CN103926904B - 具有路径优化功能的移动型物联网及其管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有路径优化功能的移动型物联网及其管理方法，每个数据采集平台可以根据收集到GPS经纬度信息经过计算确定模块的地理位置和它们之间的距离从而确定本数据采集平台数据传输的最优路径，并通过这个最优路径将信息反馈到数据处理平台。最优路径为本数据采集平台的信号覆盖范围之内、且离本数据处理平台最近的上一优先级的数据采集平台。本发明可以降低系统成本、降低能耗而且可以根据系统的运动规律优化信息的传输路径，提高每个数据采集平台的活动范围，提高系统的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，具体涉及一种具有路径优化功能的移动型物联网及其管理方法。
背景技术
物联网是利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。
目前应用实际数据采集的物联网主要是在每一个需要数据采集的物体上放置一个具有远程信息发射能力的系统直接将采集到的数据发送到数据处理平台上，数据处理平台直接处理每个采集点反馈回来的信息(如图1)。这样的方案优缺点很明显。优点是可以很轻松地解决了数据采集的问题。缺点是每个数据采集平台包括了远程数据传输模块(GPRS、3G模块等)。这些模块成本一般比较高，且每月会产生通讯费用，是整个系统的成本十分高。
还有另外一种数据采集方式为短程发射模块通过人为设定的传输路径将有效采集信息汇集到具有远程发射信息能力的数据采集平台，再由它将数据一起发送到数据处理平台上(如图2)。这种方案较第一种方案可以很好地解决了系统的成本问题，但是这样的系统存在着明显的不足就是它不适应移动物体组建起来的物联网。因为固定的传输路径阻止了系统中每个数据采集平台的活动范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有路径优化功能的移动型物联网及其管理方法，其可以降低系统成本、降低能耗而且可以根据系统的运动规律优化信息的传输路径，提高每个数据采集平台的活动范围，提高系统的稳定性。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种具有路径优化功能的移动型物联网管理方法，包括如下步骤：
步骤1：对物连网中的数据处理平台和所有的数据采集平台编号，其中数据处理平台编号为P0，数据采集平台编号为Pi，i＝1,2,3，……n，n为数据采集平台的个数；
数据处理平台发出一个短程的、包含自己有效信息的信号，其中有效信息指数据处理平台的编号P0、优先级编码N0和经纬度信息；
步骤2：处在数据处理平台的短程信号覆盖范围之内的数据采集平台接受到数据处理平台发出的有效信号，并提取出当中的经纬度信息来计算本数据采集平台与数据处理平台的距离；如果距离在数据处理平台的有效数据传输范围之内，则数据采集平台被设置为优先级为N1的数据采集平台，同时这些数据采集平台立即将自己的有效信息即数据采集平台的编号Pi、优先级编码N1和经纬度信息返回到数据处理平台，并记录下数据处理平台的经纬度信息；此后这些优先级为N1的数据采集平台将作为数据传输通道，用于向数据处理平台返回接收到的、低优先级的数据采集平台的有效信息；
步骤3：所有优先级为N1的数据采集平台根据该数据采集平台与数据处理平台之间的实际距离确定延时时间t，以确保相同优先级的数据采集平台之间传输是同步的；
步骤4：经过同步后，优先级为N1的数据采集平台统一向外发出包含自己有效信息和包含数据处理平台经纬度的信号，这样在这些优先级为N1的数据采集平台的信号覆盖范围内的数据采集平台就会接收到相应的有效信息；
如果接收到有效信息的数据采集平台的优先级不低于发送有效信息的数据采集平台的优先级N1，则拒绝接收优先级为N1的数据采集平台发来的信号；
如果接收到有效信息的数据采集平台的优先级低于发送有效信息的数据采集平台的优先级N1，则接收优先级为N1的数据采集平台发来的信号，并提取该信号中的经纬度信息来计算本数据采集平台与优先级为N1的数据采集平台的距离；若距离在该数据采集平台的有效数据传输范围之内，则数据采集平台被设置为优先级为N2的数据采集平台，同时优先级为N2的数据采集平台选择最优路径返回有关于本数据采集平台的有效信息到优先级为N1的数据采集平台，再经过优先级为N1的数据采集平台将信息返回到数据处理平台，并等待适当延时时间t为该数据采集平台的有效信息同步往下一优先级传输做好准备；
步骤5：经过同步，优先级为N2的数据采集平台统一向外发出包含自己有效信息和包含数据处理平台经纬度的信号，这样在这些优先级为N2的数据采集平台的信号覆盖范围内的数据采集平台就会接收到相应的有效信息；
如果接收到有效信息的数据采集平台的优先级不低于发送有效信息的数据采集平台的优先级N2，则拒绝接收优先级为N2的数据采集平台发来的信号；
如果接收到有效信息的数据采集平台的优先级低于发送有效信息的数据采集平台的优先级N2，则接收优先级为N2的数据采集平台发来的信号，并提取该信号中的经纬度信息来计算本数据采集平台与优先级为N2的数据采集平台的距离；若距离在该数据采集平台的有效数据传输范围之内，则数据采集平台被设置为优先级为N3的数据采集平台，同时优先级为N3的数据采集平台选择最优路径返回有关于本数据采集平台的有效信息到优先级为N2的数据采集平台，再经过优先级为N2的数据采集平台将信息返回到N1的数据采集平台，再由N1的数据采集平台将信息返回到数据处理平台，并等待适当延时时间t为该数据采集平台的有效信息同步往下一优先级传输做好准备；
步骤6：以此类推，直到数据传输到优先级最低的一级即优先级为Ny的数据采集平台，其中y为优先级数；当优先级为Ny的数据采集平台检测到自己是优先级最低时，则向最优路径上的、优先级为Ny-1的数据采集平台发送有关于自己的有效信息和结束信号的信息，说明本路径的信息路径已到尽头，同时向本数据采集平台的信号覆盖范围内非最优路径上的、优先级为Ny-1数据采集平台发送一个结束信号；当一个优先级为Ny-1的数据采集平台接收到它信号所覆盖范围内优先级为Ny的数据采集平台发出的结束信号时，则说明本最优路径的数据采集已经完成，同时向更高优先级的数据采集平台发出结束信号；
步骤7：以此类推，当所有优先级为N1的数据采集平台向数据处理平台发出的结束信号之后，说明所有的数据采集已经完成；此时，数据处理平台将收集到的信息通过所有数据采集平台的编号Pi进行校正，判断是否已经将所有数据采集平台的信息收集完成，如果未完全收集则可以进行相应的报警，及时进行人工更正。
上述具有路径优化功能的移动型物联网管理方法，还进一步包括如下步骤：
步骤8：数据处理平台将所收集到是数据通过远程信号发射到物联网外，此时本物联网一次信息收集周期完成，立即进入下一次的信息收集周期；通过不断地重复步骤1-7的收集周期，可以实时地收集到整个物联网的所有数据采集平台的信息发送到物联网外。
上述具有路径优化功能的移动型物联网管理方法的步骤4和5中，数据采集平台寻找下一个优先级的数据采集平台的最优路径的具体过程如下：
首先，每个数据采集平台以自己为中心、以自己的有效数据传输范围L为半径的圆形信号覆盖范围内，寻找比本数据采集平台的优先级高一级的数据采集平台作为数据传输的通道；
然后，选择一个在本数据采集平台的信号覆盖范围之内、且离本数据处理平台最近的数据采集平台作为数据传输的最优解。
上述具有路径优化功能的移动型物联网管理方法的步骤6中，当优先级为Ny的数据采集平台统一向外发出包含自己有效信息和包含数据处理平台经纬度的信号，但在预设时间内未收到返回的有效信息时，则该数据采集平台认定自己为优先级最低的数据采集平台。
上述具有路径优化功能的移动型物联网管理方法的步骤3和4中，每个数据采集平台的延时时间t通过以下公式确定，即
t＝L/v-l/v
式中，t代表该数据采集平台的延时时间，l代表该数据接收信息的数据采集平台到发送信息的数据处理平台或者数据采集平台的实际距离，L代表数据采集平台的短程数据收发模块的有效的数据传输范围，v代表声速。
适用上述管理方法的具有路径优化功能的移动型物联网，包括物联网本体，所述物联网本体主要由1个数据处理平台和n为数据采集平台组成；
数据处理平台内设有处理端数据处理模块、处理端远程数据收发模块、处理端短程数据收发模块和处理端GPS定位模块，该处理端数据处理模块分别与处理端短程数据收发模块、处理端GPS定位模块和处理端远程数据收发模块相连接；
每个数据采集平台内设有采集端数据处理模块、采集端短程数据收发模块和采集端GPS定位模块，该采集端数据处理模块分别与采集端短程数据收发模块和采集端GPS定位模块相连接；
数据处理平台的处理端远程数据收发模块与外部网络无线相连，数据处理平台的处理端短程数据收发模块与至少一个数据采集平台无线连接，每个数据采集平台的采集端短程数据收发模块至少与一个数据采集平台相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果是，每个数据采集平台可以根据收集到GPS经纬度信息经过计算确定模块的地理位置和它们之间的距离从而确定本数据采集平台数据传输的最优路径，并通过这个最优路径将信息反馈到数据处理平台。。最优路径为本数据采集平台的信号覆盖范围之内、且离本数据处理平台最近的上一优先级的数据采集平台。。因为可以实现路径优化所以降低能耗，扩大每个模块的活动范围；因为系统只有一个远程发射平台所以降低了系统成本。
附图说明
图1为一种现有物联网的系统构成。
图2为另一种现有物联网的系统构成。
图3A和3B为本发明具有路径优化功能的移动型物联网的系统运动前后构成。
具体实施方式
一种具有路径优化功能的移动型物联网，主要由1个数据处理平台和n为数据采集平台组成。数据处理平台内设有处理端数据处理模块、处理端远程数据收发模块、处理端短程数据收发模块和处理端GPS定位模块，该处理端数据处理模块分别与处理端短程数据收发模块、处理端GPS定位模块和处理端远程数据收发模块相连接。每个数据采集平台内设有采集端数据处理模块、采集端短程数据收发模块和采集端GPS定位模块，该采集端数据处理模块分别与采集端短程数据收发模块和采集端GPS定位模块相连接。数据处理平台的处理端远程数据收发模块与外部网络无线相连，数据处理平台的处理端短程数据收发模块与至少一个数据采集平台无线连接，每个数据采集平台的采集端短程数据收发模块至少与一个数据采集平台相连。其中图3A为系统运动变化前，数据采集平台1通过下一个靠近远程数据采集平台且距离自己较近的短程模块传输数据，下一个模块也是如此。图3B为运动变化后，经过路径优化，数据采集平台1通过找到下一个靠近远程数据采集平台且距离自己较近的短程模块为数据采集平台3，于是通过它进行数据传输。
上述具有路径优化功能的移动型物联网管理方法，包括如下步骤：
步骤1：对物连网中的数据处理平台和所有的数据采集平台编号，其中数据处理平台编号为P0，数据采集平台编号为Pi，i＝1,2,3，……n，n为数据采集平台的个数。
数据处理平台发出一个短程的、包含自己有效信息的信号，其中有效信息指数据处理平台的编号P0、优先级编码N0和经纬度信息。
步骤2：处在数据处理平台的短程信号覆盖范围之内的数据采集平台接受到数据处理平台发出的有效信号，并提取出当中的经纬度信息来计算本数据采集平台与数据处理平台的距离。如果距离在数据处理平台的有效数据传输范围之内，则数据采集平台被设置为优先级为N1的数据采集平台，同时这些数据采集平台立即将自己的有效信息即数据采集平台的编号Pi、优先级编码N1和经纬度信息返回到数据处理平台，并记录下数据处理平台的经纬度信息。此后这些优先级为N1的数据采集平台将作为数据传输通道，用于向数据处理平台返回接收到的、低优先级的数据采集平台的有效信息。
步骤3：所有优先级为N1的数据采集平台根据该数据采集平台与数据处理平台之间的实际距离确定延时时间t，以确保相同优先级的数据采集平台之间传输是同步的。
步骤4：经过同步后，优先级为N1的数据采集平台统一向外发出包含自己有效信息和包含数据处理平台经纬度的信号，这样在这些优先级为N1的数据采集平台的信号覆盖范围内的数据采集平台就会接收到相应的有效信息。
如果接收到有效信息的数据采集平台的优先级不低于发送有效信息的数据采集平台的优先级N1，则拒绝接收优先级为N1的数据采集平台发来的信号。
如果接收到有效信息的数据采集平台的优先级低于发送有效信息的数据采集平台的优先级N1，则接收优先级为N1的数据采集平台发来的信号，并提取该信号中的经纬度信息来计算本数据采集平台与优先级为N1的数据采集平台的距离。若距离在该数据采集平台的有效数据传输范围之内，则数据采集平台被设置为优先级为N2的数据采集平台，同时优先级为N2的数据采集平台选择最优路径返回有关于本数据采集平台的有效信息到优先级为N1的数据采集平台，再经过优先级为N1的数据采集平台将信息返回到数据处理平台，并等待适当延时时间t为该数据采集平台的有效信息同步往下一优先级传输做好准备。
步骤5：经过同步，优先级为N2的数据采集平台统一向外发出包含自己有效信息和包含数据处理平台经纬度的信号，这样在这些优先级为N2的数据采集平台的信号覆盖范围内的数据采集平台就会接收到相应的有效信息。
如果接收到有效信息的数据采集平台的优先级不低于发送有效信息的数据采集平台的优先级N2，则拒绝接收优先级为N2的数据采集平台发来的信号。
如果接收到有效信息的数据采集平台的优先级低于发送有效信息的数据采集平台的优先级N2，则接收优先级为N2的数据采集平台发来的信号，并提取该信号中的经纬度信息来计算本数据采集平台与优先级为N2的数据采集平台的距离。若距离在该数据采集平台的有效数据传输范围之内，则数据采集平台被设置为优先级为N3的数据采集平台，同时优先级为N3的数据采集平台选择最优路径返回有关于本数据采集平台的有效信息到优先级为N2的数据采集平台，再经过优先级为N2的数据采集平台将信息返回到N1的数据采集平台，再由N1的数据采集平台将信息返回到数据处理平台，并等待适当延时时间t为该数据采集平台的有效信息同步往下一优先级传输做好准备。
步骤6：以此类推，直到数据传输到优先级最低的一级即优先级为Ny的数据采集平台，其中y为优先级数。当优先级为Ny的数据采集平台检测到自己是优先级最低时，则向最优路径上的、优先级为Ny-1的数据采集平台发送有关于自己的有效信息和结束信号的信息，说明本路径的信息路径已到尽头，同时向本数据采集平台的信号覆盖范围内非最优路径上的、优先级为Ny-1数据采集平台发送一个结束信号。当一个优先级为Ny-1的数据采集平台接收到它信号所覆盖范围内优先级为Ny的数据采集平台发出的结束信号时，则说明本最优路径的数据采集已经完成，同时向更高优先级的数据采集平台发出结束信号。
当优先级为Ny的数据采集平台统一向外发出包含自己有效信息和包含数据处理平台经纬度的信号，但在预设时间内未收到返回的有效信息时，则该数据采集平台认定自己为优先级最低的数据采集平台。
步骤7：以此类推，当所有优先级为N1的数据采集平台向数据处理平台发出的结束信号之后，说明所有的数据采集已经完成。此时，数据处理平台将收集到的信息通过所有数据采集平台的编号Pi进行校正，判断是否已经将所有数据采集平台的信息收集完成，如果未完全收集则可以进行相应的报警，及时进行人工更正。
步骤8：数据处理平台将所收集到是数据通过远程信号发射到物联网外，此时本物联网一次信息收集周期完成，立即进入下一次的信息收集周期。通过不断地重复步骤1-7的收集周期，可以实时地收集到整个物联网的所有数据采集平台的信息发送到物联网外。
上述具有路径优化功能的移动型物联网管理方法的步骤4和5中，数据采集平台寻找下一个优先级的数据采集平台的最优路径的具体过程如下：首先，每个数据采集平台以自己为中心、以自己的有效数据传输范围L为半径的圆形信号覆盖范围内，寻找比本数据采集平台的优先级高一级的数据采集平台作为数据传输的通道。然后，选择一个在本数据采集平台的信号覆盖范围之内、且离本数据处理平台最近的数据采集平台作为数据传输的最优解。因为每一个数据处理平台在返回数据之前都已经存储有数据处理平台和自己信号覆盖范围内的高一优先级数据采集平台的经纬度所以通过经纬度计算地球上两点的方法可以很容易计算出它们之间的距离，从而得出最优解。有关于以上所有有关于计算地理位置上两点距离的计算方法已经有相当成熟的算法可以支持，所以可以利用这些算法实现这个方案需要的功能。
上述具有路径优化功能的移动型物联网管理方法的步骤3和4中，每个数据采集平台的延时时间t通过以下公式确定，即
t＝L/v-l/v
式中，式中，t代表该数据采集平台的延时时间，l代表该数据接收信息的数据采集平台到发送信息的数据处理平台或者数据采集平台的实际距离，L代表数据采集平台的短程数据收发模块的有效的数据传输范围，v代表声速。
Claims (5)
1.具有路径优化功能的移动型物联网管理方法，其特征是包括如下步骤：
步骤1：对物联网中的数据处理平台和所有的数据采集平台编号，其中数据处理平台编号为P0，数据采集平台编号为Pi，i＝1,2,3，……n，n为数据采集平台的个数；
数据处理平台发出一个短程的、包含自己有效信息的信号，其中有效信息指数据处理平台的编号P0、优先级编码N0和经纬度信息；
步骤2：处在数据处理平台的短程信号覆盖范围之内的数据采集平台接收到数据处理平台发出的有效信号，并提取出当中的经纬度信息来计算本数据采集平台与数据处理平台的距离；如果距离在数据处理平台的有效数据传输范围之内，则数据采集平台被设置为优先级为N1的数据采集平台，同时这些数据采集平台立即将自己的有效信息即数据采集平台的编号Pi、优先级编码N1和经纬度信息返回到数据处理平台，并记录下数据处理平台的经纬度信息；此后这些优先级为N1的数据采集平台将作为数据传输通道，用于向数据处理平台返回接收到的、低优先级的数据采集平台的有效信息；
步骤3：所有优先级为N1的数据采集平台根据该数据采集平台与数据处理平台之间的实际距离确定延时时间t，以确保相同优先级的数据采集平台之间传输是同步的；
步骤4：经过同步后，优先级为N1的数据采集平台统一向外发出包含自己有效信息和包含数据处理平台经纬度的信号，这样在这些优先级为N1的数据采集平台的信号覆盖范围内的数据采集平台就会接收到相应的有效信息；
如果接收到有效信息的数据采集平台的优先级不低于发送有效信息的数据采集平台的优先级N1，则拒绝接收优先级为N1的数据采集平台发来的信号；
如果接收到有效信息的数据采集平台的优先级低于发送有效信息的数据采集平台的优先级N1，则接收优先级为N1的数据采集平台发来的信号，并提取该信号中的经纬度信息来计算本数据采集平台与优先级为N1的数据采集平台的距离；若距离在该数据采集平台的有效数据传输范围之内，则数据采集平台被设置为优先级为N2的数据采集平台，同时优先级为N2的数据采集平台选择最优路径返回有关于本数据采集平台的有效信息到优先级为N1的数据采集平台，再经过优先级为N1的数据采集平台将信息返回到数据处理平台，并等待适当延时时间t为该数据采集平台的有效信息同步往下一优先级传输做好准备；
步骤5：经过同步，优先级为N2的数据采集平台统一向外发出包含自己有效信息和包含数据处理平台经纬度的信号，这样在这些优先级为N2的数据采集平台的信号覆盖范围内的数据采集平台就会接收到相应的有效信息；
如果接收到有效信息的数据采集平台的优先级不低于发送有效信息的数据采集平台的优先级N2，则拒绝接收优先级为N2的数据采集平台发来的信号；
如果接收到有效信息的数据采集平台的优先级低于发送有效信息的数据采集平台的优先级N2，则接收优先级为N2的数据采集平台发来的信号，并提取该信号中的经纬度信息来计算本数据采集平台与优先级为N2的数据采集平台的距离；若距离在该数据采集平台的有效数据传输范围之内，则数据采集平台被设置为优先级为N3的数据采集平台，同时优先级为N3的数据采集平台选择最优路径返回有关于本数据采集平台的有效信息到优先级为N2的数据采集平台，再经过优先级为N2的数据采集平台将信息返回到N1的数据采集平台，再由N1的数据采集平台将信息返回到数据处理平台，并等待适当延时时间t为该数据采集平台的有效信息同步往下一优先级传输做好准备；
步骤6：以此类推，直到数据传输到优先级最低的一级即优先级为Ny的数据采集平台，其中y为优先级数；当优先级为Ny的数据采集平台检测到自己是优先级最低时，则向最优路径上的、优先级为Ny-1的数据采集平台发送有关于自己的有效信息和结束信号的信息，说明本路径的信息路径已到尽头，同时向本数据采集平台的信号覆盖范围内非最优路径上的、优先级为Ny-1数据采集平台发送一个结束信号；当一个优先级为Ny-1的数据采集平台接收到它信号所覆盖范围内优先级为Ny的数据采集平台发出的结束信号时，则说明本最优路径的数据采集已经完成，同时向更高优先级的数据采集平台发出结束信号；
步骤7：以此类推，当所有优先级为N1的数据采集平台向数据处理平台发出的结束信号之后，说明所有的数据采集已经完成；此时，数据处理平台将收集到的信息通过所有数据采集平台的编号Pi进行校正，判断是否已经将所有数据采集平台的信息收集完成，如果未完全收集则可以进行相应的报警，及时进行人工更正。
2.根据权利要求1所述具有路径优化功能的移动型物联网管理方法，其特征是还进一步包括如下步骤：
步骤8：数据处理平台将所收集到的数据通过远程信号发射到物联网外，此时本物联网一次信息收集周期完成，立即进入下一次的信息收集周期；通过不断地重复步骤1-7的收集周期，可以实时地收集到整个物联网的所有数据采集平台的信息发送到物联网外。
3.根据权利要求1所述具有路径优化功能的移动型物联网管理方法，其特征在于：
步骤6中，当优先级为Ny的数据采集平台统一向外发出包含自己有效信息和包含数据处理平台经纬度的信号，但在预设时间内未收到返回的有效信息时，则该数据采集平台认定自己为优先级最低的数据采集平台。
4.根据权利要求1所述具有路径优化功能的移动型物联网管理方法，其特征在于：
步骤3和4中，每个数据采集平台的延时时间t通过以下公式确定，即
t＝L/v-l/v
式中，t代表该数据采集平台的延时时间，l代表该数据接收信息的数据采集平台到发送信息的数据处理平台或者数据采集平台的实际距离，L代表数据采集平台的短程数据收发模块的有效的数据传输范围，v代表声速。
5.使用权利要求1所述管理方法的具有路径优化功能的移动型物联网，包括物联网本体，其特征是：所述物联网本体主要由1个数据处理平台和n个数据采集平台组成；
数据处理平台内设有处理端数据处理模块、处理端远程数据收发模块、处理端短程数据收发模块和处理端GPS定位模块，该处理端数据处理模块分别与处理端短程数据收发模块、处理端GPS定位模块和处理端远程数据收发模块相连接；
每个数据采集平台内设有采集端数据处理模块、采集端短程数据收发模块和采集端GPS定位模块，该采集端数据处理模块分别与采集端短程数据收发模块和采集端GPS定位模块相连接；
数据处理平台的处理端远程数据收发模块与外部网络无线相连，数据处理平台的处理端短程数据收发模块与至少一个数据采集平台无线连接，每个数据采集平台的采集端短程数据收发模块至少与一个数据采集平台相连。
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