳頻圖樣，避免上行沖突。同時當區域內固定頻域干擾時，采用上行跳頻可避免通信中斷，具有一定的抗干擾性。

5、數據傳輸

下行業務，采用一對一的確認機制，上行業務采用一對多的確認機制。下行時隙支持多個數據包級聯傳輸，采用級聯可以有效提高下行傳輸能力。

6、低功耗

A模式屬于低功耗模式，在沒有業務時，終端處于睡眠狀態。當需要發送數據時，首先在下行頻點上開啟接收，接收beacon，重新調整時間同步。由于A模式下行接收受限，終端會定時醒來，上報設備狀態，基站在此時開啟下行數據傳遞。

C模式為常規模式，下行永遠處于接收狀態。

7、大數據包傳輸

當業務數據包較大，在一個時隙無法完成整包傳輸，協議將對數據包進行分段處理，在多個時隙進行傳輸。當某一分段傳輸失敗后，終端只需要重新發送失敗的分段，不需要重新傳輸整個數據包，增加傳輸的時效性，減少信道占用。

8、服務等級管理

基站中攜帶服務質量等級信息QoS。當網絡發生擁塞時，終端可以發送高于或等于該服務等級的業務數據，低于該等級的業務數據不允許發送，從而降低網絡擁塞的同時，可以保證高優先級業務得到有效傳輸。

9、鏈路自適應

鏈路自適應包括速率自適應和功率自適應。

Beacon中每8個周期發送一次功率控制信息。包括基站的發送功率和功率限制。終端可以根據這些信息調整發送功率，降低功耗。同時終端通過接收Beacon獲得當前鏈路質量，根據無線環境調整業務數據速率，實現高效傳輸。

10、安全機制

業務數據傳輸會采用密鑰進行加密處理。衍生密鑰計算在入網注冊過程中完成。終端在工廠環節即離線完成寫入根密鑰，云平臺管理所有終端的根密鑰信息。

11、落地案例

依托Alpha+協議的眾多優點，升哲科技先后在智慧安防、智慧油田等場景落地項目。

智慧安防

采用Alpha+協議的S模式可以有效滿足應用場景需求。Alpha+協議采用時隙aloha的接入方式，接入的成功率是Alpha協議的2倍；突發業務接入時延平均小于2秒；業務量為小包多次，隨到隨發，無需資源預先規劃；通過app進行下行布控，時延小于2秒。

智能油田

針對這種業務類型，采用Alpha+協議的D模式，有效適配油田物聯網場景。

• 協議為周期業務的終端分配專用時隙資源，可以絕對避免空口傳輸沖突，上行業務速率可達32kbps；
• 協議指示數據包分段，因此對應用層業務數據包的大小沒有嚴格限制；此外，數據分段還可以提高重傳的效率；
• 協議對所有數據包進行確認，保證數據的安全可靠傳輸。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的从行业应用到智慧城市，升哲科技Alpha协议如何保障物理世界的数据传输的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。