CN108900644A - 一种基于物计算的协作物联网系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物计算的协作物联网系统,所述系统主要包括以下部分:1、数据获取单元,各智能终端通过数据获取单元从自身搭载的传感器或网络中的其他智能终端获取所需数据;2、数据传输单元,数据传输单元采用eNDOS实现不同智能终端的通信与协作,打通不同种类设备间的数据链路;3、数据处理部分,各智能终端的数据处理单元采用不同的机器学习、深度学习或传统算法进行数据处理。本发明以物计算为基础,能够实现物联网中各智能智能终端设备的协作,在人工智能与物联网领域有着广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及人工智能与物联网领域,具体涉及一种基于物计算的协作物联网系统。
背景技术
随着科学技术的迅速发展,人们已过渡至移动物联时代,无处不在的微机电系统、无处不在的传感器已深入到生活的方方面面,在给人们带来便利的同时也存在有一定的不足。一方面,物联网芯片、模块、应用、服务等技术产业链冗长,涉及技术领域及其庞杂;另一方面,行业中的各类用户、物体对象、感知控制的设备、第三方资源系统等之间的协作体系、信任体系和价值体系尚未有效建立,孤岛化现象严重。
物计算是指在靠近物或数据源头的网络边缘侧,融合了网络、计算、存储及应用等核心能力的开放平台。结合人工智能,物计算可以实现智能终端智能化、边缘智能化。每台物联网设备可以自主实现传感器端数据的发现、获取和处理。
eNDOS(Embedded Node Operating System),面向通信的物联网操作系统,与面向应用开发的现有嵌入式操作系统不同,eNDOS面向物联网节点通信过程设计开发,通过高效的通信资源和数据的优化管理,将通信和应用分开,实现不同业务之间的最优调度,有效避免不同通信业务的竞争。eNDOS内核包含核心功能模块和扩展功能模块,前者包括eNDOS正常运行所必须的功能,而后者可以根据实际应用的需求进行裁剪。整体上,eNDOS包含有任务管理、任务通信、内存管理、硬件资源管理等功能。通过eNDOS,可以实现物联网中不同设备智能终端的互联互通。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足,提供一种基于物计算的协作物联网系统,其应用时,可以以物计算为基础,构建一个完整的协作物联网系统。
本发明通过以下技术方案实现:
一种基于物计算的协作物联网系统,包括云数据库和若干智能终端,所述智能终端内均集成有数据获取单元、数据传输单元和数据处理单元,所述数据获取单元包括数据挖掘模块、数据接收模块和数据拼接模块,数据传输单元包括联网模块、有线通讯模块和无线通讯模块,在数据传输单元内植入有eNDOS系统,数据处理单元包括缓存模块和计算模块,各智能终端的数据获取单元、数据传输单元和数据处理单元相互对接组成协作物联网络,其中:
数据传输单元通过有线通讯模块或无线通讯模块与其他智能终端的数据传输单元建立通信连接,并通过eNDOS系统打通不同智能终端间的数据传输链路,同时,数据传输单元通过联网模块访问云数据库,并与云数据库建立数据传输通道;
数据获取单元通过数据挖掘模块主动挖掘其他智能终端或云数据库内的所需数据,通过数据接收模块被动接受智能终端自身搭载的传感器或其他智能终端传输的数据,通过数据拼接模块将数据挖掘模块和数据接收模块获取的数据进行拼接整理后传输至数据处理单元进行计算处理;
数据处理单元的缓存模块用于接收数据获取单元的数据拼接模块传送的数据,并定义数据的处理优先等级后,根据处理优先等级将数据传输至计算模块进行计算处理,同时,计算模块承担智能终端自身功能运行所需计算任务。
进一步地,所述数据处理单元的缓存模块自动将数据拼接模块传送的数据定义为最低级,并在计算模块有空闲计算分区时将数据传输至计算模块的空闲分区进行计算处理。
进一步地,所述计算模块设有机器学习、深度学习和传统算法模型,其对接收的数据根据处理方式的不同自动选择相应的计算模型进行数据处理。
进一步地,在所述协作物联网络中,基于智能终端获取到的数据,各智能终端的数据处理单元采用不同的机器学习、深度学习或传统算法进行数据处理。
进一步地,所述数据处理单元将每次计算所采用的数据和处理结果通过数据传输单元上传至云数据库存储,供其他智能终端作计算参考。
进一步地,每个协作物联网络中至少设置一个云数据库。
进一步地,所述智能终端均设有数据存储单元,数据存储单元分为共享数据存储区、权限数据存储区和非共享数据存储区,数据获取单元获取的数据根据设定需求存入共享数据存储区、权限数据存储区或非共享数据存储区,非共享数据存储区的存储数据不被其他智能终端获取,权限数据存储区的存储数据只被有特殊权限认定的智能终端获取,共享数据存储区的存储数据可以被协作物联网络内所有智能终端获取。
进一步地,所述智能终端的数据处理单元可以自主进行数据处理,也可将部分计算数据通过数据传输单元传输至协作物联网络内其他智能终端的数据处理单元进行同步或分步数据处理,然后通过数据获取单元对分散出去的数据的计算结果进行收集汇总,得出最终计算结果。
进一步地,所述eNDOS系统采用的通信协议为现有的通用通信协议,包括但不仅限于TCP/IP、ZigBee、WiFi、蓝牙、3G、4G。
本发明具有如下的优点和有益效果:
1、本发明一种基于物计算的协作物联网系统,可以以物计算为基础,构建一个完整的协作物联网系统。
2、本发明一种基于物计算的协作物联网系统,可以实现协作物联网络内,各智能终端的数据互联共享,以及数据的同步或分步处理。
3、本发明一种基于物计算的协作物联网系统,其数据传输单元采用eNDOS实现不同智能终端的通信与协作,打通不同种类设备间的数据链路。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明的系统结构框图;
图2为实施例中各智能终端之间获取数据的过程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种基于物计算的协作物联网系统,包括云数据库和若干智能终端,所述智能终端内均集成有数据获取单元、数据传输单元和数据处理单元,所述数据获取单元包括数据挖掘模块、数据接收模块和数据拼接模块,数据传输单元包括联网模块、有线通讯模块和无线通讯模块,在数据传输单元内植入有eNDOS系统,数据处理单元包括缓存模块和计算模块,各智能终端的数据获取单元、数据传输单元和数据处理单元相互对接组成协作物联网络,其中:
数据传输单元通过有线通讯模块或无线通讯模块与其他智能终端的数据传输单元建立通信连接,并通过eNDOS系统打通不同智能终端间的数据传输链路,同时,数据传输单元通过联网模块访问云数据库,并与云数据库建立数据传输通道;
数据获取单元通过数据挖掘模块主动挖掘其他智能终端或云数据库内的所需数据,通过数据接收模块被动接受智能终端自身搭载的传感器或其他智能终端传输的数据,通过数据拼接模块将数据挖掘模块和数据接收模块获取的数据进行拼接整理后传输至数据处理单元进行计算处理;
数据处理单元的缓存模块用于接收数据获取单元的数据拼接模块传送的数据,并定义数据的处理优先等级后,根据处理优先等级将数据传输至计算模块进行计算处理,同时,计算模块承担智能终端自身功能运行所需计算任务。
数据处理单元的缓存模块自动将数据拼接模块传送的数据定义为最低级,并在计算模块有空闲计算分区时将数据传输至计算模块的空闲分区进行计算处理。
计算模块设有机器学习、深度学习和传统算法模型,其对接收的数据根据处理方式的不同自动选择相应的计算模型进行数据处理。
在协作物联网络中,基于智能终端获取到的数据,各智能终端的数据处理单元采用不同的机器学习、深度学习或传统算法进行数据处理。
数据处理单元将每次计算所采用的数据和处理结果通过数据传输单元上传至云数据库存储,供其他智能终端作计算参考。
每个协作物联网络中至少设置一个云数据库。
智能终端均设有数据存储单元,数据存储单元分为共享数据存储区、权限数据存储区和非共享数据存储区,数据获取单元获取的数据根据设定需求存入共享数据存储区、权限数据存储区或非共享数据存储区,非共享数据存储区的存储数据不被其他智能终端获取,权限数据存储区的存储数据只被有特殊权限认定的智能终端获取,共享数据存储区的存储数据可以被协作物联网络内所有智能终端获取。
智能终端的数据处理单元可以自主进行数据处理,也可将部分计算数据通过数据传输单元传输至协作物联网络内其他智能终端的数据处理单元进行同步或分步数据处理,然后通过数据获取单元对分散出去的数据的计算结果进行收集汇总,得出最终计算结果,后者主要针对数据规模大,计算复杂度高,超出节点计算能力范畴,可并行化处理或者可由串行转并行处理的业务。假设终端A产生大量数据,需要其他终端协同计算,首先,终端A在网络中通过广播发起协作请求,该数据包发起节点标号、任务标号以及时间戳等状态信息,其他终端若空闲,则通过网络广播相应包,返回节点标号,若收到请求数据包时相比于发起请求时刻的时间差大于响应时间阈值Ta,则丢弃该数据包,不返回任何数据。终端A在时间Tb内将收到的节点标号进行汇总,构建一个分布式处理任务子网络。根据其他节点标号信息,终端A查询标号对应的节点状态、内存及处理器参数等。将通信请求发起-收到反馈时间,处理器性能、内存大小等因素综合考虑,进行数据量的划分,并对不同的部分进行标记,标记包含数据段的序号以及目标节点相关信息,之后将该任务的全部待处理数据全网广播,相关节点收到后,与标记进行匹配,保留对自身标记相一致的数据段进行处理,处理后将处理结果、校验信息返回到网络中,终端A接收到消息后校验,并提取处理结果及数据段序号,最后将各节点的处理结果汇总。网络中的其他节点收到处理结果后将数据包丢弃,不作处理。
eNDOS系统采用的通信协议为现有的通用通信协议,包括但不仅限于TCP/IP、ZigBee、WiFi、蓝牙、3G、4G。
实施例2
如图2所示,智能终端之间获取数据的过程就是二者进行通信和数据传输的过程,在OSI参考模型中,eNDOS不涉及会话层和表示层,物理层传输的是比特流,在嵌入式平台中物理层通过硬件模块实现,利用硬件对传输信息编解码。数据链路层校验接收数据并组装数据帧成为数据包,计算发送数据包的校验信息并拆解为数据帧;网络层判断数据包目的地址,目的地址为自身时进行本地处理,目的地址为其他节点时根据某种路由算法进行转发;传输层根据协议栈进一步处理数据包,通信增效任务就是负责进行数据缓存推送的任务,负责匹配节点信息处理速度和通信速度。eNDOS通信平台的上面是应用层,实现各类应用业务。
实施例3
本实例的智能终端为智能家居系统的各使用智能终端,并以智能音箱、智能冰箱和智能电饭煲为例进行具体描述:
数据获取:智能家居系统各智能终端均具有自主获取数据和被动接受数据两种模式。对于智能音箱,其被动获取人的语音信号,将其处理后发送给相应设备。举例来说,人对智能音箱说“把冰箱温度调低一些”,则智能音箱将语音信号转化为相应的数字信号,以待处理。对于智能冰箱,其既可以主动获取数据,即主动识别冰箱内的物品种类,并以此为依据调整冰箱温度;也可以被动接收数据,即接收智能音箱的指令。对于智能电饭煲,其既可以主动获取数据,即主动识别电饭煲内的食物,主动获取智能冰箱当前温度,并以此为依据调整温度与通电时间;也可以被动接收智能音箱或智能冰箱的指令。
数据传输:智能家居系统进行数据传输时可分为两种情况,其一是智能终端内部各传感器与主控芯片间的通信,其二是不同智能终端间进行通信。前者可以通过IIC、CAN、MODBUS、RS485、RS232等协议实现,后者可通过面向通信的物联网操作系统eNDOS实现。eNDOS使用ZigBee、WiFi、蓝牙、3G、4G等通信协议。举例来说,在智能音箱处理完人的语义信息之后,其通过eNDOS发送信号,智能冰箱和智能电饭煲通过eNDOS接受指令。设备主动获取其他设备信息时,其通过eNDOS发送请求,相应的设备接到指令后选择接受或拒绝。如智能电饭煲在烹煮食物时可以主动获取冰箱温度,以作相应处理。
数据处理:每个智能终端均具有自主处理数据的能力。该实例中的智能音箱、智能冰箱、智能电饭煲均搭载有人工智能算法。具体来说,智能音箱集成有语音识别与语义理解算法,可以有效地接收话语并准确理解意思,从理解“把温度降低至零度”过渡至理解“把温度降低一些”。智能冰箱和智能电饭煲集成有物体检测与识别算法,识别物品种类以做出相应反应,如调整温度、发送信息等。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于物计算的协作物联网系统,其特征在于,包括云数据库和若干智能终端,所述智能终端内均集成有数据获取单元、数据传输单元和数据处理单元,所述数据获取单元包括数据挖掘模块、数据接收模块和数据拼接模块,数据传输单元包括联网模块、有线通讯模块和无线通讯模块,在数据传输单元内植入有eNDOS系统,数据处理单元包括缓存模块和计算模块,各智能终端的数据获取单元、数据传输单元和数据处理单元相互对接组成协作物联网络,其中:
数据传输单元通过有线通讯模块或无线通讯模块与其他智能终端的数据传输单元建立通信连接,并通过eNDOS系统打通不同智能终端间的数据传输链路,同时,数据传输单元通过联网模块访问云数据库,并与云数据库建立数据传输通道;
数据获取单元通过数据挖掘模块主动挖掘其他智能终端或云数据库内的所需数据,通过数据接收模块被动接受智能终端自身搭载的传感器或其他智能终端传输的数据,通过数据拼接模块将数据挖掘模块和数据接收模块获取的数据进行拼接整理后传输至数据处理单元进行计算处理;
数据处理单元的缓存模块用于接收数据获取单元的数据拼接模块传送的数据,并定义数据的处理优先等级后,根据处理优先等级将数据传输至计算模块进行计算处理,同时,计算模块承担智能终端自身功能运行所需计算任务。
2.根据权利要求1所述的一种基于物计算的协作物联网系统,其特征在于,所述数据处理单元的缓存模块自动将数据拼接模块传送的数据定义为最低级,并在计算模块有空闲计算分区时将数据传输至计算模块的空闲分区进行计算处理。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于物计算的协作物联网系统,其特征在于,所述计算模块设有机器学习、深度学习和传统算法模型,其对接收的数据根据处理方式的不同自动选择相应的计算模型进行数据处理。
4.根据权利要求1所述的一种基于物计算的协作物联网系统,其特征在于,所述数据处理单元将每次计算所采用的数据和处理结果通过数据传输单元上传至云数据库存储,供其他智能终端作计算参考。
5.根据权利要求1或4所述的一种基于物计算的协作物联网系统,其特征在于,每个协作物联网络中至少设置一个云数据库。
6.根据权利要求1所述的一种基于物计算的协作物联网系统,其特征在于,所述智能终端均设有数据存储单元,数据存储单元分为共享数据存储区、权限数据存储区和非共享数据存储区,数据获取单元获取的数据根据设定需求存入共享数据存储区、权限数据存储区或非共享数据存储区,非共享数据存储区的存储数据不被其他智能终端获取,权限数据存储区的存储数据只被有特殊权限认定的智能终端获取,共享数据存储区的存储数据可以被协作物联网络内所有智能终端获取。
7.根据权利要求1所述的一种基于物计算的协作物联网系统,其特征在于,所述智能终端的数据处理单元可以自主进行数据处理,也可将部分计算数据通过数据传输单元传输至协作物联网络内其他智能终端的数据处理单元进行同步或分步数据处理,然后通过数据获取单元对分散出去的数据的计算结果进行收集汇总,得出最终计算结果。
8.根据权利要求1所述的一种基于物计算的协作物联网系统,其特征在于,所述eNDOS系统采用的通信协议为现有的通用通信协议,包括但不仅限于TCP/IP、ZigBee、WiFi、蓝牙、3G、4G。
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