CN107919006A - 仓库环境状态在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了仓库环境状态在线监测系统,包括:由分布在仓库中的传感器节点组成的无线传感器网络,所述的无线传感器网络用于采集仓库的温湿度传感数据,并用于将温湿度传感数据收集后发送至基站设备;基站设备,用于汇聚无线传感器网络发送的温湿度传感数据;仓库环境监测终端,与基站设备通信获取温湿度传感数据,并将温湿度传感数据与设定的阈值门限进行比较处理,在温湿度传感数据超出设定的阈值门限时输出报警信号。本发明实现了仓库环境的实时监控。
Description
技术领域
本发明涉及仓库监测技术领域,具体涉及仓库环境状态在线监测系统。
背景技术
仓库的温湿度环境是影响物资存储的重要因素,在不同的温湿度条件下,存储物资本身的性质将发生不同程度的变化,如变优或变劣,存储物资如烟叶或各类干货等,其对存储环境的温湿度均有较高要求。目前的仓库多数通过安装空调、通风装置、除湿机以及加湿机等设备,并配有各种测量仪表,通过仓库管理员进行人工观察数据后,再通过各种设备控制仓库内的温湿度,以保证物资的存储环境。这种方式不仅温湿度控制速度慢,而且由于人工读数的人为误差等因素,导致数据测量精度低,检测抽样不科学,不能及时根据实际情况控制仓库内环境的温湿度。另外,尽管目前出现通过智能手段监测仓库内的温湿度,但缺乏及时有效的控制系统,对仓库的温湿度控制效果不佳。
发明内容
针对上述问题,本发明提供仓库环境状态在线监测系统。
本发明的目的采集以下技术方案来实现:
提供了仓库环境状态在线监测系统,包括:
由分布在仓库中的传感器节点组成的无线传感器网络,所述的无线传感器网络用于采集仓库的温湿度传感数据,并用于将温湿度传感数据收集后发送至基站设备;
基站设备,用于汇聚无线传感器网络发送的温湿度传感数据;
仓库环境监测终端,与基站设备通信获取温湿度传感数据,并将温湿度传感数据与设定的阈值门限进行比较处理,在温湿度传感数据超出设定的阈值门限时输出报警信号。
优选地,所述传感器节点包括用于测量周围环境的温度和湿度信息的温湿度传感器、用于与邻居传感器节点进行无线通信的无线收发电路和用于显示测量结果的显示器件,每个所述传感器节点具有一个电源为传感器节点供电。
优选地,所述的仓库环境监测终端包括用于与基站设备通信的通信模块、用于处理传感器节点采集的温湿度传感数据的数据分析处理模块。
本发明的有益效果为:实现了仓库的无线环境监控,并能够在温湿度传感数据超出设定的阈值门限时进行报警,具有部署方便,成本低廉的优点。
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仓库环境监测终端的连接框图。
附图标记:
无线传感器网络1、基站设备2、仓库环境监测终端3、通信模块10、数据分析处理模块20。
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,本实施例提供的仓库环境状态在线监测系统,包括:
由分布在仓库中的传感器节点组成的无线传感器网络1,所述的无线传感器网络1用于采集仓库的温湿度传感数据,并用于将温湿度传感数据收集后发送至基站设备2;
基站设备2,用于汇聚无线传感器网络1发送的温湿度传感数据;
仓库环境监测终端3,与基站设备2通信获取温湿度传感数据,并将温湿度传感数据与设定的阈值门限进行比较处理,在温湿度传感数据超出设定的阈值门限时输出报警信号。
在一个实施例中,所述传感器节点包括用于测量周围环境的温度和湿度信息的温湿度传感器、用于与邻居传感器节点进行无线通信的无线收发电路和用于显示测量结果的显示器件,每个所述传感器节点具有一个电源为传感器节点供电。
在一个实施例中,如图2所示,所述的仓库环境监测终端3包括用于与基站设备2通信的通信模块10、用于处理传感器节点采集的温湿度传感数据的数据分析处理模块20。
本发明上述实施例实现了仓库的无线环境监控,并能够在温湿度传感数据超出设定的阈值门限时进行报警,具有部署方便,成本低廉的优点。
在一个实施例中,传感器节点将采集的温湿度传感数据传输至基站设备2时,按照并行多径路由协议进行数据传输。
其中,所述的并行多径路由协议为:
(1)设始发温湿度传感数据的传感器节点为源节点,源节点从基站设备2发送的多个优选路由路径信息中获取多条从其到基站设备2的优选路由路径,归入路径集合D;
(2)源节点根据下列公式计算每条优选路由路径的权重值:
式中,Pi表示路径集合D中优选路由路径i的权重值,其中i∈D,Qi-min为优选路由路径i中当前剩余能量最小的传感器节点的剩余能量,Qj-min为路径集合D内的第j个优选路由路径中当前剩余能量最小的传感器节点的剩余能量,Li-sink为优选路由路径i的总长度,Lj-sink为所述第j个优选路由路径的总长度,a1、a2皆为预设的权重系数;
(3)当传感器节点在单位时间段内采集的温湿度传感数据量低于设定的数据量阈值时,传感器节点选取权重值最大的优选路由路径进行传输,当传感器节点在单位时间段内采集的温湿度传感数据量高于设定的数据量阈值时,传感器节点根据权重值比例对温湿度传感数据进行分割后分配给各优选路由路径进行传输,其中,优选路由路径i被分到的温湿度传感数据量为:
式中,Di为优选路由路径i被分到的温湿度传感数据量,D为需要传输到基站设备2的总温湿度传感数据量,Pj为路径集合D内的第j个优选路由路径的权重值。
当数据量很大的情况下,单路由路径无法满足网络温湿度传感数据通信的性能要求,本实施例中,传感器节点在温湿度传感数据量大的情况下将温湿度传感数据分流到多条优选路由路径中进行传输,能够有效提高温湿度传感数据传输效率。
本实施例进一步设定了并行多径路由协议,其中基于能量和距离因素设定了权重值的计算公式。由于能量影响到路由路径的稳定性,而路由路径的总长度大小反映了温湿度传感数据沿该路由路径传输的能耗大小,由权重值的计算公式可知,权重值越大的优选路由路径在传输温湿度传感数据方面具有更优越的性能。本实施例在温湿度传感数据量较大时根据权重值比例对温湿度传感数据进行分割后分配给各优选路由路径进行传输,能够平衡各优选路由路径上传感器节点的能耗,使得仓库环境状态在线监测系统更加节能。
在一个实施例中,基站设备2在接收到源节点发送的路径探测包后,对多个路径探测包进行处理,得到从该源节点到基站设备2的多个优选路由路径信息,进而向该源节点发送对应的多个优选路由路径信息。
其中,源节点向基站设备2发送路径探测包的过程,具体包括:网络初始阶段,源节点向网络广播路径探测包,此时路径探测包携带有该源节点的身份标识(ID)、当前剩余能量和带宽需求,收到路径探测包的传感器节点将自身的ID、当前剩余能量以及与上一跳传感器节点间的单跳链路信息加入到接收到的路径探测包中,再将路径探测包发送至下一跳节点,直至路径探测包到达基站设备2。
本实施例通过传感器节点向基站设备2发送路径探测包的形式获取从该传感器节点到基站设备2的路由路径的相关信息,简单高效,加快了传感器节点建立到基站设备2路由路径的速度。
在一个实施例中,在接收阶段,基站设备2在第一次接收到路径探测包时开始计时,在设定时间段内继续接收从各源节点始发的多个路径探测包,并对接收的路径探测包进行存储,超时后不再接收路径探测包。
所述对多个路径探测包进行处理,具体包括:
基站设备2对路径探测包进行处理,得到多条从源节点r到基站设备2的路由路径,并归入初始路径集合Dr,r=1,…,n,n为源节点个数;对于初始路径集合Dr,基站设备2将多条满足基本条件的从源节点r到基站设备2的路由路径作为初始粒子群,采用改进的多种群粒子群优化算法对初始粒子群进行优化,得到多条从源节点r到基站设备2的优选路由路径,并沿每条优选路由路径将对应的优选路由路径信息发送给源节点r。
其中,基本条件为:
式中,表示第λ条从源节点r到基站设备2的路由路径的生命期,其中,为在第λ条从源节点r到基站设备2的路由路径中的能量最小传感器节点的当前剩余能量;Qelec为射频传输系数,εamp为放大器功放能耗系数,Lmax为在第λ条从源节点r到基站设备2的路由路径中、间距最大的相邻两个传感器节点之间的距离,Lmax-1为在第λ条从源节点r到基站设备2的路由路径中、间距次大的相邻两个传感器节点之间的距离,0T为预设的生命期下限值;
Eλ为第λ条从源节点r到基站设备2的路由路径的总时延,ET为预设的最大时延值;f(Eλ,ET)为判断函数,当Eλ>ET时,f(Eλ,ET)=0,当Eλ≤ET时,f(Eλ,ET)=1。
本实施例由基站设备2来确定各源节点到基站设备2的路由路径,减少了源节点在确定到基站设备2的路由方面的负担。
相关技术中采用多种群粒子群优化算法对路由路径进行优化时,通常是将传感器节点到基站设备2的所有路由路径作为初始粒子群,当路由路径数量较多的情况下无疑增加了粒子搜索的复杂性。
本实施例在确定用于路径优化的初始粒子群时,创造性地预先将不满足基本条件的路由路径进行剔除,将剩余的路由路径作为初始粒子群,有益于降低粒子搜索的复杂度,提高路由路径优化的速度。其中设置基本条件时考虑了能量和时延两个因素,将生命期过短、总时延较长的路由路径直接筛除,从而确保后续建立传感器节点到基站设备2的路由时能够满足能量、稳定性和实时性的基本需求,保障温湿度传感数据的实时传输,确保对仓库进行稳定的环境监测。
在一个实施中,改进的多种群粒子群优化算法具体包括:
(1)计算初始粒子群中每个粒子的适应度;
(2)根据源节点的带宽需求估计需要的路由路径数K,对初始粒子群进行K均值聚类,根据聚类结果将粒子分成K个种群;
(3)各种群找出自己的全局最优位置;
(4)各种群粒子按照下列改进的速度公式求出飞行速度:
式中,Vi(t+1)表示粒子i在t+1时刻的速度,Vi(t)表示粒子i在t时刻的速度,Yi(t)为粒子i在t时刻的位置,Pibest为粒子i自身所经历的历史最优位置,Pgbest表示粒子i所在种群的全局最优位置,Pgbest(j)表示第j个种群的全局最优位置,其中j=1,…,K,α1、α2、α3皆为加速常数,β1、β2、β3皆为在区间[0,1]内均匀分布的随机数,w为惯性权重;
(5)各种群粒子按照下列位置公式改变自身位置:
Yi(t+1)=Yi(t)+Vi(t+1)
式中,Yi(t+1)表示粒子i在t+1时刻的位置;
(6)达到优化目标,输出每个种群的优选路由路径Pgbest(j),即多条从源节点r到基站设备2的优选路由路径,结束,否则回到(1)。
其中,定义适应度的计算公式为:
式中,Pr(λ)表示第λ条从源节点r到基站设备2的路由路径的适应值,Cr(λ)为第λ条从源节点r到基站设备2的路由路径的总链路开销;Gr(λ)为第λ条从源节点r到基站设备2的路由路径的带宽,由路径中的最小带宽决定;为在第λ条从源节点r到基站设备2的路由路径中的能量最小传感器节点的当前剩余能量;Cmin、Gmin、Qmin分别是为满足网络服务质量要求而设定的链路开销上限、最大链路开销值、带宽下限、能量下限,B1,B2,B3皆为权重系数。
本实施例定义了改进的多种群粒子群优化算法,考虑了各种群全局最优位置的交集,改进了粒子的速度公式,使不同种群的粒子能够向不同的方向飞行,避免相互交叉,从而减少种群粒子交叉的概率,保证任意两条优选路由路径之间不存在共同的传感器节点,在设计适应度函数时,考虑了带宽、链路开销和能量因素,以满足传输温湿度传感数据的网络服务质量需求,从而确保建立从传感器节点到基站设备2的高质量路由,提高传输温湿度传感数据的可靠性。
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 (5)
1.仓库环境状态在线监测系统,其特征是,包括:
由分布在仓库中的传感器节点组成的无线传感器网络,所述的无线传感器网络用于采集仓库的温湿度传感数据,并用于将温湿度传感数据收集后发送至基站设备;
基站设备,用于汇聚无线传感器网络发送的温湿度传感数据;
仓库环境监测终端,与基站设备通信获取温湿度传感数据,并将温湿度传感数据与设定的阈值门限进行比较处理,在温湿度传感数据超出设定的阈值门限时输出报警信号。
2.根据权利要求1所述的仓库环境状态在线监测系统,其特征是,所述传感器节点包括用于测量周围环境的温度和湿度信息的温湿度传感器、用于与邻居传感器节点进行无线通信的无线收发电路和用于显示测量结果的显示器件,每个所述传感器节点具有一个电源为传感器节点供电。
3.根据权利要求1所述的仓库环境状态在线监测系统,其特征是,所述的仓库环境监测终端包括用于与基站设备通信的通信模块、用于处理传感器节点采集的温湿度传感数据的数据分析处理模块。
4.根据权利要求1-3任一项所述的仓库环境状态在线监测系统,其特征是,传感器节点将采集的温湿度传感数据传输至基站设备时,按照并行多径路由协议进行数据传输,具体为:
(1)设始发温湿度传感数据的传感器节点为源节点,源节点从基站设备2发送的多个优选路由路径信息中获取多条从其到基站设备的优选路由路径,归入路径集合D;
(2)源节点根据下列公式计算每条优选路由路径的权重值:
<mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
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<mn>1</mn>
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<mfrac>
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<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>-</mo>
<mi>m</mi>
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<mi>n</mi>
</mrow>
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<mrow>
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<mrow>
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<mi>D</mi>
</mrow>
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</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>+</mo>
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<mi>a</mi>
<mn>2</mn>
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<mfrac>
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<mo>-</mo>
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<mo>&Element;</mo>
<mi>D</mi>
</mrow>
</msub>
<msub>
<mi>L</mi>
<mrow>
<mi>j</mi>
<mo>-</mo>
<mi>sin</mi>
<mi>k</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
式中,Pi表示路径集合D中优选路由路径i的权重值,其中i∈D,Qi-min为优选路由路径i中当前剩余能量最小的传感器节点的剩余能量,Qj-min为路径集合D内的第j个优选路由路径中当前剩余能量最小的传感器节点的剩余能量,Li-sink为优选路由路径i的总长度,Lj-sink为所述第j个优选路由路径的总长度,a1、a2皆为预设的权重系数;
(3)当传感器节点在单位时间段内采集的温湿度传感数据量低于设定的数据量阈值时,传感器节点选取权重值最大的优选路由路径进行传输,当传感器节点在单位时间段内采集的温湿度传感数据量高于设定的数据量阈值时,传感器节点根据权重值比例对温湿度传感数据进行分割后分配给各优选路由路径进行传输。
5.根据权利要求4所述的仓库环境状态在线监测系统,其特征是,优选路由路径i被分到的温湿度传感数据量为:
<mrow>
<msub>
<mi>D</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>i</mi>
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<mi>D</mi>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>&Sigma;</mi>
<mrow>
<mi>j</mi>
<mo>&Element;</mo>
<mi>D</mi>
</mrow>
</msub>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
式中,Di为优选路由路径i被分到的温湿度传感数据量,D为需要传输到基站设备的总温湿度传感数据量,Pj为路径集合D内的第j个优选路由路径的权重值。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180417 |
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