CN107635133A - 一种基于增强现实的数据中心机器人巡视系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于增强现实的数据中心机器人巡视系统，包括巡视机器人、带有智能眼镜的头盔、由传感器节点组成的基层网络以及主要由中继网关、公网基站和服务器组成的上层网络；所述的基层网络汇聚由传感器节点实时采集的监测数据，并通过中继网关将监测数据上传至服务器；所述的服务器用于存储各数据中心物理设备的增强信息，包括检修记录、台账信息、历史巡检信息、基层网络上传的监测数据；所述的巡视机器人设置于头盔上，用于通过公网基站访问服务器获取待巡检数据中心物理设备的增强信息，并采集待巡检数据中心物理设备的真实空间图像，将增强信息叠加于所述真实空间图像中，形成增强现实图像并传输到智能眼镜中显示。
Description
技术领域
本发明涉及数据中心设备巡检技术领域，具体涉及一种基于增强现实的数据中心机器人巡视系统。
背景技术
相关技术中，增强现实技术，是一种实时地计算机摄影的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。近年来发展迅速的可穿戴设备，如智能眼镜，与增强现实技术相结合，具有可以帮助人们理解和操纵物理环境、为复杂的工业任务提供详细指导、增强即时通信和协作等优点，因此，如何利用可穿戴增强现实技术为数据中心设备巡检人员提供可视化帮助，提高巡检工作的效率性，推进无纸化巡检的发展，具有重要意义。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于增强现实的数据中心机器人巡视系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种基于增强现实的数据中心机器人巡视系统，包括巡视机器人、带有智能眼镜的头盔、由传感器节点组成的基层网络以及主要由中继网关、公网基站和服务器组成的上层网络；所述的基层网络汇聚由传感器节点实时采集的监测数据，并通过中继网关将监测数据上传至服务器，其中监测数据包括各数据中心物理设备的环境参数、设备运行及状态参数；所述的服务器用于存储各数据中心物理设备的增强信息，包括基层网络上传的监测数据、检修记录、台账信息、历史巡检信息；所述的巡视机器人设置于头盔上，用于通过公网基站访问服务器获取待巡检数据中心物理设备的增强信息，并采集待巡检数据中心物理设备的真实空间图像，将增强信息叠加于所述真实空间图像中，形成增强现实图像并传输到智能眼镜中显示。
优选地，所述的巡视机器人与传感器节点进行短距离无线通信，获取用于监测待巡检数据中心物理设备的传感器节点的ID发送给服务器，服务器根据接收到的ID提取相匹配的增强信息，并发送至巡视机器人。通过巡视机器人将传感器节点的ID发送服务器，能够帮助服务器自动匹配待巡检数据中心物理设备的增强信息，提高了信息查找的速度和准确性。
优选地，所述的巡视机器人包括相连接的图像采集模块、增强现实图像处理模块，图像采集模块用于采集待巡检数据中心物理设备的真实空间图像，所述的增强现实图像处理模块用于将待巡检数据中心物理设备的增强信息叠加于所述真实空间图像中，形成增强现实图像；还包括通信模块，用于实现与服务器、传感器节点的信息交互。通过增强现实图像处理模块将从服务器获取的增强信息叠加到巡视机器人采集的图像中，能够使得佩戴该头盔的人员能够更直观地了解待巡检数据中心物理设备的运行情况。
优选地，所述的图像采集模块为双摄像头，所述的头盔上设有控制装置，用于控制双摄像头运动以及控制双摄像头的镜头的放大或缩小。
本发明的有益效果为：结合无线传感器网络和增强现实技术，为巡检人员提供便捷、直观的可视化帮助，有效提高了巡检作业的安全性、实时性、效率性，其中利用无线传感器网络技术进行待巡检数据中心物理设备的实时监测数据采集，能够为巡检人员进行现场设备的综合状况评估提供可靠依据。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1本发明一个实施例的结构连接框图；
图2是本发明一个实施例的巡视机器人的结构连接框图。
附图标记：
巡视机器人1、智能眼镜2、头盔3、基层网络4、中继网关5、公网基站6、服务器7、图像采集模块10、增强现实图像处理模块20、通信模块30。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例提供了一种基于增强现实的数据中心机器人巡视系统，包括巡视机器人1、带有智能眼镜2的头盔3、由传感器节点组成的基层网络4以及主要由中继网关5、公网基站6和服务器7组成的上层网络；所述的基层网络4汇聚由传感器节点实时采集的监测数据，并通过中继网关5将监测数据上传至服务器7，其中监测数据包括各数据中心物理设备的环境参数、设备运行及状态参数；所述的服务器7用于存储各数据中心物理设备的增强信息，包括基层网络4上传的监测数据、检修记录、台账信息、历史巡检信息；所述的巡视机器人1设置于头盔3上，用于通过公网基站6访问服务器7获取待巡检数据中心物理设备的增强信息，并采集待巡检数据中心物理设备的真实空间图像，将增强信息叠加于所述真实空间图像中，形成增强现实图像并传输到智能眼镜2中显示。
在一个实施例中，所述的巡视机器人1与传感器节点进行短距离无线通信，获取用于监测待巡检数据中心物理设备的传感器节点的ID发送给服务器7，服务器7根据接收到的ID提取相匹配的增强信息，并发送至巡视机器人1。此时巡视机器人1将获取的待巡检数据中心物理设备的真实空间图像和接收的增强信息进行融合，形成增强现实图像，并通过智能眼镜2进行显示。其中，服务器7在存储信息时，属于同一个数据中心物理设备的信息存储在同一个文件上，通过巡视机器人1将传感器节点的ID发送服务器7，能够帮助服务器7自动匹配与传感器节点对应的待巡检数据中心物理设备的增强信息，提高了信息查找的速度和准确性。
在一个实施例中，所述的巡视机器人1包括相连接的图像采集模块10、增强现实图像处理模块20，图像采集模块10用于采集待巡检数据中心物理设备的真实空间图像，所述的增强现实图像处理模块20用于将待巡检数据中心物理设备的增强信息叠加于所述真实空间图像中，形成增强现实图像；还包括通信模块30，用于实现与服务器7、传感器节点的信息交互。通过增强现实图像处理模块20将从服务器7获取的增强信息叠加到巡视机器人1采集的图像中，能够使得佩戴该头盔3的人员能够更直观地了解待巡检数据中心物理设备的运行情况。
在一个实施例中，所述的图像采集模块10为双摄像头，所述的头盔3上设有控制装置，用于控制双摄像头运动以及控制双摄像头的镜头的放大或缩小。
在一个实施例中，所述公网基站6通过以太网与所述服务器7通信。
本发明上述实施例结合无线传感器网络和增强现实技术，为巡检人员提供便捷、直观的可视化帮助，有效提高了巡检作业的安全性、实时性、效率性，其中利用无线传感器网络技术进行待巡检数据中心物理设备的实时监测数据采集，能够为巡检人员进行现场设备的综合状况评估提供可靠依据。
在一个实施例中，所述的传感器节点分为汇聚节点和数据中心物理设备监测节点，汇聚节点与中继网关通信，多个数据中心物理设备监测节点部署于数据中心物理设备上，用于对数据中心物理设备或者设备所在环境进行监测，采集监测数据并发送至汇聚节点，由汇聚节点汇聚监测数据，并通过中继网关将监测数据上传至服务器7。
在一个实施例中，所述的数据中心物理设备监测节点在发送监测数据之前通过节点竞选划分为普通节点和支配节点，其中普通节点对监控区域内的监测数据进行感知，并周期性地向距离最近的支配节点发送采集的监测数据，而支配节点用于接收以及融合其他传感器节点发送的监测数据，并将融合的监测数据发送至上一级支配节点或者汇聚节点；数据中心物理设备监测节点的节点竞选具体包括：
(1)汇聚节点以最大功率广播网络拓扑构建消息，收到网络拓扑构建消息的数据中心物理设备监测节点分别计算自身的权值，并将权值封装在网络拓扑构建消息中继续广播，直到所有数据中心物理设备监测节点完成该过程，权值的计算公式为：
式中，Qi表示数据中心物理设备监测节点i的权值，Ei为数据中心物理设备监测节点i的当前剩余能量，Ej表示数据中心物理设备监测节点i的第j个邻居节点的当前剩余能量，ni为数据中心物理设备监测节点i具有的邻居节点个数，nj表示数据中心物理设备监测节点i的第j个邻居节点具有的邻居节点个数，Ri为数据中心物理设备监测节点i的当前通信半径，为数据中心物理设备监测节点i在最大功率时的通信半径，E0为设定的最小能量阈值，f(Ei，E0)为设定的比较取值函数，当Ei≥E0时，f(Ei，E0)＝1，当Ei＜E0时， 为设定的惩罚系数，λ1、λ2、λ3为设定的权重系数；
(2)定义邻居节点为处于数据中心物理设备监测节点通信范围内的其他数据中心物理设备监测节点，数据中心物理设备监测节点收集到所有邻居节点发送的权值后，将自身的权值与各邻居节点的权值进行比较，若自身的权值最大，则成功竞选为支配节点，并向各邻居节点广播节点竞选成功消息，否则作为普通节点。
优选地，所述的设定的取值范围为(0.5，1)。
本实施例利用支配节点汇聚附近的普通节点采集的监测数据，相对于数据中心物理设备监测节点和汇聚节点之间通过单跳进行直接通信的方式，能够减少监测数据传输的能耗，其中，本实施例设计了支配节点的竞选策略，在权值的计算公式中考虑了数据中心物理设备监测节点的能量、通信半径以及邻居节点个数，使得竞选出的支配节点具备较优的性能，该公式还基于能量的消耗创造性地引入了惩罚系数，使得不能满足基本能量要求的数据中心物理设备监测节点被选为支配节点的可能性下降，从而能够避免选出的支配节点提前失效，这样更有利于各个数据中心物理设备监测节点的能量平衡，为实现对数据中心物理设备的有效监测奠定基础。
在一个实施例中，当支配节点失效时，支配节点的各邻居节点分别计算自身的备选能力值，并根据备选能力值的大小设定等待时间，启动定时器，在等待时间过后向其他邻居节点广播支配节点竞选消息，当邻居节点在等待时间内收到其他邻居节点广播的支配节点竞选消息时，放弃支配节点竞选，当邻居节点在等待时间内未收到其他邻居节点广播的支配节点竞选消息时，该邻居节点替代原先失效的支配节点，成功竞选为新的支配节点，其中，定义备选能力值的计算公式为：
设定的等待时间为：
式中，Qν表示支配节点μ的第ν个邻居节点的备选能力值，Eν为支配节点μ的第ν个邻居节点的当前剩余能量，Eξ为支配节点μ的第ξ个邻居节点的当前剩余能量，E0为所述设定的最小能量阈值，nμ为支配节点μ具有的邻居节点个数，nv为所述第v个邻居节点具有的邻居节点个数，nξ为所述第ξ个邻居节点具有的邻居节点个数，nv∩nμ表示支配节点μ与其第v个邻居节点共同拥有的邻居节点的个数，Rv为所述第v个邻居节点的当前通信半径，为所述第v个邻居节点在最大功率时的通信半径，Tv为支配节点μ的第v个邻居节点设定的等待时间，T为预先设定的单位时间。
本优选实施例通过备选能力值的计算来选择与原有失效的支配节点性能相似、覆盖数据中心物理设备监测节点多的邻居节点作为备选节点，能够更好地维护基层网络4的容错性，从而保障基层网络4与服务器之间的信息交互，其中，依靠备选能力值产生一个定时器，而不需要依据备选能力值的大小对各参与支配节点竞选的邻居节点进行排序，能够降低备选节点竞选的复杂度，提高网络维护的效率。
在一个实施例中，当支配节点与汇聚节点为多跳距离时，支配节点在其邻居支配节点中选择一个作为其上一级支配节点，从而由上一级支配节点辅助转发收集的监测数据至汇聚节点，具体为：
(1)计算各邻居支配节点的选择概率：
式中，β表示支配节点α的第β个邻居支配节点，Pβ表示β的选择概率，Eβ为β的当前剩余能量，E(β，sink)为β与汇聚节点之间的路径能耗，Nβ表示β具有的邻居支配节点个数，E(β，α)为β与支配节点α之间的路径能耗，Eγ表示支配节点α的第γ个邻居支配节点，E(γ，sink)为γ与汇聚节点之间的路径能耗，Nγ表示γ具有的邻居支配节点个数，E(γ，α)为γ与支配节点α之间的路径能耗，Nα为支配节点α具有的邻居支配节点个数，Mβ表示已将β作为上一级支配节点的支配节点个数，M为基层网络中的支配节点个数，τ为设定的惩罚系数；
(2)将选择概率为最大的邻居支配节点作为上一级支配节点。
本实施例根据邻居支配节点的个数、能量以及路径损耗等参数设计了选择概率的计算公式，支配节点根据选择概率来选择上一级支配节点进行监测数据的转发，相对于固定选择上一级支配节点的方式，能够避免集中消耗关键的数据中心物理设备监测节点的能量，平衡各个支配节点转发监测数据的任务负载，从而延长基层网络4的生命时间，保障能够长期有效地获取各数据中心物理设备的环境参数、设备运行及状态参数，从而确保能够为巡检人员进行现场设备的综合状况评估提供可靠依据。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (7)
1.一种基于增强现实的数据中心机器人巡视系统，其特征是，包括巡视机器人、带有智能眼镜的头盔、由传感器节点组成的基层网络以及主要由中继网关、公网基站和服务器组成的上层网络；所述的基层网络汇聚由传感器节点实时采集的监测数据，并通过中继网关将监测数据上传至服务器，其中监测数据包括各数据中心物理设备的环境参数、设备运行及状态参数；所述的服务器用于存储各数据中心物理设备的增强信息，包括检修记录、台账信息、历史巡检信息、基层网络上传的监测数据；所述的巡视机器人设置于头盔上，用于通过公网基站访问服务器获取待巡检数据中心物理设备的增强信息，并采集待巡检数据中心物理设备的真实空间图像，将增强信息叠加于所述真实空间图像中，形成增强现实图像并传输到智能眼镜中显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于增强现实的数据中心机器人巡视系统，其特征是，所述的巡视机器人与传感器节点进行短距离无线通信，获取用于监测待巡检数据中心物理设备的传感器节点的ID发送给服务器，服务器根据接收到的ID提取相匹配的增强信息，并发送至巡视机器人。
3.根据权利要求1所述的一种基于增强现实的数据中心机器人巡视系统，其特征是，所述的巡视机器人包括相连接的图像采集模块、增强现实图像处理模块，图像采集模块用于采集待巡检数据中心物理设备的真实空间图像，所述的增强现实图像处理模块用于将待巡检数据中心物理设备的增强信息叠加于所述真实空间图像中，形成增强现实图像；还包括通信模块，用于实现与服务器、传感器节点的信息交互。
4.根据权利要求3所述的一种基于增强现实的数据中心机器人巡视系统，其特征是，所述的图像采集模块为双摄像头，所述的头盔上设有控制装置，用于控制双摄像头运动以及控制双摄像头的镜头的放大或缩小。
5.根据权利要求1所述的一种基于增强现实的数据中心机器人巡视系统，其特征是，所述的传感器节点分为汇聚节点和数据中心物理设备监测节点，汇聚节点与中继网关通信，多个数据中心物理设备监测节点部署于数据中心物理设备上，用于对数据中心物理设备或者设备所在环境进行监测，采集监测数据并发送至汇聚节点，由汇聚节点汇聚监测数据，并通过中继网关将监测数据上传至服务器。
6.根据权利要求5所述的一种基于增强现实的数据中心机器人巡视系统，其特征是，所述的数据中心物理设备监测节点在发送监测数据之前通过节点竞选划分为普通节点和支配节点，其中普通节点对监控区域内的监测数据进行感知，并周期性地向距离最近的支配节点发送采集的监测数据，而支配节点用于接收以及融合其他传感器节点发送的监测数据，并将融合的监测数据发送至上一级支配节点或者汇聚节点；数据中心物理设备监测节点的节点竞选具体包括：
(1)汇聚节点以最大功率广播网络拓扑构建消息，收到网络拓扑构建消息的数据中心物理设备监测节点分别计算自身的权值，并将权值封装在网络拓扑构建消息中继续广播，直到所有数据中心物理设备监测节点完成该过程，权值的计算公式为：
<mrow>
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式中，Qi表示数据中心物理设备监测节点i的权值，Ei为数据中心物理设备监测节点i的当前剩余能量，Ej表示数据中心物理设备监测节点i的第j个邻居节点的当前剩余能量，ni为数据中心物理设备监测节点i具有的邻居节点个数，nj表示数据中心物理设备监测节点i的第j个邻居节点具有的邻居节点个数，Ri为数据中心物理设备监测节点i的当前通信半径，为数据中心物理设备监测节点i在最大功率时的通信半径，E0为设定的最小能量阈值，f(Ei，E0)为设定的比较取值函数，当Ei≥E0时，f(Ei，E0)＝1，当Ei＜E0时， 为设定的惩罚系数，λ1、λ2、λ3为设定的权重系数；
(2)定义邻居节点为处于数据中心物理设备监测节点通信范围内的其他数据中心物理设备监测节点，数据中心物理设备监测节点收集到所有邻居节点发送的权值后，将自身的权值与各邻居节点的权值进行比较，若自身的权值最大，则成功竞选为支配节点，并向各邻居节点广播节点竞选成功消息，否则作为普通节点。
7.根据权利要求6所述的一种基于增强现实的数据中心机器人巡视系统，其特征是，所述设定的取值范围为(0.5，1)。
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