CN104580370A - 一种面向信息监控系统的多模网关自适应传输方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向信息监控系统的多模网关自适应传输方法和装置，方法包括：采集被监测物的状态信息；对采集到的被监测物的状态信息进行分析，结合状态判决机制，赋予不同监测状态数据以不同的预传输业务等级，同时通过可选预传输网络的权值计算得到可选网络的排序，使用自适应传输算法向高优先级的网络提交高等级业务的传输；通过无线网络将被监测物的实时监测数据发送至信息管理系统数据平台。装置包括：信息感知模块、自适应传输模块和远程数据传输模块。本发明使预传输业务与可选的网络进行自适应匹配，从而提高业务传输QoS，保证了高优先业务的传输质量。

Description

一种面向信息监控系统的多模网关自适应传输方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域中基于多模自适应网关的数据传输技术，特别是涉及一种面向信息监控系统的多模网关自适应传输方法和装置，可广泛应用于消火栓远程实时监控领域中。

背景技术

智能化消防是城市消防安全的重要基础，是保护市民人生和财产安全的重要手段。随着城市化进程的加快以及社会经济的发展需求，消防栓问题越来越受到政府和人民的关注。目前由于消火栓长期不用造成的功能失效、锈死现象十分普遍，现在大量的消火栓巡检工作都是有人工监测是否损坏，每年耗费大量的人力、物力成本。其次，供水企业需要承担消火栓的供水责任，消火栓的使用主要依据法律的威慑力和民众的自我约束力来控制，但是大部分消火栓的使用处于失控状态，环卫公司、道路绿化养护公司等用户自己擅自取水的情况非常常见，由于对消火栓的长期非法使用，使得消防管理单位对消火栓使用和运行情况缺乏相应的手段来监控。针对此现象，一种方法是在消火栓栓帽上安装霍尔传感器进行监测，另外一种方法是装在消火栓栓体的多类传感器综合感知，如：专利申请号为201020660635.1和201320230091.9。而对于消火栓多类传感器的综合感知和面向不同情况的自适应传输缺乏必要的手段。

现有的消火栓维护系统大部分是依托城市网格化管理平台进行，当前，网格化中心的部件数据信息大多的是通过现场手动采集来获取，具有非智能化的特点。该方法是将城市管理范围以万米为单位划分为若干网格，并将网格内的部件、事件数字化。此系统主要依靠人工巡检发现问题和手动输入智能终端然后上传到监测平台的方式解决，每年耗费大量的人力、物力成本，并且现有的网格化管理系统不能实时监控消防栓的状态情况。现有的消火栓监测方法是通过监测终端进行监测数据分析，然后通过排队序列顺序将监控数据传出，无法实现高优先监测事件的优先传输。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种面向信息监控系统的多模网关自适应传输方法和装置，能够实现高优先监测事件的优先传输。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种面向信息监控系统的多模网关自适应传输方法，包括以下步骤：

(1)采集被监测物的状态信息；

(2)对采集到的被监测物的状态信息进行分析，结合状态判决机制，赋予不同监测状态数据以不同的预传输业务等级；同时，对可选的预传输网络的状态信息进行权值计算，赋予不同网络以不同的优先级；

(3)通过预传输业务等级和预传输网络的状态信息的权值进行自适应匹配，建立自适应网络选择与业务匹配映射的最优化以实现优先提交高优先级的业务；

(4)通过无线网络将被监测物的实时监测数据发送至信息管理系统数据平台。

所述步骤(2)中预传输网络的状态信息权值计算方法为：NetworkWeight_value＝α·SN_i+β·CI_i+γ·B_1i+δ·E_i，其中，SN_i是第i个网络的接收信号的信噪比；CI_i是第i个网络的接收信号的载干比；B_1i是第i个网络的传输模块可用信道带宽；E_i是第i个网络的传输模块剩余电量；α、β、γ和δ均为权重因子；预传输业务等级的计算方法为：ServiceWeight_level＝μ·S_i+v·B_2i，其中，S_i是第i个业务的类型；B_2i是第i个业务传输所需信道带宽；μ，v均是权重因子。

所述步骤(4)中的无线网络为无效网络时，根据与传输业务的等级加入等待传输的业务队列触发再次自适应传输网络选择判决流程。

所述步骤(4)中的无线网络包括GPRS网络、3G网络和Zigbee网络。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种面向信息监控系统的多模网关自适应传输装置，包括：信息感知模块，用于采集被监测物的状态信息；自适应传输模块，用于对采集到的被监测物的状态信息进行分析，同时结合状态判决机制，赋予不同监测状态数据以不同的预传输业务等级，并通过自适应传输算法优先提交高优先级业务；数据传输模块，用于通过无线网络将被监测物的实时监测数据发送至信息管理系统数据平台。

所述信息感知模块通过智能RFID标记、压力传感器、倾角传感器、霍尔传感器和电极传感器采集被监测物的状态信息。

所述自适应传输模块通过NetworkWeight_value＝α·SN_i+β·CI_i+γ·B_1i+δ·E_i计算预传输网络的权值，其中，SN_i是第i个网络的接收信号的信噪比；CI_i是第i个网络的接收信号的载干比；B_1i是第i个网络的传输模块可用信道带宽；E_i是第i个网络的传输模块剩余电量；α、β、γ和δ均为权重因子；通过ServiceWeight_level＝μ·S_i+v·B_2i计算预传输业务等级，其中，S_i是第i个业务的类型；B_2i是第i个业务传输所需信道带宽；μ，v均是权重因子；通过预传输业务的权值等级和接入网络权值的自适应匹配，建立自适应网络选择与业务匹配映射的最优化，以实现向高优先级的网络提交高等级的业务。

所述数据传输模块通过GPRS网络或3G网络将被监测物的实时监测数据发送至信息管理系统数据平台，或通过Zigbee多跳的形式传输到邻居网关，由邻居网关将被监测物的实时监测数据发送至信息管理系统数据平台。

多模自适应网关一直是物联网应用通信中极为重要的问题，由于接入网络的多样化也是一个比较难彻底解决的问题。而同一地点存在的不同网络的差异性、业务的多样性、终端的多模性和环境的不可测性等因素的加入，相比于同一网络的网关数据协议转换，问题的复杂度大大增加。之前相对成熟的数据协议转换和接入算法已经不适用，而着眼于业务环境自适应方面的研究，更是难度极大。而本发明多模自适应网关传输方法，进行业务传输的自优化，使得预传输业务与网络进行自适应匹配，从而提高业务传输QoS，保证了高优先业务的传输质量。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本发明在四位一体的传感模块和监测终端基础上，通过信息监控系统的多模网关自适应传输装置，对各类监控数据赋予不同的业务优先级，以达到更好的实时远程监测消火栓的状态信息和用水信息传输目的。

消火栓远程实时监控系统使用本发明装置能够对室外消火栓设施水压监测数据和消火栓运行数据进行实施监控，发生设施损坏可快速启动响应程序优先从传输高优先级的监测数据，减少时间的响应时间，降低国家水源浪费，杜绝消防隐患存在，促进智慧城市的社会发展。

附图说明

图1是基于多模网关自适应传输的消火栓信息监控系统应用示意图；

图2是消火栓信息监测的多模网关自适应传输装置的内部结构示意图；

图3是基于多模网关的自适应传输装置示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明涉及一种面向信息监控系统的多模网关自适应传输装置，该装置包括：信息感知模块，通过智能RFID标记、压力传感器、倾角传感器、霍尔传感器和电极传感器采集被监测物的状态信息(例如消火栓非法用水、水压、撞击和内部跑冒滴漏等状态)；自适应传输模块，将采集的消火栓数据信息进行分析，同时结合状态判决机制，赋予不同监测状态数据以不同的预传输业务等级，通过自适应传输算法优先将高等级业务提交高优先级网数据传输模块；远程数据传输模块，通过GPRS/3G网络将实时监测数据发送至信息管理系统数据平台。

图1给出了基于多模网关自适应传输的消火栓信息监控系统应用示意图，管理配置模块完成对本机的参数配置与读取，以及完成对网关模块的GPRS/3G入网管理；协议处理模块是完成本监测区域状态监测结果的数据封装与发送；电源模块是为本机提供稳压、隔离与保护；网络选择模块是选择合适的移动蜂窝网接入基站，以便更加可靠地将监测信息传输到后台服务器中，整个多模自适应网关将完成向后台服务器的数据信息发送，以及后台监控平台机下达指令的接收。

其工作原理多模自适应网关可以依据不同传感器和RFID模块的汇聚数据，判断被监测消火栓运行状态，同时多模网关通过获取的监测数据信息并生成状态监测结果，然后通过自适应传输算法选择不同的信息传输通道(GPRS/3G)将传感模块的监测信息传输到后台服务器。如果此监控终端本身不带GPRS/3G模块，则需要通过Zigbee多跳的形式传输到邻居网关，然后通过邻居网关的蜂窝通信接口(GPRS/3G)到消火栓信息系统管理平台的服务器中。

表1给出了消火栓监控传感器的状态及对应逻辑状态判决情况，对部署在消火栓本地的传感器模块的状态进行判决，并向后台服务器提供状态信息，我们将感知数据分为以下六种业务类型(Servie type)，按传输优先级从低到高进行排列。

●代表状态正常，★代表状态异常，-代表任何状态；

表1 消火栓监测信息逻辑状态判决表

图2给出了消火栓信息监测的多模网关自适应传输装置的内部结构示意图，其中，RFID、电极、倾角传感模块采用与本地多模网关模块直连的形式，安装在消火栓的大栓盖中，压力传感模块采用法兰式安装在消火栓的阀体和弯管之间，采用Zigbee方式与网关通信，其中，多模自适应网关模块主要实现对传感模块信息的处理和对外向系统监控平台进行传输。

多模网关自适应传输算法主要包括以下几个部分：

(1)预传输网络的权值计算

我们在接入网络的自适应传输网络选择算法中，充分考虑目标网络信道质量和信号干扰等，主要指标包括：

SN_i是第i个网络的接收信号的信噪比：SN_i＝信号强度/噪声强度

CI_i是第i个网络的接收信号的载干比：CI_i＝载波信号强度/干扰信号强度

B_1i是第i个网络的传输模块可用信道带宽；

E_i是第i个网络的传输模块剩余电量；

整个接入网络权值计算公式如下：

NetworkWeight_value＝α·SN_i+β·CI_i+γ·B_1i+δ·E_i

其中，α、β、γ和δ均为权重因子。

执行上述判决时只需要调用相应的权重因子，则可计算得出预传输接入网络的权值，并可进行可用网络列表的优先级排序。

(2)预传输业务的权值等级计算

业务的权值等级使用一个综合指标来标定，主要是通过选择相关业务影响因子，计算得到预传输业务权重等级。

预传输业务权重等级主要指标包括：

S_i是第i个业务的类型；

B_2i是第i个业务传输所需信道带宽；

通过这两个参数可反应出接入网络的业务等级情况，整个目标网络权值等级计算公式如下：

ServiceWeight_level＝μ·S_i+v·B_2i

其中，μ，v均为权重因子。

通过预传输业务的权值等级和接入网络权值的自适应匹配，建立自适应网络选择与业务匹配映射的最优化。

本发明还提出了一种面向消火栓信息监控系统的多模网关自适应传输方法，该方法中多模网关装置具备接入自适应接入判决和传输功能，网关侧根据感知数据的业务类型、所需信道带宽、无线传输网络接收信号的信噪比和载干比等条件进行预传输业务和接入传输网络的判决和选择，从而实现业务接入到合适的网络以及传输网络的效用最大化。该方法既能提高整个业务的传输效率，也保证了用户业务接入合适的网络，充分利用网络的无线资源减，具体的实施方案如下：

(1)针对消火栓的传感器模块已判决出来的状态信息进行业务类型分类，我们主要分为以下六种业务类型(见表2)，业务类型6具有最高优先级，业务类型1具有最低优先级。

业务类型

监测状态

1	授权使用或周期自检；
		2	消火栓倾斜但无漏水，需检修；
3	授权使用，水压不够需检修；
		4	消火栓栓内漏水，需检修；
5	非法使用，正在盗用水源，需紧急巡查；
		6	被撞倾斜且损坏漏水，需紧急巡查检修；

表2

(2)自适应传输装置包含接入网络列表和自适应传输判决模块，如图3所示，接入网络和自适应传输判决模块位于网关内部，接入选择和传输判决模块收集终端状态信息、网络状态信息、业务类型信息参数给自适应选择传输算法模块进行判决，已选出最优执行网络。

自适应传输方法流程说明：

(1)多模网关的无线网络管理模块会测量并获取各类预传输无线网络接口状态信息(如网络类型、信号的信噪比、信号的载干比、网络可用带宽和此网络模块剩余电量等)，计算得到网络权值，按照权值形成预传输接入网络列表；

(2)当业务流到达发起业务接入请求或者业务传输队列不为空时，触发自适应选择传输方法流程：

1)首先，向业务分析模块收集业务类型和业务传输所需带宽参数，计算得到预传输业务权值等级；

2)其次，自适应传输判决模块根据候选网络列表及网络可用带宽，通过自适应选择判决模块进行最优化匹配和映射；

3)最后将判决结果下发至业务传输/中断执行模块，进行业务传输或加入待传输排队队列；

(3)接入/中断执行模块根据判决结果做如下处理：

1)判决结果为拒绝接入，则执行模块直接拒绝该业务接入；

2)判决结果为GPRS或3G或Zigbee，则向相应的无线网络申请资源并接入；

3)判决结果为GPRS和3G和Zigbee均为无效网络，则根据与传输业务的等级加入等待传输的业务队列触发再次的自适应传输网络选择判决流程。

本发明通过业务权值等级可以将业务进行不同优先级的分类排队，在网关进行与可用网络的传输映射和匹配，动态判断该等级业务传输的选择网络i(网络可用带宽高、信道质量好、剩余电量多，则预传输网络权值高，优先选用)，此方法和装置保证了高等级预传输业务的传输质量。

Claims (8)

1.一种面向信息监控系统的多模网关自适应传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采集被监测物的状态信息；

(2)对采集到的被监测物的状态信息进行分析，结合状态判决机制，赋予不同监测状态数据以不同的预传输业务等级；同时，对可选的预传输网络的状态信息进行权值计算，赋予不同网络以不同的优先级；

(3)通过预传输业务等级和预传输网络的状态信息的权值进行自适应匹配，建立自适应网络选择与业务匹配映射的最优化，以实现向高优先级的网络提交高等级的业务；

(4)通过无线网络将被监测物的实时监测数据发送至信息管理系统数据平台。

2.根据权利要求1所述的面向信息监控系统的多模网关自适应传输方法，其特征在于，所述步骤(2)中预传输网络的状态信息权值计算方法为：NetworkWeight_value＝α·SN_i+β·CI_i+γ·B_1i+δ·E_i，其中，SN_i是第i个网络的接收信号的信噪比；CI_i是第i个网络的接收信号的载干比；B_1i是第i个网络的传输模块可用信道带宽；E_i是第i个网络的传输模块剩余电量；α、β、γ和δ均为权重因子；预传输业务等级的计算方法为：ServiceWeight_level＝μ·S_i+v·B_2i，其中，S_i是第i个业务的类型；B_2i是第i个业务传输所需信道带宽；μ，v均是权重因子。

3.根据权利要求1所述的面向信息监控系统的多模网关自适应传输方法，其特征在于，所述步骤(4)中的无线网络为无效网络时，根据与传输业务的等级加入等待传输的业务队列触发再次自适应传输网络选择判决流程。

4.根据权利要求1所述的面向信息监控系统的多模网关自适应传输方法，其特征在于，所述步骤(4)中的无线网络包括GPRS网络、3G网络和Zigbee网络。

5.一种面向信息监控系统的多模网关自适应传输装置，其特征在于，包括：信息感知模块，用于采集被监测物的状态信息；自适应传输模块，用于对采集到的被监测物的状态信息进行分析，同时结合状态判决机制，赋予不同监测状态数据以不同的预传输业务等级，并通过自适应传输算法优先提交高优先级业务；数据传输模块，用于通过无线网络将被监测物的实时监测数据发送至信息管理系统数据平台。

6.根据权利要求5所述的面向信息监控系统的多模网关自适应传输装置，其特征在于，所述信息感知模块通过智能RFID标记、压力传感器、倾角传感器、霍尔传感器和电极传感器采集被监测物的状态信息。

7.根据权利要求5所述的面向信息监控系统的多模网关自适应传输装置，其特征在于，所述自适应传输模块通过NetworkWeight_value＝α·SN_i+β·CI_i+γ·B_1i+δ·E_i计算预传输网络的权值，其中，SN_i是第i个网络的接收信号的信噪比；CI_i是第i个网络的接收信号的载干比；B_1i是第i个网络的传输模块可用信道带宽；E_i是第i个网络的传输模块剩余电量；α、β、γ和δ均为权重因子；通过ServiceWeight_level＝μ·S_i+v·B_2i计算预传输业务等级，其中，S_i是第i个业务的类型；B_2i是第i个业务传输所需信道带宽；μ，v均是权重因子；通过预传输业务的权值等级和接入网络权值的自适应匹配，建立自适应网络选择与业务匹配映射的最优化，以实现向高优先级的网络提交高等级的业务。

8.根据权利要求5所述的面向信息监控系统的多模网关自适应传输装置，其特征在于，所述数据传输模块通过GPRS网络或3G网络将被监测物的实时监测数据发送至信息管理系统数据平台，或通过Zigbee多跳的形式传输到邻居网关，由邻居网关将被监测物的实时监测数据发送至信息管理系统数据平台。