CN108521319B - 一种基于云端存储的浮标冗余通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于云端存储的浮标冗余通信方法，一、控制器获取水环境采集模块数据；二、控制器判断环境是否异常；三、本地存储固定周期采集的数据打包，控制器控制数据上传云端存储；四、如果判断某节点的设备故障或者采集数据异常，上传云端存储数据并发送浮标故障信息；五、当某节点无法正常上传数据时，此节点向临近节点发出声呐通信连接信号，临近节点启动节点间的声呐通信，将此节点采集的信息传输到临近节点，及时找到此浮标节点并解决故障问题；六、如果某浮标节点发出异常信息后，工作人员对浮标节点下达指令，浮标节点收到下达的指令后解除异常状态。本方法智能化程度高，通信手段丰富，功能性强等优点，适合大批量点的布放。

Description

一种基于云端存储的浮标冗余通信方法

技术领域

本发明属于浮标通信技术领域，具体涉及一种基于云端存储的浮标冗余通信方法。

背景技术

水是人类社会的宝贵资源，地球上的水总量中海水占97.3％，海洋环境的质量是社会发展的重要因素之一，随着世界人口的增长和工农业生产的发展，海水污染情况日益严重，有人把21世纪称为“海洋的世纪”，经济要可持续的发展，人类需要对海洋环境监测，浮标监测装置能为我们提供海水的温度、盐含量、波动、水流、营养盐、海水密度等，科研人员通过数据为依据，科学的、有针对性的和有目的制定保护海洋的有效措施。

申请号CN201510206253.9的现有技术1公开了一种近海环境监测浮标和系统，该系统包括：监测中心和近海环境监测浮标通信；近海环境监测浮标通过无线网络向监测中信传输海洋水质参数和接受监测中心发送的指令；监测中心还包括反馈模块，用于当接收到近海环境监测浮标发送的海洋水质参数后，向近海环境监测浮标发送反馈，以确认收到海洋水质参数；监测中心还用于向浮标发送设置预设水深的指令，并将指令通过无线网络发送给浮标；监测中心还可以用于根据浮标发送来的海洋水质参数估算浮标附近近海的海洋水质参数。本发明利用多个布放在不同海域的浮标，采集各个水深的水质参数为研究海洋水质变化规律提供了立体的数据支持和理论依据。

申请号为CN201310675332.5的现有技术2公开了一种河道型水库支流库湾水华的云体系架构预警系统及方法，包括监测云模块、信息云模块、应用支撑模块、水华预警模块和会商决策模块；监测云模块由现场信息采集单元和运行通信单元组成，信息云模块的存储介质由固定结合移动的分布式存储站网组成，应用支撑模块由基础支撑单元、应用定制单元、数据协作单元、应急处置单元组成，水华预警模块由风险分析单元和预警预报单元组成，会商决策模块用于实现云环境下的决策会商和信息共享交流。本发明基于云体系架构实现了模块无缝连接与运行控制，对水库支流库湾水华诱发因素及水华生化属性进行全天候监测、云端存储与水化风险预警，为预防和减少水华事件体统了基于云体系架构的新手段。

但现有技术1功能少、集成智能化不高，不能对数据大规模的存储，实用性低，现有技术2只能在有移动通信网络的环境中使用，应用场景单一，通信手段单一，一旦无移动通信网络的情况下，设备是无法正常工作的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于云端存储的浮标冗余通信方法，适合在河道、近海甚至远海中使用，通过本装置采集到的信息，能通过不同的通信方式将数据大规模的上传到云端存储，保障了数据的连续性，一旦一种通信方式出现故障时，能立刻启动另外一种方式进行数据传输等优点，本装置智能化程度高，功能齐全，能够大规模推广应用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于云端存储的浮标冗余通信方法，其包括以下步骤：

步骤一、控制器获取水环境采集模块的温度、盐浓度、压力值、PH值、营养盐(硅、磷、氮)浓度、溶解氧浓度、重力和磁力、底质状况、浮游生物和底栖生物数据；

步骤二、控制器根据采集的数据值和参数阈值对比判断环境是否异常；

步骤三、每个浮标节点被设置专属ID，本地存储固定周期采集数据的信息数据打包，控制器控制数据包、专属ID、经纬度一并通过卫星通信模块或者移动通信模块上传云端存储；

步骤四、如果判断某节点的设备故障或者采集数据异常，在通过卫星通信模块或者移动通信模块的同时并发送异常信息；

步骤五、当某节点无法正常上传数据时，浮标节点向临近浮标节点通过声呐系统发出请求建立通信网络信号，临近浮标节点收到请求信号后自动建立节点间通信网络，由所述临近浮标节点将浮标节点的故障信息和采集的数据信息通过卫星通信或者移动通信上传云端存储并发送异常信息，及时找到此浮标节点并解决故障问题。

步骤六、如果某节点发出异常信息后，工作人员通过上传的信息数据判断是误报信息，工作人员通过远程控制端对浮标节点下达指令，浮标节点收到下达的指令后解除异常状态。

优选的，所述步骤二中将采集到的数据和参数阈值判断水环境的是否正常，是指控制器在获得采集的数据后，当发现某一数据处于非正常状态，通过卫星通信模块或移动通信模块上传参数超过阈值异常的信息。

所述的通信方法采用一种基于云端存储的浮标冗余通信装置，所述的冗余通信装置包括控制器以及与所述控制器连接的电源模块、GPS和北斗模块、水环境采集模块、卫星通信模块、移动通信模块、本地存储模块、声呐模块。

优选的，所述电源模块是锂电池和太阳能板，电池能存储及提供电能，太阳能板可将太阳能转化为电能存储到电池中。

优选的，所述GPS和北斗模块是一种GPS加北斗二代的双模模块，用于获取所述冗余通信装置的位置的经纬度，并且在所述冗余通信装置发生故障时能够采用北斗模块的短报文功能进行通信。

优选的，所述水环境采集模块包括测温传感器、测盐度仪、测压传感器、PH值传感器、营养盐仪、溶解氧测量仪、重力和磁力仪、底质探测仪、浮游生物与底栖生物仪。

特别的测温传感器是测水的温度、测盐度仪测盐在水中的浓度、测压传感器是测水的压力值、PH值传感器是测水的酸碱PH值、营养盐仪是检测海水、河口水及工业污水中的硅、磷、氮的含量、溶解氧测量仪是测量氧气在水中的溶解量、重力和磁力仪是测重力加速度和磁场强度、底质探测仪是探测海底表层物质的组成、浮游生物与底栖生物仪是生物种类的探测。

优选的，所述卫星通信模块包括卫星调制解调器和卫星天线，是通信装置数据传输方式之一，将浮标采集的打包数据通过卫星通信模块上传到云端存储，将接收远端的控制指令。

优选的，所述移动通信模块是通信装置另外一种数据传输方式，将浮标采集的数据通过移动通信模块上传到云端存储，将接收远端的控制指令。

优选的，所述本地存储模块是存储卡如SD卡，用于存储固定周期所采集到的数据信息。

优选的，所述声呐模块是用于所述多个浮标节点间可以通过声呐系统进行数据传输，当浮标节点发生通信信号弱或移动通信功能故障时，所述浮标节点向临近浮标节点通过声呐系统发出请求建立通信网络信号，临近浮标节点收到请求信号后自动建立节点间通信网络，由所述临近浮标节点将浮标节点的故障信息和采集的数据信息通过卫星通信或者移动通信上传云端存储。

优选的，特别的临近的节点通过声呐系统发出请求建立通信网络信号，对方节点收到信号后自动建立节点间通信网络，将浮标节点的故障信息和采集的数据信息通过卫星通信模块或者移动通信模块上传云端存储。

优选的，所述控制器模块用于处理采集模块所采集到的温度、盐度、压力值、PH值、营养盐(硅、磷、氮)浓度、溶解氧浓度、重力和磁力、底质状况、浮游生物和底栖生物，将采集的数据值与参数阈值对比分析，如果发现异常情况通过移动通信模块或者卫星通信模块发送异常信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明能够结合采集的数据值和参数阈值对比，判断水环境是否处于正常状态，本系统集成度高、智能化程度高。

2、本发明能够应用在移动通信网络、卫星通信网络中使用，通信方式多，应用场景广泛，能够大规模投入使用。

3、本发明通过移动通信模块或卫星通信模块将数据上传到云端存储，能存储海量的数据，为科研人员提供使用研究。

4、本发明能够通过声呐系统，将浮标节点间互联成一个通信网络，方便将数据直传、中继、备份到临近浮标节点。

附图说明

图1为本发明中的一种云端存储的浮标冗余通信装置结构框图；

图2为现有技术中的一种声呐通信系统示意图；

图3为本发明中的基于云端存储的浮标冗余通信方法流程图。

在图1中：1太阳能板、2供电模块、3水环境采集模块、4本地存储模块、5控制器、7北斗+GPS模块、8声呐模块、9卫星通信模块、10移动通信模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图3所示，一种基于云端存储的浮标冗余通信方法，其包括以下步骤：

步骤一、控制器获取水环境采集模块的温度、盐浓度、压力值、PH值、营养盐(硅、磷、氮)浓度、溶解氧浓度、重力和磁力、底质状况、浮游生物和底栖生物数据；

步骤二、控制器根据采集的数据值和参数阈值对比判断环境是否异常；

步骤三、每个浮标节点被设置专属ID，本地存储固定周期采集数据的信息数据打包，控制器控制数据包、专属ID、经纬度一并通过卫星通信模块或者移动通信模块上传云端存储；

步骤四、如果判断某节点的设备故障或者采集数据异常，在通过卫星通信模块或者移动通信模块的同时并发送异常信息；

步骤五、当某节点无法正常上传数据时，浮标节点向临近浮标节点通过声呐系统发出请求建立通信网络信号，临近浮标节点收到请求信号后自动建立节点间通信网络，由所述临近浮标节点将浮标节点的故障信息和采集的数据信息通过卫星通信或者移动通信上传云端存储并发送异常信息，及时找到此浮标节点并解决故障问题。

步骤六、如果某节点发出异常信息后，工作人员通过上传的信息数据判断是误报信息，工作人员通过远程控制端对浮标节点下达指令，浮标节点收到下达的指令后解除异常状态。

如图1所示，所述的通信方法采用一种基于云端存储的浮标冗余通信装置，所述的冗余通信装置包括控制器5以及与所述控制器5连接的太阳能板1、供电模块2、水环境采集模块3、本地存储模块4、控制器5、北斗+GPS模块7、声呐模块8、卫星通信模块9、移动通信模块10，云端存储6；

所述电源模块1是锂电池和太阳能板，电池能存储及提供电能，太阳能板可将太阳能转化为电能存储到电池中。

所述GPS和北斗模块7是一种GPS加北斗二代的双模模块，用于获取所述冗余通信装置的位置的经纬度，并且在所述冗余通信装置发生故障时能够采用北斗模块的短报文功能进行通信。

所述水环境采集模块3包括测温传感器、测盐度仪、测压传感器、PH值传感器、营养盐仪、溶解氧测量仪、重力和磁力仪、底质探测仪、浮游生物与底栖生物仪。

所述卫星通信模块9包括卫星调制解调器和卫星天线，是通信装置数据传输方式之一，将浮标采集的打包数据通过卫星通信模块上传到云端存储。

所述移动通信模块10是通信装置另外一种数据传输方式，将浮标采集的数据通过移动通信模块上传到云端存储。

所述本地存储模块4是存储卡如SD卡，用于存储固定为周期所采集到的数据信息。

所述声呐模块8是用于多个浮标节点间可以通过声呐系统进行数据传输，当浮标节点发生通信信号弱或移动通信功能故障时，所述浮标节点向临近浮标节点通过声呐系统发出请求建立通信网络信号，临近浮标节点收到请求信号后自动建立节点间通信网络，由所述临近浮标节点将浮标节点的故障信息和采集的数据信息通过卫星通信模块或者移动通信模块上传云端存储，启动云端存储报警程序。

所述控制器模块5用于处理采集模块所采集到的温度、盐度、压力值、PH值、营养盐(硅、磷、氮)浓度、溶解氧浓度、重力和磁力、底质状况、浮游生物和底栖生物，将采集的数据值与参数阈值对比分析，如果发现异常情况，将通过卫星通信模块或移动通信模块发送浮标故障的异常信息。

实施例2

一种基于云端存储的浮标冗余通信方法，该通信方法包括以下步骤：

步骤一、控制器1获取水环境采集模块3的温度、盐浓度、压力值、PH值、营养盐(硅、磷、氮)浓度、溶解氧浓度、重力和磁力、底质状况、浮游生物和底栖生物数据；

步骤二、控制器5根据采集的数据值和参数阈值对比判断环境是否异常；

步骤三、每个浮标节点被设置专属ID，本地存储固定周期采集的数据打包，控制器处理数据包、专属ID、经纬度一并通过卫星通信模块或者移动通信模块上传云端存储；

步骤四、如果判断某节点的设备故障或者采集数据异常，在通过卫星通信模块或者移动通信模块上传云端存储，同时发送异常信息并启动云端存储报警程序；

步骤五、当某节点无法正常上传数据时，此节点向临近节点发出声呐通信连接信号，如图2所示节点e向临近节点b、d、f、h发出请求通信网络连接信号，选择信号通道最好的临近节点并立刻启动节点间的声呐通信网络，将此节点采集的数据、专属ID、经纬度、故障类信息传输到临近节点，临近节点可作为直传，当临近节点b、d、f、h通信通道繁忙时，临近节点可作为中继到节点a、g、c、i进行数据上传云端存储或者备份，并通过移动通信模块或卫星通信模块发送异常信息，同时启动云端存储报警程序，及时找到此浮标节点并解决问题。

步骤六、如果某节点发出异常信息后，工作人员通过上传的信息数据判断是误报信息，工作人员利用远程控制端通过卫星通信模块或移动通信模块对浮标节点下达指令，浮标节点收到指令后解除异常状态。

所述步骤二中将采集到的数据和参数阈值判断水环境的是否正常，是指控制器在获得采集的数据后，当发现某一数据处于非正常状态，通过卫星通信模块或移动通信模块上传参数超过阈值异常的信息。

所述的通信方法采用一种基于云端存储的浮标冗余通信装置，所述的冗余通信装置包括控制器5以及与所述控制器5连接的太阳能板1、供电模块2、水环境采集模块3、本地存储模块4、控制器5、北斗+GPS模块7、声呐模块8、卫星通信模块9、移动通信模块10，云端存储6；

所述电源模块1是锂电池和太阳能板，电池能存储及提供电能，太阳能板可将太阳能转化为电能存储到电池中。

所述GPS和北斗模块7是一种GPS加北斗二代的双模模块，用于获取所述冗余通信装置的位置的经纬度，并且在所述冗余通信装置发生故障时能够采用北斗模块的短报文功能进行通信。

所述水环境采集模块3包括测温传感器、测盐度仪、测压传感器、PH值传感器、营养盐仪、溶解氧测量仪、重力和磁力仪、底质探测仪、浮游生物与底栖生物仪。

所述卫星通信模块9包括卫星调制解调器和卫星天线，是通信装置数据传输方式之一，将浮标采集的打包数据通过卫星通信模块上传到云端存储。

所述移动通信模块10是通信装置另外一种数据传输方式，将浮标采集的数据通过移动通信模块上传到云端存储。

所述本地存储模块4是存储卡如SD卡，用于存储固定为周期所采集到的数据信息。

所述声呐模块8是用于多个浮标节点间可以通过声呐系统进行数据传输，当浮标节点发生通信信号弱或移动通信功能故障时，所述浮标节点向临近浮标节点通过声呐系统发出请求建立通信网络信号，临近浮标节点收到请求信号后自动建立节点间通信网络，由所述临近浮标节点将浮标节点的故障信息和采集的数据信息通过卫星通信模块或者移动通信模块上传云端存储，启动云端存储报警程序。

所述控制器模块5用于处理采集模块所采集到的温度、盐度、压力值、PH值、营养盐(硅、磷、氮)浓度、溶解氧浓度、重力和磁力、底质状况、浮游生物和底栖生物，将采集的数据值与参数阈值对比分析，如果发现异常情况，将通过卫星通信模块或移动通信模块发送浮标故障的异常信息。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于云端存储的浮标冗余通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、控制器获取水环境采集模块的温度、盐浓度、压力值、PH值、营养盐浓度、溶解氧浓度、重力、磁力、底质状况、浮游生物和底栖生物数据；

步骤二、控制器根据采集数据和参数阈值对比判断环境是否异常；

步骤三、每个浮标节点被设置专属ID，本地存储固定周期采集的数据打包，控制器控制数据包、专属ID、经纬度一并通过卫星通信模块或者移动通信模块上传云端存储；

步骤四、如果判断某节点的设备故障或者采集数据异常，通过卫星通信模块或者移动通信模块上传云端存储数据，并发送浮标故障信息或参数超过阈值异常的信息；

步骤五、当某节点无法正常上传数据时，此节点向临近节点发出声呐通信连接信号，临近节点立刻启动节点间的声呐通信网络，将此节点采集的数据、专属ID、经纬度、故障类信息传输到临近节点，由临近节点中继数据、故障信息和参数超过阈值的异常信息并上传数据至云端存储；

多个所述浮标节点间可以通过声呐系统进行数据传输，所述浮标节点向临近浮标节点通过声呐系统发出请求建立通信网络信号，临近浮标节点收到请求信号后自动建立节点间通信网络，选择信号通道最好的临近节点并立刻启动节点间的声呐通信网络，由所述临近浮标节点将浮标节点的故障信息和采集的数据信息通过卫星通信模块或者移动通信模块上传云端存储；

步骤六、如果某浮标节点发出异常信息后，工作人员通过上传的信息数据判断是误报信息，工作人员通过远程控制端对浮标节点下达指令，浮标节点收到下达的指令后解除异常状态。

2.根据权利要求1所述的一种冗余通信方法，其特征在于：所述的通信方法采用一种基于云端存储的浮标冗余通信装置，所述冗余通信装置包括控制器以及与所述控制器连接的电源模块、GPS和北斗模块、水环境采集模块、卫星通信模块、移动通信模块、本地存储模块、声呐模块，若干个浮标冗余通信装置中的每个浮标作为一个节点。

3.根据权利要求2所述的一种冗余通信方法，其特征在于：所述GPS和北斗模块是GPS加北斗二代的双模模块，用于获取所述冗余通信装置的经纬度，并且在所述冗余通信装置发生故障时能够采用北斗模块的短报文功能进行通信。

4.根据权利要求1-3中任一项 所述的冗余通信方法，其特征在于：所述卫星通信模块包括卫星调制解调器和卫星天线，将浮标采集的数据打包，通过卫星通信模块上传到云端存储。

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